海上風電不斷突破我們的期待

Ben Backwell

上海市東海大橋海上風電場。圖/ 視覺中國

圖1：海上風電領先的地區?

資料來源：全球風能理事會。制圖：于宗文

新冠疫情擾亂了幾乎每一個行業的供應鏈和新項目的建設前景，能源行業也不例外，但海上風電卻在以驚人的速度逆勢增長。

受益于較長的項目開發周期以及圍繞關鍵港口的供應鏈中心，海上風電并沒有像其他能源部門那樣受到干擾。

疫情暴發前，全球風能理事會預測2020年全球將新建6.2吉瓦海上風電，在最新的預測中，2020年新增海上風電裝機為6.1吉瓦，僅100兆瓦的微弱差別與其他能源部門受到的嚴重影響相比顯得微不足道。例如，全球燃煤裝機在2020年將減少10%，為該部門有史以來最大的衰退。

疫情期間，海上風電的投資持續加速。彭博新能源財經的最新報告顯示，2020年上半年，已公布的海上風電融資總額達350億美元，同比增長319%。這些投資將用于在全球范圍內修建28座海上風電場，包括一座荷蘭最大裝機項目和中國的17個項目。

2020年上半年，全球可再生能源部門的投資總額為1370億美元，而裝機容量僅占可再生能源總裝機容量1%多一點的海上風電卻貢獻了投資總額的26%以上。

但與海上風電的全部潛力相比，我們現在的成績還只是冰山一角。

圖2：全球海上風電到2030年的增長情況

注：GAGR=復合年增長率。資料來源：全球風能理事會市場資訊，2020 年3月

海上風電步入成熟

自從全球首個海上風電項目1991年于丹麥洛蘭島（Lolland）海岸開始運營以來，這一行業已取得了長足的進步并超越了所有人的預期。這個項目包括11臺渦輪機，可以為兩三千戶丹麥家庭提供能源。2020年，將成為全球最大海上風電場的項目在英格蘭北海海岸開建，這個項目將在8660平方千米的海域內建設共計174臺渦輪機，足以為英國450多萬戶家庭提供電力。

海上風電部門首先出現在歐洲，歐洲海上風電裝機目前仍占全球總量的75%，領先的國家包括英國、德國、丹麥和比利時，海上風電在歐洲已經成為一種具備成本競爭力的發電方式，步入成熟行業。

從2013年開始，海上風電就在以年均24%的速度快速增長，目前全球海上風電裝機容量接近30吉瓦。

英國是世界最大的海上風電市場，差價合約（CfD）模式和產業戰略帶來的成本下降是海上風電在英國飛速發展的主要推動力。到2023年，海上風電將成為比燃氣發電更便宜的發電方式。

近些年，亞洲逐漸成為海上風電的新領袖，裝機容量已達全球總量的近25%。中國持續推動著這一地區的發展，從2018年起就一直占據著全球年度新建裝機量的頭把交椅，并將在明年超越英國成為全球最大海上風電市場。日本、越南、印度和韓國等其他市場也都在關注海上風電的巨大潛力，并著手打造各自的海上風電產業。

海上風電在北美也展示出了巨大發展潛力。雖然美國的海上風電裝機目前僅有30兆瓦，但以美國東海岸的開發項目為主，未來十年美國將新建23吉瓦裝機的海上風電設施。

隨著成熟市場持續的增長和新市場的出現，未來十年預計將有205吉瓦海上風電裝機在全球各地得到部署，這比之前的預測增加了15吉瓦。超期增長的因素包括有雄心的政策、不斷下降的技術成本以及國際性的脫碳承諾，它們把海上風電變成了一種關鍵性的清潔能源。

技術創新是海上風電增長的關鍵

海上風電的技術進步降低了建設成本，打開了成長空間。隨著以降低平準化電力成本（LCOE）為主要目標的創新技術的發展，海上風電渦輪機正在以飛快的速度變得更大、更好。

圖3：海上渦輪機的發展

注：中國以外市場預計平均單機容量，中國平均單機容量大概是7-8 兆瓦。資料來源：全球風能理事會市場資訊，2020 年6月

海上的風力資源遠比陸地上的豐富，而海上渦輪機的出現就是為了更好地收獲這些資源。最早安裝的海上風力渦輪機與陸上渦輪機沒什么區別，但技術創新不但增加了渦輪機的尺寸，還使它們具備了更強的韌性，從而延長了海上風電場的使用壽命。

目前，海上風電渦輪機的平均單機容量為6.5兆瓦，而1991年首次安裝的海上風電渦輪機僅為450千瓦，當年的14臺渦輪機，發電量才相當于如今一臺渦輪機。并且渦輪機還會變得更大——全球風能理事會預計，海上風電渦輪機的單機容量將在未來五年內還會翻一番。而海上風電行業先鋒Henrik Stiesdal甚至認為，海上風電渦輪機的單機容量將在2030年達到20兆瓦的里程碑水平。

雖然大渦輪機比小機型的成本更高，但這些巨型渦輪機能夠提高海上風電場的發電量，為開發商節約地基、電纜和安裝等其他成本。

更大的渦輪機還可以通過降低平準化電力成本和提供“隱性”系統效益，包括降低輸電成本、降低融資成本與風險，以及降低電力系統的平衡成本，來為能源系統整體實現更多成本節約。

除了提高渦輪機的單機容量外，海上風電部門的創新技術還體現在擴展可以安裝渦輪機的地域上。地球大約70%的面積被海洋覆蓋，海上擁有豐富的風力資源，但因為其中80%的風力資源都位于水深過深而無法安裝海上渦輪機的地方，我們無法有效利用這些資源——但情況正在改變。

漂浮式海上風電正在成為海上風電產業中越來越重要的部門，可以將可用海上風電資源量提高十倍以上。這可以為清潔能源發電創造無限潛力，滿足全球的用電需求。

雖然當前全球已安裝的漂浮式海上風電裝機容量剛剛超過65兆瓦，但預計到2030年，這一數字將提高到6.5吉瓦。如果成本下降速度加快，并且我們能夠以商業規模部署漂浮式海上風電，這一數字還可能進一步提高至19吉瓦。

另一項可能為能源部門創造新機遇，并在脫碳中發揮關鍵作用的下一代海上技術叫做電力多元轉化（Power-to-X， PtX）。在電力部門脫碳領域，以及供熱和運輸等嚴重依賴于化石燃料的部門，這項技術都可能帶來根本性的變革。

圖4：可再生海洋的投資收益至少是投資成本的5倍

資料來源：全球風能理事會

簡單來說，電力多元轉化就是將多余的可再生能源轉化為液體或氣體，如綠色氫氣和其他液體燃料，進而被用作建筑供熱、飛機燃料和煉鋼等工業過程的能源。

除了過剩可再生能源外，這一過程還需要大量的水。因此，使用海上風電進行電力多元轉化就成了理所當然的選擇，并且這也是一種高效的儲能技術，可用于確保海上風電渦輪機生產的任何清潔能源都不會被浪費。

這些創新技術改變了整個產業，也將成為加速全球脫碳、實現100%可再生能源系統的關鍵。

我們現在就需要更多海上風電

海上風電部門在過去30年取得了長足進步，但海上風電的大部分潛力還有待開發，這將成為全球能源轉型的關鍵。

2019年，海上風電裝機占全球已建風電裝機總量的10%——這一比例預計將在2025年翻倍至20%。

全球風能理事會市場資訊預計，每建設1吉瓦海上風電可避免350萬噸二氧化碳排放——這意味著作為一種替代化石燃料的技術手段，海上風電的減排潛力比陸上風電、太陽能光伏、水電或高效燃氣發電更高。可持續海洋經濟高級別小組委托完成的一份報告顯示，海上風電、漂浮太陽能、潮汐能等以海洋為基礎的可再生能源可以提供《巴黎協定》目標所需減排量的近10%。但要完成這一任務，我們需要快速建設更多的海上風電。

作為一個由海上風電行業主要參與者領導的倡議行動，海洋可再生能源行動聯盟（OREAC）呼吁到2050年完成1400吉瓦海上風電裝機的建設。這些海上風電容量可以滿足全球十分之一的用電需求，同時每年減少30億噸以上的二氧化碳排放，相當于減少了8億輛在道路上行駛的汽車。

加速部署海上風電不但有利于氣候，也有利于經濟。各國都在應對新冠危機帶來的經濟打擊，但我們需要明智地選擇經濟刺激行業，取得可持續地長期經濟增長。投資海上風電顯然具備經濟合理性，可持續海洋經濟高級別小組指出，在海上風電行業每投資1美元，就可以在健康、環境和經濟領域獲得12美元的收益。

清潔能源基礎設施領域的每100萬美元投資還可以創造出比化石燃料項目多一倍的就業崗位。由于建設、組裝和安裝操作更加復雜，海上風電對勞動力的要求比陸上風電項目更高，每建設和安裝1兆瓦海上風電裝機需要的人力資源為2.5人。

全球風能理事會市場資訊的數據表明，在未來五年內，海上風電行業可能會創造近90萬個就業崗位，并且如果我們加大海上風電的部署規模，這一數字還會增加。

海上風電產業創造的就業崗位遍布供應鏈的各個階段，從制造渦輪機到運行船只，再到安裝海底電纜等。這不但可以為沿海社區創造新的商業和就業機遇，還能為受到新冠危機影響嚴重的石油和燃氣等夕陽產業的工人們提供難得的再培訓機會。

為了最大化這些環境和社會效益，我們需要提高海上風電產業發展的雄心，并為該部門的進一步增長鋪平道路。

海上風電過去30年的發展經歷提供了一些重要的經驗，例如加強政府和產業間的合作，政策穩定性，市場透明度和負責任的開發方式。

疫情尚未結束，但越來越多的人在呼吁“綠色復蘇”和“更好地重建”，海上風電顯然可以在其中發揮關鍵作用，能源的未來，就蘊藏在大海之上。

（編譯：卜洋，編輯：馬克）