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行業動態

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全球海上風電未來發展展望

發布日期:所屬欄目:行業動態

2018年全球與能源相關的二氧化碳排放量達到歷史新高,化石燃料發電量仍占發電總量的近三分之二。隨著全球能源體系電氣化進程的推進,對清潔、廉價的低碳技術的需求比以往任何時候都更加迫切。

國際能源機構(IEA)與各國政府、行業和研究機構合作,對海上風能進行了迄今為止最全面的全球研究。根據目前風電現狀和政策規劃,全球海上風電在未來20年將增加15倍,成為價值1萬億美元的業務。

國際能源機構的最新報告《Offshore Wind Outlook 2019》列出了海上風電的現狀、潛力以及持續發展需要克服的挑戰,意在為各國海上風電發展指明道路。

海上風電現狀

1、裝機容量

2018年,全球海上風電裝機容量新增4.3GW,總裝機容量達23GW。自2010年起每年增長接近30%。見圖 1。



1 2010~2018各國每年海上風電裝機容量增加量


2018年,全球超過80%的海上風電位于歐洲。英國約8GW,占總量的三分之一。德國為6.5GW,丹麥、荷蘭和比利時共計3.6GW。而起步相對較晚的中國已經擁有3.6GW的海上風電裝機容量。見圖2。




2 2018年各國海上風電裝機容量及其在本國電力供應中的占比


2018年,全球海上風電僅占電力供應總量的的0.3%,中國海上風電僅占中國電力供應總量的0.1%。

2、行業投資

海上風電行業投資額從2010年的不到80億美元增長到2018年的近200億美元,占全球風電投資總額的近四分之一,占可再生能源投資的6%。

3、風電市場

目前歐洲公司占據著海上風電市場的主力地位,見表1。丹麥Φrsted公司擁有最大的市場份額,并積極開拓美國和亞洲市場。德國萊茵集團(RWE)在收購萊茵創新公司(E.ON and Innogy)后,鞏固了其在海上風電市場的份額,現在是世界上第二大海上風電運營商。

中國企業的市場份額越來越大,龍源電力集團(China Longyuan Power Group)和中國三峽集團公司(China Three Gorges Corporation,簡稱CTG)兩家中國國有企業目前市場份額約為7%。

1 2018年海上風電行業中市場主要參與企業




4、技術發展與性能

1)風電機組

1991年第一臺海上風電機組在丹麥沿海安裝完成,海上風電技術取得了巨大進步,主機廠商主要聚焦于開發更大、性能更優異的風電機組。商用風電機組葉尖高度從2010年的100多米(3MW)增加到2016年的200多米(8MW)。GE12MW風電機組預計將達到260米左右,行業的目標是在2030年建成更大的15-20MW風電機組。雖然大尺度風電機組也會對基礎結構、安裝等帶來不便,但它也減少了運行和維護成本,最終降低電力成本。見圖3。




3 最大商用風電機組的發展

2)容量系數

風電機組容量系數指統計周期內風電機組實際發電量和該機組額定理論發電量的比值。與其他可再生能源相比,海上風電具有更高的容量系數。2018年,全球海上風電機組的平均容量系數為33%,而陸上風電機組的平均容量系數為25%,太陽能光伏發電的平均容量系數為14%。展望未來,海上風電在中等風速條件下的容量系數預計將超過40%,在優質風資源地區將超過50%。見圖 4、圖5。




4 各地域不同能源形式年均容量系數參考值



5 各地域海上風電及光伏發電最近項目中周平均容量系數仿真值


3、能量變化率

與陸上風電和光伏發電相比,海上風電具有更低的能量變化率。海上風力發電的小時變化率為20%,光伏發電為40%。見圖 6。




6 不同新能源形式電力輸出的小時變化率范圍仿真值

5、成本與成本構成

2018年已完成的海上風電項目的全球平均投資成本為每千瓦4353美元,度電成本(LCOE)低于140美元/兆瓦時(MWh),見圖 7。最近的競標結果顯示,海上風電的成本正在迅速下降。




7 海上風電各部分的投資占比以及2018年已完成項目的度電成本參考值


其中,風電機組約占前期總投資成本的30~40%,電力傳輸和海上變電站約占20~30%,安裝費約占15~20%,基礎約占20~25%。在現有的海上風場中,單樁約占80% (WindEurope, 2019),且有在55~60米的深水中推廣的可能,水深再增加將使用導管架基礎,該基礎目前使用量僅次于單樁。近年浮式風機發展也很迅速,部分進入商業試運營階段。


2040年海上風電發展展望

1、全球發展展望

在政策支持和成本下降的驅動之下,未來20年,全球海上風電市場將迎來顯著擴張。據Stated Policies Scenario預測,全球海上風電裝機容量從2018年到2040年將增加15倍,每年以13%速度增長。到2040年,全球海上風電裝機容量將增至約560GW。見圖8、圖9。

注:Stated Policies Scenario簡稱為STEPS,Sustainable Development Scenario簡稱為SDS。




8 已規劃的全球海上風電容量及電力供應占比



9 2019~2040年海上風電、燃氣發電、燃煤發電的累計投資額


根據STEPS預測,到2040年,海上風電將占全球電力供應的3%。這一數據在SDS中為5%。

2、地域發展展望

由于政策和沿海條件關系,海上風電的發展將主要集中在六個地區:歐盟、中、美、韓、印、日,見圖10。




10 各地域安裝的海上風電裝機容量



2 2030年各地域海上風電政策目標


STEPS預測,歐盟將繼續作為海上風電領軍者。到2040年,占全球海上風電市場近40%的份額,裝機容量將增至近130GW,為歐盟提供超過六分之一的發電量。

SDS的預測比STEPS40%,到2040年,歐盟裝機容量將達175GW,累計投資將達5000億美元,年投資230億美元,占歐盟總供電量的五分之一,并超過陸上風電和核電,成為歐洲最大的電力來源。見圖11。




11 2018~2040年歐盟海上風電展望



3 歐盟海上風電政策目標


STEPS預測,中國到2025年海上風電將超越英國,2030年后,由于海上風電的平價化,更是將以平均每年6GW速度穩定增長。20192040年這20年間,中國海上風電年平均投資額將達到90億美元。

根據SDS預測,到2040年,中國的裝機容量將達到近175GW,與歐盟的海上風電規模相當。從2019年到2040年,中國年平均投資額將達130億美元。2030年左右,海上風電成本將與煤電相當,這將是支持中國持續長期增長的一個關鍵里程碑。見圖12。




12 2018-2040年中國海上風電展望



4 中國十三五計劃中各省海上風電政策目標


在接下來的二十年里,美國的海上風電容量將顯著增長。根據STEPS預測,美國到2040年將增加近40GW的海上風電,在此期間相關投資總額將達到1000億美元。海上風電將占美國電力供應的3%以上。SDS的估計更為樂觀。見圖13。




13 2018~2040年美國海上風電展望



5 美國海上風電政策目標及政策支持


3、新興市場

海上風電將在中國以外亞太地區蓬勃發展。根據STEPS預測,到2040年,韓國、印度和日本三國的海上風電裝機容量將接近60GW。它們占全球海上風電累計投資的六分之一,相當于未來20年平均每年有超過60億美元的投資。在SDS中,這一數據接近100億美元。

亞洲以外的一些國家也正在積極評估它們的海上風能資源。巴西、南非、斯里蘭卡和越南等一些具有巨大海上風能潛力的國家,也對海上風電行業表現出強烈發展意向。

4、海上風電成本、價值、競爭力

海上風電的長期前景在很大程度上取決于它與其他電力來源的競爭力。這種競爭力最終以度電成本(LCOE)進行衡量。

1)投資成本

歷史數據顯示,全球容量每翻一番,投資成本就下降15%。預計到2030年,全球海上風電(包括輸電)的前期平均投資成本將降至2500美元/千瓦以下,比目前的平均水平低40%以上。到2040年,全球海上風力發電的平均成本預計將降至1900美元/千瓦。

STEPS中,除輸電成本外,2018年全球海上風電項目的前期投資成本平均約為3300美元/千瓦,預計到2030年將降至1500美元/千瓦,到2040年將降至1000美元/千瓦以下。這意味著,到2040年,在海上風電成本構成中輸電成本與投資成本相當。見圖14。




14 除傳輸成本以外的海上風電投資成本(包括歷史數據及預測數據)


2)離岸傳輸成本

目前的海上風電呈現出向深遠海發展的趨勢,這樣一來則凸顯出電網連接和管理電網連接相關法律法規的重要性。見圖15。



15 各國海上風電平均離岸距離


目前的電力傳輸有交流傳輸和直流傳輸兩種傳輸方式。交流輸電在短距離傳輸中有成本優勢,但在長距離傳輸中,高壓直流(HVDC)傳輸則更具成本優勢。見圖16。




16 不同傳輸距離下交、直流高壓傳輸前期投資成本參考值


目前,電力傳輸成本約占海上風電成本的四分之一,隨著離岸距離的增加,其在總成本中所占的比重還將繼續上升甚至達到總成本的二分之一。電力傳輸技術的發展,將是支持海上風電新項目成本降低的關鍵。

3)運營和維護成本

與投資成本類似,運營和維護正在經歷重要歷史發展時期。數字化帶來了新的監測技術,隨著更多新技術的發展應用,將導致成本持續下降。2018年,全球海上風電的平均運營成本約為90美元/千瓦,預計到2030年將下降三分之一,到2040年將下降至50美元/千瓦。中國等海上風電發展較為發達的地區,其運營成本將更低。見圖17。




17 各地域海上風電新項目年平均運營維護成本


4)度電成本

隨著全球海上風力發電的持續發展,海上風電各部分成本都將下降。包括風電機組、基礎、傳輸、安裝和運營管理等在內的各個方面。

將前面描述的所有成本要素綜合,可以用度電成本(LCOE)來綜合衡量。到2030年,全球海上風力發電的平均LCOE將從2018年的140美元/MWh水平下降到90美元/MWh,下降近40%,到2040年將下降近60%,接近60美元/MWh?;谙嗤某杀竞托阅軈?,若采用低成本融資,成本將再降30%。

5)海上風電的系統價值

海上風電的高容量系數和廣泛應用使得它有與核電和燃煤發電等技術相媲美的發展潛力。

海上風電的價值一般高于陸上風電,并且比陸上風電和光伏發電更穩定。因為海上風電的持續輸出性,使得即使海上風電的份額增加,它的能源價值仍然相對穩定。見圖18。



18 STEPS中各地域不同新能源形式相對于總電價的能源價值


海上風電有力保證電力供應充足,其容量的30%可以滿足穩定需求,遠高于陸上風電和光伏發電,這也減少了對其他能源投資需求,如燃氣電廠投資。

目前北海風電中心也在考慮將海上風電與儲能系統相結合,這樣可以進一步提升海上風電系統供電可靠性。多種儲能方式均在開發過程中,如電池和蓄熱。根據SDS預測,儲能功能的增加,會使全球可再生能源的比例提高到40%,一些地區的比例還會更高。

由于海上風電高容量系數特點,在適當的激勵措施下,海上風電還可以為電力系統提供靈活的供電服務,根據需求提高或削減供電量。而且,未來數字化技術進步將會使得風電場靈活供電更有經濟性。

海上風電也可以用來生產制氫,提供一種零碳燃料,可用于提高電力系統的靈活性,或用于工業、煉油和運輸等行業來降低碳排放。

縱觀全球海上風電發展趨勢,結合我國需求、政策、基礎條件等實際特點,國內海上風電的未來有如下展望:

1、海上風電市場保持樂觀

雖然面對海上風電平價上網的壓力,國內海上風電市場將依然會保持樂觀。主要原因一是地方政府出臺補貼和激勵政策,鼓勵海上風電發展,帶動就業和GDP增長,這其中以廣東最為突出,浙江、山東后來者也在大力發展海上風電;二是產業鏈各參與方也在想辦法降低各環節成本,保證海上風電可持續發展。

2、總投資成本下降直接源于政策倒逼

基于歷史統計數據可以預測未來總投資成本下降,其中政策引導和倒逼是重要因素。海上風電上網電價降低,為保證收益水平,業主必然降低投資成本,進而倒逼產業鏈各參與方提升技術水平,降低利潤空間。

3、直流輸電是趨勢

海上風電規?;_發,離岸距離越來越遠,直流輸電必然是趨勢。江蘇已計劃建設直流輸電,后期廣東粵西陽江海域,粵東海域的深遠海風電場將大概率采用直流輸電。

4、數字技術助力智能風電場建設,運維成本持續降低

國內智慧海上風電場將迅速發展,例如:可通過數字技術應用,實現風電場“無人值班,少人值守”;通過智能監控,實現機組狀態分析和預警;通過智能運行管理和線上流程,實現運維效率提升;通過水下資產管理,保證設施安全;通過智能庫存,實現備件最優化等。

5、度電成本持續下降,推動海上風電直接交易

在海上風電實現平價上網后,產業鏈上技術將持續進步,產生更大的利潤空間,必然會引起度電成本的持續降低,基于電網改革有望實現海上風電的直接交易。



信息來源:千堯科技

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