導(dǎo)語

全球深遠(yuǎn)海風(fēng)電資源占總量70%，且深遠(yuǎn)海風(fēng)力資源質(zhì)量較高、開發(fā)對(duì)自然環(huán)境與人員經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響較小，具備較大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。我國(guó)目前規(guī)劃的近海風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為100GW、深遠(yuǎn)海風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模為300GW，目前已開發(fā)30GW近海風(fēng)電資源，海上風(fēng)電逐步向深遠(yuǎn)海進(jìn)發(fā)。

海上風(fēng)電開發(fā)現(xiàn)狀

中國(guó)近海風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模約100GW，目前裝機(jī)量約34GW，還有約60GW的開發(fā)空間。十三五末海上風(fēng)電裝機(jī)量約10GW ,十四五各省規(guī)劃裝機(jī)總量約50-60GW，以近海風(fēng)電為主，若十四五目標(biāo)順利達(dá)成，近海風(fēng)電開發(fā)空間僅30-40GW，資源即將開發(fā)完畢。近海開發(fā)面臨很多限制條件，如對(duì)出行和航道的影響、生態(tài)保護(hù)等，深遠(yuǎn)海發(fā)展風(fēng)電不會(huì)占據(jù)海岸線和航道資源，能夠減少或避免對(duì)沿海工業(yè)和居民的影響。深遠(yuǎn)海風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)約是近海風(fēng)電的3倍，潛在開發(fā)資源約290GW。

深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)現(xiàn)狀

近海風(fēng)電一般采用樁基和導(dǎo)管架等固定式基礎(chǔ)，隨著深度增加，固定式基礎(chǔ)成本成指數(shù)式上升，深遠(yuǎn)海風(fēng)電一般采用漂浮式基礎(chǔ)，即漂浮式風(fēng)電。2009年Equinor開發(fā)全球首臺(tái)漂浮式海風(fēng)機(jī)組Hywind I以來，經(jīng)歷單臺(tái)樣機(jī)試驗(yàn)（2009-2015年）到小批量示范風(fēng)場(chǎng)（2016-2022年）的發(fā)展歷程。當(dāng)前全球漂浮式海風(fēng)在海風(fēng)累計(jì)裝機(jī)容量中占比不足1%，尚不具備大規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)的條件。

國(guó)內(nèi)一直在跟進(jìn)漂浮式的研發(fā)，截至2023年6月，我國(guó)漂浮式海風(fēng)項(xiàng)目已投運(yùn)3個(gè)，裝機(jī)規(guī)模18.95MW。國(guó)內(nèi)漂浮式海風(fēng)在建項(xiàng)目當(dāng)前共4個(gè)，其中中電建海南萬寧漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目是全球最大規(guī)模的商業(yè)化漂浮式海風(fēng)項(xiàng)目，項(xiàng)目規(guī)劃總裝機(jī)容量100萬kw，分兩期進(jìn)行開發(fā)。一期建設(shè)規(guī)模為12臺(tái)單機(jī)容量16MW以上的風(fēng)機(jī)，裝機(jī)規(guī)模20萬kw，預(yù)計(jì)2025年底建成投產(chǎn)；二期建設(shè)規(guī)模80萬kw，計(jì)劃2027年底建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)漂浮式海風(fēng)由單臺(tái)樣機(jī)試驗(yàn)階段開始轉(zhuǎn)向規(guī)模化開發(fā)階段。

深遠(yuǎn)海風(fēng)電基礎(chǔ)技術(shù)

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)是機(jī)組賴以持續(xù)穩(wěn)定工作的平臺(tái)，是海上風(fēng)電場(chǎng)的重要組成部分，對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目的運(yùn)行質(zhì)量和投資效益影響較大。按照基礎(chǔ)是否與海床直接接觸，海上風(fēng)電基礎(chǔ)分為著床式和漂浮式兩種結(jié)構(gòu)形式，或稱為固基和浮基。著床式基礎(chǔ)與陸上風(fēng)電類似，包含單樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)等，適用于近海區(qū)域(水深小于50m的情況)，已被大量應(yīng)用于目前已建成的海上風(fēng)電場(chǎng)，技術(shù)成熟，經(jīng)驗(yàn)豐富。漂浮式基礎(chǔ)指塔筒不與海床直接接觸，通過錨索或纜繩將其與海底相連，使風(fēng)電機(jī)組可在某一相對(duì)固定區(qū)域內(nèi)自由移動(dòng)，該類基礎(chǔ)目前主要處于研發(fā)和示范階段，但對(duì)海洋環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，與著床式基礎(chǔ)相比施工難度較小、運(yùn)維成本低，因此在發(fā)展深海風(fēng)電方面具有良好的應(yīng)用前景。

漂浮式基礎(chǔ)主要包括四種類型，分別是立柱式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)和駁船型平臺(tái)，四種基礎(chǔ)的性能和使用場(chǎng)景有所區(qū)別。

立柱式：平臺(tái)呈現(xiàn)圓柱形，吃水較大，運(yùn)用水深需大于100米。主體結(jié)構(gòu)由浮力和壓載艙、過渡段、系泊系統(tǒng)組成，通過壓載艙促進(jìn)平臺(tái)的浮心高于重心，保持良好的穩(wěn)定性。立柱式基礎(chǔ)安裝和大部件更換相對(duì)困難，對(duì)工作水深有較高要求

半潛式：主體結(jié)構(gòu)多為三、四浮筒結(jié)構(gòu)，通過對(duì)各浮筒壓艙程度調(diào)節(jié)保持平衡。適用水深大于40米，設(shè)計(jì)靈活，運(yùn)輸安裝難度較小，可采用濕拖法運(yùn)輸，技術(shù)較為成熟，我國(guó)目前大部分漂浮式風(fēng)電基礎(chǔ)均運(yùn)用半潛式。

張力腿式：基礎(chǔ)控制平臺(tái)的浮力大于自重，借助錨固在海底的拉索維持穩(wěn)定，通過向下的系泊張力平衡浮體向上的超額浮力。安裝過程較復(fù)雜，張力腿結(jié)構(gòu)造價(jià)較高，適用水深大于40米。張力腿式平臺(tái)水平方向易受到波浪和水流作用力，形成面內(nèi)橫蕩、首搖、縱蕩運(yùn)動(dòng)。

駁船式：呈現(xiàn)四邊形中間鏤空結(jié)構(gòu)，類似于船型，良好的阻尼作用改善整體運(yùn)動(dòng)性能。適用水深大于30米，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，便于批量化組裝，穩(wěn)定性較好，建設(shè)成本較低，可采用濕拖法運(yùn)輸。駁船式平臺(tái)重心較高，對(duì)波頻相應(yīng)較為敏感，需對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)頻率進(jìn)行優(yōu)化。

目前階段，立柱式和半潛式技術(shù)可行度較好，處于小批量示范風(fēng)場(chǎng)階段，但立柱式整體成本較高，半潛式的商業(yè)化和規(guī)模化應(yīng)用前景最為廣闊。駁船式處于小容量樣機(jī)試驗(yàn)階段，張力腿式處于單機(jī)樣機(jī)試驗(yàn)階段。從水深適應(yīng)性方面來看，半潛式的水深適應(yīng)能力較強(qiáng)，可以滿足在30米以上水深海域的使用。我國(guó)海域大陸架總體較平緩，半潛式在現(xiàn)階段過渡水深范圍（40-60米）的漂浮式風(fēng)電項(xiàng)目中頗具應(yīng)用潛力。而張力腿和單立柱平臺(tái)適用水深至少在60-80米，我國(guó)深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)尚未大范圍達(dá)到此深度，所以應(yīng)用有限。

深遠(yuǎn)海風(fēng)電成本

Equinor披露的數(shù)據(jù)顯示，Hywind Tampen漂浮式海風(fēng)項(xiàng)目總投資近50億克朗，單位投資約4萬元/kw。國(guó)內(nèi)漂浮式海風(fēng)的發(fā)展相對(duì)滯后，整體投資成本要高于歐洲，據(jù)公開信息披露，“三峽引領(lǐng)號(hào)”造價(jià)2.44億元，單位造價(jià)為44364元/kw。海裝扶搖號(hào)造價(jià)超過3億元，如果按3億元的總成本計(jì)算，單位造價(jià)為48387元/kw。國(guó)內(nèi)近海固定式海風(fēng)單位造價(jià)約為1-1.4萬元/kw，僅相當(dāng)于漂浮式海風(fēng)的三成。漂浮式海風(fēng)造價(jià)高昂的主要原因在于，漂浮式海風(fēng)尚處于驗(yàn)證和試驗(yàn)階段，安全穩(wěn)定運(yùn)行優(yōu)先，單臺(tái)樣機(jī)未能有效發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。海南萬寧深海風(fēng)電項(xiàng)目一期于2023年6月招標(biāo)完成，招標(biāo)價(jià)格2.2萬元/KW。由于我國(guó)海上風(fēng)電已經(jīng)停止補(bǔ)貼，全面實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，2.2萬元的成本價(jià)格仍處于較高水平。

以圖示樣機(jī)成本分布為例，漂浮式海風(fēng)中的風(fēng)機(jī)占比較低，浮式基礎(chǔ)、系泊系統(tǒng)、施工安裝的比重較高。風(fēng)機(jī)占比較低，降本路徑主要為大兆瓦。浮式基礎(chǔ)的降本路徑為減少用鋼量、鋼土混用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化以降低冗余設(shè)計(jì)，以及最大限度地減少昂貴的海上作業(yè)時(shí)長(zhǎng)等措施。系泊系統(tǒng)的降本路徑是使用輕質(zhì)材料降低系泊鏈重量和共享錨固。施工可以通過增加安裝運(yùn)維船、提高施工效率、項(xiàng)目綜合開發(fā)來降低施工成本，我國(guó)海上風(fēng)電安裝船數(shù)量較多，近兩年施工船只新建成數(shù)量較多，施工安裝成本逐漸下降。

漂浮式海風(fēng)預(yù)計(jì)到2025年總體降本幅度接近40%。根據(jù)中國(guó)電建海風(fēng)公司董事長(zhǎng)閆建國(guó)的采訪，海南萬寧一期200MW項(xiàng)目的目標(biāo)為降本至25元/W，二期800MW項(xiàng)目的目標(biāo)為降本至20元/W以下。中國(guó)海裝預(yù)測(cè)，到2025年，國(guó)內(nèi)漂浮式海風(fēng)可能達(dá)到相對(duì)有競(jìng)爭(zhēng)力水平，投資成本有望降至每千瓦2萬元左右，預(yù)計(jì)在2030年前后降至與固定式海風(fēng)相當(dāng)?shù)乃剑_(dá)到每千瓦1-1.5萬元。

深遠(yuǎn)海風(fēng)電的發(fā)展趨勢(shì)

中短期來看，沿海各省“十四五”規(guī)劃仍以近海海域開發(fā)居多，但深遠(yuǎn)海風(fēng)也已經(jīng)起步，有望在“十五五”和“十六五”逐步規(guī)模化發(fā)展。截至2022年，我國(guó)海風(fēng)累計(jì)裝機(jī)容量超過30GW，但裝機(jī)區(qū)域主要分布在近海。從各省的“十四五”海風(fēng)發(fā)展規(guī)劃來看：1）廣東、福建和江蘇等三個(gè)傳統(tǒng)海風(fēng)大省的規(guī)劃發(fā)展空間依然領(lǐng)先，而海南、山東、遼寧和廣西等省份的海風(fēng)發(fā)展則有望明顯提速；2）結(jié)構(gòu)方面各省仍然以近海海域開發(fā)為主，但部分省份也開始提及深遠(yuǎn)海風(fēng)的整體規(guī)劃，并給出了明確的時(shí)間和裝機(jī)量化目標(biāo)。結(jié)合現(xiàn)階段我國(guó)漂浮式項(xiàng)目的實(shí)施情況，預(yù)計(jì)漂浮式深遠(yuǎn)海風(fēng)將在“十五五”、“十六五”期間逐步開始投建。遠(yuǎn)期來看，中國(guó)沿海省份漂浮式海風(fēng)發(fā)展?jié)摿薮螅磥砗Ｉ巷L(fēng)電項(xiàng)目項(xiàng)目會(huì)逐步走向深海和遠(yuǎn)海，開展大規(guī)模漂浮式風(fēng)電建設(shè)。據(jù)國(guó)家能源局委托水電總院牽頭開展的全國(guó)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，全國(guó)共將布局41個(gè)海上風(fēng)電集群，預(yù)計(jì)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電總?cè)萘考s達(dá)290GW。