应对危险地区 中国的风电和地震风险

应对危险地区 – 中国的风电和地震风险风电是一个欣欣向荣的行业，这一能源的开发利用有望推动经济发展。2013年至2015年间，全球装机容量增加了25%；到2030年，装机容量预计还将增加近三倍。但是，许多即将兴建风电站的地区面临地震风险。我们如何在危险地区建立可靠的能源供应？鉴于全球主要城市中心坐落在易遭地震侵袭的地区，许多风电站将建在危险地区。东京、雅加达、那不勒斯、旧金山、温哥华、智利圣地亚哥、奥克兰 – 在全球各大洲，都有一些主要经济枢纽位于板块高度活跃地区。通过建造风电站为这些城市供电是个具有吸引力的方案。但是，一些风力强劲的地区也面临着地震风险。若是在设计时没有考虑这一点，会给运营商造成财产损失。而且，在需要电力开展经济重建时，也会造成商业中断。本项研究显示，上述风险的规模巨大。到2030年，仅中国一个国家面临的200年一遇灾害的预期损失就达到13亿美元，具体损失规模取决于地震的发生地点和强度。保险业可对地震风险提供保障。但目前，我们必须与风电行业合作以制定标准，提高风电供应的恢复力。敬请与我们联系，共同商讨如何开展合作。 瑞士再保险 应对危险地区 – 中国的风电和地震风险  3地震和风电场 – 迄今为止的历史损失数据地震是罕见灾害，而风电机组直到2000年后才日益普及。因此，有关风电场遭受地震破坏的报道不多。1986年美国加州北棕榈泉地震和2011年日本东北部地震造成的破坏得到了报道。2011年3月11日14点46分，日本发生9.1级地震。震中位于东北部牡鹿半岛以东约72千米(45英里)，太平洋西北部相对较浅的32千米(20英里)处。1 日本的风电机组经受了海啸考验，但1/10的机组由于土壤液化而严重受损，必须进行后续维修。沿岸变压器系统遭受海啸破坏。该事件突显出电网故障造成的潜在损失。1986年当地时间7月8日02点20分44秒，北棕榈泉发生6.0级地震。Painted Hills风电站位于该地区。虽然并无风电机组倾覆，但在65台风电机组中，有48台机组出现需要维修的轻微结构性破坏。另外，还出现了其他变电站故障，从而再次显现电网故障的可能性。损失不高并不意味着没有风险。缺少损失历史数据的主要原因是，风电是一个新兴行业，鲜少遇到地震等罕见灾害，目前为止的主要开发项目又大多位于危险地区之外。不过，这种状况将会改变。1  https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/official20110311054624120_30#executive4  瑞士再保险 应对危险地区 – 中国的风电和地震风险 风险地区位于何处从主要风电项目的开发地点来看，环太平洋“火山带”西部面临最大风险。此外，未来的重要项目预计将在中国开展，一些地区将面临喜马拉雅山脉上升和活动断层带来的严重地震风险。由于暴露的增长及地震危险的存在，因此本文将专注于探讨中国的开发项目。Legend 地震风险PSA 0.3s [g] –  Return Period 475y (0)    极高 (1.82–2.0)    非常高 (1.22–1.82)    很高 (0.82–1.22)    高 (0.61–0.82)    高 (0.41–0.61)    显著 (0.27–0.41)    适中 (0.18–0.27)    低 (0.14–0.18)    低 (0.09–0.14)    很低 (0.02–0.09)11323514499210122722754233398036211835  装机发电量 (GW) 在建或已批准发电量 (GW) 资料来源: Technology Roadmap; China Wind Energy Development Roadmap 2050; iea (International Energy Agency); Energy Research Institute瑞士再保险 应对危险地区 – 中国的风电和地震风险  5适中情景 德国风能协会 GWEA2013201520202030中国内地的总装机容量(MW)91 413145 362291 439541 577中国将建造重大的陆上和海上风电开发项目。特别是，沿海地区的海上风电站将靠近蓬勃发展的华东工业和城市中心。由于中国西部也在规划重大开发项目，将有首批风电站现身于地震风险程度不明的地区。2016年，中国的陆上装机容量为149吉瓦，投资额达到11 720亿元(1 720亿美元)。海上装机容量约为1.47吉瓦，投资额为220亿元(32.4亿美元)。2到2030年，陆上和海上装机容量预计将分别增至452吉瓦和89吉瓦，预期总装机容量将达到541吉瓦。这意味着，地震风险相关的重建金额将达到42 300亿元或6 220亿美元。由于地震会对风电机组产生重大影响，所以陆上风电的发展很重要。目前，风电机组的优化设计没有冗余，在总体上不太有望承受过强的外力冲击。由于风电机组的顶部很重，如果达到设计极值，强风造成的压力使其很容易倾覆。那么，应该如何对风电机组进行设计，以应对地震和峰值阵风？2  http://www.4coffshore.com/6  瑞士再保险 应对危险地区 – 中国的风电和地震风险 风电机组的恢复力虽然这个课题开展了很多研究，但真正有用的研究却很少。丹麦科技大学就该课题调查出了155份出版物，其中近90%的出版物是在2000年后出版的。3其中只有一份出版物涉及大型风电机组实验，而试验对象是比目前规模小得多的风电机组。在预计设计的恢复力时，大部分研究往往没有考虑到重要因素。例如地震发生时，风电机组还需承受风力，对于海上风电机组来说，还需额外承受波浪作用力。只有两项研究考虑到波浪、风力和地震对风电机组产生的合力。由于地震导致风电机组的震动，必须考虑到同时发生的各种作用力对风电机组的影响至关重要，包括风力及(针对海上风电机组)波浪作用力，所以有用的研究数量极少。总之，对于风电机组、地震及峰值阵风，我们目前可谓知之甚少。我们希望获得足够知识。当我们逐渐进入风险较大地区时，必须对庞大的领域开展研究，作为风电场风险管理的一部分。我们现在已经可以开展的一项工作是计算风险，并在科学指导下调查易损环节的敏感度。3  Katsanos, E., Thöns, S., & Georgakis, C. T. (2016). Wind turbines and seismic hazard: a state-of-the-art review. Wind Energy, 19(11), 2113-2133. DOI: 10.1002/we.1968瑞士再保险 应对危险地区 – 中国的风电和地震风险  7预期因灾致损 (百万美元)8  瑞士再保险 应对危险地区 – 中国的风电和地震风险 中国风电场因地震触发的潜在损失如果所建风电场的规模更大，地震可能引发经济快速增长地区的商业活动中断。一旦风电站遭受损失，首当其冲的是支付新风电机组的重置成本和未完全损坏机组的修理费用。那么，上述费用可能有多高？我们凭借数十年建立了风险模型的经验来回答这个问题。这个结果在以下地图中呈现。目前，200年一遇灾害可能引发