能源島：深遠海域海上風電破局關鍵

文 | 廖圣瑄 陳可仁

作者供職于龍源（北京）風電工程設計咨詢有限公司、龍源電力集團新能源發展研究中心

近年來，風電場選址從陸地走向海洋，從近海走向遠海，海上風電的發展為實現“3060”碳中和、碳達峰的目標添磚加瓦。我國除東海西南部、臺灣海峽和東沙群島區域外，大部分近海區域年均風速都在8m/s以下，但從近海到遠海，風資源情況逐漸變好，離岸距離也更遠，開發難度較大。為了加大對遠海風能的利用，探索能源島類型的新型發展模式成為當前主要研究對象。

目前，我國主流的海上風電機組安裝在近海區域，遠海風電產業仍處于起步階段。能源島主要用于連接遠海大型風電機組，其建造相當于建立起一座海上能源樞紐，用于發電、儲能及制氫等。以能源島為中心，輻射式建立海上風力發電機可以更高效地利用海上風能，同時，在能源島宏觀設計時橫向相連，可以向更遠的海域繼續探索，為進一步拓展遠海風電開發項目打下基礎。面對近海可用海域逐漸縮小，風能密度不如遠海的現狀，能源島計劃有望成為由近及遠的破局關鍵。

海上風電發展與布局

2020年我國海上風電新增裝機3.1GW，總裝機規模達到10GW。從規模和總量上看，截止2020年底我國海上風電總裝機僅次于英國，位居世界第二。根據國際可再生能源署預測，為實現巴黎氣候協定，到2050年全球海上風電裝機總容量將接近1000GW，而截止2020年底全球海上風電裝機總量只有35.3GW，海上風電發展還有很長的路要走。

利用遠海風能是海上風電未來發展的趨勢，德國、英國等海上風電大國都已布局深遠海域風電項目，2020年歐洲在建海上風電場平均離岸距離44公里。英國計劃到2030年安裝40GW海上風電，大力發展浮式海上風電，2020年英國在建水深最深的風場正是浮式項目，水深達67米。丹麥能源署公布了建立能源島的計劃，能源島選址需考慮到多方因素，暫未公布確切地址，但據信將位于日蘭半島以西的北海上，距海岸線80-120公里，每個能源島海上風電裝機容量至少為10GW。據悉，丹麥能源島項目將于2050年之前建設完成，屆時可以支撐180GW容量的海上風電機組。

從我國規劃上來看，2021開年以來，沿海各省著眼于“十四五”發展規劃，出臺的政府工作報告進一步明確發展海上風電。

浙江省“十四五”規劃中提出，重點推進海上風電發展，打造近海及深遠海海上風電應用基地+海洋能+陸上產業基地發展新模式，到2025年，力爭全省海上風電裝機容量達500萬千瓦。同時，浙江省對遠海風電發展進行了規劃，提出開展象山、洞頭和蒼南深遠海風電開發，明確出臺海上風電補貼。

江蘇省發布的“十四五”規劃提出，將有序推進海上風電集中連片、規模化開發和可持續發展，打造國家級海上千萬千瓦級風電基地，海上風電新增約1212萬千瓦。

廣東省政府工作報告提出，將進一步擴大海上風電裝機規模，到2025年底全省累計建成投產裝機容量達1500萬千瓦。同時，廣東省能源局明確了中央補貼取消后，廣東地方的海上補貼標準，2022年、2023年全容量并網項目每千瓦補貼為 1500元、1000元。

福建省政府工作報告中指出，“十四五”期間加快海上風電裝備產業升級，開展深遠海海上風電基地示范工程。沿海各省大力推展海上風電開發項目，在政策上有利于我國海上風電行業的發展。

各省逐漸出臺深遠海風電開發項目，雖未涉及到能源島建設方案，但在指導方向上有利于能源島模式遠海風電的開發與探索。

我國建設能源島的可行性

從風資源分布上來看，根據國家氣候中心研究結果顯示，我國海域5~50米水深、70米高度海上風能儲量約5億千瓦，而50米水深以上的深水區域風能儲量約為13億千瓦，遠高于淺水區域。我國深海海域離岸較遠，開發能源島，建立遠海風電機組有助于增加深水海域風能的開發。

沿海各省深海風能儲量及占比

從海域情況來看，丹麥能源署目前公布的人造島嶼海床較淺，平均深度在26m左右。對比我國海域，渤海平均水深18m，大部分區域水深在20m以下，施工條件相對較好。從地理上看，渤海北接遼寧，南臨山東，在渤海建立能源島可以同時向北京、天津和山東等省供能，消納能力較好。

東海大陸架平均水深72m，大部分海域水深在60到140m，大部分海域屬于深海風電范圍，目前開發水平受限。臺灣海峽風條件較好，且海峽中下段有臺中淺灘、臺灣淺灘類水深較淺的海域，海洋環境條件與歐洲類似，但存在臺風帶來的不利影響。總體來說我國海況與歐洲差異較大，探索能源島模式需要按照自身條件進行針對性建設。

從島嶼情況來看，我國島嶼存在小島多、大島少，無人島多、有人島少的情況，東海島嶼總數約占全國60%，南海約占30%，黃、渤海約占10%。在能源島規劃時，可以直接采用自然島嶼進行改造，也可以搭建人造平臺，前者所耗成本遠低于后者。東海、南海海域島嶼眾多，但海水較深，為進一步推進我國海上風電發展，結合其海島眾多的地理條件，建立能源島是加大深遠海域海上風電發開力度的有效途徑。

從技術角度上來講，能源島開發仍應以自然島嶼開發為主，島上基礎設施建設難度較低。深遠海域采用固定樁基礎成本非常高，需要積極開發浮式基礎的海上風電技術，然而我國海上風電起步較晚，目前浮式基礎項目很少，技術水平仍需進一步提高。同時，遠海風電風況好于近海，還需要開發更大容量的機組。

從經濟性角度進行分析，前期需要投入一定的成本對能源島進行規劃和建設，但后期帶來的收益要高于前期投入。能源島的經濟性主要體現在以下幾個方面：第一，能源島建立在深遠海域，基本不涉及到養殖的場址，不用給與漁業高額的補償費用；第二，我國深遠海域風況要好于近海區域，更好的風資源意味著更大容量的機組，可以帶來更高的發電量和收益率；第三，以能源島作為中轉站，對海上風電機組各組件進行臨時儲運，可以降低海岸運輸成本；第四，升壓站建立在海上時，為滿足其防腐和維護需求，海上升壓站設備費用會多出1500萬元，還需要大型船機進行安裝，配置在能源島上可以減少這部分成本；第五，以能源島作為運維樞紐，配備碼頭和機場可以降低運維成本。

中國能源島模式探索

目前，國內在建的海上風電項目大部分布置在近海區域，風場中心離岸最遠的項目距離海岸線72公里。隨著國內生態保護力度不斷增大，海上風電機組選址時還需為漁業、港航和軍事區域等做出讓步，加快開發遠海風電的呼聲越來越高。

將能源島建設成能量儲存、轉換和運輸中心可以降低海陸輸能成本。目前，國內海上風電機組直接將電能變壓后輸電上岸，國外正大力研發海上風電制氫項目，將氫能運輸上岸。建立升壓站，構建柔性直流輸電系統，以電力的形式向陸地輸電是遠海風電利用的重要方式。除了以電的形式向陸地輸能外，以能源島作為基地建立工廠集中制備、運輸和儲存氫氣，還可以通過氫的形式輸能。相較于將電能傳輸到陸地后再電解制氫，在能源島上電解水直接制氫，通過管道運輸到陸地的成本低于前者。

以能源島為樞紐建立集中式遠海風電場有利于產生規模效應，以島為單位設計的海上風電機組群可以通過模塊化生產降低制造成本。在能源島配套設施選擇上，通過配置碼頭、小型機場等設施可以降低運維成本，縮短事故反應處理時間；通過配備儲能設施，可以保障電力系統安全穩定運行；通過配備倉庫、海水淡化裝置等可以降低運輸安裝成本。

能源島的建立還有利于進一步開發海洋資源，進行海上實驗。在發電領域，能源島可以在風力發電的基礎上探索波浪能、溫差能及海流能等與風能互補發電的模式。此外，能源島的建立還可以進一步推進“風漁一體化”，2021年廣東省政府工作報告指出，“十四五”期間大力發展深遠海智能養殖平臺和遠洋漁業，這無疑是促進“風漁融合”新的機遇。嘗試將遠海地區海上牧場與海上風電相結合，以能源供給為主體，漁業旅游業為輔助，有利于挖掘能源島更多的潛在價值，提高整體經濟效益。

總得來說，目前能源島產生效益的方式主要有供電、供氫和牧魚，以團組塊狀的商業形態圍繞能源島布置。供電環節將會是能源島的主體，發電時以海上風電為主，可進一步開發潮流能發電等模式，為未來海洋能的進一步利用打好基礎。供氫角度存在較大的問題是送氫上岸，海底管道輸氫基礎建設成本高，同時管道復合材料依賴進口，解決好這些問題將更好地推動能源島的發展。風漁互補的模式則需要與當地政府和漁民進行協商合作，以便更好地利用能源島資源。發電企業應積極尋求與當地政府、管道公司和漁民等合作，通過更加多元化的收益模式提高能源島的回報率。

從消納區域來看，我國用電量大的地區主要集中在東部沿海，這些區域陸上土地資源成本較高，風能密度較差，開發陸上風電難度較大。目前，我國沿海區域仍以火電供能為主，在進一步推進碳達峰、碳中和的背景下，建立能源島，將風電場選址區域向深遠海域延展有利于緩解將來火電比例減少帶來的供能壓力。

從宏觀布局上來看，渤海中部水深較淺，風速比近岸區域好，適合能源島布局；東海遠海區域漁業發展較好，島嶼眾多，有利于能源島進一步開發風漁互補；臺灣海峽風況最好，存在島礁，可開發大容量風電機組環繞的能源島。為完善能源島的發展，需配套深遠海島嶼建設和海底輸氫產業鏈。

能源島的建設可以作為探索更加深遠海域的跳板，每一個能源島都可以作為一個中轉站，點亮一片海域。縱橫交織的能源網從近海鋪向遠海，無論是用于制氫還是供電，對我國海上風電的發展都能起到巨大的推進作用。企業將目光聚焦于能源島的建設，可以搶占深遠海域開發的先機，提前謀劃離岸更遠區域的海上風電布局。

構建能源島尚存問題和建議

目前，制約我國能源島發展的主要問題仍是成本過高。根據2020年財政部、國家發展改革委和國家能源局下發的《關于促進非水可再生能源發電健康發展的若干意見》，2021年12月31日后新增的海上風電項目將不再納入中央財政補貼范圍。失去補貼后，海上風電項目的收益率將有所下降，未來仍需進一步降低風電機組制造成本和吊裝成本等。從制氫成本來看，雖然通過能源島制氫輸氫經濟性更好，但我國氫能需求側發展緩慢，消納難度大。在未來深度脫碳的背景下，隨著氫能行業的發展，能源島制氫的效益將有所提高。

鑒于人工造島成本過高，建議能源島選址時盡量在自然島嶼基礎上進行開發，以提高整體收益率。在風電機組選型上，由于深遠海域海水較深，我國海床地質較為復雜，建議選用漂浮式機組可以更好地降低風機成本。然而，我國漂浮式海上風電機組研發起步較晚，進一步發展產業技術和降低項目成本是目前主要的問題。在輸電領域可以采用直流動態輸電，以減小線路損耗，同時減小風電間歇式并網問題帶來的影響。當前我國海上風電技術尚不成熟，在保證風機安全穩定運行的前提下，建議盡量提高單機容量，以提高收益率。

目前，國內還沒有出臺深遠海域相關的開發政策與管理機制，發展能源島的遠海風電開發模式還需要政府的推動指導。不論如何，在“3060”的背景下，遠海風電將會是海上風電未來的發展方向。