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国内外海上风电发展现状研究

2017年10月11日

当前,海上风电已成为全球风电发展的研究热点,世界各国都把海上风电作为可再生能源发展的重要方向,我国也将其划入战略性新兴产业的重要组成部分。

一、全球海上风电发展现状

根据全球风能协会(GWEC)年度风电统计数据,截至2016年底,全球已建成海上风电累计装机容量14384兆瓦,其中2016年新增装机容量2219兆瓦,同比增长18.2%。全球海上风电占风电总装机容量的比重由2011年的1.73%上升至2016年的2.96%,2011~2016年全球海上风电累计装机容量及占比如图1所示。

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截至2016年底,全球有14个国家拥有已建海上风电场,其中欧洲国家占据10席,亚洲国家以中国、日本、韩国三国为主,美国海上风电在2016年实现零的突破。分区域来看,欧洲仍是全球海上风电行业的领跑者,以英国、德国、丹麦表现最为突出。目前,英国是海上风电的领军国,截至2016年底,英国海上风电累计装机容量已达5156兆瓦,占全球海上风电总装机容量的35.8%;中国海上风电累计装机量突破1500兆瓦,跻身全球前三甲,亚太地区除中国外,日本和韩国海上风电2016年也有所发展,跻身拥有全球海上风电国家前十;葡萄牙2兆瓦样机于2016年退役,海上风电累计装机容量归为零。从机组的单机容量来看,海上风电机组大型化是今后海上风电发展的必然趋势,维斯塔斯公司研发的最大的海上风电机组单机容量已经达到9.5兆瓦。

二、我国海上风电发展现状

(一)我国海上风能资源情况

我国海岸线长约18000多公里,岛屿6000多个。近海风能资源主要集中在东南沿海及其附近岛屿,风能密度基本都在300瓦/平方米以上,台山、平潭、大陈、嵊泗等沿海岛屿可达 500瓦 /平方米以上,其中台山岛风能密度为534瓦/平方米,是我国平地上有记录的风能资源最大的地方。根据风能资源普查成果,我国5~25米水深、50米高度海上风电开发潜力约2亿千瓦;5~50米水深、70米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦。

我国海上风能资源丰富主要受益于夏、秋季节热带气旋活动和冬、春季节北方冷空气影响。各沿海省、市由于地理位置、地形条件的不同,海上风能资源也呈现不同的特点。从全国范围看,垂直于海岸的方向上,风速基本随离岸距离的增加而增大,一般在离岸较近的区域风速增幅较明显,当距离超过一定值后风速基本不再增加,平行于海岸方向上,我国风能资源最丰富的区域出现在台湾海峡,由该区域向南、北两侧大致呈递减趋势。

台湾海峡年平均风速基本在7.5~10米/秒之间,局部区域年平均风速可达10米/秒以上。该区域也是我国受台风侵袭最多的地区之一,风电场以IECⅠ或Ⅰ+类为主。从台湾海峡向南的广东、广西海域,90米高度年平均风速逐渐降至6.5~8.5米/秒之间,风电场大多属于IEC 或Ⅱ类。从台湾海峡向北的浙江、上海、江苏海域,90米高度年平均风速逐渐降至7~8米/秒之间,浙江和上海海域风电场大多属于IEC Ⅱ至Ⅰ+类,江苏海域风电场大多属于IEC Ⅲ或Ⅱ类。位于环渤海和黄海北部的辽宁、河北海域90米高度年平均风速基本在6.5~8米/秒之间,该海域风电场大多属于IEC Ⅲ类。我国沿海各省风资源统计见表 1。

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综上所述,我国大部分近海海域90米高度年平均风速在7~8.5米/秒之间,具备较好的风能资源条件,适合大规模开发建设海上风电场。我国长江口以北的海域基本属于IEC Ⅲ或Ⅱ类风电场,长江口以南的海域基本属于IEC Ⅱ或Ⅰ类,局部地区为Ⅰ+类风电场。与Ⅰ类风电场相比,Ⅲ类风电场 50年一遇最大风速较低,适合选用更大转轮直径的机组。由于单位千瓦扫风面积的增加,同样风速条件下,Ⅲ类风电场的发电量更高。风电场理想的风资源应该是具有较高的年平均风速和较低的50年一遇最大风速。因此,从风能资源优劣和受台风影响的角度考虑,长江口以北的海域更适合海上风电的发展。

(二)我国海上风电发展现状

根据中国可再生能源学会风能专业委员会(CWEA)数据,截至2016年底,我国已建成海上风电累计装机容量162万千瓦。2009年,东海大桥海上示范风电场率先建成投产,之后的3年里,江苏如东30兆瓦和150兆瓦潮间带试验、示范风电场及其扩建工程将陆续开工建成。2012年底我国海上风电场累计装机接近40万千瓦;受海域使用推进缓慢等因素影响,2013 年海上风电发展明显放缓;2014年,我国海上风电新增并网容量约20万千瓦,全部位于江苏省;2015年我国海上风电新增装机容量为36万千瓦,主要分布在江苏省和福建省。2016 年中国海上风电新增装机154台,容量达到59万千瓦,同比增长64%。我国海上风电占全国风电总装机容量的比重由2011年的0.42%上升至2016年的0.96%。2011~2016年我国海上风电累计装机容量及占比如图2所示。

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随着海上风电场规划规模的不断扩大,各主要风电机组整机制造厂都积极投入大功率海上风电机组的研发工作,并在沿海地区进行安装调试。从海上风电机组设备来看,风电机组单机容量趋于大型化,新型大功率风力发电机正在逐步取代由陆上机组过渡而来的中小型风力发电机。目前,我国国内设备厂商单机容量最大的是6兆瓦级海上风电机组,主要为联合动力、明阳风电、远景能源和金风科技的产品。

截至2016年底,在所有吊装的海上风电机组中,单机容量为4兆瓦机组最多,累计装机容量达到74万千瓦,占海上装机容量的45.5%,其次是3兆瓦装机,容量占比为14%。海上风电机组供应商共10家,其中累计装机容量达到15万千瓦以上的机组制造商有上海电气、远景能源、华锐风电、金风科技,这4家企业海上风电机组装机量占海上风电装机总量的90.1%,上海电气以58.3%的占比拔得海上风电机组供应量头筹。

(三)我国海上风电发展规划

根据《风电发展“十三五”规划》,“十三五”期间将积极稳妥推进海上风电建设,重点推动江苏、浙江、福建、广东等省的海上风电建设,到2020年四省海上风电开工建设规模均达到百万千瓦以上;积极推动天津、河北、上海、海南等省(市)的海上风电建设;探索性推进辽宁、山东、广西等省(区)的海上风电项目。到2020年,全国海上风电开工建设规模达到1000万千瓦,力争累计并网容量达到500万千瓦以上。详细情况见表2。

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从布局区域上看,江苏省海上风电项目主要集中在如东县、大丰市、滨海县和响水县等海域;浙江省海上风电项目则集中在杭州湾海域;福建省海上风电主要集中在莆田市、福清市和平潭县等近海海域;广东省集中在珠海市、阳江市和汕尾市等近海海域;天津市海上风电主要集中在滨海新区海域;河北省海上风电项目集中在乐亭县、海港区、曹妃甸区等近海海域。

三、我国海上风电发展前景

(一)行业前景广阔

目前我国海上风电开发已经进入了规模化、商业化发展阶段。我国海上风能资源丰富,根据全国普查成果,我国5~25米水深、50米高度海上风电开发潜力约2亿千瓦;5~50米水深、70米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦。根据各省海上风电规划,全国海上风电规划总量超过8000万千瓦,重点布局分布在江苏、浙江、福建、广东等省市,行业开发前景广阔。

(二)近海规模化、远海示范化

目前我国海上风电场的建设主要集中在浅海海域,且呈现由近海到远海、由浅水到深水、由小规模示范到大规模集中开发的特点。为获取更多的海上风能资源,海上风电项目将逐渐向深海、远海方向发展。随着场址离岸越来越远,在海上风电机组基础和送出工程成本等方面将逐步增大,另外对运维服务要求也更高,运维成本也会随之增大,故深海、远海的海上风电项目在经济性上仍存在较大风险,需要柔性直流输电技术、漂浮式基础、海上移动运维基地的快速发展,为我国远海风电的开发提供必要支撑。

(三)机组逐步国产化、大型化

华锐、金风、湘电等一批整机制造厂家都致力于海上机组的研发工作,海上风机机组基本已经实现国产化。近年来,海上风电发展缓慢,一定程度上也影响了整机制造厂家的积极性。目前,我国大部分整机制造厂家研发的海上机组都没有长时间、大批量的运行经验,基本处于机组设计研发、样机试运行阶段。从陆上风电的发展历程可以看出,在巨大市场需求的带动下,海上机组也将逐步实现国产化。

由于海上施工条件恶劣,单台机组的基础施工和吊装费用远远大于陆上机组的施工费用,大容量机组虽然在单机基础施工及吊装上的投资较高,但由于数量少,在降低风电场总投资上具有一定优势,因此,各整机制造厂家均致力于海上大容量机组的研发。目前国内研发最大单机容量已经达到6兆瓦,其中联合动力6兆瓦机组已经在山东潍坊试运行,明阳6兆瓦机组已在江苏海上试运行,金风研发的6兆瓦直驱机组也已在江苏大丰陆上试运行。

(四)运维市场增长速度快

海上风电场的运维内容主要包括风电机组、塔筒及基础、升压站、海缆等设备的预防性维护、故障维护和定检维护,是海上风电发展十分重要的产业链。近年来年欧洲成为全球风电运维服务市场的大蛋糕。相比于欧洲,国内海上风电起步晚,缺乏专业的配套装备,运维效率低、安全风险大。未来随着海上风电装机容量的增加,势必带动相关产业的快速发展。

(五)建设成本呈小幅降低趋势

巨大的市场需求将带动海上风电机组的迅猛发展,随着大量海上风电机组的批量生产、吊装、并网运行,机 组和配套零部件等的价格会呈现明显下降趋势。随着海上风电机组成熟度不断提高,国内厂家竞争越 来越激烈,机组价格有望在“十三五”末期下降。另外,海上升压站、高压海缆等价格随着产业化程度的提高,进一步下降的趋势明显 ;随着施工技术成熟、建设规模扩大化、施工船机专业化,海上风电的施工成本也将大幅降低。目前我国海上风电开发成本因离岸距离、水深、地质条件等不同,差异较大,单位千瓦投资一般在15000~19000元之间,初步估计,至2020年海上风电场开发建设成本可小幅下降。

(六)配套产业发展日趋完善

目前,我国海上风电设计更多受制于施工能力,大多是基于现有的运输船只、打桩设备、吊装设备等,设计一个相对经济、可行的方案。由于我国海上风电建设尚处于起步阶段,缺乏专业的施工队伍,施工能力较弱,以至于在设计过程中优化空间较小。随着海上风电项目的开工建设,将大大提高我国海上风电的施工能力,并逐渐形成一些专业的施工队伍。施工能力的提高反过来又为设计优化提供了更大的空间。

根据海上风电市场的需要,未来将出现一大批以运行、维护为主专业团队,为投资企业提供全面、专业的服务。此外,海上风电装备标准、产品检测和认证体系等也将逐步建立完善。毫无疑问,在海上风电项目的逐步发展过程中,海上风电设计、施工等将累积丰富的经验,相关配套产业的发展也将日趋完善。(作者姚中原,华能技术经济研究院)

来源:《中国华能》   作者: 姚中原