“十三五”以來(lái),我國(guó)海上風(fēng)電快速發(fā)展,截至2019年底,累計(jì)并網(wǎng)容量593萬(wàn)千瓦,提前一年完成規(guī)劃目標(biāo),成為僅次于英國(guó)和德國(guó)的世界第三大海上風(fēng)電國(guó)家。“十四五”是實(shí)現(xiàn)2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重20%目標(biāo)的關(guān)鍵期,在此期間我國(guó)海上風(fēng)電仍將繼續(xù)保持快速發(fā)展,成為新能源發(fā)電新的增長(zhǎng)極。海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模不斷提升的同時(shí),還面臨著諸多挑戰(zhàn)。
海上風(fēng)電發(fā)展面臨的主要問(wèn)題
去補(bǔ)貼、提高設(shè)備可靠性以及提升裝備國(guó)產(chǎn)化水平是未來(lái)我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展面臨的主要問(wèn)題。
海上風(fēng)電目前造價(jià)偏高,在補(bǔ)貼退出的情況下,大規(guī)模發(fā)展經(jīng)濟(jì)性風(fēng)險(xiǎn)較大。2014年,《關(guān)于海上風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2014〕1216號(hào))首次明確了海上風(fēng)電0.85元/千瓦時(shí)的上網(wǎng)電價(jià),在固定上網(wǎng)電價(jià)政策的支持下,我國(guó)海上風(fēng)電快速發(fā)展;2019年5月,《關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2019〕882號(hào))提出將海上風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)改為指導(dǎo)價(jià),新核準(zhǔn)的海上風(fēng)電項(xiàng)目全部通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式確定上網(wǎng)電價(jià),且不得高于指導(dǎo)價(jià),補(bǔ)貼退坡加速;2020年2月,《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》(財(cái)建〔2020〕4號(hào))提出新增海上風(fēng)電不再納入中央財(cái)政補(bǔ)貼范圍。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)統(tǒng)計(jì),2019年我國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目平均度電成本約為0.079~0.118美元/千瓦時(shí),折合人民幣約0.521~0.779元/千瓦時(shí),平均度電成本0.093美元/千瓦時(shí),折合人民幣約0.614元/千瓦時(shí),整體離平價(jià)上網(wǎng)還有較大差距。海上風(fēng)電是資金、技術(shù)密集型的長(zhǎng)周期產(chǎn)業(yè),保持政策穩(wěn)定和收益預(yù)期是促進(jìn)海上風(fēng)電持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵,在造價(jià)偏高的初期,若沒(méi)有補(bǔ)貼支持,大規(guī)模發(fā)展將面臨較大的經(jīng)濟(jì)性風(fēng)險(xiǎn)。
我國(guó)海上風(fēng)電商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)間較短,還需時(shí)間檢驗(yàn)。與陸上風(fēng)電相比,海上風(fēng)電運(yùn)行環(huán)境更加惡劣,并且面臨臺(tái)風(fēng)、腐蝕等新問(wèn)題。上個(gè)世紀(jì)90年代,歐洲已經(jīng)開(kāi)始了海上風(fēng)電的研究和實(shí)踐。1991年,丹麥建成全球首個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目,共安裝11臺(tái)風(fēng)電機(jī)組,單機(jī)容量450千瓦。英國(guó)第一座海上風(fēng)電場(chǎng)于2000年并網(wǎng),近期即將退役。歐洲海上風(fēng)電經(jīng)歷了一輪設(shè)計(jì)周期的實(shí)踐,在裝備制造、建設(shè)施工、運(yùn)行維護(hù)乃至退役拆除方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),支撐了近幾年海上風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展。我國(guó)海上風(fēng)電起步較晚, 2010年首個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目上海東大橋海上風(fēng)電開(kāi)工建設(shè),2014年全部竣工投產(chǎn),我國(guó)并網(wǎng)投入且商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的海上風(fēng)電場(chǎng)多在2015年以后,在運(yùn)營(yíng)初期,質(zhì)量問(wèn)題頻繁發(fā)生。近兩年,新型大容量機(jī)組密集投運(yùn),可靠性仍需時(shí)間檢驗(yàn),若大規(guī)模快速發(fā)展產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題,運(yùn)維成本高昂,將造成較大損失。
關(guān)鍵設(shè)備依賴進(jìn)口,國(guó)產(chǎn)化率較低成為制約我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展的重要因素。2005年,《關(guān)于風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》(發(fā)改能源〔2005〕1204號(hào))曾規(guī)定:風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率要達(dá)到70%以上,不滿足設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率要求的風(fēng)電場(chǎng)不允許建設(shè)。該政策大大促進(jìn)了我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,陸上風(fēng)電整體國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到95%。根據(jù)相關(guān)法規(guī)要求,2009年《關(guān)于取消風(fēng)電工程項(xiàng)目采購(gòu)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率要求的通知》(發(fā)改能源〔2009〕2991號(hào))取消了風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率70%以上的限制,外資企業(yè)和進(jìn)口設(shè)備不斷進(jìn)入我國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)。與陸上風(fēng)電相比,我國(guó)海上風(fēng)電部分設(shè)備和大部件仍依賴進(jìn)口,如國(guó)產(chǎn)大兆瓦風(fēng)機(jī)中的關(guān)鍵部件主軸承大多采用國(guó)外企業(yè)產(chǎn)品,進(jìn)口一臺(tái)風(fēng)電主軸承設(shè)備大約需要4000萬(wàn)元左右,成本高昂。目前我國(guó)也在加緊海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),核心任務(wù)是提升海上風(fēng)電機(jī)組的可靠性,實(shí)現(xiàn)平均故障間隔時(shí)間由1000小時(shí)提升至3500小時(shí);提高關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到95%。
“十四五”我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展的幾點(diǎn)思考
開(kāi)展海上風(fēng)電勘察與資源再評(píng)估,充分發(fā)揮政府在海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)方面的基礎(chǔ)性作用。
我國(guó)海上風(fēng)電資源測(cè)量的全面性和精細(xì)度還難以支撐國(guó)家層面的開(kāi)發(fā)布局以及產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)。宏觀層面主要基于中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心通過(guò)衛(wèi)星以及測(cè)量船開(kāi)展,其中風(fēng)能資源已實(shí)現(xiàn)離岸一百公里內(nèi)數(shù)據(jù)采集,空間分辨率為3公里。微觀層面主要由開(kāi)發(fā)商開(kāi)展,根據(jù)《海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量及海洋水文觀測(cè)規(guī)范》(NB/T31029-2012)要求,風(fēng)電場(chǎng)范圍內(nèi)至少有1座測(cè)風(fēng)塔,高度不低于100米,潮間帶及潮下帶灘涂風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)塔的控制半徑不超過(guò)5公里,其他海上風(fēng)電場(chǎng)不超過(guò)10公里。為節(jié)省成本,目前實(shí)際測(cè)風(fēng)塔高度達(dá)不到100米,通過(guò)風(fēng)廓線模型推導(dǎo)不同層高的風(fēng)速。除風(fēng)資源測(cè)量外,海上風(fēng)電資源評(píng)估包括海洋水文測(cè)量和海洋地質(zhì)勘察等,需要對(duì)臺(tái)風(fēng)、海浪、海冰、海霧、海溫以及海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的勘察。我國(guó)目前主要針對(duì)近海海域的風(fēng)電資源評(píng)估,50公里以外海域數(shù)據(jù)還不全面,難以為中遠(yuǎn)期規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。
與陸上風(fēng)電相比,海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)涉及的管理部門更多,程序更為復(fù)雜,成本也更高。政府在部門協(xié)調(diào)、資源整合方面具有天然優(yōu)勢(shì),宜牽頭做好海上風(fēng)電勘察和評(píng)估的基礎(chǔ)性工作,并公開(kāi)相關(guān)數(shù)據(jù),為海上風(fēng)電科學(xué)規(guī)劃提供支撐,為項(xiàng)目環(huán)評(píng)、論證、決策等前期工作提供依據(jù),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投資和高效開(kāi)發(fā)。歐洲各國(guó)政府在海上風(fēng)電資源勘察和評(píng)估方面發(fā)揮了重要作用,德國(guó)規(guī)定2021年開(kāi)始并網(wǎng)的海上風(fēng)電項(xiàng)目,由德國(guó)聯(lián)邦海事和水文局完成前期選址和勘察等工作,開(kāi)發(fā)商無(wú)需辦理繁雜的行政審批手續(xù)。丹麥政府牽頭負(fù)責(zé)環(huán)評(píng)、海洋勘測(cè)等主要前期工作,海上升壓站建設(shè)和海底電纜敷設(shè)等并網(wǎng)工程則由電網(wǎng)公司承擔(dān)。英國(guó)海上風(fēng)電的勘察和微觀選址主要由開(kāi)發(fā)商主導(dǎo),但商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部(BEIS)負(fù)責(zé)編制英國(guó)海上能源戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)估報(bào)告,為規(guī)劃或海床租賃提供決策依據(jù)。我國(guó)海上風(fēng)電規(guī)劃以省為單位開(kāi)展,政府在資源勘察、環(huán)境評(píng)估以及數(shù)據(jù)公開(kāi)等方面還需要提升服務(wù)水平。
科學(xué)合理的開(kāi)發(fā)規(guī)模是促進(jìn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展的基礎(chǔ)。
隨著全球能源轉(zhuǎn)型速度的加快以及新能源成本的降低,海上風(fēng)資源豐富的國(guó)家紛紛推出了海上風(fēng)電的規(guī)劃。英國(guó)提出,2030年前海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)到3000萬(wàn)千瓦,為全國(guó)提供30%以上的電力。德國(guó)計(jì)劃到2030年,將海上風(fēng)電裝機(jī)提高至1500萬(wàn)千瓦,滿足全國(guó)約13%的電力需求。我國(guó)尚未出臺(tái)海上風(fēng)電專項(xiàng)規(guī)劃。國(guó)家能源局發(fā)布《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》,指出要積極穩(wěn)妥推進(jìn)海上風(fēng)電建設(shè),到2020年并網(wǎng)裝機(jī)達(dá)到500萬(wàn)千瓦,在建規(guī)模達(dá)到1000萬(wàn)千瓦,重點(diǎn)推動(dòng)江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風(fēng)電建設(shè),到2020年開(kāi)工建設(shè)規(guī)模均達(dá)到百萬(wàn)千瓦以上。國(guó)家層面不再出臺(tái)海上風(fēng)電專項(xiàng)規(guī)劃,這意味著各省市在國(guó)家總體框架下,需根據(jù)自身資源條件開(kāi)展省級(jí)海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃,目前僅廣東等個(gè)別省份出臺(tái)了專項(xiàng)規(guī)劃。
資源條件、裝備產(chǎn)能、施工吊裝能力、消納能力是“十四五”海上風(fēng)電規(guī)劃布局的硬約束。資源條件方面,我國(guó)5~55米水深、70米高度海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力約5億千瓦,5~25米水深海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力約1.9億千瓦。受到海洋軍事、航線、港口、養(yǎng)殖等海洋功能區(qū)規(guī)劃的限制以及各種海洋自然保護(hù)區(qū)等劃定的生態(tài)紅線區(qū)限制,實(shí)際可開(kāi)發(fā)量將遠(yuǎn)小于理論開(kāi)發(fā)量。目前我國(guó)潮間帶和近海區(qū)域內(nèi)的海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)技術(shù)較為成熟,成本較低,該部分資源宜優(yōu)先開(kāi)發(fā),根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟度可探索開(kāi)發(fā)深遠(yuǎn)海風(fēng)電。供應(yīng)鏈產(chǎn)能方面,目前我國(guó)大容量機(jī)組葉片產(chǎn)能還難以滿足當(dāng)前的“搶裝潮”需求,巴沙木等葉片關(guān)鍵原材料進(jìn)口價(jià)格上漲,大容量風(fēng)電機(jī)組主軸承幾乎全部依賴進(jìn)口,供應(yīng)能力受制于外資企業(yè)。施工與吊裝能力方面,根據(jù)統(tǒng)計(jì),全國(guó)可供利用的海上風(fēng)電安裝船只25艘左右,受施工窗口期以及施工效率的影響,每艘作業(yè)船只每年只能完成40臺(tái)左右風(fēng)機(jī)的吊裝,吊裝容量能力約400~500萬(wàn)千瓦左右。消納能力方面,目前海上風(fēng)電裝機(jī)容量仍然較小,且分布在負(fù)荷密度較高的沿海地區(qū),不存在消納問(wèn)題。隨著海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷提升,本地燃煤機(jī)組的加快退役,應(yīng)疊加本地區(qū)陸上風(fēng)電和光伏發(fā)電運(yùn)行情況,對(duì)未來(lái)新能源發(fā)電的整體消納能力進(jìn)行測(cè)算,防止無(wú)序發(fā)展帶來(lái)大規(guī)模棄電風(fēng)險(xiǎn)。
合理對(duì)標(biāo)國(guó)外風(fēng)電機(jī)組容量,選擇與我國(guó)風(fēng)資源相適應(yīng)的大容量機(jī)組。
大容量機(jī)組可以提高發(fā)電量,減少單位功率投資,降低運(yùn)維成本,是降低海上風(fēng)電項(xiàng)目度電成本的重要路徑。在特定風(fēng)速概率分布曲線下,提升葉片掃風(fēng)面積可提升機(jī)組發(fā)電功率,歐洲海域年平均風(fēng)速較高且長(zhǎng)年保持穩(wěn)定,在技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的條件下不斷增加風(fēng)輪直徑以提高機(jī)組額定功率,且仍能保持容量利用系數(shù)基本不變。歐洲多執(zhí)行按機(jī)位核準(zhǔn),對(duì)總?cè)萘繘](méi)有太多限制,提高單個(gè)機(jī)位投入產(chǎn)出比是開(kāi)發(fā)商的主要目標(biāo)。2019年,歐洲共計(jì)502臺(tái)風(fēng)機(jī)并入電網(wǎng),平均單機(jī)功率達(dá)到7.8兆瓦。目前,10兆瓦及以上風(fēng)機(jī)成為各大風(fēng)機(jī)制造商的戰(zhàn)略機(jī)型,西門子歌美颯首臺(tái)11兆瓦海上風(fēng)機(jī)在丹麥Osterild風(fēng)場(chǎng)完成安裝,GE的12兆瓦海上風(fēng)電樣機(jī)于2019年10月在荷蘭阿姆斯特丹正式完成吊裝并發(fā)電,成為目前全球單機(jī)功率最大的海上風(fēng)電機(jī)組,2030年,海上風(fēng)電單機(jī)功率將達(dá)到15~20兆瓦。
我國(guó)風(fēng)資源條件難以媲美歐洲,一味提升單機(jī)機(jī)組容量經(jīng)濟(jì)性并非最優(yōu)。我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)執(zhí)行限容量核準(zhǔn),國(guó)家海洋局《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范海上風(fēng)電海管理的意見(jiàn)》提出提高海域資源利用效率,單個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)外緣邊線包絡(luò)海域面積原則上每10萬(wàn)千瓦控制在16平方公里左右。在江蘇省的規(guī)劃中,平均單位容量占海面積下調(diào)超64%,意味著單機(jī)容量更大的機(jī)組才能滿足要求。與歐洲相比,我國(guó)海上風(fēng)能資源總體不算豐富,容量利用系數(shù)僅為23~34%,低于全球43%平均水平。若歐洲年平均風(fēng)速10米/秒,我國(guó)年平均風(fēng)速8米/秒,在相同容量利用系數(shù)下,我國(guó)機(jī)組最佳單機(jī)容量?jī)H為歐洲的二分之一,一味提高單機(jī)容量將導(dǎo)致容量利用系數(shù)降低,年發(fā)電量也并不能隨著單機(jī)容量提升而持續(xù)增長(zhǎng)。同時(shí),我國(guó)執(zhí)行的是固定海域限容量核準(zhǔn),在全場(chǎng)容量確定的基礎(chǔ)上再開(kāi)展機(jī)組選型,提高所有機(jī)組整體投入產(chǎn)出比是我國(guó)開(kāi)發(fā)商的主要目標(biāo)。提高單機(jī)容量是降低度電成本的重要路徑,是海上風(fēng)電發(fā)展的基本趨勢(shì),我國(guó)海上風(fēng)電機(jī)組選型應(yīng)從風(fēng)資源實(shí)際條件出發(fā),合理對(duì)標(biāo)國(guó)外風(fēng)電機(jī)組容量,選擇合適的技術(shù)路線,確定一批穩(wěn)定的機(jī)型,以滿足經(jīng)濟(jì)性和可靠性的基本要求。
提升大規(guī)模集中連片海上風(fēng)電安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。
與陸上風(fēng)電相同,海上風(fēng)電同樣存在頻率、電壓耐受能力偏低問(wèn)題。大型機(jī)組故障或大容量線路跳閘使得系統(tǒng)頻率、電壓發(fā)生較大變化,特別是沿海省份多為特高壓直流受端電網(wǎng),交流側(cè)故障極易引發(fā)直流閉鎖,造成大額功率缺失,由此導(dǎo)致海上風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng),引發(fā)連鎖故障。該問(wèn)題隨著海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的快速增長(zhǎng)而日益突出。
2019年8月9日,英國(guó)發(fā)生大規(guī)模停電事故,是自2003年“倫敦大停電”以來(lái)規(guī)模最大、影響人口最多的停電事故,本次停電與世界上最大的Hornsea海上風(fēng)電場(chǎng)密切相關(guān)。資料顯示,由于某種未知的擾動(dòng),Little Barford燃?xì)怆娬就C(jī),系統(tǒng)損失了730兆瓦功率,導(dǎo)致系統(tǒng)頻率下降,頻率下降后,Hornsea海上風(fēng)電出力突降900兆瓦。系統(tǒng)在兩分鐘之內(nèi)連續(xù)損失功率1630兆瓦,約占總負(fù)荷的6.43%,系統(tǒng)頻率降至49赫茲以下,低頻減載啟動(dòng),在全網(wǎng)范圍內(nèi)切除部分負(fù)荷,導(dǎo)致停電事故。Hornsea海上風(fēng)電在系統(tǒng)頻率下降時(shí)不僅沒(méi)有幫助系統(tǒng)恢復(fù),還因自身耐受低頻能力不足進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)故障。
大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)除頻率、電壓耐受問(wèn)題,還存在寬頻帶(5~300赫茲)的次同步振蕩問(wèn)題,危及火電機(jī)組及主網(wǎng)安全,該類問(wèn)題在新疆、甘肅等陸上風(fēng)電富集地區(qū)更為顯著。在大力發(fā)展海上風(fēng)電的同時(shí),應(yīng)提高機(jī)組涉網(wǎng)性能,挖掘機(jī)組自身動(dòng)態(tài)有功、無(wú)功調(diào)節(jié)能力,防范大規(guī)模脫網(wǎng)引發(fā)連鎖故障。
完善海上風(fēng)電發(fā)展相關(guān)政策。
自2020年起,新增海上風(fēng)電將不再納入中央財(cái)政補(bǔ)貼范圍,在開(kāi)發(fā)成本仍然高企且無(wú)中央財(cái)政補(bǔ)貼的情況下,應(yīng)進(jìn)一步完善海上風(fēng)電相關(guān)政策,保障海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。
一是實(shí)行配額制下的綠色電力證書(shū)交易。2017年,我國(guó)啟動(dòng)綠證自愿認(rèn)購(gòu)政策,作為新能源發(fā)電上網(wǎng)電量財(cái)政補(bǔ)貼的補(bǔ)充措施;2020年,我國(guó)正式施行可再生能源配額制,自愿認(rèn)購(gòu)綠證作為完成配額指標(biāo)的補(bǔ)充方法;《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》(財(cái)建〔2020〕4號(hào))提出自2021年1月1日起實(shí)行配額制下的綠色電力證書(shū)交易,通過(guò)綠證交易替代財(cái)政補(bǔ)貼。目前我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)成本較其他可再生能源發(fā)電相對(duì)要高,可參考英國(guó)配額制實(shí)施經(jīng)驗(yàn),即每兆瓦時(shí)海上風(fēng)電獲得的綠色證書(shū)始終高于其他可再生能源種類,并隨著成本降低,適時(shí)退坡。
二是實(shí)施地方補(bǔ)貼。與陸上風(fēng)電不同,海上風(fēng)電僅在我國(guó)10多個(gè)沿海省份開(kāi)發(fā)并就近消納。海上風(fēng)電對(duì)沿海省份的經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、就業(yè)帶動(dòng)能力很強(qiáng),打造海上風(fēng)電母港,集制造、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、運(yùn)維等一體的臨港海上風(fēng)電配套產(chǎn)業(yè)基地,形成產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng),丹麥埃斯比約港、英國(guó)赫爾港等都完成了從以油氣業(yè)務(wù)為主向海上風(fēng)電母港的升級(jí),并產(chǎn)生很好的輻射效應(yīng),我國(guó)廣東陽(yáng)江、江蘇如東等地具備建設(shè)海上風(fēng)電母港的良好條件。地方政府和企業(yè)享受的海上風(fēng)電發(fā)展紅利,可通過(guò)地方補(bǔ)貼適當(dāng)反哺較高的開(kāi)發(fā)成本。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2020年5期,作者供職于國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司
評(píng)論