張穎 陳凱 萬(wàn)伶

摘要：我國(guó)風(fēng)能資源比較豐富的區(qū)域主要有三個(gè)地區(qū)，東南沿海地區(qū)，東北和西北地區(qū)以及青藏地區(qū)西北部。我國(guó)擁有漫長(zhǎng)的大陸海岸線，海岸線長(zhǎng)度超過(guò)1.8萬(wàn)千米，東南沿海地區(qū)冬夏季風(fēng)都十分明顯，同時(shí)又有海陸風(fēng)的影響，沿海地區(qū)特別是海面阻力很小，風(fēng)力十分強(qiáng)勁。我國(guó)沿海海面擁有豐富的風(fēng)能資源，是建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)的理想?yún)^(qū)域。東南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，能源需求量也很大。本文圍繞沿海風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)利用策略進(jìn)行研究和探析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)能資源;策略研究;開(kāi)發(fā)利用

引言：風(fēng)能資源，是一種清潔的可再生能源，是空氣流動(dòng)所形成的動(dòng)能，是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式。風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)利用的成本比太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的成本要低，也符合我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向，它是最具開(kāi)發(fā)前景的新能源之一。因此合理科學(xué)的對(duì)沿海風(fēng)能資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用至關(guān)重要。

1.沿海風(fēng)能資源的特點(diǎn)

1.1優(yōu)點(diǎn)

風(fēng)能為潔凈的能量來(lái)源。大規(guī)模發(fā)電成本低于其它發(fā)電形式。而風(fēng)能設(shè)施多為不立體化設(shè)施，可保護(hù)陸地和生態(tài)。風(fēng)力發(fā)電是可再生能源，環(huán)保，潔凈，而且節(jié)能環(huán)保。海上風(fēng)速高，很少有靜風(fēng)期，可以有效利用風(fēng)電機(jī)組發(fā)電容量。在陸上設(shè)計(jì)壽命20年的風(fēng)電機(jī)組在海上可達(dá)25年到30年。我國(guó)海上風(fēng)能豐富地區(qū)主要集中在浙江南部沿海，福建沿海和廣東東部沿海地區(qū)，這些地區(qū)海上風(fēng)力資源豐富且距離電力負(fù)荷中心很近，與海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)成本雖高，但具有高發(fā)電量的特點(diǎn)相適應(yīng)。而且海上吹程長(zhǎng)，摩擦力小，風(fēng)速大。所以如果海上風(fēng)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(yùn)輸、吊裝更大的機(jī)組，近海風(fēng)場(chǎng)往往距離沿海人口密集地區(qū)較近，減少了電力運(yùn)輸?shù)膿p耗而且不會(huì)占用陸地的寶貴資源

1.2缺點(diǎn)

風(fēng)力發(fā)電在生態(tài)上的問(wèn)題是可能干擾鳥(niǎo)類飛行?？梢圆扇‰x岸發(fā)電，離岸發(fā)電價(jià)格較高但效率也高。風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性不足，風(fēng)能豐富程度受天氣氣候影響較大，許多地區(qū)的風(fēng)力有間歇性，季節(jié)性。存在風(fēng)能豐富期與市場(chǎng)需求期不致的情況。當(dāng)電力需求較高的夏季及白日、是風(fēng)力較少的時(shí)間時(shí)，風(fēng)電轉(zhuǎn)換率低。而且風(fēng)電場(chǎng)占地面積大。風(fēng)力發(fā)電需要大量土地興建風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，才可以生產(chǎn)比較多的能源。會(huì)造成區(qū)域環(huán)境變化，產(chǎn)生噪聲污染。所以要找一些空曠的地廣人稀的地方來(lái)興建。

2.海上風(fēng)電現(xiàn)狀

我國(guó)海岸線長(zhǎng)約一萬(wàn)八千多千米，島嶼六千多個(gè)，相對(duì)于陸地，我國(guó)近海風(fēng)能資源更為豐富。根據(jù)中國(guó)氣象局近期對(duì)我國(guó)風(fēng)能資源的詳查和評(píng)價(jià)結(jié)果，我國(guó)近海100米高度層5～25米水深區(qū)風(fēng)能資源技術(shù)開(kāi)發(fā)量約為2 億千瓦，5～50米水深區(qū)約為5億千瓦。風(fēng)力發(fā)電最關(guān)鍵的因素就是風(fēng)的大小，而海上風(fēng)況普遍優(yōu)于陸上，離岸10千米的海上風(fēng)速通常比沿岸要高出20%。風(fēng)力機(jī)的發(fā)電功率與風(fēng)速的三次方成正比， 因而同等條件下海上風(fēng)力機(jī)的年發(fā)電量能比陸上高70%。同時(shí)海上很少有靜風(fēng)期， 因此風(fēng)力機(jī)的發(fā)電時(shí)間更長(zhǎng)。通常來(lái)說(shuō)， 陸上風(fēng)力機(jī)的年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)大約是2000小時(shí)，而海上風(fēng)力機(jī)往往能達(dá)到3000多小時(shí)。對(duì)風(fēng)電設(shè)備而言，陸地地形復(fù)雜、粗糙度高，不同高度的風(fēng)速常常相差很大，導(dǎo)致風(fēng)切變與湍流，使得風(fēng)輪上下受力不均衡，可導(dǎo)致葉片振動(dòng)、疲勞乃至斷裂，同時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)也容易損壞。而海上就很少有此類風(fēng)險(xiǎn)。此外，海上風(fēng)電大多建設(shè)在距海岸數(shù)十千米處，接近用電中心，基本沒(méi)有棄風(fēng)之虞。同時(shí)，隨著風(fēng)力機(jī)的容量越來(lái)越大，葉片的長(zhǎng)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(yùn)輸，但在海上可以直接從葉片工廠海運(yùn)至風(fēng)電場(chǎng)。隨著陸地優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源的逐步開(kāi)發(fā)，海上風(fēng)電作為發(fā)展趨勢(shì)已是可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)。由于海上風(fēng)電需要更專業(yè)的技術(shù)，具有更廣的適用性，在未來(lái)的全球能源供應(yīng)體系中， 海上風(fēng)電的前景將比陸上風(fēng)電更為廣闊。比增速約為43%。2018年，我國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)規(guī)模首次超過(guò)英國(guó)和德國(guó)，成為全球第一，雖然我國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)量全球占比達(dá)到了40%左右。我國(guó)發(fā)展海上風(fēng)電具有資源和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。[1]首先，我國(guó)海域廣闊，海上風(fēng)能豐富，但陸上風(fēng)能資源不均衡，大部分地區(qū)是低風(fēng)速區(qū)域。從總量來(lái)看，我國(guó)風(fēng)能資源是豐富的。但如果從結(jié)構(gòu)來(lái)看，豐富的風(fēng)能資源主要分布在西北、東北、華北地區(qū)，其中又以內(nèi)蒙古、新疆、甘肅為主。其他大部分地區(qū)是平均風(fēng)速在3-5m/s的低風(fēng)速區(qū)域。其次，我國(guó)電力消費(fèi)保持了較快增速，但陸上風(fēng)能豐富的地區(qū)遠(yuǎn)離電力主消費(fèi)地，存在消納難的問(wèn)題。海上風(fēng)電可以解決陸上風(fēng)電面臨的“產(chǎn)”與“消”的矛盾。我國(guó)很多用電大省是臨海的。除了資源和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)外，海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電相比又具有發(fā)電穩(wěn)定、上網(wǎng)便捷等優(yōu)勢(shì)。因此，海上風(fēng)電隨著投資和運(yùn)維成本的不斷下降，而呈現(xiàn)出了較快發(fā)展的趨勢(shì)。當(dāng)前，我國(guó)的海上風(fēng)電發(fā)展迅速。這些風(fēng)電可以作為長(zhǎng)遠(yuǎn)開(kāi)發(fā)備用的選址，根據(jù)風(fēng)電原來(lái)的“十三五”規(guī)劃，2020年海上風(fēng)電并網(wǎng)500萬(wàn)千瓦，如今，能源局將目標(biāo)調(diào)至6600萬(wàn)千瓦。

2.風(fēng)能發(fā)電對(duì)環(huán)境的影響

風(fēng)能發(fā)電利用大自然的風(fēng)能進(jìn)行發(fā)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(duì)氣候變化的影響。風(fēng)能發(fā)電使局地風(fēng)速明顯減小，而大氣層結(jié)穩(wěn)定度則決定著風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)生增溫或降溫效應(yīng)。 在水汽充足的情況下，使該區(qū)域的降水量翻倍，增加植被覆蓋率，而植被生長(zhǎng)又將進(jìn)一步增加降水，形成良性循環(huán)。

2.1減小局部風(fēng)勢(shì)

當(dāng)風(fēng)吹過(guò)葉片時(shí)，由于葉片橫截面的形狀上下不對(duì)稱，風(fēng)在通過(guò)葉片上方的時(shí)候流速大，下方的時(shí)候流速小。[2]這就會(huì)導(dǎo)致葉片上方的壓強(qiáng)小，下方的壓強(qiáng)大，這種壓力差會(huì)產(chǎn)生升力，令葉片旋轉(zhuǎn)。風(fēng)電場(chǎng)在某種程度上相當(dāng)于一道有縫隙的“屏障”，因此當(dāng)風(fēng)通過(guò)時(shí)會(huì)降低風(fēng)速。在干旱地區(qū)，特別是荒漠化地區(qū)，網(wǎng)速減小，可以減緩或抑制荒漠化。

2.2增溫效應(yīng)

在大氣層結(jié)穩(wěn)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(dòng)下，上層的空氣被帶到下面，導(dǎo)致下層的空氣溫度升高。由于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部和下游地區(qū)的風(fēng)速減小，在區(qū)域的下墊面比較潮濕的情況下，蒸發(fā)就會(huì)減弱，從而導(dǎo)致溫度上升。

3.風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)利用

3.1沿海風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)條件

要對(duì)風(fēng)能資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)，要考慮風(fēng)能資源的豐富程度（是否離風(fēng)源地近，是否有狹管效應(yīng)，大風(fēng)日數(shù)是否多）以及地形是否開(kāi)闊、地表粗糙度高或低、是否地廣人稀土地租金低、風(fēng)電技術(shù)是否先進(jìn)、離風(fēng)電消費(fèi)市場(chǎng)的遠(yuǎn)近、清潔能源的需求量是否大、離其它的水電或火電設(shè)施是否近、是否能調(diào)節(jié)風(fēng)能的不足、是否能節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資等。

3.2因地制宜環(huán)保節(jié)能

海上風(fēng)電是風(fēng)電概念中最重要的一部分，因?yàn)槲覈?guó)有渤海、黃海、東海、南海這四大領(lǐng)海，海岸線長(zhǎng)達(dá)18000km， 這就使得我國(guó)風(fēng)能資源尤其是海上風(fēng)能資源十分豐富，約有7.5億kW，占我國(guó)風(fēng)能資源的75%。沿海地區(qū)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(wèn)題。[3]所以，在沿海地區(qū)，例如沿海島嶼上，有著很豐富的風(fēng)能資源，因地制宜發(fā)展海上風(fēng)電也是符合節(jié)能環(huán)保的時(shí)代要求，也是對(duì)金山銀山、綠水青山的倡導(dǎo)。

總結(jié)：沿海風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)是我國(guó)一個(gè)重要的戰(zhàn)略選擇，將對(duì)改變我國(guó)能源布局、能源結(jié)構(gòu)、能源市場(chǎng)產(chǎn)生巨大的影響，因此沿海風(fēng)能資源的合理開(kāi)發(fā)和科學(xué)利用極為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]王虎.沿海風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)利用策略研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019（22）：187-188.

[2].我國(guó)的風(fēng)能資源[J].能源與環(huán)境，2019（05）：85.

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

作者簡(jiǎn)介：張穎（1992-）女，漢族，江蘇省東臺(tái)市人，本科學(xué)歷，助理工程師，從事綜合業(yè)務(wù)、測(cè)報(bào)，預(yù)報(bào)等工作。