樁基固定式海上光伏項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)策略

徐衛(wèi)兵,惠 星,李東俠,田偉輝,曹 媛,牛 鵬,宋政昌

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

為應(yīng)對全球氣候變化,世界上主要國家和地區(qū)紛紛提出應(yīng)對氣候變化自主貢獻(xiàn)力度,超過135個(gè)國家和地區(qū)明確“碳中和”發(fā)展目標(biāo),中國在2020年通過政策宣示的方式公布了“碳中和、碳達(dá)峰”發(fā)展目標(biāo)[1]。發(fā)展可再生能源是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要途徑。海上光伏作為可再生能源發(fā)展的新領(lǐng)域,發(fā)展?jié)摿Υ蟆⒕C合效益高、生態(tài)環(huán)境友好,發(fā)展海上光伏有利于沿海省份突破土地約束,拓展新能源發(fā)展空間。國家能源局印發(fā)的《2023年能源工作指導(dǎo)意見》提出,“穩(wěn)妥建設(shè)海上風(fēng)電基地,謀劃啟動(dòng)建設(shè)海上光伏”,海上光伏是國家支持鼓勵(lì)的發(fā)展方向。近年來,山東、浙江等多個(gè)沿海省份陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)政策支持海上光伏發(fā)展。天津、福建等地也陸續(xù)推進(jìn)海上/灘涂光伏開發(fā)。自山東省2022年度樁基固定式海上光伏項(xiàng)目競爭性配置以來,煙臺(tái)海陽HG34海上光伏項(xiàng)目和威海文登HG32海上光伏項(xiàng)目兩個(gè)實(shí)證項(xiàng)目的成功離網(wǎng)發(fā)電,兩個(gè)實(shí)證項(xiàng)目運(yùn)行期間,開展了環(huán)境、應(yīng)力、振動(dòng)、傾斜等10余項(xiàng)在役監(jiān)測,收集分析了實(shí)證區(qū)域風(fēng)速、光照、水位、結(jié)構(gòu)受力和位移等關(guān)鍵數(shù)據(jù),積累了樁基固定式海上光伏建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[2]。目前,海上光伏規(guī)模化、商業(yè)化發(fā)展已初步具備條件,但還需產(chǎn)業(yè)界各方形成合力,共同探索海上光伏規(guī)模化開發(fā)路徑。針對海上光伏規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等方面的關(guān)鍵問題研究文獻(xiàn)較少,文獻(xiàn)[3]較系統(tǒng)的梳理了海上光伏項(xiàng)目競配階段、海域部分開工前階段及陸地部分開工前階段的各類手續(xù)辦理資料清單和辦理程序,為項(xiàng)目前期開發(fā)提供了行動(dòng)指南。文獻(xiàn)[4]對海上光伏項(xiàng)目面臨的政策、技術(shù)等挑戰(zhàn)進(jìn)行了簡述。程永鑫等人[5]對海上光伏及其用海活動(dòng)的立體分層特征和功能兼容性進(jìn)行研究,海上光伏能夠在漁業(yè)用海區(qū)、工礦通信用海區(qū)及特殊用海區(qū)立體分層利用。文獻(xiàn)[6-7]對海上光伏發(fā)電項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)決策進(jìn)行了研究,建立了海上光伏發(fā)電項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系,包括經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、自然風(fēng)險(xiǎn)、市場風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)可持續(xù)風(fēng)險(xiǎn)五大類共十余項(xiàng)二級(jí)指標(biāo),并給出了海上光伏發(fā)電項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)控制措施。朱軍輝[8]對海上光伏和海水抽水蓄能的一體化進(jìn)行了研究和探索。總體來看,現(xiàn)有文獻(xiàn)在海上光伏的規(guī)劃選址、用海屬性、投資成本分析、施工設(shè)備選用等方面少有涉及,參考陸上集中固定式光伏項(xiàng)目的成熟開發(fā)經(jīng)驗(yàn),對海上光伏項(xiàng)目開發(fā)面臨的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析研究。從技術(shù)形式上,海上光伏分為樁基固定式和漂浮式兩種形式,由于漂浮式項(xiàng)目技術(shù)開發(fā)難度大、成本高、數(shù)量較少,本文主要對樁基固定式海上光伏與陸上集中固定式光伏的開發(fā)特點(diǎn)進(jìn)行探討,提出樁基固定式海上光伏在規(guī)劃、競配、設(shè)計(jì)、開發(fā)過程中的合理化建議,為行業(yè)從業(yè)者提供借鑒。

1 開發(fā)策略

1.1 選址規(guī)劃和項(xiàng)目用海

1.1.1規(guī)劃選址

國家層面尚未出臺(tái)海上光伏項(xiàng)目用海管理及建設(shè)的專門政策性文件,部分沿海省份如山東省、浙江省出臺(tái)了相關(guān)的用海管理政策,對海上光伏項(xiàng)目建設(shè)的用海范圍、建設(shè)要求及立體分層設(shè)權(quán)下的用海審批等要點(diǎn)進(jìn)行規(guī)定,為其他沿海省份制定相關(guān)政策提供了借鑒[9-10]。與陸上集中式光伏開發(fā)步驟相同,用海屬性的確定是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵一步,如屬性不符合相關(guān)規(guī)定,無從談起項(xiàng)目后續(xù)開發(fā)建設(shè)。因此,在海上光伏發(fā)展初期,充分認(rèn)識(shí)到規(guī)劃選址的重要性,在規(guī)劃階段開展場址范圍內(nèi)敏感性因素排查為上策,現(xiàn)有政策關(guān)于光伏項(xiàng)目選址規(guī)避敏感性因素見表1。

1.1.2光伏單元用地和用海

陸上集中固定式光伏單元用地允許以租賃等方式取得;涉及農(nóng)業(yè)用地不得占用耕地,占用其他農(nóng)用地,應(yīng)根據(jù)實(shí)際節(jié)約集約用地,盡量避免對生態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成影響;涉及林地:須采用林光互補(bǔ)模式,可使用年降水量400 mm以下區(qū)域的灌木林地以及其他區(qū)域覆蓋度低于50%的灌木林地;涉及草地:除基本草原外草原的,地方林草主管部門應(yīng)科學(xué)評(píng)估本地區(qū)草原資源與生態(tài)狀況,合理確定項(xiàng)目的適建區(qū)域、建設(shè)模式與建設(shè)要求,鼓勵(lì)采用“草光互補(bǔ)”模式。樁基固定式海上光伏用海包含4個(gè)部分:① 光伏單元、箱變平臺(tái)用海;② 線纜橋架用海;③ 海陸轉(zhuǎn)換平臺(tái);④ 海底電纜。①～③項(xiàng)的用海方式一級(jí)方式為構(gòu)筑物,二級(jí)方式為透水構(gòu)筑物用海;4項(xiàng)用海方式一級(jí)方式為其他方式,二級(jí)方式為海底電纜管道。海上光伏單元的用海不允許租賃,須辦理用海權(quán)證,向國家繳納海域使用金。在用海辦理流程上,海上光伏屬于備案制,在海域使用論證報(bào)告編制完成后可以直接向有用海審批權(quán)限的單位申請用海,省略用海預(yù)審程序。本文整理了部分省份的用海審批權(quán)限情況,如表2所示。

表2 部分沿海省份用海審批權(quán)限一覽表

1.2 關(guān)鍵技術(shù)研究與設(shè)計(jì)

海上光伏在全國乃至全球規(guī)模化開發(fā)尚處于發(fā)展初期,工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等方面均缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),缺少可借鑒經(jīng)驗(yàn)。相比陸上光伏項(xiàng)目和漁光互補(bǔ)項(xiàng)目,海上光伏受復(fù)雜海洋環(huán)境影響,抗波浪、抗海冰、抗寒潮、抗鹽霧等關(guān)鍵技術(shù)亟待突破,項(xiàng)目開發(fā)面臨工程方案設(shè)計(jì)復(fù)雜、施工運(yùn)維難度大等挑戰(zhàn)[11]。為確保海上光伏項(xiàng)目運(yùn)行的安全性、可靠性,各項(xiàng)目開發(fā)企業(yè)正在穩(wěn)妥推進(jìn)工程方案設(shè)計(jì)和技術(shù)論證工作,特別是山東文登HG32海上光伏實(shí)證項(xiàng)目從設(shè)備選型、支架設(shè)計(jì)、樁基設(shè)計(jì)等方面不斷探索適應(yīng)海洋環(huán)境的技術(shù)方案,。山東文登HG32海上光伏實(shí)證項(xiàng)目針對不同海洋應(yīng)用場景,設(shè)計(jì)多種防腐蝕方案進(jìn)行同場景對比驗(yàn)證試驗(yàn);通過不同支架方案、樁基方案、防腐方案及現(xiàn)場施工驗(yàn)證,為海上光伏項(xiàng)目開發(fā)推進(jìn)、海上施工效能提升、工程成本降低等積累關(guān)鍵數(shù)據(jù)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn),推動(dòng)海上光伏向規(guī)模化、商業(yè)化發(fā)展,該項(xiàng)目的關(guān)鍵研究與設(shè)計(jì)和創(chuàng)新點(diǎn)見表3,現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 山東文登HG32海上光伏實(shí)證項(xiàng)目現(xiàn)場

表3 山東文登HG32海上光伏實(shí)證項(xiàng)目情況一覽表

1.3 投資成本

項(xiàng)目的投資成本高低直接關(guān)系著項(xiàng)目是否可行、收益率是否滿足開發(fā)企業(yè)的要求。本文以直流側(cè)50萬kWp的光伏項(xiàng)目為例,分別測算了陸上集中固定式光伏、樁基固定式海上光伏的投資成本基本構(gòu)成、各成本的占比,結(jié)果見表4和圖2。

圖2 光伏電站投資成本占比分析

表4 光伏電站投資成本基本構(gòu)成

從表4和圖2可以看出,樁基固定式海上光伏成本為5.76元/kWp,遠(yuǎn)高于陸上集中固定式光伏的3.29元/kWp,二者之差為2.47元/kWp。通過分析可以看出,兩種光伏項(xiàng)目的投資成本差異在支架、樁基礎(chǔ)、光伏區(qū)建安費(fèi)、用海成本、海纜5個(gè)方面。從光伏電站投資成本和投資占比分析樁基固定式海上光伏項(xiàng)目投資成本中支架成本高于樁基礎(chǔ)成本,但在二者投資成本之差中樁基礎(chǔ)成本高于支架成本,影響投資成本最大的是樁基礎(chǔ)成本,為此對樁基礎(chǔ)方案進(jìn)行了對比分析,樁基固定式海上光伏項(xiàng)目造價(jià)約為陸上集中固定式光伏的4至6倍,詳見表5。此外,在二者的比較中光伏組件價(jià)格相同,從投資成本占比中從39.5%降至22.6%,仍然是投資占比中最大的一項(xiàng)。

表5 樁基方案的對比分析

此外,根據(jù)山東省有關(guān)政策和規(guī)定,整理了山東省2022年度樁基固定式海上光伏項(xiàng)目各場址海域使用金情況,見表6。可以看出,樁基固定式海上光伏每年用海成本為773.3～3 086.7元/畝。相對于陸上集中固定式光伏的租地費(fèi)用300～1 200元/畝,用海成本較高。基于降低項(xiàng)目投資成本考慮,項(xiàng)目開發(fā)企業(yè)要用好用足有關(guān)省市對海域使用金的減免政策,如山東省規(guī)定對符合條件的省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,按規(guī)定程序給予減繳不超過地方分成部分20%的海域使用金[12]。

表6 山東省2022年度樁基固定式海上光伏項(xiàng)目海域使用金一覽表

1.4 主要施工設(shè)備和施工期

主要施工設(shè)備。樁基固定式海上光伏建設(shè)呈現(xiàn)規(guī)模化樁群施工的特征,海洋環(huán)境的水深、海浪、潮差、風(fēng)速等指標(biāo)直接影響樁基的定位精度、垂直度和施工效率。根據(jù)調(diào)研情況,海上光伏項(xiàng)目的開發(fā)、建設(shè)尚無實(shí)體工程經(jīng)驗(yàn),能參考的裝備是內(nèi)河漁光互補(bǔ)機(jī)械、水陸兩棲機(jī)械、海上起重船、海上打樁船等設(shè)備,現(xiàn)對三種裝備的適用性進(jìn)行研究分析,結(jié)果見表7。總體來看,海上光伏施工設(shè)備處于漁光互補(bǔ)項(xiàng)目和海上風(fēng)電建設(shè)的中間地段,在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面考慮,現(xiàn)有設(shè)備均不能滿足海上光伏的施工及運(yùn)維需求,海上光伏項(xiàng)目在施工和運(yùn)維裝備、工藝等方面均屬于空白期。近期,海上光伏項(xiàng)目專用施工設(shè)備研制進(jìn)展有序推進(jìn),山東藍(lán)鯤海工國內(nèi)首套海上光伏作業(yè)專用創(chuàng)新型裝備設(shè)計(jì)獲中國船級(jí)社AIP認(rèn)可[13];中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司正在自主創(chuàng)新施工技術(shù)裝備研究,海上光伏施工一體化智能裝備迭代至第四代,并通過中國船級(jí)社新船型設(shè)計(jì)認(rèn)可及審圖,已開工建設(shè)[14]。海上光伏專用施工設(shè)備的研發(fā)、建造將為大幅度提升施工效率,降低施工成本,縮短項(xiàng)目建設(shè)周期。

表7 現(xiàn)有海上光伏主要施工設(shè)備

施工期。山東省2022年度樁基固定式海上光伏項(xiàng)目分布濱州、東營、濰坊、煙臺(tái)、威海、青島六市,通過調(diào)研、走訪方式對山東省部分海域的主要海上作業(yè)窗口期進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果見表8。從表8可以看出,大部分海域的全年海上作業(yè)窗口期為6～7個(gè)月,施工期較短。在海上光伏項(xiàng)目建設(shè)中,須合理有效利用海上作業(yè)窗口期,制定嚴(yán)密的招標(biāo)采購計(jì)劃、施工總體部署、施工工藝流程布置。

表8 山東省部分海域的主要海上作業(yè)窗口期統(tǒng)計(jì)

以國內(nèi)某樁基固定式海上光伏項(xiàng)目為例,該項(xiàng)目光伏單元、橋架、箱變等結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)總計(jì)11 000根樁,據(jù)市場調(diào)研情況來看,海上光伏打樁設(shè)備的作業(yè)效率是每天15根,按4個(gè)工作面考慮,一天施工60根樁,打樁施工期為6個(gè)月左右,基本占據(jù)了一年中海上作業(yè)的主要窗口期。不同于陸上集中固定式光伏項(xiàng)目采用多個(gè)作業(yè)面、樁基施工與支架、組件流水安裝、采用人海戰(zhàn)術(shù)搶工期,樁基固定式海上光伏項(xiàng)目施工特點(diǎn)呈現(xiàn)以下幾點(diǎn):主要施工設(shè)備大、數(shù)量多、拋錨作業(yè)占海面積大;受雨雪、暴風(fēng)、浪涌等極端天氣影響,施工窗口期少且不確定性較大;樁基施工受海底地質(zhì)條件、上部鋼結(jié)構(gòu)支架的安裝要求、樁頂標(biāo)高誤差要求等因素制約,樁基定位精度要求較高;支架吊裝、運(yùn)輸、安裝時(shí)間長,且樁基施工與支架成梯隊(duì)式流水作業(yè),投入較多的施工設(shè)備會(huì)彼此干擾,影響項(xiàng)目施工進(jìn)度。結(jié)合海域的主要海上作業(yè)窗口期、施工設(shè)備效率、施工工藝等因素,據(jù)測算,安裝容量40萬kWp陸上集中固定式光伏項(xiàng)目施工期6個(gè)月左右,相同容量的海上光伏項(xiàng)目施工期不少于1 a。

2 建 議

(1) 在海上光伏規(guī)劃和實(shí)施階段應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注場址范圍內(nèi)敏感性因素排查。

(2) 從國內(nèi)實(shí)施的海上光伏項(xiàng)目來看,用海申請是制約海上光伏項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度的重要因素之一。項(xiàng)目開發(fā)企業(yè)在取得海上光伏項(xiàng)目開發(fā)權(quán)后,應(yīng)進(jìn)行海洋水文觀測,收集相關(guān)數(shù)據(jù),為海域使用論證報(bào)告編制及報(bào)批奠定基礎(chǔ)。

(3) 從海上光伏項(xiàng)目降低投資成本的角度來看,重點(diǎn)從支架、樁基礎(chǔ)、光伏區(qū)建安、海底電纜4個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(4) 從降低用海成本的角度來看,項(xiàng)目開發(fā)企業(yè)應(yīng)及時(shí)關(guān)注每個(gè)省份省重點(diǎn)項(xiàng)目的申報(bào)時(shí)間,確保項(xiàng)目能進(jìn)入名單,享受相應(yīng)的減免政策。

(5) 從山東省部分海域的主要海上作業(yè)窗口期來看,主要海上作業(yè)窗口期為6～7個(gè)月,施工作業(yè)時(shí)間較短。建議項(xiàng)目開發(fā)企業(yè)制定周密、細(xì)致的用海申請計(jì)劃、招標(biāo)采購計(jì)劃、施工總體部署、施工工藝流程布置、施工設(shè)備的預(yù)定和調(diào)配,合理劃分海上作業(yè)面和作業(yè)順序,搶抓寶貴的海上作業(yè)窗口期。