中國海上風電行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展研究

華電重工股份有限公司 芮守娟 趙書華 華電重工股份有限公司天津分公司 逯 鵬

抑制氣候變暖是目前全球人類共同面臨的重大難題，大力發(fā)展清潔可再生能源是重要的舉措之一。

海上風電是重要的清潔能源，我國海上風能資源豐富，可建設(shè)儲量約為750GW，發(fā)電效率高，且靠近負荷中心，就近消納方便等優(yōu)勢，使海上風電成為重要的清潔能源發(fā)展目標。隨著海上風電技術(shù)的不斷進步，東南沿海一帶風電場的建設(shè)工程快速增加。“十四五”規(guī)劃已對未來新能源發(fā)展指明方向。未來，新能源裝機容量將遠超現(xiàn)有水平，并成為中國重要能源的支柱力量。按全社會用電量增速初步測算，預(yù)計到2025年，新能源（風電+光伏）裝機容量較目前將有超過5億～6億kW增量，其中風電將超過2億kW。根據(jù)習近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會提出的“二氧化碳排放量力爭在2030年前達到峰值，努力爭取于2060年實現(xiàn)碳中和”目標，屆時每年新增風電裝機預(yù)計將接近或達到5000萬kW。

2020 年 1 月，《關(guān)于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》明確指出，2022年起，未按規(guī)定完成全部機組并網(wǎng)的存量海上風電項目國家補貼也將全面退出[1]。隨著補貼逐步退坡，我國海上風電產(chǎn)業(yè)全面迎來平價上網(wǎng)時代。

隨著海上風電的快速發(fā)展，既要保證產(chǎn)品可靠性、發(fā)展持續(xù)性，又要實現(xiàn)未來海上風電平價，需要深入研究海上風電全生命周期的影響因素，從而達到預(yù)期效果。

本文從海上風電行業(yè)的使命、海上風電行業(yè)的未來、中國海上風電健康可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略研究幾個方面，提出可促進健康可持續(xù)的新能源發(fā)展的建議，助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。

1 海上風電行業(yè)的使命

1.1 全球氣候變暖態(tài)勢日益嚴峻，減少溫室氣體排放刻不容緩

IPCC第六次評估報告《氣候變化2021：自然科學基礎(chǔ)》 中指出，2020年全球地表平均溫度比工業(yè)化前水平高出1.2℃，有記錄以來三個最暖年份之一。氣候系統(tǒng)整體變化的規(guī)模及多方面現(xiàn)狀是過去幾千年甚至幾個世紀所未見的。極端天氣正在“常態(tài)化”，給人類社會造成災(zāi)難性后果。對基因、物種、生態(tài)系統(tǒng)多樣性造成全面影響[2]。

1.2 海上風電是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要戰(zhàn)略方向

2020年9月22日，我國在第75屆聯(lián)合國大會提出了2030年前碳達峰，2060年前碳中和的目標[3]。2020年年底，我國在氣候雄心峰會上提出到2030年，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億kW以上。

1.3 海上風電在可再生能源中的重要地位

海上風電是重要的清潔能源，風力發(fā)電不需要消耗化石能源，大大降低二氧化碳排放。同時，海上風能資源豐富，發(fā)電效率高，風能資源技術(shù)開發(fā)量大，5～50m水深范圍內(nèi)，具有4.0億kW。海上風電效率較陸上風電年發(fā)電量多出20%～40%，具有更高的能源效益。海上風電靠近東部負荷中心，就地消納方便，中東部負荷需求則占全國的70%以上，有效減輕“西電東送”通道建設(shè)壓力。

1.4 中國海上風電發(fā)展概況

全球風能理事會（GWEC）2021年9月9日發(fā)布的《2021全球海上風電報告》中指出，2020年全球海上風電新增裝機6.1GW，截至2020年年底，全球海上風電總裝機為35GW。2021年，中國風電新增并網(wǎng)裝機4757萬kW，其中海上風電新增裝機1690萬kW。到2021年年底，全國風電累計裝機3.28億kW。目前，我國海上風電累計裝機規(guī)模達到2638萬kW，超過英國躍居世界首位。在“十四五”的開局之年，在“雙碳”時代的啟動之年，我國海上風電為兌現(xiàn)減排承諾的綠色發(fā)展起到了表率作用。

“十四五” 期間，廣東、江蘇、山東、福建和浙江五省規(guī)劃規(guī)模大，預(yù)計將會是“十四五”海上風電發(fā)展較快的地區(qū)，引領(lǐng)中國海上風電的快速發(fā)展。

1.5 國內(nèi)外海上風電發(fā)展趨勢

國內(nèi)外海上風電經(jīng)過多年來的快速發(fā)展，特別是最近幾年增長迅速，海上風電逐步呈現(xiàn)出向遠海深水、大規(guī)模容量開發(fā)、單機容量更大、輸電電壓等級更高的方向發(fā)展。海上風場離岸距離不斷增加，部分項目已達50～200km，水深由淺水走向深水，部分項目已達50～200m。海上風電場由小容量向大容量規(guī)模開發(fā)發(fā)展，現(xiàn)在單個風電場開發(fā)規(guī)模已達1000MW，連片開發(fā)規(guī)模已達3000MW甚至6000MW。國內(nèi)13MW海上風電機組已下線，國外15MW風電機組已進入測試階段，國內(nèi)外主機廠家將陸續(xù)進行20MW風電機組的研發(fā)工作。去補貼政策后，海上風電降本增效，平價上網(wǎng)成為海上風電發(fā)展最新模式。

2 海上風電行業(yè)的未來

2.1 海上風電未來可期

未來全球海上風電的核心驅(qū)動力將來自中國、歐洲、美國和亞太其他地區(qū)，這些國家或者地區(qū)將引領(lǐng)未10年全球海上風電開發(fā)。截至2020年年底，全球海上風電裝機容量為34.33GW，預(yù)計到2025年將增長到 95GW，2030 年將增長到221GW[4]。

2.2 海上風電漂浮式技術(shù)

隨著海上風電項目離岸距離越來越遠，固定式基礎(chǔ)設(shè)計難度和成本越來越大，漂浮式風電成為海上風電的未來。目前，全球共有10個已投運、在建、規(guī)劃中的浮式海上風電項目（不包括示范項目），超過1GW；已投運項目兩個：蘇格蘭，30MW；葡萄牙，25MW；預(yù)計到2050年，全球漂浮式風電的裝機容量將增長到250GW。

國內(nèi)大型設(shè)計院、科研院所、施工單位已在漂浮式風電機組基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)、漂浮式風力發(fā)電機組一體化設(shè)計、漂浮式風力發(fā)電機組先進控制技術(shù)、柔性葉片輕量化設(shè)計、漂浮式風力發(fā)電機組基礎(chǔ)浮體技術(shù)、系泊系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、海上浮式風機裝備制造、運輸安裝及調(diào)試技術(shù)研究等方面有顯著的成果，為未來漂浮式風電奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.3 海上風電+發(fā)展模式

“十四五”期間，我國將以海上風電降本增效、科技創(chuàng)新為主要發(fā)展目標，逐步開展海上風電+漁業(yè)+旅游、海上風電+海水淡化+制氫、海上風電儲能離網(wǎng)供電、海上風電深海能源島、其他新型海洋經(jīng)濟。

3 中國海上風電健康可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略研究

3.1 政府補貼

政府補貼可促進海上風電的健康可持續(xù)發(fā)展。平價時代，利好政策頻發(fā)，可推動海上風電快速發(fā)展。目前，已有廣東省、浙江省、山東省等省份公布海上風電補貼政策。地方政府的積極參與將促進中國海上風電規(guī)模化持續(xù)發(fā)展，通過規(guī)模化持續(xù)發(fā)展也能促進工程造價不斷降低，最終實現(xiàn)開發(fā)收益的提升，實現(xiàn)行業(yè)共贏局面。

3.2 轉(zhuǎn)變海上風電建設(shè)模式

EPC總承包模式創(chuàng)新。由設(shè)計院、整機企業(yè)和施工單位聯(lián)合進行主導(dǎo)工程建設(shè)。以EPC總承包模式，將整機、海纜與風電場設(shè)計和施工整體設(shè)計和招標，實現(xiàn)總體降本設(shè)計和建設(shè)。

全生命周期運維服務(wù)模式創(chuàng)新。建設(shè)單位委托整機企業(yè)進行全生命周期運維服務(wù)，實現(xiàn)最低擔保與超額收益分成。整機企業(yè)負責全生命周期運維這種創(chuàng)新模式，可實現(xiàn)技術(shù)改進、發(fā)電量提升、收益擔保等，持續(xù)性能升級和更高收益。

3.3 探索深遠海海上風電發(fā)展方向

深遠海海上風電朝著規(guī)模化、大容量、漂浮式、新型送出、海上多維模式等方向發(fā)展。

一是堅信海上風電規(guī)模化發(fā)展方向。規(guī)模化開發(fā)是海上風電的未來趨勢，規(guī)模化開發(fā)可解決項目分散、規(guī)劃不合理、重復(fù)建設(shè)、成本高的第一步。

二是重視大容量機組的研發(fā)和試驗。特別是超大容量整機技術(shù)研究與開發(fā)、大容量零部件技術(shù)研究與開發(fā)，攻克軸承、齒輪箱、控制器等零部件的關(guān)鍵技術(shù)，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。

三是開展漂浮式關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，如浮式風機、浮式基礎(chǔ)、系泊系統(tǒng)、緊湊型輕型化海上升壓站或換流站、動態(tài)海纜等，加快漂浮式風機關(guān)鍵技術(shù)研究進程，實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，逐步降低造價成本。

四是開展柔性直流送出關(guān)鍵技術(shù)研究，柔性直流輸電可滿足遠距離大容量海上風電集群組網(wǎng)送出的要求。隨著海上風電場連片集中開發(fā)的發(fā)展，風電場的建設(shè)容量和離岸距離逐漸增加，交流輸電受到海纜充電功率的限制等弊端，柔性直流可解決無功補償?shù)葐栴}，有效提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定等因素，使得海上風電直流輸電方向的發(fā)展趨勢愈加明顯。

五是海上風電多維模式。海上風電+漁業(yè)+旅游、海上風電+海水淡化+制氫、海上風電儲能離網(wǎng)供電、海上風電深海能源島、其他新型海洋經(jīng)濟。

3.4 聚焦“卡脖子”技術(shù)問題，加強科技創(chuàng)新

海上風電機組尚有大型軸承和齒輪箱、控制系統(tǒng)等部分核心設(shè)備和軟件還嚴重依賴進口，需要攻克其“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)。“十四五”期間，聚焦海上風電全產(chǎn)業(yè)鏈“卡脖子”技術(shù)問題，加大科技攻關(guān)力度，爭創(chuàng)原創(chuàng)技術(shù)“策源地”，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)開展技術(shù)創(chuàng)新。

3.5 提升海上風電可靠性

隨著裝機容量快速增長、主機大型化、水深更深、海洋環(huán)境更復(fù)雜、控制產(chǎn)品的高可靠性至關(guān)重要。

提升機組可靠性，降低運維成本。強化產(chǎn)業(yè)鏈上下游研發(fā)合作，搭建產(chǎn)學研、競配合作、施工合作、全生命周期運維等共同體，以行業(yè)最優(yōu)合作提升可靠性。

加大前沿技術(shù)研發(fā)投入。實現(xiàn)機組研發(fā)技術(shù)突破、智能化提升，國產(chǎn)化自主技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，以先進技術(shù)保障可靠性。

全面提升機組環(huán)境適應(yīng)性。實測精細化海洋數(shù)據(jù)，建立深水超大型機組對應(yīng)的海洋環(huán)境分析體系，打造全鏈條專業(yè)隊伍，以高環(huán)境適應(yīng)性保障可靠性。

執(zhí)行高標準試驗檢測驗證。加大零部件測試驗證、大功率試驗臺測試共享，筑質(zhì)量大堤，以技術(shù)驗證保障可靠性。

3.6 海上風電降本增效重要性

為實現(xiàn)未來海上風電平價，需要技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)協(xié)同創(chuàng)新相結(jié)合，降低工程建設(shè)成本。

確保風資源、水文、地質(zhì)等設(shè)計輸入精準化，通過設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新，制造—施工全產(chǎn)業(yè)鏈緊密銜接，降低總體工程成本。未來平價時代，開發(fā)商—整機商—設(shè)計院—制造商—施工單位打造利益共同體，實現(xiàn)合作共贏。

3.7 風能資源的統(tǒng)一規(guī)劃

統(tǒng)一規(guī)劃可開發(fā)海上風能資源，構(gòu)建大電網(wǎng)建設(shè)格局，加快廣東、浙江、江蘇、山東等沿海地區(qū)規(guī)模化開發(fā)建設(shè)。并逐步推動海上風電向深海、遠海方向發(fā)展，實現(xiàn)海上風電大規(guī)模組網(wǎng)；建議電網(wǎng)公司、設(shè)計院、開發(fā)商、制造商、施工方等全產(chǎn)業(yè)鏈加入海上風電開發(fā)和建設(shè)，優(yōu)化海上風電設(shè)計，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)海上電力輸送通道和輸送方式，優(yōu)化資源配置。

3.8 充分發(fā)揮政府的主導(dǎo)作用

政府充分發(fā)揮部門協(xié)調(diào)、資源整合方面的天然優(yōu)勢，為海上風電科學規(guī)劃提供支撐，實現(xiàn)精準投資和高效開發(fā)。

政府統(tǒng)籌安排各地海上風電裝備制造基地、海上風電設(shè)備研發(fā)和服務(wù)基地、海工、運維及配套組裝基地、風電全產(chǎn)業(yè)鏈基地等。政府宏觀統(tǒng)籌和整體規(guī)劃海上風電基地布局，充分發(fā)揮政府主導(dǎo)作用，形成省級乃至國家級層面的資源統(tǒng)籌、整體規(guī)劃、政策支持。

4 結(jié)語

我國海上風電資源豐富，開發(fā)利用潛力大。隨著“雙碳”目標的加速落實，“十四五”時期，我國海上風電將迎來歷史性發(fā)展階段，為實現(xiàn)未來海上風電平價，梳理海上風電行業(yè)的使命，理性展望海上風電行業(yè)的未來，提出可促進中國海上風電健康可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施，轉(zhuǎn)變海上風電建設(shè)模式，風能資源統(tǒng)一規(guī)劃，聚焦卡脖子技術(shù)，提升海上風電可靠性，通過技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)協(xié)同創(chuàng)新相結(jié)合，降低工程建設(shè)成本，降低運維成本，實現(xiàn)利益共享，顯著促進中國海上風電行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。