馮書桓，王 斌，田維珍

（1.中國船舶信息中心，北京 100101；2.國家國防科技工業(yè)局經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展中心，北京 100081）

0 引言

當前，風能發(fā)電總體發(fā)展迅猛，長期保持高速增長。2001年～2018年，其累計裝機總量已由24 GW增長至591 GW[1]。與此同時，陸上風電由于可開發(fā)區(qū)域的逐漸減少，可能對居民的生活帶來影響。陸上風電發(fā)展逐漸受到限制，人們轉(zhuǎn)而將目光投向海上。海上風能資源豐富，對人類活動的干擾程度小，且沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、電網(wǎng)容量大、風電接入條件好，因此，風電行業(yè)的中心正從陸上逐漸向近海、甚至深遠海轉(zhuǎn)移。

1 海上風電發(fā)展趨勢總覽

1.1 市場概況

據(jù)全球風能理事會（Global Wind Energy Council，GWEC）統(tǒng)計，2018年全球海上風電市場新增裝機總量4.5 GW，與2017年持平；與2016年相比增長近一倍，保持著高速增長的態(tài)勢。全球17個市場的累計裝機總量達23.1 GW。其中，英國仍是世界最大海上風電市場，累計裝機容量占全球的34%；德國緊隨其后，占全球裝機總量的28%。我國海上風電產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅速，2018年新增裝機量占全球新增裝機量的40%，居全球第一；裝機累計總量占比由2017年的14.8%增長到20%，穩(wěn)居全球第三位，展現(xiàn)出了強大的市場前景與發(fā)展?jié)摿1]。見圖1和圖2。

圖1 全球海上風電累計裝機量

圖2 2018年新增裝機量

1.2 國家與地方相關(guān)政策支持和規(guī)定

2014年，隨著我國海上風電產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長，海上風電政策導(dǎo)向也逐步明確，逐漸由風電政策細分至海上風電政策。2016年之后，海上風電產(chǎn)業(yè)進入全面加速階段，相關(guān)政策的出臺也變得更加密集、詳細。

2016年11月底，國家能源局印發(fā)《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，明確“十三五”期間風電發(fā)展目標和建設(shè)布局，指出到2020年底，風電累計并網(wǎng)裝機容量要確保達到210 GW以上，其中海上風電并網(wǎng)裝機容量達到500 MW以上，風電設(shè)備制造水平和研發(fā)能力的不斷提高，3～5家設(shè)備制造企業(yè)全面達到國際先進水平，市場份額明顯提升，重點推動江蘇、浙江、福建、廣東等省份的海上風電建設(shè)。與此同時，國務(wù)院、國家發(fā)改委、國家海洋局等均出臺相關(guān)政策對海上風電產(chǎn)業(yè)趨勢、技術(shù)發(fā)展、定價等重點問題進行了規(guī)劃。

2016年12月，國家能源局發(fā)布《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》提出，在可再生能源利用領(lǐng)域，研究8 MW～10 MW陸/海上風電機組關(guān)鍵技術(shù)，建立大型風電場群智能控制系統(tǒng)和運行管理體系。2017年，國家發(fā)改委、國家海洋局印發(fā)了《全國海洋經(jīng)濟發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，對重點技術(shù)突破提出了新的要求。規(guī)劃指出，要加強5 MW、6 MW以上大功率海上風電設(shè)備的研制，突破離岸變電站、海底電纜輸電關(guān)鍵技術(shù)，延伸儲能裝置、智能電網(wǎng)等海上風電配套產(chǎn)業(yè)，因地制宜、合理布局海上風電產(chǎn)業(yè)，鼓勵在深遠海建設(shè)離岸式海上風電場，調(diào)整風電并網(wǎng)政策，健全海上風電產(chǎn)業(yè)技術(shù)標準體系和用海標準。

此外，在地方規(guī)劃中，《北部灣城市群發(fā)展規(guī)劃》、《海南省能源發(fā)展“十三五規(guī)劃”》、《廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《江蘇省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》、《山東省新能源和可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃（2016—2030年）》、《浙江省培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)行動計劃（2017—2020年）（征求意見稿）》中均提到對海上風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的鼓勵，并體現(xiàn)了關(guān)于項目建設(shè)地點以及裝機總量的具體規(guī)劃。

1.3 全球主要整機制造商動向

圖3 全球各整機制造商2018年新增裝機量容量占比

根據(jù)彭博新能源財經(jīng)的數(shù)據(jù)，2018年全球海上風電新增裝機容量整機制造商的排名中，西門子歌美颯（Siemens Gamesa）位列第一，裝機容量1.36 GW，市場份額達到32%。維斯塔斯緊隨其后，新增裝機容量為1.29 GW，市場份額30%。由于2018年中國海上風電市場的迅速擴張，上海電氣、金風科技、遠景能源、明陽智慧能源表現(xiàn)優(yōu)異，分列全球第三位到第六位。通用電氣以20 MW的成績排在第七位。

值得注意的是，2015年—2016年以來，各大整機生產(chǎn)廠商并購動作頻頻，產(chǎn)業(yè)鏈進一步集中，具體如下：

1）法國核能集團阿海琺（Areva）將旗下Adwen公司50%股權(quán)出售給歌美颯（Gamesa），以便集中發(fā)展其核能業(yè)務(wù)；

2）2016年6月，西門子（Siemens）與歌美颯（Gamesa）合并，并于2017年4月生效，鞏固其風電霸主地位；

3）上海電氣獲資格建造西門子中國海上風電項目；

4）GE與法國能源巨頭阿爾斯通合并，進軍歐洲海上風電市場。

1.4 面臨的挑戰(zhàn)

盡管擁有較好政策環(huán)境與市場機遇，海上風電發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

其一，發(fā)電成本高。據(jù)國網(wǎng)能源研究院統(tǒng)計，海上風電平均投資成本約為陸上風電的2.8倍。據(jù)彭博財經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國大部分海上風電項目成本約 為 0.16 USD/kW·h～0.23 USD/kW·h （ 0.98 RMB/kW·h～1.41 RMB/kW·h），遠高于煤電以及陸上風電的成本，因此目前主要依靠政策補貼。但彭博新能源同時指出，海上風電裝機量每翻一番每度電成本將下降20%左右，意味著2020年左右海上風電度電成本將接近陸上風電度電成本。而 2020年以后，全球大多數(shù)國家將停止對海上風電的政策扶持，因此，努力降低海上風電成本、提高價格競爭力，對于海上風電市場的發(fā)展具有決定性作用。

其二，面臨各種技術(shù)風險。海上風電機組單機容量大，對風電機組防腐蝕的要求更嚴格，質(zhì)量控制尤為重要。同時，項目設(shè)計過程漫長復(fù)雜、行業(yè)標準缺失、建設(shè)階段需要大噸位船舶、投產(chǎn)后需要長期維護，這些都是發(fā)展海上風電產(chǎn)業(yè)需要面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。

1.5 海上風電產(chǎn)業(yè)技術(shù)熱點

相較于陸上風電，海上風力發(fā)電具有不占用土地資源、風速高且穩(wěn)定、湍流強度小、視覺噪聲污染小等優(yōu)勢。根據(jù)測算，距離海岸線越遠，風速越大，發(fā)電量增加越明顯。通常，離岸10 km的海上風速比沿岸高約 25%[2]。隨著潮間帶及近海區(qū)域風電資源開發(fā)的逐漸飽和以及沿海地區(qū)環(huán)境保護的需要，海上風電產(chǎn)業(yè)走向深海遠岸將成為必然。目前，歐洲海上風電場正朝著深海遠岸發(fā)展；目前正在建設(shè)、批準或規(guī)劃項目的平均水深和離岸距離已分別達到了215 m和200 km。我國海上風電項目此前主要集中于潮間帶及近海地區(qū)，但目前已經(jīng)啟動深遠海浮式基礎(chǔ)風電機組的研究工作，未來市場潛力巨大。

與海上風場深海遠岸的發(fā)展趨勢相對應(yīng)，風機功率、抗腐蝕性能、樁基基礎(chǔ)、電力基礎(chǔ)設(shè)施以及安裝運輸船等相關(guān)技術(shù)都需要有所突破，而這也成為近期海上風電產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的熱點。

1.6 風機技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著海上風場建設(shè)向深海遠岸的發(fā)展，風機制造也一直延續(xù)其向更大功率發(fā)展的趨勢。2017年，在英國利物浦海灣Burbo Bank延伸項目中，首次在商用項目中采用了維斯塔斯V-164 8MW大功率風機，V-164改進型9.5 MW原型機也于2017年研制成功。此外，西門子歌美颯（Siemens Gamesa）的8 MW SWT-8.0-154風機已經(jīng)進入測試階段，8 MW AD 8-180風機也進入組裝階段。與陸上風機相比，大功率海上風機在安裝、運輸與尺度上所受限制更少，并且在運行維護上有利于降低成本，發(fā)展前景巨大。

為了與深水環(huán)境及大尺度、大功率的風機相適應(yīng)，海上風機的樁基基礎(chǔ)近來也在不斷發(fā)展，設(shè)計者和制造商的主要努力方向在于以下3點：

1）優(yōu)化水下結(jié)構(gòu)幾何形式，減小材料密度，以降低結(jié)構(gòu)制造難度；

2）縮短安裝時間或減少對高投資風電安裝船的依賴，簡化結(jié)構(gòu)安裝操作流程；

3）完善供應(yīng)鏈相關(guān)供應(yīng)鏈配置。

現(xiàn)存海上風機基礎(chǔ)形式主要包括：重力式基礎(chǔ)（Gravity Base）、單樁基礎(chǔ)（Monopile）、三腳架式基礎(chǔ)（Tripod）、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)（Jacket）、多樁式基礎(chǔ)等。據(jù)統(tǒng)計，全球已投入使用的海上風電裝機容量中，約80%風機基礎(chǔ)為單樁基礎(chǔ)；其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于生產(chǎn)和安裝。緊隨其后的分別為：三腳架式基礎(chǔ)（6%）、重力式基礎(chǔ)（5%）、多樁式基礎(chǔ)（4%）等。單樁式基礎(chǔ)將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，但根據(jù)目前計劃建設(shè)項目所披露的信息，導(dǎo)管架式的基礎(chǔ)市場份額將有所增加，反映了海上風電行業(yè)向深海遠岸發(fā)展的趨勢。隨著深遠海風電市場的進一步開拓，浮式基礎(chǔ)研究與應(yīng)用將成為必然。

在海上風場電力基礎(chǔ)設(shè)施方面，海上風場向深遠海發(fā)展的趨勢以及大功率風機的使用對電力系統(tǒng)也提出了更高的要求。傳統(tǒng)33 kV電纜的電力輸送能力可達36 MW，適用于6 MW及以下風機。但隨著8 MW及更大功率風機的投入使用，66 kV輸送電壓已經(jīng)被提上日程。目前，英國Blyth海上風場示范項目已確定使用66 kV傳輸電壓，ABB公司也于2017年制造出66 kV WindSTAR變壓器并應(yīng)用于此項目中。因此，66 kV高電壓傳輸將成為今后發(fā)展趨勢。

2 海上風電國際標準化工作情況

伴隨著海上風電市場技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈不斷集中，加之海上風場向深遠海發(fā)展的趨勢帶來技術(shù)與管理方式的改變，海上風電產(chǎn)業(yè)對于標準化（特別是國際標準化）的需求越來越高。標準化工作以科學(xué)、技術(shù)和實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，經(jīng)與有關(guān)方面協(xié)商，由主管機構(gòu)批準作為行業(yè)共同遵循的準則，是一個領(lǐng)域?qū)＜壹w工作的結(jié)果，可以有效降低技術(shù)風險和開發(fā)成本[3]。

1988年起，IEC/TC88技術(shù)委員會開始進行風力發(fā)電機國際標準的編制工作。而后，國際標準化組織（ISO）與IEC達成合作協(xié)議，共同促進海上風電領(lǐng)域國際標準化工作的開展。目前，IEC/TC88主要負責風力發(fā)電系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機組、風力發(fā)電站和電力系統(tǒng)并網(wǎng)的相關(guān)工作，發(fā)布了 IEC 61400系列標準，并根據(jù)實踐經(jīng)驗和技術(shù)積累對其不斷進行修訂，具體包括IEC 61400-3-1《海上風機設(shè)計要求》、IEC 61400-3-2《浮式海上風機設(shè)計要求》等。

在國際標準化組織ISO中，海上風電相關(guān)標準主要由ISO/TC8/WG3船舶與海洋技術(shù)委員會“特殊海上結(jié)構(gòu)物和支持船”工作組負責研制。工作組于2012年1月成立，研究范疇包括海上風場、海上服務(wù)船、安裝船、鋪管船、波浪能發(fā)電、海洋漁場等。截至目前，ISO已發(fā)布的海上風電相關(guān)標準包括ISO 29400:2015《海上風能—港口和海上作業(yè)》、ISO 29404:2015《海上風能—供應(yīng)鏈信息流》2個標準，作為 IEC標準的補充。當前，ISO/TC8/WG3正在對ISO 29400進行修訂，以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。自成立以來，工作組提出的潛在工作項目包括區(qū)域建模、從業(yè)人員資質(zhì)、技術(shù)設(shè)備、海上工作與居住條件、聲光報警信號等，但目前各方均未對這些議題作出具體提案。

3 結(jié)論

近年來，我國海上風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，涌現(xiàn)了一大批優(yōu)秀企業(yè)與示范工程項目，積累了大量實踐經(jīng)驗，而這正是開展國際標準化工作的良好時機。國際標準化工作是打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈、降低生產(chǎn)與運營成本、對接世界先進技術(shù)水平、提高我國企業(yè)國際話語權(quán)、促進我國海上風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項重要工作。當前，海上風電國際標準化工作主要由IEC、ISO負責，但其工作重點各有側(cè)重。下一步，我國應(yīng)積極考慮本國具體情況，一方面引入國際標準，與國際市場及工業(yè)界對接；另一方面依托相關(guān)平臺參與到IEC、ISO國際標準研制工作當中，在海上風電產(chǎn)業(yè)這一新興領(lǐng)域中謀得國際話語權(quán)。以標準貢獻中國智慧，引領(lǐng)海上風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。