引言

過去二十年來，隨著全球能源、資源和環(huán)境問題的突出，特別是全球氣候變化日趨明顯，風(fēng)能越來越受到世界各國(guó)的高度重視，并在各國(guó)的共同努力下成為當(dāng)前世界范圍內(nèi)發(fā)展速度最快的可再生能源之一。

我國(guó)海上風(fēng)電正開始大規(guī)模開發(fā)，根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》( 下文簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》)[1]，到2020 年，我國(guó)海上風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)量將達(dá)500 萬kW 以上。截至2015 年底，我國(guó)海上風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)量為36 萬kW，其中潮間帶為18.1 萬kW，近海項(xiàng)目為17.9 萬kW，與《規(guī)劃》中提出的500 萬kW 的發(fā)展目標(biāo)尚有較大差距。但事實(shí)上，截至2016 年6 月，我國(guó)已核準(zhǔn)的海上風(fēng)電裝機(jī)量為557 萬kW，因此，到2020年實(shí)現(xiàn)《規(guī)劃》目標(biāo)是可以預(yù)期的。

本文概述了海上風(fēng)電發(fā)展的趨勢(shì)及成本變化趨勢(shì)，我國(guó)海上風(fēng)電經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，已初步形成海上風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)、設(shè)備制造、工程設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行維護(hù)的全產(chǎn)業(yè)鏈，隨著技術(shù)瓶頸和電價(jià)政策的逐一突破，以及海上風(fēng)電投資成本進(jìn)一步的下降，我國(guó)海上風(fēng)電將迎來快速增長(zhǎng)。

1 國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

1.1 國(guó)外海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

1990 年，瑞典安裝了第一臺(tái)試驗(yàn)性的海上風(fēng)電機(jī)組，離岸距離為350 m，水深為6 m，單機(jī)容量為220 kW。1991 年，丹麥在波羅的海的洛蘭島西北沿海建成了世界上第一個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)，擁有11 臺(tái)450 kW 的風(fēng)電機(jī)組，可為2000～3000 戶居民供電。2000 年，MW 級(jí)風(fēng)電機(jī)組開始于海上應(yīng)用，海上風(fēng)電項(xiàng)目初步具備了商業(yè)化應(yīng)用的價(jià)值。2002 年，丹麥在北海海域建成了世界上第一座大型海上風(fēng)電場(chǎng)，共安裝2MW風(fēng)電機(jī)組80 臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)16 萬 kW。隨后，瑞典、德國(guó)、英國(guó)、比利時(shí)、法國(guó)等諸多歐洲國(guó)家都陸續(xù)投入到海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)。

1.2 我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

2007 年，我國(guó)首臺(tái)1.5 MW 海上風(fēng)電機(jī)組安裝于渤海，接入海上油田的獨(dú)立電網(wǎng)。2010 年6月，上海東海大橋風(fēng)電項(xiàng)目的海上風(fēng)電機(jī)組全部并網(wǎng)運(yùn)行，這標(biāo)志著我國(guó)風(fēng)電邁入發(fā)展海上風(fēng)電的階段[2]。

我國(guó)海岸線長(zhǎng)約18000 km，島嶼6000 多個(gè)，與陸地相比，我國(guó)近海風(fēng)能資源更為豐富。根據(jù)中國(guó)氣象局2013 年發(fā)布的對(duì)我國(guó)資源的評(píng)價(jià)可知，我國(guó)近海100 m 高度層、5～25 m 水深區(qū)的風(fēng)能資源開發(fā)量約為2 億kW，5～50 m 水深區(qū)的風(fēng)能資源開發(fā)量約為5 億kW。

沿海各區(qū)域風(fēng)能資源分布圖如圖1 所示。廣西、廣東和海南近海風(fēng)能資源較為豐富;福建省以北，近海風(fēng)能資源逐漸變小，但到渤海灣，近海風(fēng)能資源又開始增強(qiáng)。福建、浙江、廣東和廣西近海風(fēng)能資源豐富的原因與臺(tái)風(fēng)等熱帶氣旋活動(dòng)有關(guān)，開發(fā)時(shí)需要考慮災(zāi)害天氣對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響[3]。

《規(guī)劃》中提出，“十三五”期間將重點(diǎn)推動(dòng)江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風(fēng)電建設(shè)，4 省海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模均將達(dá)100 萬kW 以上，各沿海省份在國(guó)家規(guī)劃指導(dǎo)下陸續(xù)編制了本省海上風(fēng)電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，總規(guī)劃容量為7422 萬kW。

隨著大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)、建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)，我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備制造、工程設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行維護(hù)等水平均得到了較大提升，海上風(fēng)電行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)體系也得到進(jìn)一步完善;大容量海上風(fēng)電機(jī)組開始國(guó)產(chǎn)化、批量化，施工設(shè)備和安裝工藝也將逐漸提高;國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電電價(jià)面臨下降，與之密切相關(guān)的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本也將會(huì)進(jìn)一步下降。

1.3 海上風(fēng)電的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

海上風(fēng)電相比陸上風(fēng)電具有以下優(yōu)點(diǎn)：海上風(fēng)速要比陸上風(fēng)速高，風(fēng)能資源豐富，海面表面粗糙度小，風(fēng)能質(zhì)量高，風(fēng)切變較小，不需要很高的塔架;海上風(fēng)的湍流強(qiáng)度小，一般具有穩(wěn)定的主導(dǎo)方向，使得機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，壽命長(zhǎng);海上風(fēng)電單機(jī)容量可以提高較大，由于噪音限制小，使得能量產(chǎn)出大，年利用小時(shí)數(shù)更高;機(jī)組距海岸較遠(yuǎn)，視覺影響小;對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響小;不占用陸地寶貴的土地資源等。

隨著陸地優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源的逐步開發(fā)，海上風(fēng)電作為發(fā)展趨勢(shì)已是可以預(yù)見的將來。

風(fēng)力發(fā)電最關(guān)鍵的因素就是風(fēng)力的大小，而海上風(fēng)況普遍優(yōu)于陸上，離岸10 km 海域的海上風(fēng)速通常比沿岸要高出20%。風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電功率( 即風(fēng)功率密度) 與風(fēng)速的3 次方成正比，因而同等條件下，海上風(fēng)電機(jī)組的年發(fā)電量可比陸上高70%;同時(shí)，海上很少有靜風(fēng)期，因此，海上風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電時(shí)間更長(zhǎng)。通常來說，陸上風(fēng)電機(jī)組的年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)約為2000 h，而海上風(fēng)電機(jī)組往往能達(dá)到3000h 以上。

2 海上、陸上風(fēng)電的成本構(gòu)成

2.1 海上風(fēng)電成本

從全國(guó)沿海各省實(shí)際開展的海上風(fēng)電項(xiàng)目的造價(jià)情況來看，海上風(fēng)電項(xiàng)目每kW 造價(jià)水平高于陸上風(fēng)電項(xiàng)目。

海上風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)成本主要受海水深度和離岸距離影響。海水深度的增加將導(dǎo)致支撐基礎(chǔ)造價(jià)上升。根據(jù)行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，若只考慮海水深度，當(dāng)海水深度從15 m 增至30 m，支撐基礎(chǔ)造價(jià)將由3000 元/kW 增至5000 元/kW。另外，安裝成本也會(huì)隨著海水深度的增加而增加。

一般來說，遠(yuǎn)離海岸的海域環(huán)境普遍較差。離岸距離越長(zhǎng)，海底電纜長(zhǎng)度與所需變壓設(shè)備數(shù)量也將大幅增加，當(dāng)離岸距離從5 km 增至200km 時(shí)，安裝成本將由4000 元/kW 增加到8000元/kW。另外，離岸距離越長(zhǎng)，安裝船的航行距離也會(huì)不斷增加，使得燃料成本不斷上升[4]。

海上風(fēng)電場(chǎng)成本主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：設(shè)備( 包括風(fēng)電機(jī)組、塔筒、電氣系統(tǒng)等) 購(gòu)置費(fèi)用、建筑安裝工程( 包括安裝調(diào)試、支撐結(jié)構(gòu)等)費(fèi)用、其他( 包括工程管理等) 費(fèi)用、建設(shè)期利息等。各部分占總成本的比例不同，對(duì)總成本的影響也不盡相同[5-7]。

1) 設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用( 不含集電線路海纜) 約占工程總成本的50%。其中，風(fēng)電機(jī)組及塔筒約占設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用的75%，單位成本約為7000～8000 元/kW;電氣系統(tǒng)約占設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用的20%，單位成本約為2000 元/kW;送出海纜約占設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用的5%，單位成本約為500 元/kW。

2) 建筑安裝工程費(fèi)用。建筑安裝工程費(fèi)用約占總成本的35%，單位成本約為6000～7000 元/kW，其中，支撐基礎(chǔ)費(fèi)用約占總成本的15%。當(dāng)前已竣工的海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目與陸上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目相比，數(shù)量較少、規(guī)模較小、船機(jī)設(shè)備不夠成熟、施工隊(duì)伍經(jīng)驗(yàn)較為不足，造成建設(shè)成本較高，加之海上施工條件復(fù)雜、施工難度較大，施工所需的關(guān)鍵裝備( 如海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)打樁、風(fēng)電機(jī)組吊裝等)、專業(yè)可用的大型船機(jī)設(shè)備較少，船機(jī)費(fèi)用高昂。相比陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電的建筑安裝工程費(fèi)用占總成本的比重較大。

3) 其他費(fèi)用。其他費(fèi)用包括項(xiàng)目用海用地費(fèi)、工程項(xiàng)目管理費(fèi)、生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)等，約占總成本的10%，單位成本約為1600～1900 元/kW。

由于前期工作周期長(zhǎng)、人工工資高、海洋資源緊缺等原因，海上風(fēng)電的其他費(fèi)用總體將略有上漲，尤其是用海養(yǎng)殖補(bǔ)償、海域生態(tài)修復(fù)等費(fèi)用漲幅較明顯;但隨著海上風(fēng)電項(xiàng)目數(shù)量的增加，項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累，業(yè)主的項(xiàng)目管理水平也將提升，但對(duì)總成本下降的影響較為有限。

4) 建設(shè)期利息。建設(shè)期利息與風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)周期及貸款利率相關(guān)，約占總成本的5%。目前海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目大部分依賴商業(yè)貸款，初始投資成本中，自有資金占20%，商業(yè)貸款占80%;貸款利率一般按現(xiàn)行基準(zhǔn)利率。

隨著海上風(fēng)電場(chǎng)施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是關(guān)鍵項(xiàng)目工期的縮短，建設(shè)期利息將有一定程度的下降。貸款利率與國(guó)家政策息息相關(guān)，主要是國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控時(shí)會(huì)發(fā)生變動(dòng)。因此，建設(shè)期利息對(duì)風(fēng)電場(chǎng)成本有一定的影響。

2.2 海上、陸上風(fēng)電成本對(duì)比

從項(xiàng)目前期、項(xiàng)目建設(shè)期以及項(xiàng)目運(yùn)行期的全生命周期角度，對(duì)比海上和陸上風(fēng)電成本。

2.2.1項(xiàng)目前期

風(fēng)電場(chǎng)的前期工作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，需要協(xié)調(diào)的部門較多，主要包括海洋、海事等部門，需要取得的支持性文件較多，比如海域、通航、海洋環(huán)評(píng)等。與陸上風(fēng)電場(chǎng)相比，海上風(fēng)電場(chǎng)的工作周期較長(zhǎng)，協(xié)調(diào)難度更大;海域使用、養(yǎng)殖補(bǔ)償以及海洋生態(tài)修復(fù)等費(fèi)用高，而且有增長(zhǎng)的趨勢(shì)。相比于陸上風(fēng)電場(chǎng)，海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目前期工作費(fèi)用較高。

2.2.2 項(xiàng)目建設(shè)期

相比于陸上風(fēng)電場(chǎng)，海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)中的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和建筑安裝工程費(fèi)用均有顯著增加。

1) 風(fēng)電機(jī)組。海上氣候特殊，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)備制造過程中需考慮臺(tái)風(fēng)、防腐等技術(shù)要求，需要增加設(shè)備成本。風(fēng)電機(jī)組的選型并不是單機(jī)容量越大越好，應(yīng)結(jié)合海上風(fēng)能資源、風(fēng)電機(jī)組機(jī)型技術(shù)成熟度、機(jī)組效率、風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的運(yùn)輸安裝和易維護(hù)性等條件綜合考慮，選擇有代表性的風(fēng)電機(jī)組及不同風(fēng)電機(jī)組組合進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)比選。

海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境較惡劣，國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組廠家無多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)險(xiǎn)較大;國(guó)內(nèi)可選的風(fēng)電機(jī)組機(jī)型較少，但國(guó)外有成熟機(jī)型。國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電機(jī)組的單位造價(jià)約為8000/kW，陸上約為4000 元/kW，基本是2 倍的關(guān)系;國(guó)外進(jìn)口海上機(jī)組單位造價(jià)超過12000 元/kW。

2) 風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)。與陸上風(fēng)電場(chǎng)相比，海上風(fēng)電場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工難度很大;基礎(chǔ)設(shè)計(jì)考慮的邊界條件增多;海上施工對(duì)船機(jī)設(shè)備、工程經(jīng)驗(yàn)的要求高;基礎(chǔ)施工周期長(zhǎng)。單個(gè)海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)造價(jià)約為1300 萬～2000 萬元，而單個(gè)陸上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)造價(jià)約為100 萬～200 萬元，海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)造價(jià)增加較明顯。

3) 風(fēng)電機(jī)組安裝。整個(gè)海上風(fēng)電機(jī)組的安裝需要專業(yè)碼頭、大型船機(jī)設(shè)備等來完成，并需要采取相關(guān)輔助措施。相比于陸上風(fēng)電場(chǎng)，海上風(fēng)電場(chǎng)的碼頭租賃費(fèi)用昂貴;并且由于大型安裝船機(jī)設(shè)備少，導(dǎo)致安裝所需時(shí)間偏長(zhǎng)，費(fèi)用高，增加了整體安裝成

本;安裝環(huán)境惡劣，安裝窗口期短;海上風(fēng)電場(chǎng)的碼頭租賃費(fèi)用較高，價(jià)格在幾千萬不等。安裝1 臺(tái)海上風(fēng)電機(jī)組約需450 萬元，而安裝1 臺(tái)陸上風(fēng)電機(jī)組約需30 萬元。