全球海上风电现状及展望

杨永明 (能源情报研究中心) 如今,全球海上风电产业正在逐渐走向成熟。技术的持续进步推进海上风电场建设发展,成本的快速下降使之成为具有竞争力的电力来源,投资环境大幅改善后更多企业进…

杨永明

(能源情报研究中心)

如今,全球海上风电产业正在逐渐走向成熟。技术的持续进步推进海上风电场建设发展,成本的快速下降使之成为具有竞争力的电力来源,投资环境大幅改善后更多企业进入海上风电市场,未来持续扩大投资依然是支持海上风电产业发展的关键。海上风电制氢、与其他能源形式或储能联合发电等新型技术应用为产业发展提供机遇,将促进海上风电发挥潜力,使之对电力系统发展和能源清洁转型产生巨大的推动作用。

一、海上风电市场概况

全球海上风电现状及展望插图

根据全球风能理事会(GWEC)2020年3月发布的《全球风能报告2019》,截至2019年底,全球海上风电累计装机容量已突破29吉瓦。其中,欧洲地区21903兆瓦,亚太地区7204兆瓦,美洲地区30兆瓦。从累计装机来看,欧洲地区仍是目前全球海上风电最大的市场。

具体到国家层面,海上风电装机前五位的国家分别是:英国(9723兆瓦)、德国(7493兆瓦)、中国(6838兆瓦)、丹麦(1703兆瓦)以及比利时(1556兆瓦),前五位国家合计装机容量占全球海上风电项目装机容量的92%(见图1)。

全球海上风电现状及展望插图(1)

数据来源:GWEC

图1  截至2019年底各国海上风电累计装机情况

2019年,全球海上风电新增装机6.1吉瓦,与2018年4.5吉瓦的新增装机相比增加35.5%,是有史以来表现最好的一年,占当年全部风电新增装机的10%,较2015年时的比重提高了一倍。其中,欧洲地区占2019年新增装机总量的59%,其余41%分布在亚太地区。

具体到国家层面,中国海上风电新增装机达到创纪录的2395兆瓦,仍居世界首位;其次是英国,新增装机1764兆瓦;德国1111兆瓦,位列全球第三;丹麦和比利时分别以374兆瓦和370兆瓦的新增装机排在第四和第五位(见图2)。前五位国家合计新增装机容量占全球海上风电新增装机容量的98%。

全球海上风电现状及展望插图(2)

数据来源:GWEC

图2  截至2019年底各国海上风电新增装机情况

二、海上风电发展现状

全球海上风电现状及展望插图

(一)技术进步推进海上风电建设发展

风电技术发展的驱动力主要来自蓬勃崛起的海上风电场建设。如今,海上风电场的规模正在向大型化发展,从近海走向远海。海上风电机组继续向10兆瓦以上的大型化机组发展,机组的支撑基础从固定式走向漂浮式。

机组大型化趋势早已是不争的事实。更大的容量、风轮直径以及更高的轮毂高度将带来更高的发电量。结合改进的风电机组技术、更高的轮毂高度和更大的扫风面积,可以提高给定风能资源的装机容量。随着单机容量提高,风场(尤其是高风速区域)所需的风机数量就能减少,从而可降低运行维护成本。2018年9月,丹麦维斯塔斯与日本三菱重工成立的合资公司MHI Vestas发布全球风电史上首个10兆瓦风力发电机V164-10.0MW,风电行业由此迈入大功率时代。2019年11月,美国通用电气开发的Haliade-X 12MW海上直驱发电机组在荷兰鹿特丹发出第一度电。2020年5月,西门子歌美飒发布全新SG14-222DD海上直驱风机,该风机容量达到14兆瓦,采用公司自有的Power Boost功率提升技术容量可进一步提升到15兆瓦。该机型计划于2021年完成原型样机,2024年上市。一台容量为14兆瓦的SG14-222DD风机,每年可为大约1.8万个欧洲家庭提供电力。

机组基础技术的进步是海上风电加快发展的关键因素。漂浮式基础可以有效地利用深水海域中丰富的风能资源,从而为海上风电市场未来的快速发展铺平道路。在离海岸更远的地方,进入更深的水域,浮式风电设备的应用潜力巨大。IEA最新的地理空间分析表明,从理论上讲,浮式风电设备可以一定程度上满足包括欧洲、美国和日本在内的几个主要电力市场的需求。目前,浮式海上风电项目开始受到各国的关注。世界海上风电论坛(WFO)的统计数据显示,截至2019年底,全球共有10个浮式海上风电项目(不包括示范项目),其装机容量达到1000.3兆瓦。其中,已投运的浮式海上风电项目有1个,在建的有2个,规划期内的有7个。浮式风电技术达到工业化规模后,将为海上风电开拓全新的市场和机会。业内专家估计,到2030年,全世界可安装约5~30吉瓦的浮式风电机组,根据各个地区的发展速度,到2050年,浮式机组可占据全球海上风电装机总容量的5%~15%。

(二)价格下降,海上风电成为具有竞争力的电力来源

风电的大规模发展逐步提高了规模经济以及供应链水平,加之技术的不断革新,风电的成本持续下降。GWEC指出,过去10年间风电平准化度电成本的降低从根本上改变了其竞争地位。在过去5年中,风电的成本平均下降了50%以上,仅在2018至2019年期间,新建海上风电的价格就下降了三分之一。风电已经越过了世界上大多数地方化石燃料发电成本的竞争临界点。目前,海上风电已经在欧洲部分市场具有竞争力,例如德国、荷兰和法国等,英国也已开始市场化竞争。2017年,德国海上风电项目实行了首个“零补贴”投标项目。2019年7月,Vattenfall公司在荷兰再次中标“零补贴”海上风电项目,装机容量为760兆瓦。“零补贴”意味着这些项目只能拿到批发电价,而不会获得其他方面的支持或者收入。同年9月,英国公布第三轮差价合约(CfD)竞标结果,超过5.4吉瓦的海上风电项目中标,中标价低至39~41英镑/兆瓦时,比2017年公布的第二轮结果降低约30%。由此证明,依托技术创新以及规模经济效应的推动,海上风电成本已经大幅下降。

国际可再生能源署(IRENA)预计,到2030年,海上风电在世界其他市场也将具备竞争力,其成本将降至化石燃料的低成本范围。到2030年,海上风电的平准化度电成本将从2018年的0.13美元/千瓦时降至0.05~0.09美元/千瓦时,到2050年将降至0.03~0.07美元/千瓦时。IEA认为,在未来十年内,海上风电将与其他可再生能源(包括太阳能光伏)竞争。到2040年,海上风电的平准化度电成本将下降近60%。再加上其对系统相对较高的价值,这将使海上风电成为最具竞争力的电力来源之一。在欧洲,海上风电将很快在成本上超过新建燃气发电,与光伏和陆上风电持平;在中国,海上风电或将在2030年左右与新建燃煤发电竞争,并可与光伏和陆上风电相媲美;在美国,海上风电将很快成为一种负担得起的选择,有可能为美国东海岸的需求中心提供服务。

(三)投资环境改善,未来仍需稳定投资

随着自身平准化度电成本的下降以及全球能源转型进程的提速,海上风电的投资环境得到了很大改善,传统能源企业也纷纷进入海上风电市场。BP、壳牌等油气巨头相继通过并购、投资等方式布局海上风电业务,或提出了具体的海上风电发展战略计划。2019年12月,BP收购了法国风电企业Eolfi,后者主营海上漂浮式风电业务。2020年2月,挪威国家石油公司Equinor公布了可再生能源业务发展的最新战略,并公开表示将致力于成为全球海上风电市场的“专家”。国际咨询机构伍德麦肯兹表示,尽管与海上油气项目相比,海上风电项目的投资回报率较低,但不断完善的监管框架及支持政策将促进产业的健康发展,并预计,2020~2025年,全球对海上风电产业的投资将超过2000亿美元,提升至2110亿美元,令其成为比油气更具投资吸引力的产业。2020~2030年间,在某些特定区域,如欧洲、亚洲等海上风电产业供应链发展较为成熟的地区,对海上风电产业的投资额有可能追平对海上油气产业的投资额。随着投资的流入,海上风电产业将在专用设备、技术研发等方面不断取得新成绩,进而实现整个海上风电产业发展的提速。

但同时也应当意识到,目前可再生能源在整个能源结构的占比仍然较低,为实现全球气候和可持续发展目标,可再生能源投资需要大幅、稳步地增长,未来持续扩大投资依然是支持产业发展的关键。据IRENA测算,要实现“1.5摄氏度控温目标”,与2018年的投资(194亿美元/年)相比,从现在到2030年,全球海上风电平均年投资需要增加3倍(610亿美元/年),到2050年,这一增长需要达到5倍以上(1000亿美元/年)。

(四)新型技术应用为产业发展提供机遇

1.与其他能源形式和/或储能联合发电

海上风能与光伏等其他能源形式和/或储能联合发电的方案,能够确保稳定的供电,分摊项目承包、运维及并网成本,扩大收入,从而提高可再生能源的灵活性。从系统的角度来看,联合方案提供低成本的电能和更好的供求匹配关系,提升各类可再生能源电源之间的融合性,将更多的可再生能源接入到电网中,为这一地区的风电发展创造机遇,因而具有明显的价值。世界各地都已有这样的案例。

2.海上风电制氢

氢是一种可运输的新能源载体,可以在运输和供热中取代化石燃料,并被用作工业生产过程中的低碳原材料。因为可以提供低碳转型的机会,氢能源在能源转型过程中被视为一项颠覆性的技术和关键的推动者。由可再生能源生产的、零排放的氢被称为绿氢。目前绿氢的成本很高,其生产面临着相当大的挑战。IEA预测,基于可再生能源成本的下降和氢气生产规模的扩大,到2030年,绿氢的成本可能会下降30%。利用风能等可再生能源制氢,可以使可再生能源的发电价格波动更低、电力系统更加灵活。在所有可再生能源制氢的方案中,海上风电制氢最有潜力。海上风电的高容量系数和不断下降的成本使之成为可再生能源制氢的最佳选择,绿氢为海上风能提供更多的市场增长机会。据测算,一个1吉瓦的海上风电项目可以生产足够的氢,为大约25万个家庭供暖。目前欧洲、澳大利亚已有不少绿氢项目正在规划建设中。

三、展望

全球海上风电现状及展望插图

短期来看,随着近几年内百余个海上风电项目陆续完工,海上风电在电力供应中的作用将日益增强。

从2020年到2024年的5年间,GWEC预计,全球新增海上风电装机将达到50吉瓦,累计装机将达到80吉瓦。到2024年,海上风电在全球年度风电新增装机中的占比将从2019年的10%提高到20%。IEA表示,到2025年左右,中国有可能超过英国,拥有世界上最大的海上风电装机规模。

从中长期来看,风能和太阳能将引领全球电力行业的转型,海上风电将在全球能源系统转型中发挥重要作用。

根据IEA的数据,到2040年,全球海上风电装机将至少增长15倍,成为万亿美元的行业,并帮助全球电力行业减少50亿吨到70亿吨的二氧化碳排放。根据目前的投资计划和政策,全球海上风电市场将以每年13%的速度增长,2030年前每年容量将增加20吉瓦,2030~2040年间将保持每年40吉瓦的增长速度。到2040年,欧洲地区的海上风电装机将从目前的约20吉瓦升至130吉瓦。如果欧洲到2040年实现碳中和,海上风电装机可能跃升至约180吉瓦,那么海上风电将成为该地区最大的单一电力来源,同时中国的海上风电装机将与欧盟的规模相当。

IRENA认为,到2050年,风能可以实现《巴黎协定》所制定的与能源相关的碳减排量的四分之一。为了实现这一目标,2050年全球海上风电累计装机应大幅增长至接近1000吉瓦,海上风电每年新增装机需要比现在增加10倍。除了欧洲海上风电装机增长之外,未来几十年内亚洲将成为推动风电装机增长的主导力量,成为海上风电的世界领导者。到2050年,亚洲海上风电装机容量将占到全球总量的60%以上,其次是欧洲(22%)和北美(16%)。届时,风电产业将提供超过600万个就业机会,与2018年的116万相比,高出近5倍。

作者: 清研网

清研网总编辑室

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