沿海風能資源的開發利用策略研究

張穎 陳凱 萬伶

摘要：我國風能資源比較豐富的區域主要有三個地區，東南沿海地區，東北和西北地區以及青藏地區西北部。我國擁有漫長的大陸海岸線，海岸線長度超過1.8萬千米，東南沿海地區冬夏季風都十分明顯，同時又有海陸風的影響，沿海地區特別是海面阻力很小，風力十分強勁。我國沿海海面擁有豐富的風能資源，是建設海上風電場的理想區域。東南沿海地區經濟發達，能源需求量也很大。本文圍繞沿海風能資源的開發利用策略進行研究和探析。

關鍵詞：風能資源;策略研究;開發利用

引言：風能資源，是一種清潔的可再生能源，是空氣流動所形成的動能，是太陽能的一種轉化形式。風能資源的開發利用的成本比太陽能開發利用的成本要低，也符合我國能源消費結構調整的方向，它是最具開發前景的新能源之一。因此合理科學的對沿海風能資源進行開發利用至關重要。

1.沿海風能資源的特點

1.1優點

風能為潔凈的能量來源。大規模發電成本低于其它發電形式。而風能設施多為不立體化設施，可保護陸地和生態。風力發電是可再生能源，環保，潔凈，而且節能環保。海上風速高，很少有靜風期，可以有效利用風電機組發電容量。在陸上設計壽命20年的風電機組在海上可達25年到30年。我國海上風能豐富地區主要集中在浙江南部沿海，福建沿海和廣東東部沿海地區，這些地區海上風力資源豐富且距離電力負荷中心很近，與海上風電開發成本雖高，但具有高發電量的特點相適應。而且海上吹程長，摩擦力小，風速大。所以如果海上風速是陸地上的1.5倍，輸出功率則2倍多，海上可以安裝更大型的裝置;船能運輸、吊裝更大的機組，近海風場往往距離沿海人口密集地區較近，減少了電力運輸的損耗而且不會占用陸地的寶貴資源

1.2缺點

風力發電在生態上的問題是可能干擾鳥類飛行。可以采取離岸發電，離岸發電價格較高但效率也高。風力發電的經濟性不足，風能豐富程度受天氣氣候影響較大，許多地區的風力有間歇性，季節性。存在風能豐富期與市場需求期不致的情況。當電力需求較高的夏季及白日、是風力較少的時間時，風電轉換率低。而且風電場占地面積大。風力發電需要大量土地興建風力發電場，才可以生產比較多的能源。會造成區域環境變化，產生噪聲污染。所以要找一些空曠的地廣人稀的地方來興建。

2.海上風電現狀

我國海岸線長約一萬八千多千米，島嶼六千多個，相對于陸地，我國近海風能資源更為豐富。根據中國氣象局近期對我國風能資源的詳查和評價結果，我國近海100米高度層5～25米水深區風能資源技術開發量約為2 億千瓦，5～50米水深區約為5億千瓦。風力發電最關鍵的因素就是風的大小，而海上風況普遍優于陸上，離岸10千米的海上風速通常比沿岸要高出20%。風力機的發電功率與風速的三次方成正比， 因而同等條件下海上風力機的年發電量能比陸上高70%。同時海上很少有靜風期， 因此風力機的發電時間更長。通常來說， 陸上風力機的年發電利用小時數大約是2000小時，而海上風力機往往能達到3000多小時。對風電設備而言，陸地地形復雜、粗糙度高，不同高度的風速常常相差很大，導致風切變與湍流，使得風輪上下受力不均衡，可導致葉片振動、疲勞乃至斷裂，同時傳動系統也容易損壞。而海上就很少有此類風險。此外，海上風電大多建設在距海岸數十千米處，接近用電中心，基本沒有棄風之虞。同時，隨著風力機的容量越來越大，葉片的長度也隨之劇增。60米以上乃至上百米的葉片在陸上非常難以運輸，但在海上可以直接從葉片工廠海運至風電場。隨著陸地優質風能資源的逐步開發，海上風電作為發展趨勢已是可以預見的將來。由于海上風電需要更專業的技術，具有更廣的適用性，在未來的全球能源供應體系中， 海上風電的前景將比陸上風電更為廣闊。比增速約為43%。2018年，我國海上風電新增裝機規模首次超過英國和德國，成為全球第一，雖然我國海上風電新增裝機量全球占比達到了40%左右。我國發展海上風電具有資源和市場優勢。[1]首先，我國海域廣闊，海上風能豐富，但陸上風能資源不均衡，大部分地區是低風速區域。從總量來看，我國風能資源是豐富的。但如果從結構來看，豐富的風能資源主要分布在西北、東北、華北地區，其中又以內蒙古、新疆、甘肅為主。其他大部分地區是平均風速在3-5m/s的低風速區域。其次，我國電力消費保持了較快增速，但陸上風能豐富的地區遠離電力主消費地，存在消納難的問題。海上風電可以解決陸上風電面臨的“產”與“消”的矛盾。我國很多用電大省是臨海的。除了資源和市場優勢外，海上風電與陸上風電相比又具有發電穩定、上網便捷等優勢。因此，海上風電隨著投資和運維成本的不斷下降，而呈現出了較快發展的趨勢。當前，我國的海上風電發展迅速。這些風電可以作為長遠開發備用的選址，根據風電原來的“十三五”規劃，2020年海上風電并網500萬千瓦，如今，能源局將目標調至6600萬千瓦。

2.風能發電對環境的影響

風能發電利用大自然的風能進行發電，能夠減少大氣中二氧化碳、二氧化硫等氣體的排放，降低對氣候變化的影響。風能發電使局地風速明顯減小，而大氣層結穩定度則決定著風電場產生增溫或降溫效應。 在水汽充足的情況下，使該區域的降水量翻倍，增加植被覆蓋率，而植被生長又將進一步增加降水，形成良性循環。

2.1減小局部風勢

當風吹過葉片時，由于葉片橫截面的形狀上下不對稱，風在通過葉片上方的時候流速大，下方的時候流速小。[2]這就會導致葉片上方的壓強小，下方的壓強大，這種壓力差會產生升力，令葉片旋轉。風電場在某種程度上相當于一道有縫隙的“屏障”，因此當風通過時會降低風速。在干旱地區，特別是荒漠化地區，網速減小，可以減緩或抑制荒漠化。

2.2增溫效應

在大氣層結穩定的情況下，上層的空氣溫度更高，下層的更低，在葉片的攪動下，上層的空氣被帶到下面，導致下層的空氣溫度升高。由于風電場內部和下游地區的風速減小，在區域的下墊面比較潮濕的情況下，蒸發就會減弱，從而導致溫度上升。

3.風能資源的開發利用

3.1沿海風能資源開發條件

要對風能資源進行開發，要考慮風能資源的豐富程度（是否離風源地近，是否有狹管效應，大風日數是否多）以及地形是否開闊、地表粗糙度高或低、是否地廣人稀土地租金低、風電技術是否先進、離風電消費市場的遠近、清潔能源的需求量是否大、離其它的水電或火電設施是否近、是否能調節風能的不足、是否能節省基礎設施建設的投資等。

3.2因地制宜環保節能

海上風電是風電概念中最重要的一部分，因為我國有渤海、黃海、東海、南海這四大領海，海岸線長達18000km， 這就使得我國風能資源尤其是海上風能資源十分豐富，約有7.5億kW，占我國風能資源的75%。沿海地區朝向大海，物種資源和其他資源十分豐富，讓人為之向往，但是普遍有缺少淡水、缺乏燃料、并且交通不便這樣的問題。[3]所以，在沿海地區，例如沿海島嶼上，有著很豐富的風能資源，因地制宜發展海上風電也是符合節能環保的時代要求，也是對金山銀山、綠水青山的倡導。

總結：沿海風能資源的開發是我國一個重要的戰略選擇，將對改變我國能源布局、能源結構、能源市場產生巨大的影響，因此沿海風能資源的合理開發和科學利用極為重要。

參考文獻：

[1]王虎.沿海風能資源開發利用策略研究[J].中國設備工程，2019（22）：187-188.

[2].我國的風能資源[J].能源與環境，2019（05）：85.

[3]張戈，付俊峰，王海軍.東南沿海五省海上風能資源開發潛質研究[J].海岸工程，2018，37（02）：80-86.

作者簡介：張穎（1992-）女，漢族，江蘇省東臺市人，本科學歷，助理工程師，從事綜合業務、測報，預報等工作。