风能作为一种可再生的绿色能源，凭借其巨大的商业潜力和环保效益，在全球的新能源和再生能源的行业中得到了快速发展[1-2]。风力发电与火力、水力和核力等其他发电方式相比有诸多优点，一台单机容量为1MW的风机与同容量火电装机相比，每年可减少CO2排放1kt，减少SO2排放10t，减少NO2排放6t。

　　中国石化上海石油化工股份有限公司（简称上海石化）是一家紧邻海边的特大型石油化工企业，有自发电机组。随着“绿色”发电的兴起，中国在风力发电上发展势头迅猛，上海石化结合企业的区域环境和现状，利用海边地域环境开发风力发电，提出了建立风电场的设想与建议。

　　根据对周边地区的实地调研和上海石化的建设风电场的条件，着重对电力运行的内外现状进行了解，从所处的地理位置进行选址，对风电场可能达到的规模进行了研究，以形成基本可行的方案轮廓。

　　1  风能资源量分布

　　1.1  中国风能资源量

　　中国海岸线长，风能资源丰富。据中国气象科学研究院相关资料报道：全国风能密度平均为100W/ma，全国陆地10m高度层风能资源总储量约为3226GW，实际可供开发的有253GW。主要集中在两个带状地区：一条是“三北（东北、华北、西北）地区丰富带”，其风能功率密度在200-300W/m2以上，有些区域可达500W/m2以上，这些地区每年可利用风能的小时数在5000-7000h；另一条是“东南沿海及其岛屿丰富带”，这些地区每年可利用风能的小时数在7000-8000h，年有效风能功率密度在200W/m2以上。中国东部的浅海海域面积辽阔，风能资源更为丰富，约为陆上风能资源的3倍，如果将海上风能估算在内，可供开发的风能资源达1000GW以上。我国风能资源较丰富省份的风能储量见表1。

表1中14个省份风能资源共有158.58GW，占全国总量（253GW）的62.68%。

　　为反映各地风能资源的差异，国家气象局选用能反映出风能资源多寡的指标，即风能密度和风速超过3m/s的年小时数，将全国风能资源划分为四大区（见表2）。

    1.2  上海风能资源量

　　上海临江又靠海，属中纬度地区，位于东亚季风盛行区，频受冬、夏季风和南、北季风影响，风力资源较为丰富。根据上海市气象部门统计，上海郊区城镇地区气象站平均风速在3.6-4.0m/s；在水陆交界处的沿海滩涂地区，空旷平坦的陆面10m高空平均风速为4.5-5.5m/s，上海沿海地区50m高处年平均风速可达6.7m/s。根据近几年来在上海沿海的测风结果，年有效风速累计时间达7300h以上；在距岸25km的外海地区，10m高空平均风速为7.0-7.1m/s，海面风速远大于陆面风速。据上海气象志的记载，上海的风能储量或风能资源一般根据风能密度和大于风机启动风速（通常为≥3.4m/s）的全年累积小时数等进行估算，大致情况见表3。

    根据表3，上海市风能资源的分布有如下特点：上海市区最小，崇明岛东端最大，崇明岛的中西部及沿江沿海为高值区；上海中西部为低值区。

　　上海的有效平均风能密度的年变化曲线呈双峰型，以8月份为最高（94.5W/m2），6月份为最低（61.9W/m2）。另一个次高值出现在2月份，次低值出现在1月份。有效平均风能密度在清晨和傍晚均为低值，白天为高值，与温度的日变化规律相一致。白天高值的持续时间与昼长有关，夏季最长，春秋两季居次，冬季最短。其有效风力累积小时数的日变化趋势与之相类似。

　　上海的有效平均风能密度在74-127W/m2之间，平均启动风速超过3.4m/s的累积小时数为3100-4300h，平均启动风速超过5.5m/s的累积小时数为590-1800h，属风能资源可利用区。

　　2  有关风电产业政策及规划

　　为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，实现经济的可持续发展，第十届人大常委会第十四次会议于2005年2月28日通过了《中华人民共和国可再生能源法》，自2006年1月1日起施行，旨在建立利用可持续能源的法律框架。

　　2.1  国家对风电产业的相关政策

　　对风能资源的开发，国家采用纳入规划、特许权招标或委托制。任何地方对本地的风能资源开发利用，必须纳入当地发改委规划；50MW以上需报国家发改委审批或核准。对于风电产业建设成本高于同规模火电、水电及风电量不确定性的特征，国家为扶持风电产业的发展制定了如下政策：

　　（1）《可再生能源法》激励政策。明确发展目标，即实行可再生能源配额制，明确电网、电源企业的责任和义务；并网就近，即收购全部发电量，国家批准的风电场工程项目其送出工程由电网负责；税收优惠，即增值税和所得税将进一步优惠；固定电价，即保护投资者收益，电价由政府定价或项目招标确定。

　　（2）国务院电价改革方案。方案明确指出风

　　电不参与市场竞争，电量由电网企业按政府定价或招标价格优先购买。电力市场成熟时，由政府规定供电企业售电量中新能源和可再生能源电量的比例，建立专门的竞争性新能源和可再生能源市场。

　　（3）税收优惠。增值税减半征收，由此，我国风电电价平均降0.05-0.06元/（kW·h），新建风电场电价有望降至0.50元/（kW·h）以下；进口关税设备暂按5%征收，零部件按1%征收；征地按照实际占用面积计征，即点征。这些将会对我国风力发电产业化发展产生推动作用。

　　2.2  国家与上海市风力发电远景目标

　　国家发展和改革委员会规划的风电发展目标是：2010年累计装机容量达到4GW，2015年达到10GW，2020年达到20GW，那时约占全国电力总装机容量的2%。上述数据表明：国内的风电产业将有一个快速的增长阶段[3]。

　　为科学、合理、有序、充分地利用上海市风能资源，扩大上海市风力发电规模，改善电源结构，缓解电力紧张的矛盾，并与上海市的城市发展相适应，上海市发展和改革委员会与上海市电力公司于2006年组织编制了《上海市风力发电”十一五“规划和2020年远景目标》，并将规划列入上海市城市发展总体规划[4]。

　　根据上海地区风能资源分布特点，结合上海市城市发展规划，在具有经济开发价值或良好开发价值的沿岸岸线、滩涂和近海的海上区域进行风电开发。”十一五“期间，新增风电场装机容量310MW，全市风力发电总装机容量将达到334.4MW。至2020年，全市风力发电总装机容量将超过1GW。

　　3  上海石化建设风电场的调研

　　3.1  上海石化电网概况

　　上海石化2003年起用电负荷达到502MW，其中生产负荷390MW，生活区和代上海市电力公司转供浙江平湖负荷110MW。上海石化电网中生产用电负荷非常平稳，只在季节转换时有所变化，昼夜波动很小。生活区和平湖负荷有明显季节性特点，空调负荷占高峰负荷60%以上，灯峰（照明）负荷为谷负荷的一倍。为缓解供用电矛盾，上海石化自2004年起每逢夏季安排部分生产装置停车检修，使最大总用电负荷不突破500MW。

　　上海石化热电事业部热电二站建有6台（0#-5#）汽轮发电机组，总装机容量325MW（热电一站于2007年9月15日停止发电），2008年初6#机组（100MW）建成并网发电，总装机容量增加到425MW。规划中结合六期工程改造等项目，热电事业部还将扩建300MW机组，使总装机容量提高到725MW。上述发电机组的燃料是煤粉和煤/石油焦混合燃料，机组运行平稳，年运行时间达7500h左右。

　　“十一五”期间，上海石化五期工程增加用电负荷84MW，到“十一五”末，上海石化电网总负荷为584MW。规划中六期工程及配套项目全部投产后，上海石化最大用电负荷约为810MW。

　　3.2  电能质量要求

　　石化企业对电能质量要求较高，主要体现在供电连续性上。当电源发生短路时，电压急剧下降，用电设备不能正常工作。变电站如果装设备自投装置，此时用电设备将被自动切换到备用电源，整个过程最快可以在0.12s内完成。一般的用电设备在电源切换过程中不会受到大的影响。由于停电造成关键机泵跳闸，生产装置进入停车程序，备自投成功电压恢复正常也不能使停车程序逆转，化工物料被自动排放到火炬燃烧，经济损失巨大。

　　虽然石化行业对电压波动幅度的要求没有供电行业高，但电压波动也会对生产造成不利影响。供电行业要求将35kV电压波动控制在±2%之内，超过±5%即视为不合格，而石化行业在大容量电动机启动时电压波动较大，不可能控制在±5%范围内，目前的控制标准是-7%-5%。高压电动机和较大容量的低压电动机一般设置了低电压保护，当电压低于70%时，电动机会跳闸。低压系统的交流接触器释放电压值在85%左右，部分低压电动机跳闸也会引起生产装置停车。

　　3.3  风电场选址

　　上海石化海岸东起上海市金山区的卫二路，西止与浙江省交界的金卫镇裴家弄，直线长度约5.875km。除去西边煤码头、化工码头等占用海岸外，净临海岸长度约4.0km。海堤内侧护坡堤脚至随塘河路20m为护堤地，外侧100m内为保滩顺坝形成的滩地。海堤前沿海域横卧着“金山深槽”，南北宽2000m，最深处标高达-50m，离海堤最近处约500-800m。目前“金山深槽”仍处于发展阶段，一旦动力条件有变化，海岸已有的动态平衡被破坏，“金山深槽”、海岸环境将发生相应变化。

　　根据调研，宜将风电场建在海堤的内外，这样投资最为合理，接受的风能最为有效。风电场北起随塘河路南岸，南至丁顺坝外20m滩地（二线海堤南坡脚）范围内的堤身（包括堤顶、棱体平台、内外坡）、堤顶道路、护堤地、丁顺坝等护岸保滩促淤工程及其以外滩地等，其中护堤地和丁顺坝可列入风电场选址范围。

　　目前的主流风电机机舱高度为65-100m，这个高度决定了风电机首选设在地面粗糙度小的护堤地上。如果今后能够将机舱高度提升30m，上海石化可以沿随塘河路以及沪杭公路各建一排风电机。据此，如果全部采用目前刚步入商业应用的最大机型（5MW风电机），上海石化风电装机最大容量将达30MW。

　　3.4  上海石化电网容纳风电的能力

　　上海石化电网中发电能力低于用电负荷，热电事业部的发电机组通常处于最大出力工况，基本没有调节风电场发电出力波动的能力，调节任务由上海电网承担[5]。上海石化10MW风电上网，在技术层面上没有问题，只是电力公司将会与上海石化商讨为风电提供备用容量的费用。

　　继续向海面深入，跨越金山深槽建立风电场，受航道影响和海事管理制约加大，可能超越上海石化自身建设海边风电场的能力，因此不在此次研究范围之内。

　　4  上海石化海边建设风电场的探析

　　上海石化地处杭州湾，所在地为上海市金山区。上海石化有一段5.875km的海堤由公司负责管理，东南沿海的风带资源可充分利用，而且邻近的奉贤区、浦东新区已有建设风电场的先例，因此通过实地调研、专家咨询、查阅资料等方式，对上海石化建风电场进行了多方面的了解，进行了环境影响、经济效益等分析探索。

　　4.1  风能资源

　　根据上海市气象志中上海风能储量指标值统计表，无论是从有效平均风能密度，还是风速和有效风力出现时数百分率等反映风能资源的数值来看，金山区与浦东新区、奉贤区基本相似，同处于金山区海边的上海石化与已经上网发电7年的位于浦东新区、奉贤海湾风电场相比，根据风力等值线与海岸线平行的推论，上海石化海边具备风力发电的风能资源。

　　从上海石化海堤工程建设公司水文站从1981年以来统计的资料来看，海岸测风点平均风速4.0m/s（按基准高度10m），10分钟平均最大风速26m/s（东南偏东，2005年8月6日测）。以平均风速推算，平均风压为215Pa（按基准高度10m）。

　　4.2  风向对风机排列的影响

　　风向及其变化范围决定了风力发电机组在风电场的排列方式，从而决定风电场的发电效率。风电场应具有较稳定的盛行风向，风向稳定不仅可以增大风能利用率，而且可以提高风力发电机的寿命。根据对奉贤海湾风电场调查的结果，沿海岸线一字形排列的3台风力发电机的输出功率相近；而距海岸线近100m内陆的另一台同类型同高度的风力发电机输出功率却减少30%-70%，这也验证了风力等值线与海岸线平行的结论。

　　4.3  地面粗糙度对风速的影响

　　一般来说，对场址平坦、地形简单的风电场，规划装机容量按5MW/km2计算。以离海岸500m内范围计，上海石化海边风电场场址范围面积约为2km2。

　　该区域主导风向面朝海域，滩地开阔平坦，海面无屏障，影响风速稳定的地面粗糙度小；海堤内陆为公司厂区，林立着塔罐和建筑物，由占全年发生频率45%的风向面，影响风速稳定性地面粗糙度大。当风吹过其粗糙的表面或绕过建筑物时，风速的大小和方向会发生快速变化，形成湍流。湍流不仅会减少风力发电机的功率输出，而且会使整个风力发电机发生机械振动。当湍流严重时，机械振动能导致风力发电机破坏。因此在设立风力发电机组时，应与粗糙的地表面及高大的建筑障碍物保持一定距离，或提高风力发电机的高度，以减小湍流强度的影响。

　　4.4  风电场对“金山深槽”的影响

　　若单机按多排列方式规划风电场，则可能会对“金山深槽”产生影响。

　　金山深槽位于大、小金山岛东西两侧，上海石化前沿海域。深槽总长约12km，平均宽度近2km，为一个由涨潮流为主冲刷而成的深度大于15m的冲刷槽。冲刷槽底部还存在数个相连的深度大于40m的圆形冲刷潭。其西潭与东潭距上海石化海堤最近处500-800m，冲刷潭北岸深线坡度陡峭。根据力学知识，风力发电机将一部分风能转化为电能之外，其余能量通过机组塔杆传递至基础承力层，并随距离增长扩散而减弱。绵绵不断的转化风能注入到仍处于发展阶段“金山深槽”动力场内，是否会引起动力条件发生变化，破坏海岸已有的动态平衡，继而引起滑坡等，尚需做进一步的研究，以确保风力发电机组在安全距离之内，而不致于引起金山深槽、海岸环境发生变化。

　　4.5  风电项目的单位建设成本

　　从我国目前风电场的造价看，其总趋势在不断下降之中。例如，20世纪90年代中期，我国风电场的单位千瓦造价超过1万元，到了21世纪初，新建风电场单位千瓦投资一般在8000元左右。但与煤电的单位千瓦5000元（不含脱硫环保装置）左右的投资相比，仍高出了60%。

　　按统计资料，风电机组加上配套设备和接入系统费用，整机进口机组单位千瓦投资额约1万元，国产机组约8000元。

　　上海石化热电事业部热电二站扩建两组100MW（7#、8#机组，循环流化床锅炉，产汽和脱硫同步完成）机组，可研估算17亿余元。以此衡量，上海石化常规发电方式的单位千瓦投资约8600元，国产机组风电投资与燃煤/石油焦电厂相当。

　　值得注意的是，燃煤/石油焦电厂年利用小时可达到7000h以上，而上海石化在海边建风电场，年利用小时数为2000-2100h，年发电量只有前者的29%左右。燃煤/石油焦电厂设备寿命周期30年，国产风电15-20年。因此，煤/焦电折旧分摊是0.041元/kW·h，国产风电是0.20-0.267元/kW·h，为煤/焦电的4.9-6.5倍。风电工艺流程短，设备高度集成，自动化程度高，修理费和人工成本很低，不消耗燃料，因此变动成本很低。修理费按固定资产的1%计提，人工费按年发电50MW·h的风电场20万元/年计提，风电全成本为0.206-0.273元/kW·h。热电二站当前的发电全成本是0.28元/kW·h。按统计资料匡算的风电全成本与热电二站当前发电全成本相当，但是上海石化建风电场的环境和电网条件不同，实际投资会增加很多。

　　5  结论

　　上海石化利用得天独厚的海边条件建立风电场，在中国石化范围内开辟绿电资源意义重大。要确立建设的方案还需作大量深入的研究，其中包括地理环境、技术要素、政策导向、经济的可行性等。

　　（1）上海石化在海边设立风电场可行。上海石化海边位于我国两大风能带之一的东南沿海地带，结合历史风能资料，借鉴浦东新区、奉贤区海边已建立风电场的经验，根据风力等值线与海岸线平行的测风结果推论，上海石化海边具备风力发电的风能资源。但风电项目的进一步研究还需要采集风力资源数据。通常要求建立高度与风机叶轮中心高相同的测风塔，连续2-3年检测并记录风力、风向数据，在此基础上选择风机类型才能取得预期发电效果。

　　（2）上海石化自身拥有火力发电工厂，所以风电场的并网发电不受外网的牵制，一旦项目明确可在短期内建设上马，只是在电网运行和经济性上必须与政府和国家电网联动。由于上海石化处在发电能力小于供电能力时期，风电受季节影响较大，要有稳定的供电系统支撑。目前投资风电成本较高，政府的优惠政策需得到明确和落实。

　　（3）可利用风电规模较小。上海石化海边可容纳的风电能力有限，离海边越远，风能的衰减度越大，而地面粗糙度的影响更大。按目前能够建立的风电场的区域测算，风电场最大规模为30MW。

　　参考文献

　　[1]  汪恕诚.中国风电发展的战略思考 [J]. 水力发电，1995（11）：1-3.

　　[2]  张铬心.瞩目中国风电产业发展 [J]. 创新科技，2009（8）：48-49.

　　[3]  邱罡.风电助推新能源产业 [J]. 中国中小企业，2009（7）：42-44.

　　[4]  黄黎黎，安映萱.基于低碳经济的我国风电产业发展思考 [J]. 科技广场，2010（2）：13-16

　　[5]  胡志鹏.大规模风电的并网瓶颈及其对策 [J]. 电气制造，2011（7）：72-74.