海上風電發(fā)展趨勢分析：漂浮式風電是深遠海海上風電主要技術

• 柯壯賓 2023年10月25日 來源：中研網(wǎng) 772 46
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海上風電走向深遠海大勢所趨，漂浮式風電是深遠海主要技術。相比近海，深海風資源更豐富。我國深遠海資源占比超60%，理論開發(fā)量達600GW，其中50-80米水深開發(fā)量為370GW，80米以上水深開發(fā)量為230GW。由于近海項目平均離岸距離已接近峰值，用海沖突多、發(fā)展掣肘較多，而

2022海上風電新增裝機9.4GW，中國貢獻過半6.8GW。從陸風資源和海風資源比較上看，海上風資源更為豐富，相比于陸上風電，海風風速大、風力穩(wěn)定、功率密度高、空間開闊、且發(fā)電無地表障礙物限制。從我國自身情況看，我國海上風電資源豐富，發(fā)展海上風電更具優(yōu)勢，福建、浙江、山東、江蘇、廣東等用電大省均位于沿海地區(qū)，在滿足電力高需求下海上風電輸運距離短、成本輸送低。據(jù)WFO數(shù)據(jù)顯示，2022年，全球累計海風裝機57.6GW，2022年新增9.4GW，其中中國新增6.8GW，貢獻全球72.3%新增裝機量。截至2022年底，中國累計投產(chǎn)海風裝機量已達26.6GW，占全球總裝機量44%。

全球海風新增裝機持續(xù)高攀，重點關注中歐市場。從市場增量規(guī)?？矗瑩?jù)GWEC統(tǒng)計，2022-2030年，全球海風新增裝機量累計達260.17GW，其中中國市場約有86GW需求，歐洲約有111.41GW，二者總計占比約76%。從市場增速看，根據(jù)GWEC預測，2022-2030年全球新增裝機量復合增長率達24%，中國增速約15%、歐洲增速約30%，中國增速緩慢主要是中國年新增裝機基數(shù)較大，歐洲增速快，與歐洲海風資源豐富關系較大。

中國沿海多省市已出海風建設規(guī)劃，政策文件筑底海風裝機需求。中國沿海省市山東、廣東、福建等相繼發(fā)布了海上風電發(fā)展相關規(guī)劃，其中海上風電裝機規(guī)劃量繼續(xù)提升。據(jù)全球風能理事會（GWEC）預測，未來幾年中國海風新增裝機量將繼續(xù)領跑全球，成為全球海風裝機增長的核心引擎。

海上風電項目離岸距離和水深均呈現(xiàn)增加趨勢。歐洲海上風電發(fā)展較早，據(jù)美國能源部的數(shù)據(jù)顯示，歐洲固定式海上風電項目平均離岸距離近年來已經(jīng)接近峰值，但風電場水深預計繼續(xù)增加。而亞洲海上風電起步較晚，離岸距離還未見頂，預計海上風電項目離岸距離與水深未來五年都將繼續(xù)增加。

近海資源可開發(fā)量少，深遠海域風能資源更為豐富。近年來海上風電發(fā)展迅速，開發(fā)區(qū)域主要集中在潮間帶和近海海域。從可開發(fā)量看，近海資源占比少。CarbonTrust數(shù)據(jù)顯示，歐洲、美國和日本60米水深以上海域風資源占比約為80%，60%，80%，對應理論可開發(fā)量分別為4000GW，2450GW，500GW。英國政府發(fā)布的《加速中國漂浮式風電發(fā)展——如何通過英中戰(zhàn)略合作來克服關鍵技術和供應鏈瓶頸》顯示，考慮海岸150km范圍內(nèi)的區(qū)域，中國深遠海風電理論開發(fā)量在600GW，其中50-80米水深開發(fā)量為370GW，80米以上水深開發(fā)量為230GW，主要分布在我國海南、廣東、福建、山東、浙江五個省份。因此深遠海風電將成為我國未來海上風電發(fā)展的重要方向。

近海發(fā)展海上風電掣肘多。從空間資源角度，近海其它活動需求大，養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、軍事資源廣泛分布于近海，尤其是航線資源，大量航線分布于近海水域，往來船只拋錨或航線運行不準，都可能對海底電纜或風電基礎造成傷害。近年來近海風電場的大量建設也已使得近海優(yōu)質(zhì)風資源地區(qū)逐漸緊張。深遠?？臻g資源開闊，旅游養(yǎng)殖等其他活動少，開發(fā)限制少，可以大規(guī)模建廠開發(fā)。

政策差異化鼓勵深遠海風電發(fā)展，深遠海獎勵500元/KW。我國政策層面也對深遠海風電項目采取了差異化支持。例如，去年出臺的《上海市可再生能源和新能源發(fā)展專項資金扶持辦法》不再對離岸50公里以內(nèi)的近海風電進行獎勵，對深遠海風電和場址中心離岸距離不小于50公里的近海風電，按每千瓦500元獎勵，單項目年度獎勵金額不超過5000萬元。

漂浮式風電由風電機組（含塔筒）、浮式基礎、系泊系統(tǒng)和動態(tài)海纜系統(tǒng)四部分組成。漂浮式風電通過浮體漂浮在海水中支撐上部風電機組，通過系泊系統(tǒng)進行位置和運動的約束來保證漂浮狀態(tài)下浮式基礎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，然后經(jīng)由動態(tài)海纜實現(xiàn)電力輸送。跟傳統(tǒng)的固定式相比，漂浮式風機把樁機換成了浮體和系泊系統(tǒng)。此外，在風電機組和海纜設計上，漂浮式和固定式相比也有一定差異。

漂浮式風電機組相比于固定式進行了結(jié)構(gòu)加強和控制策略改進。漂浮式風機是一個運動系統(tǒng)，震動大，塔筒和零部件的受力大。因此漂浮式風機機組在結(jié)構(gòu)方面進行了局部加強，如塔筒、主軸以及一些部件的底座。漂浮式的控制策略相比于固定式也有一定優(yōu)化?？刂撇呗耘c風-浪-流的耦合作用可能會造成塔架、系泊系統(tǒng)等大部件系統(tǒng)疲勞載荷的增加和功率波動。因此，必須對現(xiàn)有固定式的控制策略進行優(yōu)化，使風力渦輪機可以在接近最佳效率值的情況下運行，并通過減少疲勞載荷來保證其可靠性。

浮式基礎是為風機機組提供浮力和穩(wěn)定性的鋼結(jié)構(gòu)。目前主流的浮式基礎結(jié)構(gòu)主要分為以下四種：立柱式、半潛式、張力腿式以及駁船式。

立柱式(Spar)：具有自穩(wěn)定性，該類型平臺重心設計遠低于浮心，具有結(jié)構(gòu)簡單、垂向波浪激勵力小、穩(wěn)定性較好等特點，但對工作水深有特定要求，通常需要大于100m水深。

半潛式(Semi)：適用水深通常大于40m，適用水深范圍較廣；可采用濕拖法運輸，部署靈活，技術較為成熟。

張力腿式(TLP)：具有較好平臺垂向運動性能，但安裝過程較為復雜，張力腱結(jié)構(gòu)造價較高，目前國內(nèi)缺乏相關的制造和施工安裝經(jīng)驗；適用水深通常大于60m。

駁船式(Barge)：適應水深通常大于30m；結(jié)構(gòu)形式簡單，容易制造，穩(wěn)性較好，可采用濕拖法整體運輸，部署靈活且成本較低。

漂浮式發(fā)展逐步從樣機驗證階段進入預商業(yè)化階段。全球風能理事會（GWEC）將漂浮式海上風電發(fā)展分為以下階段：樣機和試點階段、預商業(yè)化階段，和商業(yè)化階段。其中，2009-2020年為樣機和試點階段，2021-2025年為預商業(yè)化階段，2026年起為商業(yè)化階段。樣機和試點階段是技術論證和積累的重要過程，目前已投產(chǎn)的漂浮式風電項目中大多數(shù)也多為樣機論證試點項目，比如我國三峽引領號等。隨著技術積累和驗證，漂浮式風電場建設逐步啟動。我國的首個商業(yè)化漂浮式項目海南萬寧項目已于2022年底開始動工。該項目是目前全球最大的商業(yè)化漂浮式海上風電項目，總裝機容量1000MW，分兩期進行。一期容量200MW，預計2025年投產(chǎn)。隨著越來越多國家和地區(qū)開始建設大型漂浮式海上風電場，漂浮式加速進入商業(yè)化階段。

全球漂浮式總規(guī)劃達185GW，漂浮式風電進入高速發(fā)展通道。隨著漂浮式技術的不斷積累突破，全球臨海國家加快規(guī)劃漂浮式海上風電建設。美國規(guī)劃至2035年實現(xiàn)部署漂浮式海上風電15GW。歐洲方面，至2030年，英國政府規(guī)劃并網(wǎng)5GW左右，挪威4.5GW，希臘2GW，西班牙1-3GW，意大利3.5GW，葡萄牙2GW，法國750MW。韓國計劃2030年漂浮式風電裝機達6GW。據(jù)renewableUK統(tǒng)計，全球漂浮式風電總規(guī)劃已經(jīng)達185GW，其中歐洲總規(guī)劃107GW，占比超58%。據(jù)GWEC預測，2020-2025年全球漂浮式風電新增裝機量年復合增長率高達105%，2020-2031年年復合增長率為59.6%。

已投產(chǎn)項目多為立柱式和半潛式，半潛式預計成為行業(yè)主流。在已投產(chǎn)項目中，立柱式和半潛式占比接近，駁船式占比僅為2%。根據(jù)美國能源局發(fā)布的《OffshoreWindMarketReport:2022Edition》顯示，在2021年宣布建設的全球所有漂浮式海上風電項目中，半潛式規(guī)劃裝機量14183.3MW，占比約為80%，而張力腿式裝機僅為25.2MW。相比于其他結(jié)構(gòu)，半潛式結(jié)構(gòu)具有適用水深范圍最廣、運輸和組裝方便（只需常規(guī)拖船）、風電機組可在陸上安裝、系泊系統(tǒng)成本低等優(yōu)點。立柱式由于立柱長度大，需要特殊的安裝船進行安裝，工程量較大，成本相對較高。駁船式由于運動適應性差，只適用于50-100m海域。張力腿式穩(wěn)定性最好，但是目前由于技術不成熟、安裝難度過高等因素難以投入使用。

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