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漂浮(fú)式海上風電“藍海”

2022-06-07
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法國總理卡斯泰3月(yuè)14日宣布,啟動在地中海沿岸建設兩座漂(piāo)浮式海上風電場的招標程序。這兩座風電場(chǎng)項目預計將於2023年定標,2030年前投入使用。兩座(zuò)海上風電(diàn)場裝機容量(liàng)均為250兆瓦(wǎ)(MW)。此外(wài),根據“法國2030”計劃,法國將投入3億歐元(yuán)專項資金用於發展漂浮式海(hǎi)上風電(diàn)。

韓國南(nán)部電(diàn)力公司3月15日也宣布,已在其位於韓國釜山的總部大樓內與殼牌(pái)公司簽署(shǔ)業務合作協議,雙方將(jiāng)攜手在距離蔚山(shān)市65公裏的海(hǎi)域開發漂浮式海上(shàng)風電場。涉及到的海上風電項目群整體容量為1.3吉瓦(GW)。

在漂浮式海上風機出現之前,傳(chuán)統固定式風機由於設計局限,使得海上風電場必須建在相對較淺的水域中,並靠(kào)近陸地。漂浮式風電則允許在海上幾乎任何(hé)地方部署風(fēng)力渦輪機,可(kě)最大限度地利用海上風能潛力,開拓可開發的(de)海域範圍。

隨著越來(lái)越多的(de)國家進軍漂浮式海上(shàng)風電(diàn)(以下稱“漂浮式(shì)風電”或(huò)“浮式風電”)領域,多家行業研究機構預測認為,漂浮式海上風電有望成為全球海上(shàng)可再生能源的重(chóng)要組成部分,4月4日全球風能理事會(GWEC)發(fā)布的最新(xīn)全球風(fēng)能報告稱,漂(piāo)浮式風電是“改變海上風電遊戲規則的關鍵之一,並很快會將風能(néng)帶到新的紀元”。

全球風能理事會對浮式風電未來預測樂觀

2020年全球風能理事會(GWEC)發布的全球風能報告預(yù)測,漂浮式海上風能將從(cóng)2020年的17MW增(zēng)長到2030年的6.5GW。一年後,該報告的迭代版本將2030年的(de)預測上調10GW至16.5GW。

2009年,世界上第一台兆瓦級海(hǎi)上浮式風力發(fā)電機組由(yóu)挪威的Equinor並網發電(diàn),截至2020年底,全球隻有73MW的浮式風力發電機(jī)組在運行。雖然目前漂浮式(shì)海上風電裝機容量僅為全球風電裝(zhuāng)機容(róng)量的0.1%,但GWEC預測,2030年新(xīn)增漂(piāo)浮式海上風電將占該年全球新增風電裝機容量的6.1%。

在預測的16.5GW漂浮式海上風能裝機容量中,GWEC認為隻有7.1%(1.2GW)的裝機容量將(jiāng)在2021-2025年建成;大部分新增裝機容量將從(cóng)2026年開始上線,屆時很可能達(dá)到每(měi)年吉瓦級別的裝機容量增長水平。

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(zǒng)裝機容量的40%,2050年全球海上風電(diàn)的裝機(jī)容量將達到1748GW,其中漂浮式海上風電有望(wàng)占海上風電裝機容量總量的15%,即264GW。

離岸65公裏以上、水深50米以下在海上(shàng)風電行業可算深遠海區域。世界上(shàng)80%的海上風資(zī)源位(wèi)於水深(shēn)超過60米的海域(yù)。由於近海風電資源相對有限,資源開發趨於飽和,且(qiě)受限於近海養殖、漁業捕撈、運(yùn)輸航線等用海需求限製(zhì),加大深(shēn)遠海(hǎi)海上風電開發力度已成趨勢。

DNV認為,技術(shù)開發將使得(dé)浮式風電(diàn)的平準化度電成本(LCOE)在2025年降至(zhì)100USD/MWh以下,在2050年將降至40USD/MWh以下。


漂(piāo)浮式海上風(fēng)電“藍海”

來源(yuán):Acteon

漂浮式(shì)基礎(chǔ)的概念來源於深海油氣開發平台(tái),漂浮式海上風電(diàn)的設計(jì)思路很大程度借鑒了(le)油氣領域的技術積累,目前漂浮式海上風電的基礎類型主要包括四大(dà)類,分別是(shì)半潛式(Semi-submersible)、單柱(zhù)式(Spar)、張力腿(TLP)和駁船式(Barge)。

知識卡片

單柱式被認為是(shì)最簡單(dān)的,適用於海平麵相(xiàng)對高的地(dì)區,對土壤(rǎng)條件不敏感,缺點是成本高,係泊繩索(suǒ)較長,吃水深,限製船舶進(jìn)出;半潛式具有良好的穩定性,通過在水平麵廣泛分布浮力來實現穩定性,安(ān)裝和拆除簡單,但占(zhàn)地麵積大;張力腿式通過使用係(xì)泊繩索張力來實現穩定(dìng)性,通常需要(yào)專(zhuān)門(mén)建造的安裝船,穩定性高,運動性低,具有良好的深水靈活性,占地麵積小,係泊繩索短,但有複(fù)雜(zá)而昂貴的係泊和錨(máo)定係統,使其成為最昂貴的基(jī)礎類型(xíng);駁船(chuán)式可以使用鋼筋和混(hún)凝(níng)土,方便尋找材料,但是特別容易(yì)受(shòu)到海浪影響,要求有更強大的係泊係統,複雜性增加。

GWEC認為,可以根據不同的地理環境選用不同的浮式風電的基礎類(lèi)型,同時當地的人文(wén)地理條件、基礎設施、渦輪機設計也會在基礎類型選擇中發揮作用。

GWEC Market Intelligence數據顯示,截至2021年7月,全球浮式(shì)海上風電裝機容量中單柱式占比最高。然而,在目(mù)前正在開發的示(shì)範方案中,近三(sān)分(fèn)之二的方(fāng)案選擇半潛式基礎類型。

在全球處於不同開(kāi)發階段的浮式風電中,半潛式占比(bǐ)最高,為64%,其次是占比為13%的(de)單柱式和占比為10%的(de)駁船式(shì)。張力腿式在淺(qiǎn)水和深水(shuǐ)具有更(gèng)好的靈活性,不過其目前的市(shì)場份額因安裝複雜而相對較低(dī),隻有7%。

同時(shí),新的基礎類型技術方(fāng)案(àn)和樣機仍在持續(xù)湧現,漂浮式海上風電技術路線尚未完全(quán)定型。

挪威最(zuì)新研製的漂浮式多(duō)渦輪海上風電係統,將數十台1MW的風(fēng)機設置(zhì)在一張大的(de)金(jīn)屬“帆”上,設計(jì)壽命為50年,以(yǐ)期加速浮式海上風電和深遠海上風電的經濟性。

日本(běn)多家公司則計劃聯合開展張力腿式(TLP)浮動大兆瓦級風機技術研究,目標在2030年左右實現該技術的商(shāng)業化應用。日本Toa製造公司等公司(sī)聯合成立了海(hǎi)上(shàng)浮式風電(diàn)基礎(chǔ)產業鏈聯盟(méng),旨在開發一條海上浮式風(fēng)電基礎(chǔ)產業鏈,降低各個方麵的成本。

全球浮式(shì)風電進(jìn)入商業開發階段

近(jìn)年漂浮式風電樣機推出速(sù)度加(jiā)快。2009年,挪威國家石油(yóu)公司Equinor率先開展了全球首台海上浮式風機樣機(jī)實測項目,該項目采用單柱型基礎,距離挪(nuó)威西南海岸線10km處,單機容量2.3MW,水深約200m,總投資約4億挪威克朗(約折合人(rén)民幣2.93億元)。之後,葡萄牙、日本、法國、西(xī)班牙、韓(hán)國、中國等國家也紛紛推出漂(piāo)浮式樣(yàng)機(jī)。

2021年,全球(qiú)最大(dà)的4.8萬千瓦英國海上浮式風電Kincardine項目成功並網,表明大規模商業化海上浮式風電開發已初步具備可行性(xìng)。從海上浮式風電項目規劃情況來看(kàn),單(dān)項目裝機容量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

多(duō)個研究機構判斷,從全球來看,漂(piāo)浮(fú)式海上風電(diàn)已經從示範項目開始進入商業開發階段。

據平安證券報告,多(duō)個國家都在醞釀大型漂浮式海上風電項(xiàng)目。目前漂浮(fú)式海上風電發展相對(duì)領先的是歐洲和日本,韓國快速(sù)跟進,中(zhōng)國和美國開始布局。在當前能源低碳轉型以及能源安全備受(shòu)關注的背景下,結合當前技術儲備情況,漂浮(fú)式海上風電(diàn)呈現加快發展的(de)態勢,部分國家推出專項資金以(yǐ)支持漂浮式海風發展。

歐洲是漂浮式海上(shàng)風電發展較早的區域,英國、法國、葡萄牙(yá)、挪威等國家均已推出漂浮式樣機項目(mù);日本也較(jiào)早開展漂浮式海上風電樣機驗證,韓國近年積(jī)極跟進,日本和韓國海域水深條(tiáo)件較(jiào)為適(shì)合發展(zhǎn)漂浮式海上風電;中國的(de)樣機推出時間相對較晚,主要位於水深相對較深的南海區域。

GWEC多份報告顯示,根據基礎自(zì)然條件,以及各國政府的能源發展規劃,在選(xuǎn)址方麵,漂浮式海(hǎi)上風電的最(zuì)佳地點是歐洲、日本、韓國、南非(fēi)、澳大利亞、新西蘭、阿根廷(tíng)、智利、美國西海岸和(hé)中國南海海岸。


漂浮式海上風電“藍海”

世界漂浮式海上風電資源(yuán)地區  來源:Q FEW

GWEC認為,截至目前,英國(guó)、葡萄牙、日本、挪威(wēi)和法國是(shì)漂浮式海上風電裝機容量最大的五個市場,但預計情況將發生變(biàn)化(huà),在未來十年,韓國、日本、挪威、法國和英國可能成(chéng)為排名(míng)前五的漂浮式海上風電市場。

GWEC預計,歐洲(zhōu)將占漂浮式海上風能2021-2025年新增裝機量的68.2%,其次是(shì)亞洲(21.4%)和北美(10.4%),而在2030年底的漂浮式海上風能裝機容量中,歐洲將以47%的市場份額保住全球最大浮式風電市場的頭銜,緊隨其後的是(shì)亞洲(45%)和北美(měi)(8%)。

和油氣行業彼此成就。

由於漂浮式風電與油氣領域技術的相關性,油氣巨頭對漂浮(fú)式風電也頗有興趣。

GWEC認為,2021年石油和(hé)天然氣巨頭在漂(piāo)浮式風電領域有進一步突破。歐(ōu)洲大型石油和天然氣(qì)公司在(zài)不少歐洲和北美海上風電項目拍(pāi)賣中取得勝利,還贏了大西洋兩岸的海底租賃招標,這些公司(sī)都擁(yōng)有不凡的海(hǎi)上工程技術和財務實力。

在中國,中海油旗下海上風電開發公司中海油融風能源有限公司目前正在(zài)推進深遠海浮式風機國產化研製及示範應用項目(mù),項目位於中國南海海域,風機設備已在2021年底完成招標。

中海油研究總院新能源電氣工程師車久瑋曾在接受(shòu)媒體采訪時表示,海上浮式(shì)風電和深遠海上風電對油氣公司的吸引力,主要在於其傳統的油氣浮式平台技術和裝備可以最大程度地轉化到海上風電項目的建設中,特別是海洋工程、深水開發和鑽井(jǐng)技術,這使得在未來(lái)碳稅和能源轉型背景(jǐng)下盈利壓力較大的深水(shuǐ)油氣行業有了一條切實可行的轉型之路。

中(zhōng)海油的一份研究報(bào)告顯示,中海油在海上油氣平台已完成了相關浮式基礎的設計(jì)、建造及運營,擁有1500米水深以淺除單柱式(shì)(Spar)以外的全部基礎類型的應用,具(jù)備短時間內完(wán)成示範項目的優勢。

更讓油氣企(qǐ)業感興趣的是,漂浮式風電可以通過海上(shàng)分散式浮(fú)式風電為油氣生產設施供電,進而解決當前(qián)海上油氣供電模式存在的問題,探索“孤網”供(gòng)電模式。

目前海上油氣設施由於離岸較遠,通常采用燃料發電機為孤網完成供電,單個平台電力負荷在(zài)1.5-10MW之間,平台間通(tōng)過海纜實現組網,由一個或多(duō)個中心平台向周邊井口平台供電,電網總電(diàn)力負荷可達100MW以上。

前述(shù)報告分析,該供電模式目前主要存在三個(gè)的問題,一是發電成本較高,平(píng)台通常配置5-30MW燃氣透平發(fā)電機,大多數需要進口,價格高昂;二是電站低利用(yòng)率和擴展需求並(bìng)存,很多時(shí)候存在項目前期電站利用率偏低、後期需(xū)要動員大型浮吊再(zài)次安裝新電站擴展(zhǎn)電網容量的情況;三是燃料發電需燃燒天然氣、柴油、甚至是原油,造成燃料成本高昂的同時,也需要排放大量的(de)二氧化碳。

這(zhè)份研究報告認為,合理利用分散式浮式海(hǎi)上風電(diàn)為油氣平台供(gòng)電,可以很好地解決以上這三個問題。中海油在中國海域擁有200餘座海上油氣生產設施,電量(liàng)需求超(chāo)過1200MW,海上油氣設(shè)施的綠色電力需求更大。

國內漂浮式風電有望(wàng)“後發先至”

根據我國(guó)國家氣候中心的研究,我國深海風資源(yuán)總量約10億千瓦,相當於兩倍的近海風(fēng)資(zī)源,發展(zhǎn)潛力巨(jù)大。同(tóng)時,隨著(zhe)采用固定基礎的海上風電基本實現平價,國內漂浮式海上風電的發(fā)展進程有望加快。

我國首個漂浮式風電機組已於2021年實(shí)現並網。2021年7月(yuè),由三峽集團投資建設的國內首台漂浮式海上風(fēng)電平(píng)台——“三峽引(yǐn)領(lǐng)號”在廣東陽(yáng)江海域成功安(ān)裝並實現並網。

2021年12月10日(rì),由中國海裝(zhuāng)牽頭聯合中國船舶集團內多(duō)家成員單位自主研製的“扶搖號”浮式風電機組浮體平台成功下線。下(xià)線的浮體平台將搭載中國海裝6.2MW海上風電機組,將於2022年年初在廣東省湛江市徐聞羅鬥沙海域完(wán)成示範應用。

龍源電力漂浮式樣機工(gōng)程也正在建設過程中。龍源電力漂浮式(shì)示範(fàn)項目依托於建莆田南日島400MW風電項目,擬安裝單機容量4MW的漂浮式風力發電機(jī)組樣機1台,所處水深(shēn)大概35米,采用1回35kV動態電纜與鄰近機位的固定式(shì)風力發電機組連(lián)接,並接入海上升壓站。該基礎平台采用半潛式,該項目將與(yǔ)水產養殖進行融合,也計劃於2022年完成示範工(gōng)程建設(shè)。

此外,中國大唐集團有限公司、中國廣核集團有限公司、國(guó)家電力(lì)投(tóu)資集(jí)團有限公司也加速進入海上浮式風電市場。明陽智慧能源集團股份公(gōng)司等整機廠商已提出研發16兆(zhào)瓦級大型浮式風電機組,加速推(tuī)動工程化示範與商(shāng)業化(huà)應用。

據平安證券分(fèn)析,國內樣機主要采用(yòng)半潛方案,由於海域的水深情況(kuàng)不同,國內正在推進的漂浮式樣機主要采(cǎi)用適應水深條件相對較淺的三立柱半潛技術方(fāng)案。不同於歐洲和日本常(cháng)見的(de)獨立樣機的模式,國內推進的漂浮式樣機與采用(yòng)固定基礎的大型海上風電場相(xiàng)連(lián),成為大型海上風電場的一個風機單元,有利於降低樣機的並網相關(guān)成本(běn),同時運行情況具有較好的可對比性。

基於海洋工程和固定式海上風電的積累,漂浮式海上風電具有較好的供應鏈基礎。多份研究報告顯示,國內傳統海工行業(yè)目前對於浮式風機基礎的設計、建造、安裝及調試能提供較齊全的供應鏈,再結合海洋浮式油氣平台的經驗,以國內現有資源為主(zhǔ)導,完全能夠順利完成(chéng)浮式風機基礎的設計、建造、安(ān)裝、調試以及智能(néng)化孤網供電。

漂浮式海上風電的核心製造環節包括風電機組(zǔ)(含塔筒)、浮式基礎(chǔ)平台、係泊係統和動態(tài)海纜。風(fēng)機方麵,漂浮式海上風電供應商與固定基礎海上風電的風機供應商(shāng)重疊,國(guó)內仍以明陽智能等頭部風機企業為主;國內開展了多年的海上油氣平(píng)台用臍帶纜的研發,已基本掌握(wò)油氣用動態海纜的設計技術,可一定程度嫁接至漂浮式(shì)海上風電;浮式平台和係泊係統的供應商與海洋工程基本重疊。較(jiào)為完善的供應鏈體(tǐ)係為未來漂浮式海上風電的加快發展奠定堅實基礎。

平安證券認(rèn)為,國內雖然起(qǐ)步相對較晚(wǎn),但國內具有全球最大的海上風電市場以及競爭力突出的製造產業,通(tōng)過借鑒歐洲經驗並自主創新,國內漂浮式海上風電有望快速進步,複製固定式海(hǎi)上風電的發展軌跡,實現後發先(xiān)至。

從成(chéng)本角度,由於漂浮式海上風電(diàn)主要的製造環節為風電機組、漂浮式基礎及錨鏈,國內相對歐美具有(yǒu)明顯的成本優勢。據中國海裝預測(cè),到2025年,國內漂浮式海上風電可能達到相對有競爭(zhēng)力的成本水平,投資成本有望降至2萬元/千瓦左(zuǒ)右,預計在2030年(nián)前後(hòu)降至與固定式海上風電相當的水平(píng),達到1-1.5萬元/千瓦。

同時,在我國,福建、廣東、海南、台灣等省都有大幅高風速深水海域適宜開發浮式海上風電的海域;在離岸較遠(yuǎn)的專屬經(jīng)濟區浮式海上風電與漁業、氫能等一體化開發(fā)也具(jù)有可觀的應用(yòng)前景。

 來源:南方能(néng)源觀察  

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