我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀研究及平價發(fā)展建議

蔣海波，劉長棟

(國家能源集團技術(shù)經(jīng)濟研究院，北京 102211)

0 引 言

推進能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系和以新能源為主體的新型電力體系，是實現(xiàn)我國雙碳戰(zhàn)略目標的必由之路。2020年我國以風(fēng)電、太陽能發(fā)電為代表的新能源新增裝機合計接近1.2億kW，約占全國當(dāng)年新增裝機的62.8%；其中，海上風(fēng)電裝機累計裝機容量累計899萬kW，遠超“十三五”規(guī)劃目標的500萬kW。目前，沿海各省基于消納考量和風(fēng)資源優(yōu)勢陸續(xù)將海上風(fēng)電作為“十四五”期間新能源發(fā)展的重要方向，因此海上風(fēng)電是我國大力發(fā)展可再生能源的必然選擇[1-3]。

海上風(fēng)電作為1種重要的清潔能源，技術(shù)先進、易于規(guī)模化、發(fā)展?jié)摿Υ螅覈Ｉ巷L(fēng)電發(fā)展存在資源稟賦相對一般、建設(shè)條件差和窗口期短、投資造價高、運維水平低等問題。在國補退出后，項目經(jīng)濟性將大幅下降，海上風(fēng)電距離實現(xiàn)平價上網(wǎng)存在一定距離。結(jié)合我國海上風(fēng)電的發(fā)展歷程，以下通過技術(shù)和經(jīng)濟性分析其發(fā)展優(yōu)勢與面臨的挑戰(zhàn)，探尋我國海上風(fēng)電平價高質(zhì)量發(fā)展的政策建議。

1 海上風(fēng)電發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

2020年全球海上風(fēng)電總裝機已達3 530萬kW[4]，發(fā)展趨勢呈現(xiàn)以下特點：① 機組容量大型化，單機容量已達到10 MW以上，葉輪直徑已達到200 m以上；② 遠?；x岸距離50 km以上；③ 深海化，水深已達30 m以上。2018年以來我國連續(xù)3年海上風(fēng)電年新增裝機容量居世界首位；截止2021年6月，累計裝機容量約達1 113.4萬kW[5]，預(yù)計年底可超過英國躍居全球第1位。目前，我國“十四五”海上風(fēng)電裝機容量尚未公布，根據(jù)廣東、江蘇、浙江等省規(guī)劃情況，預(yù)計我國“十四五”期間將規(guī)劃新增 3 000萬～4 000萬kW海上風(fēng)電。

我國海上風(fēng)電的快速發(fā)展得益于國家政策和補貼大力扶持[6-7]，按上網(wǎng)電價劃分，可將我國海上風(fēng)電政策劃分為試點、特許權(quán)招標、標桿電價、競爭性配置和平價5個階段，其發(fā)展階段的政策與電價及特點分析詳見表1。其中，標桿電價階段我國核準的海上風(fēng)電項目數(shù)和容量最多，期間項目上網(wǎng)電價為0.85元/(kW·h)，內(nèi)地沿海11省市的基準電價為0.3644～0.453元/(kW·h)，各省所需補貼額為0.397～0.485 6元/(kW·h)，補貼強度高達46.7%～57.1%。

表1 我國海上風(fēng)電發(fā)展階段的政策與電價及特點分析Table 1 Policy,price and characteristic analysis of development stage of offshore wind power in China

受2020年1月財政部、發(fā)改委和能源局聯(lián)合發(fā)文明確2021年年底國補退出海上風(fēng)電的影響，海上風(fēng)電出現(xiàn)搶裝潮：2020年新增裝機300萬kW左右，約占全球新增容量的近一半，預(yù)計今年新增容量約900萬kW。對于在建項目，如未能獲得補貼資格，其經(jīng)濟性將出現(xiàn)大幅下降；對于新建項目，目前僅廣東省出臺了少量省補政策，導(dǎo)致目前投資觀望情緒增加，大量擴建的安裝船、海纜、風(fēng)機等產(chǎn)能面臨訂單迅速下跌的可能，預(yù)計2022年起新建項目將出現(xiàn)2年左右空窗期，將對整個行業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈均將帶來較大沖擊，產(chǎn)業(yè)亟需政策穩(wěn)定[8-10]。

2 我國發(fā)展海上風(fēng)電的優(yōu)劣勢分析

2.1 發(fā)展海上風(fēng)電的優(yōu)勢

(1)沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的必需。我國能源供應(yīng)和能源需求呈逆向分布,供給上多種資源包括煤炭、水資源、風(fēng)能、太陽能呈現(xiàn)“西富東貧、北多南少”的特點，需求上負荷中心多位于東部和南部沿海，能源基地和負荷中心間最大距輸送距離超過3 000 km。對此，電力系統(tǒng)的主要解決方案是“西電東送”，但通過特高壓進行遠距離能量傳輸面臨著成本、安全和不可持續(xù)等問題。因此，東部沿海必須采取遠距離輸送與當(dāng)?shù)刭Y源開發(fā)并舉模式，大規(guī)模開發(fā)緊鄰東南部負荷中心的海上風(fēng)電，方能減輕“西電東送”通道運行和建設(shè)壓力；同時，海上風(fēng)電與“西電東送”的水電還能在出力上形成季節(jié)互補。

(2)可開發(fā)儲量豐富，易于規(guī)?；_發(fā)。我國擁有超過1.8萬km的大陸海岸線，可利用海域面積超過300萬km2，據(jù)中國風(fēng)能資源普查數(shù)據(jù)顯示，我國5 m～50 m水深、70 m高度的海上風(fēng)電可開發(fā)資源量約為5億kW。同時，考慮技術(shù)進步后70 m高度以上的可開發(fā)量，我國海上風(fēng)資源儲量將更為豐富，非常適合進行大規(guī)模開發(fā)。

(3)資源優(yōu)質(zhì)豐富，電網(wǎng)友好性強。相比陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電風(fēng)資源豐富且優(yōu)質(zhì)，對電力系統(tǒng)更為友好，體現(xiàn)在：①平均風(fēng)速高，總體發(fā)電小時數(shù)高；②風(fēng)速穩(wěn)、風(fēng)頻好、出力平穩(wěn)，日夜間和季節(jié)間峰谷差均較小，反調(diào)峰特性較弱，對電力系統(tǒng)更為友好，未來需要的儲能或調(diào)峰能力少。

(4)就地消納方便，占用土地少。沿海地區(qū)是我國的經(jīng)濟社會中心，包括京津冀、長三角和珠三角等。海上風(fēng)電靠近負荷中心，電量可就地消納，避免了長距離輸送。同時，我國沿海地區(qū)土地資源稀缺，生態(tài)和環(huán)境保護要求高，海上風(fēng)電除陸上匯集站和登陸海纜外，基本不占用土地資源，有利于沿海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 面臨的問題與挑戰(zhàn)

(1)資源稟賦相對一般。受益于良好的風(fēng)電資源和較為簡單的海底海床條件，海上風(fēng)電裝機發(fā)軔且壯大于歐洲的北海區(qū)域，該區(qū)域平均風(fēng)速10 m/s左右，平均利用小時4 000 h左右，且少有臺風(fēng)等破壞性氣候影響。我國沿海年平均風(fēng)速多處于6.5 m/s～8.5 m/s，長江口以北的海域風(fēng)速較低，基本在7.5 m/s以下，不受臺風(fēng)影響，對風(fēng)電機組安全性要求低；長江口以南風(fēng)速相對較高在7.5 m/s～8.5 m/s，只有在福建臺灣海峽區(qū)域風(fēng)速可達9 m/s～10 m/s，但南部區(qū)域受臺風(fēng)影響嚴重，臺風(fēng)發(fā)生時局部風(fēng)速高達40 m/s～55 m/s，該種破壞性風(fēng)速要求風(fēng)機具有抗臺特性、葉輪直徑受到一定的限制從而影響機組發(fā)電能力[11]。在目前技術(shù)條件下，我國多數(shù)近海地區(qū)年利用小時達2 500 h～3 500 h，只有我國臺灣海峽附近可達4 000 h?？傊啾葰W洲海上風(fēng)電，我國海上風(fēng)資源條件一般，破壞性風(fēng)速出現(xiàn)頻次高，發(fā)電小時數(shù)相對較低。

(2)各地海床條件差別大，長江口以南建設(shè)難度大。我國海域廣闊，沿海近海區(qū)域風(fēng)電設(shè)條件總體較為復(fù)雜，各近海區(qū)域差異大，存在冬季海冰、地震、淤泥、巖石/溶洞、浪涌、臺風(fēng)等不利建設(shè)條件，導(dǎo)致項目建設(shè)難度大、窗口期短、施工工期長。各海域建設(shè)條件概況詳見表2。按省域分析歸類，長江口以北不受臺風(fēng)影響，遼寧、河北、山東海底條件中等，但海冰影響較為嚴重；江蘇海底條件較好。長江口以南受臺風(fēng)影響較為嚴重，同時浙江主要為浪涌較為嚴重、海底淤泥層較厚；福建及粵東區(qū)域海底條件極為復(fù)雜；粵西及廣西區(qū)域海底條件中等。

表2 各海域建設(shè)條件概況Table 2 Overview of construction conditions in various sea

(3)投資造價有待繼續(xù)優(yōu)化。搶裝潮導(dǎo)致我國海上風(fēng)電場造價在2019年后反彈，目前單位造價達16 000元/kW～21 000元/kW，機組大型化、海上施工技術(shù)進步以及海底電纜輸電等關(guān)鍵技術(shù)突破帶來的造價下降[12]，多被輸電海纜、深水基礎(chǔ)和搶裝導(dǎo)致的漲價所抵消[13]，預(yù)計本輪搶裝潮過后造價可下降10%～30%。值得注意的是，目前海上風(fēng)電送出一般采用220 kV或500 kV交流海纜送出，未來由于場址離岸距離不斷增加，交流海纜的損耗和造價將極速提升，需要研究柔性直流輸電用于海上風(fēng)電送出，將導(dǎo)致江蘇等局部地區(qū)海上送出工程的投資將超過風(fēng)機基礎(chǔ)造價[14]。

(4)運維水平有待提高。我國海上風(fēng)電在發(fā)展中取得很多成果，但在產(chǎn)生發(fā)電效益的同時，對于設(shè)備與人員的消耗巨大[15]。海上風(fēng)電整體運行維護成本是陸上風(fēng)電的2～3倍，未來還會隨著離岸距離的增加而繼續(xù)增加。海上風(fēng)電特殊環(huán)境影響造成設(shè)備可靠性差、故障率高、維修周期長、維修工藝復(fù)雜，同時也受到機組可靠性尚未充分驗證、遠程故障診斷和預(yù)警能力還不健全等因素影響。

3 經(jīng)濟性預(yù)測

3.1 項目投資經(jīng)濟性斷崖式下降

在平價的場景下對各省份典型項目的經(jīng)濟性分析。以離岸50 km內(nèi)的30萬kW裝機風(fēng)場為例，考慮為電價以各省火電基準電價(多省取區(qū)間值)、電量全額上網(wǎng)，結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗并考慮技術(shù)進步、造價下降、離岸距離增加和水深增加帶來的變化，運維暫不增加，其他條件按實際情況和經(jīng)驗取值，對“十四五”初期建成并網(wǎng)項目進行經(jīng)濟性預(yù)測。可見在平價場景下，各省項目經(jīng)濟性均不能達到投資收益要求，我國海上風(fēng)電的經(jīng)濟性將面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。

3.2 敏感性分析

(1)造價敏感性。受限于我國海上風(fēng)資源特性，考慮海上風(fēng)電的發(fā)電特性及葉片長度，在未來一段時期內(nèi)，機組的大型化對發(fā)電利用小時的提高作用并不明顯，經(jīng)濟性的提高主要因素造價成本下降。因此控制資本金內(nèi)部收益率(稅后)達到6.5%，反算項目單位靜態(tài)造價?？傮w上造價需下降25%～45%，至9 000元/kW～10 000元/kW左右，項目方具有經(jīng)濟性。

(2)電價敏感性?？紤]未來項目可能的電價上升，例如基準電價上浮、交易價格上升、綠證和碳排放權(quán)等交易收入，控制資本金內(nèi)部收益率(稅后)達到6.5%，反算項目上網(wǎng)電價?？梢婋妰r需上浮30%～70%項目方具有經(jīng)濟性，此為較為理想化的結(jié)果、難以實現(xiàn)，因此只能期盼電價部分浮動上升。

表3 “十四五”初期各地典型項目經(jīng)濟性預(yù)測Table 3 Economic forecasts of typical projects in various regions in the early period of the “14th Five-Year Plan”

表4 各地典型項目造價敏感性分析Table 4 Sensitivity analysis of typical project costs in various regions

表5 各地典型項目電價敏感性分析Table 5 Sensitivity analysis of electricity prices for typical projects in various regions

3.3 分省分析

遼寧、河北、山東、廣西、海南等沿海風(fēng)速一般，電價較低，電量電價的因素影響較大，需要較大的降本空間才能實現(xiàn)項目經(jīng)濟性。江蘇沿海海底條件較好，但風(fēng)速一般，離岸較近的海域基本開發(fā)完畢，目前規(guī)劃場址多在較遠海域，海纜距離已在100 km左右，海上送出工程投資巨大。另外，長距離輸送距離已到達交流工程的技術(shù)瓶頸，需要使用柔性直流送出工程，此舉將使送出工程投資倍增。福建沿海風(fēng)速較高，但電價不高，海底條件極為復(fù)雜，施工降本壓力較大。浙江、廣東沿海雖然海底條件也較為復(fù)雜，但較高風(fēng)速和較高電價使得兩地區(qū)的降本壓力低于其它省份。同時考慮風(fēng)速較高區(qū)域更利于風(fēng)機大型化，降本潛力更大。

總體而言，在平價場景下，長江口以南省份海上風(fēng)電可能更快實現(xiàn)平價，特別是已出臺地方補貼政策的廣東[16]和電價可能上漲的富裕省份。

4 平價發(fā)展建議

中國的海上風(fēng)能資源和建設(shè)條件情況較于其他海上風(fēng)電大國有所不同，目前距離平價上網(wǎng)尚有一定距離?！笆奈濉逼陂g結(jié)合市場趨勢和自身特色，堅定不移發(fā)展海上風(fēng)電，出臺國家和地方具體政策繼續(xù)扶持，有效促進技術(shù)進步和成本下降，確保海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展。

4.1 多措并舉提電價

(1)保價收購電量。我國電力交易市場快速發(fā)展，電量參與市場交易，同時繳納調(diào)峰輔助服務(wù)費和細則考核等費用，促使新能源實際電價下降。建議允許上網(wǎng)電價上浮或建議按基準電價收購。

(2)推動綠證、碳排放權(quán)等在更大范圍實施。進一步完善我國綠證核發(fā)交易管理機制和碳排放權(quán)交易機制，通過綠證和碳排放權(quán)交易合理補貼新能源環(huán)境效益，促進海上風(fēng)電等新能源更好發(fā)展。

(3)鼓勵地方出臺補貼政策。海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈長，可為地方創(chuàng)造大量稅收和就業(yè)，建議地方通過政策和財政補貼調(diào)動企業(yè)積極性，通過國家政策和地方補貼雙重支持，實現(xiàn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈延伸和推動地方經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的良性循環(huán)。

4.2 多措并舉降造價

(1)自主創(chuàng)新，加大科技公關(guān)力度。科技創(chuàng)新未來是實現(xiàn)海上風(fēng)電平價高質(zhì)量發(fā)展的核心。支持龍頭企業(yè)以產(chǎn)學(xué)研用一體化模式，加快核心技術(shù)部件研發(fā)，提高裝備國產(chǎn)化率，提升全產(chǎn)業(yè)鏈自主、安全、可控能力。鼓勵產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，支持風(fēng)機大型化、漂浮式風(fēng)機、大直徑嵌巖樁等復(fù)雜海底施工技術(shù)、柔性直流送出等關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，促進海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新，促進海上風(fēng)電進一步降低成本。通過核心部件和技術(shù)的研發(fā)，使海上風(fēng)電向深海、遠海方向發(fā)展，帶動我國海上風(fēng)電上下游裝備制造產(chǎn)業(yè)的提升。

(2)構(gòu)建新型并網(wǎng)體系。參照國外海上風(fēng)電的建設(shè)模式，將海上升壓站以外的送出工程改由電網(wǎng)公司承建并給予輸配電價支持，降低發(fā)電側(cè)投資。同時統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)海上電力輸送通道，設(shè)立柔性直流的示范工程，減少不必要的重復(fù)投資，確保海上電源基地送電的持續(xù)性與穩(wěn)定性。

(3)推進資源連片開發(fā)以提高規(guī)模效益。目前我國海上風(fēng)場單體容量多在20萬～40萬kW，不利于規(guī)模開發(fā)；建議未來風(fēng)場單體容量增加至50萬～100萬kW，并充分考慮投資主體在該海域開發(fā)情況，按照連片原則予以核準，提高海上升壓站、海纜等設(shè)施利用率，實現(xiàn)集中送出，形成區(qū)域規(guī)模效應(yīng)，可降低5%～10%的造價。

4.3 千方百計保電量

我國各地新能源特別是北方地區(qū)新能源近年來多出現(xiàn)限電情況，同時出現(xiàn)保障性小時數(shù)不斷下降、交易電量不斷上升的情況?？紤]到海上風(fēng)電仍處于不能平價的政策扶持期，且海上風(fēng)電電量較為穩(wěn)定，建議給予海上風(fēng)電不限電的政策，并由電網(wǎng)公司提供長期全額的購電合同。

4.4 創(chuàng)新管理和發(fā)展模式以提高綜合效益

(1)加快深遠海海域管理機制研究。推動深遠海海上風(fēng)電項目用海管理、項目核準、通航論證、軍事影響審批等管理機制研究，為深遠海海上風(fēng)電項目發(fā)展提供政策保障。

(2)研究出臺海上毗鄰區(qū)、專屬經(jīng)濟區(qū)風(fēng)電等發(fā)展政策，為企業(yè)提前謀劃發(fā)展布局提供有利條件。

(3)嘗試“海上風(fēng)電+”新業(yè)態(tài)。因地制宜嘗試風(fēng)電和養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合的海洋牧場，風(fēng)電和氫能等結(jié)合的能源島等跨界融合新業(yè)態(tài)，利用海上風(fēng)機的穩(wěn)固性，將牧場平臺、休閑垂釣、海上救助平臺、智能化網(wǎng)箱、貝類筏架、海珍品礁、集魚礁、產(chǎn)卵礁等與風(fēng)機基礎(chǔ)融合。新模式可拉長產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)多元化拓展，同時實現(xiàn)對海上資源開發(fā)利用和環(huán)境保護的統(tǒng)一管理規(guī)劃。

5 結(jié) 論

海上風(fēng)電作為重要的清潔能源之一，在“雙碳”目標、“四個革命、一個合作”等一系列戰(zhàn)略目標指引下，我國應(yīng)堅定不移發(fā)展海上風(fēng)電。

(1)海上風(fēng)電發(fā)展呈現(xiàn)機組容量大型化、遠?；?、深?；融厔?，我國海上風(fēng)電經(jīng)歷了試點、特許權(quán)招標、標桿電價、競爭性配置和平價5個階段，標桿電價階段各省所需補貼額為(0.397～0.485 6)元/(kW·h)，補貼強度達46.7%～57.1%。

(2)我國海上風(fēng)電是沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的必需，可開發(fā)儲量豐富、易于規(guī)?；_發(fā)，資源優(yōu)質(zhì)豐富、電網(wǎng)友好性強，就地消納方便，占用土地少；但也存在資源稟賦相對一般，各地海床條件差別大、長江口以南建設(shè)難度大，投資造價有待繼續(xù)優(yōu)化，運維水平有待提高等問題。

(3)國補退坡后，沿海各地短期內(nèi)均無法實現(xiàn)平價上網(wǎng)，項目經(jīng)濟性大幅下降，長江口以南省份海上風(fēng)電可能更快實現(xiàn)平價，特別是已出臺地方補貼政策的廣東和電價可能上漲的富裕省份。

(4)“十四五”期間應(yīng)出臺國家和地方政策，通過提電價、降造價、保電量和創(chuàng)新發(fā)展等有效措施以促進技術(shù)進步和成本下降，確保海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展。