法(fǎ)國總理卡斯泰3月14日宣布,啟動在地中海沿岸建設兩(liǎng)座漂(piāo)浮式(shì)海(hǎi)上風電場的招(zhāo)標程序。這兩座風電場項目預(yù)計將於2023年定標,2030年(nián)前投入使用。兩座海上風電(diàn)場裝(zhuāng)機容量均(jun1)為250兆瓦(MW)。此外,根(gēn)據(jù)“法(fǎ)國2030”計劃,法國將投入3億歐(ōu)元專項資金用於發展漂浮(fú)式海上風電。
韓國南部電力公司3月15日也(yě)宣布,已在其位於韓國釜(fǔ)山的總部大樓內(nèi)與(yǔ)殼牌(pái)公司(sī)簽署(shǔ)業務合作協(xié)議,雙方將攜(xié)手在(zài)距離蔚(wèi)山市65公裏(lǐ)的海域(yù)開發漂浮式海上風電場。涉及到的海上風電項目群整體容量為1.3吉瓦(GW)。
在漂(piāo)浮式海上風機出現之前,傳統固定(dìng)式風機由於設計局限,使得海上風電場必(bì)須建在相對較淺的水域中,並靠近陸地。漂(piāo)浮式風電則允許在海上幾乎任何地方部署風力(lì)渦輪機,可最大限度地利用海上風能潛力,開拓可開發的海(hǎi)域範圍。
隨著越來越多的國家進軍漂浮式海上風電(以下(xià)稱(chēng)“漂(piāo)浮式風電(diàn)”或“浮式風電”)領域,多家行業研(yán)究(jiū)機構預(yù)測認為,漂浮式海上風電有望成為全球海上可再生能源的重要組成部分,4月4日全球風能理事會(GWEC)發布的(de)最新全球風能(néng)報告稱,漂浮式風電是(shì)“改變海上風電遊(yóu)戲規則的關鍵之一,並很(hěn)快(kuài)會將風能帶到新的紀元(yuán)”。
全(quán)球風能理事會對浮式(shì)風電未來預測樂觀
2020年全球(qiú)風能理(lǐ)事會(GWEC)發布的全球風能報告預測,漂浮式海上風能將從2020年的17MW增長到2030年的(de)6.5GW。一年後,該報告的迭代版本將2030年的預測上調(diào)10GW至16.5GW。
2009年,世界上第一台兆瓦級海上浮式風力發(fā)電(diàn)機(jī)組由挪威的Equinor並網發電,截至2020年底,全球隻有73MW的浮式風力發(fā)電機組在運行。雖然目前漂浮式海上風電裝機容量僅為全球風電裝機容(róng)量的0.1%,但GWEC預測,2030年新(xīn)增漂浮式海上風電將占(zhàn)該年全球新增風(fēng)電裝機容量的6.1%。
在預測的16.5GW漂浮(fú)式海上風能裝機容量中,GWEC認為隻(zhī)有7.1%(1.2GW)的裝機容量將(jiāng)在2021-2025年建成;大部分新增裝(zhuāng)機容量將從2026年開始上線,屆時很(hěn)可能達到(dào)每年吉瓦級別的裝機容量增長水平。
挪威船級社(DNV)則預計,海上風電將在21世紀中葉達到風電總裝機容量的40%,2050年全球海(hǎi)上風電的裝機容量將達到1748GW,其中漂浮式海上風電有望占海上風電裝機容(róng)量總(zǒng)量的15%,即264GW。
離岸65公裏以上、水深50米以下在海(hǎi)上風電行業可算深遠海區域。世(shì)界上80%的海上風資源位於水(shuǐ)深超過60米的(de)海域。由於近海風電資源相對有限,資源開發(fā)趨於飽和,且受限於(yú)近海養殖、漁業捕撈、運輸航線等用海需求限製,加大深遠海(hǎi)海上風電開發(fā)力度已成趨勢。
DNV認(rèn)為,技術開發將使得浮(fú)式風電的平準化度電(diàn)成本(LCOE)在2025年降至100USD/MWh以下,在2050年(nián)將降至40USD/MWh以下(xià)。

來源:Acteon
漂浮式基礎的概念來源於深海油氣開發平台,漂浮式海上風電的設計思路很大程度借鑒了油(yóu)氣領域的技(jì)術積累,目前漂浮式海(hǎi)上(shàng)風電的基礎類型主要包括四大類,分別(bié)是半潛(qián)式(Semi-submersible)、單柱式(Spar)、張力腿(TLP)和駁船(chuán)式(Barge)。
知識卡片
單柱式被認為是最簡單的,適用於海平麵相對高的地區,對土壤(rǎng)條件不敏感,缺點是成(chéng)本高,係泊繩索較長,吃水深,限製船舶進(jìn)出;半潛式具有良好的穩定性,通過在水平麵廣泛分布浮力來實現穩定性,安裝和拆除簡單,但占地麵積(jī)大(dà);張力腿(tuǐ)式通(tōng)過使用係泊繩索張力來(lái)實現穩定性,通常需(xū)要專門(mén)建造的安裝(zhuāng)船(chuán),穩定性高,運動性低,具有良好的(de)深(shēn)水靈活性,占地麵積小,係泊繩索短,但有複雜而昂貴的係泊和錨定係統,使其成為最昂貴的基礎類型;駁船式可以(yǐ)使用鋼筋和混凝土,方便尋找(zhǎo)材料(liào),但是特別容易(yì)受到海浪影響,要求有更強大的係泊係統,複(fù)雜性增加。
GWEC認為,可以根據不同的地理(lǐ)環境選用不同的浮式風(fēng)電的基礎(chǔ)類型,同時當地的人文地(dì)理條件、基礎(chǔ)設施、渦輪機設計也會在基礎類型選擇中發揮作用。
GWEC Market Intelligence數據顯示,截至2021年7月,全球浮(fú)式海上(shàng)風(fēng)電裝機容量中單柱式占比最高。然而,在目前正在開發的(de)示範方案中,近三分之(zhī)二的方案選擇半潛式基礎類型。
在全球處於不同開發階段的浮式風電中,半潛式占比最高,為64%,其次是(shì)占比為13%的單柱式和占比為10%的駁船式。張力(lì)腿式在淺水(shuǐ)和(hé)深(shēn)水具有更好的靈活性,不過其(qí)目前的市場份額因安裝複雜而相對較低,隻有7%。
同時,新的基礎類型技術(shù)方案和樣機仍在持續湧現(xiàn),漂浮式海上風電技術路線尚未完全定型。
挪威最新研製的漂浮(fú)式多渦輪海(hǎi)上風電係統,將數十台1MW的(de)風機設置在一張大的金屬“帆”上,設計壽命為50年,以期加速(sù)浮式海上風電(diàn)和深遠海上風電的經濟性。
日(rì)本多家公司則計劃聯合開展張力腿式(TLP)浮動大兆瓦級(jí)風機技術研究,目標在(zài)2030年左右實現該技術的商(shāng)業化應用。日(rì)本(běn)Toa製造公司等公司聯合成立了海(hǎi)上浮式風電基礎(chǔ)產業鏈聯盟,旨在開發一條海上(shàng)浮式風電基礎產業鏈,降低各個方麵的成本。
全(quán)球浮(fú)式(shì)風電進入商業開發階段
近年漂浮式風電樣機推出速度加快。2009年,挪威國家石油公司Equinor率先開展了全球首(shǒu)台海上浮式風機樣機實測項目,該項目采用單柱型基礎(chǔ),距離(lí)挪威西南海(hǎi)岸線10km處,單機容量2.3MW,水深約200m,總投資約4億(yì)挪威克朗(約(yuē)折合人民幣2.93億元)。之後,葡萄牙、日本、法國、西班牙、韓國、中國等國家也(yě)紛紛推出漂浮式樣(yàng)機。
2021年,全球(qiú)最大的4.8萬千瓦英國海上浮式風電Kincardine項目成(chéng)功並網,表(biǎo)明大規模商業化海上(shàng)浮式風電開發已初步(bù)具(jù)備可行性。從海上浮式風(fēng)電項目規劃情況來(lái)看,單項(xiàng)目裝機容量呈(chéng)現上升趨勢。
多個研(yán)究機構判斷,從全球來看(kàn),漂(piāo)浮式海上風電已經(jīng)從示範項目開始進入商業開發階段。
據平安(ān)證(zhèng)券報告,多(duō)個國家(jiā)都在醞釀大型(xíng)漂浮式海(hǎi)上風電項目。目前(qián)漂浮式海上風電發展相對領先的是歐洲和日(rì)本(běn),韓國快(kuài)速跟進,中國(guó)和(hé)美國開始布局。在當前能源低碳轉型以及能源安全備受關注的背景下,結合當前技術儲備情況,漂浮式海上風電(diàn)呈現加快發展的態勢,部分國家推(tuī)出專項資金以支持漂浮式海風發展。
歐洲是漂浮式(shì)海上風電發展較早的區域,英國、法國、葡萄牙、挪威等國(guó)家均已推出漂浮式樣機項目;日本也較早開展漂浮式海上風電樣機驗證,韓國近年積極跟進,日本和韓國海域水深條件較為適合發展(zhǎn)漂浮式海(hǎi)上風電;中(zhōng)國的樣機推出時間相對較晚,主要位於水深相對較深的南海區(qū)域。
GWEC多份(fèn)報告顯(xiǎn)示,根據基礎自然(rán)條件,以及各國政府的能源發展規(guī)劃,在選址方麵,漂浮式海(hǎi)上風電的最(zuì)佳地點是歐洲、日本、韓國、南非、澳大利亞(yà)、新西蘭、阿根廷、智利、美國西海(hǎi)岸和中(zhōng)國(guó)南海海岸。

世界漂浮式海上風電資源地區 來源:Q FEW
GWEC認為,截至目前,英國、葡萄牙、日本、挪威和法國是漂(piāo)浮式海上風電裝機容量最大的五個市場,但預計情況將發(fā)生變化,在未來十(shí)年,韓國、日本、挪威、法國和英國可能成為排(pái)名前五的漂浮式海上風電市(shì)場。
GWEC預計,歐洲將占漂浮式(shì)海上風能2021-2025年新(xīn)增(zēng)裝機量的68.2%,其次是亞洲(21.4%)和北美(10.4%),而在2030年底的漂浮式海上風能裝機容(róng)量中,歐洲(zhōu)將(jiāng)以47%的市場份額保住全球最大浮式風電市場的頭銜,緊隨其後的是亞(yà)洲(45%)和北美(8%)。
和油氣(qì)行業彼此成就。
由於(yú)漂浮式風電與油(yóu)氣領域(yù)技術的相關(guān)性,油氣巨頭對漂浮式風(fēng)電也(yě)頗有興趣。
GWEC認為,2021年(nián)石油和天然氣巨(jù)頭在漂浮式風電領域有進一步突破。歐洲大型石油和天然(rán)氣公司在不少歐洲和北美海上風電項目(mù)拍賣中取得勝利,還贏了大西洋兩(liǎng)岸的海底租賃招標,這些公司都擁有不(bú)凡的海上工程技(jì)術和財務實力。
在中國,中海油旗(qí)下(xià)海上風(fēng)電開發公司中(zhōng)海油融風能源有限公司目前正在推進深遠海浮式風機國(guó)產化研製及示範應用項目(mù),項(xiàng)目位於中國南海海域,風機設備已在2021年底完成招標。
中海油(yóu)研究總院新能(néng)源電氣工程師車久瑋曾在接受媒體采訪(fǎng)時表示,海上浮式風電和深遠海上風電對油氣公司的吸引力,主要在於(yú)其傳統的油氣浮式平台技術和裝備可以最大程度地轉化到海上風電項目的建設中,特別(bié)是海洋工(gōng)程、深水開發和(hé)鑽井技(jì)術,這使(shǐ)得在未來碳稅(shuì)和能源轉型背景下盈利壓力較大(dà)的深水油氣行(háng)業有了一條切實可行的轉型(xíng)之路。
中海(hǎi)油的一份研究報告顯示,中海油在海上油(yóu)氣平台已(yǐ)完成了相(xiàng)關(guān)浮式基礎的設計、建造及運營,擁有1500米水深以淺除單柱式(Spar)以外的全部基礎類型的應用,具備短時間內完成示範項目的優勢。
更讓油氣企業感興(xìng)趣的是,漂浮式風電可以通過海上分散式浮式(shì)風電為油氣生產設施供電,進而解決當前海上油氣供電模式存在的問題,探索“孤網”供電模(mó)式。
目前海上油氣設施(shī)由於離岸較遠,通常采用燃(rán)料(liào)發電機為孤網完成供電,單(dān)個平台(tái)電力負荷在1.5-10MW之間,平台間通(tōng)過海纜實現組(zǔ)網,由一個或多個中心平台向周邊井口平台供電,電網總電力負荷可達100MW以上。
前(qián)述報告分析,該供電模式目前(qián)主要存(cún)在三個的問題,一是發電成本較高(gāo),平台通常配置(zhì)5-30MW燃氣透平(píng)發電機,大多數需要進口,價格高昂;二是電站低利(lì)用率和擴展需(xū)求並存,很多時候存在項目(mù)前期電站利用率偏低、後期需要動員大型(xíng)浮吊再次安裝新電站(zhàn)擴展電網容量的情況;三是燃料(liào)發(fā)電需燃燒天然氣、柴油、甚至是原油,造成燃料成本高昂的(de)同時,也需要排放(fàng)大量的二氧化碳。
這份研究報告認(rèn)為,合理利用分散式浮式海上(shàng)風電為油氣平台供電,可以很好地解決以上這三個問題。中海油在中國海域擁(yōng)有200餘座海上油氣生產設(shè)施,電量需求(qiú)超過1200MW,海上油氣設施的綠(lǜ)色電力需求更(gèng)大。
國內漂浮式風電有望“後發先至”
根據我國國家氣候中心的研究,我(wǒ)國深(shēn)海風資源總量約10億千瓦,相當於兩倍的近海風資源,發展潛力巨大。同時,隨(suí)著采用(yòng)固定基(jī)礎的海上風電基本實現平價(jià),國內漂浮式海上風電的發展進(jìn)程有望加快。
我國首(shǒu)個漂浮式風電(diàn)機組已於2021年實現並網。2021年7月(yuè),由三峽集團投資(zī)建(jiàn)設的國(guó)內(nèi)首台漂浮式海(hǎi)上風電平台——“三峽引領號”在廣東陽江海域成功安裝並實現並網。
2021年12月10日,由中(zhōng)國海裝牽頭聯合中國船舶集團內多家成員單位自主(zhǔ)研製的“扶搖號”浮式(shì)風電(diàn)機(jī)組浮體平台成功(gōng)下(xià)線。下線的浮體平台將搭載(zǎi)中國(guó)海裝6.2MW海(hǎi)上風電機組,將於2022年年初在廣東省湛江市徐聞羅鬥沙海域完成示範應用。
龍源電力漂浮式樣機(jī)工程也正在建設過程中。龍源電力(lì)漂浮式示範項目依托於建莆田南日島400MW風電項目(mù),擬(nǐ)安(ān)裝單機容量4MW的漂浮式風力發電機組樣機(jī)1台,所處水深大(dà)概35米,采用1回35kV動態(tài)電纜與鄰(lín)近(jìn)機(jī)位的固定式風力發電機組連接,並接入海(hǎi)上升壓站。該基礎平台采用(yòng)半潛式,該項目將(jiāng)與水產養殖進行融合,也計劃於2022年(nián)完成示範工程建設(shè)。
此外(wài),中國大唐集團有限公(gōng)司、中國廣核集團有限公司、國家電力投資集團有限公司也加速進入海上浮式風電市場。明陽智慧能源集團股份公(gōng)司等整機廠商已提出研發16兆(zhào)瓦級大(dà)型浮式風電機(jī)組,加速推動工程(chéng)化示(shì)範與商業化應用。
據平安證券分析,國內樣機主(zhǔ)要采用半潛方案,由於海域的水深情況不同,國內正在推進的漂浮式樣機主(zhǔ)要采用適應水深條件相對較淺的(de)三立柱半(bàn)潛技術(shù)方案。不同於歐洲和日(rì)本常見的獨立樣機的模式,國內推進的漂浮式樣(yàng)機與采用固定基礎的大型海(hǎi)上風電場相連,成為(wéi)大型海上風電場(chǎng)的(de)一(yī)個風機單元(yuán),有利於降低樣(yàng)機的並網(wǎng)相(xiàng)關成本,同時運行情況具有較好的可對比性。
基於海洋工程和固定式海上風電的積累,漂浮式(shì)海上風電具有較好的供應鏈基礎。多份研究報告顯示,國內傳統海工行業目前對於(yú)浮式風(fēng)機基礎的設計、建造、安裝及調試能提供較齊全的供應鏈,再結合海洋浮式(shì)油氣平台(tái)的經驗,以國內現有資源為主導(dǎo),完全能夠順利完成浮式風機基礎的(de)設計、建造、安裝、調試以及智能化孤網供電。
漂浮式海上風電的核心製造環節包括風電機組(zǔ)(含塔筒)、浮式基礎平台、係泊係(xì)統和動態海纜。風機方麵,漂浮式海上風電供應商與(yǔ)固定基(jī)礎海上(shàng)風電的風機供應商重疊,國內仍以(yǐ)明(míng)陽智能等頭部風(fēng)機企業為主;國(guó)內開展了多(duō)年的海上油氣平(píng)台用臍帶纜的研發,已基本掌握油氣用動態海纜的設計技(jì)術,可一定程度嫁接至漂浮式海上風電;浮式平台和(hé)係泊係統的(de)供應商與海洋(yáng)工程基本重疊。較為(wéi)完善的供應(yīng)鏈體係為未來漂浮(fú)式海上風電的加快(kuài)發(fā)展奠定堅實基礎。
平安證(zhèng)券認為,國內雖然起步相對較晚,但國內具有全球最(zuì)大的海上(shàng)風(fēng)電市場以及競爭力突出的製造產業,通過借鑒歐洲經驗並自主(zhǔ)創新,國內漂浮式海上風電有望快速進步,複製(zhì)固定式海上(shàng)風電的發展軌跡,實現後發先至(zhì)。
從成本角度,由於漂浮式海上風電主要的製造環節為(wéi)風(fēng)電機組、漂浮式基礎及錨鏈,國內相對歐美具(jù)有(yǒu)明顯的成本優勢。據中國海裝預測,到(dào)2025年,國內漂浮式海上風電可能達到相(xiàng)對有競爭力的成本水平(píng),投資成(chéng)本有望降至2萬元/千瓦(wǎ)左右(yòu),預計在2030年前後降至與固定式海上風電相當的水平,達到1-1.5萬(wàn)元/千瓦。
同時,在(zài)我國,福建、廣(guǎng)東、海南(nán)、台灣等省(shěng)都有大幅高風速深水海(hǎi)域適宜開發浮(fú)式海上風電的海域;在離岸較遠(yuǎn)的專屬經濟區浮式海上風電與漁業、氫能等一體化開發也具有可觀(guān)的應用前景。
來源(yuán):南方能(néng)源觀(guān)察