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“日不落帝国”的海上风电新野望

日期:2021-06-21    来源:风能专委会CWEA  作者:顾晓明

国际风力发电网

2021
06/21
13:58
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关键词: 英国海上风电 海上风电产业 海上风电母港

在本期“海风列国志”文章中,我们来看看拥有6600万人口的欧洲大国——英国。

乡下的风车

1887年7月,苏格兰名为“Marykirk”的乡下,电气工程师詹姆斯· 布里斯(James Blyth)在自己的度假小屋院子中建造了世界上第一台风力发电设备,通过向蓄电池充电,继而为度假小屋提供照明电力。詹姆斯· 布里斯在随后发表的论文中如此描述他的风电机组:“这台风电机组采用三脚架的设计,风轴长33英尺,风臂长13英尺,端部有帆布制作的风帆,通过绳索和飞轮连接一台布尔津发电机。”

受限于当时的技术条件,风力发电毫无性价比可言,因此,它并未受到社会的重视。直到1970年,英国才开始重新评估工业规模风力发电的可行性。

1991年,英国第一座商业运营的陆上风电场在英格兰南部Delabole 地区建成,安装了10台单机容量为400千瓦的风电机组。

在接下来的20多年中,英国陆上风电发展迅速,截至2020年年底的建成装机规模已超过1300万千瓦,约占年电力供应的13%。

然而,由于现代风电机组的尺寸越来越大,英国(苏格兰除外)对陆上风电设施提出的125米限高要求,近年来在技术上限制了陆上风电的开发。因此,英国人很自然地将目光投向了大海。

英国四面被北大西洋围绕,海域面积广阔,大风天气频繁,海上风能资源约占欧洲总量的1/3,号称欧洲第一。据估算,如果英国将其0~25米水深海域的1/3开发,就可以使风电装机规模达到4000万千瓦,达到2020年夏季英国全国电力需求约90% 的水平。

当然,在海上风电刚起步时,英国面临的问题是:成本太高。英国政府的解决办法是,要求电力提供商必须以规定价格采购一部分风电,否则就需缴纳罚款,此即从1990年开始实施的NFFO(Non Fossil Fuel Obligation,非化石燃料合约)机制。在起步阶段,借助该政策,英国海上风电行业获得了至关重要的财政补贴,从而在成本高昂的初期得以生存。

得益于NFFO机制,英国的第一座海上风电场Blyth(以本文开头提到的第一台风电机组的发明者命名)于2000年建成,这是全球第三座海上风电场。Blyth海上风电场仅安装了2台单机容量为2兆瓦的风电机组,它们是当时世界上最大的海上风电机组。

布里斯制造的风电机组

王室的许可

在英国海上风电发展过程中,有一个机构值得一提。英国海岸线以外12海里的海域,绝大部分属于“英国女王持有的公共财产”,由一个半独立法人实体Crown Estate代为管理。因此,英国海上风电,特别是初期近海浅水海域的项目开发,必须得到Crown Estate的许可。

1998 年,英国风能协会,即现在的RenewableUK,在英国政府的同意下,开始与Crown Estate协商并于1999年达成协议,由后者发出17个具有试验性质的项目建设许可,主要目的是积累海上风电场建设和运营经验。这就是英国海上风电开发史上的“初始轮”,起点很高,总装机容量达到120万千瓦。

2002 年后,NFFO机制逐步被RO(Renewable Obligation,可再生能源合约)机制取代。后者在本质上是前者的升级版,将英国电力提供商必须采购的可再生能源比重提高到11.1%,并于2015年进一步增至15.4%。达标的电力提供商每提供1兆瓦时的并网电力,会获得一份ROC(Renewable Obligation Certificate,可再生能源合约证书)。到2008年,陆上风电和海上风电被区分开,电力提供商每提供1兆瓦时海上风电的并网电力,会获得双份ROC。

2003 年,依托RO机制框架,英国在第二轮海上风电开发中授出了15份建设许可,规划装机容量达到720万千瓦。

2008 年,英国海上风电装机容量超过丹麦,跃居世界第一。

同年,经过对前两轮经验教训的总结,Crown Estate 批准了规模庞大的第三轮海上风电开发计划,规划装机容量达到2500万千瓦。

2010 年,Crown Estate批准了初始轮和第二轮项目的扩展计划,规划装机容量为200万千瓦。

2015 年,英国政府宣布RO机制将由CfD(Contract for Difference,差价合约)机制取代,成为海上风电开发新的补贴方式。不同于之前的模式,CfD机制采取划定可再生能源并网电价的形式,成本如超过并网电价,由政府补贴;反之,则需要上缴这部分利润。CfD机制在很大程度上消除了投资者面临的不确定性,增加了其投资可再生能源的信心。

2019年,第四轮英国海上风电开发计划基于CfD 机制框架发布,总装机容量为700万千瓦,包括目前全球最大的海上风电项目——Dogger Bank。

到2020年12 月底,英国海上风电累计装机容量突破1000万千瓦。这其中,也有中国资本的身影。

预计到2025年,英国海上风电累计装机容量将达到2020年的2倍,即2000万千瓦。

帝国的野望

日前,英国政府承诺到2030年使海上风电累计装机容量达到4000万千瓦,加上陆上风电现有的1300万千瓦装机容量,英国风电总装机容量将确定超过2020年的全国全部电力需求水平(约5000万千瓦)。

据估算,为达到这个雄心勃勃的目标,需要500亿英镑(约合人民币4387亿元)的新增投资,这对英国政府来说也是个很大的挑战。

除了资金,英国海上风电开发面临的另一个问题是可用海域。前文提到,英国如果开发其水深不超过25米海域的1/3,海上风电装机容量可达到4000万千瓦。1/3为概数,是综合考虑地质水文条件、航运、国防、海洋生物保护等因素后,这部分海域在理论上的最大可用比例。也就是说,至2030年,英国为达到4000万千瓦的海上装机目标,25米水深以下可用海域将基本告罄。

BBC:Hywind Scotland为世界首个完全投入运营的漂浮式海上风电场

在水深超过25米的海域,固定式海上风电的经济性优势已被极大削弱,漂浮式风电成为一个无法忽视的选项。英国政府为了推动海上风电的可持续发展,早已开始行动。

向2万户苏格兰家庭供电的Hywind Scotland项目

英国拥有世界第一座,也是截至目前唯一一座商用漂浮式海上风电场,即在苏格兰海域由挪威能源公司Equinor设计、开发、运营的Hywind Scotland。该项目的水深为95~120米,安装了5 台6兆瓦漂浮式风电机组,于2017 年建成投产。

英国政府在Hywind Scotland 项目上投入了大量的财政补贴,目的在于尽快积累漂浮式海上风电的建设和运营经验,为将来走向深海做好准备。

Hywind Scotland是世界上首个完全投入运营的漂浮式海上风电场

Roar Lindefjeld/Wolcam/Equinor

Hywind Scotland项目采用西门子歌美飒6MW风机,图为对接现场

Hywind Scotland漂浮式海上风电场基本资料

2020年10月,英国政府正式提出到2030年使漂浮式海上风电装机容量达到100万千瓦的目标。目前,英国仅有Hywind Scotland 项目,装机容量为3万千瓦,意味着在未来10年内,英国需要建设至少97万千瓦的漂浮式海上风电。对包括Equinor在内的漂浮式海上风电方案提供者来说,这是一个巨大的机会。

英国《泰晤士报》报道首相约翰逊谈海上风电发展计划

2020年10月,英国首相鲍里斯·约翰逊在保守党大会上提到风电开发计划时表示,英国将成为“风中的沙特阿拉伯”(原文为“Saudi Arabia of wind”)。这个目标能否实现,让我们拭目以待。


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