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风能 专题分析

浮式风机简介(上):全球市场预估与政策统整

October 20, 2021 Wind InfoLink

CN TW

全球漂浮式风机市场展望


 Wind  Infolink_floating  cumulative capacity

2021 年各国海上风电开发均受到疫情影响,但上半年全球仍有六个风场开始商转,随着开发成本较低的沿岸地区逐渐饱和,且同一区域的上网容量可能也抵达上限,许多国家的研究重心逐渐转移到漂浮式风机上,欧洲国家起步最早,尤其英国当前漂浮式风机装机容量占全球的一半,美国与亚洲正急起直追,不仅是为了在新市场占有一席之地,同时也因当地环境限制,急需漂浮式风机技术以实现净零碳排目标。

Wind  Infolink_floating  market potential

 Wind Infolink_floating  market potential table

漂浮式风机能更好地汲取潜在的风能。美国国家再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)表示,全球八成蕴藏的风能在水深 60 公尺以上的海域,从上图可以看到,不仅是美国与中国均有 50%以上潜在风能需要透过漂浮式风机取得,日本、挪威、西班牙及意大利等国,更在 90% 以上。

漂浮式风机能开发的风能远高于固定式风机,除了因远离岸边的风更强劲、稳定,也因部分国家浅水海域较少,如挪威海岸为峡湾地形,可作为天然良港,却不利于安装在海床上的固定式风机,其水下基础成本过高以至于失去经济效益,但浮动式风机以浮标系统和缆线取代水下基础,水深对成本影响较不显著。  

Wind  Infolink_floating  LCOE

漂浮式风机与固定式风机及陆域风机的成本差距将于 2050 年收敛。 举例来说,位于葡萄牙于 2020 年商转,总装机容量25 MW 的大西洋风浮风场(WindFloat Atlantic)的均化能源成本高达 $237/MWh,但根据劳伦斯柏克莱国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的预估,到 2035 年前,漂浮式风机成本相较于 2019 年可望减少 17~35%,2050 年则近一步减少 37~49% ;成本下降最关键的因素与固定式风机一样,为风机尺寸增加,同时,随着更多厂商开始采用漂浮式风机与投入制造,大规模的风场开发与群聚的风场,都有利于节省上网与施工成本,从而产生规模经济,此外,供应链的竞争也将加快零件的标准化与压低成本。

 主要市场发展现况与政策支持

Wind  Infolink_floating  policy

英国
英国政府对海上风电目标明确。英国计划在 2030 年海上风电达到 40 GW,并预计在 2050 年达到 75 GW,极具野心的政策目标仰赖漂浮式风机开发远海风能,也因此英国在第四轮的价差契约(Contracts for Difference Allocation Round 4 )中针对漂浮式风机,投注约 2,400 万英镑支持漂浮式风场开发,设定最高行政履约价(Administration strike price)为 122£/MWh(约等于 166$/MWh)。

英国为漂浮式风场开发的领导国家之一。英国本身具有北海的石油、天然气开采经验,能将建造海上钻油平台的经验应用于漂浮式风机的建造上,而英国当前完成的浮动式风场装机容量占全球的一半,其中多国協作的高风苏格兰(Hywind Scotland)风场,是世界上第一座落成的商业化漂浮式风场,总容量为 30 MW,容量因子高达 57.1% 是英国风场中最高的,这项项目让英国累积装机容量跃进,也巩固了欧洲漂浮式风场开发先进者的地位。

法国
法国在 2020 年宣布, 2028 年海上风电装机容量将达到 5.2 GW~6.2 GW,并释出 8.75 GW 的风场开放投标,包含固定式风机与漂浮式风机。法国适合安装漂浮式风机的区域主要在西、南部海域,如布列塔尼南区(South of Brittany)。法国现有四座将于2022 年商转的漂浮式风场,已与政府签属合约享有趸购费率€ 240/MWh(约等于277$/MWh),也输出相关技术到挪威与日本等国,其领导地位归因于IDEOL与 Naval Energies等厂商,将法国在海事工程、油气产业的经验应用于漂浮式风场的建造上,而IDEOL正是上述的布列塔尼南区浮动风场的投标者之一,且未来将参与台湾漂浮式风场的建造。

法国已经规划商业化漂浮式风场招标时程。第一个商业化漂浮式风场招商程序在 2021 年启动,总容量为 250 MW 于 2027 年商转;2022年三个位于地中海(Mediterranean)的商业化漂浮式风场进行招商于 2028 商转;最终于 2024 至 2030 年间每年释出 1 GW 竞价招商,不限定漂浮式或固定式风机。

美国
美国拜登-贺锦丽政府(The Biden-Harris Administration)设立 2030 年海上风电达到 30 GW的目标,但西海岸深度快速下探至 60 公尺或更深,因此漂浮式风机发展速度是美国达成政策目标的关键。故美国政府对漂浮式风机的支持更直接,且同时来自州政府与联邦政府。除了美国能源局(Department of Energy)在 2019 年公布亚特兰提斯计划(ATLANTIS)资助超过一亿美元于 12 项研究计划,期望能使漂浮式风机符合经济效益并超车欧洲;能源局同时也提供风水一期(Aqua Ventus I)示范计划四千万美金的资金,另一方面,缅因州的公共事业委员会(Maine Public Utilities Commission)亦与风水一期签订再生能源购电协议(Power Purchase Agreement),保障其后续收入。

美国固定式风机数量远逊于欧洲,期望透过浮动风机迎头赶上。美国风水一期预计于 2022年内完成,之后有七座规划中的漂浮式风场,三座坐落于缅因州,两座于加州、两座于夏威夷。 而美国在漂浮式风机的设计上也有所进展,奇异公司研究室(GE Research)在亚特兰大计划的资助下,于 2021 年五月公布 12 MW 漂浮式风机的概念设计,并正在打造原型机。

日本
福岛核灾后,日本致力于再生能源发展以替代核能,日本前首相菅义伟公布的「绿色成长战略」其中订定 2030 日本的海上风电装机容量目标为 10 GW。而日本周遭海域水深较深,如北方的北海道与东北以及南方的九州等地区,相当适合漂浮式风机。

日本对漂浮式风机开发由产、官、学三方携手共进。日本政府取从 2020 年开始消固定式风场的固定价格买取制度(Feed-in Tariff, FIT),仅适用于漂浮式风电产业,价格为 36 JPY/kWh(约等于 322$/MWh)。在 2011~2020 年间,产经省主导的「福岛海上风力联盟」,投入 600 亿日圆,由三井、日立、东京大学等多个机构共同推动漂浮式风机发展,建造出亚洲第一支漂浮式风机,受益于日本重工业十分发达,日立在此计划中顺利制造出 2 MW、 5 MW 的漂浮式风机,三菱则制造 7 MW 的漂浮式风机 ,但尚未达商业化,且三菱的漂浮式风机平台可能因无法承受海浪冲击在测试过程中损坏,现今联盟虽已终止,产经省仍持续推动漂浮式风机发展,截至 2021 年,共计已有五个示范风场、19 MW的漂浮式风机已上网,全球仅次于英国,日本政府期望 2020 年代中期能进入商业化阶段。

南韩
南韩政府宣布于 2030 年海上风电装机容量达 12 GW ,其中一半,6 GW,将由漂浮式风场提供。南韩适合漂浮式风机的海域在水深 60 公尺以上的东岸,如新古里(Shingori)750kW示范风机与蔚山(Ulsan)5 MW 示范风机。此外,南韩总统文在寅于 2021 宣布,政府将直接投资 1.4 兆韩元(约等于 11.7 亿美元)于蔚山的风场开发上,也会运用该区域原有的漂浮式钻油平台建造漂浮式风机,预计于 2025 年达到 1.4 GW。

政府透过可再生能源比例标准(Renewable Portfolio Standard, RPS)、再生能源凭证(Renewable Energy Certificates,RECs)与官方投资促进漂浮式风机的发展。 RPS 与 RECs 并非直接针对漂浮式风机发展提供政策补助,但 RECs 中,海上风电依离岸远近有不同的权重,越远加权越高,较有利漂浮式风场。

Wind  Infolink_floating  market cumulative capacity

 

Wind  Infolink_floating  country cumulative capacity forecast

(风场详细信息请见附录)   

总结

Wind InfoLink 认为,随着固定式风机的风场饱和与漂浮式风机技术成熟,漂浮式风机将是海上风电下个阶段的发展引擎。漂浮式风机能适应水深 60 公尺或更深的海域,更有利风能的撷取,同时也远离利害关系人目标分歧的浅海区。当前漂浮式风机的发电成本仍高于固定式风机,不过随着其与固定式风机的成本差距快速收敛,漂浮式风场将在各地的海域踪现。

也因此,各地将政策补助从固定式风场,转移到漂浮式风场的开发上,短期内部分市场的政策目标更为明确,有别于针对整体海上风电产业的市场,英国与南韩均有设立2030年漂浮式风机,而法国虽然没有明定漂浮式风机的容量目标,但其政策要求 2024 年浮式风场与固定式风场竞价,脱离政策保护。

多数市场都会透过直接投资漂浮式风场来提供示范风场资金,协助厂商走过创新的「死亡幽谷」,或提供趸购费率增加厂商冒险投入新技术的意愿,这个模式在英国与法国均得到不错的成效,但日本装机容量的成长则相对趋缓,漂浮式风场竞标也不如法国风场热络,可能与外国开发商文化适应不良、无法切入当地网络有关。

下篇文章,将着重于漂浮式风机的技术与其他发展的可能性,包含浮台、系缆系统与海事工程作业上的差异,以及这些差异如何对海上风电产业的成本、施工流程、环保议题带来变化。

Wind  Infolink_floating  offshore wind farm

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