浮式海上風電發展現狀及投資展望

國能（北京）國際電力能源有限公司 陳 程

近年來極端天氣頻發，環境問題日益突出。2021年9月習近平總書記明確中國雙碳目標；2021年11月COP26上全球40多個國家同意逐步停止使用煤電，23個國家簽署了煤電向清潔能源過渡協議，可再生能源發展成為當前能源投資類型主流。隨著全球快速去碳化需求，各國能源結構面臨巨大挑戰，傳統能源更換賽道，可再生能源飛速發展。現有成熟的陸地風電、光伏資源利用逐漸趨于飽和，近海固定風電經過三十年的發展已成為當前相對較低成本的可靠能源，正成為競爭紅海。然而，對于全球大部分海岸線來說，深水是常態，固式海風要么不是選項要么潛力有限，浮式海風成為下一個“藍海”賽道。

1 發展現狀及未來預測

1972年美國馬薩諸塞大學莫斯特分校的Heronemus教授首次提出了海上漂浮式風機技術概念，但未引起廣泛關注。20世紀90年代開始進行小規模的測試，2009年挪威Equinor公司投資建設世界首臺兆瓦級浮式海風機組Hywind、容量為2.8兆瓦；2011年美國Principle Power公司2兆瓦浮式海風機組Windfloat1在葡萄牙投產、于2017年拆除；2017年挪威Equinor公司投資的世界首個商業化浮式風電項目Hywind Scotland在英國投產，投產后兩年的平均利用系數為54%，遠高于英國海上風電的平均利用系數40%；2018年由法國Centrale Nantes和SEM-REV公司聯合開發FLOARGEN風電機組投產，裝機容量2.0兆瓦；2019年葡萄牙EDP、西班牙Repsol S.A、美國Principle Power公司聯合開發Windfloat Atlantic項目，采用了3臺當時世界最大的海上風電機組MHIVestas V164-8.4，并于2020年投產[1]。

除歐美外，因自身近海資源限制，日本在浮式海風上也提前布局。2011年開始啟動GOTO項目，是亞洲首例全尺寸漂浮式樣機，裝機容量2兆瓦，2015年遷移后繼續運營；2016年Fukushima Forward項目投產，三臺機組共14兆瓦的浮式海風并網[1]。

中國正處于漂浮式樣機驗證階段，三個浮式海風項目正在進行，三峽陽江示范項目（三峽引領號）安裝5.5兆瓦機組、于2021年7月投運，中國海裝牽頭的湛江示范項目（扶搖號）安裝6.2兆瓦機組、2021年12月浮體下水，目前正在打樁，預計2022年投產；龍源福建南日島示范項目依托400兆瓦的固式海風，計劃安裝4兆瓦機組，并與水產養殖進行融合。

挪威船級社（DNV）則預計，海上風電將在21世紀中葉達到風電總裝機容量的40%，2050年全球海上風電的裝機容量將達到1748吉瓦，其中浮式海風電有望占海上風電裝機容量總量的15%，即264吉瓦。全球風能委員會（GWEC）將2030年的預測值從2020年中的6.5吉瓦提高到2021年報告中的16.5吉瓦。浮式海風存在巨大發展潛力。

2 成本的構成與發展趨勢

DNV認為成本過高是當前浮式海風推進存在的主要問題，成本也是當前所有技術方案、產業鏈供應、運維服務、市場規模等風險的綜合體現。過去30年固式海風技術逐漸成熟，從一個前瞻技術成為一種低成本的安全能源。近十年固式海風的LCOE降低了48%，IRENA發電成本報告顯示，僅在2020年就降低了9%。盡管首批浮式海風LCOE在200美元/兆瓦時以上，是固式海風的4倍，但遵循固式海風發展軌跡不難得出結論，依托于風機技術的持續優化和改進、大量商業化應用以及資本的持續涌入，浮式海風成本下降路線有據可依。

美國NREL在2020年風電成本報告中將浮式風電成本分成四部分，其LCOE占比（%）如下：風電機組17.6；系統平衡43.8。其中開發費用1.1、結構和基礎27.1、電氣設備9.2、安裝費用4.1、租賃費用2.3；軟成本11.1。其中機組調試0.7、拆除費用1.3、預備費5.5、建設期融資2.9、建設期保險0.7；運維費用27.5。以上結果盡管存在樣本選擇帶來的局限性，但仍可提供一定參考。DNV認為降價的關鍵在于風電機組、結構和基礎、運營費用三部分。

2.1 風電機組

浮式海風當前所采用機組與固式海風類似。如英國Hywind Scotland采用西門子歌美颯SWT-6.0-154機型，葡萄牙Windfloat Atlantic采用MHI Vestas V164-8.4機型及英國Kincardine采用MHI Vestas V164-9.5，都已在市面上應用非常成熟。這是由于當前浮式海風機組市場尚處于初期，短期沒有大批量應用需求，整機廠商定制研發將承擔較大的技術和經濟風險。當前浮式海風通常安裝3~5臺機組，DNV預測2030年將達到15~30臺，在規模效應下度電成本將顯著降低；并在未來呈現機組定制化、容量大型化、控制策略新型化的發展趨勢[1]。參考固式海風成本軌跡曲線，DNV認為未來10年浮式風電機組成本將隨著規模和技術的成熟下降65%。

2.2 結構和基礎

目前浮式海風電基礎類型主要包括單柱式、半潛式、張力腿和駁船式。

2.2.1 單柱式

理念簡單、動力性能好，安裝期間所需最小水深約80米，通過安裝在主浮力箱下方的壓載來實現穩定，6兆瓦風機重量約3500噸。優勢：穩定性好，適用于深水海域，對土壤條件不敏感，系泊系統簡單、制造工藝簡單、操作風險低、不易腐蝕；挑戰：成本高，以30兆瓦工況，成本約5~8萬歐元每兆瓦。重量大，運動范圍大，機組需要承受高疲勞荷載，對港口和海域深度要求高，安裝較為耗時。

2.2.2 半潛式

該基礎是當前應用最廣泛的基礎，通過在水面上廣泛分布浮力來實現靜態穩定，通過動態調節的承壓荷載來限制傾斜。6兆瓦風機重量約3000噸。優勢：對土壤條件不敏感，系泊系統簡單、安裝對天氣要求不高、水深應用范圍廣、拆除簡單、整體風險低。挑戰：非工業制造，暴露在波浪中導致穩定性低，對風機要求高，結構相對復雜、制造復雜，橫向移動可能會帶來送出電纜的潛在風險。

2.2.3 張力腿式

該類型平臺通過垂向下的系泊張力平衡浮體向上的超額浮力，類似“上下繃緊”的結構，具有較好的平臺垂向運動性能，但通常需要專用安裝船，目前相關的制造和施工安裝經驗不足。6兆瓦風機重量約2000噸。優勢：穩定性好，運動幅度小、對海床影響小、結構簡單輕便、運維簡單、所需材料少；挑戰：系泊和錨固系統復雜，整個浮體在四種類型中最昂貴，對河床要求相對高，在系泊系統出現故障時會給運營帶來更大風險。

2.2.4 駁船式

類似于船型，利用平臺浮力抵消重力，在四種基礎中吃水最淺，6兆瓦風機根據材料不同，其重量約2000~8000噸。優勢：適應大于30米水深，材料靈活，可是鋼或砼或兩者組合，制造技術簡單，可支撐重型變電站；挑戰：暴露在波浪中，運動較大，對系泊系統提出更高要求，增加了系統復雜性。

由于浮式海風該部分相對于固式海風經驗水平不足、供應鏈不成熟，該部分費用是固式海風5倍。預計在未來10年，由于技術優化、規模化、標準化應用及供應鏈完善，成本將從現有5倍下降到2倍。

2.3 運營維護

當前海上風電運維基本照搬陸上風電運維經驗，采取周期性計劃檢修為主、突發性故障檢修為輔的模式。對比陸上風電海上風電工作環境更惡劣，導致海上風電機組故障率更高，致使固式海風運維費用是陸地風電的2~3倍，而浮式海風更是固式海風的5倍。

當前沃旭正在率先使用激光掃描技術降低運維成本；無人駕駛船領域領頭羊Ocean Infinity正考慮安裝“多單元對接站”容納大量無人駕駛飛行器，為海上風電場提供各類檢查服務；西班牙公司Saitec牽頭15家公司啟動FLOAT&M項目，用于研究和開發新解決方案，改善浮式海風的運營和維護。受項目規模和風電機組大型化及技術經驗豐富驅動，DNV預測2030年運營成本將下降到當前固式海風水平。從以上幾方面入手，DNV預測浮式風電LCOE到2025年將降到100美元/兆瓦時以下，到2050年降到40美元/兆瓦時以下。然而，也需注意基礎用材眾多、系統復雜，動力電纜和系泊結構額外維護可能導致的成本增加。

3 未來重點潛力市場及投資建議

在浮式海風投資發展領域，政府可通過降低風險和增大確定性，在促進私營部門投資方面發揮主導作用，在這方面北美、挪威、英國、日本和韓國有很大潛力。GWEC從浮式海風競爭力及政策支持兩方面共七項入手，對浮式海風投資潛力進行評估，綜合地區分類，從115個市場中選擇了愛爾蘭、意大利、摩洛哥、菲律賓和美國五個缺乏固式海風場址的國家為重點市場，它們所擁有的浮式海風潛力可達3.86億千瓦，對滿足本土能源需求有巨大助力。

美國擁有豐富浮式風電資源，這也是美國能源轉型關鍵。美國海洋能源管理局公布在2022年9月左右舉行加利福尼亞北部和中部海域租賃拍賣，2023年第二季度俄勒岡水域將進行租賃銷售，作為拜登政府到2030年安裝30吉瓦海上風電目標的一部分；挪威擁有全球第一臺全尺寸浮式海風機組，正在建設裝機容量最大88兆瓦的Hywind Tampen浮式風電。政府同時批準了共4.5吉瓦的浮式海風，已有十多家公司其表示興趣。

英國現有30兆瓦Hywind Scotland和50兆瓦Kincardine兩個浮式海風在運項目，有25吉瓦浮式風電項目海域租賃被授予，其INTOG正致力開發3~4吉瓦的浮式風電[2]；英國浮式海風示范計劃4個領域11個項目獲得了3160萬英鎊的資金；日本淺水區面積有限，浮式風電被認為是實現2050年碳中和最有前途的解決方案之一。2018年《海上風電促進法》已為海上風電開發和拍賣設定了法律框架，2021年6月日本油氣公司ENEOS牽頭的財團中標首座浮式海風項目，電價為固定的36日元/千瓦時。

韓國2021年5月宣布計劃到2030年實現高達6吉瓦的浮式海風目標。韓國南部電力公司2022年3月宣布將攜手殼牌在蔚山市海域開發浮式海風，容量1.3吉瓦。韓國石油公社的東海1號浮式海風容量為200兆瓦，預計將于2022年投入使用。此外，法國2022年3月宣布啟動兩個浮式海風項目共250兆瓦的招標，預計2023年定標、2030年投入使用。在西班牙，Iberdrola正在規劃第一個工業規模的浮式海風電站，容量為300兆瓦。

目前浮式海風正處在早期概念，嘗試向商業化應用轉型，屬于行業生命周期的進入期，各國各企紛紛布局，預計2025年將有大量浮式風電投入運營，進入成長期。盡管美國、日本、韓國是未來浮式海風的關鍵市場，但這些市場并不適合開發和運營預商用項目，而是需要一個技術開發早期階段產品與市場高度匹配的過渡性市場。這些市場通常具有陸地資源有限、沿海不宜固式海風、電價較高、政府正在積極尋求低碳轉型、擁有優良港口和高效供應鏈體系的特點。當前浮式海風的先驅國家，如英國、挪威、葡萄牙是不錯選擇。

此外，多數浮式基礎的開創性設計都是由中小型企業完成的，他們無力將新產品完全推向市場，也無法證明他們的設計和商業方案能夠滿足投資的需求。在此情況下被大型企業收購就是一個合理的選擇。盡管浮式海風仍需一定時間才能實現經濟性應用，但考慮未來市場廣闊，投資者應先行關注市場行情，結合自身投資區域偏好，整合相關商務，培育項目機會，從豐富業務組合搶占市場先機的戰略高度，提前布局。