摘要：通过对六鳌海上风电场初步分析， 探讨在福建沿海开发海上风电的技术可行性， 以及在开发过程中需要关注的一些问题，为开发海上风能利用研究者提供一个参考。
风能因其可再生、无污染等特点，是新能源中具有极大发展潜力的一个领域。福建省地处我国东南沿海，属于全国风能最丰富的地区之一。虽然省内水力资源较为丰富，但其他常规能源资源相对贫乏，石油、天然气尚未发现，属南方缺能省份之一。大规模开发福建省丰富的风能资源，有利于减少对省外一次能源输入的依赖，满足能源与环境协调发展的要求，实现能源资源的合理开发利用和优化配置。
1 发展海上风电场的优势和趋势
风流过粗糙的地表或障碍物时风速和风向都会发生改变， 与陆地相比海面的粗糙度要小的多， 通常情况下离岸10km 的风速比沿岸风速高25%;海上风切变指数较小，风速随高度变化较小，可以降低风机塔架的高度减少建设投资;海上风湍流强度较小， 风向比较稳定， 风机塔架的疲劳荷载较小，可以延长风机的使用年限;建设海上风电场的噪声污染及对自然景观影响较小， 且一般情况下不会影响受保护的野生动植物和候鸟;海上风电场不受征地问题的制约，在其他条件允许的情况下可以建设大型的风力发电场， 从而降低风电场的单位投资。
欧洲风能协会2008 年初预测，今后15a 海上风电将成为风电发展的重要方向，预计到2010 年和2020 年，欧洲海上风电总装机容量将分别达到1000 万kW 和7000 万kW。根据我国国家风电规划，到"十一五"期末，全国风电总装机容量将达到500 万kW;但是地方规划要远超过国家规划，依据电力行业投资的规律，规划的落实可能以地方规划为主。因此，"十一五"期间，风电的发展实际进度可能将远超过国家规划。在以后的几年内，行业的发展速度也将是超速的，海上风力发电也必将迎来一个快速发展的阶段。
福建陆域面积绝大部分属于山地或丘陵， 该部分区域风能资源一般，且可供建设风电场的区域有限。沿海岸线区域属于风能资源丰富或较丰富区， 但是从省内已经建成和正在建设中的陆上风电场实际来看， 大多数风场区域人口密集，工厂、码头、乡村、城镇非常集中，在该部分区域建设风电场存在严重的用地矛盾、噪声污染等一系列问题。全省沿海风电开发普遍存在有风无场现象， 规模超10 万kW 装机的单个风场已很少。随着近几年风力发电的大力发展，福建省内优良的陆上风电场场址也将在未来的5~8a 左右时间内开发完毕，福建风电开发方向即将向海上转移，即建设大规模的海上风电场。
2 六鳌海上风电项目场址概况
福建省地处我国东南沿海， 由于台湾海峡其特殊地理环境形成的狭管效应， 使福建沿海成为我国风能最丰富的地区之一。六鳌半岛位于福建省漳州市漳浦县东南部，向海中伸入约20km。半岛东面濒临台湾海峡，沿岸是连绵数十km 平坦沙滩，除防护林外，四周无任何阻挡。六鳌半岛特殊地理位置和地形结构，成为福建沿海中较好的一个风能资源丰富区。经测量， 六鳌海滩以10%～15%的坡度向海底延伸， 潮间带约有300m 宽，海滩表面有覆盖大量石英硅砂，根据陆上地质勘测资料推论，海滩石英砂覆盖层厚度约10～20m。
3 六鳌海上风电的优势
与国内其他在建和正在选址的海上风电场相比， 在六鳌建设海上风电场，主要有以下6 点优势。
3.1 海上风资源情况良好
为开发建设六鳌海上风电场需要，2007 年4 月大唐漳州风力发电有限责任公司在六鳌海上风电场场址范围内投资设立了1 座80m 测风塔进行风速观测。测风传感器和数据记录仪采用美国NRG 公司的产品， 在不同的高度分5 层测风，并采用双系统备份。从已经测得的数据来看，该海上风电场场址的70m 高处年平均风速为8.01m/s，平均风功率密度为501W/m2。场址区域每年10 月至翌年3 月为盛风期，主风向明显，全年主导风向为NNE-E，盛行风向稳定。初步估算六鳌海上风电场年等效负荷小时数将超过3000h，与同期沿岸陆上风场风资源相比，海上风速高约12.8%，预计发电量将高约43.5%。从风资源角度来看，六鳌海上风电场具有一定的开发价值。
3.2 海底地基条件好
从已经获得的六鳌半岛陆上地质勘测资料推论， 六鳌海滩石英砂覆盖层厚度约10～20m，与国内正在开工建设的上海东海大桥海上风电场相比， 沙质地基大大降低了海上风电机组的基础施工的难度和投资，且沙质地基比较稳定，为风电场投产后的稳定运行提供了保障。从国外已经运行的海上风电场来看，运行良好的风电场基本都是沙质地基。
3.3 海底地形条件好
根据海底测量资料，该区域地形地势较为平坦，没有大的凸兀起伏，没有大的沟壑，地形变化不大，这将为风机基础建造和海底电缆铺设提供良好的海底环境。
3.4 风场可利用场址面积大
六鳌海上风电场场址区域海床非常平整， 仅大澳湾区域水深10～30m 区域可利用面积约90km2，离岸最远距离12km，可建设约800MW 规模的海上风电。若场址往古雷半岛方向延伸，场址可利用面积将扩大3~4 倍，整个风场可利用面积超过300km2，终期规模可能突破3000MW 装机。
3.5 陆上配套条件较好
在该海上风场区域对应的六鳌半岛陆上在2008 年底已建成风场10.16 万kW， 陆上的交通条件已能满足大型设备运输要求，交通条件好;附近15km 范围内有已建成的110kV 变电站2 座，目前220kV 和500kV 变电站也正在规划中，配套送出系统完善;在六鳌半岛10km 范围内分布5000t 华福石英砂码头、一帆重工船业码头、虎头山渔业码头，这些码头可为海上风场施工提供良好辅助作用。
3.6 与海域的其他使用功能不冲突
六鳌海上风电场场址与主要航道及码头建设不存在冲突;场址区域主要存在紫菜养殖，紫菜属季节性经济植物，且在工程施工期结束后，风机之间相距约400～600m，也将不存在冲突。因此没有海域其他功能造成颠覆性制约因素妨碍六鳌海上风电场的建设。
4 风电场建设及运行中可能遇到的问题及其对策
目前，生产海上风电机组设备的主要厂家全部在国外，而且世界上已经建成具有规模的海上风电场也主要集中在欧洲。鉴于我国对海上风电建设经验的匮乏，六鳌海上风电在建设过程中可能会遇到下列问题：
4.1 风机基础的设计与施工
从世界其它国家海上风电的开发经验来看,很多风电场运行过程中出现的问题都与风电机组的基础有关， 风机基础的设计与施工将关系到海上风电场投产后的稳定运行。目前，在海上风电中可供选择的基础主要有重力型基础、单桩基础、三角架基础、导管架基础、浮体结构基础等几种型式。国外应用最广泛也是最成熟的基础型式为单桩基础， 上海东海大桥风电场筹备阶段选择的也是单桩基础， 但在实际建设中因海底淤泥层过厚，最后使用了群桩基础。
六鳌海上风电场场址因地质为持力良好的沙质地基，且沙层的厚度相对不大， 初步方案可采用国外成熟使用的单桩基础。单桩基础一般由直径在4～5m 之间的钢管焊接而成，用震动锤或液压锤贯入海床， 或者是在海床上以钻孔的方式埋入海床。近几年，我国从国外进口了部分液压打桩锤，最大打桩能量可达800kNm。液压打桩锤具有打桩过程中损失能量少、打桩效率高的优点，并且可以悬打，即可以省去打桩架，直接由吊机悬住打桩锤进行打桩作业。液压打桩锤完全能够满足六鳌海上风电风机单桩基础的施工要求， 目前能够进行该项施工的国内海上施工单位已较普遍，如广州打捞局、中港一航局等。
4.2 风电设备的吊装
海上风电场施工方案另一个难点在于风机安装,风机在海上拼装需要保证塔筒与风机基础法兰之间、各级塔筒之间、塔筒与机舱之间、叶片与轮毂之间的准确对位。传统的起重船仅仅依靠锚缆系统对船体定位固定，海上的波浪、潮流极大地影响这种对位的准确性。特别是当安装高空部位时，船体轻微的晃动也会引起巨大的偏差，稍有闪失将造成不可挽回的后果，依靠传统的起重船进行海上风机分体安装是不大可行的。
目前国外对大容量机型吊装方案采用2 种吊装方式。一种安装方式为分体安装,即在陆上完成风机机舱、叶片组装，运至安装位置后，进行分件安装。另一种为整体吊装方式，即在陆域岸线码头将风机机舱、叶片和塔架安装完成后,整体吊装至海上风电场安装位置，与风机基础安装成为一体。
整体吊装方式在海上风电场的吊装中应用得比较少，只在英国的Beatrice 风场采用过。海上整体吊装需要在陆上寻找一个靠近码头且有足够承载力和工作面的陆上拼装场地,这对风电场周围的建设条件提出了较高要求。
国外专门的风机分体安装船有"海能号"、"海力号"、"跳爆竹号"和"五月花决意号"。这些专用船只是由集装箱船改造而成的自升式驳船，船体两侧装备液压自升支腿系统。当安装船到达安装地点后，先抛锚稳住船身，再通过液压系统放下支腿至海床面，使船身高于海平面，依靠液压支腿承受整个船身和所载设备的荷载，风机的吊装采用与陆上类似的方法进行。
根据六鳌周边地理环境结合国外成功的施工经验， 六鳌海上风电场吊装方案采用海上分体安装的方法较可行。
4.3 台风影响
建设海上风电场台风问题是不可回避的， 福建沿海为我国台风多发地带。从近30a 的台风统计来看，平均每年有5 个台风影响六鳌附近， 这都将极大地影响六鳌海上风电的建设和运行。为了应对这一问题，主要有以下几点考虑：
首先，在风机设备选择上，考虑选择可抗台风的I 类风机设备。由于海上风电环境的特殊性，在涉及抗台风性的同时还要考虑设备的抗潮湿、防盐雾腐蚀等性能，因此需要选择设备冗余度较高、技术先进的风机，以提高风机运行的可靠性，尽可能减少设备的维护频率，降低台风期间维护的机率。
其次，在工程建设施工阶段，合理安排工期，尽量避开台风季节进行吊装施工， 可以在风速较小的3 月至6 月之间安排集中吊装。尽可能将台风对工程建设影响降到最低。
最后，在风电场运行期间，台风期间应尽量减少人员的不必要外出，确保运行维护人员人身的安全，而且可以在风机塔筒内储备一定量的食物和饮用水， 为运行维护人员提供紧急避险场所。
4.4 场内集电线路方案与施工
海上风场中风机之间的集电线路施工是另一个难题。海缆的价格与其通电能力成几何倍数关系， 为节省造价同时降低施工难度， 拟采用一机一变的方式将风机出口电压升压至35kV， 再通过海底电缆采用星形连接， 将若干个风机形成一组，升压后接入海上的升压站，集中升压到110kV 后接入陆上电网。由于六鳌海上风场区域水深小于50m，且海底表面为沙质，可采用直埋方式。在海底电缆施工时,风电场内部以及送出电缆均由敷设船放入海底,使用高压喷水冲击海床,使电缆埋入海床下1m 深处。我国现能生产海底电力电缆的厂家有沈阳电缆厂、上海电缆厂等，国内可铺设海缆的施工公司也有，如中国海底电缆建设有限公司。
4.5 环境影响
六鳌海上风电场建设与漳州市海洋功能区划是相容的。风电场区域未发现有受保护的水生动、植物和候鸟。铺设海底输电电缆和风机基础施工将导致海底泥沙再悬浮引起水体浑浊， 对海洋生态系统带来一定的影响， 但这些影响都是暂时的。风机基础建成后会造成基础周围局部潮流改变，并可能会引起小范围的泥沙淤积，对区域海域地形地貌造成一定改变，但相对整个风场区域这种局部改变很微小， 对海域整体影响不大。工程建设和运行存在的主要环境问题是对渔业生产及水产养殖的不利影响， 可通过经济补偿等措施予以减轻。因此，从环境影响的角度评价，不存在制约本工程建设的环境因素。
4.6 风机设备国产化问题
虽然国内陆上风电场MW 级风电机组已达到批量生产阶段, 国内也有很多风机制造厂和科研机构在研发海上风机，但是目前国内仅华锐风电科技有限公司为上海东海大桥海上风电场制造过3MW 的风机，目前该风机仅完成制造，没有海上实际运行经历。如果使用国外的风力发电机组，①风机设备难以满足国家要求本地化率大于70%的要求;②采用国外进口设备高昂的价格造成工程造价偏高。国产海上风电机组的缺乏是影响我国海上风电场发展的一个重要因素。
2007 年中国大唐集团公司与湖南湘电风能有限公司在福建漳浦合资成立湘电风能(福建)有限公司，从事风电设备制造。该风机制造厂距六鳌海上风电区域海上直线距离仅20km左右，陆上交通也仅约35km。预计该公司2009 年底形成年产300 台风力发电机组的能力，2010 年底形成年产风力发电机组500 台的能力。2009 年上半年启动3MW 海上风力发电机组研制，并于2010 年批量生产。湘电海上风机的国产化、本地化为六鳌海上风电建设提供良好的设备供应环境。
4.7 上网电价
海上风电风机机组设备成本高、施工难度大造成工程成本高、运行维护成本高，是导致海上风电上网电价较高的主要因素。目前根据国际上已建成海上风电的经验，海上风电开发成本约为陆上风电场成本的2～3 倍， 由此带来了较高的海上风电上网电价严重制约了我国海上风电的发展。
根据六鳌海上风电实际情况，风机按国产设备考虑，包括扩建陆上码头，六鳌海上风电场(按20 万km 装机规模)投资估算约488000 万元，单位投资约24400 元/kW。风电场年利用小时数按3300h 计，考虑各种折减系数，平均年上网发电量约60000 万kWh;本项目计算期取27a，其中建设期30 个月，生产期25a;资本金(自筹)约占项目总投资的20%，其余部分向国内商业银行贷款，贷款年利率按5.94%计，还贷期为20a(含2 年宽限期);按满足资本金基准收益率8%测算，初步测算上网电价约为1.08 元/kWh。
我国陆上风电在最近几年得到了国家政策的大力支持,使得陆上风电在最近几年得以高速发展。海上风电要远比陆上风电的风险大,技术难度更高,需要政府有具体的、可操作的政策来保障和推动。根据国家发展改革委《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》的规定，可再生能源发电价格高于当地脱硫燃煤机组标杆上网电价的差额部分， 在全国省级及以上电网销售电量中分摊。六鳌海上风电场可以作为国内海上风电的示范项目， 毎kWh 一元多的上网电价还是可以接受的。
5 结论
海上风电的开发为福建省等东南沿海省份开发近海风能资源提供了美好的远景规划。通过现场踏勘福建省沿海的连江、崇武、古雷等多个海上风电场址，从风资源、地质条件、风场规模以及外围条件综合来看， 六鳌海上风电场场址区域非常适宜建设大规模的海上风电场， 在施工方面虽然有一些难题，但是目前已有有效的方法进行解决，可以作为福建省海上风电场开发的一个示范性项目进行逐步开发。