海上风电大鳄们的游戏?

陈冰

风电是目前世界范围内发展速度最快的新能源,而中国更是全球风电发展最快的国家之一。2009年中国风电新增装机容量总量位居世界第一。如今,国内外风电巨头对中国迅速升温的海上风电市场虎视眈眈,“跑马圈海”热情高涨。

新能源在哪里?

水电,严重破坏当地生态;太阳能,多晶硅污染至今难解;核电,“功在当代,罪在后代”?风电,下一个救命稻草?

从世界各国的新能源战略来看,风电是目前世界范围内发展速度最快的新能源,现在全世界每年新增发电装机超过4000万千瓦,很多国家都把风电作为能源发展重点,而中国更是全球风电发展最快的国家之一。2009年,中国风电新增装机容量1200万千瓦,总量在世界居第一位。

6月7日至9日“2010上海国际海上风电及风电产业链大会暨展览会”在上海召开,维斯塔斯、华锐、上海电气、湘电风能等一干国内外风电巨头对着国内迅速升温的海上风电市场虎视眈眈,“跑马圈海”热情高涨。虽然对海上风电的质疑之声从来就没有停止过,但风电巨头们坚信:属于他们的时代来啦!

提速发展

风电利用分为陆上风电和海上风电两种。其中海上风电以风速快、风资源持续稳定、发电量大、不占用宝贵的土地资源,且靠近经济发达地区,距离电力负荷中心近,风电并网和消纳容易等特点被寄予厚望。不过自上世纪90年代末,丹麦建立第一座海上风电场以来,世界海上风电的发展一直踯躅不前,主要原因是技术复杂、安装、运行、维护的成本高,一直不被开发商看好。

但是,欧洲和美国在海上风电技术的研发却没有停滞,海上风电开发的技术难关被不断攻克,同时随着欧洲,特别是丹麦、德国等国家的陆地风电资源基本开发完毕,减排温室气体和提高可再生能源比例的要求,使得海上风电被提上议事日程。自2008年开始,世界海上风电有了新的飞跃,2008和2009连续两年海上风电新增装机容量超过了500兆瓦,两年的风电安装量超过了过去累计装机容量的总和。

中国风电的路上资源目前主要集中在西北部,特点是距离电力消费地较远,存在着运输、消纳等问题,而海上风电则靠近东部沿海经济发达地区,有着较好的电力市场来消纳海上风电。按照业内人士的保守估计,我国近海区域、海平面以上50米高度技术可开发的风能储量约为2亿千瓦。这意味着我国海上风力发电前景广阔。按照中国政府承诺到2020年非化石能源消费占能源消费总量中达到15%的比例,风电,特别是海上风电无疑将扮演重要角色。

东海大桥海上风电项目是全球欧洲之外第一个海上风电并网项目,中国第一个国家海上风电示范项目。总装机容量102兆瓦,全部采用华锐风电自主研发的34台3兆瓦海上风电机组。预计未来年发电量可达2.6亿千瓦时,所发电能将通过海底电缆输送回陆地,可供上海20多万户居民使用一年,相当于每年节约燃煤10万吨,每年减排二氧化碳20万吨。目前,首批机组已正式投运,全部机组将于6月底并网发电,为世博会提供清洁能源。

据业内人士透露,当时,国外某风机制造商看到中国海上风电缺少经验和技术,漫天要价,后来还是华锐风电承担了此项目,才打破了国际垄断,并大大降低了成本,缩短了工期。此外,东海大桥海上风电项目全部设计、建设施工、海上运输和安装工作均由国内企业完成,彻底打破了国际巨头的垄断和封锁。

但这个带有样本性质的工程多少还是让人心有疑虑。“按照科学的研制程序,一般的海上风电机组样机需要先在陆上试运行,然后再到海上,而且从样机运行到投入生产至少需要一年的时间。”一位不愿透露姓名的专家指出,国外超过5兆瓦的海上风机一般需要在岸上运行监测3年以上,并进行海上恶劣环境下的风机各参数非标准排量模拟仿真试验后,才逐渐确定批量生产。而国内风机老大华锐风机4年前才开始涉足海上风机领域,据此,外国咨詢公司预言目前运营的国产风机质量问题,可能在未来两到三年后集中爆发。

更令人担心的是,海上风场将遭遇台风的威胁,桑美台风2006年登陆浙江,最大风速78米/秒,导致浙江苍南风电场28台风机倒了20台,整个风场几乎报废。上海电气副总经理刘琦表示,现在的风场规划大多在长江以北受台风影响较小的区域,大家会在积累了相当经验的前提下,再逐步向有台风影响的区域推进。“随着技术的发展,对抗台风已经不是难题。”

强者游戏

随着5月18日海上风电特许权招标的启动,国内海上风电设备巨头纷纷布局苏北这一我国首个特许权招标集中地。值得关注的是,巨头们此次布局的目标机型、单机容量分别达到了2.5兆瓦、3兆瓦,甚至5兆瓦。跨越高兆瓦级别门槛的速度,令磨砺多年才实现大功率风机产业化的国际巨头不禁发出“不可思议”的惊叹。

实际上,在经历“引进、复制和消化”阶段后,“再创新”成为当前中国风电整机制造业的主题。

2009年,华锐风电成为中国第一、全球第三的风电装备企业。华锐风电科技(集团)股份有限公司副总裁陶刚指出,目前制约全球海上风电产业发展的关键因素是大容量、可靠性的海上风电机组的技术研发和规模化生产。华锐风电从2006年起,就开始了3兆瓦和5兆瓦海上和潮间带风电机组的研制。

湘电风能则通过买入总部位于荷兰乌特勒支的离岸风机制造商Darwind资产,直接获得了5兆瓦直驱风机的技术以及2兆瓦的风机生产线。一直强调自主研发的上海电气风电设备有限公司虽然与东海大桥一期失之交臂,却对二期项目志在必得。公司副总经理刘琦在接受记者采访时表示,当初鉴于对自身技术的考虑,放弃了东海大桥一期项目。经过最近三四年的发展,公司自主研发的3.6MW海上风机本月即将下线,8月并网运行。“很多公司都在买图纸、买设计,我们坚定地走自主研发的技术路线。眼下看来我们似乎慢了一些,但循序渐进、稳扎稳打的策略会让我们走得更远。”

在欧洲,德国、荷兰、英国的风机制造公司已经走得很远。他们不仅在各自风机的基础上推出了6兆瓦级风机,更是开始了10兆瓦的海上风机研发计划。不过2兆瓦-3兆瓦级以下单机容量的机组仍将长期存在(毕竟现在安装的机组生命周期长达20年)。

除了向大容量进发,由浅水走向“深蓝”是国外风电巨头摸索海上风电的另外一个趋势。海上风力发电的两种主要方式分别是浅海的座底式和深海的浮体式。座底式是欧洲海上风电的基本模式,而深海浮体式则以其适应性和高效律被业界寄予厚望。

目前,挪威斯塔万格世界上首台深海浮体式海上风电项目已经开始试运行。挪威石油公司和挪威政府为这一海上风电项目已先后投入超过一亿欧元,如此巨大的前期投入目的是让这一项目能够具备最大的经济效益和最稳定的运行效果。

斯塔万格这台浮体式风力发电机集中了世界上与该项目相关的最尖端的技术要素,从海底钢缆的选择到平台稳定技术,从风力发电机本身到整体控制系统,从重量分布测算到关键材料的选择,无一不代表了目前世界上最顶级的工程技术。

国家发改委能源研究所可再生能源发展中心副主任高虎指出,海上风电代表了当今风电技术的最高水平,要求设备高可靠、易安装、易维护。虽然市场规模庞大,但风险也极高。因此,敢于和能够进入海上风电制造领域的企业只能是极少数研发实力雄厚、技术成熟、经验丰富的企业。

海上风电5大难题

首先是风能资源的问题。海上风资源数据的不确定性是目前开发海上风电项目的一个难题。据悉,海上气象参数观测比较困难,近海陆地气象站所测的风速风向受地面粗糙度及大气稳定度影响,不能直接代表海上风况,海上风能资源缺乏长期、准确的实测资料。

气象局今年年初才完成了我国首次风能资源详查和评价,并公布阶段性成果,测得我国5米到25米水深线以内近海区域、海平面以上50米高度可装机容量约2亿千瓦。而在这次勘察前,业内一直认为我国海上风能资源高达7.5亿千瓦。

其次是设备挑战。与陆上风机相比,海上风电设备所需防腐蚀技术更为复杂,要求更高,发电机系统可靠性要求更高、单机容量要求更大。我国3兆瓦甚至更大容量的风机技术与国外还存在一定的差距,现在欧洲已经实现了5兆瓦以上的风机生产。一位美国的风电专家表示,在美国,海上风电的发展仍处于技术研究阶段,在陆上风电没有完全开发之前,不会大规模发展海上风电。

除此之外,大多数中国兆瓦级风力涡轮发电机制造企业还处于研发或原型设计阶段,而许多本地零部件制造商与服务提供商也不能完全满足该行业的需求。这都成为制约我国海上风电进一步发展的短板。

成本因素。由于较高的输電和设备安装成本,海上风电项目的成本是一般陆上风电项目的2.5倍左右。据了解,国内陆地风力发电工程造价平均为8000元/千瓦,其中风力发电设备造价约5000元/千瓦,而海上风电的造价在2万元/千瓦左右。

公开资料显示,东海海上风电项目一开始的项目成本预估是6亿元,目前成本大概为同等规模陆上风电投资的2-3倍。东海大桥的招标上网电价为0.98元。

“我们将对东海大桥项目进行3-5年的检测,从而对海上风电项目的经济性、度电成本进行实际的评估。同时进一步积累设备制造、工程建设等一系列海上风电建设的经验,再开展大规模的海上风电基地建设,这是一个循序渐进的过程。”中国可再生能源学会风能专业委员会副理事长施鹏飞表示。

安装维修难。海上风电场的运行和维护常常比预期的要困难得多。因为可到达性差,致使风机的可利用率较低;运行和维护的总成本(包括运行和维护的直接成本和损失的发电量)可能高于预期。

目前,主要依靠船只和直升飞机到达两种方式。直升飞机对天气条件要求较多,而且只适合人员到达,无法协助更换大型零部件,还要得到相关法律的许可,成本高昂。根据丹麦专家介绍,直升飞机运送维修人员的单次成本就达3000欧元。因为可到达性差,致使风机的可利用率较低。

并网难题。对于任何风电项目而言,电网接入都是其主要障碍之一,海上风电项目也不例外。专家表示,海上风电为间隙性发电,对电网的安全稳定运行带来一定风险。同时,海上风电场发电运行效率低,无功消耗大,系统稳定性差,真正满发功率不足10%。

虽然海上风电场相对于陆上风电场更靠近中国的经济中心,电网容量较大,而且海上风力较为稳定,但是仍然存在谐波污染、电压波动及闪变等问题。

中电联的统计数据显示,2009年中国风电并网总容量1613万千瓦,并网风电容量较2008年增长92%,系近年来风电并网增速最快的一年,即便如此,仍有587万千瓦的风电因未能并网而空转。

业内人士指出,并网难题的根本在于电网建设跟不上海上风电发展速度,直接导致电网难以消纳新增风电。风电在电网中的比重超过5%,就需要以智能电网进行调控;比重达到8%~10%以上,如果没有水电或燃气发电进行调控,则将危及电网安全。