我国海上风电摸索步入“深远海”
2021年成为我国浮式海上风电发展元年，首批4个项目计划于今年年底前安装完成并试运行
6月8日，全球首台抗台风型浮式海上风电机组装配完成并测试下线，并在惠生海洋工程有限公司舟山基地装船下水。应用该浮式风机的三峡阳江沙扒项目将成为我国首个国家级浮式海上示范项目。据了解，目前，我国有首批4个浮式海上风电项目正在紧锣密鼓地进行，包括山东1个、福建1个、广东2个，2021年年底，我国将正式进入浮式海上风电项目示范阶段。业内人士表示， 2021年可以说是我国浮式海上风电发展元年，对于这一极具活力的新海工产业，未来之路要走得顺畅，还需全产业链共同努力，解决技术不成熟、标准缺失、成本高昂等难题。
水深了，如何让它浮起来
国际相关机构预测，在快速去碳化的背景下，到2030年，全球海上风电累计装机容量必须增加10倍，市场年增长率将达13%~15%，其中，海上风电产业投资规模有望达到1万亿美元。由于有的国家与地区开发及规划近海资源已接近饱和，而且，超过50米水深的海域有着更高的风速，也蕴藏着更巨大的开发潜力，因此海上风电进一步向深远海拓展成为必然。在日前举办的2021年海上风电产业发展高峰论坛上，中国船舶集团海装风电股份有限公司研究院综合能源所副所长廖雪松表示，50米以上深海风资源在海洋风资源中占据极大比例，在欧洲、日本，这一比例高达80%，在中国、美国，这一比例高于60%。随着海上风电向深远海拓展成为必然，浮式海上风电成为未来重要的发展方向。“水深了，就要让它浮起来。浮式海上风电可摆脱海底地质条件束缚，而且由于不受水深限制可拓宽海上风电适用海域，正在日益成为市场关注的焦点。”他说。
位于欧洲的全球首个商业化浮式海上风电场——Hywind已于2017年12月正式投运,标志着浮式风电机组已经从概念和试验走向应用。目前，欧洲是浮式海上风电发展的中心，占全球装机容量的一半以上。我国浮式海上风电发展处于初级阶段，首批4个浮式海上风电项目计划于今年年底前安装完成并试运行。中国船级社（CCS）王宾博士表示，这4个项目各由国家、地方或企业投资，特点是单机示范、多能融合、水深较浅、造价较高，且适逢抢装潮期间。据廖雪松介绍，中国海装承担的浮式海上风电项目是我国目前唯一一个水深超过50米的海上风电项目，水深达63米，风电产品为H152-6.2兆瓦（MW）抗台型Ⅰ类风电机组，浮式风电产品计划于今年9月下线，浮体计划于10月下水，项目位于琼州海峡东口的徐闻罗斗沙海域。
境内运营商在建风电安装船列表
浮式海上风机与可在海底打桩安装的近海风机的研制有很大不同，目前尚无成熟的一体化仿真设计软件，因此，要保障装备的安全性和可靠性，并降低设计与建造成本面临更大的困难。国内一些项目研发人员只能沿着以水动力为核心、以空气动力为核心的两条路径同步展开计算，再结合水池试验结果对两路径仿真模型进行修正，对比验证后确定计算结果及后期标准的计算模式，再进行研发设计。中远海运重工有限公司经营中心副总经理赵志坚表示，海上浮式风电装备是将海上风机与浮式海洋平台相结合而形成的一种新型发电装备，需要对风力发电和海洋工程两大领域的技术进行深度融合，其技术需要进一步突破，相关标准与规范的完善更是迫在眉睫。据王宾介绍，CCS目前已经编制完成《海上浮式风机平台指南》，将于近日发布。该指南涵盖了柱稳式（半潜式）、张力腿式（TLP）、深吃水单立柱式（SPAR）等目前常见的支撑结构型式，充分考虑了无人值守，事故后果不会造成重大海洋环境污染，浮式风电场具有大范围、大规模阵列排布特点等因素。
太贵了，成本如何降下来
让海上风电“浮起来”，除了面临相关技术及标准方面的难题，成本的高昂也是其无法绕过的一个坎儿。
“国内外企业订造的下一代风电安装船，由于吊高、可变载荷以及船舶尺度有一定差距，其造价也相差悬殊。比如国内三峡集团订造的2000吨自升自航式海上风电安装船造价约9亿元，而荷兰豪氏威马订造的Voltaire海上风电安装船造价则高达约30亿元。”金风科技股份有限公司海上业务总工程师宁巧珍认为，这充分说明，随着浮式海上风电场离岸更远、水域更深，海上风机尺寸更大，与之相关的安装运维装备也需要不断升级，而这种升级必然带来成本的成倍增长。
据了解，三峡2000吨风电安装船船长126米，型宽约50米，最大吊重2000吨，主钩吊高（主甲板以上）达到130米，可变载荷7000吨，可用于10 MW及以上海上风电机组安装；Voltaire海上风电安装船船长150米，最大吊重3000吨，主钩吊高（主甲板以上）达到165米，可变载荷14000吨。两艘船现在均在中国船厂建造。宁巧珍表示，为实现浮式海上风电机组吊装需求，国内市场需要更多2000吨级别的风电安装船，而且为了满足未来15MW以上机型的安装需要，国内海上风电安装船还需继续在吊高、吊重方面进行拓展。“因为吊高、可变载荷以及船舶尺度的增大，会大大提升海上风电吊装能力与效率，并进一步促进更大叶轮直径及单机容量的海上风电机组的出现。”宁巧珍认为，这是一个相互促进的循环，而且最终将促使浮式海上风电大踏步前进。据悉，今年2月，丹麦的维斯塔斯宣布推出V236-15.0MW海上风电机组，机组预计于2022年安装，2024年批量生产。目前，我国在12MW海上风电机组研制上已获得突破，并开始研制15MW海上风电机组。
境外运营商在建风电安装船列表
然而，更大的风电安装运维装备—更大的风电机组—更大规模的浮式风电市场，这既是一个相互促进的循环，在一定时间段内也是一个成本快速上升的过程。中国船舶工业行业协会高级工程师曹博表示，随着浮式海上风电进入商用阶段，能否降低因远海安装运维带来的高投资费用和运营成本是其能否持续发展的重中之重。
从以往海上风电成本下降的经验看，装机成本的下降是最重要因素之一。行业技术的提升、项目协同效应的显现可促进风机制造、安装成本的下降，但浮式海上风电目前还面临风机及相关装备技术和产业链不够成熟的问题，想短时间内从这方面降低成本还比较困难。
业内人士表示，对于浮式海上风电而言，能源链条的系统性开发及多元化发展将成为必然，而且很可能是其降低成本的一条可行路径。比如实现风能、太阳能、潮汐能、波浪能、潮流能、温差能等多能互补开发，综合利用；比如浮式海上风电用于海水淡化、海上制氢，也可自建微电网系统，为供油气平台、船舶、海洋牧场提供能源等。在这些方面，已有先例，而且有越来越多的国家和企业加入其中，如韩国就将投资432亿美元打造全球最大的8.2GW级浮式海上风电场，目标是建设集风、光、氢综合浮式海上风电场等。廖雪松表示，中国海装也已经在海底压缩空气储能、深远海渔业养殖、海水淡化、制氢、远洋平台的综合能源应用方面进行积极布局。
浮式风电市场：看得见还要抓得住
由于深水海域面积广阔、风能资源丰富，浮式海上风电有望成为一个比固定式海上风电更大的市场。虽然市场大，但投入也大，风险也高。参与其中的相关政府与企业恐怕需要从长远角度来看待浮式海上风电市场的发展潜力和盈利能力。这一“长远角度”的意思不仅包括要甘冒资金投入巨大、回报周期长，技术路径、盈利模式不确定带来的风险，而且包括面对变化随时做好进行转向与创新的准备。
相比陆上风电，海上风电的成本更高，目前，已有的海上风电项目均依靠政府补贴运行，离平价上网的目标还有距离。而浮式海上风电则比目前位于近海、浅海的固定式海上风电的成本更高。浮式海上风电场远离海岸，受到严酷海洋环境的影响大，对相关装备安全性、可靠性、大型化的要求更高，电网连接和电力基础设施建设的要求更高，这均导致其初期成本高昂。而远离海岸、天气和海况因素影响加剧等也导致中期、后期安装及运维成本的大幅增加。这使得浮式海上风电的盈利成为一个较大的难题。然而，由于深远海风能丰富，未来可实现更大规模发电，在减碳大业中扮演更为重要的角色，其值得得到相关政府的支持和培育，以及企业的长期投入。另外，虽然短期来看成本很高，但更大规模的市场也更容易实现成本的降低，并最终实现平价和盈利。因此，有减碳需求的国家、有战略眼光的企业可尽早布局，积极进入。
对于想参与其中的船舶企业而言，按照浮式海上风电特点、顺应浮式海上风电发展趋势展开技术创新与攻关是当务之急。浮式海上风电场离岸远，因此，需要相关船舶具备更高的航速及运载能力，以缩短航程时间、提升人员与设备的运输效率；浮式海上风电场位于海况更复杂的深海海域，所以风电安装装备需要更高安全保障、允许更高浪高限制；浮式海上风电本身是减碳大业中的重要一环，那么，其装备动力的环保化顺理成章将成为发展趋势，混合动力海上风电装备占据主导将是迟早的事。根据这些特点与趋势，相关船舶企业应未雨绸缪，积极创新，才能抓住市场机遇。当然，在技术创新与攻关的过程中，相关船舶企业还需充分考虑降低装备成本、为风电场增效降本，从而促使浮式海上风电产业早日形成成熟盈利模式并进一步发展壮大，也让自己早日成为这一新兴市场的获益者。（李琴）
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