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

 

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

 

最新的漂浮式風(fēng)機(jī)和海底系泊裝置可以利用水深超過50米的海域進(jìn)行風(fēng)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(fēng)能發(fā)電的國(guó)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(fēng)電技術(shù)通過示范階段，成為商業(yè)上可行的技術(shù)，預(yù)計(jì)到2040年發(fā)電量將增加100萬千瓦。那么，未來漂浮式風(fēng)電將會(huì)迎來怎樣的發(fā)展機(jī)遇和特征？

 

增長(zhǎng)潛力勢(shì)不可擋

 

根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于技術(shù)不斷創(chuàng)新和規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，全球風(fēng)電市場(chǎng)在過去十年中幾乎翻了兩番，風(fēng)電已成為世界上最具成本競(jìng)爭(zhēng)力、高靈活性和低排放的電力來源之一。

 

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

 

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年又是風(fēng)電裝機(jī)創(chuàng)紀(jì)錄的一年。2021年上半年，全球共有近7GW的風(fēng)電裝機(jī)量被拍賣，較2020年一季度增長(zhǎng)160%。在2021年第一季度，海上風(fēng)電獲批項(xiàng)目容量為3.9GW，占了獲批風(fēng)電總量的大部分。

 

國(guó)際能源署（IEA）預(yù)計(jì)，今年和明年全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量將增加60%，達(dá)到10GW以上，其中中國(guó)占近60%，因?yàn)殚_發(fā)商們都急于在2021年底政策到期前獲取固定上網(wǎng)電價(jià)。

 

對(duì)于中國(guó)來說，大多數(shù)海上風(fēng)電項(xiàng)目仍然集中在淺水地區(qū)，畢竟那里更適合固定式基礎(chǔ)。雖然2021年7月在廣東沿海安裝了一臺(tái)漂浮式風(fēng)機(jī)，但示范性目的更強(qiáng)，這也是世界上首個(gè)為臺(tái)風(fēng)易發(fā)地區(qū)設(shè)計(jì)的漂浮式風(fēng)機(jī)，采用的是中國(guó)領(lǐng)先的整機(jī)制造商之一——明陽智能開發(fā)的5.5MW風(fēng)機(jī)。

 

此外，中國(guó)漂浮式風(fēng)電市場(chǎng)也迎來一系列的動(dòng)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(shè)計(jì)公司簽訂合作協(xié)議，共同開發(fā)西班牙11MW級(jí)漂浮式示范項(xiàng)目，標(biāo)志著中國(guó)漂浮式機(jī)組首次進(jìn)入歐洲市場(chǎng)。

 

中國(guó)其他的主要風(fēng)機(jī)供應(yīng)商也在為未來的漂浮式風(fēng)電市場(chǎng)做準(zhǔn)備。比如金風(fēng)科技，在幾年前就完成了他們6MW浮式風(fēng)機(jī)的模型實(shí)驗(yàn)，并在過去的幾年持續(xù)投入研發(fā)，為漂浮式風(fēng)電做技術(shù)儲(chǔ)備。

 

2020年初，中國(guó)龍?jiān)措娏拘加?jì)劃開發(fā)一個(gè)使用4MWSGRE風(fēng)機(jī)的浮式項(xiàng)目。 該項(xiàng)目目前處于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，其半潛式基礎(chǔ)也將作為海洋漁場(chǎng)使用，未來將安裝在南日島海域附近。

 

中國(guó)海裝2019年立項(xiàng)的浮式風(fēng)電示范項(xiàng)目同樣也在開發(fā)中。

 

此外，中海油融風(fēng)能源有限公司最近也在準(zhǔn)備開發(fā)一個(gè)漂浮式海上風(fēng)電示范項(xiàng)目。越來越多的示范項(xiàng)目展示了中國(guó)對(duì)未來漂浮式風(fēng)電市場(chǎng)的信心，同時(shí)也在不斷促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈和相關(guān)技術(shù)的成熟，為大規(guī)模商業(yè)化做準(zhǔn)備。

 

從示范項(xiàng)目走向商業(yè)化

 

由于大規(guī)模海上風(fēng)電的潛力和日益增長(zhǎng)的需求，DNV《能源轉(zhuǎn)型前景展望報(bào)告》中預(yù)測(cè)，海上風(fēng)電在全球風(fēng)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(fēng)電。風(fēng)機(jī)的新發(fā)展，包括整機(jī)、葉片和塔筒尺寸的持續(xù)增加，將帶來容量系數(shù)的提高，到2050年，風(fēng)機(jī)平均容量系數(shù)將從現(xiàn)在的34%提高到50%。DNV預(yù)計(jì)，到本世紀(jì)中葉，海上固定式風(fēng)電的裝機(jī)容量將達(dá)到1484GW，海上漂浮式風(fēng)電的裝機(jī)容量將達(dá)到264GW。

 

裝機(jī)容量每增加一倍，海上風(fēng)電成本就會(huì)下降16%左右，這是技術(shù)進(jìn)步、精益制造、規(guī)模經(jīng)濟(jì)、以及更廣泛的供應(yīng)鏈效率和競(jìng)爭(zhēng)驅(qū)動(dòng)帶來的成本學(xué)習(xí)曲線。

 

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

 

它還要對(duì)各種組件所需的復(fù)雜技術(shù)進(jìn)行鞏固和成熟，包括位于水面上的基礎(chǔ)（漂體）。尋找在深水環(huán)境中安裝塔筒和風(fēng)機(jī)的方法是目前大多數(shù)研發(fā)的重點(diǎn)。

 

當(dāng)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(chǔ)結(jié)構(gòu)、波浪和風(fēng)載荷引起的運(yùn)動(dòng)以及荷載變量、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性以及向陸上電網(wǎng)輸送電力帶來的相關(guān)問題。

 

目前，通過對(duì)4種基本技術(shù)的探索，全球大約有40種不同的浮體設(shè)計(jì)進(jìn)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(tái)。對(duì)主導(dǎo)技術(shù)的確定，是推動(dòng)行業(yè)走向商業(yè)化階段至關(guān)重要的因素，其中包括一些技術(shù)可能適用于臺(tái)風(fēng)等特殊環(huán)境。

 

此后，鑒于要建立利益相關(guān)者對(duì)技術(shù)的信心并走向大規(guī)模生產(chǎn)，需要對(duì)設(shè)計(jì)概念進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并根據(jù)認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證。同時(shí)，也需要跨領(lǐng)域的協(xié)作和整合，形成有效的供應(yīng)鏈，創(chuàng)建一個(gè)欣欣向榮的行業(yè)，它涉及風(fēng)機(jī)制造商、造船廠、電纜制造商和變電站供應(yīng)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(guó)際開發(fā)人員都在考慮使用這些技術(shù)。

 

考慮到海上作業(yè)，油氣行業(yè)在深水條件下的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)，加之它有巨額資產(chǎn)負(fù)債表和向更清潔的商業(yè)模式轉(zhuǎn)型動(dòng)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(fēng)電領(lǐng)域，并借鑒其在浮體、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、錨泊和海上電力線路上的經(jīng)驗(yàn)。

 

未來，漂浮式風(fēng)電將成為能源模式從化石燃料為主轉(zhuǎn)變?yōu)榛诳稍偕茉聪到y(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，預(yù)計(jì)2050年海上風(fēng)電在全球能源結(jié)構(gòu)中將占據(jù)重要份額。

 

同時(shí)，隨著氫驅(qū)動(dòng)社會(huì)的發(fā)展步伐加快，大規(guī)模的浮式風(fēng)場(chǎng)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(tái)的再利用可以成為氫輸出基礎(chǔ)設(shè)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(guān)者密切合作，加速海上漂浮式風(fēng)電發(fā)展，為那些空間有限的國(guó)家和地區(qū)實(shí)現(xiàn)碳中和提供巨大潛力，并滿足負(fù)荷中心不斷增長(zhǎng)的電力需求。