中國大陸離岸風電大躍進

一、中國大陸海上風電蓬勃發展

   依據人民日報報導，近期全球首台16兆瓦超大容量海上風電機組在福建並網發電，標誌著中國海上風電大容量機組研發製造及運營能力更上一層樓。近年來，中國海上風電發展迅猛，已進入規模化開發階段，不斷推動發電成本下降、研製關鍵零部件且走向深遠海發展。未來隨著技術不斷突破、跨產業融合發展持續推進，海上風電行業將走得更遠、更穩。截至2022年底，中國海上風電累計裝機已超3000萬千瓦，連續兩年位居全球首位，佔比達一半左右。將時間軸拉長，截至2012年底，累計裝機約39萬千瓦；截至2017年底，累計裝機約279萬千瓦。可以看出，中國海上風電雖然起步較晚，但發展迅猛，已進入規模化開發階段。“十四五”可再生能源發展規劃提出“積極推動近海海上風電規模化發展”“推動深遠海海上風電技術創新和示範應用”。16兆瓦海上風機單支葉片長123米，葉輪掃風面積約7個足球場大小；輪轂中心高度152米，相當於50層樓高；每年可輸出超6600萬千瓦時的綠色電力，能滿足3.6萬戶三口之家一年的用電量。不僅如此，其開發應用還攻克了超長柔性葉片、大型主軸軸承、超大容量發電機小型化等一系列關鍵技術難題。從2007年1.5兆瓦風機在渤海建成發電、葉片長度不到40米，到如今的16兆瓦、18兆瓦“巨無霸”風機陸續推出，機組大型化成為海上風電發展的顯著趨勢。應用更大的風電機組，能夠節省用海面積、提高發電效率、降低安裝施工成本等，繼而推動項目整體度電成本下降。金風科技海上業務單元總經理於晨光說：以100萬千瓦海上風電項目為例，如果採用8兆瓦機組，需要125台；採用16兆瓦機組，只需63台，能節約35%以上的用海面積、降低40%以上的塔筒成本。另外，16兆瓦風機捕風效率有所提高，發電量比兩台8兆瓦風機還要提升6%以上。總體推算，項目度電成本能降低12.5%左右。這只是中國海上風電快速發展的一個縮影。中國已具備大容量海上風電機組自主設計、研發、製造、安裝、調試、運行能力。中國生產的發電機、輪轂、塔架等鑄鍛件以及葉片、齒輪箱、軸承等關鍵零部件產量占到全球市場的70%以上。去年9月，中國自主建造的2000噸級海上風電安裝平台“白鶴灘”號交付投運，大幅增強了海上風電機組施工安裝能力。

    2010年至2021年，中國海上風電度電成本降幅接近56%。當前海上風電項目平均度電成本已降至0.33元/千瓦時左右，到“十四五”末有望實現全面平價。面向未來，海上風電發展前景廣闊。一方面，發展有資源，中國擁有約1.8萬多公里大陸海岸線，海上風能資源豐富。另一方面，中國電力負荷集中在東部沿海地區，但能源資源主要集中在西部和北部地區，靠近沿海地區發展海上風電，能夠實現“電從遠方來”與“電從身邊來”協同發展。根據《“十四五”可再生能源發展規劃》，中國將推動山東半島、長三角、閩南、粵東、北部灣等千萬千瓦級海上風電基地開發建設，推進一批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範和海上能源島示範工程。風力發電機來自中車株洲電機，葉片來自中材科技。全球首台16兆瓦海上風電機組主機由上萬個零部件組成，關鍵部件均已實現100%國產化。研製過程中，金風科技協同了數十家企業、大學及科研院所，產業鏈上下游高效協同、產學研深度融合，為風電行業發展奠定了堅實基礎。處於最小受力角度，避免葉片發生渦激振動。集群化發展，提升供應鏈韌性。廣東汕頭，國際風電創新港項目正在加緊建設，未來這裡將聚集風電整機、葉片、齒輪箱、發電機、軸承等全產業鏈製造企業，以及檢驗檢測實驗室和大型科研裝置，形成“研發設計一體化、工藝流程一體化、生產製造一體化、檢測認證一體化”四個一體化的風電產業集群。大型風電機組的發電機、齒輪箱等體積大、陸運不便，依托汕頭國際風電創新港，有助於海上風電裝備及服務出口，降低物流成本。

二、風電向深遠海進軍

    目前，全球70%的潛在海風資源位於水深大於60米的深水海域，所以風電由近海走向深遠海，是海上風電發展的必然趨勢。今年5月，中國首座深遠海浮式風電平台“海油觀瀾號”併入文昌油田群電網，開啟為海上油氣田輸送綠電的新里程。作為中國第一個工作海域距離海岸線100公里以上、水深超過100米的浮式風電平台，“海油觀瀾號”的建成投用，使中國海上風電的自主開發能力從水深不到50米提升至100米級以上。目前深遠海浮式風電的發展仍面臨一些挑戰。例如漂浮式風電的繫泊纜、電纜等高端產品的國內產業鏈還不完整，運維數據和經驗積累相對不足；從成本來說，漂浮式風電項目造價較高，平均度電成本相較傳統固定式海上風電高出3倍左右，仍處於商業化初期，亟須探索顛覆性新技術和高效開發模式，向規模化階段邁進。有效利用，造成浪費。因此，“十四五”海上風電發展的主基調是穩妥，不應盲目追求規模。海上風電行業要走得更遠、更穩，跨產業融合發展是探索方向。在文昌油田群，通過打造海上風電與海洋油氣融合發展新模式，將油田群的4個燃料電站與“海油觀瀾號”風電平台融合成一個整體，實現海洋油氣綠色低碳開發。 “未來，可以推動海上風電項目開發與海洋牧場、海水製氫、觀光旅遊等相結合，實現‘海上糧倉+藍色能源’立體開發，助力解決單一海洋資源開發瓶頸問題。

   中國首艘浮式風力發電平台“海油觀瀾號”在文昌海域進行安裝調試。浮式風電平台是一種可在水中漂浮並利用風力發電的裝備，通過在浮體內部注水壓載，實現在水中漂浮並保持平衡狀態，以克服海水對風機基礎的晃動作用。海油觀瀾號裝機容量7.25MW，投產後年均發電量可達2200萬千瓦時，是目前世界上第一個最深最遠，同時也是全球首個給海上油氣田供電、海域環境最惡劣的半潛式深遠海風電平台，在單位千瓦投資、單位千瓦用鋼量、單台浮式風機容量、抗颱風性能等多個指標上，均處於國際先進水平。海目前，中國是世界第一大風電整機裝備生產國，產量佔全球一半以上，已形成了完整的具有領先水平和全球競爭力的風電產業鍊和供應鏈，從風機到葉片，從海底電纜到海上施工裝備，一系列海上風電關鍵技術取得突破。風力渦輪機離岸愈遠愈能獲得更高的效率，對於尋求清潔能源減少化石燃料依賴而言，遠離海岸的廣大深海區發展浮式風力發電非常有願景。遠海的風力往往更強且更穩定，這些結構位於深水區需考慮平台的設計、建造和維護的複雜性。深水平台必須漂浮、牢固地繫泊在適當的位置，並且能夠在相當惡劣的條件下運行。這項任務無異於在持續動態、本質上不穩定的環境中保持 30 層樓的直立和穩定。風浮平台是在造船廠建造，在那裡組裝和安裝風力渦輪機塔架、機艙和葉片。然後由商業拖船將完成的組件拖到位。一旦到位，平台必須固定在海底。繫泊系統不是靠錨在海床上的抓力，而是靠錨鏈的重量。在此類應用中，合成材料通常優於鋼絲繩或鏈條，因為合成材料重量更輕、強度相當、不易腐蝕且使用壽命更長。

三、浮動式離岸風電技術發展展望

   各國政府發現浮體式離岸風電的市場商機後，紛紛投入浮體式離岸風電產業發展。目前，除歐洲外，中美二國也袃積極發展。美國北加州擁有美國最強的海上風力，具有生產清潔能源的巨大潛力。但其大陸架迅速下降，直接在海底建造傳統的風力渦輪機成本很高。加利福尼亞州正在推進一項開發全美國首個浮動海上風電場的計劃，美國政府將距加州海岸約20英里的五個租賃區拍賣給計劃開發浮動風電場的公司。浮動平台可以支持產生10MW或更多電力的風力渦輪機，一些最強的風力資源遠離海岸，位於水深數百英尺的地方，例如美國西海岸、五大湖、地中海和日本海岸。美國一些最強大的海上風力發電潛力位於水深不適合固定渦輪機的地區，包括西海岸附近。雖然漂浮式海上風電場正在成為一項商業技術，但仍有一些技術挑戰需要解決。平台運動可能會對葉片和塔架造成更大的力，以及更複雜和不穩定的空氣動力學。此外，隨著水深變得非常深，繫泊線、錨和電纜的成本可能會變得非常高，因此將需要更便宜但仍然可靠的技術。台灣既然想發展離岸海上風力發電，應作長期完整規劃將海上牧場、休閒娛樂及浮式海上發電綜合應用，未來發展無限。

   風力渦輪機離岸愈遠愈能獲得更高的效率，對於尋求清潔能源減少化石燃料依賴而言，遠離海岸的廣大深海區發展浮式風力發電非常有願景。遠海的風力往往更強且更穩定，這些結構位於深水區需考慮平台的設計、建造和維護的複雜性。深水平台必須漂浮、牢固地繫泊在適當的位置，並且能夠在相當惡劣的條件下運行。這項任務無異於在持續動態、本質上不穩定的環境中保持 30 層樓的直立和穩定。風浮平台是在造船廠建造，在那裡組裝和安裝風力渦輪機塔架、機艙和葉片。然後由商業拖船將完成的組件拖到位。一旦到位，平台必須固定在海底。繫泊系統不是靠錨在海床上的抓力，而是靠錨鏈的重量。在此類應用中，合成材料通常優於鋼絲繩或鏈條，因為合成材料重量更輕、強度相當、不易腐蝕且使用壽命更長。台灣的離岸風電缺乏長遠規畫，未建立自己的國產風機設備製造及施工能力，完全依賴外國廠商因此施工成本及未來電價都很高，台灣目前規劃的海上風機都採用固定式基座的風機，也就是透過打樁固定在海床上，不僅水深受到限制，選址也無法離海岸太遠，因此產生漁業及航道干擾問題，而打樁產生的噪音更影響「中華白海豚」的生存環境。雖然水下基礎天差地遠，但上半部採用的風力發電機型式兩者大同小異，普遍而言，浮動式平台不須考量基樁的承受度，較適合安裝大型風機。浮式風機仍有技術和後勤的挑戰問題須克服。台灣欠缺繫泊與錨定相關的海洋工程產業，除了缺少工程經驗，硬體設備也有不足之處。浮式風場對港口基礎建設要求很高，需要動力強大的工程吊車，重件碼頭的地基也需要特別加強，國際上的浮式平台經驗豐富，在浮動平台的繫泊與錨定工程上已成功克服無數惡劣天氣的海域。面對浮動式風機未來展望，很多業者對於開發深水區域的風能都表示有興趣。