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全国能源信息平台|“十四五”我国海上风电发展的几点思考( 二 )


科学合理的开发规模是促进海上风电产业健康有序发展的基础 。
随着全球能源转型速度的加快以及新能源成本的降低 ， 海上风资源丰富的国家纷纷推出了海上风电的规划 。 英国提出 ， 2030年前海上风电累计装机达到3000万千瓦 ， 为全国提供30%以上的电力 。 德国计划到2030年 ， 将海上风电装机提高至1500万千瓦 ， 满足全国约13%的电力需求 。 我国尚未出台海上风电专项规划 。 国家能源局发布《风电发展“十三五”规划》 ， 指出要积极稳妥推进海上风电建设 ， 到2020年并网装机达到500万千瓦 ， 在建规模达到1000万千瓦 ， 重点推动江苏、浙江、福建、广东等省的海上风电建设 ， 到2020年开工建设规模均达到百万千瓦以上 。 国家层面不再出台海上风电专项规划 ， 这意味着各省市在国家总体框架下 ， 需根据自身资源条件开展省级海上风电发展规划 ， 目前仅广东等个别省份出台了专项规划 。
资源条件、装备产能、施工吊装能力、消纳能力是“十四五”海上风电规划布局的硬约束 。 资源条件方面 ， 我国5～55米水深、70米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦 ， 5～25米水深海上风电开发潜力约1.9亿千瓦 。 受到海洋军事、航线、港口、养殖等海洋功能区规划的限制以及各种海洋自然保护区等划定的生态红线区限制 ， 实际可开发量将远小于理论开发量 。 目前我国潮间带和近海区域内的海上风电开发技术较为成熟 ， 成本较低 ， 该部分资源宜优先开发 ， 根据经济性和技术成熟度可探索开发深远海风电 。 供应链产能方面 ， 目前我国大容量机组叶片产能还难以满足当前的“抢装潮”需求 ， 巴沙木等叶片关键原材料进口价格上涨 ， 大容量风电机组主轴承几乎全部依赖进口 ， 供应能力受制于外资企业 。 施工与吊装能力方面 ， 根据统计 ， 全国可供利用的海上风电安装船只25艘左右 ， 受施工窗口期以及施工效率的影响 ， 每艘作业船只每年只能完成40台左右风机的吊装 ， 吊装容量能力约400~500万千瓦左右 。 消纳能力方面 ， 目前海上风电装机容量仍然较小 ， 且分布在负荷密度较高的沿海地区 ， 不存在消纳问题 。 随着海上风电装机规模的不断提升 ， 本地燃煤机组的加快退役 ， 应叠加本地区陆上风电和光伏发电运行情况 ， 对未来新能源发电的整体消纳能力进行测算 ， 防止无序发展带来大规模弃电风险 。
合理对标国外风电机组容量 ， 选择与我国风资源相适应的大容量机组 。
大容量机组可以提高发电量 ， 减少单位功率投资 ， 降低运维成本 ， 是降低海上风电项目度电成本的重要路径 。 在特定风速概率分布曲线下 ， 提升叶片扫风面积可提升机组发电功率 ， 欧洲海域年平均风速较高且长年保持稳定 ， 在技术可实现的条件下不断增加风轮直径以提高机组额定功率 ， 且仍能保持容量利用系数基本不变 。 欧洲多执行按机位核准 ， 对总容量没有太多限制 ， 提高单个机位投入产出比是开发商的主要目标 。 2019年 ， 欧洲共计502台风机并入电网 ， 平均单机功率达到7.8兆瓦 。 目前 ， 10兆瓦及以上风机成为各大风机制造商的战略机型 ， 西门子歌美飒首台11兆瓦海上风机在丹麦Osterild风场完成安装 ， GE的12兆瓦海上风电样机于2019年10月在荷兰阿姆斯特丹正式完成吊装并发电 ， 成为目前全球单机功率最大的海上风电机组 ， 2030年 ， 海上风电单机功率将达到15~20兆瓦 。
我国风资源条件难以媲美欧洲 ， 一味提升单机机组容量经济性并非最优 。 我国风电场执行限容量核准 ， 国家海洋局《关于进一步规范海上风电海管理的意见》提出提高海域资源利用效率 ， 单个海上风电场外缘边线包络海域面积原则上每10万千瓦控制在16平方公里左右 。 在江苏省的规划中 ， 平均单位容量占海面积下调超64% ， 意味着单机容量更大的机组才能满足要求 。 与欧洲相比 ， 我国海上风能资源总体不算丰富 ， 容量利用系数仅为23~34% ， 低于全球43%平均水平 。 若欧洲年平均风速10米/秒 ， 我国年平均风速8米/秒 ， 在相同容量利用系数下 ， 我国机组最佳单机容量仅为欧洲的二分之一 ， 一味提高单机容量将导致容量利用系数降低 ， 年发电量也并不能随着单机容量提升而持续增长 。 同时 ， 我国执行的是固定海域限容量核准 ， 在全场容量确定的基础上再开展机组选型 ， 提高所有机组整体投入产出比是我国开发商的主要目标 。 提高单机容量是降低度电成本的重要路径 ， 是海上风电发展的基本趋势 ， 我国海上风电机组选型应从风资源实际条件出发 ， 合理对标国外风电机组容量 ， 选择合适的技术路线 ， 确定一批稳定的机型 ， 以满足经济性和可靠性的基本要求 。
提升大规模集中连片海上风电安全稳定运行水平 。
与陆上风电相同 ， 海上风电同样存在频率、电压耐受能力偏低问题 。 大型机组故障或大容量线路跳闸使得系统频率、电压发生较大变化 ， 特别是沿海省份多为特高压直流受端电网 ， 交流侧故障极易引发直流闭锁 ， 造成大额功率缺失 ， 由此导致海上风电机组大规模脱网 ， 引发连锁故障 。 该问题随着海上风电装机规模的快速增长而日益突出 。
2019年8月9日 ， 英国发生大规模停电事故 ， 是自2003年“伦敦大停电”以来规模最大、影响人口最多的停电事故 ， 本次停电与世界上最大的Hornsea海上风电场密切相关 。 资料显示 ， 由于某种未知的扰动 ， LittleBarford燃气电站停机 ， 系统损失了730兆瓦功率 ， 导致系统频率下降 ， 频率下降后 ， Hornsea海上风电出力突降900兆瓦 。 系统在两分钟之内连续损失功率1630兆瓦 ， 约占总负荷的6.43% ， 系统频率降至49赫兹以下 ， 低频减载启动 ， 在全网范围内切除部分负荷 ， 导致停电事故 。 Hornsea海上风电在系统频率下降时不仅没有帮助系统恢复 ， 还因自身耐受低频能力不足进一步加剧了系统故障 。


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