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秦海岩谈海上风电演讲稿全文

   日期:2020-07-07     来源:风能专委会CWEA    浏览:2616    评论:0    
“能明白@会客厅”第三期节目《新能源大航海时代的新大陆》,由中国可再生能源学会风能专委会秘书长秦海岩讲述海上风电的“昨天、今天和明天”。

以下为演讲稿全文:

各位朋友,大家下午好,欢迎来到“能明白@会客厅”,让我们明明白白聊能源。这期会客厅节目内容,是我本人在江苏南通所做的关于海上风电过去、现在和未来发展的一个报告。

最近业内对海上风电比较关心,尤其是明后两年海上风电存在政策的调整,将取消对海上风电的补贴,因此,现在很多省份,包括广东、江苏等在商议是不是能接力中央政府的补贴,继续支持海上风电的发展。

江苏南通对海上风电产业非常关注,认为海上风电可能是未来经济增长、带动就业、解决当地能源清洁化的一个重要抓手,正着力打造一个海上风电产业聚集区,建设海上风电母港。6月份,南通邀请我专门去做一个关于海上风电发展的报告。难得有地方政府对风电行业这么关心和支持,因此,借此机会,我与我的同事一起,将海上风电发展的昨天、今天和未来做了一个系统的梳理,目的是通过阐述海上风电发展的过程,讲述行业如何从一个大家认为不可能的事情,从一个个小小的示范项目,发展到今天的单台风机已达到十兆瓦级的过程。去年,欧洲的一些海上风电项目招标已经出现了不需要补贴的项目,电价不再需要补贴,这些成绩是如何取得的,海上风电又是如何一步步走到今天的,让我们回顾历史,再对海上风电下一步的发展做出展望。希望这样的梳理能对大家有所启发,特别是决策者、从业者对海上风电发展能有一个更清楚、更全面的认识,这也是本期节目的初衷。

报告的题目叫《海上风电:新能源大航海时代的新大陆》,为什么起这个题目呢?我在本次演讲的后面会具体讲到。15世纪,欧洲为了开拓新的贸易通道,恰逢当时航海技术也已经取得了很大的进展,有更大吨位的船舶,罗盘、指南针这样的航海的设备,可以满足远航的需求。大航海时代自此启动。从此奠定了欧洲经济繁荣的基础,打开了人类认识地球的机会,使人类对我们生存的地球,对地理有了一个全新的认识,意义非常重大。

如今,全球能源面临着很多的问题,大量的化石燃料导致了气候变化、空气污染,导致一系列能源安全,地缘政治冲突等等,我相信,通过开启新能源大航海时代,一定能找到一条通过发展清洁的、可持续的、可再生的能源,从而解决人类面临的能源和环境问题,实现人类的可持续发展。

在新能源的大航海时代,海上风电无疑是一片新大陆。海上风电潜力巨大:资源潜力巨大,产业潜力巨大,希望所有的风电人,包括关心可再生能源事业的人,能凝心聚力,一起把海上风电继续做大做强,做成我国一个新兴的产业,带动我国能源转型和能源革命的发展。希望这期节目,能对大家有所启迪。

最后再次感谢三一重能对“能明白@会客厅”的大力支持。接下来,我们正在策划的几期活动,将瞄准一些热点和关心的问题,邀请行业顶级专家学者为大家答疑解惑。也希望其他企业能像三一重能一样支持能明白@会客厅,把节目越办越好,提供更有价值的信息和知识。各位风电行业的同仁,非常高兴有机会就海上风电议题进行交流,今天演讲的题目是:《海上风电:新能源大航海时代新大陆》。为什么是这个主题,大家听我讲完可能就明白了。

一个新兴的产业发展从无到有,首先有一个想法,再到研发出初步的技术,通过小规模示范验证,再到技术成熟发展成一定规模的产业,都不是一帆风顺。基本上要10年,20年,30年甚至50年这样长的周期。风电产业同样如此。

因此,我首先想给大家推荐三本书:一本是《从海盗船到黑色直升机》(新版名为《技术简史》),一本是《集装箱改变世界》,另一本叫《光电帝国》,这三本书分别讲述了通讯行业、集装箱为代表的全球物流流运输行业、电力行业等三个行业,三本书详细描述了这三个行业各自是如何用几十年的时间发展成具有全球基础作用的行业,中间所经历的艰辛和挫折。很多企业在此过程中成长,也有企业在发展过程中衰落,期间,成就了各式各样的伟大企业家、技术专家。海上风电行业自1991年来已发展了30年,也遵循了同样的过程,所以,我想先谈谈海上风电这30年是如何一路走来的。

第一章节主题:昨天的故事,让梦想照进现实。我将讲述海上风电是如何起步,又有哪些经验教训的故事。

这是全球意义上的第一个海上风电场,1991丹麦Windeby风电场。上世纪90年代前,丹麦99%的能源都靠进口,丹麦为了保证能源安全,提出要作出变革。丹麦风资源很好,没有煤和太阳能,如何做?有人自然想到了一点:利用风能来改善能源自给的情况,实现能源的独立,能源的安全。因此,到1991年时,丹麦的陆上风电已经发展到了190万千瓦,单机容量也从55千瓦发展到了750千瓦,处于领先地位。这时,丹麦的先行者提出,本国的陆上面积有限,风资源尚不能满足丹麦的电力的需求,怎么办?是不是可以发展海上风电?有这么一群风电工程师,诞生了一个想法,自然而然,有了Windeby海上风电项目。

这个项目非常小,当时安装了11台450千瓦的Bonus风电机组(Bonus现在已并入到西门子公司。)总装机只有不到5MW。正是这么一个小小的示范项目,引爆了海上风电产业。当时开始这个项目时,很多人认为海上风电是不可能的事,是不现实的,是天方夜谭。有人认为,一台风机怎么能在海上能运行呢,如果出现故障也根本没法维修,保养维护都是复杂的工程,将面临非常大的困境。当时很多人就等着看笑话,但是项目最终成功了,项目总工运转了26年,直到2017年后才拆除。

丹麦一个国家的海上风电之梦,开启了全球海上风电的大产业!

1995年,丹麦接着又做了一个包括10台500千瓦机组的5MW风电场。Tuno Knob风电场,使用维斯塔斯的风机。以现在的标准,风电场总装机容量非常有限。

时光进入2000年,市场已经有了兆瓦级机组,丹麦又做了Middelgrunden风电场,使用西门子机组,装了20台2MW的机组,总装机容量40MW,算是比较大的一个项目。(http://www.delgrunden.dk/)

实际上,从1991年开始,到2001年的这十年间,基本上都是在试验示范,目的是验证海上风电到底行不行,这是早期示范阶段。主要看这些技术在海上是否可以执行下去。

从2002年开始,经过前十年的摸索,探索,试验,示范,大家认为在海上搞海上风电是可行的,开始进入商业化阶段,希望通过扩大规模,然后走向商业化。在试验示范阶段,开发不计成本,也没有商业化的考量。而要再进一步,任何一个产业都要考虑商业化的问题。所以,丹麦又率先开始做商业化的海上风电场。

进入2002年,这是历史上最著名的一个风电场,丹麦Horns Rev 1项目。上面这张风电尾流图片也被广泛地引用,用以描述风电尾流对风电场的影响。什么是尾流?图片中的雾气很明显地显示了它的影响。当风吹过去的时候,雾气到后面慢慢才能扩散,这就是尾流。因为前面的风机挡住了风,使后面的风速减缓,形成这样一个现象。(参考:风能科普|风是如何吹过风机叶片的?)

丹麦Horns Rev 1项目,我为什么要给它起一个“成功还是失败”的标题?先说一下项目的具体情况,采用80台2MW的机组,总装机16万千瓦,当时是一个非常大的项目。2002年建成,到2003年,每台机组平均每天都要出两次故障,1年半的时间里,出了75000次事故,出海调试不计其数。最后不得不把风机拆下来,运回岸上重新查勘,其中有47台全部打开更换部件,导致损失巨大。

什么原因导致这么多故障?主要是当时对很多的海上机组的运行条件没有考虑周全。比如说通风散热不是单独循环的,是海风直接进到机舱里面,导致对机舱主要部件的腐蚀,另外,包括叶片的控制系统策略也频繁出现问题,变压器等等都有各种故障。这时候才意识到,海上风电并不是那么简单,不能简单地把陆上的风机简单改造加强投放到海上就可以稳定运转。

这是第一个商业化的海上风机项目,最终付出了巨大的代价,所以说我说它虽然是成功的,但也有了深刻的失败教训。

这是2006年荷兰的Egmond Aan Zee项目,108MW,用了36台维斯塔斯v90 3MW机组,这在当时是最大的机组。但是这36台风机,也相继发生了齿轮箱断裂、蹦齿等故障。最后的结果,也是不得不把其中很多齿轮箱拆下来,运到岸上重新更换,给维斯塔斯造成了巨大的损失。

从上述两个项目可以发现,海上风电在初期的发展过程中,特别是商业化发展过程中,面临着许许多多海上环境方面的困难和技术的不成熟等因素的考量,所以说海上风电在商业化初期,经历了很多的挫折。当然,只有经历过这些挫折之后,再进行技术探索,大家才会看到海上风电还有很多的问题和技术需要去完善,去解决。

同期,在国外海上风电商业化过程中,中国海上风电也在探索。我们并不是在默默无闻。这是我国在2007年,“中国第一个吃螃蟹的人”,由中海油利用其在渤海湾废弃的一个导管架,改装一台金风1.5MW风电机组安装完成。这是中国第一个海上风电机组。

进入2010年,东海大桥风电场项目,这是中国的第一个真正商业化的海上风电场。项目同样也遇到了很多问题。第一个,当时风机比较难买到,2010年国际上风机供不应求,欧盟正值大力发展海上风电,海上风电恰好出现了一个小高潮,风机紧缺。一方面是造价的直线上升,80欧元每兆瓦时的电价,涨到了170欧元每兆瓦时,另一个方面设备供不应求,产业链还不成熟。在向深海远海走得更远过程中,造价节节攀升,海上的第一个商业化阶段,不光没有降低成本,在2002年到2011年间,成本反而有一个小的上升。就在这个时候,我国想开发东海大桥风电场,买不到风电整机,国外企业无法保证提供机组,还附加了很多苛刻条件。

总之,2010年中国想搞海上风电,国外的同行多数认为那是不可能完成的任务。但是经过华锐风电、东海大桥风电公司、中交三航局等,包括一些设计单位的共同努力,自强不息,我们最终把东海大桥风电场给建起来了,克服了很多困难。在技术方面,因为是淤泥的土壤,单桩技术用不了,只好采用八桩的平台,当时也缺乏海上吊装的装备,只能在岸上组装之后再采用整体吊装等等。

通过东海大桥项目,树立了国家搞海上风电的信心,培养了一支海上风电的队伍,也完善了海上风电的标准。

刚刚讲到第二个阶段:2002年到2011年,是初步的商业化阶段。之后,通过遇到的诸多问题,整个产业技术逐渐成熟,海上风电标准也逐渐齐全,整个产业正在完善,这时候海上风电要想进一步的发展,就需要降低成本。

降低成本最重要方法,就是要扩大规模。从2012年开始,到2017年左右的6年时间,我称之为“开启规模驱动降本之路”的阶段。

这是英国最著名的一个风电场:伦敦矩阵(London Array Phase I),用的是西门子3.6MW风机,175台,总装机63万千瓦,该风电场当时为全球最大海上风电场,该记录保持了多年。

西门子3.6MW机组是个明星机型,开发商和整机厂商的合作,开启了海上风电新的发展之路。该风电场的开发商当时还叫DONG能源,现在改名叫Orsted公司,是丹麦最大的能源集团。当时,Dong能源跟英国政府说,包括跟欧洲说,海上风电要发展,需要定一个发展计划。恰好当时,英国政府也反映海上风电的报价太高了,167欧元每兆瓦时(相当于人民币2元每度电)的高电价,是不可能大规模应用推广的。政府提出,要想得到财政的支持,企业就应该拿出一个发展路线图,具体什么时候能把价格降下来,降到什么程度,可以不再需要政府的持续的补贴。对于海上风电,补贴一年、两年甚至十年都可以,但持续的补贴是不现实的。所以当时Dong能源和相关的政府等,达成了一个路线图,提出要将当时160多欧元每兆瓦时的价格,降低到2020年的100欧元每兆瓦时,这个价格基本上相当于人民币一块钱一度电。但最后的结果是,到了2017年,欧洲海上风电平准化度电成本,即固定价格,就已经降到了67欧元每兆瓦时,相当于人民六毛钱左右的价格。

从这个过程可以看出,政府和产业要协同发展,政府给予政策支持,让企业上规模,通过规模化,通过学习曲线,产业链的不断完善,最终把成本降下来,这样才能实现双赢。这也正是为什么去年英国的第三轮海上风电招标,每度电才0.3元人民币,基本上不要补贴。另外,德国的四个风电场的招标也是零补贴的,这都是因为过去的十年,政府通过规模化发展给企业补贴,给各种优惠条件,支持了产业的进步。

我建议我国也应该如此做。但目前稍微有些遗憾,我国风能产业在跟政府的对话过程中,并没有达成良好的共识,尤其是去年。中国海上风电现在还不具备平价的条件,但是我认为五年之后,“十四五”期间到2025年,也就是再给风能行业五年的时间,海上风能应该能做到平价,不再需要国家补贴。之所以没达成共识,是因为涉及到总的财政补贴的问题。我国现在风电补贴累计拖欠接近3000亿,担子非常重,去年整个产业做的不够好,没有跟政府充分沟通协商好,2019年临时核准了五六千万千瓦的项目,都想要去抢8毛5的电价,这个总的补贴是不可承受的。

实际上,海上风电就差五年的发展时间,希望广东省、江苏省、山东省等几个沿海经济发达的省份,每年给海上风电行业三百万千瓦装机的补贴,就可以支持中国海上风电产业实现平价。

每年保持300万装机规模,每年的补贴也就30个亿,用每年30亿的补贴,可换来一个一万亿的产业。像如东,每年用十几亿的补贴,未来五年总的补贴并不太多,但是能带动起一个千亿的产业,明后年就可以达到这个目标,不光可以解决很大的就业,拉动很大的GDP增长,光税收基本上就能形成300多亿。所以说,海上风电是用一个小的支点,撬动一个大的产业。在这儿,我要再次呼吁江苏省能带个头,给海上风电行业继续提供补贴。也希望其他地方政府继续支持海上风电产业。

在通过规模降成本阶段,海上风电也在向深海、远海发展。这是离海岸最远的一个风电场,德国BARD offshore 1项目,总装机40万千瓦,100km的距岸距离。

除了向远海,同时还在向深海进军。这是英国Hywind Scotland漂浮式项目,总装机30MW,2017年,采用漂浮式。由挪威石油,用了5台西门子 6MW机组,是全球第一个商业化的浮动式基础风电项目,采用单柱浮动式基础,水深达到了100米。

总结一下,大机组+大规模,是降本的最终驱动力。2018年,英国的Walney Extension风电场,总装机容量69千瓦(695MW)装机,当年海上风电场最大装机,开始超大机组+大规模发展,用了40台单机8.25MW的MHI维斯塔斯机组,是当年最大的机组。还用了47台西门子歌美飒7MW风机。

去年英国海上风电招标,挪石油和DONG能源合作中标的一个项目,总计360万千瓦,是全球最大的一个风电项目。可以看出,未来海上风电的规模将越来越大。

所以我觉得,我国也应该从中学习,如何保证海上风电规模的发展。开发商要大规模,政府要支持,整机厂商一定要生产大机组。未来只有大机组才能降成本。

开发商和整机制造企业还要形成强强联合的关系,不能像陆上风电一样发展。海上风电没有几家能玩得起的,需要大公司的合作,联合,合作大规模项目。

还是以西门子为例来说明。大家都知道西门子歌美飒是海上风电老大,在海上累计装机量和每年新增装机量都名列第一,为什么西门子能走到今天?西门子比维塔斯、GE甚至比我国的几家风电整机企业在海上起步都要晚,但通过收购BONUS,在海上风电领域一骑绝尘。这要归功于2009年,DONG能源一次性给了西门子3.6MW明星机型500台的订单。拿到500台订单之后,无论在研发上,还是在生产能力、供应链的建设上,西门子都敢于大手笔地投入,最终促成了西门子现在海上风电的地位。

所以我建议国内的开发商,也要瞄准一两家有实力的整机制造企业,给予巨大的支持。只要整机制造企业有了规模,才敢于投入,成本才可能下降。我国的整机制造企业还是很努力的,“给我们一点阳光,我们就很灿烂,是不是?”

这个项目是2018年建设的三峡兴化湾试验风电场项目,非常振奋人心的项目。八家整机厂商,14台机组,在同一个场地,同台竞技,这说明了我国海上风电产业的真正成熟。一个兴化湾试验风电场就可以容纳八家企业去同台展示自己的机型,意义非凡。该项目位置非常好,离海边近,所有的新机型都可以在那儿去试验示范,去检验,供大家去比较,看看各家的技术到底怎么样,这可以为今后开发商选择机型提供决策参考。

到了2017年,经过规模化降本阶段,全球海上风电遍地开花,不只是欧洲,不仅是丹麦、德国、英国这三个大市场,全球也都在迅猛地增长。装机遍地开花,也证明了海上风电行业已经成为一个成熟的行业。包括中国在内,去年我国新增海上风电装机250万千瓦,比三年前2017年海上装机的120万千瓦基本上翻了倍。2019年,中国海上风电新增量占了全球新增装机的40%左右,发展进一步加快。

这是2019年英国Hornsea One项目,总装机规模1218MW,全球首个装机归模超过100万千瓦的海上风电场。这是典型的沿着我刚刚讲的“大就是经济”路线发展的例子。类似的超过1GW的在建海上风电项目还很多。

另外,还需要关注一下其他新兴海上风电市场。美国搞海上风电很早,第一个项目,布洛克岛海上风电项目,讨论了十年,总共经过了将近15年,又是环评,又是论证,从 2006年开始讨论,到16年才建成,也是美国第一个项目,目前美国在运营唯一的项目,但只有30MW。

美国现在东海岸规划了1700万千瓦的风电场(17GW)。因为美国西海岸的海床一走下去就很深,但东海岸海床比较平缓,所以美国初期在东海岸一共规划了1700万的海上风电项目。美国第一个真正意义上的联邦海域风电场,弗吉尼亚COVW试验风电场2台机组的首台西门子歌美飒6MW机组已经在2020年6月26日安装完毕。

另外,在东南亚国家,越南也在开始搞海上风电。目前越南装机10万千瓦。上面这个项目,薄寮三期,由中国的金风科技中的标,2020年要建成14万千瓦。越南海上风电场预计发展将很快。

这是日本的海上风电规划。规划到2030年要达到1000万千瓦,现在日本才65.6MW,一个小的风电场。

可以说,除了欧洲之外,中国,美国,东南亚等这些沿海国家,都掀起了一轮海上风电的建设高潮。

这里做一下总结:昨天的故事,如何从一个梦想照进了现实?经过了四个阶段,从早期的探索示范,到进入商业化,遇到了很多问题,然后通过规模化驱动降成本,到现在产业逐渐成熟,开启了全球市场。上面由沃旭能源提供的表格,详细描述了4个阶段发展的路线图和典型项目和参与国家。

海上风电已经不是梦想,而是现实,更重要它已发展成了一个成熟的行业,具备了继续大规模腾飞发展的基础。从1991年到现在,30年时间,全球海上风电已经形成了一个20万就业者,5000家企业,150个海上风电场,遍布三大洲17个国家和地区的成熟产业。

上面回顾了海上风电的发展的历史,下面让我们一起看看,当今的海上风电又是一个什么样的格局。

2019年全球海上风电新增装机突破600万千瓦,累计装机将近3000万千瓦。当然,跟陆上风电将近5亿千瓦的总装机比起来,海上还是比较少的。但是近20年的累计增长率达到了43%,这是一个指数级增长的一个数据。

装机前三名的国家还是英国,德国,中国,当然美国,日本,东南亚这些国家也正在奋起直追。

中国海上风电发展迅速。截止2019年底,累计吊装容量突破700万千瓦,去年新增250万千瓦(2.5GW)。

除了装机规模,风电机组单机规模发展也越来越大。机组技术研制从1991年开始,用的是450千瓦的机组,到前年GE发布了12MW风机,并在2019年首台样机正式安装在荷兰鹿特丹港。今年5月份,西门子歌美飒发布了14MW海上风电机组,容量再一次突破。

西门子歌美飒14MW SG 14-222DD风机,发布首周,即签订了2.9GW有条件合同。西门子歌美飒14MW的叶轮直径达到了222米,叶片也达到了108米。截止6月底,该机组已经拿到了总计4.3GW的合同。

这是当时艾尔姆LM在2018年发布的世界上最长的叶片,全长107米,但是它发布之后,紧接着西门子就发了108米的,到现在AeroDyn公司在2020年5月,又发布了111米长的叶片。所以说,风电行业,特别是海上风电行业的发展是更大,更高,更长。

这是海上风电基础的形式,随着越走越远越来越深,从单桩到导管架,再到浮动式基础,各种基础也在层出不穷,适合不同的海况,不同的地质条件。单桩基础技术越发成熟,所占比例也很大,超过80%。(参考:海上风电开发基础选型先行 (一)、海上基础选型(二)、漂浮式海上风电基础视频)

从近海逐步向深远海发展。从图中可以看到,绿色的是已经核准的,橙色是在建的,蓝色的是已投产的,可以看出未来海上风电场离岸距离越来越远,最远的已经达到200km了,深度也是越来越深,已经超过40多米、50米,所以将来深海远海是一个趋势。

除了风电机组技术的发展,海上风电安装的专业化程度也在不断地提高,包括从安装船、铺缆船到运维船,甚至包括今后的风机的拆除船,都有专业化的船舶在制造。

中国随着海上风电建设的加快,也在建设专业的作业船舶。这是龙源振华叁号,起重能力可达到2000吨,2018年5月交付的国产风电安装船。

这是欧洲Orion公司于2019年底交付的,起重达到5000吨的一条安装船。未来风电安装船的重量、载重能力将越来越大,起重的吨位也越来越大,可以一次性运输的机组的数量也越来越多。

这是GE打造的一条运维船,我说它是“工程师的海上旅馆”,由乌斯坦公司设计建造,长93.4米,宽18米,可搭载120人。配备3D动态补偿吊机和步入式廊桥。

再来看看海上风电的成本。(参考IRENA报告)从2010年到2019年,十年时间建设成本下降了18%,从最高的平均5000多美金每千瓦,到现在的3000多美金,平均成本合人民币两万块钱左右。

再看容量系数,也相当于等效满负荷小时数。从2010年至2019年,全球海上风电的容量系数从37%提高到44%。为什么发电等效小时数在增高呢?一个跟风资源有关,深海远海之后资源越来越好,同时叶片的加长,控制策略的提高,风机的可靠性得到提高,使得发电量也越来越高。到现在为止,平均容量系数,满负荷小时数基本上超过3000小时,容量系数为43.5%。(容量系数乘以8760,就是满负荷小时数)

再看度电成本(LCOE),也是直线的下降,从2010到2019,海上风电的度电成本下降了29%。从1.5元,降到了去年的全球平均电价0.1美金,就是人民币六毛钱左右,这张图显示的是平均度电成本。

再看2019年英国海上风电招标电价,已经下降至0.35元人民币。不需要补贴,甚至比广东的电价还便宜。

德国的海上风电招标电价也同样,2018年的几个招标电价,也是零补贴。

再看看全球海上风电整机制造企业市场。全球前十强,西门子遥遥领先,下面是MHI维斯塔斯,然后是上海电气。中国企业在前十强里面占了六强,包括中国海装。

海上风电开发商。这一轮的开发商还是传统的大能源公司,他们都在进行转型。中国的开发商因为这两年开发量增大,也名列前面。开发商前十强里面有四家中国企业。最大的开发商还是丹麦的Orsted,占比较大。

向可再生能源转型,是传统能源企业的战略选择。比如Orsted,原来是丹麦最大的能源公司、电力公司DONG能源,DONG能源不是中国汉字“东”的意思,是丹麦石油和天然气公司的意思,三年前改名字,说自己不是天然气和油气公司,改名叫Orsted。Orsted是丹麦最著名的科学家,搞电磁学的创始人。为什么要改名?因为DONG能源基本上把火电厂都淘汰了,剥离出去,只干清洁能源,说自己将来要做一个清洁能源的公司。

这一轮的欧洲海上风电开发,跟以前陆上不一样,陆上都是由小的业主,分散式的开发,海上是大的玩家,包括DONG能源、挪石油,BP、美孚这样的大公司,大玩家,以前的时候有国家补贴,这轮海上风电,从去年开始,都是靠商业化来推动。这些传统能源企业认为火电没法干了,在欧洲没人再上火电,火电就是沉默资产,因为风电成本,包括海上风电成本,马上就可以比火电低了。

再比如挪石油,现在改名叫Equinor,挪威语,是一种平衡的意思。去年去挪威访问,挪石油和挪威政府的人给我们讲,说挪威为什么要搞海上风电,不是为了清洁电力,这一点跟其他国家还不太一样,因为挪威的电力已经非常清洁了,挪威98%的电力是来自水电,已经是清洁电力的,为什么还要搞海上风电?是因为挪威意识到他们未来要靠什么吃饭,要靠什么活着。挪威以前主要靠渔业谋生,非常穷,后来发现了北海油田,成为北欧最富裕的国家之一,现在北欧好几个油田已经枯竭了,没有油了,国家面临着未来能源的变化,而且眼见到油气已经是一个日落西山的行业,因此挪威要寻找新的增长点。如果现在还是百分之百的依靠油气,很明显,不仅面临着资源枯竭,而且油气产业还要承受巨大的气候变化压力,市场前景非常不妙。所以挪石油要寻找新的转型方向,要维持企业的经营,只能靠发展海上风电。挪威发展海上风电,还有一个优势,是因为挪威海上工程方面有大量的技术和经验,海洋石油的经验可以立即转移用到海上风电领域来,这也是为什么挪威政府大力搞海上风电,挪石油转型大力发展海上风电的原因。这一页是一些海工企业转型,从服务油气到服务海上风电。挪威许多原来搞海洋工程的、海洋石油的公司,全部转到海上风电行业,是一个道理,油气行业生意越来越不好做了,市场越来越小。

除了刚刚讲的开发商、整机制造企业,相关的安装施工的EPC单位、工程企业之外,海上风电母港也是非常重要的一个环节。海上风电母港是产业竞争力的集中体现。

埃斯比约(Esbjerg)位于丹麦日德兰半岛的西南部,濒临北海。截至2017年底,Esbjerg港已为欧洲海上风电吊装风电机组装机容量约1240万千瓦,占欧洲累计装机容量78.6%。依托港口服务,Esbjerg港已经形成海上风电产业集群,入驻企业涵盖海上风电全产业链,包括海上风电开发、设备制造、运维服务、安装施工、运维、检测及规划设计企业,企业数量超过200家。

德国不来梅哈芬港Port of Bremerhaven,位于德国西北部威悉河的入海口。包括几个大的风电机组生产商和配套服务产业集群,以及海上风能专门研究机构Fraunhofer(IWES)等约120家。

英国赫尔港Green port Hull,位于赫尔河和亨伯河交汇处。海洋相关行业从业人员超过12500人,可再生能源行业是对当地经济影响最大的行业。

荷兰埃姆斯哈文港Eemshaven,荷兰北部重要的海上风电组装和安装基地。依托欧洲海上风电的快速发展,港口实现了从以油气业务为主向海上风电母港的升级。

这是世界最大的几个风电港口。希望将来中国的如东,也能发展成全球知名的海上风电母港。

为什么海上风电这两年迅速发展?或者说,海上风电发展驱动力有哪些?

第一点:成本下降,这是海上风电发展最大的驱动力。通过规模化发展,使海上风电具有了明确的竞争力;

第二点:应对气候变化需要的推动。国际可再生能源署《全球能源转型:2050路线图》报告指出,全球可再生能源需要至少6倍的增速,才能实现《巴黎协定》提出的脱碳和气候减排目标。可再生能源份额必须从2015年的占一次能源供应总量的15%,上升到2050年的2/3。2015年以来,全球新增电力的需求完全可以被可再生能源发电的增量所代替。在这一新旧交替的能源革命进程中,风电特别是海上风电正在成为全球新能源技术竞争的重点领域,各国都着力通过风电等可再生能源实现电力脱碳。

还有两点同样重要。一个是为了保证能源安全,另一个是为了能源转型。

尤其是能源安全的驱动。数据显示,2018年我国能源对外依存度达到21%,原油的对外依存度攀升至71%。每年中国石油进口成本超过1000亿美元。过高的能源对外依存度为国家带来政治和经济风险。充分挖掘海上风能资源,能够有效提高我国的能源供给安全系数。

这是IRENA发布的《新世界:全球能源转型与地缘政治》报告的关键结论。可再生能源的发展,改变了能源和地缘政治,实际上很多的冲突和地缘政治的问题,都是因为能源问题,比如马六甲海峡,不就是为了保持石油的通道?如果都搞可再生能源,那因为能源问题导致的地缘政治将大大缓解,很多的国际纠纷都会降低。

党和国家领导人已经高瞻远瞩地意识到这一问题。今年,全国两会政府工作报告把可再生能源置于保障能源安全的大框架下,可再生能源将逐渐成为保障我国能源安全的重要力量。

全球已经有超过65个国家设定了百分百可再生能源电力发展的目标。

有200多个城市加入REN21组织,承诺到2030年或2050年实现零碳,即城市要全部使用可再生能源。现在已经有42个城市已经实现了百分之百的绿色电力。(参考:《2020可再生能源全球状况报告》发布:只有可再生能源发电还远远不够)

除了国家和城市,还有企业也在积极行动。RE100项目,全球大的用能的单位,像谷歌,苹果,星巴克等235家企业,都承诺100%使用绿色电力。国内最近也搞了一个绿色电力消费合作组织,星巴克、苹果等公司都是该组织的成员。这些企业都宣称到2030年,有的是2040年要实现百分之百的电力。谷歌、苹果都在实现RE100的目标,而且苹果要求它的零部件供应商也要百分之百地实现使用绿色电力。

所以我得出本次演讲的主题:为什么人类,需要进入新能源的大航海时代。

大航海时代,欧洲15世纪到17世纪,因为君士坦丁堡运输通道被奥斯曼帝国给占领了,欧洲人要发开发一条新的贸易通道,加上航海技术已经成熟,罗盘、海图、三桅杆帆船等,欧洲人拥有了在各种复杂气候条件下进行远航的能力。所以欧洲的大航海时代拓展了人类认知世界的边界,开启了欧洲文明的进程,使欧洲500年来屹立于全球。同时,大航海使得人类跳出了历史的宿命轮回,极大的刺激了人类文明的进步。

当前,人类面临着气候变化、能源安全、环境污染这些问题,必须要开启新能源的大航海时代,只有靠发展可再生能源,才能解决人类能源和环境问题等困境。无疑,海上风电就是新能源大航海时代的新大陆。

刚刚讲的是海上风电发展昨天的故事和今天的格局,那明天海上风电会有一个怎样的未来?

第一个先说全球海上风资源储量。没有资源,谈什么都是白谈。

这是IEA发布的全球风电储量。现在全球海上风电技术可开发潜力超过1200亿千瓦(120000GW),可以发电420万亿千瓦时(42万TWh),是2040年全球电力需求的11倍。即便只开发浅海近岸区域风资源(小于60米水深),每年的发电量就超过87万亿千瓦时(8.7万TWh),可满足2040年全球电力需求的2倍。也就是说海上风电没有天花板了,海上资源足够人类使用,甚至不用再去想其他的能源。根本不用去考虑海上风资源量到底能有多少的问题。

这是欧洲,东亚,北美三个地方海上风资源分布情况,这三个地区也是经济增长最快,经济最发达的地区,海上风电储量也主要是在这三个沿海的地区。

我国海上风资源技术开发潜力超过35亿千瓦。这是国家气象局发布的数据。小于50米水深的有15亿千瓦,50到100米水深的还有20亿千瓦,潜力也非常巨大。

再说说未来海上风电装机情况。这是IRENA的一个预测,从2020年开始到2030年,再到2050年,每年全球海上风电装机情况。从现在每年增长500万千瓦,到2030年增长到每年2800万千瓦,到2050年新增达到4500万千瓦。海上风电从满足电力的增量需求之外,可以开始淘汰已有的电力系统,从补充到进入替代的时代。

再来谈谈未来10年和30年,海上风电累计装机数量的预测。到2030年,预测是2.3亿千瓦,到2050年是10亿千瓦。

类似的数据预测,以前大家老觉得这些预测到底会不会夸大?但回头去看,前10年、前15年、20年,不管是绿色和平、还是IEA、IRENA、欧盟等机构对可再生能源每五年、十年做的预测,包括预测未来十年风电会发展什么样,光伏会如何发展等等,会发现,每一次预测都落后于实际的发展。甚至最好的一次,预测数据也才达到实际数据的2/3。所以我觉得这些预测都是保守的,实现海上风电发展的目标一点问题没有,大家要有信心。

这是全球各地区的海上装机量预测数据。到2030年,欧洲预计累计7800万千瓦(78GW)。亚洲1.26亿千瓦(126GW),北美2300万千瓦(23GW),其中中国将占接近一半,2030年会有56GW海上装机。到2050年,欧洲累计2.15亿千瓦(215GW),亚洲6.13亿千瓦(613GW),北美1.64亿千瓦(164GW),IRENA预测中国在2050年海上风电总装机将达到382GW。

另外,全球海上风电单位千瓦投资预测,也即单位千瓦的造价,从现在的3800美元每千瓦,到2030年,可以降到最低1700~最高3200美元区间,到2050年最低可以降到1400美元,那基本上就是8000块钱人民币的造价投资。

这是容量系数的预测,考虑到风机设计改进和技术进步趋势,新项目的海上风电容量系数将在2030年从现在的40%提到58%左右,到2050年甚至达到60%,发电量会越来越高。

全球海上风电度电成本(LCOE)预测,从现在的基本上是人民币六毛钱左右(0.6元),可以降到未来的2030年的0.05-0.09美元/kWh,下线五美分相当于人民币三毛钱,最高也就是五毛钱(0.5元/kWh)这么一个区间。,在全球电力市场中将具有竞争力,处于化石能源成本的下线范围(化石能源的度电成本为0.05-0.17美元/kWh)我相信,到2030年,海上风电实现平价是指日可待的。2050年海上风电的LCOE将进一步降低到0.03-0.07美元/kWh。

海上风电要想降本,关键是要有稳定的、足够大的市场规模。所有上面提到的这一切的实现,包括上面这些预期,有一系列的条件,就是要规模,规模,规模。没有规模,没有市场拉动,海上风电的技术不可能进步,产业链不可能成熟,整个产业各环节不可能改善,成本也降不下来。

所以,这是为什么风电行业还要继续呼吁再给海上风电五年时间,每年哪怕只给三百万千瓦装机的补贴,也足以拉动中国海上风电产业的发展。当然,如果每年能给400、500万千瓦的补贴,那整个海上风电可以更快地实现平价。

除了市场规模大,还需要考虑风机的单机容量。未来的风机,将会越来越大。现在已经有了14MW的风机了,222米直径,单根叶片长111米,未来可能会有30MW的风机,叶尖高度基本上要达到广州的“小蛮腰”的高度,超过400米。

除了大之外,还会有什么样的风机,还存在很多想象的空间。这是欧洲做的一个设想,将来海上会搞类似垂直轴的一种机组。

施工船技术的发展,船体的规模也在不断突破。这是挪威OHT公司正在建的一条半潜式风电安装船Alfa Lift。本来预计今年要下海的,但因为买不到吊机,可能要明年交付,这艘船就在江苏南通海门招商重工的海门基地建造,一次可以运输16个单桩的基础,或者10个导管架基础。而且,打桩不用桩腿,依靠DST三级定位,两米浪的时候也不用半潜,大于2.5米浪的时候需要半潜,但依然可以作业,极大地提高了作业时间,不用下腿不用再提起来,可以在半潜的情况下移动到下一个机位,这样可以把打桩时间提高很多。目前从运输到打桩,需要四五天,有的要七八天,但Alfa Lift可以缩小到1-2天。

这是最先进的一条敷缆船,Prysmian 集团的新型敷缆船 Leonardo da Vinci,以达芬奇的名字命名。花费1.7亿欧元打造,预计2021年投入使用,可以装载17000吨的海缆,一次出海,就可以解决远海风电场电缆的铺设,大大提高了效率,也节约了成本,且更灵活更高效。同样,它也配备了最先进的DP3定位和海上维护系统。(参考:视频 | Nexans Aurora,下一代海缆铺设船)

海上风电要发展,离不开运维船的参与。这是将来更快、更舒适、更安全的运维船,这条船是Orsted定制在中国台湾海上风电使用的。带有六自由度的登载装置——运动补偿舷梯(motion-compensated gangway),检修人员可以“步行”上塔筒,非常安全。前一段时间我去湛江,正好赶上大浪,还不是登塔筒,是登升压站,应该简单的多,但是当时浪很大,就显得很危险。而使用带运动补偿的登载装置靠液压自定位,不会剧烈晃动,再大的浪也是平的。这艘船还装载有带3D运动补偿的起重机,在有浪的情况下,也可以很好进行作业。

除了上述新的技术,在海上风电开发方面,还有一些多能融合应用,包括未来海上风电制氢。当然,海上制氢还处于未来的设想,是更遥远的事儿。荷兰石油巨头壳牌公司宣布启动欧洲最大、也可能是全球最大的的绿氢项目计划,2030年在北海建成3-4GW的海上风电,完全用于制氢,计划到2040年在该区域建成10GW海上风电装机、年产80万吨绿氢的目标。(参考:选择可再生能源制氢,欧洲能源巨头启动一场新的脱碳运动,丹麦已走在前列;海上风电+制氢,Gigastack项目进展如何?)

除了制氢,海上风电还可以立体开发,打造生态学海洋牧场,同时养鱼、养海产品,提升经济效益。山东省潍坊,昌邑海洋牧场与三峡300MW海上风电融合试验示范项目,总投资51.3亿元,预计2024年6月完工。广东阳江也计划建设阳西青洲岛风电融合海域国家级海洋牧场示范区。

远距离大规模输电技术,柔性高压直流(HVDC)输电技术的发展。未来,柔性直流也是非常关键的技术。交流输电在短距离上具有成本优势,但在较长距离上,高压直流(HVDC)输电可以节省大量成本。

看这一页上的图表对照。右边蓝的是柔性直流,左边是高压交流的成本线,横坐标是离岸的距离,纵坐标是价格每千瓦价格。可以看到,当100km的时候,柔性直流的经济优势就发挥出来了。我知道在如东三峡正在做中国第一个柔性直流的输电技术,这将为未来海上风电朝深海远海发展储备技术能力。

再讲最重要的,浮动式机组,为什么要搞浮动式机组?欧洲、日本等海上风资源储量中,深海占80%以上。未来必须走向超过50米深海。浮动式基础提供了可能。

这是现在已经搞成的五六个示范的浮动式机组的项目。

这是几个典型的漂浮式风电项目。最左边的,也是最早的一个,是挪石油搞的,单桩浮动式机组,采用2.3MW西门子机组,09年就实验成功了。2018年,挪石油又开始做了中间这个项目,Hywind Scotland,5台,西门子6MW,也成功了。

右边的是2019年,WindFloat Atlantic项目,由葡萄牙电力新能源公司(EDPR)主导开发,采用8.4MW的维斯塔斯机组,最大的浮动式基础,用的是半潜式基础。目前3台已经安装完毕。

除了刚才讲的已经应用之外,现在各种奇思妙想,百花齐放,各种新型的浮动式基础制造技术都在研发。浮动式基础之后,可以基础标准化了,像产品一样,它就不是一个工程问题了,是一个产品的问题,做成产品之后,把风机按上后,再拉去安装,所以会极大提高运输安装效率,降低成本,而且减少水上作业的时间。(参考:一款长着犄角的漂浮式风机下水试验,2021年将在中国测试)

海上风电商业化过程,基本符合产业发展的规律,那浮动式风电的商业化路径,也可以朝着预计的发展,并且同样遵循从技术竞赛——降低成本——商业化应用的几个发展阶段。别看现在的浮动式基础成本很高,规模上去后,技术成熟后,成本一定是会比固定是要便宜的。

这是挪石油(equinor)做的一个技术路径图,左边是2009年那台单柱的机组,到了2017年做了5台6MW西门子机组,浮动式成本下降了60、70%,未来2年,equinor准备在一个油气田旁边规划11台8MW的浮动式机组,给旁边的石油平台供电,成本会进一步下降40%~50%。

到2025-2026,进入商业化阶段,规划30万到50万千瓦(500MW),采用同样的技术。一步一步,很执着,很坚定,现在机组很贵,不计成本,第二个30万千瓦项目,就把成本再降6、70%到50%,到了2025年,做50万千瓦的项目时,还可以把成本降下来。一直到2030年,全球市场规模有望达到1200万(12-15GW)。通过这几次规模不断的扩大,度电成本下降到40-60欧元/MWh(0.3元-0.46元/千瓦时)。这就是equinor的漂浮式海上风电发展计划。equinor说,到目前为止,成本是符合技术路线图的。

所以我想说,预测未来最好的办法就是一起把它创造出来。我觉得做风电人,应该有这样的志气,有这样的信心!

中国的“埃斯比约”在哪里?刚才讲到了埃斯比约,丹麦的埃斯比约港是全球最大的风电母港,现在每年70、80%安装的风电项目都是从埃斯比约港发运的,它的港口面积450万平方米,城市不到9万人。原来是油气港,是给海上油气服务的,因为油气市场不景气,开始转型改海上风电,成了全球最大海上风电母港。埃斯比约港的项目辐射半径为1000公里。也就是说安装方面,可以辐射到1000km的范围,当然,作为运维母港,可能辐射100km比较合适。所以欧洲北海的整个海域1000km范围,比如德国的、英国的海上风电场,都可以从埃斯比约港发运。目前入驻企业超过200家,现有员工超过10000人。

埃斯比约港成功的基础——依托的产业生态体系。目前,港口的70%收入来自风电,而且已经建立起了完整的生态产业链,包括制造企业,像西门子、维斯塔斯;开发商有DONG能源,Vattenfall等,还有运行维护的企业,包括第三方服务企业,设计、检验的,物流的企业。形成了一套完整的生态体系。

要打造中国的“埃斯比约”,我觉得不只是要引进制造业,也要“产、学、港、研、服”联动,不仅是打造成风电产业的制造基地,也应该成为研发基地、培训基地,包括风电人才基地,这样才能形成一个可持续发展的模式。

这是根据上面的结构图,绘制的海上风电产业环节与支撑服务拓扑图。从基础制造业,到部件、整机,与港口、海上项目组成一个完整的链条,运输安装、运维,与检测基地、第三方、物流和培训、国际交流,形成了一个有机整体。

正如美国汽车大王亨利·福特所讲,“我们已经取得的进步,足以使人振奋。但与未来我们将拥有的一切相比,今天的一切微不足道。”我深信,海上风电一定会取得巨大的发展,中国海上风电一定会成为世界上是最重要的部分。谢谢各位。 
 

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