截至2022年底，全球海上风电装机容量已达到63GW。在未来28年内，海上风电需要扩张，使其发电容量达到目前的32倍。

 

然而，额外的风电场选址需要在确保对环境影响最小的前提下，实现能源产出和社会效益的最大化。平衡所有这些因素并非易事。

 

我们需要多少空间？

 

在确定更多海上风机的安装位置前，我们首先需要了解实现2050年净零目标所需的海域面积。这取决于风机尺寸、风电技术到2050年的发展程度及风电场内风机的具体配置。

 

这些因素共同控制着海上风电场未来的 “功率密度（power density）”，即海域中每单位面积可以开发多少海上风电。实现净零排放所需的数字是每平方公里4MW，这意味着需要约50万平方公里的海域面积。

 

 

在确定总体海域面积后，下一步便是研究有关制约海洋基础设施发展的因素，包括风速、航道、海洋保护区以及海床条件是否满足等。

 

由于海上风电场会对军事演习、石油钻探或航道等现有活动造成明显且不可接受的干扰，因此某些类型的制约因素会产生“禁区”。对于其他限制因素，则需要确定风电场的净影响是否会对环境或现有活动造成损害。确定潜在场址的间隔距离至关重要，这将为评估场址的适宜性提供基线或起点。

 

我们如何找到合适的场址？

 

我们的研究以英国水域为案例，展示了如何利用这些考虑因素来确定未来海上风电场的合适场址。

 

英国是海上风电的领先地区，能帮助我们深入了解全球在新建风电场选址方面所面临的挑战。英国也是净零排放立法的领先者，包括能源基础设施改造计划。

 

此次研究使用了34个不同的限制层，通过排除禁区和拥挤区来确定未来风电场的可用空间。研究表明，未来海上风电场的可用海域面积约为24万平方公里，相当于英国的陆地面积。

 

数据进一步显示，为实现英国家庭电气化的基本净零目标，7%的可用面积将用于海上风电场。家庭电气化是指将家庭取暖从（主要是）天然气转换为电供暖。如果海上风电去碳化目标更为远大，考虑到家庭用电需求的增加等因素，所需面积将上升至44%。

 

 

英国周边未来海上风电场的禁区（灰色）和可用区域

 

若未来的海上风电场在可用海域内平均分配，多达70%的场址将与1到3个限制条件重叠，并且约90%的场址将位于深水区（大约60米深），那么漂浮式风电技术将成为关键。

 

实现净零排放目标

 

该研究表明，为实现净零排放目标，海上风电场的大规模扩张可以实现，并且可在不增加与英国水域现有活动相冲突的情况下实现。

 

但海上风电的扩张仍有可能破坏环境或限制现有的海洋活动。在海洋保护区，风电场可能会阻止鱼类和动物扩散到邻近的海洋区域，这将会破坏最初建立的保护区。

 

风电场、自然生态系统、遗址地（如沉船）和人类活动之间日益增加的相互作用是不可避免的。如果不经过仔细的规划和研究，这些相互作用可能会损害环境并干扰更广泛的人类活动。因此，必须预见并积极解决这些问题。

 

然而，在更深的水域和离岸更远的地方安装风机带来的真正挑战，则需要通过进一步提升技术来克服。