创建时间:2021-09-02 09:57
浏览量:0

积极助推我国海上风电迎头赶上

文丨孙李平

 

 

风力发电是电力能源转型的重要抓手之一。按照风力发电机安装位置的不同,风力发电分为陆上风电和海上风电。过去二三十年全球风力发电的装机容量主要是陆上风电,但是海上风电被认为是未来风电发电的重要增长点。相比较而言,海上风电技术门槛高、单位千瓦投资高、度电成本高,当前海上风电所占的风电装机容量很低,尚处于市场开发的前期。如果能够加速推动我国海上风电的技术进步,实现海上风电平价上网,清洁的海上风能将以电能或者混合氢能的方式输送到大陆,为我国创造一个巨大的新的经济增长点。由于海上风电的技术创新需求多,产业链高端,产业链带动能力强,海上风电将成为风电平价上网时代科技、资本和管理等综合实力较量的高地。当前,我国尚需积极开展海上风电发展前景的研判,凝聚各方面的力量集中攻克我国海上风电发展面临的难题,提高国内企业的技术水平和竞争力。

 

 
一、海上风电尚处于发展初期,期待为碳中和发挥显著作用

 

(一) 全球风电经历了近20年的快速增长,海上风电占比小、增速可观

 

过去二十年,全球风电市场经历了两个阶段的快速增长,第一个十年主要是发达国家的风电市场驱动,年复合增长率为26%。经过快速的发展,风电已经成为欧洲重要的电源形式,2020年,风电占欧洲发电量比例达到16%,风电占比超过10%的国家超过14个。其中,丹麦风电占比高达48%,爱尔兰占比38%,德国占比27%,英国占比27%,葡萄牙占比25%,西班牙占比22%,瑞典占比20%。第二个十年主要是由亚太风电市场带来的增长,年复合增长率为13.5%。由于亚太地区基础用电量大,风电发展较晚,目前风电在亚太地区的占比仍然较低。

 

图 1 全球风力发电历年累计装机容量

数据来源:GWEC,海南省绿色金融研究院整理

 

2020年,全球风电市场经历了近年来少有的快速增长。根据全球风能理事会(GWEC)的统计数据,全球新增装机容量9300万千瓦,同比增长53.0%;累计装机容量7.43亿千瓦,同比增长14.3%。其中,陆上新增装机容量8690万千瓦,海上新增装机容量610万千瓦;2020年在亚太、北美、拉丁美洲地区陆上风电新增装机量均创历史新高(见图1)。

 

与陆上风电相比,海上风电近10年才开始进入规模化发展阶段。该产业尚属于发展的前期,规模相对较小,增速相当可观,过去10余年的复合增长率高达32%,到2020年底,全球累计海上风电装机容量达到3400万千瓦,新增装机容量持续高速增长,由于我国海上风电项目的贡献,使得2020年全球新增迈上了6GW的台阶(见图2),成为海上风电新增装机量是历史第二高的年份。

 

图 2 历年全球海上风电新增和累计装机容量(MW)

数据来源:GWEC,海南省绿色金融研究院整理

 

(二) 西北欧引领全球海上风电应用和装备市场

 

长期以来,欧洲一直是世界海上风电市场的一支独秀,而且也培育起来领先全球的风电技术和设备企业,即使美国也在向欧洲学习海上风电开发和装备的经验。西北欧地区由于人口密度高,陆地资源有限,以及太阳能辐照资源较差等多重因素,促进该区域国家选择发展海上风电。另外一个重要的因素是海上风电的装备方面可以延续利用西北欧国家先进的港口、航运设施,以及用于海上油气开采储备的先进海洋勘测、大型远洋装备及技术。

 

海上风电在向大型化、深水、远海方向发展,漂浮式风电是这一趋势的具体体现。以海上风电发展较为的欧洲为例,海上风电的平均单机容量已经从2010年的3MW增长到了2020年的8MW左右(见图3)。远期来看,向深水、远海方向发展需要发展低成本的新型的漂浮式风机技术。

 

图 3 海上风电单机容量变化趋势

数据来源:WindEurope,海南省绿色金融研究院整理

 

虽然我国风电总体装机容量全球第一,但是在海上风电领域属于后来者。根据全球风能理事会(GWEC)的数据,2020年我国新增风电装机52,000MW,居全球第一。我国的风电市场遥遥领先其他国家,约为新增装机容量排名第二美国的3.2倍。其中,我国的海上风电新增3060MW,占新增风电装机容量比例仅为5.9%(见图4)。

 

图 4  2020年全球主要国家新增风力发电装机容量(MW)

数据来源:GWEC,海南省绿色金融研究院整理

 

(三) 依靠补贴的风力发电市场不确定性大

 

受补贴即将终止因素的担忧,中美两国2020年经历了一波抢装,全球风电市场迎来了多年少有的爆发式增长,但恐怕难以抑制市场暴涨之后的断崖式下跌。2020年后,我国不再给予陆上风电补贴,海上风电方面,地方政府将结合带动产业发展的考虑制定一定的补贴制定。2021年6月11日,国家发展改革委价格司发布的《关于新能源上网电价政策有关事项的通知》明确提出,2021年起新核准海上风电项目上网电价由当地省级价格主管部门制定,具备条件的可通过竞争性配置方式形成。这样的制度安排,有利于各地结合当地资源条件、发展规划、支持政策等,合理制定新建海上风电上网电价政策。同时,鼓励各地出台针对性扶持政策,支持海上风电等新能源产业持续健康发展。

 

与我国不同,美国采用税收抵免的政策促进风电市场的发展,从投资侧减税对于初始投资比较高的海上风电项目来说刺激作用更大。美国计划于2020年底取消发电收益税抵免政策。不过,2020年底美国国会通过了继续延长一年发电收益税收抵免政策。进入后补贴时代,风力发电市场的发展将主要取决于风力发电本身的特性及技术进步。海上风电较高的容量因子和发电可靠性将成为未来风力发电市场增长的主要领域。

 

(四) 海上风电发展前景可期

 

在全球实现碳中和背景下,各国都在提升可再生能源发电的占比,以促进全社会实现能源转型。进入平价上网时代,风力发电市场将迎来更大规模的发展。根据GWEC报告的预测,到2025年,全球风电年新增装机容量将增长到1.6亿千瓦,到2030年,年新增装机容量将增加到2.8亿千瓦。由于海上风电更稳定的输出以及风电混合氢能等综合应用的发展,为风力发电提供更大的发展空间。未来5年海上风电的市场份额将从当前的6.5%增长到21%,年复合增长率将高达31.5%。2020年7月,全球首个海上油气平台绿氢项目PosHYdon项目获得荷兰政府的资助正式启动,该项目旨在验证海上风电、海上油气平台以及氢能制取运输体系的整合,以及海上环境对制氢设备的影响研究,最终为海上大规模低成本绿氢发展提供宝贵经验。

 

欧洲国家普遍非常重视风电在未来清洁能源转型过程中的地位。根据欧洲风电(WindEurope)的数据,在未来五年内,欧洲将新增约1亿千瓦风力发电装机容量,其中约30%的装机容量是海上风电。欧洲主要海上风电大国未来五年的规划如下,英国预计新增1800万千瓦,将成为欧洲风电装机容量最多的国家,其次是德国1600万千瓦、法国1200万千瓦、瑞典700万千瓦和荷兰600万千瓦。

 

2021年在中国可再生能源学会风能专委会组织召开的全球风能大会上,相关专家指出,伴随着山东、江苏、广东等沿海省份海上风电规划的逐步落地,我国“十四五”海上风电年均300万千瓦装机规模极具可能。我国已经连续三年成为全球海上风电最大市场,未来将成长为一个万亿级的庞大产业。

 

根据国际可再生能源机构(IRENA)预测,未来海上风电成本将有显著的降低,海上风电将成为风电市场重要的组成部分,到2050 年全球海上风电装机容量将达10亿千瓦。

 

 
二、我国海上风电产业正抓紧赶超

 

(一) 加速降低海上风电成本,助推市场打开

 

由于海上风电技术门槛和资金门槛较高,目前海上风电成本相对较高,要实现海上风电市场进一步打开的核心是降低其成本。降低海上风电成本要顺应海上风电的技术特征,开发大型机组提高风电场的容量因子,以数字化、智能化提高运行效率。在风电设备领域,相关企业应以全生命周期服务商的理念为海上风电项目提供支持,以智能化助推风电进化、数字化赋能风电未来,逐步建立闭环的风场评估体系,逐步构建平价时代数字化风电场。

 

在项目前期和运维阶段,应通过数字化的产品提供风资源评估、风电场建设、整机优化设计、风电场智慧运维、风电场后评估等功能。以精细化风电场运行来降低成本,具体举措包括降低故障停机频次、缩短故障处理时间、优化运维活动和资源管理,降低海上风电运维成本。

 

(二) 提升海上风电工程配套能力,努力快速追赶

 

与陆上风电不同,海上风电安装及配套装备的能力是制约行业发展至关重要的因素,其中提升安装船吊装效率是加快项目实施进度的重要抓手。根据中国海洋工程咨询协会海上风电分会统计数据显示,2021年中国海上风电安装船预期量是40艘,吊装总容量预计为900万千瓦。只有全面提升海上风电机组的吊装速度与效率,才能按计划完成吊装工作,按期实现机组并网。

 

(三) 弥补我国海上风电短板及卡脖子技术

 

从全产业层面来看,高端轴承、变流器核心部件、变桨系统核心部件等仍较高程度地依赖进口。这些关键零部件对国外供应链的依赖是制约中国成为高端风电设备制造强国的因素之一。国内应加快相关产品技术的研发降低成本,适应平价时代风机的要求。

 

虽然我国近年来已经在海上风电应用规模上有显著增加,但是整体风电场的平均单机容量较小,技术水平较低。以欧洲风电市场为例,根据欧洲风能协会的《Offshore Wind in Europe Key trends and statistics 2020》报告统计,2020年欧洲安装的海上风电机组平均额定功率已达到8.2MW,而国内海上风电机组平均容量还不到5MW。

 

目前,西门子歌美飒、维斯塔斯和GE已经分别推出14MW、15MW、14MW级的海上机组和6.6MW、6MW和6MW的陆上机组。2021年8月20日,明阳智能推出单机容量达16MW的风机,超过维斯塔斯15MW、西门子歌美飒14MW、GEMW三款机型,一举“跃居”成为单机容量全球最大的海上风电机组。但是,该机组刚刚面世,预计2022年首台样机下线,2023年上半年样机安装,2024年上半年实现商业化量产,尚需对其综合技术经济性能进行验证。

 

未来海上风电的资源更多在于深海或者深远海,在谋求平价的同时,加大漂浮式风机技术等前沿性技术研究同样势在必行。我国在漂浮式风机技术上落后于欧洲,预计到2030年,漂浮式风机度电成本可以接近固定式风机,实现小规模商业化运行。

 

 

 
三、 推动我国海上风电稳健发展的建议

 

(一) 科学论证海上风电与环境、社会的影响

 

海上风电的开发涉及的陆地、海洋环境以及军事环境较为复杂,需要详细科学地论证海上风电建设对当地军事设施的影响,对海洋生物以及对远洋运输甚至海底矿产开采的影响。如果靠近旅游区,海上风电的开发需要考虑对旅游景观的影响。

海上风电的开发是顺应生态文明发展的要求。未来,随着政府部门对生态环境保护的要求及标准的提高,土地、海洋资源等审批流程将更加严格,风电项目的开发、建设、运营将承担更多环境保护责任。

 

(二)  搭建好海上风电的消纳平台

 

中国“三北”地区风能资源丰富,但却普遍远离用电负荷较高的东部、中部等地区,风能资源与电力消纳在区域上呈现逆向分布,我国西部地区是弃风的主要区域。根据国家能源局统计,2020年弃风率超过5%的地区是新疆(弃风率10.3%、弃风电量49.7亿千瓦时),甘肃(弃风率6.4%、弃风电量16.8亿千瓦时),蒙西(弃风率7%、弃风电量33.3亿千瓦时),湖南(弃风率5.5%、弃风电量5.8亿千瓦时)。四省(区)弃风电量合计105.6亿千瓦时,占全国弃风电量的64%。

 

发展中东部及南部地区海上风电的优势在于靠近是接近能源负荷中心区,降低风电的输送成本及弃风电量。但是,海上风电与陆上风电不同,海上风电场体量较大,相关的并网条件需要从更大范围考虑电力系统的供需平衡。从风电场输送到负荷中心,需要接入技术含量和资金成本较高的海底电缆。

 

(三) 促进风电设备从产品供应向服务供应转型

 

海上风电涉及的设备研发生产、工程安装以及运维复杂度更高。顺应时代的要求,风电行业与数字技术融合已经成为行业发展的主流模式之一,数字化转型使数据成为企业的战略性资源,以加装传感器的风电机组为基础的网络建设提升风电数据的感知能力,通过对海量运营数据的分析挖掘,风电行业已改变了原有的传统发电行业经验驱动的决策管理模式,依托多维度数据分析工具与算法,提升风电场的管理效率,实现多场景优化决策,降低应对低端天气付出的成本,达到降低度电成本的目的。

 

(四) 培育更多有竞争力的风电企业

 

我国海上风电国内供给能力薄弱,海上风电机组由少数几家企业主导,亟需培育更多的国内企业加入风电设备供应,形成充分竞争局面,尽快降低成本。根据CWEA的统计,截至2019年底,海上风电累计装机容量达到60万千瓦以上有电气风电、远景能源、金风科技和明阳智能,这4家企业海上风电机组累计装机量占全国海上风电总装机容量的89.5%。

 

(五) 加大海上风电人才培养力度

 

我国海上风电起步较晚,人才基础薄弱,以及海上风电技术难度大对人才需求量大,需要加大设备制造,工程安装等专业人才的培养力度。建议成立海上风电相关的专业或者学院整合学界和企业界的科研技术创新力量,实现人才培养、科学研究和成果转化等方面的深度融合,建立产业发展坚实的科研、人才基础。

 

(六) 制定明确的海上风电发展战略及相关政策

 

海上风电项目投资规模大、实施周期长,投资决策较为复杂,建议从国家层面制定发展海上风电的战略,确立长远的发展目标,给投资者树立信心。针对国外采购设备的成本高的问题,可采取降低关税等税收政策降低项目投资成本,积极助推海上风电项目落地实施。对于积极开展创新技术的海上风电项目给予激励措施,营造出鼓励创新的政策环境。

 

参考文献

1. 中国可再生能源学会风能专业委员会.2019年中国风电装机容量统计简报.2020.

2. GWEC. Global Wind Statistics 2020. March 2021.

3.WindEurope. Wind energy in Europe in 2020 Trends and statistics.

 

 

 

资讯中心