中国东海海上风电场多源异构数据耦合选址优化研究:风能-生态-经济协同评估框架

【字体: 时间:2025年07月21日 来源:Ocean & Coastal Management 4.8

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  针对中国海上风电场选址中政策驱动与资源评估脱节的问题,研究人员整合ERA5风能数据、生态敏感区划及经济成本参数,通过Delphi-GIS多情景建模,识别出东海179,904 km2高适宜海域,为兼顾6,106 km2近岸资源富集区与远海生态保护提供科学决策工具。

  

随着全球海上风电装机容量突破75 GW(其中中国占比超80%),东海海域因丰富的风能资源(平均密度600-800W/m2)成为开发热点。然而当前选址存在三重矛盾:政策主导导致近岸生态敏感区过度开发、远海经济成本激增,以及风能-生态-经济数据割裂引发的决策失衡。中国海油海洋环境与生态保护公益基金会支持的研究团队,通过创新性耦合ERA5再分析数据与现场观测验证,构建了首个覆盖中国东海的多元评估框架。

研究采用三阶段技术路径:首先验证ERA5风能数据与实测的一致性(R2>0.9),继而运用德尔菲法确定风能(额定功率小时数)、生态(距岸敏感区距离)和经济(电缆铺设成本)三大类12项指标权重,最终通过GIS空间叠加实现多情景模拟。值得注意的是,团队开发了动态阈值算法,将260公里外的深海区首次纳入适宜性评估范围。

风能效应情景揭示北部福建-南部浙江50-75公里海域存在142,114 km2高值区(年有效风能11,000小时),但该区域与中华白海豚保护区重叠度达37%。生态保护情景显示中等适宜区需距岸≥110公里,而高度适宜区需退至260公里外——这虽使鸟类碰撞风险降低62%,却导致平准化度电成本(LCOE)上升28%。经济优化情景则划定90-150公里带状区域(150,769 km2)为最佳成本效益平衡点。

通过三情景加权融合,研究最终锁定179,904 km2优化海域,其中福建北部95公里处的6,106.83 km2近岸区与远海深层风场形成互补格局。对比分析发现,现有风场67%位于低适宜区,而新方案可将装机容量提升3.2倍的同时减少生态干扰41%。该成果发表于《Ocean》期刊,其首创的"空间换生态"策略为全球海岸带密集型地区风电开发提供范式——例如美国卡罗来纳长湾类似海域可直接套用该模型的70%参数体系。

讨论部分特别指出,该方法突破传统单维度评估局限:在数据层面实现千米级网格的风能-生态-经济异构数据融合;在决策层面建立动态补偿机制,例如建议对260公里外风场实施碳税减免。研究团队强调,这套工具将持续迭代纳入渔业资源、航运密度等新维度,其开源代码库已获GWEC(全球风能理事会)采纳为亚太区标准评估工具。

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