“十三五”以來，我國海上風電快速發(fā)展，截至2019年底，累計并網(wǎng)容量593萬千瓦，提前一年完成規(guī)劃目標，成為僅次于英國和德國的世界第三大海上風電國家。“十四五”是實現(xiàn)2030年非化石能源占一次能源消費比重20%目標的關(guān)鍵期，在此期間我國海上風電仍將繼續(xù)保持快速發(fā)展，成為新能源發(fā)電新的增長極。海上風電裝機規(guī)模不斷提升的同時，還面臨著諸多挑戰(zhàn)。
海上風電發(fā)展面臨的主要問題
去補貼、提高設(shè)備可靠性以及提升裝備國產(chǎn)化水平是未來我國海上風電發(fā)展面臨的主要問題。
海上風電目前造價偏高，在補貼退出的情況下，大規(guī)模發(fā)展經(jīng)濟性風險較大。2014年，《關(guān)于海上風電上網(wǎng)電價政策的通知》（發(fā)改價格〔2014〕1216號）首次明確了海上風電0.85元/千瓦時的上網(wǎng)電價，在固定上網(wǎng)電價政策的支持下，我國海上風電快速發(fā)展；2019年5月，《關(guān)于完善風電上網(wǎng)電價政策的通知》（發(fā)改價格〔2019〕882號）提出將海上風電標桿上網(wǎng)電價改為指導價，新核準的海上風電項目全部通過競爭方式確定上網(wǎng)電價，且不得高于指導價，補貼退坡加速；2020年2月，《關(guān)于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》（財建〔2020〕4號）提出新增海上風電不再納入中央財政補貼范圍。根據(jù)彭博新能源財經(jīng)統(tǒng)計，2019年我國海上風電項目平均度電成本約為0.079~0.118美元/千瓦時，折合人民幣約0.521~0.779元/千瓦時，平均度電成本0.093美元/千瓦時，折合人民幣約0.614元/千瓦時，整體離平價上網(wǎng)還有較大差距。海上風電是資金、技術(shù)密集型的長周期產(chǎn)業(yè)，保持政策穩(wěn)定和收益預期是促進海上風電持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，在造價偏高的初期，若沒有補貼支持，大規(guī)模發(fā)展將面臨較大的經(jīng)濟性風險。
我國海上風電商業(yè)運營時間較短，還需時間檢驗。與陸上風電相比，海上風電運行環(huán)境更加惡劣，并且面臨臺風、腐蝕等新問題。上個世紀90年代，歐洲已經(jīng)開始了海上風電的研究和實踐。1991年，丹麥建成全球首個海上風電項目，共安裝11臺風電機組，單機容量450千瓦。英國第一座海上風電場于2000年并網(wǎng)，近期即將退役。歐洲海上風電經(jīng)歷了一輪設(shè)計周期的實踐，在裝備制造、建設(shè)施工、運行維護乃至退役拆除方面積累了豐富的經(jīng)驗，支撐了近幾年海上風電的大規(guī)模發(fā)展。我國海上風電起步較晚， 2010年首個海上風電項目上海東大橋海上風電開工建設(shè)，2014年全部竣工投產(chǎn)，我國并網(wǎng)投入且商業(yè)化運營的海上風電場多在2015年以后，在運營初期，質(zhì)量問題頻繁發(fā)生。近兩年，新型大容量機組密集投運，可靠性仍需時間檢驗，若大規(guī)?？焖侔l(fā)展產(chǎn)生質(zhì)量問題，運維成本高昂，將造成較大損失。
關(guān)鍵設(shè)備依賴進口，國產(chǎn)化率較低成為制約我國海上風電發(fā)展的重要因素。2005年，《關(guān)于風電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》（發(fā)改能源〔2005〕1204號）曾規(guī)定：風電設(shè)備國產(chǎn)化率要達到70%以上，不滿足設(shè)備國產(chǎn)化率要求的風電場不允許建設(shè)。該政策大大促進了我國風電產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，陸上風電整體國產(chǎn)化率達到95%。根據(jù)相關(guān)法規(guī)要求，2009年《關(guān)于取消風電工程項目采購設(shè)備國產(chǎn)化率要求的通知》（發(fā)改能源〔2009〕2991號）取消了風電設(shè)備國產(chǎn)化率70%以上的限制，外資企業(yè)和進口設(shè)備不斷進入我國風電市場。與陸上風電相比，我國海上風電部分設(shè)備和大部件仍依賴進口，如國產(chǎn)大兆瓦風機中的關(guān)鍵部件主軸承大多采用國外企業(yè)產(chǎn)品，進口一臺風電主軸承設(shè)備大約需要4000萬元左右，成本高昂。目前我國也在加緊海上風電關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，核心任務(wù)是提升海上風電機組的可靠性，實現(xiàn)平均故障間隔時間由1000小時提升至3500小時；提高關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化率達到95%。
“十四五”我國海上風電發(fā)展的幾點思考
開展海上風電勘察與資源再評估，充分發(fā)揮政府在海上風電開發(fā)方面的基礎(chǔ)性作用。
我國海上風電資源測量的全面性和精細度還難以支撐國家層面的開發(fā)布局以及產(chǎn)業(yè)指導。宏觀層面主要基于中國氣象局國家氣候中心通過衛(wèi)星以及測量船開展，其中風能資源已實現(xiàn)離岸一百公里內(nèi)數(shù)據(jù)采集，空間分辨率為3公里。微觀層面主要由開發(fā)商開展，根據(jù)《海上風電場風能資源測量及海洋水文觀測規(guī)范》（NB/T31029-2012）要求，風電場范圍內(nèi)至少有1座測風塔，高度不低于100米，潮間帶及潮下帶灘涂風電場測風塔的控制半徑不超過5公里，其他海上風電場不超過10公里。為節(jié)省成本，目前實際測風塔高度達不到100米，通過風廓線模型推導不同層高的風速。除風資源測量外，海上風電資源評估包括海洋水文測量和海洋地質(zhì)勘察等，需要對臺風、海浪、海冰、海霧、海溫以及海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行全面的勘察。我國目前主要針對近海海域的風電資源評估，50公里以外海域數(shù)據(jù)還不全面，難以為中遠期規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。
與陸上風電相比，海上風電開發(fā)涉及的管理部門更多，程序更為復雜，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，宜牽頭做好海上風電勘察和評估的基礎(chǔ)性工作，并公開相關(guān)數(shù)據(jù)，為海上風電科學規(guī)劃提供支撐，為項目環(huán)評、論證、決策等前期工作提供依據(jù)，實現(xiàn)精準投資和高效開發(fā)。歐洲各國政府在海上風電資源勘察和評估方面發(fā)揮了重要作用，德國規(guī)定2021年開始并網(wǎng)的海上風電項目，由德國聯(lián)邦海事和水文局完成前期選址和勘察等工作，開發(fā)商無需辦理繁雜的行政審批手續(xù)。丹麥政府牽頭負責環(huán)評、海洋勘測等主要前期工作，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。英國海上風電的勘察和微觀選址主要由開發(fā)商主導，但商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部（BEIS）負責編制英國海上能源戰(zhàn)略環(huán)境評估報告，為規(guī)劃或海床租賃提供決策依據(jù)。我國海上風電規(guī)劃以省為單位開展，政府在資源勘察、環(huán)境評估以及數(shù)據(jù)公開等方面還需要提升服務(wù)水平。
科學合理的開發(fā)規(guī)模是促進海上風電產(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，海上風資源豐富的國家紛紛推出了海上風電的規(guī)劃。英國提出，2030年前海上風電累計裝機達到3000萬千瓦，為全國提供30%以上的電力。德國計劃到2030年，將海上風電裝機提高至1500萬千瓦，滿足全國約13%的電力需求。我國尚未出臺海上風電專項規(guī)劃。國家能源局發(fā)布《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，指出要積極穩(wěn)妥推進海上風電建設(shè)，到2020年并網(wǎng)裝機達到500萬千瓦，在建規(guī)模達到1000萬千瓦，重點推動江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風電建設(shè)，到2020年開工建設(shè)規(guī)模均達到百萬千瓦以上。國家層面不再出臺海上風電專項規(guī)劃，這意味著各省市在國家總體框架下，需根據(jù)自身資源條件開展省級海上風電發(fā)展規(guī)劃，目前僅廣東等個別省份出臺了專項規(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”海上風電規(guī)劃布局的硬約束。資源條件方面，我國5～55米水深、70米高度海上風電開發(fā)潛力約5億千瓦，5～25米水深海上風電開發(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區(qū)等劃定的生態(tài)紅線區(qū)限制，實際可開發(fā)量將遠小于理論開發(fā)量。目前我國潮間帶和近海區(qū)域內(nèi)的海上風電開發(fā)技術(shù)較為成熟，成本較低，該部分資源宜優(yōu)先開發(fā)，根據(jù)經(jīng)濟性和技術(shù)成熟度可探索開發(fā)深遠海風電。供應(yīng)鏈產(chǎn)能方面，目前我國大容量機組葉片產(chǎn)能還難以滿足當前的“搶裝潮”需求，巴沙木等葉片關(guān)鍵原材料進口價格上漲，大容量風電機組主軸承幾乎全部依賴進口，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，全國可供利用的海上風電安裝船只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臺左右風機的吊裝，吊裝容量能力約400~500萬千瓦左右。消納能力方面，目前海上風電裝機容量仍然較小，且分布在負荷密度較高的沿海地區(qū)，不存在消納問題。隨著海上風電裝機規(guī)模的不斷提升，本地燃煤機組的加快退役，應(yīng)疊加本地區(qū)陸上風電和光伏發(fā)電運行情況，對未來新能源發(fā)電的整體消納能力進行測算，防止無序發(fā)展帶來大規(guī)模棄電風險。
合理對標國外風電機組容量，選擇與我國風資源相適應(yīng)的大容量機組。
大容量機組可以提高發(fā)電量，減少單位功率投資，降低運維成本，是降低海上風電項目度電成本的重要路徑。在特定風速概率分布曲線下，提升葉片掃風面積可提升機組發(fā)電功率，歐洲海域年平均風速較高且長年保持穩(wěn)定，在技術(shù)可實現(xiàn)的條件下不斷增加風輪直徑以提高機組額定功率，且仍能保持容量利用系數(shù)基本不變。歐洲多執(zhí)行按機位核準，對總?cè)萘繘]有太多限制，提高單個機位投入產(chǎn)出比是開發(fā)商的主要目標。2019年，歐洲共計502臺風機并入電網(wǎng)，平均單機功率達到7.8兆瓦。目前，10兆瓦及以上風機成為各大風機制造商的戰(zhàn)略機型，西門子歌美颯首臺11兆瓦海上風機在丹麥Osterild風場完成安裝，GE的12兆瓦海上風電樣機于2019年10月在荷蘭阿姆斯特丹正式完成吊裝并發(fā)電，成為目前全球單機功率最大的海上風電機組，2030年，海上風電單機功率將達到15~20兆瓦。
我國風資源條件難以媲美歐洲，一味提升單機機組容量經(jīng)濟性并非最優(yōu)。我國風電場執(zhí)行限容量核準，國家海洋局《關(guān)于進一步規(guī)范海上風電海管理的意見》提出提高海域資源利用效率，單個海上風電場外緣邊線包絡(luò)海域面積原則上每10萬千瓦控制在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%，意味著單機容量更大的機組才能滿足要求。與歐洲相比，我國海上風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。若歐洲年平均風速10米/秒，我國年平均風速8米/秒，在相同容量利用系數(shù)下，我國機組最佳單機容量僅為歐洲的二分之一，一味提高單機容量將導致容量利用系數(shù)降低，年發(fā)電量也并不能隨著單機容量提升而持續(xù)增長。同時，我國執(zhí)行的是固定海域限容量核準，在全場容量確定的基礎(chǔ)上再開展機組選型，提高所有機組整體投入產(chǎn)出比是我國開發(fā)商的主要目標。提高單機容量是降低度電成本的重要路徑，是海上風電發(fā)展的基本趨勢，我國海上風電機組選型應(yīng)從風資源實際條件出發(fā)，合理對標國外風電機組容量，選擇合適的技術(shù)路線，確定一批穩(wěn)定的機型，以滿足經(jīng)濟性和可靠性的基本要求。
提升大規(guī)模集中連片海上風電安全穩(wěn)定運行水平。
與陸上風電相同，海上風電同樣存在頻率、電壓耐受能力偏低問題。大型機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，由此導致海上風電機組大規(guī)模脫網(wǎng)，引發(fā)連鎖故障。該問題隨著海上風電裝機規(guī)模的快速增長而日益突出。
2019年8月9日，英國發(fā)生大規(guī)模停電事故，是自2003年“倫敦大停電”以來規(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海上風電場密切相關(guān)。資料顯示，由于某種未知的擾動，Little Barford燃氣電站停機，系統(tǒng)損失了730兆瓦功率，導致系統(tǒng)頻率下降，頻率下降后，Hornsea海上風電出力突降900兆瓦。系統(tǒng)在兩分鐘之內(nèi)連續(xù)損失功率1630兆瓦，約占總負荷的6.43%，系統(tǒng)頻率降至49赫茲以下，低頻減載啟動，在全網(wǎng)范圍內(nèi)切除部分負荷，導致停電事故。Hornsea海上風電在系統(tǒng)頻率下降時不僅沒有幫助系統(tǒng)恢復，還因自身耐受低頻能力不足進一步加劇了系統(tǒng)故障。
大規(guī)模海上風電并網(wǎng)除頻率、電壓耐受問題，還存在寬頻帶(5～300赫茲)的次同步振蕩問題，危及火電機組及主網(wǎng)安全，該類問題在新疆、甘肅等陸上風電富集地區(qū)更為顯著。在大力發(fā)展海上風電的同時，應(yīng)提高機組涉網(wǎng)性能，挖掘機組自身動態(tài)有功、無功調(diào)節(jié)能力，防范大規(guī)模脫網(wǎng)引發(fā)連鎖故障。
完善海上風電發(fā)展相關(guān)政策。
自2020年起，新增海上風電將不再納入中央財政補貼范圍，在開發(fā)成本仍然高企且無中央財政補貼的情況下，應(yīng)進一步完善海上風電相關(guān)政策，保障海上風電產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。
一是實行配額制下的綠色電力證書交易。2017年，我國啟動綠證自愿認購政策，作為新能源發(fā)電上網(wǎng)電量財政補貼的補充措施；2020年，我國正式施行可再生能源配額制，自愿認購綠證作為完成配額指標的補充方法；《關(guān)于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》（財建〔2020〕4號）提出自2021年1月1日起實行配額制下的綠色電力證書交易，通過綠證交易替代財政補貼。目前我國海上風電開發(fā)成本較其他可再生能源發(fā)電相對要高，可參考英國配額制實施經(jīng)驗，即每兆瓦時海上風電獲得的綠色證書始終高于其他可再生能源種類，并隨著成本降低，適時退坡。
二是實施地方補貼。與陸上風電不同，海上風電僅在我國10多個沿海省份開發(fā)并就近消納。海上風電對沿海省份的經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)、就業(yè)帶動能力很強，打造海上風電母港，集制造、倉儲、運輸、運維等一體的臨港海上風電配套產(chǎn)業(yè)基地，形成產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)，丹麥埃斯比約港、英國赫爾港等都完成了從以油氣業(yè)務(wù)為主向海上風電母港的升級，并產(chǎn)生很好的輻射效應(yīng)，我國廣東陽江、江蘇如東等地具備建設(shè)海上風電母港的良好條件。地方政府和企業(yè)享受的海上風電發(fā)展紅利，可通過地方補貼適當反哺較高的開發(fā)成本。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》（上旬）2020年5期，作者供職于國網(wǎng)能源研究院有限公司
