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深远海风电开发:漂浮式技术能否成为未来主导?

创作时间:
2025-03-12 09:55:57
作者:
@小白创作中心

深远海风电开发:漂浮式技术能否成为未来主导?

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1.
https://m.xianjichina.com/special/detail_549436.html

随着全球能源转型的加速,深远海风电开发已成为各国竞相布局的领域。其中,漂浮式风电技术作为开发深远海风能的关键,正展现出巨大的发展潜力。本文将从技术原理、市场前景、政策支持以及成本分析等多个维度,全面解析漂浮式风电技术的发展现状与未来趋势。

漂浮式风电方案是深远海风电发展的必然选择。目前全球投入运营的漂浮式风电项目以示范性项目为主,商业化运营的项目较少。GWEC预计,到2030年全球漂浮式风电市场将达16.5GW,2030年后漂浮式风电发展速度将加快。

我国多地正在积极布局深远海海上风电示范项目,沿海各省出台一系列促进深远海海上风电发展的政策方案。山东、江苏和广东地区的风资源及发电情况较好,政策扶持下海风产业前景光明,漂浮式风电市场有望受益。目前国内已完工的漂浮式风电示范项目有4个,我国漂浮式风电累计装机容量达到22.95MW,占全球总装机容量的10%。

漂浮式海上风电

漂浮式海上风电是一种利用海洋风力资源发电的技术,其风力发电机安装在漂浮的平台上。

与固定基础的海上风电机组相比,漂浮式风电机组可以安装在更深的海域,离岸距离超过35公里,甚至可达到60公里。

漂浮式风电系统主要由上部风机、漂浮式平台、锚泊系统、动态海缆等部分组成。漂浮式基础通过系泊系统与海床相连,摆脱了复杂海床地形以及复杂地质的约束,受水深影响小,且同一海域的若干台风机基础可做成标准型式,可以大幅提高建造效率、降低开发成本,运维也较为便利。

海上风电由近海向深远海挺进,海上风机支撑的结构由固定式向漂浮式变化。漂浮式和底部固定的风电项目所用风机完全相同,区别在于风电支撑基础的不同,漂浮式风电基础是机组赖以维持稳定工作的平台,主要有以下四种形式:

1)立柱式:平台呈现圆柱形,吃水较大,运用水深需大于100米。主体结构由浮力和压载舱、过渡段、系泊系统组成,通过压载舱促进平台的浮心高于重心,保持良好的稳定性。立柱式基础安装和大部件更换相对困难,对工作水深有较高要求。

2)半潜式:主体结构多为三、四浮筒结构,通过对各浮筒压舱程度调节保持平衡。适用水深大于40米,设计灵活,运输安装难度较小,可采用湿拖法运输,技术较为成熟,我国目前大部分漂浮式风电基础均运用半潜式。

3)张力腿式:基础控制平台的浮力大于自重,借助锚固在海底的拉索维持稳定,通过向下的系泊张力平衡浮体向上的超额浮力。安装过程较复杂,张力腿结构造价较高,适用水深大于40米。张力腿式平台水平方向易受到波浪和水流作用力,形成面内横荡、首摇、纵荡运动。

4)驳船式:呈现四边形中间镂空结构,类似于船型,良好的阻尼作用改善整体运动性能。适用水深大于30米,结构形式简单,便于批量化组装,稳定性较好,建设成本较低,可采用湿拖法运输。驳船式平台重心较高,对波频相应较为敏感,需对平台运动频率进行优化。

中国漂浮式风电产业正处于起步爬升阶段。当前,国内已完成建设的示范性漂浮式风电项目共计四个,分别是三峡集团旗下的“三峡引领号”、中国海装公司的“扶摇号”、中海油的“海油观澜号”以及国家能源集团龙源电力的“国能共享号”。

海南省万宁市的漂浮式风电场是国内首个大规模商业化开发项目,该项目场址平均水深为100米,场址中心离岸距离为22公里,整体规划装机容量高达1000兆瓦,计划总投资额230亿元。其中,一期工程200兆瓦于2023年1月启动建设,预计将于2025年接入电网;二期工程则规划了800兆瓦装机容量,计划在2027年完成并网工作。

深远海/漂浮式风电相关政策

中国漂浮式风电行业的发展得到了国家政策的高度重视与积极引导。早在“十三五”规划期间,相关政府部门便鼓励海上风电领域从近海向更为深远的海域扩展,为漂浮式风电技术的深入研发与广泛应用奠定了坚实的基础。进入“十四五”规划的新阶段,国家对这一领域的政策支持力度更是得到了进一步的强化与提升。

2021年10月,国家发改委等九部门《“十四五”可再生能源发展规划》:开展深远海海上风电规划,完善深远海海上风电开发建设管理,推动深远海海上风电技术创新和示范应用,探索集中送出和集中运维模式,积极推进深远海海上风电降本增效,开展深远海海上风电平价示范。推进漂浮式风电机组基础、远海柔性直流输电技术创新和示范应用,力争“十四五”期间开工建设我国首个漂浮式商业化海上风电项目。在广东、广西、福建、山东、江苏、浙江、上海等资源和建设条件好的区域,结合基地项目建设,推动一批百万千瓦级深远海海上风电示范工程开工建设,2025年前力争建成一至两个平价海上风电场工程。

2022年5月,国家发展改革委、国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展实施方案》:鼓励发展深远海风电项目;规范设置登陆电缆管廊,最大程度减少对岸线的占用和影响。鼓励“风光渔”融合发展,切实提高风电、光伏发电项目海域资源利用效率。

2023年3月,工信部等六部门《山东省能源绿色低碳高质量发展三年行动计划(2023-2025年)》:打造山东半岛海上风电基地。聚焦渤中、半岛南、半岛北三大片区加快推动省管海域风电场址开发,适时启动国管海域试点示范项目建设,逐步推动海上风电向深远海发展。

2023年9月,国家能源局《关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知》:主要支持大容量风电机组由近(海)及远(海)应用,重点探索新型漂浮式基础、±500千伏及以上电压等级柔性直流输电、单机15兆瓦及以上大容量风电机组等技术应用,并推动海上风电运维数字化、智能化发展。主要支持海上风能资源和建设条件好的区域,结合海上风电基地建设,融合深远海风电技术示范,通过规模开发、设计优化、产业协同等措施,推动深远海海域海上风电项目降低工程造价、经济性提升和实现无补贴平价上网。深远海海上风电平价示范项目单体规模不低于100万千瓦。

2023年12月,国家发改委《产业结构调整指导目录(2024年本):漂浮式海上风电技术被列为鼓励类。

2024年3月,国家能源局《2024年能源工作指导意见》:统筹优化海上风电布局,推动海上风电基地建设,稳妥有序推动海上风电向深水远岸发展。

据国家能源局委托水电总院牵头开展的全国深远海海上风电规划,全国共将布局41个海上风电集群,预计深远海海上风电总容量约达2.9亿千瓦。“十五五”期间深远海风市场空间将进一步打开,有望开发1.5亿-2亿千瓦。

漂浮式海上风电成本

在诸多制约因素中,成本高一直是海上风电发展缓慢的主要因素。风电进入深远海之后,成本急剧增加,包括:

技术成本:漂浮式风电技术研发和生产成本较高。为了提高可靠性和安全性,开发商需要持续投入研发,加大生产线的投入,提高产品质量。此外,海上漂浮式风电的设计还需要考虑海洋环境因素,如海浪、风力等,这些都需要进行大量的测试和模拟,进一步增加了技术成本。

建设成本:海上漂浮式风电项目的建设成本包括工程设计、制造、安装等各个方面。由于浮式风电的基础结构需要保证其稳固性和可靠性,因此制造工艺和材料要求非常高,这导致了制造成本的提高。同时,海上漂浮式风电建设还需要考虑海洋环境的不确定性,如风速、水深等因素,这也会增加建设成本。

维护成本:海上漂浮式风电的维护成本包括日常维护和故障维修等费用。由于设备处于海上,日常维护比陆上风电设备更加困难和昂贵。此外,设备的运输和维修也需要考虑海洋环境的影响,这还需要增加额外的经费和人力资源。

以“海油观澜号”为例,与固定式海上风电项目的成本构成有所不同,漂浮式风机塔筒仅占总成本的13%左右。

为降低成本,漂浮式海上风电出现了许多颠覆式的设计,如:无塔筒浮式风电、双风轮浮式风电。

此外,开发商也在积极探索与其它产业融合发展的双赢模式,为此各种“漂浮式海上风电+”的方案被不断提出并探索尝试。目前比较主流的研究方案包括“漂浮式风电+养殖”、“漂浮式风电+制氢”、“漂浮式风电+波浪能”、“漂浮式风电+油气”、“漂浮式风电+光伏”、“海上浮式能源岛”等。

文章来源: CPEM,长城证券,智研咨询

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