海上风电发展趋势分析与探讨

许维凯

（中国电建集团港航建设有限公司 天津 300467）

引言

人类社会进入工业文明后，发展模式高度依赖化石能源和物质资源投入，因而产生大量碳排放、能源消耗和生态环境问题，导致全球气候变化和发展不可持续。国家为积极应对气候变化这个全球性重大挑战，2020 年9 月22 日，在第七十五届联合国大会一般性辩论上，碳达峰碳中和被提及。它不仅是我国实现可持续发展的内在要求和加强生态文明建设、实现美丽中国目标的重要抓手，更展现了负责任大国的担当。而发展海上风电，则是响应国家“双碳”目标和积极服务国家海洋强国战略措施之一。本文通过海上风电发展前景和海上风电发展分析两部分内容，引出针对海上风电发展的相关探讨。

1 海上风电发展前景

鉴于国家现状发展仍高度依赖传统化石能源和物质资源，但化石能源和物质资源日趋不足，并且使用过程中严重污染环境，导致全球气候变化。为应对气候变化，需要我们每个人在衣食住行用等日常生活的各个环节行动起来，挖掘减排潜力，更需要国家在国家层面制定制度和方案，加快发展非化石能源[1]，寻求战略性新能源代替传统能源。电力能源因价格低廉和绿色环保等优势被各个行业广泛使用，海上风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能发电作为清洁能源是我国目前的新型电力能源。海上风力发电因具有资源储量丰富、年利用小时数高、不占用土地、不消耗水资源、靠近沿海电力负荷中心且适宜大规模开发的特点，成为沿海国家风电发展的重要方向，风电发展的深度与规模成为风电技术进步的制高点和推手。我国作为沿海大国，有着丰富的海上资源，大力发展海上风电对我国能源转型、提高能源自给率，迈向海洋强国等具有重要战略意义，也是我国推进科技自立自强，打造原创技术策源地的重点领域。

根据国家能源局官方网站公布：截至2021 年末，我国风电并网装机容量达到300.15GW，较2016 年底实现翻番，是2020 年底欧盟风电总装机的1.4 倍、是美国的2.6 倍，已连续12 年稳居全球第一。截止2021年6 月末，我国海上风电累计装机11.13GW，2021 年上半年新增装机2.15GW，中国未来有望成为全球最大海上风电市场。《中国“十四五”电力发展规划研究》指出，我国将在广东、江苏、福建等多沿海地区开发海上风电[2]。2021 年，多省相继出台海上风电“十四五”建设规划。其中广东预计2025 年装机容量达到18GW，江苏新增规模9.09GW，山东启动10GW 项目。浙江、广西、海南总计也有约10GW 海上风电项目规划。福建预计2030 年达到5GW 以上。根据我国国内各沿海省市发布的海上风电业务规划数据累加可知，海上风电“十四五”规划约70GW。并且，结合国外风电建设以及我国之前年份的风电建设情况，实际海上风电装机量通常高于规划风电装机量。即使按照现有数据来看，我国海上风电建设前景仍清晰明朗且建设空间依旧广阔。

虽然我国风电并网装机容量已连续12 年稳居全球第一，但是与欧洲海上风电先进国家比较，我国海上风电的单机容量与单体规模偏小，深远海开发关键技术储备不足，施工运维装备与技术相对滞后。因此积极构建海上风电现代产业链，打造海上风电发展与应用核心技术，是我国把握新能源创新发展机遇，提升国家战略能力，服务于广大人民的重要举措。当前海上风电即将进入平价上网时代，开发范围从近海向深远海推进，各种商业开发模式深度整合，根据发展推测，“十四五” 期间必将是我国海上风电突破关键核心技术，推进产业迭代升级的关键时期，而“十五五”期间则是我国新的一轮规模化建设高潮期。

2 海上风电发展分析

未来20 年，海洋经济发展将是一个不可或缺的重要发展因素，而风电开发则是海洋经济的关键一环。在政策支持和成本下降的驱动之下，全球海上风电市场将迎来显著扩张。随着全球各国提高可再生能源发展目标，以及新的国家加入风电开发市场，全球海上风电市场前景将变得更加光明。随着全球能源转型步伐的加快、各国满足碳中和目标的实际需要，以及更多国家进入海上风电市场，预计全球海上风电发展速度会进一步加快，参与投资主体也会逐渐增多，海上风电也越来越受到政府、业主的重视和青睐。从各国规划目标来看，未来英国、德国、美国、中国、丹麦、瑞典等国家依然会是新增市场的主力军，而日本、韩国、越南、波兰、巴西、印度等国家会成为新生力量。欧洲、亚洲、美洲将是海上风电发展的主战场，海上风电的投资、设计、咨询、制造、建设和运营单位将迎来新的春天。

根据初步预测，就国内而言，到2030 年，我国近海区域海上风电总开发潜力约1.2 亿千瓦，全国深远海海上风电总开发潜力约3 亿千瓦，是实现2030 年风电、太阳能发电总装机容量达到12 亿千瓦以上的重要支撑之一。“十四五”时期，我国海上风电并网目标容量为3000 万～4000 万千瓦，开工目标容量为6000 万～7000 万千瓦。

据以上数据可知，海上风电将迎来大规模发展，在快速、高效发展的同时，如何保证发展质量，是我国目前的核心关切。虽然国家已有相对成熟的技术，有具备应对复杂海况条件的施工能力及船舶设备，但发展产业链仍不完善，在关键核心技术上存在短板，如缺乏海上风电核心施工装备，缺乏全寿命周期管理平台，深远海风电开发技术薄弱等因素。因此为发展海上风电，加快发展趋势，应科学制定海上风电发展规划，应有思路、有标准、有步骤、有目标、有布局。应继续发掘自身潜力，培养海上风电技术人才，支持高校进行海上风电科学研究，培育海上风电投资与施工企业，支持企业快速发展，充分发挥我国海上施工专业优势，快速组织海上风电自主施工资源，积极融入全球海上风电产业链，积极抢占国内外海上风电市场，抓住机遇培育新的经济增长点、促进国内能源转型升级，拓展海外风电开发业务。本文针对海上风电发展分析思路如下：

一是国家重点扶持，加大科研经费投入，加强科技创新，突破深远海开发关键核心技术，强化全寿命周期项目开发建设和运行维护管理能力，构建项目信息化数字孪生系统和安全保障体系，积极打造原创技术策源地，夯实海上风电产业发展，引领世界新能源发展前沿地位。

二是构建海上风电现代产业链，充分发挥海上风电产业链一体化的优势，完善产业组织体系，强化规划设计优势，补齐施工安装短板，发展高端装备制造，前瞻布局运维业务，形成国际领先、世界一流的海上风电产业链。

三是形成开放合作的现代化产业链供应链，积极整合联合社会资源，开展国际合作，推动海上风电业务的国际发展，逐步形成未来海洋经济产业。

四是推广海上风电EPC 总承包模式，既是降低施工企业工程造价、推动规模开发和平价上网的重要环节，也是促进国内施工建设企业开展有序竞争的良好方式。

五是研制并建造大型船舶装备，拥有海上风电发展核心装备，实现科技自强，降低建设风险，加快发展进度，自主完成海上风电相关工程建设。

六是打造专业的海上风电人才队伍，严格依照法律法规、标准规范和单位有关要求配置项目管理团队。

七是针对海上施工特点，加强应急能力建设，降低出海作业风险，保证人员和船机设备安全，减少因安全问题带来的损失，从而降低海上风电发展成本。

八是突破材料壁垒，加强海上风电建设所需材料的研发能力，如位于海上风电产业链中游的海缆和风电机组、海上风电产业链上游的叶片材料等。通过研发，使我方拥有材料生产核心技术，强者恒强。

3 海上风电发展探讨

截至2019 年底，全球已投运海上风电场共有146个，累计装机容量达到27.2GW，同比增长23.4%。2020年全球风电新增装机容量为93GW，其中中国风电市场新增装机量71.67GW。2021 年海上风电装机规模跃升至世界第一。不难看出，中国风电发展迅速，2020 年和2021 年增量较高，中国风电建设整体呈现稳步快速发展。就目前来看，我国国内在建的海上风电项目大部分布置在近海区域，风场中心离岸最远的项目距离海岸线70 余公里。随着国内生态保护力度不断增大，海上风电机组选址时还需为渔业、港航和军事区域等做出让步，处于起步晚而发展快速的我国，如何高质量高速度的发展海上风电，还应进一步探讨。

3.1 加快发展海洋经济与产业

海上风电是我国海洋经济高质量发展的增长极，是发展海洋经济的关键点，也是我国发展海洋经济的桥头堡。积极推进海上能源岛研究与建设，积极做好风能、氢能、海水淡化新型储能、抽水蓄能等多种能源与资源集成的海上能源岛重大示范工程的规划论证工作。积极研究探索“海上风电+海洋牧场”产业模式。积极推动国内大型基础设施建设企业参与海洋经济发展和海上风电建设，以海上风电形成的海洋工程装备与能力，拓展涉海基础设施建设市场，发展海洋环境保护业务和海洋新兴产业，形成海洋经济与产业体系。

3.2 适时推动国际合作

国内在推动EPC 总承包的同时，还应加强国际合作，引进和消化国外先进技术，重视引进消化吸收再创新，弥补我方技术能力的不足，提高我方的创新能力。根据海上风电发展趋势与发展需求，与欧洲各国开展深远海海上风电示范项目战略投资，充分利用国际产业基金，实现深海风电产融结合。或引入金融资本，推动海上风电项目投建营模式创新，丰富重大项目的资本金筹措方案，增强可持续投资能力，降低资金风险。

3.3 加快开发远海风电产业[3]

风电发展由最初的陆上风电发展逐渐向海上拓进，而目前海上风电发展因设备能力和技术问题基本局限于近海，但近海资源发展在世界范围内已趋于饱和状态，远海由于风力强、面积广，远海风电开发的新浪潮已然掀起，海上风电的发展势必走向风资源更丰富的深远海。由近海向深海风资源探索，掌握远海风电开发，则掌握了国际前沿技术，在风电产业上将占有关键席位，因此应加快开发远海风电产业，加大风机设备研发投入，尤其是漂浮式风电机组。漂浮式风电技术被称为下一代海上风电新技术，它能被安装在固定基础风机无法到达的水域，它的应用将使可利用的海上风力资源扩大近十倍，从而在能源转型进程中发挥重要作用，帮助我国实现国家层面的低碳环保目标。

3.4 研制并建造大型船舶装备

国内海上风电场工程的施工建设领域，在经过逐步摸索与工程实践后，已经形成了一整套经济、有效的施工方案和船舶配套模式。随着10MW 风机的成功安装并测试、16MW 风机的开始研制，10MW 及以上风机必然成为今后国内市场的主力机型，风机大型化已经成为新建海上风电场的主流。通过海上风电市场环境考察，海上风电所需重大施工装备在近两年抢装潮期间社会资源紧缺。在海上风机“越来越大”的发展趋势下，超大风机的海上运输、安装也成了更大的难题。为适应海上风电安装施工的要求，海上风电施工装备大型化趋势不可避免，因此具备海上风电大型化装备能力和满足装备大型化先进性要求，才能跟上海上风电领域更新换代的步伐。

3.5 明确海上风电上网电价

上网电价的高低是确定海上风电能否大规模使用的重要因素，在推行海上风电的同时，应制定海上风电上网指导价，并通过竞争方式确定上网电价，在不得高于项目所在资源区陆上风电指导价前提下，海上风电才能大规模推广使用，只有大规模推广和使用，海上风电才具有发展的价值。因海上风电需要长期持续发展，建设成本与传输成本将随着相关技术的成熟而逐渐降低，上网电价也应随着成本的降低而动态调整，通过一系列的惠民举措推广并发展海上风电，进而大幅减少传统能源的使用，推动国内能源发展的良性循环。

3.6 降低维护用和建设成本

虽然海上风电拥有良好前景，但同时也存在建设成本与风险大、维护费用高的缺点。海上风电建设依赖船舶，有船舶即需有码头，建设码头的费用相对较高，而如果利用国内现有码头，船舶与码头的匹配性也应改进和优化。针对海上复杂的施工环境，在海上风电建设过程中，还需对潮位信息、海洋气象等进行监测，以防止台风破坏、金属腐蚀等方面的影响，故建设成本整体较高。此外，海上风电主体设备的维修和保养难度大、费用高，直接影响风电成本；海上风电操作人员应具备综合素质，必须经过系统培训，不仅要具备电气、机械等专业知识，还要具备海洋水文气象相关知识，因此对于人员的要求较高。在发展海上风电的同时，应寻求解决降低维护费用和建设成本的方法。

3.7 加强船机设备安全管理

在“抢装潮”的大背景下，船机资源紧张。部分改装船加速进入市场，风险隐患急剧增加。如何降低和避免隐患，保证船机设备安全，形成良好有序的海上风电发展规模，也应纳入风电发展探讨的范畴。一是船舶及移动式海上平台应按照《船舶与海上设施法定检验规则》有关规定，取得相应证书，起重设备应取得主管部门检验报告和使用登记证书。二是船舶管理应遵照船舶使用调度管理制度执行，船舶产权单位的所有船舶应按规定进行统一调度和协调管理。三是陆用机械上船舶组合作业必须制定专项施工方案，并附具船舶稳定性和结构强度验收结果，必要时应由专家论证。四是通过定期、不定期和专项检查方式组织做好船舶设备的日常安全监督管理，同时做好吊机、打桩锤及其他安装设备的日常维护和保养工作。

3.8 打造海上风电专业施工队伍

要想加快海上风电发展，除具备必要的硬件设备外，必须有专业素质过硬的人才队伍，懂管理、懂法律、懂施工、懂安全。严格依照法律法规、标准规范和单位有关要求配置项目管理团队，项目经理、安全管理人员、特种作业人员、船员、作业人员需持国家有关部门颁发的有效证书上岗。应对出海人员实施分类管理，细化和明确船员、日常海上风电作业人员和临时性出海人员的管理要求，重点做好人员行为教育、专业技能及应急培训、出海登记、劳保用品配备等的管理。尤其针对施工人员大多缺乏海上作业、生活经验等问题，组织实施海上施工作业生产教育培训，锻炼其施工作业能力和海上应急自救能力，取得海上基本安全培训合格证书后方可上岗作业。

3.9 强化应急能力建设

海上风电发展不能脱离安全，海上浪头高、多台风，施工风险系数大且安全风险不确定，因此应加强风险监测预警，建立海上风电项目应急管理体系，完善协调联动机制，建立与属地海事局等机构应急沟通渠道，强化应急响应，定期组织培训演练，提升突发事件应急处置能力。制定防台风方案，明确应对极端天气现场船舶避风撤离点，委托专业机构对坐标点位进行地质勘测分析计算，确保满足要求。发生突发事件应立即启动应急预案，采取措施控制事态发展，组织开展应急救援和处置工作，救援受伤人员，打捞落水人员，并立即报告事故。根据应急需要可与有关专业公司签订应急服务协议，由其提供大马力应急拖轮拖带服务、应急直升机救援、远程可视系统建设等相关应急服务。

3.10 突破材料壁垒

由于海上风大浪多，并且风力的方向角度多变，导致海上风机所受的力极为复杂，包括风机载荷、波浪力、潮流力、船舶的撞击力等。加强海缆和风电机组、叶片材料等的研发也是海上风电发展的关键因素。另外，风电机组的质量及受力情况取决于灌浆料的性能要求，导管架灌浆部位的安全性和稳定性依赖灌浆材料和灌浆质量的控制。随着海上风电朝着大型化和深海化发展，单台风机灌浆料的使用量或将随之增长，灌浆料的研发与批量生产是需要快速突破的材料壁垒。

结语

我国海上风电发展起步晚，但是在海上风电领域，我国已经连续三年拿下了新增装机容量第一的宝座。作为世界“新能源高效开发和综合利用”原创技术策源地的重要组成部分，加快打造海上风电原创技术策源地，面向以新能源为主体的新型电力系统建设需要，聚焦我国重点省市和海域海上风电场开发建设，加强力量攻克关键技术难题，加强风能资源精准评估与预测、海洋水文环境和气象要素评价、地质勘察等方面基础理论研究、海上风电人才梯队与应急能力建设，精准攻克深海风电发展设计理论与整体建模应用技术，积极探索海上风电施工新材料、新技术，深度研发大型船机等硬件设备，使我国海上风电科技力量成为重要的战略力量。