千尧科技：海上风电与火电对比分析

与环境的关系

01、环境对海上风电的制约影响

在风电场设计时须全面考虑海水盐雾侵蚀、海浪载荷、台风、船舶运输、海上吊装、海上敷缆等因素。

对于盐雾腐蚀，需采用对结构施加涂层、阴极保护和腐蚀预留等方法。此外，从全生命周期的角度考虑防腐蚀问题是海上风电设备全生命周期成本最优的要求，需要从设计、制造、运输、贮存、安装、运维、延寿/报废等全生命周期全过程全方位做好防腐蚀工作。

对于台风破坏，可采用改进其偏航系统、改进塔架的设计和机舱加固等方法。此外，海上风电场距离陆地较远，不便于日常巡视，通常会配备更多的监控模块，使得风电机组的技术装备相对更为复杂，也给风电机组运行维护提出了更高的要求。

海上恶劣的自然条件使得风电机组的故障率相对较高，而海上作业需要投入船舶，有时需要投入专门的海上工程起重船舶和吊车等设备，工程量大且费用高昂，海上风电场大都处于海洋性气候和大陆性气候交替影响的区域，这些区域气候变化较大，使得能够在海上进行风电机组维护作业的时间大大缩短，有时甚至会因天气原因无法及时开展维护工作，从而带来较大的损失。据统计，海上风电机组的运行维护成本约为陆上机组的2~4倍甚至更高。高昂的运营费用给海上风电场的维护带来了较大的挑战，急需从根本上来提升风电场整体运营效率以降低其运营费用。

海上风电的安装施工，需要借助船舶及特殊施工设备，例如海上风电安装作业平台、海上敷缆船等来进行施工。

图5 海底电缆的安装

02、海上风电对海洋生态环境的影响

海上风电场的物理场，主要包括风机结构、噪音、电磁场、施工打桩工程等，对海洋生态环境产生影响。

主要一是对鸟类的影响，主要体现在碰撞致死、干扰和觅食栖息地的丧失。二是对海洋鱼类、哺乳类生物的影响，主要体现在噪音和电磁场对海洋生物的不利影响。三是海上风电场对底栖生物的影响，最直接的是风电场建设时期风电机地基的打桩和钻孔，致使水体浑浊，对海域水质造成污染，破坏底栖生物的生境。此外，风电场建成后，海床环境会因人工建筑而改变，原有沉积物和水文特征也会改变，进而影响到底栖生物的生物量、多样性，导致区域现有群落组成发生较大变化等。

环境对火电的影响相对而言较小，主要是寻找交通便利、水资源丰富以及远离居民的环境。火电对环境的不利影响较为严重，主要是对环境的污染问题，会产生烟气、粉尘、废渣、废水等污染物，对火电站工人、周围环境造成危害。

火力发电作为一个整体过程，从煤炭的开采、运输到电厂的燃煤发电，各个环节都会造成环境污染：包含煤炭开采中的环境污染，会对开采地的环境造成污染；煤炭运输中的污染，目前我国煤炭运输方式主要有铁路、公路和水路运输，无论采用哪种方式运输，均会排放温室气体及其他有害气体，造成环境污染；工厂运作时产生的热污染，其中燃煤火电排放废水中含有的大量废热不可忽视。

图6 火电厂附近的环境

图7 火电厂中的工人

环境对海上风电的制约较大，需要满足水深、风力大小等要求，复杂的海上环境也需要更高的技术手段来保障风电机组的施工与安全运行。而环境对火电的制约相较于海上风电来说较小。海上风电对环境的影响较小，但火电却会对其选址周围环境环境造成危害。

为了保护环境，可持续发展，我国能源发展总体目标是“建设绿色低碳、安全高效的现代能源体系”，围绕能源生产和消费革命，大幅增加可再生能源在能源生产和消费中的比重。大规模发展海上风电将成为国家能源结构调整和节能减排目标实现的重要途径之一。

成本

由于海上风电需要考虑到海洋上复杂的环境条件，因此海上风电的建设成本是高于火电的。以50MW风电场为例，其投资预算成本大概在4.5亿到5亿之间。某火电工程是在原来2×300MW燃煤火电机组的基础上进行扩建，本期为2×300MW工程，同步建设湿法脱硫装置，总投资约为25亿元。可近似认为，风电的投资建设成本约是火电的2倍。

海上风电运行维护成本主要包括常规检修费用、故障维修费、备品备件购置费、保险费以及管理费用5个方面，在风机的使用寿命内保险费和管理费容易计算出来，但故障维修费和备品备件购置费则难以预测。因为随着时间的推移，风机受磨损和老化等外界因素的影响故障维修费和备品备件购置费将增加。

火电维护成本除常规检修费用、故障维修费、备品备件购置费、保险费以及管理费用之外，需要额外考虑海上风电所没有的燃料费。

海上风电发展时间相较于火电来说比较短，还有较大的降低运营成本的空间。例如通过技术改进提高风电机组可靠性，或通过风电场运行大数据分析指导风电场运维，更要求从机组制造到风场开发甚至全产业链积累足够生产运维经验，适应复杂的自然环境和困难的交通运输，不断优化系统方案降低管理运维成本，也包括提高单机功率，体现规模经济降低部分装机成本。

当人们用已经发展一百多年的火电厂技术与新发展起来的风电技术相比较时，总是看到其发电间歇、波动的不足，看到政府的价格补贴，得出风电成本高于火电的结论。然而当燃煤火电达到一定规模时，燃煤火电的度电成本中原本可以忽略不计的“环境成本”就变成一个不得不计量的“附加成本”。当前实行的燃煤火电成本电价并没有将煤炭发电对环境污染的经济损失计算在内，即燃煤火电的环境成本被忽略掉，而煤炭发电对环境产生的破坏是潜在的、深远的、不可逆的，对人类健康和生态环境的影响仅用资本来衡量是不够的。若将环境成本计算在发电成本中，会有不同的结论。

风电成本，而由于风力发电整个过程不会产生环境污染物，因此不计环境成本。因此，但若分析燃煤火电发电过程中的各种“环境成本”，把它附加到传统意义上的燃煤火电成本电价上。以此为基础把燃煤火电与风电进行成本比较，得到一个与传统概念相反的结论：燃煤火电的“完全成本”远高于风电。

从建设成本来说，海上风电施工条件复杂，需要海上风电安装作业平台进行作业，这一部分成本高于火电；从运行成本来说，还是由于海上风电的工作环境比较复杂，其维护成本高于火电，但火电还需要额外考虑燃料费用的支出。此外还有燃煤火电发电过程中的各种“环境成本”也需要考虑进去。

虽然从目前看来，海上风电的电价高于火电。但考虑到通常未被考虑的环境成本，可以认为燃煤火电的“完全成本”远高于风电。并且海上风电价格还有较大降低的空间，因此未来海上风电的电价是可以低于火电的。 

结语

在对海上风电与火电相比较后，可以得出以下这些结论：

01、海上风电施工的难度较大，而火电施工的难度较小。海上风电的运行维护成本较高，但火电需要额外考虑海上风电所没有的燃料费。运行时若出现故障，海上风电除了发电量基本没有额外的损耗，而火电产生的后果较为严重。但目前来说，海上风电机组运行试验周期短，没有很好的试验和论证，使用的风机在复杂恶劣的海上环境，故障率居高不下；而火电的发展与运行已经历经较长时间，已经有了较为完善、规范的处理流程与方案，因此能够较好的保证火电站的安全运行。

02、环境对海上风电的制约较大，需要满足水深、风力大小等要求，对其施工与运行也会产生阻碍，需要更高的技术手段来保障风电机组的安全运行；而环境对火电的影响相较于海上风电来说较小，火电却会对其选址周围环境环境造成危害。

03、简单看来，风电成本高于火电。但若计入环境成本，则火电的“完全成本”远高于风电。

政府对风电行业的补贴并不是补贴风力发电成本，而是补贴其对环境的贡献，是风力发电生态效益的体现。因此我们必须加快改造燃煤火电发电设备，减少污染物排放，降低煤炭发电在总发电量中的比重，减轻其对环境的破坏，同时鼓励风电设备的研发制造，支持风电先进技术的快速发展。在由传统的化石能源向新能源和可再生能源转型、由高碳走向低碳的能源转型方面与国际接轨。海上风电作为海洋强国战略中的重要一环，在清洁能源供给与我国能源结构改造优化，以及供给侧改革中起到了不可或缺的作用。