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的高度重視，并在各國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。

我國海上風(fēng)電正開始大規(guī)模開發(fā)，根據(jù)國家能源局發(fā)布的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》( 下文簡稱《規(guī)劃》)[1]，到2020 年，我國海上風(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。但事實上，截至2016 年6 月，我國已核準(zhǔn)的海上風(fēng)電裝機(jī)量為557 萬kW，因此，到2020年實現(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)展的趨勢及成本變化趨勢，我國海上風(fēng)電經(jīng)過一段時間的發(fā)展，已初步形成海上風(fēng)電場開發(fā)、設(shè)備制造、工程設(shè)計、施工及運行維護(hù)的全產(chǎn)業(yè)鏈，隨著技術(shù)瓶頸和電價政策的逐一突破，以及海上風(fēng)電投資成本進(jìn)一步的下降，我國海上風(fēng)電將迎來快速增長。

1 國內(nèi)外海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢

1.1 國外海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

1990 年，瑞典安裝了第一臺試驗性的海上風(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海上風(fēng)電場，擁有11 臺450 kW 的風(fēng)電機(jī)組，可為2000～3000 戶居民供電。2000 年，MW 級風(fēng)電機(jī)組開始于海上應(yīng)用，海上風(fēng)電項目初步具備了商業(yè)化應(yīng)用的價值。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，共安裝2MW風(fēng)電機(jī)組80 臺，裝機(jī)容量達(dá)16 萬 kW。隨后，瑞典、德國、英國、比利時、法國等諸多歐洲國家都陸續(xù)投入到海上風(fēng)電場的建設(shè)。

1.2 我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

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

我國海岸線長約18000 km，島嶼6000 多個，與陸地相比，我國近海風(fēng)能資源更為豐富。根據(jù)中國氣象局2013 年發(fā)布的對我國資源的評價可知，我國近海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。福建、浙江、廣東和廣西近海風(fēng)能資源豐富的原因與臺風(fēng)等熱帶氣旋活動有關(guān)，開發(fā)時需要考慮災(zāi)害天氣對風(fēng)電場的影響[3]。

《規(guī)劃》中提出，“十三五”期間將重點推動江蘇、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，各沿海省份在國家規(guī)劃指導(dǎo)下陸續(xù)編制了本省海上風(fēng)電中長期發(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)電場的開發(fā)、建設(shè)、運行和維護(hù)，我國海上風(fēng)電場設(shè)備制造、工程設(shè)計、施工及運行維護(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)組開始國產(chǎn)化、批量化，施工設(shè)備和安裝工藝也將逐漸提高;國內(nèi)海上風(fēng)電電價面臨下降，與之密切相關(guān)的風(fēng)電場建設(shè)成本也將會進(jìn)一步下降。

1.3 海上風(fēng)電的發(fā)展優(yōu)勢

海上風(fēng)電相比陸上風(fēng)電具有以下優(yōu)點：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)的湍流強度小，一般具有穩(wěn)定的主導(dǎo)方向，使得機(jī)組運行穩(wěn)定，壽命長;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，年利用小時數(shù)更高;機(jī)組距海岸較遠(yuǎn)，視覺影響小;對環(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，海上很少有靜風(fēng)期，因此，海上風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電時間更長。通常來說，陸上風(fēng)電機(jī)組的年發(fā)電利用小時數(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

從全國沿海各省實際開展的海上風(fēng)電項目的造價情況來看，海上風(fēng)電項目每kW 造價水平高于陸上風(fēng)電項目。

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)造價上升。根據(jù)行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，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)造價將由3000 元/kW 增至5000 元/kW。另外，安裝成本也會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，海底電纜長度與所需變壓設(shè)備數(shù)量也將大幅增加，當(dāng)離岸距離從5 km 增至200km 時，安裝成本將由4000 元/kW 增加到8000元/kW。另外，離岸距離越長，安裝船的航行距離也會不斷增加，使得燃料成本不斷上升[4]。

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

1) 設(shè)備購置費用。設(shè)備購置費用( 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)備購置費用的75%，單位成本約為7000～8000 元/kW;電氣系統(tǒng)約占設(shè)備購置費用的20%，單位成本約為2000 元/kW;送出海纜約占設(shè)備購置費用的5%，單位成本約為500 元/kW。

2) 建筑安裝工程費用。建筑安裝工程費用約占總成本的35%，單位成本約為6000～7000 元/kW，其中，支撐基礎(chǔ)費用約占總成本的15%。當(dāng)前已竣工的海上風(fēng)電場項目與陸上風(fēng)電場項目相比，數(shù)量較少、規(guī)模較小、船機(jī)設(shè)備不夠成熟、施工隊伍經(jīng)驗較為不足，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)費用高昂。相比陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電的建筑安裝工程費用占總成本的比重較大。

3) 其他費用。其他費用包括項目用海用地費、工程項目管理費、生產(chǎn)準(zhǔn)備費等，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、人工工資高、海洋資源緊缺等原因，海上風(fēng)電的其他費用總體將略有上漲，尤其是用海養(yǎng)殖補償、海域生態(tài)修復(fù)等費用漲幅較明顯;但隨著海上風(fēng)電項目數(shù)量的增加，項目開發(fā)建設(shè)經(jīng)驗的積累，業(yè)主的項目管理水平也將提升，但對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)電場項目大部分依賴商業(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)電場施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是關(guān)鍵項目工期的縮短，建設(shè)期利息將有一定程度的下降。貸款利率與國家政策息息相關(guān)，主要是國家宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控時會發(fā)生變動。因此，建設(shè)期利息對風(fēng)電場成本有一定的影響。

2.2 海上、陸上風(fēng)電成本對比

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

2.2.1項目前期

風(fēng)電場的前期工作時間相對較長，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)評等。與陸上風(fēng)電場相比，海上風(fēng)電場的工作周期較長，協(xié)調(diào)難度更大;海域使用、養(yǎng)殖補償以及海洋生態(tài)修復(fù)等費用高，而且有增長的趨勢。相比于陸上風(fēng)電場，海上風(fēng)電場項目前期工作費用較高。

2.2.2 項目建設(shè)期

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

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

2) 風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)。與陸上風(fēng)電場相比，海上風(fēng)電場的基礎(chǔ)設(shè)計、現(xiàn)場施工難度很大;基礎(chǔ)設(shè)計考慮的邊界條件增多;海上施工對船機(jī)設(shè)備、工程經(jīng)驗的要求高;基礎(chǔ)施工周期長。單個海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)造價約為1300 萬～2000 萬元，而單個陸上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)造價約為100 萬～200 萬元，海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)造價增加較明顯。

3) 風(fēng)電機(jī)組安裝。整個海上風(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，海上風(fēng)電場的碼頭租賃費用昂貴;并且由于大型安裝船機(jī)設(shè)備少，導(dǎo)致安裝所需時間偏長，費用高，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)電場的碼頭租賃費用較高，價格在幾千萬不等。安裝1 臺海上風(fēng)電機(jī)組約需450 萬元，而安裝1 臺陸上風(fēng)電機(jī)組約需30 萬元。