隨著《巴黎協定》加強了全球應對氣候變化的力度，世界各國正面臨脫碳和向清潔能源轉型的壓力。陸上和海上風電，尤其是大型漂浮式風電，將成為清潔能源革命的重要力量。

 

與陸上風電或太陽能相比，海上風電發電系數更高，為電力需求不斷增長的新興市場提供了更大的能源可靠性。不過，要利用全球海上風電的巨大潛力，大規模的漂浮式設施必不可少，它可以幫助各國實現雄心勃勃的脫碳目標。

 

最新的漂浮式風機和海底系泊裝置可以利用水深超過50米的海域進行風力發電，為那些陸上空間有限、無法開展大規模太陽能或陸上風能發電的國家打開另一片可再生能源發電潛力區。譬如日本，一旦漂浮式風電技術通過示范階段，成為商業上可行的技術，預計到2040年發電量將增加100萬千瓦。那么，未來漂浮式風電將會迎來怎樣的發展機遇和特征？

 

增長潛力勢不可擋

 

根據全球風能理事會（GWEC）的數據統計，由于技術不斷創新和規模經濟效應，全球風電市場在過去十年中幾乎翻了兩番，風電已成為世界上最具成本競爭力、高靈活性和低排放的電力來源之一。

 

截至2020年底，全球風力發電裝機總量已超過733GW，其中95%為陸上風電，其余5%為海上風電。絕大多數的裝機量位于亞洲（322GW），其次是歐洲（208GW）、北美（139GW），其他地區54GW。中國的總裝機容量為282GW，緊隨其后的是美國（118GW）、德國（62GW）和印度（39GW）。

 

據統計，2021年又是風電裝機創紀錄的一年。2021年上半年，全球共有近7GW的風電裝機量被拍賣，較2020年一季度增長160%。在2021年第一季度，海上風電獲批項目容量為3.9GW，占了獲批風電總量的大部分。

 

國際能源署（IEA）預計，今年和明年全球海上風電裝機容量將增加60%，達到10GW以上，其中中國占近60%，因為開發商們都急于在2021年底政策到期前獲取固定上網電價。

 

對于中國來說，大多數海上風電項目仍然集中在淺水地區，畢竟那里更適合固定式基礎。雖然2021年7月在廣東沿海安裝了一臺漂浮式風機，但示范性目的更強，這也是世界上首個為臺風易發地區設計的漂浮式風機，采用的是中國領先的整機制造商之一——明陽智能開發的5.5MW風機。

 

此外，中國漂浮式風電市場也迎來一系列的動作。

 

2021年10月，明陽智能歐洲研發中心與西班牙創新型漂浮式設計公司簽訂合作協議，共同開發西班牙11MW級漂浮式示范項目，標志著中國漂浮式機組首次進入歐洲市場。

 

中國其他的主要風機供應商也在為未來的漂浮式風電市場做準備。比如金風科技，在幾年前就完成了他們6MW浮式風機的模型實驗，并在過去的幾年持續投入研發，為漂浮式風電做技術儲備。

 

2020年初，中國龍源電力公司宣布計劃開發一個使用4MWSGRE風機的浮式項目。 該項目目前處于詳細設計階段，其半潛式基礎也將作為海洋漁場使用，未來將安裝在南日島海域附近。

 

中國海裝2019年立項的浮式風電示范項目同樣也在開發中。

 

此外，中海油融風能源有限公司最近也在準備開發一個漂浮式海上風電示范項目。越來越多的示范項目展示了中國對未來漂浮式風電市場的信心，同時也在不斷促進產業鏈和相關技術的成熟，為大規模商業化做準備。

 

從示范項目走向商業化

 

由于大規模海上風電的潛力和日益增長的需求，DNV《能源轉型前景展望報告》中預測，海上風電在全球風電總量中的份額將穩步上升，從2019年的6%上升到2050年的40%，其中15%是漂浮式風電。風機的新發展，包括整機、葉片和塔筒尺寸的持續增加，將帶來容量系數的提高，到2050年，風機平均容量系數將從現在的34%提高到50%。DNV預計，到本世紀中葉，海上固定式風電的裝機容量將達到1484GW，海上漂浮式風電的裝機容量將達到264GW。

 

裝機容量每增加一倍，海上風電成本就會下降16%左右，這是技術進步、精益制造、規模經濟、以及更廣泛的供應鏈效率和競爭驅動帶來的成本學習曲線。

 

綜合來看，大型漂浮式風電發展到可融資規模階段，需要政府、監管機構、投資者、開發商、船廠和客戶的協同努力。

 

它還要對各種組件所需的復雜技術進行鞏固和成熟，包括位于水面上的基礎（漂體）。尋找在深水環境中安裝塔筒和風機的方法是目前大多數研發的重點。

 

當然，還有來自工程和建模方面的挑戰，包括混凝土與鋼基礎結構、波浪和風載荷引起的運動以及荷載變量、網絡穩定性以及向陸上電網輸送電力帶來的相關問題。

 

目前，通過對4種基本技術的探索，全球大約有40種不同的浮體設計進入商業或試商業化階段，包括單立柱式浮體、半潛式、駁船式和張力腿平臺。對主導技術的確定，是推動行業走向商業化階段至關重要的因素，其中包括一些技術可能適用于臺風等特殊環境。

 

此后，鑒于要建立利益相關者對技術的信心并走向大規模生產，需要對設計概念進行標準化，并根據認可標準進行認證。同時，也需要跨領域的協作和整合，形成有效的供應鏈，創建一個欣欣向榮的行業，它涉及風機制造商、造船廠、電纜制造商和變電站供應商等環節。

 

需要說明的是，單立柱式浮體和半潛式浮式在亞洲很受歡迎，許多國際開發人員都在考慮使用這些技術。

 

考慮到海上作業，油氣行業在深水條件下的長期經驗是一個主要優勢，加之它有巨額資產負債表和向更清潔的商業模式轉型動力的因素。

 

早些年，能源巨頭就在考慮將油氣空間重新用于海上漂浮式風電領域，并借鑒其在浮體、基礎結構、錨泊和海上電力線路上的經驗。

 

未來，漂浮式風電將成為能源模式從化石燃料為主轉變為基于可再生能源系統的驅動力，預計2050年海上風電在全球能源結構中將占據重要份額。

 

同時，隨著氫驅動社會的發展步伐加快，大規模的浮式風場可以用來發電，而這些電力可用來制氫后輸出。在這方面，澳大利亞巴斯海峽等地區的海上油氣平臺的再利用可以成為氫輸出基礎設施系統的一部分。

 

DNV期待，可以繼續與各行業的利益相關者密切合作，加速海上漂浮式風電發展，為那些空間有限的國家和地區實現碳中和提供巨大潛力，并滿足負荷中心不斷增長的電力需求。