2运维船舶
参考相关运维经验，运维船舶每个航次按修理4台风机考虑。对于海上风机，每台每年按1次预防性修理、20次故障维修考虑。以上假设与Carroll研究团队以及英国国家可再生能源推进中心团队的研究结果一致。此外，COMPASS工具由英国国家可再生能源推进中心独立开发，能够显示每艘船在海上风电场的作业时间、航渡时间以及闲置时间。
在建模中，假设两种船舶类型使用的燃料都是船用燃油，并考虑了船舶在航渡或闲置期间的不同燃料消耗。采用从海上风电场到海岸投影的距离，估算每年从母港到海上风电场的航渡总时间。
采用上述假设方法，根据海上风电场到海岸的距离和风发场容量，估计到2030年风机和运维船的数量。然后再乘以每次航渡(母港到海上风电场)和每次维修所需的年时间，估计得出每年运维船舶的总使用时间，进而估算船用燃油总消耗以及运维船舶碳排放总量。
表2 运维船舶模型假设
3脱碳方案
在脱碳方案方面，提出混合动力推进船舶、氢燃料替代燃油两种方案，并进行仿真建模。同时，未来可在条件允许的情况下，对现有运维船舶进行改造。根据当前行业对脱碳战略的高要求，预计上述脱碳方案将在未来10年推广普及。建模评估通过多种情况组合，估算到2030年的运维船作业时间、平均燃料消耗和相应的二氧化碳排放量(表3)。
表3 运维船舶脱碳方案组合
4技术应用模型
在未来10年，通过电池技术不断升级，以及混合燃料(如甲醇与柴油混合，碳减排70%)、清洁燃料(如氢燃料，100%清洁)等的应用，绿色船舶将有望得到更广泛的应用。根据方案不同的成熟度，形成三种技术应用模型，预估至2030年各种技术将占领的市场份额(图5)。
当前，许多业内人士认为充电船舶是一个具备市场潜力的技术方案。然而，由于当前电池技术发展水平和海上充电基础设施有限，电力驱动推进在续航力方面存在不足，仅适用于航程较短的CTV。与此相比，新型燃料将可能是一个更具实现性的技术方案。
值得注意的是，CTV运营商同时对电力驱动和氢燃料两个不同概念进行研究开发，而SOV通常采用动力混合系统设计。
图5 三种技术应用模型的市场份额对比
5燃料价格模型
燃油价格模型基于BEIS、BNEF和英国国家可再生能源推进中心的内部分析的现有报告的预测(图6)。总的来说，分析产生了18种情况组合，帮助估计到2030年SOV和CTV的碳排放以及其燃料成本。燃料价格考虑了推进效率，但考虑到燃料储存和运输的不确定性和复杂性，没有计算相关费用。
为了在前提条件相同的基础上比较船用燃油和替代燃料，分析计算了船用燃油出厂价格和氢气出厂价格。船舶运营商为船用燃油支付的价格大约比出厂价格高出60-80%。了解船舶运营商在替代燃料生产地点和船舶装载点之间支付的溢价，将是了解替代燃料竞争力的重要考虑因素。
图6 船用燃油和氢燃料价格对比
结语
分析结果显示，在保守模型中，到2025年将需要249艘风电运维船为166个海上风电场服务。在基本需求情况下，到2030年将需要389艘风电运维船在北海218个海上风电场进行运维工作。其中，在船舶需求总量上，CTV约占比75%，SOV约占比25%。
在乐观模型中，风电运维船总需求将达455艘，其中CTV占比约69%，SOV占比约31%。
在上述两个模型中，SOV数量相对较少的原因是，预计大多数海上风电场(约64%)将位于海岸附近，距离低于50公里，通常不需要SOV。在乐观模型中，相对保守模型多出的风电场位于距海岸平均70公里处，更适合SOV进行运维作业。
按照设想，到2025年，95%的船舶将继续使用传统燃料；然而到2030年，这一比例将有所下降。在保守模型中，到2025年有约25%风电运维船采用清洁燃料；到2030年，这一指标将达到近50%。在乐观模型中，到2025年约33%的风电运维船使用绿色船舶技术，到2030年这一比例将上升到90%。
图7 保守模型和乐观模型未来SOV和CTV数量预测
考虑到适度的燃料价格预测，对碳排放的估计表明，正如预期的那样，在乐观模型中，2020年至2030年之间可以实现最高的碳节约。与所有运维船继续使用船用燃油的基准情况相比，到2030年，碳排放量可减少1.2 MtCO2e(图8)。另一方面，与基准情况相比，基准情况下的碳节约率最低，未来10年仅为0.71MtCO2e，到2030年减少0.3MtCO2e 。
图8 2030年碳排放情景与船用燃油基准的比较
除了环境方面，燃料成本是脱碳战略的关键考虑因素。氢燃料的价格目前是船用燃油价格的两倍多，但全球能源产业都对氢燃料保持强烈的兴趣，许多国家围绕氢燃料构建其碳中和战略。
通过提高效率、克服技术瓶颈、扩大规模等手段，能够快速降低成本。据估计，到2030年，氢燃料的价格可与船用燃油相当。值得一提的是，在船用燃油与氢燃料价格相当情况下，氢燃料看起来更有利。在这种情况下，不需要任何碳交易价格，将使氢燃料成为更具竞争力的能源。然而，与船用燃油相比，存储成本是决定氢燃料是否具有竞争力的另一个因素。在乐观模型中，40%的运维船可使用氢燃料，与船用燃油相比，额外的存储成本预计超过9000万英镑(表4)。这意味着，要吸引运维船舶运营商选择氢燃料，大约需要25英镑每吨的碳交易价格。
表4 2020年到2030年的燃料排放节省和燃料成本
