隨著《巴黎協(xié)定》加強了全球應對氣候變化的力度，世界各國正面臨脫碳和向清潔能源轉型的壓力。陸上和海上風電，尤其是大型漂浮式風電，將成為清潔能源革命的重要力量。

 

與陸上風電或太陽能相比，海上風電發(fā)電系數更高，為電力需求不斷增長的新興市場提供了更大的能源可靠性。不過，要利用全球海上風電的巨大潛力，大規(guī)模的漂浮式設施必不可少，它可以幫助各國實現雄心勃勃的脫碳目標。

 

最新的漂浮式風機和海底系泊裝置可以利用水深超過50米的海域進行風力發(fā)電，為那些陸上空間有限、無法開展大規(guī)模太陽能或陸上風能發(fā)電的國家打開另一片可再生能源發(fā)電潛力區(qū)。譬如日本，一旦漂浮式風電技術通過示范階段，成為商業(yè)上可行的技術，預計到2040年發(fā)電量將增加100萬千瓦。那么，未來漂浮式風電將會迎來怎樣的發(fā)展機遇和特征？

 

增長潛力勢不可擋

 

根據全球風能理事會（GWEC）的數據統(tǒng)計，由于技術不斷創(chuàng)新和規(guī)模經濟效應，全球風電市場在過去十年中幾乎翻了兩番，風電已成為世界上最具成本競爭力、高靈活性和低排放的電力來源之一。

 

截至2020年底，全球風力發(fā)電裝機總量已超過733GW，其中95%為陸上風電，其余5%為海上風電。絕大多數的裝機量位于亞洲（322GW），其次是歐洲（208GW）、北美（139GW），其他地區(qū)54GW。中國的總裝機容量為282GW，緊隨其后的是美國（118GW）、德國（62GW）和印度（39GW）。

 

據統(tǒng)計，2021年又是風電裝機創(chuàng)紀錄的一年。2021年上半年，全球共有近7GW的風電裝機量被拍賣，較2020年一季度增長160%。在2021年第一季度，海上風電獲批項目容量為3.9GW，占了獲批風電總量的大部分。

 

國際能源署（IEA）預計，今年和明年全球海上風電裝機容量將增加60%，達到10GW以上，其中中國占近60%，因為開發(fā)商們都急于在2021年底政策到期前獲取固定上網電價。

 

對于中國來說，大多數海上風電項目仍然集中在淺水地區(qū)，畢竟那里更適合固定式基礎。雖然2021年7月在廣東沿海安裝了一臺漂浮式風機，但示范性目的更強，這也是世界上首個為臺風易發(fā)地區(qū)設計的漂浮式風機，采用的是中國領先的整機制造商之一——明陽智能開發(fā)的5.5MW風機。

 

此外，中國漂浮式風電市場也迎來一系列的動作。

 

2021年10月，明陽智能歐洲研發(fā)中心與西班牙創(chuàng)新型漂浮式設計公司簽訂合作協(xié)議，共同開發(fā)西班牙11MW級漂浮式示范項目，標志著中國漂浮式機組首次進入歐洲市場。

 

中國其他的主要風機供應商也在為未來的漂浮式風電市場做準備。比如金風科技，在幾年前就完成了他們6MW浮式風機的模型實驗，并在過去的幾年持續(xù)投入研發(fā)，為漂浮式風電做技術儲備。

 

2020年初，中國龍源電力公司宣布計劃開發(fā)一個使用4MWSGRE風機的浮式項目。 該項目目前處于詳細設計階段，其半潛式基礎也將作為海洋漁場使用，未來將安裝在南日島海域附近。

 

中國海裝2019年立項的浮式風電示范項目同樣也在開發(fā)中。

 

此外，中海油融風能源有限公司最近也在準備開發(fā)一個漂浮式海上風電示范項目。越來越多的示范項目展示了中國對未來漂浮式風電市場的信心，同時也在不斷促進產業(yè)鏈和相關技術的成熟，為大規(guī)模商業(yè)化做準備。

 

從示范項目走向商業(yè)化

 

由于大規(guī)模海上風電的潛力和日益增長的需求，DNV《能源轉型前景展望報告》中預測，海上風電在全球風電總量中的份額將穩(wěn)步上升，從2019年的6%上升到2050年的40%，其中15%是漂浮式風電。風機的新發(fā)展，包括整機、葉片和塔筒尺寸的持續(xù)增加，將帶來容量系數的提高，到2050年，風機平均容量系數將從現在的34%提高到50%。DNV預計，到本世紀中葉，海上固定式風電的裝機容量將達到1484GW，海上漂浮式風電的裝機容量將達到264GW。

 

裝機容量每增加一倍，海上風電成本就會下降16%左右，這是技術進步、精益制造、規(guī)模經濟、以及更廣泛的供應鏈效率和競爭驅動帶來的成本學習曲線。

 

綜合來看，大型漂浮式風電發(fā)展到可融資規(guī)模階段，需要政府、監(jiān)管機構、投資者、開發(fā)商、船廠和客戶的協(xié)同努力。

 

它還要對各種組件所需的復雜技術進行鞏固和成熟，包括位于水面上的基礎（漂體）。尋找在深水環(huán)境中安裝塔筒和風機的方法是目前大多數研發(fā)的重點。

 

當然，還有來自工程和建模方面的挑戰(zhàn)，包括混凝土與鋼基礎結構、波浪和風載荷引起的運動以及荷載變量、網絡穩(wěn)定性以及向陸上電網輸送電力帶來的相關問題。

 

目前，通過對4種基本技術的探索，全球大約有40種不同的浮體設計進入商業(yè)或試商業(yè)化階段，包括單立柱式浮體、半潛式、駁船式和張力腿平臺。對主導技術的確定，是推動行業(yè)走向商業(yè)化階段至關重要的因素，其中包括一些技術可能適用于臺風等特殊環(huán)境。

 

此后，鑒于要建立利益相關者對技術的信心并走向大規(guī)模生產，需要對設計概念進行標準化，并根據認可標準進行認證。同時，也需要跨領域的協(xié)作和整合，形成有效的供應鏈，創(chuàng)建一個欣欣向榮的行業(yè)，它涉及風機制造商、造船廠、電纜制造商和變電站供應商等環(huán)節(jié)。

 

需要說明的是，單立柱式浮體和半潛式浮式在亞洲很受歡迎，許多國際開發(fā)人員都在考慮使用這些技術。

 

考慮到海上作業(yè)，油氣行業(yè)在深水條件下的長期經驗是一個主要優(yōu)勢，加之它有巨額資產負債表和向更清潔的商業(yè)模式轉型動力的因素。

 

早些年，能源巨頭就在考慮將油氣空間重新用于海上漂浮式風電領域，并借鑒其在浮體、基礎結構、錨泊和海上電力線路上的經驗。

 

未來，漂浮式風電將成為能源模式從化石燃料為主轉變?yōu)榛诳稍偕茉聪到y(tǒng)的驅動力，預計2050年海上風電在全球能源結構中將占據重要份額。

 

同時，隨著氫驅動社會的發(fā)展步伐加快，大規(guī)模的浮式風場可以用來發(fā)電，而這些電力可用來制氫后輸出。在這方面，澳大利亞巴斯海峽等地區(qū)的海上油氣平臺的再利用可以成為氫輸出基礎設施系統(tǒng)的一部分。

 

DNV期待，可以繼續(xù)與各行業(yè)的利益相關者密切合作，加速海上漂浮式風電發(fā)展，為那些空間有限的國家和地區(qū)實現碳中和提供巨大潛力，并滿足負荷中心不斷增長的電力需求。