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海上风电场选址考量因素

日期:2021-11-01    来源:千尧科技

国际风力发电网

2021
11/01
08:59
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关键词: 海上风电 风电项目选址 海上风电选址

海上风电工程而言,选址是建设环节的重中之重。周全的选址方案不仅会使后期建设工作事半功倍,还会将风电场生命周期内的效益最大化。因此,在规划初期,应针对选址工作将诸多因素综合考量,择优而取。

1经济潜力

海上风电场的建设耗资巨大,开发地需具备良好的社会经济状况作为支撑。同时,发出的电力又依赖当地电网与用户的消纳。因此,海上风电的布局应当以满足当地电力的发展要求为先,与地区电网的建设匹配,这样才能保证电能高效利用,防止“弃风”现象的发生。

2风资源

风资源质量决定了发电效益及项目的可行性,是风电场选址的核心环节。一般对风资源的评价(基于欧洲风电行业的经验)见表1。

表1 风资源评价

在国内,我国具有绵长的海岸线,基本沿南北向分布,海上风能资源特性相差较大。渤海及黄海海域受冬季冷高压控制较多,南海、东海海域受热带低气压影响较大。北部海域风能资源全年分布较为平均,南部海域则受台风影响。理想的海上风电场需要风速大而平稳,避开台风多发区域。例如江苏近海出现10级台风的频率为年均1~2次,通常不具有破坏性,因而我国首批海上风电场集中分布在该区域。

3地质

目前已建成的海上风电场中,绝大多数海上风力机需要通过基础结构连接到海床。海床的地形与地质条件往往决定了风电场的建设成本与施工难度,因此需要详尽的海上勘测资料。一般来说,海床的地质结构、海底深度和最高波浪级别是主要考虑的地质因素。

(1) 海床结构

海上风电基础是造成海上风电成本的重要因素之一,选择地质条件好的海域建设风电场不仅利于施工,而且还能减少成本,并防治地质灾害。因此,海上风电场对地址条件的要求非常严格。在环境评估中要对所选海域进行地质勘探,且要布点合理,以全面掌握场址海床的地质构造情况。海底表层沉积物有有机的、无机的,无机的有细沙、泥沙、岩石碎裂的固体碎片等多种情况。一般而言,细沙覆盖的海床条件比颗粒较大的沉积物的海床更适合风电场的建设。

(2) 海底深度

海底深度也是影响项目总成本的重要因素之一,例如:

单桩基础在深水及松软的地质条件下不适合,需要更复杂的基础方案。

较大水深给施工带来难度,如超过40m的水深,千斤顶驳船就不能胜任了,需要锚式起重船,但其受海况条件影响比较大。

海底电缆的铺设一般在5~30m的水深范围内。

根据欧洲海域已建成或规划中的海上风电项目水深、离岸距离和装机容量的信息统计得知:欧洲海上风电场开发趋于更大、更深、离岸更远。基于现在的风电技术和资金结构,40m是海上风电开发现实可行的最大水深。

(3) 最高波浪级别

波浪包含大量的动能和压力,对结构产生较大的重复荷载,对结构的寿命和动态行为有严重的影响,例如:

波浪引起发电机组基础和结构的水平荷载增大。

在风电场运行期间,恶劣的风浪影响安全进入或工作,增加了运营成本。

大浪妨碍建设施工,增加施工成本。

就国内而言,渤、黄、东、南海的波高以南海最大,东海次之,渤、黄海较小。

4交通与安全

随着海上风电在全球范围内的迅猛发展,海上风电工程与与附近海域的通航环境所产生的矛盾日益凸显。风电机组建成后,将成为永久性的水工建筑物,从而可能永久性改变该水域原有的通航环境和条件。作为海上较大面积的碍航物,它的存在将对附近航路的正常运行产生一定影响,且风机在运转过程中产生的电磁波会干扰船舶导航设备工作,从而较大改变附近海域的通航环境,对船舶通航安全构成威胁。

除此之外,海上风电场工程又区别于其它水工建筑,在其建设和运营过程中,都会对附近海上交通产生影响。

(1) 建设期

在施工建设期,风机塔架的运输与吊装需要大量使用施工船舶,且由于风机塔架自身高度较大,给运输及吊装增添了作业难度。海底电缆的铺设,增加了通航环境的复杂性。

(2) 营运期

海上风电场作为碍航物,其占据较大的海域面积,一般船舶不能在其水域范围内航行,风机之间海域仅仅可供渔船及内部运维船航行作业。

海上风电场内风机发电时产生磁场,对海上常用电子设备产生影响,如VHF、雷达、磁罗经,对通航安全构成一定威胁。

海上风电场从立项设计到施工,再到投产营运,涉水工程复杂多样,工期冗长,且未来几十年作为永久性的水上碍航物,将与通航安全产生较大矛盾,海上风电场项目面临较高的通航安全风险。海上风电场对通航安全的影响因素是复杂的,每一个环节出现问题都有可能导致严重的事故,需要合理全面的分析其影响通航安全的主要因素。

5冲突问题

海上风电在选址过程中不能忽略海域使用上的限制和制约,有时会和其他的行业、其他的用途等情况产生冲突。

(1) 石油天然气

某一些海域内拥有丰富的油气储量,随着对石油天然气需求的不断增长,海上石油和天然气的勘探和开采活动将日益增多,这样会限制海上风电的开发。

(2) 航运航道

一般来说,沿海各个区域都有重要的航道,风电场不能占据航道,特别是繁忙的航道和锚定站点、避风港区,在一些不繁忙的航道上也要考虑风电机组的分布,风电机组的分布要为行船留出足够的距离,避免船舶与风电机组的碰撞,造成船舶和风电机组的损坏。而且风电机组应安装警示标志,如照明和雾角等,另外应到海事部门进行登记注册,以便在航海指南中作出标示。

(3) 军事设施

应避开军事区域和设施,主要包括:

军事管制区。

用于军事目的的海域:如军事飞行的低空区域,海里的导弹试验区域等。

海底弹药库或海底弹药倾倒区,要摸清弹药地点位置,密分布度等情况。

(4) 航空和雷达

风电机组在雷达监测视线范围内会对雷达造成干扰,旋转的风电机组叶片会给雷达造成假信号,在雷达监测系统中显示错误的追踪信号。通常在海上风电场开发规划阶段,经常与航空和安全部门存在冲突,甚至导致项目审批无法通过。一般民用机场的位置是公开的,军用雷达及航空雷达的地点需要通过其他途径获得。

6生态环境

海上风电项目的占地一般较大,规划范围可达数十千米,如果规划范围内存在湿地、自然保护区等敏感性地区,在建设、运行中必然会造成较大影响。在项目建设过程中,风电机组基础的建设、电缆敷设都会对海域地质造成影响,为了保证机组的稳定性,其基础需要通过液压打桩及使用大量石块进行护桩,这些工作都会改变海域内原有的地质情况,使海底泥沙悬浮造成水体浑浊,同时机组设施出现渗漏油也会对局部海水水质造成严重污染。

(1) 对鸟类造成的影响

在近海区域,海鸟数量、种类较多,风电场对于海鸟造成的不良影响主要是体现在三个方面:

风电机组处于鸟类飞行通道上,当遇到大雾等视野较差天气,鸟类容易与风机转动风叶碰撞导致其死亡。

风电机组运行中线路产生的电磁场会对鸟类方向感造成影响,同时叶片反射阳光会刺激鸟类眼睛,致使鸟类迷失或改变迁徙方向。

风电机组在运行中产生的噪音,可能会致使鸟类不敢在附件海域降落生活,影响其繁殖、筑巢、觅食,导致其离开栖息地,破坏生态平衡。

(2) 对海洋生物造成的影响

在风电项目施工过程中, 风机基础及输电电缆的敷设会使海底泥沙悬浮,使水体浑浊,造成水质的污染,影响浮游生物的繁殖,使底栖生物死亡,破坏海洋的生态平衡。

(3) 对渔业造成的影响

目前已建、在建的海上风电场还主要是处于近海区域,与传统渔业区存在重合, 风电项目的建设必然会占用部分渔业区域, 同时如果各个风机间距较小还会影响捕鱼船的正常活动及养殖空间。

(4) 对景观环境造成的影响

随着旅游业的发展,海景也是重要的景观资源,而风电场的建设必然会影响原来的自然景观, 虽然通过合理的设计也能使风电机组的运转成为独特的风景线, 但是当风电场处于湿地、自然保护区等敏感性区域时,不但会影响区域的自然美感,同时也会对区域内生态环境造成破坏。

结语

新的行业规范的制定、与其他行业的利益冲突、绿色可持续发展概念的推广——解决这些问题,最好的方式就是在选址阶段便将其一一避开或化解。只有不断完善选址方案并发展相关技术,才能真正做到防患于未然,让海上风电产业的效益达到最大。


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