中國(guó)近海風(fēng)光同場(chǎng)用海方式下海上光伏發(fā)電的開(kāi)發(fā)潛力分析

摘 要：2024年4月，國(guó)家主管部門(mén)下發(fā)首個(gè)國(guó)家級(jí)海上光伏發(fā)電用海政策，明確了支持核電溫排水區(qū)、鹽田鹽池、圍海養(yǎng)殖區(qū)、海上風(fēng)光同場(chǎng)4類(lèi)光伏發(fā)電用海方式。基于近海風(fēng)光同場(chǎng)這一用海方式，首先分析了海上光伏發(fā)電的成本與經(jīng)濟(jì)性，然后在對(duì)近海風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)在近海已建風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)開(kāi)發(fā)樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的可行性和開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行了探討，并給出了相關(guān)建議。研究結(jié)果表明：1）近海海上光伏發(fā)電因具有緊鄰電力負(fù)荷中心、建設(shè)周期短、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?）中國(guó)近海的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源豐富，從年數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)來(lái)看，二者均具有較好的互補(bǔ)性，特別是風(fēng)電可以在電力系統(tǒng)晚高峰時(shí)段發(fā)揮重要的支撐作用。3）在風(fēng)光同場(chǎng)的實(shí)際工程開(kāi)發(fā)建設(shè)時(shí)，應(yīng)綜合考慮風(fēng)電機(jī)組塔筒陰影遮擋和風(fēng)電機(jī)組倒塔距離的雙重影響。4）經(jīng)過(guò)估算，以江蘇省、山東省海域?yàn)槔c已建海上風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)建設(shè)海上光伏發(fā)電項(xiàng)目時(shí)，可用于海上光伏發(fā)電建設(shè)的面積約占該海上風(fēng)電場(chǎng)外緣邊線包絡(luò)海域面積的45%～48%；浙江省以北海域近海，與已建海上風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)的樁基固定式海上光伏發(fā)電的潛在可開(kāi)發(fā)總裝機(jī)容量約為11520萬(wàn)kW，開(kāi)發(fā)潛力巨大。開(kāi)展風(fēng)光同場(chǎng)研究有利于海洋空間多維度利用，拓展海上新能源開(kāi)發(fā)建設(shè)的新路徑，并可有效解決中國(guó)中東部地區(qū)光伏用地稀缺的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：海上光伏發(fā)電；風(fēng)光同場(chǎng)；海上風(fēng)電場(chǎng)；樁基固定式；開(kāi)發(fā)潛力；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；成本與經(jīng)濟(jì)性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2024-07-30

通信作者：陳彬（1990—），男，碩士、工程師，主要從事新能源發(fā)電項(xiàng)目規(guī)劃與設(shè)計(jì)方面的研究。chenbin1233@163.com

0" 引言

在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，中國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)容量持續(xù)快速增長(zhǎng)。根據(jù)2024年中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的《中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2024》，截至2023 年12 月底，中國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)3729 萬(wàn)kW，約占全國(guó)風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量的8.45%。在技術(shù)進(jìn)步、主機(jī)價(jià)格和建設(shè)安裝成本下降，以及電網(wǎng)接入條件改善等多重因素推動(dòng)下，海上風(fēng)電的發(fā)展在經(jīng)歷短暫的平價(jià)上網(wǎng)緩沖期后，重新展現(xiàn)出快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)行業(yè)公開(kāi)信息統(tǒng)計(jì)，截至2023年12月底，中國(guó)在建的海上風(fēng)電項(xiàng)目總裝機(jī)容量約為1200萬(wàn)kW，規(guī)劃新增海上風(fēng)電的總裝機(jī)容量約為6300萬(wàn)kW，海上風(fēng)電的發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｓ捎诤Ｉ巷L(fēng)電為點(diǎn)狀、線狀布置方式開(kāi)發(fā)建設(shè)，前后兩排風(fēng)電機(jī)組之間沿主風(fēng)向約有1～3 km的風(fēng)速恢復(fù)帶，而此處海域未得到充分利用，不利于海洋資源的高效開(kāi)發(fā)和海洋經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展。因此，應(yīng)該實(shí)施立體分層開(kāi)發(fā)，充分發(fā)揮“海上風(fēng)電+”融合發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

另外，中國(guó)中東部地區(qū)的新能源開(kāi)發(fā)建設(shè)普遍存在“用地荒”的現(xiàn)象。而與陸地光伏發(fā)電相比，海上光伏發(fā)電具有單位千瓦裝機(jī)容量用地面積少、可利用海域面積廣闊、水面開(kāi)闊無(wú)遮擋、日照時(shí)間長(zhǎng)、空氣清潔度高、靠近中國(guó)用電負(fù)荷中心便于消納等優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，海上光伏發(fā)電作為一種全新的海洋能源利用和資源開(kāi)發(fā)方式，受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，發(fā)展?jié)摿薮蟆母魇」嫉暮Ｉ瞎夥l(fā)電發(fā)展規(guī)劃統(tǒng)計(jì)得出，近期（至2025年）、中期（至2030年）、遠(yuǎn)期（至2035年）中國(guó)海上光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量將分別達(dá)到4100萬(wàn)、5000萬(wàn)、6400萬(wàn)kW，其中以山東省、江蘇省、福建省和廣東省規(guī)劃的新增裝機(jī)容量最大。目前，在已建成的集中式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目中：浙江省象山縣長(zhǎng)大涂灘涂光伏發(fā)電項(xiàng)目、溫州市泰瀚550 MW漁光互補(bǔ)發(fā)電項(xiàng)目為大型商業(yè)化項(xiàng)目，均位于沿海灘涂地區(qū)；龍港海上光伏發(fā)電項(xiàng)目試驗(yàn)區(qū)工程、山東文登HG32場(chǎng)址海上光伏發(fā)電實(shí)證項(xiàng)目為試驗(yàn)工程，均為離網(wǎng)發(fā)電且規(guī)模較小；煙臺(tái)招遠(yuǎn)400 MW海上光伏發(fā)電項(xiàng)目（HG30）的首批工程于2024年7月2日并網(wǎng)，預(yù)計(jì)年底將全容量并網(wǎng)，可為中國(guó)非灘涂的海上光伏發(fā)電項(xiàng)目大規(guī)模建設(shè)和運(yùn)維提供經(jīng)驗(yàn)。2024年4月，國(guó)家主管部門(mén)下發(fā)首個(gè)國(guó)家級(jí)海上光伏發(fā)電用海政策，明確了支持核電溫排水區(qū)、鹽田鹽池、圍海養(yǎng)殖區(qū)、海上風(fēng)光同場(chǎng)4類(lèi)光伏發(fā)電用海方式，而該政策勢(shì)必會(huì)影響各省發(fā)布的海上光伏發(fā)電規(guī)劃裝機(jī)容量，有必要重新評(píng)估新政策條件下海上光伏發(fā)電的開(kāi)發(fā)潛力。

從工程角度來(lái)劃分，一般認(rèn)為水深大于50 m的海域?yàn)樯詈＃瑘?chǎng)區(qū)中心離岸距離大于70 km的海域?yàn)檫h(yuǎn)海[1]。本文基于近海海上風(fēng)電的風(fēng)光同場(chǎng)這一用海方式，首先分析海上光伏發(fā)電的成本與經(jīng)濟(jì)性，然后在分析近海的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性的基礎(chǔ)上，對(duì)在近海已建風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)開(kāi)發(fā)樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的可行性和開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行探討。

1" 海上光伏發(fā)電的成本與經(jīng)濟(jì)性分析

1.1" 成本構(gòu)成分析

根據(jù)支撐方式不同，海上光伏發(fā)電可以分為樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目[2]和漂浮式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目[3]。其中，樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)方案內(nèi)容主要包括光伏組件、逆變器、箱變、海纜、支架、樁基礎(chǔ)、電纜橋架、檢修通道、升壓站和送出線路，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等。漂浮式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)方案內(nèi)容與樁基固定式項(xiàng)目的區(qū)別在于其是利用浮體結(jié)構(gòu)為上部設(shè)備提供浮力和支持，再通過(guò)系泊系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)進(jìn)行固定；根據(jù)當(dāng)前小規(guī)模漂浮式海上光伏發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)方案的造價(jià)水平，其投資成本約為樁基固定式項(xiàng)目建設(shè)方案的2～5倍。由于樁基固定式海上光伏發(fā)電的建設(shè)可借鑒水面光伏發(fā)電和海上風(fēng)電的樁基建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，且成本更低、可靠性更高，因此，近期規(guī)模化開(kāi)發(fā)的海上光伏發(fā)電項(xiàng)目均為近海樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目。

在不同海域（例如：山東省、江蘇省、河北省的海域）條件下，水深在12 m以?xún)?nèi)的樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目，光伏發(fā)電區(qū)的單瓦靜態(tài)投資在3.52～4.13元/W范圍內(nèi)，其中光伏組件的銷(xiāo)售價(jià)格為1.0元/W；再考慮升壓站和送出線路、電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)等的費(fèi)用后，整個(gè)樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的單瓦靜態(tài)投資在4.84～5.85元/W范圍內(nèi)。

某典型樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的成本構(gòu)成示意圖如圖1所示。圖中：海上工程結(jié)構(gòu)指海上光伏發(fā)電區(qū)所有土建工程。以各省市燃煤發(fā)電基準(zhǔn)價(jià)作為海上光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)算，該海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率在6%～10%之間，具有較好的盈利能力。

1.2" 與跨省跨區(qū)外送電的經(jīng)濟(jì)性比較

根據(jù)《中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2024》，截至2023 年底，中國(guó)火電裝機(jī)容量達(dá)到139099萬(wàn)kW；年發(fā)電量為62657億kWh，同比增長(zhǎng)6.4%，占全國(guó)所有電源年總發(fā)電量的66.3%。火電是中國(guó)主力電源，發(fā)揮著電力系統(tǒng)保供托底的“壓艙石”作用，但其調(diào)峰能力普遍只有50%左右，需要通過(guò)靈活性改造使煤電機(jī)組的最小發(fā)電輸出功率降至30%額定負(fù)荷以下[4]。截至2023年底，中國(guó)存量煤電機(jī)組裝機(jī)容量約為11.6億kW，其中約有2～4億kW仍需改造[5]。若以改造后的煤電調(diào)峰支撐跨省跨區(qū)新能源電力外送，按照煤電機(jī)組裝機(jī)容量與新能源電源裝機(jī)容量配置比例為1：3來(lái)配置，最多可增加12億kW的新能源電源裝機(jī)容量，但距離“2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰情景下的風(fēng)光發(fā)電總裝機(jī)容量高達(dá)24億kW”仍有一定的發(fā)展空間[6]，而在電力負(fù)荷中心附近海域開(kāi)發(fā)建設(shè)海上光伏發(fā)電是彌補(bǔ)這一空缺的有效措施。

一直以來(lái)，“西電東送”是維持中國(guó)電力平衡的重要策略。以西部地區(qū)沙戈荒風(fēng)光大基地和特高壓柔性直流輸電通道（輸電距離約為1500 km）的輸電方式為例，綜合考慮送端電源上網(wǎng)電價(jià)、調(diào)峰電源容量電價(jià)、直流輸電通道電價(jià)后，初步估算得到跨省跨區(qū)輸電通道受端（不含受端網(wǎng)內(nèi)的輸配電價(jià)）的落地電價(jià)約為0.44元/kWh，與沿海地區(qū)的燃煤發(fā)電基準(zhǔn)價(jià)相比，僅低于廣東省的燃煤發(fā)電基準(zhǔn)價(jià)。同時(shí)，受火電、水電等調(diào)峰電源限制，以及跨省跨區(qū)輸電通道建設(shè)周期的影響，整個(gè)輸電通道滿功率送電的建設(shè)周期通常需要8～10年，難以滿足近期沿海省市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)綠電的需求。而近海海上光伏發(fā)電因緊鄰電力負(fù)荷中心、建設(shè)周期短、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

隨著海上光伏發(fā)電的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，將會(huì)帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步；設(shè)備價(jià)格下降及海上工程技術(shù)的突破，將會(huì)使海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)成本不斷降低；光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率的提高及項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)技術(shù)的提高，將會(huì)提升海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電量，從而使項(xiàng)目的盈利能力進(jìn)一步提升。預(yù)計(jì)樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)方案最遠(yuǎn)可以應(yīng)用至水深為15 m左右的海域；另外，隨著漂浮式技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)水深在15～50 m范圍內(nèi)的海域?qū)⒊蔀樯钏∈胶Ｉ瞎夥l(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展藍(lán)海。

2" 風(fēng)光同場(chǎng)的開(kāi)發(fā)規(guī)模潛力分析

2.1" 并網(wǎng)海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

中國(guó)的海岸線長(zhǎng)度達(dá)1.8萬(wàn)km以上，有渤海、黃海、東海、南海4大海域，海洋資源非常豐富。截至2023年底，中國(guó)海上風(fēng)電的累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量為3729萬(wàn)kW，主要分布在江蘇省、廣東省、浙江省和山東省的省管海域，這些省份也是中國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展起步較早的省份，各省的占比情況如圖2所示。

根據(jù)并網(wǎng)海上風(fēng)電項(xiàng)目所在海域的海洋水文條件，結(jié)合中國(guó)近海15 m水深等值線可以發(fā)現(xiàn)：渤海、黃海、東海（臺(tái)灣海峽以北）的近海的水深相對(duì)較淺，東海（臺(tái)灣海峽以南）及南海的近海的水深相對(duì)較深。其中，2021年底之前并網(wǎng)的海上風(fēng)電項(xiàng)目，為滿足海上風(fēng)電建設(shè)的“雙十”標(biāo)準(zhǔn)，大部分建設(shè)在水深10 m以外的海域，但基本仍在水深30 m的海域以?xún)?nèi)；2021年之后，并網(wǎng)的海上風(fēng)電項(xiàng)目大多建設(shè)在水深30 m以外的海域。另外，廣東省并網(wǎng)海上風(fēng)電的建設(shè)規(guī)模大，由于其沿海海域的水深較深，其并網(wǎng)海上風(fēng)電項(xiàng)目基本建設(shè)在水深15 m以外的海域。

2.2" 近海風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性分析

受地理分布、季節(jié)變化、晝夜交替的影響，風(fēng)能、太陽(yáng)能資源的時(shí)空變化復(fù)雜，會(huì)直接影響風(fēng)電、光伏發(fā)電的出力水平。在無(wú)太陽(yáng)輻射的情況下，光伏發(fā)電不生產(chǎn)電力或輸出功率很小，特別是在陰雨天和夜晚，光伏發(fā)電的輸出功率基本為零。雖然風(fēng)電的輸出功率波動(dòng)比光伏發(fā)電的更大，但是風(fēng)能在夜間也能持續(xù)轉(zhuǎn)換為電力，因此風(fēng)電與光伏發(fā)電具有一定的互補(bǔ)性。基于此，風(fēng)光同場(chǎng)展現(xiàn)出獨(dú)特的資源互補(bǔ)性。風(fēng)電和光伏發(fā)電相結(jié)合的輸出功率比采用二者任意單一發(fā)電方式時(shí)的更大，可靠性更強(qiáng)，從而可以增強(qiáng)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目所在地的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源情況，可以對(duì)風(fēng)光同場(chǎng)的風(fēng)電項(xiàng)目與光伏發(fā)電項(xiàng)目的裝機(jī)容量配比進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)資源與經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)配置。

本文以中國(guó)各海域（每個(gè)海域選擇1～5個(gè)代表區(qū)域）近海的實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)和Solargis數(shù)據(jù)庫(kù)中的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)風(fēng)光同場(chǎng)的海上風(fēng)能資源與太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性進(jìn)行分析。黃海和渤海近海、東海近海、南海近海的風(fēng)速和太陽(yáng)總輻射量的年變化及日變化曲線圖分別如圖3～圖8所示。圖中：“標(biāo)幺值”代表風(fēng)速或太陽(yáng)輻射量的月平均值與月最大值的比值（或小時(shí)平均值與小時(shí)最大值的比值），為無(wú)量綱。

根據(jù)圖3、圖5、圖7的年變化曲線，按季節(jié)進(jìn)行分析可以看出：1）黃海和渤海近海表現(xiàn)為冬季和春季風(fēng)速大；東海和南海近海因臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，風(fēng)速的季節(jié)性變化較大，通常秋季和冬季的風(fēng)速較大。2）江蘇省南通市以北海域近海，廣西壯族自治區(qū)北海市、海南省樂(lè)東黎族自治縣所在的南海北部灣海域近海表現(xiàn)為春季和夏季的太陽(yáng)總輻射量大；浙江省舟山市以南海域近海表現(xiàn)為夏季和秋季的太陽(yáng)總輻射量大。3）整體而言，各海域近海的風(fēng)能、太陽(yáng)能資源在年內(nèi)基本具有較好的互補(bǔ)性，特別是夏季和冬季的互補(bǔ)性更加明顯。

從圖4、圖6、圖8的日變化曲線可以看出：1）各海域近海的風(fēng)速表現(xiàn)為上午至午間時(shí)段相對(duì)較小、下午至夜間時(shí)段相對(duì)較大的特點(diǎn)，風(fēng)速峰值大部分出現(xiàn)在17：00至凌晨時(shí)段。2）各海域近海的太陽(yáng)總輻射量均表現(xiàn)為午間大、白天其他時(shí)段小、夜間均為零的特點(diǎn)。3）整體而言，太陽(yáng)總輻射量與風(fēng)速具有非常明顯的互補(bǔ)性，與文獻(xiàn)[7]的研究結(jié)論一致，且風(fēng)電可以在晚高峰時(shí)段發(fā)揮重要的電力系統(tǒng)支持作用。

2.3" 近海風(fēng)光同場(chǎng)的開(kāi)發(fā)潛力分析

筆者對(duì)已并網(wǎng)海上風(fēng)電項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得知：浙江省以北海域近海的并網(wǎng)海上風(fēng)電項(xiàng)目（水深15 m以?xún)?nèi)）的累計(jì)裝機(jī)容量約為1450萬(wàn)kW。根據(jù)樁基固定式海上光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合前文分析的近海風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性，考慮在水深15 m以?xún)?nèi)的已建海上風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)建設(shè)海上光伏發(fā)電系統(tǒng)。

風(fēng)光同場(chǎng)的海上光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，需要考慮風(fēng)電機(jī)組塔筒會(huì)對(duì)光伏組件造成局部的陰影遮擋影響，導(dǎo)致光伏組件中的太陽(yáng)電池發(fā)熱，產(chǎn)生“熱斑”效應(yīng)[8]。當(dāng)熱斑效應(yīng)積累到一定程度后，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)光伏組件損壞，進(jìn)而嚴(yán)重影響海上光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體發(fā)電量。另外，還需要考慮風(fēng)電機(jī)組倒塔、甩冰等潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。下文對(duì)風(fēng)電機(jī)組塔筒的陰影遮擋和風(fēng)電機(jī)組倒塔距離進(jìn)行詳細(xì)分析，以評(píng)估與已建海上風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)的海上光伏發(fā)電的開(kāi)發(fā)潛力。

2.3.1" 風(fēng)電機(jī)組塔筒陰影遮擋的影響

選擇黃海海域的江蘇省南通市所轄近海、山東省青島市所轄近海（山東半島南）、遼寧省大連市所轄近海作為代表，計(jì)算在不同海域分別采用型號(hào)為WTG140m-4000kW-H95m的風(fēng)電機(jī)組（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“4000 kW風(fēng)電機(jī)組”）和型號(hào)為WTG230m-8500kW-H126m的風(fēng)電機(jī)組（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“8500 kW風(fēng)電機(jī)組”）時(shí)塔筒的陰影遮擋影響范圍。不同海域的風(fēng)電機(jī)組塔筒陰影最大長(zhǎng)度和垂直長(zhǎng)度的分布示意圖分別如圖9～圖12所示，塔筒陰影長(zhǎng)度與其高度的比值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

從圖9～圖12和表1可以看出：1）從地理位置來(lái)看，相同高度的風(fēng)電機(jī)組塔筒的陰影長(zhǎng)度自南向北逐漸增大。2） 同一海域相同位置處，不同高度的風(fēng)電機(jī)組塔筒的陰影長(zhǎng)度與其高度的比值是一致的。

2.3.2nbsp; 風(fēng)電機(jī)組倒塔距離的影響

從安全角度考慮，為了保障風(fēng)電機(jī)組周邊的建（構(gòu)）筑物、活動(dòng)人員的安全，需要預(yù)留安全距離。風(fēng)電機(jī)組倒塔距離L的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為：

L=1.5（R+H）" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：R為風(fēng)輪半徑；H為輪轂高度。

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知：4000 kW風(fēng)電機(jī)組的倒塔距離與塔筒高度的比值為2.61；8500 kW風(fēng)電機(jī)組的倒塔距離與塔筒高度的比值為2.87。

通過(guò)對(duì)比可以看出：3個(gè)代表海域的風(fēng)電機(jī)組塔筒陰影的最大長(zhǎng)度均大于風(fēng)電機(jī)組倒塔距離，風(fēng)電機(jī)組塔筒陰影的最大垂直長(zhǎng)度均小于或接近風(fēng)電機(jī)組倒塔距離。因此，在實(shí)際工程建設(shè)中，應(yīng)綜合考慮風(fēng)電機(jī)組倒塔距離與塔筒陰影遮擋的雙重影響。

2.3.3" 與已建風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)的海上光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)潛力分析

基于前文分析結(jié)果，在線狀布置的已建海上風(fēng)電場(chǎng)中建設(shè)海上光伏發(fā)電項(xiàng)目時(shí)，避讓距離設(shè)置為“風(fēng)電機(jī)組倒塔距離+100 m的安全距離”、海底電纜兩側(cè)各避讓100 m。以江蘇省某已建海上風(fēng)電場(chǎng)為例，其采用4000 kW風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)光同場(chǎng)用海方式下，可用于海上光伏發(fā)電建設(shè)的面積約占該海上風(fēng)電場(chǎng)外緣邊線包絡(luò)海域面積的48%；以山東省某已建海上風(fēng)電場(chǎng)為例，其采用8500 kW風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)光同場(chǎng)用海方式下，可用于海上光伏發(fā)電建設(shè)的面積約占該海上風(fēng)電場(chǎng)外緣邊線包絡(luò)海域面積的45%，二者的示意圖如圖13所示。

單個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)外緣邊線包絡(luò)海域面積原則上按照每10萬(wàn)kW風(fēng)電裝機(jī)容量控制在16 km2這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行估算。1）在2021年底前并網(wǎng)的、浙江省以北海域近海的海上風(fēng)電場(chǎng)（水深15 m以?xún)?nèi)）內(nèi)同場(chǎng)建設(shè)海上光伏發(fā)電系統(tǒng)，其潛在可利用海域面積約為960 km2；按照單位平方千米可安裝10萬(wàn)kW海上光伏發(fā)電裝機(jī)容量這一系數(shù)進(jìn)行估算，得出海上光伏發(fā)電的潛在可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量約為9600萬(wàn)kW。2）在2021年后并網(wǎng)的、浙江省以北海域近海的海上風(fēng)電場(chǎng)（水深15 m以?xún)?nèi)）內(nèi)同場(chǎng)建設(shè)海上光伏發(fā)電系統(tǒng)，其潛在可利用海域面積約為192 km2，潛在可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量約為1920萬(wàn)kW。

綜上分析，浙江省以北海域近海，與已建海上風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)的樁基固定式海上光伏發(fā)電的潛在可開(kāi)發(fā)總裝機(jī)容量約為11520萬(wàn)kW，開(kāi)發(fā)潛力巨大。

3" 建議

在近海風(fēng)光同場(chǎng)項(xiàng)目的建設(shè)中，需要?jiǎng)?chuàng)新開(kāi)發(fā)思路，探索“海上風(fēng)光同場(chǎng)+”多產(chǎn)業(yè)融合、海洋資源綜合利用、集約空間用海、海上光伏發(fā)電與海上風(fēng)電共用輸電通道、海上光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與海上風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的共生共用、海上風(fēng)電與海上光伏發(fā)電協(xié)同運(yùn)維等發(fā)展模式。通過(guò)對(duì)海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維進(jìn)行全生命周期的優(yōu)化及發(fā)展產(chǎn)業(yè)協(xié)同，深度挖掘海上光伏發(fā)電的開(kāi)發(fā)潛力，提升海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

但是，在不影響已建海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量或?qū)ζ浒l(fā)電量及安全影響最小的情況下，如何合理避讓或共用已建海上風(fēng)電場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施（例如：基礎(chǔ)、海纜、升壓站、運(yùn)維通道）、海上升壓站擴(kuò)建的可行性、海上匯集與登陸后送出工程的征地、風(fēng)光同場(chǎng)時(shí)不同開(kāi)發(fā)業(yè)主的用海權(quán)屬，以及同場(chǎng)的風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目在不同運(yùn)行期后退役等相關(guān)問(wèn)題需要更進(jìn)一步的技術(shù)論證工作和配套政策支撐。

4" 結(jié)論

本文基于近海風(fēng)光同場(chǎng)這一用海方式，首先分析了海上光伏發(fā)電的成本與經(jīng)濟(jì)性，然后在對(duì)近海風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)在近海已建風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)開(kāi)發(fā)樁基固定式海上光伏發(fā)電項(xiàng)目的可行性和開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行了探討，并給出了相關(guān)建議。得出以下結(jié)論：

1）近海海上光伏發(fā)電因具有緊鄰電力負(fù)荷中心、建設(shè)周期短、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2）中國(guó)近海的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源，從年數(shù)據(jù)來(lái)看，二者具有較好的互補(bǔ)性，特別是夏季和冬季的互補(bǔ)性更加明顯；從日數(shù)據(jù)來(lái)看，二者具有非常明顯的互補(bǔ)性，特別是風(fēng)電可以在電力系統(tǒng)晚高峰時(shí)段發(fā)揮重要的支撐作用。

3）在風(fēng)光同場(chǎng)的實(shí)際工程開(kāi)發(fā)建設(shè)時(shí)，應(yīng)綜合考慮風(fēng)電機(jī)組塔筒陰影遮擋和風(fēng)電機(jī)組倒塔距離的雙重影響。黃海海域的江蘇省南通市所轄近海至黃海海域的遼寧省大連市所轄近海的風(fēng)電機(jī)組塔筒陰影最大長(zhǎng)度大于風(fēng)電機(jī)組倒塔距離，風(fēng)電機(jī)組塔筒的陰影最大垂直長(zhǎng)度均小于或接近風(fēng)電機(jī)組倒塔距離。

4）以江蘇省、山東省海域?yàn)槔c已建海上風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)建設(shè)海上光伏發(fā)電項(xiàng)目時(shí)，可用于海上光伏發(fā)電建設(shè)的面積約占該海上風(fēng)電場(chǎng)外緣邊線包絡(luò)海域面積的45%～48%。經(jīng)過(guò)估算得出，浙江省以北海域近海，與已建海上風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)的樁基固定式海上光伏發(fā)電的潛在可開(kāi)發(fā)總裝機(jī)容量約為11520萬(wàn)kW，開(kāi)發(fā)潛力巨大。

目前中國(guó)尚無(wú)在建和已建近海風(fēng)光同場(chǎng)項(xiàng)目，開(kāi)展在已建海上風(fēng)電場(chǎng)同場(chǎng)開(kāi)發(fā)建設(shè)海上光伏發(fā)電的研究或示范項(xiàng)目，便于海洋空間多維度利用，拓展海上新能源開(kāi)發(fā)建設(shè)的新路徑，且可有效解決中國(guó)中東部地區(qū)光伏用地稀缺的問(wèn)題。利用已建成的海上風(fēng)電場(chǎng)的電力通道余量、風(fēng)電機(jī)組間的風(fēng)速恢復(fù)帶，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光同場(chǎng)、風(fēng)光同運(yùn)和風(fēng)光同送，為中國(guó)海上新能源的新場(chǎng)景、新應(yīng)用開(kāi)發(fā)探索新模式。

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ANALYSIS OF EXPLOITATION POTENTIAL OF OFFSHORE PV POWER GENERATION UNDER MODE OF WIND-PV

CONSTRUCTION ON THE SAME SITE IN CHINA'S

COASTAL AREAS

Li Pujian，Chen Bin，Hui Xing，Tian Weihui

（PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited，Xi'an 710065，China）

Abstract：In April 2024，the national regulatory authorities issued the first national level policy for offshore PV power generation using the sea，clarifying the support for four types of PV power generation using sea methods： nuclear power thermal drainage zones，salt fields and salt ponds，mariculture zones，offshore wind-PV construction on the same site. Based on the mode of wind-PV construction on the same site，the cost and economy of offshore PV power generation are first analyzed. Then，based on the analysis of the complementarity of wind energy and solar energy resources in the offshore area，the feasibility and development potential of developing pile-based fixed offshore PV power generation projects in the same field as existing offshore wind farms are discussed，and relevant suggestions are given. The research results show that： 1） Offshore PV power generation has enormous development potential due to its proximity to power load centers，short construction period，and good economic viability. 2） China's offshore wind energy and solar energy resources are abundant. From annual and daily data，both have good complementarity，especially wind power can play an important supporting role in the evening peak period of the power system. 3） In the actual engineering development and construction of wind-PV construction on the same site，the dual effects of wind turbine tower shadow occlusion and wind turbine tower overturning distance should be comprehensively considered. 4） After estimation，taking the sea areas of Jiangsu Province and Shandong Province as examples，when constructing offshore PV power generation projects on the same site as existing offshore wind farms，the area available for offshore PV power generation construction accounts for about 45%～48% of the surrounding sea area of the outer edge of the offshore wind farm. The potential exploitable total installed capacity of pile-based fixed offshore PV power generation in the waters north of Zhejiang Province，which is located on the same site as the existing offshore wind farm，is approximately 115.2 GW，with enormous development potential. Conducting research on the wind-PV construction on the same site is beneficial for the multi-dimensional utilization of marine space，expanding new paths for the development and construction of offshore new energy，and effectively solving the problem of scarce PV land in the central and eastern regions of China.

Keywords：offshore PV power generation；wind-PV construction on the same site；offshore wind farms；pile-based fixed；exploitation potential；system design；cost and economy