成本高、外送難，深遠(yuǎn)海風(fēng)電如何解決并網(wǎng)消納難題？
撰文 |飲馬流花河
出品 | 零碳知識局
零碳知識局獨家獲悉，國家相關(guān)部門正在對深遠(yuǎn)海風(fēng)電發(fā)展征求意見。
由于海風(fēng)發(fā)展前期長遠(yuǎn)規(guī)劃不足、技術(shù)及成本限制，全球80%以上的海上風(fēng)電位于60米以內(nèi)的近海海域。隨著近幾年近海風(fēng)電資源被瓜分殆盡，風(fēng)電開發(fā)與近海養(yǎng)殖、軍事、航線等活動日漸沖突，發(fā)展空間見底.
而深遠(yuǎn)海面積廣闊，風(fēng)能資源更豐富。據(jù)國家發(fā)改委能源研究所發(fā)布的《中國風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》報告，我國近海水深5—50m范圍內(nèi)，風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量為5億千瓦，深遠(yuǎn)海風(fēng)能資源可開發(fā)量是近海的3-4倍，風(fēng)電走向深遠(yuǎn)海是必由之路。
但是，目前相關(guān)部門針對深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)還沒有明確政策與具體的規(guī)劃文件。
據(jù)國家能源局委托水電總院牽頭開展的全國深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，全國共將布局 41 個海上風(fēng)電集群，預(yù)計深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電總?cè)萘考s達(dá) 290GW。
中信建投預(yù)測：十五五期間深遠(yuǎn)海風(fēng)市場空間將進(jìn)一步打開，有望開發(fā) 150-200GW。三峽能源曾對媒體稱，預(yù)計到2025年，中國深遠(yuǎn)海及漂浮式海上風(fēng)電累計裝機(jī)容量可達(dá)100萬千瓦以上。
從之前的消息分析，有關(guān)深遠(yuǎn)海開發(fā)的頂層政策設(shè)計正在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。在2023年中國風(fēng)能新春茶話會上，國家能源局新能源司綜合處處長陳永勝表示，為了適應(yīng)新的形勢，推動可再生能源法的修訂，將出臺《深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電管理辦法》，為與深海開發(fā)密切相關(guān)的漂浮式風(fēng)電錨鏈、海纜、樁基等相關(guān)產(chǎn)業(yè)注入強(qiáng)心劑。
山東、廣東、福建、天津等海風(fēng)大省也在海上風(fēng)電相關(guān)發(fā)展規(guī)劃中視深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電為產(chǎn)業(yè)突破和未來風(fēng)電發(fā)展的重中之重。
各省深遠(yuǎn)海風(fēng)電規(guī)劃
來源:長城證券
中國海油能源經(jīng)濟(jì)研究院認(rèn)為：擁有更優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源和更少人類活動的深遠(yuǎn)海是未來風(fēng)電的主戰(zhàn)場。
新戰(zhàn)場意味著新挑戰(zhàn)，中國在海上風(fēng)電的核心“漂浮式風(fēng)機(jī)”的技術(shù)研發(fā)、商業(yè)化等方面落后于英美等發(fā)達(dá)國家，甚至不在GWEC預(yù)測的未來十年五大漂浮式風(fēng)電市場之列；深遠(yuǎn)海送出線路的建設(shè)又是另一座難以越過的高山。
競逐漂浮式風(fēng)電
迄今為止，全球總共已裝機(jī)約200MW的漂浮式風(fēng)電項目，根據(jù)GWEC測算，2021～2025年全球漂浮式海風(fēng)項目新增裝機(jī)量將從57.1MW提升至1048MW，到2030年，浮式海上風(fēng)電市場將達(dá)到16.5GW，發(fā)展速度加快。
各國漂浮式風(fēng)機(jī)裝機(jī)預(yù)測
來源：GWEC
歐洲起步最早，占全球已建成和開發(fā)中的漂浮式項目的四分之三以上。根據(jù)GWEC的統(tǒng)計，目前挪威累計漂浮式裝機(jī)171MW，貢獻(xiàn)全球91%裝機(jī)量。
各國對海上風(fēng)電均有雄心勃勃的規(guī)劃。英國規(guī)劃2030 年浮式風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到5GW；法國的多年期能源計劃規(guī)定每年招標(biāo)1GW以上的海上裝機(jī)，2024年將針對地中海沿岸的2個250MW漂浮式項目組織招標(biāo)4；韓國規(guī)劃2030年累計規(guī)模達(dá)9GW；到2035年美國累計漂浮式風(fēng)電裝機(jī)規(guī)?；蜻_(dá)15GW。
中國目前主要有六個海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電項目，開發(fā)主體均以央國企為主。分別是：三峽集團(tuán)投建的“三峽引領(lǐng)號”漂浮式風(fēng)力發(fā)電項目，這是亞太地區(qū)首個投入商業(yè)化運(yùn)營的海上漂浮式風(fēng)機(jī)；中海油投建的“海油觀瀾號”漂浮式風(fēng)力發(fā)電項目；中國船舶集團(tuán)海裝風(fēng)電股份牽頭研制的國內(nèi)首臺自主研發(fā)的深遠(yuǎn)海漂浮式海上風(fēng)電設(shè)備——“扶搖號”；龍源電力福建龍源海上風(fēng)力發(fā)電有限公司主導(dǎo)開發(fā)的漂浮式海上風(fēng)電和漁業(yè)養(yǎng)殖融合裝備研究與示范項目；“中國電建海南萬寧百萬千瓦漂浮式海上風(fēng)電項目”。
中國海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電項目
來源：德邦證券
德邦證券研究顯示：目前“三峽引領(lǐng)號”實現(xiàn)了并網(wǎng)，“扶搖號”已完成總裝，并在平均水深65m的廣東湛江海域進(jìn)行試驗；“海油觀瀾號” 漂浮式機(jī)組已經(jīng)下線，且在離岸136km、水深120m的海域完成了安裝，并入海上油田群電網(wǎng)。
中國漂浮式海風(fēng)項目位置布局
來源：GWEC
其中海南萬寧項目2027年之前有約1GW的漂浮式項目規(guī)劃，2025年前完成裝機(jī)200MW，2027年前完成裝機(jī)800MW，意味著近年我國漂浮式風(fēng)電裝機(jī)或迎來小高潮。
整機(jī)商方面，明陽智能、中國海裝、電氣風(fēng)電等國內(nèi)各大主流整機(jī)商在漂浮式風(fēng)電領(lǐng)域已早有布局。
張傳衛(wèi)近期接受采訪時表示：“明陽智能2024年馬上就會下線16.6兆瓦的漂浮式風(fēng)機(jī)，可以進(jìn)一步向深遠(yuǎn)海推進(jìn)，同時今年我們也將推出22兆瓦到24兆瓦的全球最大容量和最長葉輪直徑的超大型深遠(yuǎn)海漂浮式風(fēng)機(jī)。新材料、新技術(shù)、包括立體融合開發(fā)等新模式，都將在這一輪創(chuàng)新發(fā)展中得到充分運(yùn)用。”
金風(fēng)科技（002202.SZ）此前在回復(fù)投資者提問時表示，金風(fēng)是國內(nèi)最早開始進(jìn)行海上漂浮式風(fēng)機(jī)技術(shù)研究和試驗的整機(jī)商，目前已具備頗有經(jīng)濟(jì)競爭力的漂浮式風(fēng)機(jī)整體解決方案。
去年年底，海南萬寧海上漂浮式項目樣機(jī)工程風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采購中標(biāo)公示。標(biāo)包1、標(biāo)包6由中車株洲所中標(biāo)；標(biāo)包3、標(biāo)包4由東方風(fēng)電中標(biāo)；標(biāo)包2由運(yùn)達(dá)股份中標(biāo)；標(biāo)包5中標(biāo)人為電氣風(fēng)電。意味著中車株洲所、東方風(fēng)電、運(yùn)達(dá)股份也已入局漂浮式風(fēng)機(jī)。
成本與送出難題
成本高企是浮式風(fēng)電面臨最主要的難題。DNV研究顯示：第一個浮動風(fēng)電場的平均能源成本超過每兆瓦時 (MWh) 200美元，而目前固定底部海上風(fēng)電的平均能源成本為70美元/兆瓦時。
漂浮式海風(fēng)與傳統(tǒng)的固定式海上風(fēng)電機(jī)組截然不同，風(fēng)電機(jī)組“漂”在水面上。塔筒支撐風(fēng)機(jī)立于浮體，而浮體下方通過系泊系統(tǒng)進(jìn)行固定并控制機(jī)組的運(yùn)動，由此增加了錨鏈、配重塊、 吸力錨本體、張緊器等固定成本。從示范項目來看，系泊錨固系統(tǒng)占“引領(lǐng)號”、“扶搖號”項目造價比例約 22%~23%。
“引領(lǐng)號”、“扶搖號”項目造價構(gòu)成
來源：中信建投
當(dāng)水深超過60米之后，漂浮式海上風(fēng)機(jī)將比固定式海上風(fēng)機(jī)更具有工程經(jīng)濟(jì)性，并隨著水深增加經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢更加顯著。
中金公司發(fā)布的研究報告指出：國內(nèi)已建成的漂浮式風(fēng)電示范項目均為單臺樣機(jī)工程，三峽“引領(lǐng)號”、海裝“扶搖號”造價均在4萬元/千瓦以上，是固定式風(fēng)機(jī)的兩到三倍。
BNEF數(shù)據(jù)顯示：全球首個漂浮式海上風(fēng)電項目的造價高達(dá)30萬元/千瓦。隨著近年來漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步、單機(jī)容量的增加、項目規(guī)模的提升，漂浮式海上風(fēng)電項目單位千瓦造價已經(jīng)下降至4萬元/千瓦。
據(jù)Carbon Trust預(yù)測，未來全球漂浮式海上風(fēng)電項目降本空間約為52%。BNEF預(yù)測，2025—2030年主機(jī)和平臺成本有望大幅下降，使整體造價降低40%—56%。
漂浮式風(fēng)機(jī)降本預(yù)期
來源：德邦證券
此外，海風(fēng)走向深遠(yuǎn)海，遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)是關(guān)鍵。海上風(fēng)電并網(wǎng)的典型技術(shù)路線包括常規(guī)交流送出、低頻交流送出和柔性直流送出等。
柔性直流送出技術(shù)采用直流電纜輸電，是遠(yuǎn)海風(fēng)電可靠并網(wǎng)的首選技術(shù)方案，也是目前唯一具有工程實踐經(jīng)驗的大規(guī)模遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)方案，海外已有批量應(yīng)用，國內(nèi)的三峽如東風(fēng)電場為我國代表性項目。
來源：《大容量遠(yuǎn)海風(fēng)電柔性直流送出關(guān)鍵技術(shù)與展望》
但由于深遠(yuǎn)海海風(fēng)發(fā)展還處在產(chǎn)業(yè)化前期，柔直工程成本高昂。李巖等學(xué)者在《大容量遠(yuǎn)海風(fēng)電柔性直流送出關(guān)鍵技術(shù)與展望》一文中指出：海上風(fēng)電柔性直流送出方案中，因為兩側(cè)換流站建設(shè)成本高，初始一次性投資高，但直流電纜投資較低，適合于大容量遠(yuǎn)海岸風(fēng)電送出。
庫陶菲等學(xué)者在《海上柔性直流送出系統(tǒng)造價水平分析》中指出：受設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、施工難、運(yùn)維窗口期短等原因影響，從總體投資水平看，海上柔直送出系統(tǒng)單位容量投資為3 750～4 600元/kW，陸上柔直送出系統(tǒng)單位容量投資為2 300～3 000元/kW，總體投資水平差異為1.3～1.6倍。
有券商分析：考慮遠(yuǎn)距離傳輸損耗，海上風(fēng)電輸電距離70公里為選擇直流或傳統(tǒng)交流方案的經(jīng)濟(jì)性臨界點，當(dāng)輸電距離超過70公里時，柔直輸電方案更具優(yōu)勢，中長期海纜技術(shù)將向柔性直流發(fā)展。
就地消納
解決深遠(yuǎn)海風(fēng)電輸送難、成本高等問題，就地消納是應(yīng)對方案之一。
比如中海油“觀瀾號”。該項目距離海岸線100公里以上、水深超過100米。2023年5月20日，“觀瀾號”在廣東珠海成功并網(wǎng)，用于海南文昌油田群的生產(chǎn)用電。
海上風(fēng)電制氫也是解決海上風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)和消納難問題的有效途徑。海風(fēng)制氫可以有效轉(zhuǎn)化剩余可再生能源電力，并且利用較低的度電成本提高電解制氫的收益。
去年4月29日，明陽江青洲四海上風(fēng)電場項目首臺風(fēng)機(jī)正式吊裝完成，項目將借助“導(dǎo)管架+網(wǎng)箱”風(fēng)漁融合一體化裝備和海水制氫設(shè)備的部署，建成全國首個“海上風(fēng)電+海洋牧場+海水制氫”融合項目。
長城證券分析稱：這種“海上風(fēng)電+海洋牧場+風(fēng)電制氫”的新經(jīng)濟(jì)模式，可實現(xiàn)海上經(jīng)濟(jì)的綜合開發(fā)利用，創(chuàng)新推動海洋技術(shù)與海洋裝備、海洋能源和海洋經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量融合發(fā)展。
隨著漂浮式海上風(fēng)電的逐步推進(jìn)和普及，漂浮式海風(fēng)制氫將成為我國新能源發(fā)展又一新方向。
明陽智能董事長兼CEO張傳衛(wèi)表示，海上風(fēng)電制氫、海洋牧場、聯(lián)合開發(fā)等融合發(fā)展模式將是未來的趨勢。明陽智能正全力推進(jìn)海上風(fēng)電、海水制氫、海洋牧場一體化海上浮式綜合能源產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與投資，創(chuàng)新推動海洋技術(shù)與海洋裝備、海洋能源和海洋經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量融合發(fā)展。