馮書桓，王 斌，田維珍

（1.中國船舶信息中心，北京 100101；2.國家國防科技工業(yè)局經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中心，北京 100081）

0 引言

當(dāng)前，風(fēng)能發(fā)電總體發(fā)展迅猛，長期保持高速增長。2001年～2018年，其累計(jì)裝機(jī)總量已由24 GW增長至591 GW[1]。與此同時(shí)，陸上風(fēng)電由于可開發(fā)區(qū)域的逐漸減少，可能對(duì)居民的生活帶來影響。陸上風(fēng)電發(fā)展逐漸受到限制，人們轉(zhuǎn)而將目光投向海上。海上風(fēng)能資源豐富，對(duì)人類活動(dòng)的干擾程度小，且沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、電網(wǎng)容量大、風(fēng)電接入條件好，因此，風(fēng)電行業(yè)的中心正從陸上逐漸向近海、甚至深遠(yuǎn)海轉(zhuǎn)移。

1 海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)總覽

1.1 市場概況

據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（Global Wind Energy Council，GWEC）統(tǒng)計(jì)，2018年全球海上風(fēng)電市場新增裝機(jī)總量4.5 GW，與2017年持平；與2016年相比增長近一倍，保持著高速增長的態(tài)勢(shì)。全球17個(gè)市場的累計(jì)裝機(jī)總量達(dá)23.1 GW。其中，英國仍是世界最大海上風(fēng)電市場，累計(jì)裝機(jī)容量占全球的34%；德國緊隨其后，占全球裝機(jī)總量的28%。我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅速，2018年新增裝機(jī)量占全球新增裝機(jī)量的40%，居全球第一；裝機(jī)累計(jì)總量占比由2017年的14.8%增長到20%，穩(wěn)居全球第三位，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的市場前景與發(fā)展?jié)摿1]。見圖1和圖2。

圖1 全球海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)量

圖2 2018年新增裝機(jī)量

1.2 國家與地方相關(guān)政策支持和規(guī)定

2014年，隨著我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長，海上風(fēng)電政策導(dǎo)向也逐步明確，逐漸由風(fēng)電政策細(xì)分至海上風(fēng)電政策。2016年之后，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入全面加速階段，相關(guān)政策的出臺(tái)也變得更加密集、詳細(xì)。

2016年11月底，國家能源局印發(fā)《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，明確“十三五”期間風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)和建設(shè)布局，指出到2020年底，風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量要確保達(dá)到210 GW以上，其中海上風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到500 MW以上，風(fēng)電設(shè)備制造水平和研發(fā)能力的不斷提高，3～5家設(shè)備制造企業(yè)全面達(dá)到國際先進(jìn)水平，市場份額明顯提升，重點(diǎn)推動(dòng)江蘇、浙江、福建、廣東等省份的海上風(fēng)電建設(shè)。與此同時(shí)，國務(wù)院、國家發(fā)改委、國家海洋局等均出臺(tái)相關(guān)政策對(duì)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)、技術(shù)發(fā)展、定價(jià)等重點(diǎn)問題進(jìn)行了規(guī)劃。

2016年12月，國家能源局發(fā)布《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》提出，在可再生能源利用領(lǐng)域，研究8 MW～10 MW陸/海上風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)，建立大型風(fēng)電場群智能控制系統(tǒng)和運(yùn)行管理體系。2017年，國家發(fā)改委、國家海洋局印發(fā)了《全國海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，對(duì)重點(diǎn)技術(shù)突破提出了新的要求。規(guī)劃指出，要加強(qiáng)5 MW、6 MW以上大功率海上風(fēng)電設(shè)備的研制，突破離岸變電站、海底電纜輸電關(guān)鍵技術(shù)，延伸儲(chǔ)能裝置、智能電網(wǎng)等海上風(fēng)電配套產(chǎn)業(yè)，因地制宜、合理布局海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，鼓勵(lì)在深遠(yuǎn)海建設(shè)離岸式海上風(fēng)電場，調(diào)整風(fēng)電并網(wǎng)政策，健全海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和用海標(biāo)準(zhǔn)。

此外，在地方規(guī)劃中，《北部灣城市群發(fā)展規(guī)劃》、《海南省能源發(fā)展“十三五規(guī)劃”》、《廣東省海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《江蘇省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》、《山東省新能源和可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃（2016—2030年）》、《浙江省培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃（2017—2020年）（征求意見稿）》中均提到對(duì)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的鼓勵(lì)，并體現(xiàn)了關(guān)于項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)以及裝機(jī)總量的具體規(guī)劃。

1.3 全球主要整機(jī)制造商動(dòng)向

圖3 全球各整機(jī)制造商2018年新增裝機(jī)量容量占比

根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)的數(shù)據(jù)，2018年全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量整機(jī)制造商的排名中，西門子歌美颯（Siemens Gamesa）位列第一，裝機(jī)容量1.36 GW，市場份額達(dá)到32%。維斯塔斯緊隨其后，新增裝機(jī)容量為1.29 GW，市場份額30%。由于2018年中國海上風(fēng)電市場的迅速擴(kuò)張，上海電氣、金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源、明陽智慧能源表現(xiàn)優(yōu)異，分列全球第三位到第六位。通用電氣以20 MW的成績排在第七位。

值得注意的是，2015年—2016年以來，各大整機(jī)生產(chǎn)廠商并購動(dòng)作頻頻，產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步集中，具體如下：

1）法國核能集團(tuán)阿海琺（Areva）將旗下Adwen公司50%股權(quán)出售給歌美颯（Gamesa），以便集中發(fā)展其核能業(yè)務(wù)；

2）2016年6月，西門子（Siemens）與歌美颯（Gamesa）合并，并于2017年4月生效，鞏固其風(fēng)電霸主地位；

3）上海電氣獲資格建造西門子中國海上風(fēng)電項(xiàng)目；

4）GE與法國能源巨頭阿爾斯通合并，進(jìn)軍歐洲海上風(fēng)電市場。

1.4 面臨的挑戰(zhàn)

盡管擁有較好政策環(huán)境與市場機(jī)遇，海上風(fēng)電發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

其一，發(fā)電成本高。據(jù)國網(wǎng)能源研究院統(tǒng)計(jì)，海上風(fēng)電平均投資成本約為陸上風(fēng)電的2.8倍。據(jù)彭博財(cái)經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大部分海上風(fēng)電項(xiàng)目成本約 為 0.16 USD/kW·h～0.23 USD/kW·h （ 0.98 RMB/kW·h～1.41 RMB/kW·h），遠(yuǎn)高于煤電以及陸上風(fēng)電的成本，因此目前主要依靠政策補(bǔ)貼。但彭博新能源同時(shí)指出，海上風(fēng)電裝機(jī)量每翻一番每度電成本將下降20%左右，意味著2020年左右海上風(fēng)電度電成本將接近陸上風(fēng)電度電成本。而 2020年以后，全球大多數(shù)國家將停止對(duì)海上風(fēng)電的政策扶持，因此，努力降低海上風(fēng)電成本、提高價(jià)格競爭力，對(duì)于海上風(fēng)電市場的發(fā)展具有決定性作用。

其二，面臨各種技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。海上風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量大，對(duì)風(fēng)電機(jī)組防腐蝕的要求更嚴(yán)格，質(zhì)量控制尤為重要。同時(shí)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程漫長復(fù)雜、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失、建設(shè)階段需要大噸位船舶、投產(chǎn)后需要長期維護(hù)，這些都是發(fā)展海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)需要面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。

1.5 海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)熱點(diǎn)

相較于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)力發(fā)電具有不占用土地資源、風(fēng)速高且穩(wěn)定、湍流強(qiáng)度小、視覺噪聲污染小等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)測(cè)算，距離海岸線越遠(yuǎn)，風(fēng)速越大，發(fā)電量增加越明顯。通常，離岸10 km的海上風(fēng)速比沿岸高約 25%[2]。隨著潮間帶及近海區(qū)域風(fēng)電資源開發(fā)的逐漸飽和以及沿海地區(qū)環(huán)境保護(hù)的需要，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)走向深海遠(yuǎn)岸將成為必然。目前，歐洲海上風(fēng)電場正朝著深海遠(yuǎn)岸發(fā)展；目前正在建設(shè)、批準(zhǔn)或規(guī)劃項(xiàng)目的平均水深和離岸距離已分別達(dá)到了215 m和200 km。我國海上風(fēng)電項(xiàng)目此前主要集中于潮間帶及近海地區(qū)，但目前已經(jīng)啟動(dòng)深遠(yuǎn)海浮式基礎(chǔ)風(fēng)電機(jī)組的研究工作，未來市場潛力巨大。

與海上風(fēng)場深海遠(yuǎn)岸的發(fā)展趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)，風(fēng)機(jī)功率、抗腐蝕性能、樁基基礎(chǔ)、電力基礎(chǔ)設(shè)施以及安裝運(yùn)輸船等相關(guān)技術(shù)都需要有所突破，而這也成為近期海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。

1.6 風(fēng)機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著海上風(fēng)場建設(shè)向深海遠(yuǎn)岸的發(fā)展，風(fēng)機(jī)制造也一直延續(xù)其向更大功率發(fā)展的趨勢(shì)。2017年，在英國利物浦海灣Burbo Bank延伸項(xiàng)目中，首次在商用項(xiàng)目中采用了維斯塔斯V-164 8MW大功率風(fēng)機(jī)，V-164改進(jìn)型9.5 MW原型機(jī)也于2017年研制成功。此外，西門子歌美颯（Siemens Gamesa）的8 MW SWT-8.0-154風(fēng)機(jī)已經(jīng)進(jìn)入測(cè)試階段，8 MW AD 8-180風(fēng)機(jī)也進(jìn)入組裝階段。與陸上風(fēng)機(jī)相比，大功率海上風(fēng)機(jī)在安裝、運(yùn)輸與尺度上所受限制更少，并且在運(yùn)行維護(hù)上有利于降低成本，發(fā)展前景巨大。

為了與深水環(huán)境及大尺度、大功率的風(fēng)機(jī)相適應(yīng)，海上風(fēng)機(jī)的樁基基礎(chǔ)近來也在不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)者和制造商的主要努力方向在于以下3點(diǎn)：

1）優(yōu)化水下結(jié)構(gòu)幾何形式，減小材料密度，以降低結(jié)構(gòu)制造難度；

2）縮短安裝時(shí)間或減少對(duì)高投資風(fēng)電安裝船的依賴，簡化結(jié)構(gòu)安裝操作流程；

3）完善供應(yīng)鏈相關(guān)供應(yīng)鏈配置。

現(xiàn)存海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式主要包括：重力式基礎(chǔ)（Gravity Base）、單樁基礎(chǔ)（Monopile）、三腳架式基礎(chǔ)（Tripod）、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)（Jacket）、多樁式基礎(chǔ)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球已投入使用的海上風(fēng)電裝機(jī)容量中，約80%風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為單樁基礎(chǔ)；其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于生產(chǎn)和安裝。緊隨其后的分別為：三腳架式基礎(chǔ)（6%）、重力式基礎(chǔ)（5%）、多樁式基礎(chǔ)（4%）等。單樁式基礎(chǔ)將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，但根據(jù)目前計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目所披露的信息，導(dǎo)管架式的基礎(chǔ)市場份額將有所增加，反映了海上風(fēng)電行業(yè)向深海遠(yuǎn)岸發(fā)展的趨勢(shì)。隨著深遠(yuǎn)海風(fēng)電市場的進(jìn)一步開拓，浮式基礎(chǔ)研究與應(yīng)用將成為必然。

在海上風(fēng)場電力基礎(chǔ)設(shè)施方面，海上風(fēng)場向深遠(yuǎn)海發(fā)展的趨勢(shì)以及大功率風(fēng)機(jī)的使用對(duì)電力系統(tǒng)也提出了更高的要求。傳統(tǒng)33 kV電纜的電力輸送能力可達(dá)36 MW，適用于6 MW及以下風(fēng)機(jī)。但隨著8 MW及更大功率風(fēng)機(jī)的投入使用，66 kV輸送電壓已經(jīng)被提上日程。目前，英國Blyth海上風(fēng)場示范項(xiàng)目已確定使用66 kV傳輸電壓，ABB公司也于2017年制造出66 kV WindSTAR變壓器并應(yīng)用于此項(xiàng)目中。因此，66 kV高電壓傳輸將成為今后發(fā)展趨勢(shì)。

2 海上風(fēng)電國際標(biāo)準(zhǔn)化工作情況

伴隨著海上風(fēng)電市場技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈不斷集中，加之海上風(fēng)場向深遠(yuǎn)海發(fā)展的趨勢(shì)帶來技術(shù)與管理方式的改變，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化（特別是國際標(biāo)準(zhǔn)化）的需求越來越高。標(biāo)準(zhǔn)化工作以科學(xué)、技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，經(jīng)與有關(guān)方面協(xié)商，由主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)作為行業(yè)共同遵循的準(zhǔn)則，是一個(gè)領(lǐng)域?qū)＜壹w工作的結(jié)果，可以有效降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和開發(fā)成本[3]。

1988年起，IEC/TC88技術(shù)委員會(huì)開始進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)國際標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。而后，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）與IEC達(dá)成合作協(xié)議，共同促進(jìn)海上風(fēng)電領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展。目前，IEC/TC88主要負(fù)責(zé)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電站和電力系統(tǒng)并網(wǎng)的相關(guān)工作，發(fā)布了 IEC 61400系列標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累對(duì)其不斷進(jìn)行修訂，具體包括IEC 61400-3-1《海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)要求》、IEC 61400-3-2《浮式海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)要求》等。

在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO中，海上風(fēng)電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要由ISO/TC8/WG3船舶與海洋技術(shù)委員會(huì)“特殊海上結(jié)構(gòu)物和支持船”工作組負(fù)責(zé)研制。工作組于2012年1月成立，研究范疇包括海上風(fēng)場、海上服務(wù)船、安裝船、鋪管船、波浪能發(fā)電、海洋漁場等。截至目前，ISO已發(fā)布的海上風(fēng)電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 29400:2015《海上風(fēng)能—港口和海上作業(yè)》、ISO 29404:2015《海上風(fēng)能—供應(yīng)鏈信息流》2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，作為 IEC標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。當(dāng)前，ISO/TC8/WG3正在對(duì)ISO 29400進(jìn)行修訂，以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。自成立以來，工作組提出的潛在工作項(xiàng)目包括區(qū)域建模、從業(yè)人員資質(zhì)、技術(shù)設(shè)備、海上工作與居住條件、聲光報(bào)警信號(hào)等，但目前各方均未對(duì)這些議題作出具體提案。

3 結(jié)論

近年來，我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，涌現(xiàn)了一大批優(yōu)秀企業(yè)與示范工程項(xiàng)目，積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而這正是開展國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的良好時(shí)機(jī)。國際標(biāo)準(zhǔn)化工作是打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈、降低生產(chǎn)與運(yùn)營成本、對(duì)接世界先進(jìn)技術(shù)水平、提高我國企業(yè)國際話語權(quán)、促進(jìn)我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要工作。當(dāng)前，海上風(fēng)電國際標(biāo)準(zhǔn)化工作主要由IEC、ISO負(fù)責(zé)，但其工作重點(diǎn)各有側(cè)重。下一步，我國應(yīng)積極考慮本國具體情況，一方面引入國際標(biāo)準(zhǔn)，與國際市場及工業(yè)界對(duì)接；另一方面依托相關(guān)平臺(tái)參與到IEC、ISO國際標(biāo)準(zhǔn)研制工作當(dāng)中，在海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)這一新興領(lǐng)域中謀得國際話語權(quán)。以標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)中國智慧，引領(lǐng)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。