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全球海上风电技术发展趋势(上)

日期:2021-09-27    来源:千尧科技

国际风力发电网

2021
09/27
08:45
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关键词: 海上风电 风电技术 风电产业

欧洲和亚洲海上风电技术迅速成熟。近年来,在风机大型化、控制系统智能化、供应链优化、竞争加剧以及系统设计方法等因素共同作用下,风力发电成本大幅下降。在某些情况下,甚至使得零补贴项目竞标成为可能。此外,浮式海上风电等新技术发展迅速,预计很快将实现其商业可行性。

亚洲海上风电市场的加速增长是全球海上风电的重要趋势。在未来几年内,特别是中国,预计将在海上风电装机总量方面全球领先。据估计,虽然亚洲风机短期内不会进入美国或欧洲市场,但由于在全球市场的份额不断增加,亚洲海上风电正在影响全球市场。

技术发展趋势

1、全球海上风电选址趋势

图1总结了四个参数(深度、距离、项目状态和项目规模)的海上风电项目部署趋势。

图1 全球海上风电项目的深度和离岸距离

图1表明,新项目往往规模更大,离海岸更远,位于更深的水域。经验表明,项目规模大型化可以降低项目成本。风机基础技术进步、项目风险控制水平提升以及需求增加导致近岸空间稀缺等因素,使得离岸距离和水深不断增加。同时,由于电网基础设施的技术进步,如高压直流电(HVDC)技术,可避免远距离交流输电系统的高损耗,使得选址远海成为可能。

图2和图3显示了全球商业运营项目离岸距离和水深,亚洲项目用X来描述。

图2 全球海上风电项目的离岸距离

在图2中,到海岸的平均距离随着时间的推移而增加,在2018年左右达到峰值,预计到2024年将会减少。这一趋势可能的解释为海上风电快速扩张进入亚洲市场,特别是中国,其主要项目与欧洲相比更靠近岸。虽然未来的项目不太确定,但数据表明,图2所示的全球曲线的下降应是暂时的,亚洲和世界其他地区的项目最终将在2024年后远离海岸。

图3显示了全球海上风电项目随时间变化的平均水深。历史上水深增加的趋势在2020年略有下降,但数据显示,到2024年,深水项目的趋势将继续。相对平坦的走势主要是由于大量早期的亚洲项目位于离海岸较近的较浅水域。数据表明,2025年后亚洲和全球趋势将趋同。

图3 全球海上风电项目的水深

2、海上风电基础

图4显示了2020年底运营的海上风电项目的当前基础技术组合,总计32906兆瓦。单桩仍然是占主导地位的基础类型,占已安装项目的全部海上风机基础市场的74.8%。导管架基础是其次最常见的基础类型,占现有市场的10.8%。

图5显示,开发商计划在未来的项目中,相对于现有项目,将导管架基础的使用增加四倍以上,占已公布市场的21.5%。此外,单家企业在已公布市场的份额降至51.6%。这一变化的出现,是因为新市场和现有市场的项目处于规划阶段,深水区和导管架的制造选择都在增加。然而,单桩的工业化生产以及该行业在保持低成本的同时使基础适应更深水域的能力,可能会让单桩在一段时间内保持主导的风机基础类型。

图4 海上风电基础技术现状

图5 海上风电基础技术未来发展

2021年,苏格兰的Salamander浮式海上风电项目与Ocergy签署了一份备忘录,以研究使用其基础技术的可能性。Ocergy半潜技术旨在追求快组装,少钢材,浅吃水等特点,满足更多港口的要求。2018年,Stiesdal Offshore Technologies与Innogy和壳牌合作,推出了TetraSpar概念,该概念具有半潜式平台等浅水平台,可用于近海组装,但需在采用压舱物保持稳定。该示范项目预计将安装一个3.6兆瓦的西门子Gamesa风机,并于2021年被拖至挪威斯塔万格附近的试验场。

图6为全球浮式基础市场份额。大多数正在进行的浮式风电项目(75.2%)计划使用半潜式基础,因其可在码头上组装、安装和调试,并被拖到现场,而无需使用重型安装船。

图6 全球浮式基础市场份额

在过去的几年里,海上风电产业获得了商业利益。自2019年以来,项目规模扩大了近4倍,主要是因为新项目进入规划阶段,为实现海上浮式风电的稳步发展,还需不断提升技术成熟度,如系统优化、基础设施开发、系泊系统和动态系统等方面。

3、风机叶片回收

海上风电行业逐步开始考虑退役风力发电厂的可持续性问题。虽然铁塔和基础以及其他金属或塑料部件可以用传统方法回收,但复合叶片提升了回收难度。因此,海上风电Oem和开发商正试图增加风机叶片的回收利用,2021年1月宣布成立一个新财团,包括主要制造商西门子Gamesa、维斯塔斯和GE等。2020年1月,维斯塔斯宣布到2040年生产零废物风机的目标,并于2021年5月建立了名为热固性环氧树脂复合材料循环经济的学术/工业伙伴关系。

4、绿色制氢

作为一种零排放燃料,绿色氢可用于交通、供暖、工业、电网存储等方面。一些全球项目或已提出,或已处于早期开发阶段,包括:壳牌、RWE、Gasunie、Gascade、Equinor、φrsted和Boskalis。

作为AquaVentus/AquaDuctus项目的一部分,这些开发商计划使用10吉瓦的海上风电来生产氢气,并将其输送到欧洲。这些努力的目标是从2035年起生产多达100万吨的氢。

韩国最大的工业和钢铁集团之一浦项制铁(POSCO)计划利用φrsted在仁川沿海的160吉瓦海上风力发电能力,满足其氢生产需求。

海王星的PosHydon能量项目将为荷兰公用事业公司Eneco、Gasunie、Noordgastransport和Northern offshore gas Transfer整合海上风电、海上天然气和海上氢气。


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