海上風電發展趨勢與國際標準化現狀

馮書桓，王 斌，田維珍

（1.中國船舶信息中心，北京 100101；2.國家國防科技工業局經濟技術發展中心，北京 100081）

0 引言

當前，風能發電總體發展迅猛，長期保持高速增長。2001年～2018年，其累計裝機總量已由24 GW增長至591 GW[1]。與此同時，陸上風電由于可開發區域的逐漸減少，可能對居民的生活帶來影響。陸上風電發展逐漸受到限制，人們轉而將目光投向海上。海上風能資源豐富，對人類活動的干擾程度小，且沿海地區經濟發達、電網容量大、風電接入條件好，因此，風電行業的中心正從陸上逐漸向近海、甚至深遠海轉移。

1 海上風電發展趨勢總覽

1.1 市場概況

據全球風能理事會（Global Wind Energy Council，GWEC）統計，2018年全球海上風電市場新增裝機總量4.5 GW，與2017年持平；與2016年相比增長近一倍，保持著高速增長的態勢。全球17個市場的累計裝機總量達23.1 GW。其中，英國仍是世界最大海上風電市場，累計裝機容量占全球的34%；德國緊隨其后，占全球裝機總量的28%。我國海上風電產業近年來發展迅速，2018年新增裝機量占全球新增裝機量的40%，居全球第一；裝機累計總量占比由2017年的14.8%增長到20%，穩居全球第三位，展現出了強大的市場前景與發展潛力[1]。見圖1和圖2。

圖1 全球海上風電累計裝機量

圖2 2018年新增裝機量

1.2 國家與地方相關政策支持和規定

2014年，隨著我國海上風電產業的爆發式增長，海上風電政策導向也逐步明確，逐漸由風電政策細分至海上風電政策。2016年之后，海上風電產業進入全面加速階段，相關政策的出臺也變得更加密集、詳細。

2016年11月底，國家能源局印發《風電發展“十三五”規劃》，明確“十三五”期間風電發展目標和建設布局，指出到2020年底，風電累計并網裝機容量要確保達到210 GW以上，其中海上風電并網裝機容量達到500 MW以上，風電設備制造水平和研發能力的不斷提高，3～5家設備制造企業全面達到國際先進水平，市場份額明顯提升，重點推動江蘇、浙江、福建、廣東等省份的海上風電建設。與此同時，國務院、國家發改委、國家海洋局等均出臺相關政策對海上風電產業趨勢、技術發展、定價等重點問題進行了規劃。

2016年12月，國家能源局發布《能源技術創新“十三五”規劃》提出，在可再生能源利用領域，研究8 MW～10 MW陸/海上風電機組關鍵技術，建立大型風電場群智能控制系統和運行管理體系。2017年，國家發改委、國家海洋局印發了《全國海洋經濟發展“十三五”規劃》，對重點技術突破提出了新的要求。規劃指出，要加強5 MW、6 MW以上大功率海上風電設備的研制，突破離岸變電站、海底電纜輸電關鍵技術，延伸儲能裝置、智能電網等海上風電配套產業，因地制宜、合理布局海上風電產業，鼓勵在深遠海建設離岸式海上風電場，調整風電并網政策，健全海上風電產業技術標準體系和用海標準。

此外，在地方規劃中，《北部灣城市群發展規劃》、《海南省能源發展“十三五規劃”》、《廣東省海洋經濟發展“十三五”規劃》、《江蘇省“十三五”能源發展規劃》、《山東省新能源和可再生能源中長期發展規劃（2016—2030年）》、《浙江省培育發展戰略性新興產業行動計劃（2017—2020年）（征求意見稿）》中均提到對海上風電產業發展的鼓勵，并體現了關于項目建設地點以及裝機總量的具體規劃。

1.3 全球主要整機制造商動向

圖3 全球各整機制造商2018年新增裝機量容量占比

根據彭博新能源財經的數據，2018年全球海上風電新增裝機容量整機制造商的排名中，西門子歌美颯（Siemens Gamesa）位列第一，裝機容量1.36 GW，市場份額達到32%。維斯塔斯緊隨其后，新增裝機容量為1.29 GW，市場份額30%。由于2018年中國海上風電市場的迅速擴張，上海電氣、金風科技、遠景能源、明陽智慧能源表現優異，分列全球第三位到第六位。通用電氣以20 MW的成績排在第七位。

值得注意的是，2015年—2016年以來，各大整機生產廠商并購動作頻頻，產業鏈進一步集中，具體如下：

1）法國核能集團阿海琺（Areva）將旗下Adwen公司50%股權出售給歌美颯（Gamesa），以便集中發展其核能業務；

2）2016年6月，西門子（Siemens）與歌美颯（Gamesa）合并，并于2017年4月生效，鞏固其風電霸主地位；

3）上海電氣獲資格建造西門子中國海上風電項目；

4）GE與法國能源巨頭阿爾斯通合并，進軍歐洲海上風電市場。

1.4 面臨的挑戰

盡管擁有較好政策環境與市場機遇，海上風電發展仍面臨諸多挑戰。

其一，發電成本高。據國網能源研究院統計，海上風電平均投資成本約為陸上風電的2.8倍。據彭博財經數據統計，我國大部分海上風電項目成本約 為 0.16 USD/kW·h～0.23 USD/kW·h （ 0.98 RMB/kW·h～1.41 RMB/kW·h），遠高于煤電以及陸上風電的成本，因此目前主要依靠政策補貼。但彭博新能源同時指出，海上風電裝機量每翻一番每度電成本將下降20%左右，意味著2020年左右海上風電度電成本將接近陸上風電度電成本。而 2020年以后，全球大多數國家將停止對海上風電的政策扶持，因此，努力降低海上風電成本、提高價格競爭力，對于海上風電市場的發展具有決定性作用。

其二，面臨各種技術風險。海上風電機組單機容量大，對風電機組防腐蝕的要求更嚴格，質量控制尤為重要。同時，項目設計過程漫長復雜、行業標準缺失、建設階段需要大噸位船舶、投產后需要長期維護，這些都是發展海上風電產業需要面臨的技術挑戰。

1.5 海上風電產業技術熱點

相較于陸上風電，海上風力發電具有不占用土地資源、風速高且穩定、湍流強度小、視覺噪聲污染小等優勢。根據測算，距離海岸線越遠，風速越大，發電量增加越明顯。通常，離岸10 km的海上風速比沿岸高約 25%[2]。隨著潮間帶及近海區域風電資源開發的逐漸飽和以及沿海地區環境保護的需要，海上風電產業走向深海遠岸將成為必然。目前，歐洲海上風電場正朝著深海遠岸發展；目前正在建設、批準或規劃項目的平均水深和離岸距離已分別達到了215 m和200 km。我國海上風電項目此前主要集中于潮間帶及近海地區，但目前已經啟動深遠海浮式基礎風電機組的研究工作，未來市場潛力巨大。

與海上風場深海遠岸的發展趨勢相對應，風機功率、抗腐蝕性能、樁基基礎、電力基礎設施以及安裝運輸船等相關技術都需要有所突破，而這也成為近期海上風電產業技術發展的熱點。

1.6 風機技術發展趨勢

隨著海上風場建設向深海遠岸的發展，風機制造也一直延續其向更大功率發展的趨勢。2017年，在英國利物浦海灣Burbo Bank延伸項目中，首次在商用項目中采用了維斯塔斯V-164 8MW大功率風機，V-164改進型9.5 MW原型機也于2017年研制成功。此外，西門子歌美颯（Siemens Gamesa）的8 MW SWT-8.0-154風機已經進入測試階段，8 MW AD 8-180風機也進入組裝階段。與陸上風機相比，大功率海上風機在安裝、運輸與尺度上所受限制更少，并且在運行維護上有利于降低成本，發展前景巨大。

為了與深水環境及大尺度、大功率的風機相適應，海上風機的樁基基礎近來也在不斷發展，設計者和制造商的主要努力方向在于以下3點：

1）優化水下結構幾何形式，減小材料密度，以降低結構制造難度；

2）縮短安裝時間或減少對高投資風電安裝船的依賴，簡化結構安裝操作流程；

3）完善供應鏈相關供應鏈配置。

現存海上風機基礎形式主要包括：重力式基礎（Gravity Base）、單樁基礎（Monopile）、三腳架式基礎（Tripod）、導管架式基礎（Jacket）、多樁式基礎等。據統計，全球已投入使用的海上風電裝機容量中，約80%風機基礎為單樁基礎；其結構簡單，成本低，易于生產和安裝。緊隨其后的分別為：三腳架式基礎（6%）、重力式基礎（5%）、多樁式基礎（4%）等。單樁式基礎將繼續占據主導地位，但根據目前計劃建設項目所披露的信息，導管架式的基礎市場份額將有所增加，反映了海上風電行業向深海遠岸發展的趨勢。隨著深遠海風電市場的進一步開拓，浮式基礎研究與應用將成為必然。

在海上風場電力基礎設施方面，海上風場向深遠海發展的趨勢以及大功率風機的使用對電力系統也提出了更高的要求。傳統33 kV電纜的電力輸送能力可達36 MW，適用于6 MW及以下風機。但隨著8 MW及更大功率風機的投入使用，66 kV輸送電壓已經被提上日程。目前，英國Blyth海上風場示范項目已確定使用66 kV傳輸電壓，ABB公司也于2017年制造出66 kV WindSTAR變壓器并應用于此項目中。因此，66 kV高電壓傳輸將成為今后發展趨勢。

2 海上風電國際標準化工作情況

伴隨著海上風電市場技術的不斷發展，產業鏈不斷集中，加之海上風場向深遠海發展的趨勢帶來技術與管理方式的改變，海上風電產業對于標準化（特別是國際標準化）的需求越來越高。標準化工作以科學、技術和實踐經驗為基礎，經與有關方面協商，由主管機構批準作為行業共同遵循的準則，是一個領域專家集體工作的結果，可以有效降低技術風險和開發成本[3]。

1988年起，IEC/TC88技術委員會開始進行風力發電機國際標準的編制工作。而后，國際標準化組織（ISO）與IEC達成合作協議，共同促進海上風電領域國際標準化工作的開展。目前，IEC/TC88主要負責風力發電系統，包括風力發電機組、風力發電站和電力系統并網的相關工作，發布了 IEC 61400系列標準，并根據實踐經驗和技術積累對其不斷進行修訂，具體包括IEC 61400-3-1《海上風機設計要求》、IEC 61400-3-2《浮式海上風機設計要求》等。

在國際標準化組織ISO中，海上風電相關標準主要由ISO/TC8/WG3船舶與海洋技術委員會“特殊海上結構物和支持船”工作組負責研制。工作組于2012年1月成立，研究范疇包括海上風場、海上服務船、安裝船、鋪管船、波浪能發電、海洋漁場等。截至目前，ISO已發布的海上風電相關標準包括ISO 29400:2015《海上風能—港口和海上作業》、ISO 29404:2015《海上風能—供應鏈信息流》2個標準，作為 IEC標準的補充。當前，ISO/TC8/WG3正在對ISO 29400進行修訂，以滿足產業發展的需求。自成立以來，工作組提出的潛在工作項目包括區域建模、從業人員資質、技術設備、海上工作與居住條件、聲光報警信號等，但目前各方均未對這些議題作出具體提案。

3 結論

近年來，我國海上風電產業發展迅速，涌現了一大批優秀企業與示范工程項目，積累了大量實踐經驗，而這正是開展國際標準化工作的良好時機。國際標準化工作是打通上下游產業鏈、降低生產與運營成本、對接世界先進技術水平、提高我國企業國際話語權、促進我國海上風電產業發展的一項重要工作。當前，海上風電國際標準化工作主要由IEC、ISO負責，但其工作重點各有側重。下一步，我國應積極考慮本國具體情況，一方面引入國際標準，與國際市場及工業界對接；另一方面依托相關平臺參與到IEC、ISO國際標準研制工作當中，在海上風電產業這一新興領域中謀得國際話語權。以標準貢獻中國智慧，引領海上風電產業的發展。