樁基固定式海上光伏項目開發(fā)建設(shè)策略

徐衛(wèi)兵,惠 星,李東俠,田偉輝,曹 媛,牛 鵬,宋政昌

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

為應(yīng)對全球氣候變化,世界上主要國家和地區(qū)紛紛提出應(yīng)對氣候變化自主貢獻(xiàn)力度,超過135個國家和地區(qū)明確“碳中和”發(fā)展目標(biāo),中國在2020年通過政策宣示的方式公布了“碳中和、碳達(dá)峰”發(fā)展目標(biāo)[1]。發(fā)展可再生能源是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要途徑。海上光伏作為可再生能源發(fā)展的新領(lǐng)域,發(fā)展?jié)摿Υ?、綜合效益高、生態(tài)環(huán)境友好,發(fā)展海上光伏有利于沿海省份突破土地約束,拓展新能源發(fā)展空間。國家能源局印發(fā)的《2023年能源工作指導(dǎo)意見》提出,“穩(wěn)妥建設(shè)海上風(fēng)電基地,謀劃啟動建設(shè)海上光伏”,海上光伏是國家支持鼓勵的發(fā)展方向。近年來,山東、浙江等多個沿海省份陸續(xù)出臺了相關(guān)政策支持海上光伏發(fā)展。天津、福建等地也陸續(xù)推進(jìn)海上/灘涂光伏開發(fā)。自山東省2022年度樁基固定式海上光伏項目競爭性配置以來,煙臺海陽HG34海上光伏項目和威海文登HG32海上光伏項目兩個實證項目的成功離網(wǎng)發(fā)電,兩個實證項目運行期間,開展了環(huán)境、應(yīng)力、振動、傾斜等10余項在役監(jiān)測,收集分析了實證區(qū)域風(fēng)速、光照、水位、結(jié)構(gòu)受力和位移等關(guān)鍵數(shù)據(jù),積累了樁基固定式海上光伏建設(shè)經(jīng)驗[2]。目前,海上光伏規(guī)?；?、商業(yè)化發(fā)展已初步具備條件,但還需產(chǎn)業(yè)界各方形成合力,共同探索海上光伏規(guī)?；_發(fā)路徑。針對海上光伏規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維等方面的關(guān)鍵問題研究文獻(xiàn)較少,文獻(xiàn)[3]較系統(tǒng)的梳理了海上光伏項目競配階段、海域部分開工前階段及陸地部分開工前階段的各類手續(xù)辦理資料清單和辦理程序,為項目前期開發(fā)提供了行動指南。文獻(xiàn)[4]對海上光伏項目面臨的政策、技術(shù)等挑戰(zhàn)進(jìn)行了簡述。程永鑫等人[5]對海上光伏及其用?；顒拥牧Ⅲw分層特征和功能兼容性進(jìn)行研究,海上光伏能夠在漁業(yè)用海區(qū)、工礦通信用海區(qū)及特殊用海區(qū)立體分層利用。文獻(xiàn)[6-7]對海上光伏發(fā)電項目投資風(fēng)險決策進(jìn)行了研究,建立了海上光伏發(fā)電項目投資風(fēng)險評估指標(biāo)體系,包括經(jīng)濟(jì)風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、自然風(fēng)險、市場風(fēng)險和社會可持續(xù)風(fēng)險五大類共十余項二級指標(biāo),并給出了海上光伏發(fā)電項目投資風(fēng)險控制措施。朱軍輝[8]對海上光伏和海水抽水蓄能的一體化進(jìn)行了研究和探索。總體來看,現(xiàn)有文獻(xiàn)在海上光伏的規(guī)劃選址、用海屬性、投資成本分析、施工設(shè)備選用等方面少有涉及,參考陸上集中固定式光伏項目的成熟開發(fā)經(jīng)驗,對海上光伏項目開發(fā)面臨的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析研究。從技術(shù)形式上,海上光伏分為樁基固定式和漂浮式兩種形式,由于漂浮式項目技術(shù)開發(fā)難度大、成本高、數(shù)量較少,本文主要對樁基固定式海上光伏與陸上集中固定式光伏的開發(fā)特點進(jìn)行探討,提出樁基固定式海上光伏在規(guī)劃、競配、設(shè)計、開發(fā)過程中的合理化建議,為行業(yè)從業(yè)者提供借鑒。

1 開發(fā)策略

1.1 選址規(guī)劃和項目用海

1.1.1規(guī)劃選址

國家層面尚未出臺海上光伏項目用海管理及建設(shè)的專門政策性文件,部分沿海省份如山東省、浙江省出臺了相關(guān)的用海管理政策,對海上光伏項目建設(shè)的用海范圍、建設(shè)要求及立體分層設(shè)權(quán)下的用海審批等要點進(jìn)行規(guī)定,為其他沿海省份制定相關(guān)政策提供了借鑒[9-10]。與陸上集中式光伏開發(fā)步驟相同,用海屬性的確定是項目成敗的關(guān)鍵一步,如屬性不符合相關(guān)規(guī)定,無從談起項目后續(xù)開發(fā)建設(shè)。因此,在海上光伏發(fā)展初期,充分認(rèn)識到規(guī)劃選址的重要性,在規(guī)劃階段開展場址范圍內(nèi)敏感性因素排查為上策,現(xiàn)有政策關(guān)于光伏項目選址規(guī)避敏感性因素見表1。

1.1.2光伏單元用地和用海

陸上集中固定式光伏單元用地允許以租賃等方式取得;涉及農(nóng)業(yè)用地不得占用耕地,占用其他農(nóng)用地,應(yīng)根據(jù)實際節(jié)約集約用地,盡量避免對生態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成影響;涉及林地:須采用林光互補(bǔ)模式,可使用年降水量400 mm以下區(qū)域的灌木林地以及其他區(qū)域覆蓋度低于50%的灌木林地;涉及草地:除基本草原外草原的,地方林草主管部門應(yīng)科學(xué)評估本地區(qū)草原資源與生態(tài)狀況,合理確定項目的適建區(qū)域、建設(shè)模式與建設(shè)要求,鼓勵采用“草光互補(bǔ)”模式。樁基固定式海上光伏用海包含4個部分:① 光伏單元、箱變平臺用海;② 線纜橋架用海;③ 海陸轉(zhuǎn)換平臺;④ 海底電纜。①～③項的用海方式一級方式為構(gòu)筑物,二級方式為透水構(gòu)筑物用海;4項用海方式一級方式為其他方式,二級方式為海底電纜管道。海上光伏單元的用海不允許租賃,須辦理用海權(quán)證,向國家繳納海域使用金。在用海辦理流程上,海上光伏屬于備案制,在海域使用論證報告編制完成后可以直接向有用海審批權(quán)限的單位申請用海,省略用海預(yù)審程序。本文整理了部分省份的用海審批權(quán)限情況,如表2所示。

表2 部分沿海省份用海審批權(quán)限一覽表

1.2 關(guān)鍵技術(shù)研究與設(shè)計

海上光伏在全國乃至全球規(guī)?；_發(fā)尚處于發(fā)展初期,工程設(shè)計、施工、運維等方面均缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),缺少可借鑒經(jīng)驗。相比陸上光伏項目和漁光互補(bǔ)項目,海上光伏受復(fù)雜海洋環(huán)境影響,抗波浪、抗海冰、抗寒潮、抗鹽霧等關(guān)鍵技術(shù)亟待突破,項目開發(fā)面臨工程方案設(shè)計復(fù)雜、施工運維難度大等挑戰(zhàn)[11]。為確保海上光伏項目運行的安全性、可靠性,各項目開發(fā)企業(yè)正在穩(wěn)妥推進(jìn)工程方案設(shè)計和技術(shù)論證工作,特別是山東文登HG32海上光伏實證項目從設(shè)備選型、支架設(shè)計、樁基設(shè)計等方面不斷探索適應(yīng)海洋環(huán)境的技術(shù)方案,。山東文登HG32海上光伏實證項目針對不同海洋應(yīng)用場景,設(shè)計多種防腐蝕方案進(jìn)行同場景對比驗證試驗;通過不同支架方案、樁基方案、防腐方案及現(xiàn)場施工驗證,為海上光伏項目開發(fā)推進(jìn)、海上施工效能提升、工程成本降低等積累關(guān)鍵數(shù)據(jù)和技術(shù)經(jīng)驗,推動海上光伏向規(guī)模化、商業(yè)化發(fā)展,該項目的關(guān)鍵研究與設(shè)計和創(chuàng)新點見表3,現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 山東文登HG32海上光伏實證項目現(xiàn)場

表3 山東文登HG32海上光伏實證項目情況一覽表

1.3 投資成本

項目的投資成本高低直接關(guān)系著項目是否可行、收益率是否滿足開發(fā)企業(yè)的要求。本文以直流側(cè)50萬kWp的光伏項目為例,分別測算了陸上集中固定式光伏、樁基固定式海上光伏的投資成本基本構(gòu)成、各成本的占比,結(jié)果見表4和圖2。

圖2 光伏電站投資成本占比分析

表4 光伏電站投資成本基本構(gòu)成

從表4和圖2可以看出,樁基固定式海上光伏成本為5.76元/kWp,遠(yuǎn)高于陸上集中固定式光伏的3.29元/kWp,二者之差為2.47元/kWp。通過分析可以看出,兩種光伏項目的投資成本差異在支架、樁基礎(chǔ)、光伏區(qū)建安費、用海成本、海纜5個方面。從光伏電站投資成本和投資占比分析樁基固定式海上光伏項目投資成本中支架成本高于樁基礎(chǔ)成本,但在二者投資成本之差中樁基礎(chǔ)成本高于支架成本,影響投資成本最大的是樁基礎(chǔ)成本,為此對樁基礎(chǔ)方案進(jìn)行了對比分析,樁基固定式海上光伏項目造價約為陸上集中固定式光伏的4至6倍,詳見表5。此外,在二者的比較中光伏組件價格相同,從投資成本占比中從39.5%降至22.6%,仍然是投資占比中最大的一項。

表5 樁基方案的對比分析

此外,根據(jù)山東省有關(guān)政策和規(guī)定,整理了山東省2022年度樁基固定式海上光伏項目各場址海域使用金情況,見表6。可以看出,樁基固定式海上光伏每年用海成本為773.3～3 086.7元/畝。相對于陸上集中固定式光伏的租地費用300～1 200元/畝,用海成本較高。基于降低項目投資成本考慮,項目開發(fā)企業(yè)要用好用足有關(guān)省市對海域使用金的減免政策,如山東省規(guī)定對符合條件的省重點建設(shè)項目,按規(guī)定程序給予減繳不超過地方分成部分20%的海域使用金[12]。

表6 山東省2022年度樁基固定式海上光伏項目海域使用金一覽表

1.4 主要施工設(shè)備和施工期

主要施工設(shè)備。樁基固定式海上光伏建設(shè)呈現(xiàn)規(guī)?；瘶度菏┕さ奶卣?海洋環(huán)境的水深、海浪、潮差、風(fēng)速等指標(biāo)直接影響樁基的定位精度、垂直度和施工效率。根據(jù)調(diào)研情況,海上光伏項目的開發(fā)、建設(shè)尚無實體工程經(jīng)驗,能參考的裝備是內(nèi)河漁光互補(bǔ)機(jī)械、水陸兩棲機(jī)械、海上起重船、海上打樁船等設(shè)備,現(xiàn)對三種裝備的適用性進(jìn)行研究分析,結(jié)果見表7?？傮w來看,海上光伏施工設(shè)備處于漁光互補(bǔ)項目和海上風(fēng)電建設(shè)的中間地段,在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面考慮,現(xiàn)有設(shè)備均不能滿足海上光伏的施工及運維需求,海上光伏項目在施工和運維裝備、工藝等方面均屬于空白期。近期,海上光伏項目專用施工設(shè)備研制進(jìn)展有序推進(jìn),山東藍(lán)鯤海工國內(nèi)首套海上光伏作業(yè)專用創(chuàng)新型裝備設(shè)計獲中國船級社AIP認(rèn)可[13];中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司正在自主創(chuàng)新施工技術(shù)裝備研究,海上光伏施工一體化智能裝備迭代至第四代,并通過中國船級社新船型設(shè)計認(rèn)可及審圖,已開工建設(shè)[14]。海上光伏專用施工設(shè)備的研發(fā)、建造將為大幅度提升施工效率,降低施工成本,縮短項目建設(shè)周期。

表7 現(xiàn)有海上光伏主要施工設(shè)備

施工期。山東省2022年度樁基固定式海上光伏項目分布濱州、東營、濰坊、煙臺、威海、青島六市,通過調(diào)研、走訪方式對山東省部分海域的主要海上作業(yè)窗口期進(jìn)行了統(tǒng)計分析,結(jié)果見表8。從表8可以看出,大部分海域的全年海上作業(yè)窗口期為6～7個月,施工期較短。在海上光伏項目建設(shè)中,須合理有效利用海上作業(yè)窗口期,制定嚴(yán)密的招標(biāo)采購計劃、施工總體部署、施工工藝流程布置。

表8 山東省部分海域的主要海上作業(yè)窗口期統(tǒng)計

以國內(nèi)某樁基固定式海上光伏項目為例,該項目光伏單元、橋架、箱變等結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)總計11 000根樁,據(jù)市場調(diào)研情況來看,海上光伏打樁設(shè)備的作業(yè)效率是每天15根,按4個工作面考慮,一天施工60根樁,打樁施工期為6個月左右,基本占據(jù)了一年中海上作業(yè)的主要窗口期。不同于陸上集中固定式光伏項目采用多個作業(yè)面、樁基施工與支架、組件流水安裝、采用人海戰(zhàn)術(shù)搶工期,樁基固定式海上光伏項目施工特點呈現(xiàn)以下幾點:主要施工設(shè)備大、數(shù)量多、拋錨作業(yè)占海面積大;受雨雪、暴風(fēng)、浪涌等極端天氣影響,施工窗口期少且不確定性較大;樁基施工受海底地質(zhì)條件、上部鋼結(jié)構(gòu)支架的安裝要求、樁頂標(biāo)高誤差要求等因素制約,樁基定位精度要求較高;支架吊裝、運輸、安裝時間長,且樁基施工與支架成梯隊式流水作業(yè),投入較多的施工設(shè)備會彼此干擾,影響項目施工進(jìn)度。結(jié)合海域的主要海上作業(yè)窗口期、施工設(shè)備效率、施工工藝等因素,據(jù)測算,安裝容量40萬kWp陸上集中固定式光伏項目施工期6個月左右,相同容量的海上光伏項目施工期不少于1 a。

2 建 議

(1) 在海上光伏規(guī)劃和實施階段應(yīng)重點關(guān)注場址范圍內(nèi)敏感性因素排查。

(2) 從國內(nèi)實施的海上光伏項目來看,用海申請是制約海上光伏項目開發(fā)進(jìn)度的重要因素之一。項目開發(fā)企業(yè)在取得海上光伏項目開發(fā)權(quán)后,應(yīng)進(jìn)行海洋水文觀測,收集相關(guān)數(shù)據(jù),為海域使用論證報告編制及報批奠定基礎(chǔ)。

(3) 從海上光伏項目降低投資成本的角度來看,重點從支架、樁基礎(chǔ)、光伏區(qū)建安、海底電纜4個方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

(4) 從降低用海成本的角度來看,項目開發(fā)企業(yè)應(yīng)及時關(guān)注每個省份省重點項目的申報時間,確保項目能進(jìn)入名單,享受相應(yīng)的減免政策。

(5) 從山東省部分海域的主要海上作業(yè)窗口期來看,主要海上作業(yè)窗口期為6～7個月,施工作業(yè)時間較短。建議項目開發(fā)企業(yè)制定周密、細(xì)致的用海申請計劃、招標(biāo)采購計劃、施工總體部署、施工工藝流程布置、施工設(shè)備的預(yù)定和調(diào)配,合理劃分海上作業(yè)面和作業(yè)順序,搶抓寶貴的海上作業(yè)窗口期。