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海上风电:浮式类型的优势、发展现状、商业化前景

2017-09-06 16:03:18来源:网络浏览: 评论:0
  目前,海上风电项目开发所用的基础主要为单桩式和导管架式,但它们对水深有着严格的要求。浮式基础则可以突破这种限制,有望成为下一代海上风电基础的主力类型。IRENA预测,浮式基础将在2020年和2025年之间实现大规模商业化应用。   现今,海上风电机组主要是通过单桩或者导管架式基础固定在海床上,两种技术的最大缺陷在于,只能应用于水深不能超过50m的海域。然而,超过这一水深的海域也蕴藏着巨大的开发潜力,有着更高的风速。浮式基础则由于不受水深限制以及能够简化机组吊装,从而使这些海域的风能资源开发成为了可能。   在全球一些主要潜在市场,比如日本和美国,适合海上风电开发的浅水区面积很小。从这个角度来说,浮式基础有望担当起规则改变者的角色。   一、浮式类型的基础主要具有两大优势   使开发可以走向深水区。在水深超过50m的海域,风速更高,并且往往靠近于人口密集区。对于一些大陆架狭小的国家而言,浮式基础提供了规模化发展海上风电的唯一途径。   简化机组的吊装。在中等水深(30m—50m)的海域,考虑到可以使基础设计标准化,并能够使用廉价和现成的安装船只,浮式基础将会成为固定式基础的一种低成本替代。   此外,由于在施工时减少了对海床的影响,因此,相较于固定式基础,浮式基础属于更能体现环境友好型的一类基础。   二、浮式基础的发展现状   在海上油气开发领域,浮式基础早已开始进入大规模商业化应用,并经受住了恶劣运行环境的考验。   对于海上风电而言,浮式基础预计在2020年和2025年之间实现大规模商业化。目前,全球首台应用浮式基础的原尺寸海上风电机组样机已经投运了数年,一些新型浮式基础也处于示范中。   按照规划,第一个浮式海上风电项目将于2017年年底投运。该风电场位于苏格兰海域,水深超过100m,总装机容量30MW。到2020年,随着技术进步,3—5类原尺寸(2MW或者更大容量)浮式基础有望进入示范阶段。   \   如图1所示,浮式基础现有三种类型,分别为Spar式(Spar-buoy)、半潜式(Semi-submersible)以及张力腿式(Tension Leg Platform)。这几类之间也存在一些区别,比如单个基础能否搭载多台机组。   三、推广与障碍   从当前的情况来看,要实现浮式基础的大规模应用,还必须在推动成本下降上下功夫。   如果浮式海上风电获得市场认可的速度过慢,相关的产业链就无法成型,其成本下降速度将难以赶超其他能源技术类型。对于任何技术来说,在市场容量和成本之间总是存在着紧密的关联。   在能源领域,实现新技术商业化应用的过程总是困难重重,包括传统势力的阻挠、需要大量的资金和时间,并将影响到众多利益相关方。某些情况下,这可能还涉及到文化的改变。   虽然不少浮式海上风电技术已经处于示范中,但它们的大规模应用仍然尚需时日,必须克服一些障碍,主要包括:   在投资的经济性方面面临的巨大商业挑战;   创新的动力与企业的持久力之间存在不匹配。   四、需要有更好的经济性   大约有20家企业正在推动浮式基础技术从早期概念阶段进入到商业化应用阶段,这个过程可能还需要持续15年的时间。   \   对于任何参与者而言,在预商用(Pre-commercial)项目的全生命周期内,所需要的总投资额可能高达数亿美元。即使是为了维持浮式基础技术公司10年到15年的运营(人工费用以及进行研究和市场推广的第三方成本),就需要几千万美元资金。   这些项目要实现盈利,还有很长的路要走,需要大量的资金,市场也存在不确定性。众所周知,浮式海上风电市场的发展潜力主要取决于,该发电类型与其他电源类型相比,所取得的进步以及规避技术风险的能力。因此,目前浮式基础技术公司的财务状况很难符合多数私人投资者的要求。   在一些案例中,虽然上述技术公司的运营成本仍然居高不下,但已经开始逐渐吸引私人投资者进入。与此同时,法国、日本、苏格兰政府以及欧盟委员会也在积极完善为项目提供支撑的机制。   然而,在为这些领先技术提供足够支持从而使其能够实现公用事业规模的商业化应用方面,仍然缺少清晰的路径。   五、创新的动力VS企业的持久力   当下,多数浮式基础的开创性设计都是由中小型企业完成的。在那些活跃于海上风电领域的领先跨国企业中,只有少数几家(包括西班牙伊维尔德罗拉公司、日本三菱重工业公司以及挪威国家石油公司)已经公开宣布正在开发浮式基础。小型的创新公司无力将新产品完全推向市场,也无法证明他们的设计和商业方案能够满足投资的需求。在这种情况下,被大型企业收购就是一个合理的选择。   虽然浮式基础技术仍然不成熟,还需要较长时间才能实现经济性应用,但投资者仍可能从中获得好的回报。因为由于深水海域面积广阔,并且风能资源良好,浮式海上风电有望成为一个比固定式海上风电更大的全球市场。此外,在浮式基础技术实现商业化时,应用传统基础的海上风电将会和其他大规模发电技术平价。   一系列各类组织也可以助推浮式基础的发展,但挑战在于如何让他们能够充分协作从而实现互利共赢。   由于已经在下一代海上风电机组上承担了很大的技术和商业风险,机组制造商还不愿意将浮式基础整合到自己的商业产品中。取而代之的是,一些整机商已经尝试与创新企业进行合作,将机组应用到预商用浮式项目中。   海上风电项目开发商原本可以在他们以前不盈利的项目中应用浮式基础,但是这些公司已经在常规项目开发中承担了风险。目前,一些开发商正在向浮式基础开发企业提供有偿服务,从而规避开发那些应用了预商用技术的项目所需要承担的风险。   政府要建立起低碳、安全的能源生产、供应体系,通过提供资金来发展浮式基础技术则是一个不错的选项。比如,日本政府就在积极推动浮式基础的开发。然而,政府往往并没有充分扶持私人企业。前者通常仅仅提供有限的技术加速资金和预商用项目的金融支持,而不是为浮式基础的全面商业化提供资金支撑。   私募股权公司原本可以从投资类似浮式基础这样改变游戏规则的技术中获得长期的利润,但是这些企业通常希望在3—5年内就能够获得投资回报。到目前为止,除了美国的Principle Power公司和法国的Ideol公司外,鲜有浮式海上风电项目能够获得私募股权投资。   开发浮式基础技术和相关风电场项目为全球能源巨头进一步丰富自己业务组合提供了机遇。然而,不少企业仍然对海上风电的发展前景持怀疑态度,或者不倾向于投资那些还需要较长时间才能实现商业化的可再生能源产业和技术。   六、商业化路径   制定稳健的市场进入策略(Go-tomarketStrategy)对于克服上述障碍是至关重要的。具体到浮式基础,大型深水海上风电市场通常更接近于人口中心,经济高度发达。日本、美国西海岸、西欧以及韩国被认为是决定全球浮式技术发展成败的关键几个市场。   然而,这些市场并不适合开发和运营预商用项目。如同很多其他新技术一样,在发展浮式基础的过程中,也需要形成过渡性市场(Stepping Stone Markets),它是基于技术开发早期阶段的高度产品—市场匹配(Product-market Fit)建立起来的。   对于浮式基础而言,过渡性市场可能呈现以下几个或者全部特征:   有限的国内陆上能源(化石能源稀缺或者昂贵,缺少可用于太阳能和陆上风能开发的地方);   电价较高(零售价达到300美元/兆瓦时—500美元/兆瓦时);   沿海处于深水区;   政府积极寻求实现经济发展的低碳化;   拥有优良的港口和高效的供应链体系。   七、行动建议   只有政策制定者、投资者、研究人员以及业界人士共同努力,才能保障浮式海上风电走向成功。   政策制定者需要加速制定浮式海上风电项目的开发框架,从而跟上技术发展的步伐。此外,他们还需要采取措施来吸引尽可能多的私人投资进入该行业,包括继续运用主要针对预商用技术的成熟机制,比如扩大对示范风电场的扶持以及使未来市场高度确定和透明化。   投资者则需要能够容忍更长的投资回报周期,这就要求他们从长远角度来看待发展潜力和盈利能力。   研究人员应该关注降低项目的全生命周期成本和风险,包括整体系统建模与优化,充分考虑风电场的特点,以及从早期项目中学习风能资源和输出功率测量。   业内需要继续寻找加强合作(共担风险)以及以合理的成本和风险整合最好技术的路径,并向其他利益相关方增加成本和风险的透明度。
 
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