自 2005 年啟動東海大橋海上風電試點項目以來，我國海上風電經(jīng)歷了技術(shù)引進、試點先行階段和統(tǒng)籌規(guī)劃、特許權(quán)招標階段的經(jīng)驗積累，正從示范項目邁向規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵階段。
2017 年，我國海上風電開發(fā)建設速度、裝備、工程技術(shù)能力不斷取得突破， 業(yè)界對海上風電發(fā)展也有了更高的預期。本文將系統(tǒng)梳理我國海上風電發(fā)展情況，并結(jié)合規(guī)劃和國家能源戰(zhàn)略研究成果對海上風電的近、中、遠期發(fā)展進行展望，為海上風電開發(fā)建設提供參考。
2017 年我國海上風電發(fā)展情況
自 2009 年以來，國家發(fā)展改革委、國家能源局通過組織沿海地區(qū)海上風電發(fā)展規(guī)劃、開展海上風電項目示范、出臺海上風電政策等方式，引導我國海上風電有序發(fā)展。2017 年，我國海上風電開發(fā)建設速度明顯加快，累計裝機容量已躍居全球第三。
一、海上風電開發(fā)建設速度明顯加快
2017年，我國海上風電新增機組吊裝容量首次突破1GW（含灘涂風電，下同），新增裝機容量同比增長接近100%；新增并網(wǎng)發(fā)電容量53萬千瓦，累計并網(wǎng)容量達到202萬千瓦。同時，我國當年海上風電核準和新開工建設容量雙創(chuàng)新高：新增核準容量超過400萬千瓦，新開工在建項目總規(guī)模接近400萬千瓦。三峽福清興化灣、魯能江蘇東臺、華能江蘇如東等多個項目開創(chuàng)了“當年開工、當年并網(wǎng)”，甚至“當年核準、當年并網(wǎng)”的海上風電建設新速度。
二、國產(chǎn)大容量海上風電機組進入產(chǎn)業(yè)化應用時代
適用于海上的3～5MW級風電機組已批量生產(chǎn)，并成為新建海上風電項目的主流機型；5～7MW風電機組也逐步試驗并網(wǎng)運行，已安裝的國產(chǎn)風電機組單機容量最大已經(jīng)達到6.7MW；國產(chǎn)風電機組制造企業(yè)已普遍啟動7～10MW更大型風電機組的研發(fā)工作。
三、海上風電裝備及工程技術(shù)不斷突破
世界首座分體式220kV海上升壓站在龍源鹽城大豐海上風電項目成功吊裝；我國30km最長距離220kV海底光電復合纜成功敷設，在建最長海纜長度超過50km；龍源振華重工施工平臺“龍源振華3號”下水，作業(yè)水深40米，可用于8MW大容量海上風電機組吊裝；三峽響水海上風電項目采用的可拆卸式穩(wěn)樁平臺浮吊吊打沉樁等施工工藝，解決了單樁垂直度需控制在千分之三以內(nèi)的世界難題。
四、海上風電技術(shù)標準體系不斷完善
目前中國已發(fā)布的海上風電能源標準共15項，涵蓋海上風電預可研、可研，風能資源測量及海洋水文觀測，地質(zhì)勘察，施工組織設計，概算定額，風電機組樁基，控制系統(tǒng)變流器等，在編海上風電能源行業(yè)標準14項，將進一步提出巖土試驗、變電站、運行維護等方面標準體系要求。
五、政策引導支持海上風電市場化發(fā)展
隨著海上風電發(fā)展規(guī)劃、核準、電價、施工及運營市場機制的逐步完善，國家更新發(fā)布了《海上風電開發(fā)建設管理辦法》，簡化了海上風電開發(fā)建設管理程序，明確了用海標準與規(guī)定，通過放管結(jié)合進一步規(guī)范海上風電管理。在海上風電電價政策的支持作用下，有效保障一批優(yōu)質(zhì)項目開發(fā)建設，并為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了持續(xù)穩(wěn)定的市場環(huán)境。
六、深遠海前沿風電技術(shù)研究取得階段性進展
我國首次啟動上海深遠海域海上風電示范項目前期課題研究工作，并取得階段性進展，課題成果通過驗收，陸續(xù)推動深遠海示范項目前期和建設工作進度，為進一步拓展未來海上風電發(fā)展空間，探索海上風電前沿技術(shù)奠定堅實的基礎。
海上風電“十三五”發(fā)展預期
海上風電項目一般包括潮間帶及潮下帶灘涂風電場、近海風電場、深遠海風電場。潮間帶和潮下帶灘涂風電場指多年平均大潮高潮線以下至理論最低潮位以下5m水深內(nèi)的海域；近海風電場，指最低潮位以下5～50m水深內(nèi)的海域；深海風電場，指最低潮位以下水深大于50m的海域。目前及“十三五”時期我國海上風電實質(zhì)開發(fā)的區(qū)域仍主要集中在潮間帶及近海風電區(qū)域。預計至2020年全國海上風電發(fā)展情況如下。
一、近海海上風電發(fā)展提速
（一）規(guī)模及方向
經(jīng)過“十二五”時期的示范探索，我國海上風電產(chǎn)業(yè)技術(shù)逐步成熟、制造能力快速發(fā)展、標準體系不斷完善，各方面條件基本成熟，“十三五”時期，我國海上風電正加速發(fā)展。
海上風電從前期到建成并網(wǎng)的周期約為4至5年，根據(jù)當前的核準和開工建設情況，預計2018—2020年全國海上風電建設投產(chǎn)進度將大幅加快，并網(wǎng)容量進一步快速突破。根據(jù)國家《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年，海上風電開工建設規(guī)模達到1000萬千瓦，力爭累計并網(wǎng)容量達到500萬千瓦。
除了規(guī)模化開發(fā)，海上風電研發(fā)和裝備制造業(yè)也將迎來新的發(fā)展機遇。根據(jù)國家《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《全國海洋經(jīng)濟發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等，加強大功率海上風電設備研制，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)，鼓勵在深遠海建設離岸式海上風電場，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等，都是“十三五”海上風電發(fā)展的重要方向。
（二）重點布局
“十三五”期間我國重點推動江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風電建設，在早期特許權(quán)項目的帶動作用下，江蘇沿海“十二五”即啟動大量項目前期工作，目前并網(wǎng)容量占全國海上風電并網(wǎng)總?cè)萘康?0%，是全國海上風電建設速度最快的區(qū)域，也是“十三五”時期海上風電建設并網(wǎng)的密集區(qū)域，該區(qū)域?qū)⑦_到300萬千瓦并網(wǎng)規(guī)模和450萬千瓦的開工規(guī)模；上海東海大橋是我國乃至亞洲第一個投入商業(yè)化運營的海上風電項目，為后續(xù)海上風電開發(fā)奠定了堅實的基礎，在早期示范作用的影響下，已并網(wǎng)容量31萬千瓦，位居全國第二，但受到海域規(guī)劃使用、海底管線、軍事、路由等多方面因素的影響，“十三五”期間上海沿海地區(qū)新增海上風電項目規(guī)模有限；浙江普陀海上風電項目已實現(xiàn)首臺機組并網(wǎng)，并逐步推進海上風電前期工作進展，由于受到海洋功能區(qū)劃、海事交通、錢塘江景觀等因素帶來的場址調(diào)整和銜接影響，“十三五”時期以推動前期工作和開工建設為主；自“十三五”以來，福建和廣東沿海地區(qū)加快推動海上風電發(fā)展，是全國開展海上風電前期工作的重點區(qū)域，基于較好的風能資源和政策支持，該區(qū)域?qū)⒊蔀?ldquo;十三五”期間海上風電的重要建設布局，規(guī)劃2020年開工規(guī)模將達到300萬千瓦。江蘇、福建、廣東是“十三五”時期海上風電建設的三大巨頭，在重點地區(qū)集中布局、其他地區(qū)分散布局的共同作用下，預計2020年我國將順利實現(xiàn)《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中海上風電發(fā)展目標，隨之逐步帶動提升運行管理水平、降低海上風電成本、形成覆蓋海上風電全產(chǎn)業(yè)鏈的設備制造和開發(fā)建設能力等，將為我國海上風電的中長期發(fā)展奠定基礎。
二、深遠海海上風電陸續(xù)啟動前瞻性探索工作
全球深遠海風電取得突破性進展，在英國海域除了挪威石油的Hywind完成安裝準備投產(chǎn)外，還將有另外兩個漂浮式風電項目在今明兩年陸續(xù)投產(chǎn)。除此之外，愛爾蘭、葡萄牙、法國也將有三個漂浮式風電項目在2020年前后投產(chǎn)。歷時多年，深遠海漂浮式風電終于從概念走向應用。
相比較來說，我國深遠海風電發(fā)展相對滯后，但隨著我國海上風電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，深遠海風電開發(fā)也在逐步熱身。深遠海風電具備更加優(yōu)越的開發(fā)條件，且開發(fā)限制性影響因素少，便于實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展，是未來海上風電發(fā)展的重要領(lǐng)域。但由于建設技術(shù)難度更大、送出并網(wǎng)存在難題、基礎型式復雜、建設成本更高等因素，深遠海風電開發(fā)也面臨一定困難。“十三五”期間，我國深遠海風電雖難以取得實質(zhì)性建設進展，但相關(guān)前沿技術(shù)已在逐步探索。例如，三峽集團開發(fā)的江蘇大豐300MW海上風電項目，是中國離岸距離最遠的海上風電項目，對我國海上風電開發(fā)遠海化、關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化、施工作業(yè)體系化等方面起到推動作用；中國廣核集團歐洲能源公司位于大西洋布列塔尼地區(qū)的Groix項目，是中國企業(yè)首次進入漂浮式海上風電技術(shù)領(lǐng)域的有力嘗試，隨著該項目設計施工工作的逐步推進，將為國內(nèi)陸續(xù)打開深遠海風電市場積累經(jīng)驗；上海綠能公司在上海市發(fā)展改革委的支持作用下已啟動深遠海域風電場前期課題研究工作，相關(guān)場址選擇、漂浮式風電機組技術(shù)、漂浮式機組基礎技術(shù)、漂浮式基礎施工技術(shù)、接入系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)等子課題已通過專家組驗收，對于填補國內(nèi)深遠海技術(shù)空白和推動產(chǎn)學研發(fā)展具有重要的啟示作用。
海上風電近、中、遠期展望
有丹麥風能研究和咨詢機構(gòu)預計，在中國海上風電項目的施工速度加快、歐洲市場進一步成熟發(fā)展的推動作用下，2017—2026年間，全球海上風電產(chǎn)業(yè)將穩(wěn)健發(fā)展，復合平均增長率將達到16％。國際可再生能源署（IRENA）認為，更大的風電機組葉片和更復雜的漂浮式平臺使海上風電場的建設向遠海延伸，以獲得遠海地區(qū)更大風能和更高發(fā)電量。
“十三五”以來，國家能源主管部門陸續(xù)組織開展2035年和2050年可再生能源行業(yè)的中長期發(fā)展展望研究工作，未來將進一步鼓勵海上風電的開發(fā)進程，將海上風電集中的建設布局逐步推廣至全國各沿海地區(qū)。隨著柔性直流輸電等配套技術(shù)的逐步成熟，結(jié)合遠海風電集群化開發(fā)特點，未來我國海上風電將呈現(xiàn)近期近海大規(guī)模快速發(fā)展、中期遠海風電試驗示范、遠期實現(xiàn)近海和遠海風電全面發(fā)展的局面，海上風能資源得到充分利用。
一、近期近海風電實現(xiàn)大規(guī)模高速發(fā)展（2025年前）
近海海上風電抗臺風型機組得到充分發(fā)展和應用，單機容量以5MW及以上為主；機組基礎涵蓋單樁、導管架、漂浮式等多種形式，設計方案進一步優(yōu)化；機組安裝將集自航、裝載、運輸、安裝（打樁）功能于一體，海況適應性增強。近海海上風電產(chǎn)業(yè)將逐步成熟、裝備運維成體系、行業(yè)標準完備、市場競爭加劇、成本降幅明顯，同時不同領(lǐng)域的管理和協(xié)調(diào)趨于融洽，海上風電發(fā)展達成共識，預計2025年前近海海上風電發(fā)展在技術(shù)和建設能力上將不再存在較大制約。
二、中期深遠海風電小規(guī)模示范（2025—2035年）
國家發(fā)展改革委、國家能源局在聯(lián)合發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030）》中明確要求風電技術(shù)發(fā)展將“深海風能”提上日程。海上風電龍頭開發(fā)企業(yè)均在積極布局深遠海域的海上風電市場，為中期深遠海域海上風電的發(fā)展奠定基礎，并提供試驗示范場址儲備。例如，三峽集團海上風電發(fā)展路線明確提出由灘涂向潮間帶、近海依次挺進，并走向深海；中國廣核集團擬開發(fā)粵東海域300萬千瓦深水海上風電場址，采用深水海上風電技術(shù)，共建工程基地及研發(fā)中心等。
受水下深度較深影響，深遠海風能資源的開發(fā)主要通過漂浮式風電基礎型式來實現(xiàn)。美國國家能源部可再生能源實驗室（NREL）的研究表明，歐洲80%以上的潛在海上風能資源位于水深大于60m的深水海域，利用漂浮式風電機組開發(fā)的風能資源可達4000GW，而美國和日本漂浮式風電可開發(fā)資源也分別達到2450GW和500GW。可見，開發(fā)適用于更深海域的漂浮式海上風電是未來的必然趨勢。漂浮式海上風電基礎主要包括四種類型，分別為：駁船式、半潛式、單柱式和張力腿式。目前技術(shù)發(fā)展相對成熟的漂浮式基礎主要為半潛式和單柱式，未來隨著深遠海域海上風電逐步推進，張力腿式和駁船式也將日趨成熟，出現(xiàn)四種漂浮式技術(shù)同場競技的場景（圖2）。
但還應該認識到，我國沿海海域的大陸架綿延距離長，近岸水深變化小，我國達到60m水深的海域，相應離岸距離相當可觀，增加了電力輸送的投資和成本，也不利于運維。因此，除基礎技術(shù)因素外，遠距離輸電也是制約我國深遠海上風電發(fā)展的關(guān)鍵因素。
目前陸上風電場的柔性直流技術(shù)業(yè)內(nèi)基本掌握，并有部分項目開展工程示范。因此，大型海上風電基礎技術(shù)和柔性直流技術(shù)的不斷成熟、海上風電機組向大型化發(fā)展且發(fā)電效率的進一步提升，以及海島電網(wǎng)的不斷強大都將為我國深遠海風電的遠距離輸電提供必要支撐。按照柔性直流的技術(shù)特點，深遠海風電具有集群化開發(fā)的特征，預計2025—2035年在壯大近海海上風電市場的基礎上，中期優(yōu)先選擇合適的場址進行小規(guī)模遠海風電示范，掌握吸收技術(shù)及管理方面的經(jīng)驗，可為日后大規(guī)模開發(fā)奠定基礎。
三、遠期深遠海風電規(guī)模化（2035—2050年）
隨著深遠海風電示范項目的開展，基礎施工技術(shù)、遠距離電力輸送等技術(shù)因素將逐步突破，遠期若要實現(xiàn)深遠海風電規(guī)模化發(fā)展仍需進一步實現(xiàn)成本的降低。
對于固定式風電，機組、基礎建造、打樁、吊裝等成本費用在量級上相對固定，優(yōu)化空間有限；而漂浮式風電最大的特點在于成本的可優(yōu)化性，在保證性能的前提下，漂浮式風電機組方案可以做到整體安裝、整體拖航，不用樁錨，可降低建造、安裝環(huán)節(jié)的費用。
隨著近年陸上風電和海上風電成本不斷下降，也將引導漂浮式海上風電成本下行。得益于在更遠更深海域漂浮式海上風電技術(shù)的利用，未來海上風電可獲得更加優(yōu)越的風能資源條件，以及應用更大容量的風電機組優(yōu)化建設安裝費用，深遠海海上風電的總成本也將大幅下降。同時，隨著海上風電行業(yè)的發(fā)展，漂浮式海上風電的設備、施工、運維、拆除等各項成本及風險也將隨之降低。根據(jù)國際能源署（IEA）等機構(gòu)預測結(jié)果，到2050年海上漂浮式風電的開發(fā)建設成本將降低50%左右（圖3）。
隨著海上風電由近海到遠海、由淺水到深水、由小規(guī)模示范到大規(guī)模集中開發(fā)，風電機組和關(guān)鍵部件設計制造技術(shù)不斷取得突破，遠期大型化海上風電機組以10MW以上為主，風電機組捕獲風能的能力更強，風電設備性能和可靠性達到國際先進水平；設備及裝備對遠海環(huán)境的適應性更高，柔性直流技術(shù)在遠海得到廣泛應用，集中的路由規(guī)劃和送出以及遠海豐富的風能資源使得海上風電更具經(jīng)濟性；海上公站的統(tǒng)籌規(guī)劃理念逐步貫徹，深遠海風電將得到大規(guī)模開發(fā)，海島基地及海上運維體系化，與海洋、海事等部門的協(xié)調(diào)監(jiān)測等工作進一步解決；在風電機組基礎方面，漂浮式基礎的技術(shù)問題得到解決，成本得到進一步控制；利用風功率滾動預測結(jié)果和省區(qū)間調(diào)峰資源互濟，充分發(fā)揮互聯(lián)電網(wǎng)的資源配置優(yōu)勢，有效解決海上風電消納問題。在機組逐步大型化、近岸資源逐步緊缺的大趨勢下，技術(shù)逐漸成熟和成本逐步優(yōu)化下降的深遠海風電將是海上風電未來發(fā)展的重點方向，預計2035—2050年我國將逐步實現(xiàn)遠海海上風電規(guī)模化發(fā)展。
結(jié)語
我國海上風電經(jīng)歷了十余年的發(fā)展歷程，開發(fā)建設經(jīng)驗不斷積累，裝備及工程技術(shù)實現(xiàn)突破，產(chǎn)業(yè)服務體系不斷健全，政策措施不斷完善，海上風電產(chǎn)業(yè)正在從試點學習、示范探索走向快速發(fā)展階段。
海上風電作為未來可再生能源發(fā)展的前沿方向，隨著我國海上風電發(fā)展規(guī)劃進一步明晰，規(guī)劃協(xié)調(diào)進一步統(tǒng)籌暢通，中長期海上風電前景可期。我國作為全球最大潛在海上風電市場，將不斷增強自主研發(fā)能力，提升風能發(fā)電效率，提高海上風電抗風險能力和競爭性，降低海上風電開發(fā)的成本，逐步推動海上風電從近海走向深遠海域，并隨著“一帶一路”倡議走出去，實現(xiàn)引領(lǐng)全球海上風電發(fā)展的宏偉目標。
