浮式海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)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(fā)，環(huán)境問題日益突出。2021年9月習(xí)近平總書記明確中國雙碳目標(biāo)；2021年11月COP26上全球40多個(gè)國家同意逐步停止使用煤電，23個(gè)國家簽署了煤電向清潔能源過渡協(xié)議，可再生能源發(fā)展成為當(dāng)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(jié)構(gòu)面臨巨大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)能源更換賽道，可再生能源飛速發(fā)展?，F(xiàn)有成熟的陸地風(fēng)電、光伏資源利用逐漸趨于飽和，近海固定風(fēng)電經(jīng)過三十年的發(fā)展已成為當(dāng)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(tài)，固式海風(fēng)要么不是選項(xiàng)要么潛力有限，浮式海風(fēng)成為下一個(gè)“藍(lán)海”賽道。

1 發(fā)展現(xiàn)狀及未來預(yù)測

1972年美國馬薩諸塞大學(xué)莫斯特分校的Heronemus教授首次提出了海上漂浮式風(fēng)機(jī)技術(shù)概念，但未引起廣泛關(guān)注。20世紀(jì)90年代開始進(jìn)行小規(guī)模的測試，2009年挪威Equinor公司投資建設(shè)世界首臺(tái)兆瓦級浮式海風(fēng)機(jī)組Hywind、容量為2.8兆瓦；2011年美國Principle Power公司2兆瓦浮式海風(fēng)機(jī)組Windfloat1在葡萄牙投產(chǎn)、于2017年拆除；2017年挪威Equinor公司投資的世界首個(gè)商業(yè)化浮式風(fēng)電項(xiàng)目Hywind Scotland在英國投產(chǎn)，投產(chǎn)后兩年的平均利用系數(shù)為54%，遠(yuǎn)高于英國海上風(fēng)電的平均利用系數(shù)40%；2018年由法國Centrale Nantes和SEM-REV公司聯(lián)合開發(fā)FLOARGEN風(fēng)電機(jī)組投產(chǎn)，裝機(jī)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(lián)合開發(fā)Windfloat Atlantic項(xiàng)目，采用了3臺(tái)當(dāng)時(shí)世界最大的海上風(fēng)電機(jī)組MHIVestas V164-8.4，并于2020年投產(chǎn)[1]。

除歐美外，因自身近海資源限制，日本在浮式海風(fēng)上也提前布局。2011年開始啟動(dòng)GOTO項(xiàng)目，是亞洲首例全尺寸漂浮式樣機(jī)，裝機(jī)容量2兆瓦，2015年遷移后繼續(xù)運(yùn)營；2016年Fukushima Forward項(xiàng)目投產(chǎn)，三臺(tái)機(jī)組共14兆瓦的浮式海風(fēng)并網(wǎng)[1]。

中國正處于漂浮式樣機(jī)驗(yàn)證階段，三個(gè)浮式海風(fēng)項(xiàng)目正在進(jìn)行，三峽陽江示范項(xiàng)目（三峽引領(lǐng)號(hào)）安裝5.5兆瓦機(jī)組、于2021年7月投運(yùn)，中國海裝牽頭的湛江示范項(xiàng)目（扶搖號(hào)）安裝6.2兆瓦機(jī)組、2021年12月浮體下水，目前正在打樁，預(yù)計(jì)2022年投產(chǎn)；龍?jiān)锤＝先諐u示范項(xiàng)目依托400兆瓦的固式海風(fēng)，計(jì)劃安裝4兆瓦機(jī)組，并與水產(chǎn)養(yǎng)殖進(jìn)行融合。

挪威船級社（DNV）則預(yù)計(jì)，海上風(fēng)電將在21世紀(jì)中葉達(dá)到風(fēng)電總裝機(jī)容量的40%，2050年全球海上風(fēng)電的裝機(jī)容量將達(dá)到1748吉瓦，其中浮式海風(fēng)電有望占海上風(fēng)電裝機(jī)容量總量的15%，即264吉瓦。全球風(fēng)能委員會(huì)（GWEC）將2030年的預(yù)測值從2020年中的6.5吉瓦提高到2021年報(bào)告中的16.5吉瓦。浮式海風(fēng)存在巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 成本的構(gòu)成與發(fā)展趨勢

DNV認(rèn)為成本過高是當(dāng)前浮式海風(fēng)推進(jìn)存在的主要問題，成本也是當(dāng)前所有技術(shù)方案、產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)、運(yùn)維服務(wù)、市場規(guī)模等風(fēng)險(xiǎn)的綜合體現(xiàn)。過去30年固式海風(fēng)技術(shù)逐漸成熟，從一個(gè)前瞻技術(shù)成為一種低成本的安全能源。近十年固式海風(fēng)的LCOE降低了48%，IRENA發(fā)電成本報(bào)告顯示，僅在2020年就降低了9%。盡管首批浮式海風(fēng)LCOE在200美元/兆瓦時(shí)以上，是固式海風(fēng)的4倍，但遵循固式海風(fēng)發(fā)展軌跡不難得出結(jié)論，依托于風(fēng)機(jī)技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)、大量商業(yè)化應(yīng)用以及資本的持續(xù)涌入，浮式海風(fēng)成本下降路線有據(jù)可依。

美國NREL在2020年風(fēng)電成本報(bào)告中將浮式風(fēng)電成本分成四部分，其LCOE占比（%）如下：風(fēng)電機(jī)組17.6；系統(tǒng)平衡43.8。其中開發(fā)費(fèi)用1.1、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)27.1、電氣設(shè)備9.2、安裝費(fèi)用4.1、租賃費(fèi)用2.3；軟成本11.1。其中機(jī)組調(diào)試0.7、拆除費(fèi)用1.3、預(yù)備費(fèi)5.5、建設(shè)期融資2.9、建設(shè)期保險(xiǎn)0.7；運(yùn)維費(fèi)用27.5。以上結(jié)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(rèn)為降價(jià)的關(guān)鍵在于風(fēng)電機(jī)組、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)、運(yùn)營費(fèi)用三部分。

2.1 風(fēng)電機(jī)組

浮式海風(fēng)當(dāng)前所采用機(jī)組與固式海風(fēng)類似。如英國Hywind Scotland采用西門子歌美颯SWT-6.0-154機(jī)型，葡萄牙Windfloat Atlantic采用MHI Vestas V164-8.4機(jī)型及英國Kincardine采用MHI Vestas V164-9.5，都已在市面上應(yīng)用非常成熟。這是由于當(dāng)前浮式海風(fēng)機(jī)組市場尚處于初期，短期沒有大批量應(yīng)用需求，整機(jī)廠商定制研發(fā)將承擔(dān)較大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前浮式海風(fēng)通常安裝3~5臺(tái)機(jī)組，DNV預(yù)測2030年將達(dá)到15~30臺(tái)，在規(guī)模效應(yīng)下度電成本將顯著降低；并在未來呈現(xiàn)機(jī)組定制化、容量大型化、控制策略新型化的發(fā)展趨勢[1]。參考固式海風(fēng)成本軌跡曲線，DNV認(rèn)為未來10年浮式風(fēng)電機(jī)組成本將隨著規(guī)模和技術(shù)的成熟下降65%。

2.2 結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)

目前浮式海風(fēng)電基礎(chǔ)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(dòng)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，6兆瓦風(fēng)機(jī)重量約3500噸。優(yōu)勢：穩(wěn)定性好，適用于深水海域，對土壤條件不敏感，系泊系統(tǒng)簡單、制造工藝簡單、操作風(fēng)險(xiǎn)低、不易腐蝕；挑戰(zhàn)：成本高，以30兆瓦工況，成本約5~8萬歐元每兆瓦。重量大，運(yùn)動(dòng)范圍大，機(jī)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(shí)。

2.2.2 半潛式

該基礎(chǔ)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)，通過在水面上廣泛分布浮力來實(shí)現(xiàn)靜態(tài)穩(wěn)定，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的承壓荷載來限制傾斜。6兆瓦風(fēng)機(jī)重量約3000噸。優(yōu)勢：對土壤條件不敏感，系泊系統(tǒng)簡單、安裝對天氣要求不高、水深應(yīng)用范圍廣、拆除簡單、整體風(fēng)險(xiǎn)低。挑戰(zhàn)：非工業(yè)制造，暴露在波浪中導(dǎo)致穩(wěn)定性低，對風(fēng)機(jī)要求高，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、制造復(fù)雜，橫向移動(dòng)可能會(huì)帶來送出電纜的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 張力腿式

該類型平臺(tái)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(jié)構(gòu)，具有較好的平臺(tái)垂向運(yùn)動(dòng)性能，但通常需要專用安裝船，目前相關(guān)的制造和施工安裝經(jīng)驗(yàn)不足。6兆瓦風(fēng)機(jī)重量約2000噸。優(yōu)勢：穩(wěn)定性好，運(yùn)動(dòng)幅度小、對海床影響小、結(jié)構(gòu)簡單輕便、運(yùn)維簡單、所需材料少；挑戰(zhàn)：系泊和錨固系統(tǒng)復(fù)雜，整個(gè)浮體在四種類型中最昂貴，對河床要求相對高，在系泊系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)給運(yùn)營帶來更大風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.4 駁船式

類似于船型，利用平臺(tái)浮力抵消重力，在四種基礎(chǔ)中吃水最淺，6兆瓦風(fēng)機(jī)根據(jù)材料不同，其重量約2000~8000噸。優(yōu)勢：適應(yīng)大于30米水深，材料靈活，可是鋼或砼或兩者組合，制造技術(shù)簡單，可支撐重型變電站；挑戰(zhàn)：暴露在波浪中，運(yùn)動(dòng)較大，對系泊系統(tǒng)提出更高要求，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。

由于浮式海風(fēng)該部分相對于固式海風(fēng)經(jīng)驗(yàn)水平不足、供應(yīng)鏈不成熟，該部分費(fèi)用是固式海風(fēng)5倍。預(yù)計(jì)在未來10年，由于技術(shù)優(yōu)化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用及供應(yīng)鏈完善，成本將從現(xiàn)有5倍下降到2倍。

2.3 運(yùn)營維護(hù)

當(dāng)前海上風(fēng)電運(yùn)維基本照搬陸上風(fēng)電運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，采取周期性計(jì)劃檢修為主、突發(fā)性故障檢修為輔的模式。對比陸上風(fēng)電海上風(fēng)電工作環(huán)境更惡劣，導(dǎo)致海上風(fēng)電機(jī)組故障率更高，致使固式海風(fēng)運(yùn)維費(fèi)用是陸地風(fēng)電的2~3倍，而浮式海風(fēng)更是固式海風(fēng)的5倍。

當(dāng)前沃旭正在率先使用激光掃描技術(shù)降低運(yùn)維成本；無人駕駛船領(lǐng)域領(lǐng)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(fēng)電場提供各類檢查服務(wù)；西班牙公司Saitec牽頭15家公司啟動(dòng)FLOAT&M項(xiàng)目，用于研究和開發(fā)新解決方案，改善浮式海風(fēng)的運(yùn)營和維護(hù)。受項(xiàng)目規(guī)模和風(fēng)電機(jī)組大型化及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富驅(qū)動(dòng)，DNV預(yù)測2030年運(yùn)營成本將下降到當(dāng)前固式海風(fēng)水平。從以上幾方面入手，DNV預(yù)測浮式風(fēng)電LCOE到2025年將降到100美元/兆瓦時(shí)以下，到2050年降到40美元/兆瓦時(shí)以下。然而，也需注意基礎(chǔ)用材眾多、系統(tǒng)復(fù)雜，動(dòng)力電纜和系泊結(jié)構(gòu)額外維護(hù)可能導(dǎo)致的成本增加。

3 未來重點(diǎn)潛力市場及投資建議

在浮式海風(fēng)投資發(fā)展領(lǐng)域，政府可通過降低風(fēng)險(xiǎn)和增大確定性，在促進(jìn)私營部門投資方面發(fā)揮主導(dǎo)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(fēng)競爭力及政策支持兩方面共七項(xiàng)入手，對浮式海風(fēng)投資潛力進(jìn)行評估，綜合地區(qū)分類，從115個(gè)市場中選擇了愛爾蘭、意大利、摩洛哥、菲律賓和美國五個(gè)缺乏固式海風(fēng)場址的國家為重點(diǎn)市場，它們所擁有的浮式海風(fēng)潛力可達(dá)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(fēng)電資源，這也是美國能源轉(zhuǎn)型關(guān)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?qū)⑦M(jìn)行租賃銷售，作為拜登政府到2030年安裝30吉瓦海上風(fēng)電目標(biāo)的一部分；挪威擁有全球第一臺(tái)全尺寸浮式海風(fēng)機(jī)組，正在建設(shè)裝機(jī)容量最大88兆瓦的Hywind Tampen浮式風(fēng)電。政府同時(shí)批準(zhǔn)了共4.5吉瓦的浮式海風(fēng)，已有十多家公司其表示興趣。

英國現(xiàn)有30兆瓦Hywind Scotland和50兆瓦Kincardine兩個(gè)浮式海風(fēng)在運(yùn)項(xiàng)目，有25吉瓦浮式風(fēng)電項(xiàng)目海域租賃被授予，其INTOG正致力開發(fā)3~4吉瓦的浮式風(fēng)電[2]；英國浮式海風(fēng)示范計(jì)劃4個(gè)領(lǐng)域11個(gè)項(xiàng)目獲得了3160萬英鎊的資金；日本淺水區(qū)面積有限，浮式風(fēng)電被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)2050年碳中和最有前途的解決方案之一。2018年《海上風(fēng)電促進(jìn)法》已為海上風(fēng)電開發(fā)和拍賣設(shè)定了法律框架，2021年6月日本油氣公司ENEOS牽頭的財(cái)團(tuán)中標(biāo)首座浮式海風(fēng)項(xiàng)目，電價(jià)為固定的36日元/千瓦時(shí)。

韓國2021年5月宣布計(jì)劃到2030年實(shí)現(xiàn)高達(dá)6吉瓦的浮式海風(fēng)目標(biāo)。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(fā)浮式海風(fēng)，容量1.3吉瓦。韓國石油公社的東海1號(hào)浮式海風(fēng)容量為200兆瓦，預(yù)計(jì)將于2022年投入使用。此外，法國2022年3月宣布啟動(dòng)兩個(gè)浮式海風(fēng)項(xiàng)目共250兆瓦的招標(biāo)，預(yù)計(jì)2023年定標(biāo)、2030年投入使用。在西班牙，Iberdrola正在規(guī)劃第一個(gè)工業(yè)規(guī)模的浮式海風(fēng)電站，容量為300兆瓦。

目前浮式海風(fēng)正處在早期概念，嘗試向商業(yè)化應(yīng)用轉(zhuǎn)型，屬于行業(yè)生命周期的進(jìn)入期，各國各企紛紛布局，預(yù)計(jì)2025年將有大量浮式風(fēng)電投入運(yùn)營，進(jìn)入成長期。盡管美國、日本、韓國是未來浮式海風(fēng)的關(guān)鍵市場，但這些市場并不適合開發(fā)和運(yùn)營預(yù)商用項(xiàng)目，而是需要一個(gè)技術(shù)開發(fā)早期階段產(chǎn)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(fēng)、電價(jià)較高、政府正在積極尋求低碳轉(zhuǎn)型、擁有優(yōu)良港口和高效供應(yīng)鏈體系的特點(diǎn)。當(dāng)前浮式海風(fēng)的先驅(qū)國家，如英國、挪威、葡萄牙是不錯(cuò)選擇。

此外，多數(shù)浮式基礎(chǔ)的開創(chuàng)性設(shè)計(jì)都是由中小型企業(yè)完成的，他們無力將新產(chǎn)品完全推向市場，也無法證明他們的設(shè)計(jì)和商業(yè)方案能夠滿足投資的需求。在此情況下被大型企業(yè)收購就是一個(gè)合理的選擇。盡管浮式海風(fēng)仍需一定時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用，但考慮未來市場廣闊，投資者應(yīng)先行關(guān)注市場行情，結(jié)合自身投資區(qū)域偏好，整合相關(guān)商務(wù)，培育項(xiàng)目機(jī)會(huì)，從豐富業(yè)務(wù)組合搶占市場先機(jī)的戰(zhàn)略高度，提前布局。