我国发展海上风力发电的优势和困难

四、我国发展海上风力发电的优势和困难

截至2016年底,我国已累计建成海上风力发电装机容量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陆续开工建成;2012年底,我国海上风电场累计装机容量接近40万千瓦;受海域使用推进缓慢等因素的影响,2013年海上风力发电发展明显放缓;2014年,我国海上风力发电新增并网容量约20万千瓦,全部位于江苏省;2015年,我国海上风力发电新增装机容量为36万千瓦,主要分布在江苏省和福建省;2016年,我国海上风力发电新增装机154台,容量达到59万千瓦,同比增长64%,我国海上风力发电占全国风力发电总装机容量的比重由2011年的0.42%上升至2016年的0.96%。

随着海上风电场规划规模的不断扩大,各主要风力发电机组整机制造厂都积极投入大功率海上风力发电机组的研发工作中,并在沿海地区进行安装调试。从海上风力发电机组设备来看,风力发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地风力发电机组过渡而来的中小型风力发电机。目前,我国国内风力发电机组设备厂商单机容量最大的是6兆瓦级的海上风力发电机组,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力发电机组中,单机容量为4兆瓦的机组最多,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3兆瓦的机组,累计装机容量占比为14%。海上风力发电机组供应商共有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家企业的海上风力发电机组装机容量占海上风力发电机组装机总量的90.1%,上海电气以58.3%的占比拔得海上风力发电机组供应量头筹。

1.优势

1)我国近海风能资源丰富

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

2)发展起点高、速度快

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。为了获取更多的海上风能资源,海上风力发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,海上风力发电机组基础和送出工程成本等将逐步增加,另外对运行维护服务的要求也会更高,运行维护成本也会随之增加,故深海、远海的海上风力发电项目在经济性上仍存在较大的风险,需要柔性直流输电技术、漂浮式基础、海上移动运行维护基地的快速发展,为我国远海风力发电的开发提供必要的支撑。

3)国家政策的大力扶持

近几年,国内开始大力发展海上风力发电,我国东部沿海的经济发展和电网特点与欧洲的类似,适于大规模发展海上风力发电,国家已经推出了江苏及山东沿海两个千万千瓦级风力发电基地的建设规划,并出台了《海上风电开发建设管理暂行办法》。2010年我国第一个海上风力发电示范项目——上海东海大桥102 MW海上风电场的34台机组已经实现并网发电,标志着我国海上风力发电的发展开始启动。到2021年底,风力发电累计并网装机容量确保达到3亿千瓦以上,其中海上风力发电并网装机容量达到500万千瓦以上,风力发电年发电量确保达到4200亿千瓦,约占全国总发电量的6%。“十三五”期间我国重点推动江苏、浙江、福建、广东等省的海上风力发电建设,到2021年这四省的海上风力发电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)的海上风力发电建设,探索性地推进辽宁、山东、广西等省(区)的海上风力发电项目。2020年,全国海上风力发电建设规模达到1000万千瓦,累计并网容量达到500万千瓦以上。我们认为,未来随着海上风力发电建设成本的逐渐下降,海上风力发电有望迎来快速增长。

4)机组逐步国产化、大型化

华锐、金风、湘电等一批风力发电机组整机制造厂家都致力于海上风力发电机组的研发工作,海上风力发电机组基本已经实现国产化。近年来,海上风力发电发展缓慢,一定程度上影响了风力发电机组整机制造厂家的积极性。目前,我国大部分风力发电机组整机制造厂家研发的海上风力发电机组都没有长时间、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。从陆地风力发电的发展历程中可以看出,在巨大的市场需求的带动下,海上风力发电机组将逐步实现国产化。

由于海上施工条件恶劣,单台风力发电机组的基础施工和吊装费用远远大于陆地风力发电机组的施工费用,大容量的风力发电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的优势,因此各风力发电机组整机制造厂家均致力于海上大容量风力发电机组的研发。目前,国内研发的最大单机容量已经达到6兆瓦,其中联合动力研发的6兆瓦机组已经在山东潍坊试运行,明阳研发的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。

5)运行维护市场增长速度快

海上风电场的运行维护内容主要包括风力发电机组、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,这些是海上风力发电发展十分重要的产业链。近年来,欧洲成为全球风力发电运行维护服务市场的大蛋糕。相比于欧洲,国内海上风力发电起步晚,缺乏专业的配套装备,运行维护效率低、安全风险大。未来随着海上风力发电装机容量的增加,势必带动相关产业快速发展。(https://www.daowen.com)

6)建设成本呈小幅度降低趋势

巨大的市场需求将带动海上风力发电机组迅猛发展,随着大量海上风力发电机组的批量生产、吊装、并网运行,机组和配套零部件等的价格会呈现明显的下降趋势。随着海上风力发电机组成熟度的不断提高,国内厂家之间的竞争越来越激烈,机组价格在“十三五”末期下降。另外,海上升压站、高压海缆等的价格随着产业化程度的提高,进一步下降的趋势明显;随着施工技术的成熟、建设规模的扩大、施工船机的专业化,海上风力发电的施工成本将大幅度降低。目前,我国海上风力发电开发成本因离岸距离、水深、地质条件等的不同而差异较大,每千瓦的投资一般为15000~19000元。

7)配套产业发展日趋完善

目前,我国海上风力发电设计更多地受制于施工能力,大多是基于现有的运输船只、打桩设备、吊装设备等来设计一个相对经济、可行的方案。我国海上风力发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。随着海上风力发电项目的开工建设,将大大提高我国海上风力发电的施工能力,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。

根据海上风力发电市场的需要,未来将出现一大批以运行、维护为主的专业团队,为投资企业提供全面、专业的服务。此外,海上风力发电装备标准、产品检测和认证体系等也将逐步建立并完善。毫无疑问,在海上风力发电项目的逐步发展过程中,海上风力发电设计、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。

2.不足

(1)对近海风能资源的调查不够。

(2)产业和技术的发展相对落后。

(3)自主研发力量严重不足。

(4)电网制约。和陆地风力发电一样,海上风力发电也将遭遇并网难题,其难度甚至远远高于陆地风力发电。

(5)海上风力发电的技术难题。

对于海上风力发电机组,如果是一台机组有问题,可以找到安装工具,但若是一批机组有问题而需要拆卸的话,那么投入产出比就太大了。

海上风力发电机的最大挑战来自研发设计。根据风能资源环境,先要保证风力发电机组是能抗击台风的。欧洲的台风很少,而在中国则必须要面对这样的考验。比如台风“鲶鱼”在福建登陆时,有些公司的风力发电机就不行了。除了风力发电机的制造难度外,海洋工程同样也是中国海上风力发电发展的关键因素。