在全球能源转型的背景下，海上风电因其资源丰富、利用小时数高且不占用陆地资源等优势，已成为推动能源转型的重要力量。中国作为全球最大的可再生能源市场，近年来海上风电发展迅速，累计装机容量已连续多年位居全球第一。准确评估海上风电资源潜力对于优化风电布局、指导能源规划以及提高资源利用效率具有重要意义。然而，目前多数研究基于大尺度的地理约束限制筛选适宜海域并均匀布置风机来估算发电潜力，未充分考虑实际风电场规模、风机排布以及尾流效应等关键因素，导致海上风电资源潜力评估仍存在较大不确定性。

鉴于此，北京大学地球与空间科学学院、能源研究院张川研究员团队在国际顶尖学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上发表了题为"Substantially lower estimates in China’s offshore wind potential using farm-scale spatial modeling and wake effects"的研究成果。针对以往研究中忽略或简化尾流效应和风电场布局等关键因素对潜力的高估, 本研究系统性引入场级尺度的空间建模、最优风机布局和详细的尾流效应分析，显著提高了资源评估的准确性（图1）。研究通过对比不同风电场的度电成本差异，识别了最具经济效益的开发区域和项目类型，为更精细化的海上风电场设计提供了理论依据，有助于政府规划部门制定更切实可行的海上风电并网目标。

图1 中国场级尺度海上风电潜力评估框架

该研究利用遥感数据分析了我国现有海上风电场的真实布局，并构建了风电场尺度模型，对风机间距、尾流相互作用以及不同气候情景下的风速变化进行了综合模拟。结果显示，在考虑风电场实际设计、风机间距以及尾流损失等因素后，中国海上风电年发电潜力约为2.5–4.2 PWh（万亿度电），明显低于此前多项研究给出的5.6 PWh（万亿度电）以上的估计值。尽管如此，与我国当前约10万亿度电的全社会用电总量相比，我国海上风电的年发电潜力仍不可小觑。就我国海上风电发电潜力的技术路径而言，近海固定式风电场整体发电潜力仍高于漂浮式风电；但在深远海区域，漂浮式风电具有更高的单位面积资源潜力。但由于水深增加和离岸距离更远，漂浮式风电在建设、输电及运维等方面的成本明显更高，其经济可行性仍面临一定挑战。

图2 不同情景下中国海上风电资源潜力评估结果。

子图A展示了本研究采用的情景类别，综合考虑了不同的风速数据、风机额定功率、风电场规模、布局方案、尾流模型，以及相应的发电潜力，涵盖固定式和漂浮式两种安装方式。子图B则将本研究的海上风电潜力估算结果与先前评估进行了对比。

同时研究还通过典型情景系统分析了从单机尺度评估向风电场尺度评估转变对全国海上风电潜力的影响。结果显示，在采用传统单位面积装机密度法且不考虑尾流损失（或固定尾流损失10%）的情景下，全国海上风电潜力与既有研究估计范围基本一致。但当评估方法进一步考虑风电场尺度和空间约束时，潜力明显下降，另外从海域可开发面积快速下降，可布置的风机数量也显著减少，说明风电场之间的空间间距及尾流相互作用对资源评估结果具有关键影响。这些结果表明，在海上风电资源评估和规划中引入风电场尺度分析和尾流效应至关重要，否则可能显著高估实际可开发潜力。

图3 不同因素导致的全国海上发电量变化示意图。

典型情景中参数调整对全国海上发电潜力变化的影响：S1为采用单位面积装机密度法且不考虑尾流损失的计算结果；S2为采用单位面积装机密度法并估算尾流损失（10%）的计算结果；S3为按风电场规模计算、不考虑场间缓冲区且估算尾流损失（10%）的结果；S4为按风电场规模计算、考虑场间缓冲区但不考虑尾流损失的结果；S5为按风电场规模计算、同时考虑场间缓冲区和尾流损失的结果。

北京大学地球与空间科学学院硕士生许石炜为论文第一作者，北京大学地球与空间科学学院、能源研究院研究员张川为论文唯一通讯作者，合作者包括北京大学的刘瑜教授、刘刚教授、覃栎研究员，中国气象局科学研究院宋莉莉研究员等。该研究得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、中国气象局气候变化专题项目等资助。