我國海上風電産業發展的思考

發表于:2024-02-26 14:09:32

海洋蘊含豐富多樣的自然資源,我國海陸兼具,海岸線全長1.8萬千米,海域面積300多萬平方公里,擁有海上經濟發展的天然優勢黨的十八大以來,我國海洋科技碩果累累,海洋強國建設加快推進經中國工程院測算,我國海上風電裝機容量可達到3009GW,作為優質清潔電力,將成為海洋強國建設及能源轉型發展的重要增量。

一、現狀與問題

我國海上風電起步較晚,但近10年發展迅猛,累計裝機量增長近10倍,根據中國電力企業聯合會《2023-2024年度全國電力供需形勢分析預測報告》截至2023我國海上風電累計裝機3729萬千瓦,在全球佔比約50%,連續四年全球排名第一。全球風能理事會《2023年全球海上風電報告》預測,我國當年海上風電供應鏈産能預計可達到1600萬千瓦。2023年《全球海上風電産業鏈發展報告》顯示,我國風電機組産能佔全球市場的60%,葉片産能佔全球市場的64%,齒輪箱産能佔全球市場的80%,發電機産能佔全球市場的73%,固定式基礎産能佔全球市場的76%

海上風電是典型的技術密集型産業。海洋特有的強風、鹽霧、波浪環境,給風機設計、項目開發建設、電量輸送並網、係統運維檢修都帶來了新的技術挑戰。我國海上風電自主性不斷增強,零部件國産化率提高到90%以上,裝機規模大幅增加,機組容量實現了從8兆瓦、10兆瓦、12兆瓦到16兆瓦的持續突破,項目建設運營經驗不斷積累,解決以上技術難題的水準快速提升。我國研發的18兆瓦海上直驅風電機組突破了全球單機容量最大、葉輪直徑最大、葉片最長(126米)記錄,全國産化整合式雙驅變槳係統,穩定性更高,可抵禦80/秒的超強颱風。

然而,技術層面,我國風電機組關鍵部件及原材料仍嚴重依賴進口,核心技術與整機協同不足,且我國海上風電現有運作經驗主要在5MW以下,海上大尺寸風力發電機組的可靠性、穩定性還需要長期數據積累驗證。

例如,被稱為風電機組核心部件國産化最後一環的軸承一直受制于進口。根據中國軸承工業協會的統計數據,2020年我國風力發電機主軸承國産化率33%,齒輪箱軸承國産化率0.58%,發電機軸承國産化率0.22%。海上潮濕鹽霧環境對軸承的防腐要求更高,存在的技術難點更多。再如,葉片直接暴露在環境中,是捕捉風能的重要受力部件,葉片原材料是實現海上風電機組大型化、輕量化、柔性化的基礎,佔葉片總成本的75%,目前我國80%依賴進口。

産業層面,我國海岸線綿長,沿海城市大多為工業發展高地,具備海上風電發展的技術、人才、經濟優勢。面對巨大的市場機遇,各地為保護本地企業優先發展,設置了一定的門檻,相當于給我國海上風電産業增加了發展屏障。另外,一窩蜂式發展導致前期開發勘察工作不充分,有些項目與其他用海功能相衝突,需支付高額開發費用,甚至被迫停滯;局部地區的集中式發展也會對電網造成較大衝擊,導致風機脫網。

各地有自身的優勢産業,缺乏統一規劃的快速發展難免引起競爭同質化,這不僅是對資源的巨大浪費,也極易造成短視,忽視産品品質,引發安全事故,更不能起到推動技術創新發展的作用。

綜上,我國海上風電産業鏈已初步形成,在技術層面,暫未掌握部分關鍵環節鏈主話語權,整體鏈條優勢仍待完善;在産業層面,急需加強頂層規劃,打造全球産業競爭優勢。

二、發展必要性

  (一)海上風電是新型電力係統重要組成

我國傳統能源及新能源都呈現明顯的供需錯位特徵。新能源逐漸成為新型電力係統的主體,為應對其隨機性、波動性,減少對電網的衝擊、實現消納最大化是新型電力係統以及新型能源體係建設的主要任務。我國海域靠近經濟及工業中心區域,海上風電可與陸上電網形成良好的補充與聯動,尤其是柔性直流輸電技術的應用,將有效解決海上風電場大容量、遠距離輸電問題,提升電力係統的資源配置能力

  (二)海上風電是建設海洋強國的重要保障

黨的二十大進一步做出發展海洋經濟,保護海洋生態環境,加快建設海洋強國的戰略部署海洋強國建設已深度融入國家安全、經濟發展、國際合作的方方面面,海洋科技通常可代表領域內的前沿水準。海上風電作為新興産業,在我國海洋經濟中快速崛起,《2022年中國海洋經濟統計公報》顯示,我國海上風電2022年累計並網容量同期上漲19.9%海洋電力全年增加值395億元,比上年增長20.9%,增速在全部海洋産業中遙遙領先。海洋生態文明是推進海洋強國建設的前提,發展海上風電是挖掘海洋資源、發展海洋經濟、提高能源安全的新路徑,也是建設海上絲綢之路、共建人類命運共同體的綠色名片。

  (三)海上風電是落實新質生産力的重要動能

2023年中央經濟工作會議對新質生産力做出了重要部署,新質生産力是綠色動力、創新活力、生産能力,是中國進入高品質發展新時代的內在要求和重要指標。海上風電符合我國能源由資源密集型向技術密集型發展的轉型需求,作為綠色電力有諸多天然優勢:發電量方面,海上風況更穩定,幾乎沒有靜風期,對風電機組運作更加友好,年發電時間最高達4000小時,風速超內陸20%,同等容量發電量高出陸上風電70%;環境影響方面,海上風電不佔用土地資源,對生態環境和海洋生物影響更小,進而對生物多樣性威脅更小,且遠離人群,噪聲、電磁輻射、景觀破壞等對人類生活環境幾乎不産生影響。因此,更應落實新質生産力為高品質發展注入新動能的要求,不斷加快高水準科技自立自強,提升産業競爭力。

三、發展方向

(一)集群化

十四五可再生能源發展規劃》提出,以山東半島、長三角、閩南、粵東、北部灣為重點積極推進建設五大海上風電基地集群,推進千萬千瓦級海上風電基地開發建設及百萬千瓦級的重點項目集中連片開發,結合基地開發建設推進深遠海海上風電平價示范和海上能源島示范工程。全球能源互聯網發展合作組織《中國十四五電力發展規劃研究》指出,2035年、2050年,我國海上風電大型基地總裝機規模分別達到7100萬、1.32億千瓦。集群化發展將不斷加快我國海上風電規模化發展速度。根據東部沿海各省市海上風電發展規劃測算,2030年,我國海上風電裝機將達到1.5億千瓦,海上風電發電量佔東部沿海地區用電量比重將達到10%2060年,海上風電裝機將突破10億千瓦,海上風電發電量佔東部沿海地區用電量比重將超過30%集群化發展有助于降低成本,提高運維效率,將推動我國海上風電快速形成全球競爭優勢。

(二)深海化

目前,我國海上風電項目以水深30m左右、離岸50km以內的近海海域為主,通過項目經驗積累,在十四五期間可基本掌握海上風電開發關鍵技術,尤其是風電機組大型化、漂浮式海上風電技術以及遠海風電直流送出技術日漸成熟,將進一步降低成本,完善産業鏈條,為風電走向深海奠定扎實基礎。我國沿海多個省市在相關規劃中明確提出風電向深遠海發展規劃,分析認為,十五五期間,水深30-60m、離岸距離30-130km的海上風電項目將成為主流。

大型化和漂浮式是深海化發展的前提。海上風電工程項目的建設成本主要是設備購置費用(約佔50%) 、建築安裝工程費用(約佔35%)。大容量發電機組發電量有較大提升,如10MW風電機組較8MW發電量可提升30%,將進一步降低安裝及運維成本,使項目經濟性得到綜合提升。漂浮式海上風電技術可避免深海區域固定式基礎結構帶來高額造價,同時利用更加優秀的深遠海風能資源,國際能源署(IEA)預測,2050年,海上漂浮式風電的開發建設成本將實現50%降幅。深海化將進一步促進項目成本下降,為項目開發提供驅動力。

(三)智慧化

隨著物聯網、大數據、通訊技術及雲端智能技術的融合發展,智慧風電技術越來越成熟,可實現海上風電場集中監控管理、無人值守、智能調度,大大提升運維效率和穩定性。我國5G網絡已覆蓋離岸55公里海域,通訊網絡的覆蓋面積不斷增大及通訊設備的創新研發,將有力保障海上風電智能運維管理。基于大數據平臺及倣真係統,實時對風電設備數據進行採集、監控、存儲、分析,實現風電機組全生命周期健康監檢測,極大提升風電機組的壽命。開發適合我國海洋氣候的氣象預測、海況預測、風資源評估係統,並完善風機控制係統軟件測算能力,實現高度自動化運維及策略優化,提高電能生産穩定性,實現電網友好性。通過感測器、無人機、水下機器人等智能裝備的研發應用,一方面可到達運維船及運維工人無法觸及的位置,提高檢修全面性,並降低檢修作業安全風險,另一方面減小對海洋環境的幹擾,實現生産友好性及環境友好性。

(四)生態化

陸上風電+”生態治理及土地資源多重利用的發展思路類似,海上風電+”更具開發優勢,更加符合加快建設海洋強國的要求。我國海洋經濟已經多年發展,尤其是海洋牧業經過40余年發展,産業基礎初步形成,構建了國際領先的互聯網+海洋牧場生産體係,並實現了海洋生態與養殖效益相融合的目標。我國在陽江打造了首個海上風電+海洋牧場示范區,該模式已滿足大規模開發復制的基礎條件,除實現空間、結構的集約利用外,海上風電+海洋牧場還可以進一步延長産業鏈,開發海産品生産加工、旅遊等業務,提高項目經濟性。

另外,海上風電基礎技術及工程可同時支撐其他能源相關海洋工程,如潮汐能、海上光伏等其他海上發電形式,以及海上油氣資源開發利用、海上綠電制氫制氨等其他能源生産方式,實現海洋環境監測、氣象預報、海況預報等資訊共用,以及海上運維平臺等基礎設施共用。我國成功探索了海上風電為海上油田供電的新型能源融合模式,該模式具有一定的可復制性,隨著漂浮式海上風電技術發展,海上風光融合發展模式也可大規模復制推廣,海上風電將在我國構建新型能源體係中發揮重要的示范和紐帶作用,幫助我國實現完整、迴圈、綠色低碳的海洋經濟生態圈。

  (五)差異化

我國沿海省從南至北,緯度逐漸升高,氣溫逐漸降低;地理條件各異,風資源、海床結構也有不同;陸上能源結構、工業發展各有特色。20241月,廣西首個海上風電項目並網發電,邁開北部灣千萬千瓦海上風電基地和千億級海上風電産業集群建設步伐。未來,沿海省市勢必明確定位,形成差異化發展格局,在支撐地方發展的同時,共同打造我國海上風電競爭優勢

海南管轄海域面積最大,且是我國清潔能源發展高地,正積極推進清潔能源島建設。我國首座深遠海浮式風電平臺海油觀瀾號引領了海上風電走向深遠海的步伐,未來,海南省也將成為海上風電深遠海發展排頭兵。另外《海南省氫能産業發展中長期規劃2023-2035》預計到2030年,可實現綠氫年産量40萬噸海南省利用清潔能源及生態環境優勢,搶佔綠氫賽道,率先形成海上風電+綠色化學品産業生態圈廣東具有海上風電發展的區位優勢、技術優勢及平臺優勢。汕頭市積極推進國際風電創新港建設,形成可達東南亞地區的2000公里産業輻射區域,陽江市正在打造全球性海上風電産業鏈,匯集了制造企業、開發企業、運維企業、施工企業,形成千億級海上風電産業集群,且出口東南亞航程時間極大縮短,使運輸成本大幅下降。廣東省進一步擴大優勢,打造全球化大型海上風電創新、研發、檢測、制造綜合平臺基地。福建海域所處臺灣海峽擁有我國最佳風資源,8級以上大風全年可達111天。預計2024年將在福建省建成我國首個國家級海上風電試驗基地,實現海上風電性能試驗驗證能力全覆蓋。福建省從2018年開始監測研究海上風電對生物的影響,在科研攻關、試驗驗證上發揮優勢,打造我國海上風電技術策源地。浙江有較好的科研資源和人才優勢,致力于海漂浮式海上風電研發,形成智能制造和智慧運維雙能力,溫州市建有我國最大的風電整機生産制造基地。未來,將進一步發揮科研優勢,在材料、裝備、數智化技術重點發力,服務我國海上風電走向深遠海。江蘇海上風電起步較早,海上風電裝機規模佔比37%,居全國首位。江蘇省是工業制造強省,近海區域有優秀的海風資源,且已有成熟的海上風電氣象服務能力,可大規模開發近海海上風電,打造千萬千瓦級海上風電基地,形成海上風電集群,統籌調配,多能互補,與陸上新能源及電網形成有益互動,共同助力制造業減少碳足跡,提升綠色價值,走向更高端的綠色市場。山東與遼寧緯度較高,海上低溫給風電項目的建設、運營都增加了難度,但低溫使其海鮮更加肥美全國首個海上風電生態環境監測觀測站坐落在山東昌邑,服務于海上風電與海洋牧場融合發展,將重點發展海上風電+海洋牧場模式,打造海上糧倉,並適度延伸文旅等相關産業。

)國際化

我國風電裝備企業、建設企業不斷開發海外市場,並迅速在歐洲打開局面。全球風能理事會發布《2023年全球海上風電報告》指出,海上風電有望在近十年保持強勢增長,新增裝機量2026年實現3000萬千瓦,2030年突破5000萬千瓦,2032年有望達到4.47億千瓦。歐盟委員會發布《歐洲風電行動計劃》,明確了海上風電在歐洲風電發展的重要地位。歐美暫未就新建風電設備生産基地做出規劃,給中國的風電裝備創造了更多的國際市場機遇。另外,東南亞清潔能源資源豐富,但發展相對滯後,能源結構呈高碳排、低效率特徵,部分地區存在缺電情況,為推動能源清潔轉型,東盟《東盟能源合作行動計劃II:2021-2025承諾到2025年可再生能源在一次能源結構中佔比達到23%。東南亞綿長的海岸線和熱帶季風氣候極具海上風電發展優勢,將海上風電市場向東南亞延伸,我國區位優勢和技術優勢十分突出。未來,面向歐美市場,我國可提供先進風機裝備及安裝建設服務;面向海洋資源豐富的發展中國家,可提供裝備及技術輸出。

四、建議

(一)做好頂層設計分階段發展

隨著技術進步,可開發利用的海上風電資源不斷增加,2024年全國能源工作會議已明確提出啟動全國風電和光伏發電資源普查,應結合盤查結果進一步分析資源情況及特點,做好頂層設計。綜合考慮技術發展階段及發展趨勢,圍繞關鍵技術突破、開發利用規模、完善産業鏈條、産業融合發展,研究我國海上風電發展規劃,設計合理的技術及産業協同發展區域路線圖,引導良性競爭,形成各地差異化發展,分階段推動海上風電健康發展。

(二)加強技術創新提升國産化水準

技術創新是我國海上風電産業發展的關鍵。一方面,應通過産學研用、國際化合作加快突破卡脖子局面。另一方面,應關注國産化設備運作穩定性,積累運作數據,通過數據分析助推技術創新,形成創新研發與示范應用良性迴圈。持續提升海上風電設備尤其是核心部件國産化水準和迭代升級,提升海上風電盈利能力,推進走出去步伐。

(三)動態布局海上風電全産業鏈

風電産業鏈由上游材料、中遊風機裝備、下遊建設運營構成。隨著産業的快速發展,産業鏈需不斷提升韌性,做好強聯延鏈補鏈,對産業發展起到更好的服務支撐作用。例如,海上風電安裝運維船的配套能力將直接影響項目建設周期及成本,更長距離、更大水壓、更高電壓的海底電纜才能更好的支撐海上風電的深海化、遠海化發展。另外,海上風電的智慧化屬性要求物聯網技術、AI技術的深度融合,相關技術發展成熟將對産業鏈及業態産生顛覆性改變,應結合産業需求預判技術發展趨勢,理性看待技術泡沫,適應並調整産業鏈布局。

)發揮政策及標準體係指導作用

現階段,海上風電發展迫切需要政策的引導。一是明確用海審批許可權,簡化流程。二是加強綠色財稅金融支援政策,形成多形式多品種的綠色金融産品,吸引投資。三是完善海上風電綠電、綠證、碳交易相關的配套政策,建立海上風電發展市場機制,形成電碳協同的政策體係。另外,標準對技術型、工程型産業發展尤為重要,我國陸上風電已建立了完善的技術標準體係,海上風電技術更加多元復雜,但標準的數量嚴重不足應盡快完善國內技術標準體係,加強在國際標準中的話語權。

)關注全生命周期低碳友好

海上風電是清潔電能,從全生命周期碳足跡評價角度出發,設備運輸安裝船、運維船的使用仍會産生一定的碳排放,應利用産業鏈條優勢,加速海上風電用船氫能、甲醇、氨能等綠色燃料替代。另外,高度重視海上生態保護,建設海洋監測平臺,進一步監測研判海上風電項目不同環節的噪聲、光影、電磁、廢棄物等對海洋環境及海洋生物的影響,以及對海上航道的影響,並採取對應措施將影響降到最低,並助力海洋經濟綠色發展。

我國海上風電已具備一定的技術及産業發展基礎,必須客觀認識我國海上風電發展必要性和目前所處發展階段,合理規劃,堅持生態優先,突出綠色能源屬性,加快科技創新,完善政策體係及標準體係,加強國際合作,不斷提升經濟性,快速形成競爭優勢,實現海上風電高品質發展。