关于珠海东区横琴北海涠洲岛和防城港企沙等.docx

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关于珠海东区横琴北海涠洲岛和防城港企沙等

关于珠海东区/横琴、北海涠洲岛和防城港企沙等

风力发电项目的策划

傅彭年

上海力冠能源科技有限公司

1．概述

1.1能源、环保是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。

常规能源以煤、石油、天然气为主，但资源有限，而且会造成严重的大气污染。

因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。

专家估计，地球上所接收到的太阳辐射能，大约有2%转换成风能。

风能发电装机容量可达10×106MW，每年提供电力13×1012kwh。

1.2全球风力发电飞速发展，欧盟和美国的行业组织反映，2002年全球风力发电总量增加了28%，而世界范围新增装机容量达到创纪录的6868MW。

欧洲风能协会和美国风能协会报导，2002年世界上新增加了大约价值73亿美元的风力发电技术设备。

据统计，2002年全球风力发电装机容量超过了31000MW，是1997年底的4倍，足以满足750万个一般美国家庭或者1600万个欧洲家庭的电力需求。

风能是世界上发展速度最快的一种能源，其发电能力每年都在以大约32%的速度递增，其中90%以上是在欧洲和美国。

欧洲风能协会执行主任科林·米莱指出：

“这仅仅是一小部分。

到2010年，全球风力发电的市场价值可能达到每年250亿欧元。

”

目前，欧洲风力发电占世界风力发电总量的四分之三以上，可满足欧洲2%的电力需求。

世界主要从事风力发电的国家是德国，装机容量超过12000MW，其次是西班牙、美国、丹麦和印度。

欧洲风能协会认为，从技术、经济或者资源方面预测，到2020年风力发电将会占到世界发电总量的12%。

不过，现在这一比例仅是0.4%。

1.3中国的风力利用简介：

1.3.1中国是世界上利用风能最早的国家之一。

我国利用风力驱动帆船，到了近代，由于工业发展，产生风力发电机等利用风能的先进措施。

面向未来，风能资源是能够适应可持续发展需求、具有永续利用潜力的清洁资源。

我国风能储量的理论计算量为3.2×106MW，其中可供开发利用的约为2.53×105MW，大约是截止1992年时，全国装机容量1×105MW的2.5倍。

东南沿海及岛屿、内蒙古北部等地为我国的风能丰富区，海滨、三北地区北部、青藏高原等地为风能资源较丰富区，塔里木盆地、雅鲁藏布江谷地、四川盆地等地是风能资源贫乏区，其它地区是风能资源可利用区。

1.3.2衡量风能资源分布的一个重要指标是年平均风速。

中国年平均风速的分布特点是北方风大，南方风小；沿海风大，内陆风小；平原风大，山地风小；高原风大，盆地风小。

沿海地区的风速一般都在3m/s以上。

台湾海峡因狭管效应，加上海面对空气流动的阻力小，风速超过7m/s，是全国年平均风速最大的地区。

目前，除在电网难以到达、风力资源比较丰富的边远地区，推广了小型（1kw以下）风力机12.8万台外，在新疆达板城、内蒙古朱日和、浙江嵊泗、大陈岛、大连横山、福建平潭、广东南澳等地已建立了8个带试验性的风电场。

正在新建的风电场有内蒙商都、大连瓦房店、浙江苍南、河北张北等。

总装机容量约400MW。

与此同时，国产风力发电机组的开发，也取得了一定的成果。

其中包括“八五”期间开发成功的200kw/250kw风力发电机组，和在“九五”期间开发成功的600kw风力发电机组。

并成功地开发了并网型风力发电机组的当地控制和远程控制系统，使大型风力发电机组的一项关键技术得到了解决。

国内可以制造的风力发电机组其他主要部件，也包括桨叶、发电机、齿轮箱、机舱、主轴、塔架、偏航系统、液压系统等，为大型风力发电机组国产化奠定了基础。

2．风能的发电利用

2.1风力发电的成本与效益

2.1.1常规能源发电的上网电价

以我国目前使用最普遍的300MW级火力发电机组测算其发电的上网电价，结果如表2-1。

表2-1燃煤电厂的平均上网电价（含税）

机组类型

电价

2×300MW机组

2×350MW机组

无脱硫

有脱硫

无脱硫

有脱硫

上网电价/（元/kw·h）

0.33

0.36

0.35

0.38

由于火力发电机组每年向大气排放数百亿t的有害气体，给全球环境造成极大污染。

目前发达国家已采用煤的洁净燃烧技术，国内采用相应技术，需对现有火力发电设备进行彻底改造，火力发电的建设成本要增加30%，上网电价可能达到0.40元/kw·h。

2.1.2风力发电的成本

根据600kw风力发电机组的国产化成本测算，其价格为5000元/kw。

加上风电场配套费用，风电场的建设成本不高于7500元/kw；取容量系数0.25，风力发电成本C/[元/（kw·h）]可由下式计算：

A+M

C=

Ec

式中Ec——每千瓦装机年发电量（kw·h）；

M——年运行维护费（元）；

A——年项目投资等额拆旧（元），可由下式计算：

ί（1+ί）n

A=P

（1+ί）n-1

式中P——每千瓦投资（元/kw）；

ί——贷款利率；

n——折旧年限（年）。

将风电场建设的各项条件Ec=365×24×0.25kw·h，P=7500元/kw，ί=5%，n=20代入上两式，可得

5%（1+5%）20

A=7500×元=601.82元

（1+5%）20-1

C=0.27+m

M

Ec

式中m——每千瓦时运行维护费（元/kw·h），m=

从上式可以看出，风力发电成本由两部分构成：

一部分是风电场的建设成本，这是构成风电成本的主要部分，为0.27元/kw·h；另一部分是运行维护成本m。

由于风能消耗不计入成本，这部分成本主要取决于设备的可靠性及风电场的管理水平，根据我国目前的风电场运行情况，m=0.05~0.08元/kw·h。

这样，风力发电的成本将不高于0.35元/kw·h。

如果国家能在政策上给予强有力支持，风力发电与常规能源发电相比，上网电价有一定的竞争力。

2.1.3经济效益与社会效益

能源生产的利用对生态环境产生损害，是中国环保问题的核心。

大量直接燃煤造成的城市大气污染，过度消耗生物质能引起的农村生态环境破坏，以及CO2温室气体排放是其主要的问题。

燃煤释放的SO2占全国总排放的85%，CO2亦占85%，NOx占60%，烟尘占70%。

1997年SO2排放总量为2346万t。

酸雨区域在迅速扩大，已超过国土面积的40%。

1995年酸雨沉降造成的经济损失为1165亿元，占GNP的1.9%。

风能在转换成电能的过程中，只降低了气流的速度，没有给大气造成任何污染。

用风力发电，可减少常规能源的消耗，从而减少CO2、SO2的排放，对保护环境和生态平衡，改善能源结构具有重要意义。

在我国的能源构成中，燃煤的比例最大，但可采量有限，并带来环境、交通等诸多问题。

因此，开发可再生能源，尤其是风能，将显得更为重要。

风力发电机组是涉及控制、机电、材料、钢结构等多学科、多专业的机电一体化产品，它的产业化，会带动一批相关产业的发展，有利于促进国民经济发展。

根据在本世纪中叶我国国民经济达到中等发达国家水平的目标，我国的发电能力应达到人均1kw，即15亿kw。

为了实现这一目标，专家认为，我国风力发电的装机容量，至少应达到1亿kw。

按这一发展目标估算，今后50年，我国的风力机工业及其相关产业将有7000亿元产值的市场潜力，平均每年140亿元，可望成为我国21世纪经济与社会效益都十分显著的新兴产业。

2.2风力发电技术

并网运行的风力发电技术，是20世纪80年代兴起的一项新能源技术，一开始就受到世界各国的高度重视，因而迅速实现了商品化、产业化。

特别是随着计算机与控制技术的飞速发展，风力发电技术的发展极为迅速，其单机容量从最初的数十KW级，发展到最近进入市场的MW级机组；控制方式亦从基本单一的定桨距失速控制，向全桨叶变距和变速控制发展。

预计在最近的5年内将推出智能型风力发电机组。

运行可靠性从20世纪80年代初的50%，提高到98%以上。

并且在风电场运行的风力发电机组，全部可以实现集中控制和远程控制。

从今后的发展趋势看，风电场将从内陆移到海上，其发展空间将更加广阔。

2.2.1风力发电机组的总体结构

风力发电机组的总体结构示意图，如图2-1，图2-2。

图2-2现代风力涡轮机剖面图

风轮是吸收风能并将其转换成机械能的部件。

风以一定的速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩而转动，将风能转变成机械能，进而通过增速器驱动发电机。

风轮转子直径同输出功率之间的关系如图2-3。

图2-3转子直径同输出功率之间的关系

多年来风力发电机组的风轮，大都采用三桨叶与轮毂刚性联接的结构，即所谓定桨距风轮。

桨叶尖部1.5~2.5m部分，一般设计成可控制的叶尖扰流器。

当风力发电机组需要脱网停机时，叶尖扰流器可按控制指令释放，并旋转90º形成阻尼板，使风轮转速迅速下降。

这一机构通常称为空气动力刹车。

近年来，随着风力发电机组设计水平的不断提高，在大型风力发电机组，特别是兆瓦级机组（1000kw以上）的设计中，开始采用变距风轮，桨叶与轮毂不再采用刚性联接，而通过可转动的推力轴承，或专门为变距机构设计的联轴器联接。

这种风轮可根据风速的变化，调整气流对叶片的攻角。

当风速超过额定风速后，输出功率可稳定地保持在额定功率上，特别是在大风情况下，风力机处于顺桨状态，使桨叶和整机的受力状况大为改善。

由于风力发电机组起停频繁，风轮又具有很大的转动惯量，通常风轮的转速都设计在20~30r/min，机组容量越大，转速越低。

因此，在风轮与发电机之间需要设置增速器。

大型风力发电机组的机械传动系统都沿中心线布置，因此，增速器都采用结构紧凑的行星齿轮箱。

风力发电机组中的发电机，一般采用异步发电机，对于定桨距风力发电机组，一般还采用单绕组双速异步发电机。

这一方案不仅解决了低功率时发电机的效率问题，而且改善了低风速时的叶尖速比，提高了风能利用系数，并降低了运行时的噪声。

出于同样的考虑，一些变距风力发电机组也使用双速发电机。

发电机并网过程采用晶闸管恒流软切入，过渡过程结束时，主继电器合上，晶闸管被切除，机组进入发电运行状态。

2.2.2风力发电机组的控制技术

风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术。

这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的切入（电网）和切出（电网）、输入功率的限制、风轮的主动对风，以及对运行过程中故障的检测和保护，必须能够自动控制。

同时，风力资源丰富的地区，通常都是海岛或边远地区，甚至海上。

分散布置的风力发电机组，通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就对风力发电机组的控制系统的可靠性提出了很高的要求。

与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。

它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，尚要对机组进行并网与脱网控制，以确保运行过程的安全性与可靠性。

而且，还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。

2.3风电较集中的电网也需要抽水蓄能电站

在风电较集中的，或准备大规模开发风电的电网，需要建设抽水蓄能电站，把随机的、质量不高的风电电量转换为稳定的、高质量的峰荷电量。

如目前风电比重较大的新疆、内蒙、和正在准备大规模开发风电的东南沿海，为了充分利用当地资源，在发展风电的同时，配备一定比重的抽水蓄能电站，是非常必要的。

诚然，风力发电是一种清洁，可再生能源，不污染环境，没有燃料运输、废料处理等问题，建设周期又短，运行管理方便。

风能资源丰富的地区，可充分利用当地资源，发挥优势。

但由于风能存在随机性和不均匀性，只有电网装机容量大，这种影响才会减少。

因此，发展风电必然要受到电网规模的限制。

抽水蓄能电站是解决电网调峰、填谷的手段，国内外已有成熟的经验。

在运行实践中，已显示其在改善电网运行条件，提高经济效益方面的优越性。

对于风电较集中的，或风电资源丰富、准备大规模开发的电网，在大力发展风电的同时，建设一定规模的抽水蓄能电站，实现风蓄联合开发，是该地区能源资源优化配置的具体体现。

风蓄联合开发，可利用抽水蓄能电站的多种功能和灵活性，弥补风力发电的随机性和不均匀性，不仅可以打破电网规模对于风电容量的限制，为大力发展风电创造条件；而且可为电网提供更多的调峰、填谷容量和调频、调相、紧急事故备用的手段，改善其运行条件。

2.4在已有水库上增建抽水蓄能电站

在抽水蓄能电站的建设中，利用已有水库、天然湖泊或大海作为下水库（或上水库），既有有利的一面，也有不利的一面。

因而，利用已建水库，天然湖泊或大海建设抽水蓄能电站，应做全面的经济比较和利弊分析，并在此基础上最后决策。

2.4.1利用已有水库，天然湖泊或大海作为抽水蓄能电站的下水库（或上水库），可以节省一个水库的建设费用，但有可能增加其它方面的费用。

如何利用已有水库工程（含天然湖泊或大海）的有利条件，降低抽水蓄能电站的工程投资，是保证抽水蓄能电站顺利建设和正常运行的关键问题。

2.4.2利用已有水库，天然湖泊或大海，作为抽水蓄能电站的下水库（或上水库），不存在水源问题，但应注意协调新的矛盾。

尤其是水资源缺乏的地区，在有一定径流的河道上，往往已建有水库，抽水蓄能电站站址也希望选在这些水库附近。

若抽水蓄能电站需占有发电库容，影响已有水库其它综合利用部门的用水量，则应协调好各综合利用部门之间的关系，并研究可能的补偿措施。

此外，还应注意对环保和水质的要求。

2.4.3要利用已有水库，天然湖泊或大海作为上水库或下水库，而水库周围无更合适的地形，则可能造成蓄能电站设计的困难。

若已有水库与新建水库距离较远，水库水位变幅大，将直接影响蓄能机组的水头和运行效率。

若已有水库为中、小型水库，改建成抽水蓄能电站的下水库（或上水库）后，建筑物级别要提高，相应的大坝安全系数、汇洪标准、施工质量要求等也要提高；另外，原建筑物可能留有一些隐患，亦需加固处理。

3．珠海东区/横琴风力发电的策划

3.1珠海东区（下称东区）自然和社会环境简况

3.1.1东区的位置和地形

东区，又称珠海市万山管理区，位于珠海市的东南部。

地理位置为113º38'~114º19'E，21º47'~22º10'N。

东区包括三个镇：

桂山镇、万山镇、担杆镇。

其行政界限和划分范围及地理位置见图1。

三镇的陆域都是由岛屿组成。

根据广东省海岛资源调查，岛屿面积约80.876km2，散布在3200km2的浅海海域中。

东区岛屿在1万多年前是广东大陆的一部分。

自玉木冰期后，由于海平面上升，才逐渐形成今日星罗棋布的岛屿。

由于受到广东大陆边缘华厦断裂带的影响，岛群呈东北—西南向排列。

90%以上为燕山期的粗中粒斑状花岗岩。

东区的岛屿总称为万山群岛，大致分为五大岛群：

以桂山—蜘洲—三角等岛组成的桂山岛群；以外伶仃—三门—隘洲等组成的外伶仃岛群；以大小万山—东澳等组成的万山列岛；担杆列岛；佳蓬列岛。

总共有76个（不包括3个无名岛）。

岛屿以丘陵为主，一般山的海拔高度为200—300m，最高峰出现在担杆列岛中的二洲岛凤凰山（海拔473.7m）。

大部分岛屿均是岛四周较低，岛中部较高，山体陡峻，相对高差较大，岛屿岸线曲折，多港湾，少平地。

海域属南海北部浅海大陆架，水深在5~40m范围内。

海底沉积物主要为，珠江流域带入的陆源性碎屑物质为主，其次为周围岛屿的坡积物。

沉积物类型主要为粉砂质粘土和粘土质粉砂，约占90%以上；岛岸周围有少量的粉砂、砂或砾石等组成的各种沉积物类型。

3.1.2东区气候条件

东区属热带季风性气候。

光、热丰富，气温高。

年平均气温22~23℃左右。

1月平均气温14.8℃，7月平均气温27.9℃。

年内和日内的气温变化较小。

大万山岛的年平均日温差4.4℃，极端气温值一般小于35℃（极端最高），大于4℃（极端最低）。

年平均降水量1849mm，年际降水量变化值最多和最少的比率达2.4倍，年内降雨量分配不均：

4~9月份属雨季，其降水量占全年总降水量的80%以上；10月份至次年3月份属干季，降水量占总降水量20%以下。

全年暴雨（50mm以上）日数约12天。

东区风大，年平均风速6.5m/s左右。

冬半年风速大于夏半年。

7月平均风速5.0m/s，冬半年风速均在7.0m/s以上。

全年主导风向为E和ENE风。

10~3月期间盛行偏北风，5~8月盛行偏南风。

4月和9月为过度时间。

据大万山岛的统计，全年8级以上大风日数（指风速≥17.2m/s）达61天。

3.1.3东区的社会环境

东区三镇，以众多岛屿形式存在于海洋中，宜耕地极少。

改革开放前，向来渔业地位十分突出，在大农业产值中渔业占95%，是海岛的支柱产业。

为适应渔业生产的发展，主要岛屿桂山岛、外伶仃岛、大万山岛上建起了制冰厂、织网厂、小型修船厂等为渔业生产服务的工业，以及为岛上居民生活服务的粮食加工厂、五金修理厂、发电厂等。

这些为渔业生产和为居民生活服务的小型加工与维修工业，仅在东区经济中处于辅助的地位。

随着改革开放和珠海经济特区的建立，并利用靠近港澳的有利条件，东区的工业得到迅速发展。

主要的工业有电力、采石业、修船厂、蓄电池厂、塑料厂、发光材料厂、鱼网厂等。

除工业外，还发展第三产业企业，如商业、贸易、饮食业、酒店等。

但东区目前的大部分工业和规模较大的第三产业均放在珠海市区内。

在东区管辖范围海岛上的工业和企业并不多，主要的有电子厂、采石场、修船厂、小型柴油机电厂、网具加工厂、砖厂、游艇厂、油库、港口、码头等，以及小型的饮食、酒店等服务业。

其中采石业产值最大。

上世纪80年代后期，随着网箱养殖业的兴建，渔业生产结构有所改变，从原来的捕捞业占绝对优势地位，转变成捕捞、养殖并举的结构。

3.1.4东区的人口

东区的76个海岛，有常住人口居住的仅5个。

即桂山岛（桂山镇政府所在地）、外伶仃岛（担杆镇府所在地）、大万山岛（万山镇府所在地）、东澳岛、担杆岛。

改革开放后，随着工业的发展，渔民生活水平的提高，海岛上的渔民，相对集中在三镇镇府所在地的岛屿上，而且有的居民，离开海岛迁往珠海市区居住和谋生。

东区人口统计见表3-1。

表3-1东区人口统计（1995年）

所在地

人口数*（人）

分布

人口密度（人/km2）

东区总人口

17666

分布在五个岛上

508

桂山镇

6642

桂山岛

1600

担杆镇

5304

外伶仃岛

603

担杆岛

137

万山镇

4443

大万山岛

543

东澳岛

1277

东澳岛

274

*包括户籍人口和暂住人口。

3.1.5东区的交通

东区主要海岛上建有公路和码头。

岛与岛之间主要靠海上交通。

每天有珠海—桂山—外伶仃，珠海—东澳—万山两条高速客轮航线通航。

此外，外伶仃—担杆之间隔天亦有普通客轮通航。

东区地处珠江口外的河口区，是广州、深圳、澳门、香港及珠江流域众多城市航道出海必经之道，或主要通道，处于水深线10m~30m之间。

共有六条国际水道，其中大濠水道和大西水道是最著名的国际航道。

共有4个锚地，其中桂山岛西侧是著名的国际锚地。

3.1.6东区的风力资源

东区风向、风速有较明显的季节变化。

在大万山岛设有国家海洋局所属的大万山海洋站，其资料可以反映本地区气象基本特征。

3.1.6.1风向频率特征

表3-2为1974~1979年各月风向频率资料统计，图3-1为该地区风向频率玫瑰图。

据上述图表分析，所在区域常年风向频率特征如下：

a．调查区域12月至次年3月，以ENE为主导风向，频率分别为25%、25%、23%和28%，其静风频率分别为1%、1%、2%和2%。

除3月次主导风向为E外（频率为26%），其它各月（12月至2月）次主导风向均为N。

而11月的主导风向为N，频率为29%；次主导风向为E，频率19%；静风频率为1%。

上述各月几乎无偏西风出现。

b．4~5月以E为主，出现频率分别为29%、16%；ESE次之，频率为21%及13%；静风频率较大，达3~4%，偏西风频率较小。

c．6~7月以SSW为主导风向，其频率分别为15%、20%，西风有所增强；静风频率低于春季，两月均为2%。

表3-21974~1979年各月风向频率统计表（%）

风向

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

全年

N

23

16

8

5

1

2

1

2

11

16

29

22

10.6

NNE

16

14

8

3

2

1

1

2

6

8

17

10

6.4

NE

10

9

7

4

3

1

1

3

4

7

7

9

5.4

ENE

25

23

28

11

13

6

3

8

10

11

12

25

15.1

E

15

15

26

29

16

11

7

18

24

37

19

22

23.1

ESE

2

3

7

21

13

7

5

8

8

4

1

2

5.6

SE

1

7

9

11

14

15

13

10

7

2

1

7.7

SSE

1

2

2

4

8

11

12

5

3

2

4.2

S

1

1

1

2

5

7

2

1

1

1.8

SSW

1

1

6

15

20

7

4

1

4.1

SW

1

3

12

18

14

5

4.0

WSW

1

3

5

5

9

2

1

2.3

W

1

1

1

1

1

0.4

WNW

1

1

1

1

0.3

NW

1

1

1

2

2

2

1

0.9

NNW

6

6

2

3

2

3

3

4

7

9

13

8

5.1

C

1

2

2

4

3

2

2

3

4

1

1

1

2.3

d．8~10月的主导风向为E，频率为18%、24%、37%；静风频率为3%、4%、1%。

e．调查区域全年以E为主导风向，频率达23.1%；ENE次之，为15.1%；北风为10.6%；静风为2.3%。

3.2.6.2风速

a．极端风速

表3-3为1974~1995年6级以上大风出现的日数及极端大风风速。

从表可以看出，6级以上大风出现的日数存在年际变化。

22年来，6级以上大风年平均出现日数为82天，占全年天数的22%。

极端大风风速最高达43m/s。

但极端大风一般出现于夏季台风期，且持续时间较短。

图3-2为1995年各月最大风速及风向。

图中显示：

夏季（6~9月）的最大风速明显高于春、秋季，冬季的最大风速亦较大。

夏季最大风速，风向偏南，冬季则偏北，这同夏季受台风影响，冬季受冷高压脊影响有密切关系。

表3-31974~1995年大于6级大风出现的日数及极端大风风速

年份

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

日数（日）

56

101

66

65

106

90

101

91

86

105

109

风速（m/s）

30

43

31

26

30

27

31

29

27

40

25

年份

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

日数（日）

104

106

73

104

100

95

75

40

40

40

45

风速（m/s）

28

29

28

21

31

23

29

28

38

22

24

全年大风平均日数

82