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中國海油米立軍:中國風電產業已成全球“引領者”,浮式風電是必須掌握的能源開發技術

2023-08-02 來源:經濟觀察報 瀏覽數:789

在米立軍看來,中國的海上風電產業已位列世界第一陣營,中國沿海地區經濟發達,具有較大能源需求,開展海上風電項目建設,是立足于區域資源稟賦、落實雙碳目標以及保障能源供應的重要方向。同時,隨著近海風電資源開發的日趨飽和,邁向深藍已經成為中國海上風電產業發展的最重要趨勢之一。

  海上風電正在成為風電板塊的新風口,根據風芒能源統計,今年上半年,全國共有13個省份發出的風電指標高達1.2億千瓦,而海上風電的部分約占2700萬千瓦,這一數據已然超過了2022年全年的總和。
 
  而受益于裝機量的快速回暖與海風需求的增速提升,風電板塊上市公司的中報業績也悉數預增,多家風機設備廠商均表態要積極拓展海風業務。上半年凈利潤實現“翻倍式”增長的天順風能(002531.SZ),更是將業績高增歸因于海風樁基業務的突破。
 
  不難看出,在2022年,政府補貼全面退出后,進入平價時代的海上風電并沒有按照市場設想的那樣,出現需求驟降、增速回落的情況。
 
  在這樣的宏觀背景下,驅動海上風電市場維持高景氣的核心因素是什么?中國海上風電未來都有哪些發展趨勢?在中國的海上風電開發中又面臨哪些難題和挑戰?
 
  針對上述問題,近日,經濟觀察報專訪了中國海油研究總院院長米立軍,作為李四光地質科學獎獲得者,享受國務院政府特殊津貼專家,米立軍長期關注并研究海上風電的發展情況。
 
  在米立軍看來,中國的海上風電產業已位列世界第一陣營,中國沿海地區經濟發達,具有較大能源需求,開展海上風電項目建設,是立足于區域資源稟賦、落實雙碳目標以及保障能源供應的重要方向。同時,隨著近海風電資源開發的日趨飽和,邁向深藍已經成為中國海上風電產業發展的最重要趨勢之一。
 
  “從淺水到深水、從立式發展到浮式這是大的方向,未來風電項目開發過程中還需注重多能協同、多能協采,實現能源的多元化利用和提高海洋能源的開采效率。”米立軍表示。

(中國海油研究總院院長米立軍受訪者供圖)
 
  以下為專訪實錄:
 
  經濟觀察報:您如何看待目前中國海上風電產業的發展現狀?
 
  米立軍:從2022年的數據來看,中國海上風電累計裝機容量超過30GW,占到全球總容量超過一半,穩定地位于世界第一,新增裝機也是世界第一,不僅僅是并行,還包括部分技術引領。從海風資源分布來看,雖然中國海域不算是世界上最好海風資源分布地,但也具備大規模發展的基礎,據中國風能協會評估,中國海上風電資源開發潛力超過3500GW中國。
 
  2016年海上風電裝機容量約1.63GW,2022年累計裝機量約為“十三五”初的18倍。這是發展迅猛的表現,主管部門也通過制定政策,進一步驅動海風集群化、基地化開發建設。當下,我們的淺水風電技術在逐漸成熟,也就是水深50米內的區域,開發技術和建設模式趨于成熟。
 
  總的來說,中國沿海地區經濟發達,具有較大能源需求,開展海上風電項目建設,是立足于當地資源稟賦、落實雙碳目標以及保障能源供應的重要方向,這奠定了近幾年來,我們海風產業高速發展的基礎,并成為世界第一陣營,未來中國的海風發展的前景廣泛,技術也會更加成熟。
 
  在風電領域,中國海油起步較早,今年5月,全球首座水深超100米、離岸距離超過100公里的半潛式“雙百”深遠海浮式風電平臺“海油觀瀾號”成功并網發電,年均發電量可達2200萬千瓦時。“海油觀瀾號”將中國海風開發能力從50米水深提升至100米以上,為未來中國風電開發從近淺海走向深遠海奠定堅實基礎。
 
  經濟觀察報:中國海上風電未來都有哪些發展趨勢?
 
  米立軍:現在海上風電的發展具有得天獨厚的優勢,為什么?大家都知道西電東送,跨越兩千公里,用高壓把電從西部送到東部,但當時以火電為主,現在在西部出現了大量新能源,就有消納的問題(編者按:消納問題指新能源發電量與電網需求之間的不匹配問題)。
 
  東南沿海經濟發達省份,用電需求都在沿海,所以海上風電往陸上送電在資源稟賦和距離上具有先天優勢,海風陸送能否實現對西電東送的覆蓋,這是現在專家討論的一個新問題。
 
  另外,海上風電場的建設,具有不占地、不搶資源的優勢,能夠更集約的利用寶貴的海域資源,因此,現在還有一個趨勢是風機逐漸增大,也就是“以大代小”,用更大功率、更高效率的風代替原來那些小設備,比如目前“海油觀瀾號”的風機就是7.25兆瓦,葉輪直徑達158米,三峽集團推出的16兆瓦到18兆瓦的單機,風葉掃風的直徑可以達到200多米。(編者按:三峽集團16兆瓦超大容量海上風電機組已于7月19日并網發電)
 
  當然,越來越大的單機容量也帶來了新問題,就是需要減重,從設計角度來看,海洋工程減重,是控制成本的必然要求,利用高新材料,在現有基礎上,減重20%到30%,同時還要增加強度,這些對相關設施比如港口、船只、設備都提出了更高的要求,這是第三個趨勢。
 
  第四個趨勢,就是建設模式從立式底部固定,向浮式發展,浮式風電是指風電發電設備通過漂浮系統安裝在水面的技術。該技術可以打破固定式風機對作業水深和海底固定安裝條件的限制,有效拓展深遠海風能資源開發。
 
  相比于固定式風機,浮式風電能夠以良好的適應機組大型化與深遠海風能資源開發需求,是必須掌握的重要能源開發技術,我預計2025年后浮式風電逐步具備規?;_發條件?,F在歐洲開發的小規模浮式商業化風場普遍優于海上固定風電的表現,這也為浮式風電大規模商業化奠定了信心。
 
  在英國,浮式風電場平均容量系數達到了57%,而該區域固定式海上風電平均值約為40%。(編者按:平均容量系數指風電場在一定時期內的實際發電量與理論最大發電量之比,該比值越接近1表示風電場的發電效率越高。)
 
  之所以要向浮式,向深遠海發展,因為近淺海區域,包括港口、航道、漁業等重疊比較厲害,在深遠海開發風電可以避免這些沖突,同時,風能資源通常比近淺海也更豐富,干擾較少。
 
  經濟觀察報:海上風電有哪些主要的增長驅動因素?
 
  米立軍:首先,在中國對外能源依存度方面,石油約為70%,而天然氣超過40%。這樣一來,有能源需求就有動力。
 
  其次,為了落實雙碳目標,中國政策的導向也在推動海上風電產業發展,根據中國國家能源局全國深遠海海上風電規劃,未來中國深遠海海上風電總容量要達到290吉瓦。
 
  第三點,是現在海風的商業模式為盈利帶來了希望,現在海上風電的造價成本到了10000元~14000元/千瓦的水平,發電成本基本可以達到3毛到4毛錢一度。這就是為什么2022年政府補貼退出后,大家還會來繼續開發海上風電,因為仍具備一定的盈利前景。
 
  經濟觀察報:中國的海上風電項目開發中目前面臨哪些挑戰?
 
  米立軍:這個需要分為近海和深遠海來看,近海的優勢是,可以直接與陸地建網,岸電向電場的延伸以及海域富余電量的回輸是比較暢通的。
 
  近海中比較常見的問題就是用海矛盾、資源矛盾,因為近海區域需要和大量的其他海洋活動共享空間。2022年發改委出臺了一個文件《關于促進新時代新能源高質量發展實施方案的通知》,對這個問題也作了指引,明確新建新能源項目要嚴格執行土地使用標準,不得突破標準控制,鼓勵推廣應用節地技術和節地模式,用地節約集約化程度必須達到中國同行業先進水平。優化調整近岸風電場布局,鼓勵發展深遠海風電項目;規范設置登陸電纜管廊,最大程度減少對岸線的占用和影響。
 
  這為下一步近海的風光電場建設指明了一條可操作的路線,但仍需要大量協調工作。
 
  在深遠海就涉及多能協同,主要有三個方面亟待完善,首先是微電網的建設(編者按:微電網是一種具有自主運行能力、可以并網運行或離網運行的電力系統),通過微電網,可以將深遠海風電與其他電源(例如光伏)、負荷和儲能設備進行有效整合,提高能源利用效率,同時,深遠海風電離陸地較遠,將其發電輸送到陸地需要較長的輸電線路,這會帶來較大的能源損失。而通過微電網就地消納或儲存電能,可以降低這種輸送損失。
 
  并且,在主電網出現故障的情況下,微電網可以獨立運行,繼續為關鍵負荷提供電力供應,提高電力供應的可靠性。
 
  第二個方面是儲能必須要發展,因為風電屬于非穩定電源,它在整個供電網里邊,有占比30%的限量,現在中國要求非穩定電源,包括陸上是一樣的,要按照容量不低于新能源裝機的10%~20%、連續儲能時長2小時以上的原則來配套儲能設施,這是必備的,不然就是不穩定電源,將來存在斷電或者對電網穩定運行形成干擾的風險。
 
  現在風電制氫是解決風電波動和間歇性問題很好的解決方案,在風電發電量大的時候,將多余的電能用于制氫,提高風電的利用率。
 
  比如在南海,風電制氫之后,可以直接放在天然氣管網里,高于20%,它可以摻進去,直接用于發電或者供氣,實際上,我認為這是一種比傳統儲能更好的解決棄風棄電問題的方案,既能提高氫能源的利用,還可以達到近乎百分百的消納效果,不再存在消納難題。
 
  最后是柔性直流輸電的建設要加快,柔性直流輸電技術可以快速調節輸電功率,有助于穩定電力系統,抵消風電的不穩定性。同時,還可以獨立控制輸電線路的有功和無功功率,有助于優化電網運行,提高電網的運行效率。
 
  我一直強調柔性直流和微電網建設的重要性,微電網可以進行網格化管理,會把電網運行的風險降低成像棋盤一樣的一個個小小的棋子,如果出現不穩定,影響范圍不會是整個棋盤,只會是一個棋子,把那一格斷掉就行。
 
  如果微電網、儲能、柔性直流這些建設得比較快,未來不穩定電源的容量能不能從現在的30%提升到50%?
 
  另外,深遠海浮式風電的發展也面臨一些挑戰,中國浮式風電裝備總體設計挑戰大、經濟性要求高、高端核心產品國產功能能力弱,運維技術落后,亟須探索新型風電開發模式及顛覆性新技術,推進深遠海浮式風電邁向平價商業化。
 
  經濟觀察報:中國目前在海上風電技術和裝備制造方面的技術水平如何?與國際先進水平相比,存在哪些差距和優勢?
 
  米立軍:從風機制造的常規技術來看,我們已經處于世界領先地位。你可以看到,在世界前10的公司中,我們中國有6家。咱們風機制造的市場占有率,以及制造能力都已經處于世界前列,常規風電技術處于世界第一陣營。
 
  我們主要的差距在于浮式,現在浮式風電產業鏈不完整,高端、高附加值產品依賴進口,總體設計技術的定位錯位,對產業鏈帶動作用有限,以及低效重復建設多,產業升級壓力大。
 
  另外在風電場的智能化管理、控制這塊,我們和國際上的發展還存在一定差距,中國目前運維裝備智能化水平低,難以適應需要,又缺乏深遠海浮式風電機組運維經驗。尤其是深遠海的風電場,它不可能長期讓人在那里看著,需要智能化、無人化的管理。
 
  經濟觀察報:海上風電項目的運維管理是確??沙掷m運營的關鍵。如何看待海上風電運維市場未來的發展趨勢?
 
  米立軍:運維,也就是中國海油的優勢了?,F在海洋油氣工程的安裝運維和風電有70%重合的,也就是我們現在常規油氣的安裝運維技術,70%能用于風電的,其實就一撥人做一撥事。
 
  中國海油有先進的深水艦隊,擁有包括3000米級水深作業能力的半潛式鉆井平臺、鋪管起重船、物探船、地質勘察船、深水作業船等,這為走向深遠海、維護海洋權益奠定了堅實的裝備和技術基礎。并且通過“深海一號”“海洋石油119”等浮式裝置系泊系統的海上安裝方案設計與施工作業,建立較完善的深水系泊海上安裝方案設計、分析與施工技術體系,能夠滿足1500米水深錨泊系統海上安裝施工作業需求。
 
  但是風電運維安裝也確實有它的特點,比如高空吊裝問題,大型風電設備的尺寸大、重量重,對吊裝設備的性能要求高。此外,風電設備的結構特性,比如風機葉片的長細和曲線形狀,使得其吊裝更加復雜和困難。
 
  所以開發專有的浮式風電運維設備很重要,要針對它進行技術的研發和整個工具系列的重新構建,專有設備需要小型化和經濟化,要是拿海上油氣的設備去做風電運維就不劃算了,用起來不經濟,弄個很大的船干很小的事。
 
  經濟觀察報:海上風電項目的經濟可行性一直是關注的焦點。未來有哪些可能的改進、發展的方向,來提高中國海上風電項目的經濟效益?
 
  米立軍:通常來講,只有在產業形成較強的生命力時,政府的扶持政策才會退出。因此,從2022年政府補貼退出就能看出來,即使沒有補貼,產業也能生存,這說明政策已經達到了目標。
 
  目前,近淺海的海風場商業模式逐漸趨于成熟,但是深遠海尤其是浮式風電,大規模開發、盈利的模式還在探索當中,相比于歐洲,中國較低的電價水平使得浮式風電裝備必須在成本上具有顯著的比較優勢,由此一來,企業必須以技術革新推動降低整體投資,實現深遠海風能資源的大規模平價商業化開發。
 
  例如“海油觀瀾號”就通過示范應用摸索出一套技術降本、商業模式降本以及政策降本三條路徑相結合的商業模式、盈利模式。
 
  經濟觀察報:對于中國海上風電開發主流模式的演變有何研判和展望?
 
  米立軍:海上風電的開發,現在有兩類主流模式,首先是并網開發——由陸向海,由近及遠,現在中國電力企業牽頭開展的浮式風機項目在近岸建設浮式風機樣機,該模式以陸上風機設計經驗以及近海固定式風機建設經驗為基礎,對于深遠海風能開發模式需要持續摸索與積累。
 
  第二類就是離網供電——深水開發,多能協采,中國海油基于豐富的深水工程經驗,開展諸如“海油觀瀾號”這類半潛式“雙百”(編者按:水深百米以上,離岸百公里以上)離網深遠海浮式風電示范應用項目,實現海上風電+海上油氣多能協采,以高技術起點帶動深遠海風能資源開發。
 
  從淺水到深水、從立式發展到浮式這是大的方向,未來風電項目開發過程中還需注重多能協同、多能協采,實現能源的多元化利用和提高海洋能源的開采效率。
 

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