离岸风能：成本低廉、环保绿色、潜力无穷

作者：Anaïs Marechal

编辑：Meister Xia

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• 根据法国输电网公司的预估，2050年离岸风能装机容量或可达22-62吉瓦，且随着上世纪八十年代建设的第二代核电基础设施的退役，法国核电发电量将从当前的60吉瓦下降至16吉瓦。

• 国际能源署估算显示，现有待开发的离岸风力发电资源高达每年42万太瓦时，比2040年的全球预期用电量高11倍。

• 由于其优势多多，离岸风能行业蓬勃发展。全球的装机容量已从2010年的3吉瓦增加到2018年的23吉瓦。2018年，欧洲离岸风能装机容量占世界总装机容量的80%，遥遥领先。（编者：2021年中国已超越英国，成为全球海上风电装机容量最大的国家，参考：我国海上风电装机容量超过英国跃居全球第一）

• 2019年敦刻尔克风电站的竞标结果反映了离岸风能成本的加速下跌：中标的企业可将每兆瓦的电价降至€44。相比之下，陆上风能的电价约为€65，陆上太阳能约为€40-70。（编者：海上风电的下降趋势在继续，2021年下降13%，自2010-2021年，陆上风电成本下降了68%，海上风电下降了60%。参考：IRENA《2021年可再生能源发电成本》，三分之二可再生能源成本低于最廉价煤电）

在2015年通过的《巴黎协定》中，国际社会制定了明确的气候行动目标：争取在21世纪中叶实现碳中和。能源转型目标的实现，离不开可再生能源的大规模部署，其中最有潜力的便是离岸风能。所有的预测数据都显示，尽管离岸风能发电当前仅占全球总发电量的0.3%，但未来必然会有重大飞跃。法国输电网公司将离岸风能称为“最有潜力的长期低碳发电模式[1]。”在离岸风能发展中，英国是佼佼者，装机容量高达10.4吉瓦 （且另有14吉瓦的陆上风能发电），并规划2030年实现40吉瓦[2]。法国当前没有投入运营的离岸风电站，不过根据法国输电网公司的预估，2050年离岸装机容量或可达22-62吉瓦，且随着上世纪八十年代建设的第二代核电基础设施的退役，核电发电量将从当前的60吉瓦下降至24吉瓦甚至16吉瓦，具体数字取决于核电在未来法国能源结构中仍需保存的比例。（编者：参考：法国首个商业海上风电场完成全部机组安装）

离岸风能潜力巨大

固定式风力发电机可安装在最深不超过50米的海域，而漂浮式则不受深度限制。据法国石油研究院新能源部工程师Daniel Averbuch 介绍：“出于经济效益的考虑，风力发电机最适合安装在年均风速高于8m/s的地区。较容易满足的风速要求、宽裕的深度限制，使得风力发电经济潜能显著。”根据国际能源署的估算[3]，现有待开发的离岸风力发电资源高达每年42万太瓦时，比2040年的全球预期用电量高11倍。

“当前，风力发电单个机组的功率为10兆瓦，行业正争取2030年提升至15兆瓦以上。相比之下，陆上风力发电机由于尺寸受景观因素限制，单机组功率仅有3兆瓦。”离岸风力发电的另一优势在于负载系数高。负载系数，指发电机实际输出功率与额定功率之比。依靠太阳能、风能等间歇式可再生能源发电，常出现负载系数低的问题。

然而，离岸风力发电机的负载系数在所有类别的发电设施中排名第二，最新的风电站负载系数可达40%-50%。相比之下，法国的陆上风力发电站仅有25%，太阳能发电站只有14%[4]。苏格兰的Hywind风电站年均57%的负载系数打破了现有记录[5]。“这既是因为海风速度高、更稳定，也因为离岸风力发电机有更优的设计。”被北海、波罗地海、比斯开湾、爱尔兰海、挪威海环绕的欧洲有着得天独厚的优势，有望实现45%-65%的离岸发电负载系数。中国、日本只能有35%-45%，美国也不过40%-55%。

较高的发电稳定性，使得离岸风能成为改善能源结构的优选。此外，离岸风能还能与其他类型的可再生能源相辅相成，在欧洲、中国、美国的冬季可发挥重要作用，填补太阳能发电的缺口。

相关技术逐渐成熟

由于其优势多多，离岸风能的应用越来越广泛。全球的装机容量已从2010年的3吉瓦增加到2018年的23吉瓦，增长速度仅次于太阳能发电。2018年，欧洲占世界总装机容量的80%，遥遥领先，而英国则是欧洲的领军国。不过，2030年中国的装机容量可由5吉瓦升至36吉瓦，实现赶超。根据法国环境能源署的估算，离岸风能到2030年会实现每年9.24亿欧元的附加值，并每年直接创造1.13万个工作岗位。

多年来，离岸风能因成本高昂，发展停滞不前。在法国，其平均发电成本为€100/兆瓦时，而水力发电为€79–149/兆瓦时、陆上风电站为€50–70/兆瓦时、陆上太阳能发电站为€45–81/兆瓦时、核电站为€43.8–64.8/兆瓦时（因存在多种计算方法，故结果有差异）。不过，2019年敦刻尔克风电站的竞标结果反映了成本的明显下跌[6]：中标的企业可将每兆瓦的电价降至€44[7]，到2030年甚至还能低至€25–30/兆瓦时。Daniel Averbuch认为，下跌的原因是离岸风能产业逐渐走向成熟，银行借贷成本下降，且新型离岸风能涡轮机尺寸增大，风电站能用更少的发电机产生更多的电能，从而节省投资和维护成本。

关键挑战有待克服

推广离岸风能之路，绝不会是一帆风顺，仍有许多关键挑战有待克服。Averbuch指出：“离岸风能发电量较大，且往往在地理上比较集中，需要高效的输电网络与之匹配，及时地将产生的大量电能向外输送。这一特点有别于较为分散的陆上风能或太阳能发电。” 制造风电机组所需的原材料也是个关键问题。“对于能源转型所需的关键金属和稀土元素，法国石油和新能源研究所[8]和一些其他机构正在研究潜在供应来源。但风力发电机中的永磁铁仅占全球稀土资源市场的一小部分。”

此外，漂浮式风力发电（安装在水深超过50米的海域）存在较多不确定性。在对未来风能发电量的预判中，有70%取决于漂浮式风力发电的增长。相关技术尚不成熟，且现暂无漂浮式风力发电站实现市场化运营。但未来即使不新建漂浮式发电站，离岸风能事业也不会陷入绝境。根据固定式离岸风能发电的发展趋势，完全可以在2040年超额满足全球电力需求。

Anaïs Marechal