海上风电发展趋势与国际标准化现状

冯书桓，王 斌，田维珍

（1.中国船舶信息中心，北京 100101；2.国家国防科技工业局经济技术发展中心，北京 100081）

0 引言

当前，风能发电总体发展迅猛，长期保持高速增长。2001年～2018年，其累计装机总量已由24 GW增长至591 GW[1]。与此同时，陆上风电由于可开发区域的逐渐减少，可能对居民的生活带来影响。陆上风电发展逐渐受到限制，人们转而将目光投向海上。海上风能资源丰富，对人类活动的干扰程度小，且沿海地区经济发达、电网容量大、风电接入条件好，因此，风电行业的中心正从陆上逐渐向近海、甚至深远海转移。

1 海上风电发展趋势总览

1.1 市场概况

据全球风能理事会（Global Wind Energy Council，GWEC）统计，2018年全球海上风电市场新增装机总量4.5 GW，与2017年持平；与2016年相比增长近一倍，保持着高速增长的态势。全球17个市场的累计装机总量达23.1 GW。其中，英国仍是世界最大海上风电市场，累计装机容量占全球的34%；德国紧随其后，占全球装机总量的28%。我国海上风电产业近年来发展迅速，2018年新增装机量占全球新增装机量的40%，居全球第一；装机累计总量占比由2017年的14.8%增长到20%，稳居全球第三位，展现出了强大的市场前景与发展潜力[1]。见图1和图2。

图1 全球海上风电累计装机量

图2 2018年新增装机量

1.2 国家与地方相关政策支持和规定

2014年，随着我国海上风电产业的爆发式增长，海上风电政策导向也逐步明确，逐渐由风电政策细分至海上风电政策。2016年之后，海上风电产业进入全面加速阶段，相关政策的出台也变得更加密集、详细。

2016年11月底，国家能源局印发《风电发展“十三五”规划》，明确“十三五”期间风电发展目标和建设布局，指出到2020年底，风电累计并网装机容量要确保达到210 GW以上，其中海上风电并网装机容量达到500 MW以上，风电设备制造水平和研发能力的不断提高，3～5家设备制造企业全面达到国际先进水平，市场份额明显提升，重点推动江苏、浙江、福建、广东等省份的海上风电建设。与此同时，国务院、国家发改委、国家海洋局等均出台相关政策对海上风电产业趋势、技术发展、定价等重点问题进行了规划。

2016年12月，国家能源局发布《能源技术创新“十三五”规划》提出，在可再生能源利用领域，研究8 MW～10 MW陆/海上风电机组关键技术，建立大型风电场群智能控制系统和运行管理体系。2017年，国家发改委、国家海洋局印发了《全国海洋经济发展“十三五”规划》，对重点技术突破提出了新的要求。规划指出，要加强5 MW、6 MW以上大功率海上风电设备的研制，突破离岸变电站、海底电缆输电关键技术，延伸储能装置、智能电网等海上风电配套产业，因地制宜、合理布局海上风电产业，鼓励在深远海建设离岸式海上风电场，调整风电并网政策，健全海上风电产业技术标准体系和用海标准。

此外，在地方规划中，《北部湾城市群发展规划》、《海南省能源发展“十三五规划”》、《广东省海洋经济发展“十三五”规划》、《江苏省“十三五”能源发展规划》、《山东省新能源和可再生能源中长期发展规划（2016—2030年）》、《浙江省培育发展战略性新兴产业行动计划（2017—2020年）（征求意见稿）》中均提到对海上风电产业发展的鼓励，并体现了关于项目建设地点以及装机总量的具体规划。

1.3 全球主要整机制造商动向

图3 全球各整机制造商2018年新增装机量容量占比

根据彭博新能源财经的数据，2018年全球海上风电新增装机容量整机制造商的排名中，西门子歌美飒（Siemens Gamesa）位列第一，装机容量1.36 GW，市场份额达到32%。维斯塔斯紧随其后，新增装机容量为1.29 GW，市场份额30%。由于2018年中国海上风电市场的迅速扩张，上海电气、金风科技、远景能源、明阳智慧能源表现优异，分列全球第三位到第六位。通用电气以20 MW的成绩排在第七位。

值得注意的是，2015年—2016年以来，各大整机生产厂商并购动作频频，产业链进一步集中，具体如下：

1）法国核能集团阿海珐（Areva）将旗下Adwen公司50%股权出售给歌美飒（Gamesa），以便集中发展其核能业务；

2）2016年6月，西门子（Siemens）与歌美飒（Gamesa）合并，并于2017年4月生效，巩固其风电霸主地位；

3）上海电气获资格建造西门子中国海上风电项目；

4）GE与法国能源巨头阿尔斯通合并，进军欧洲海上风电市场。

1.4 面临的挑战

尽管拥有较好政策环境与市场机遇，海上风电发展仍面临诸多挑战。

其一，发电成本高。据国网能源研究院统计，海上风电平均投资成本约为陆上风电的2.8倍。据彭博财经数据统计，我国大部分海上风电项目成本约 为 0.16 USD/kW·h～0.23 USD/kW·h （ 0.98 RMB/kW·h～1.41 RMB/kW·h），远高于煤电以及陆上风电的成本，因此目前主要依靠政策补贴。但彭博新能源同时指出，海上风电装机量每翻一番每度电成本将下降20%左右，意味着2020年左右海上风电度电成本将接近陆上风电度电成本。而 2020年以后，全球大多数国家将停止对海上风电的政策扶持，因此，努力降低海上风电成本、提高价格竞争力，对于海上风电市场的发展具有决定性作用。

其二，面临各种技术风险。海上风电机组单机容量大，对风电机组防腐蚀的要求更严格，质量控制尤为重要。同时，项目设计过程漫长复杂、行业标准缺失、建设阶段需要大吨位船舶、投产后需要长期维护，这些都是发展海上风电产业需要面临的技术挑战。

1.5 海上风电产业技术热点

相较于陆上风电，海上风力发电具有不占用土地资源、风速高且稳定、湍流强度小、视觉噪声污染小等优势。根据测算，距离海岸线越远，风速越大，发电量增加越明显。通常，离岸10 km的海上风速比沿岸高约 25%[2]。随着潮间带及近海区域风电资源开发的逐渐饱和以及沿海地区环境保护的需要，海上风电产业走向深海远岸将成为必然。目前，欧洲海上风电场正朝着深海远岸发展；目前正在建设、批准或规划项目的平均水深和离岸距离已分别达到了215 m和200 km。我国海上风电项目此前主要集中于潮间带及近海地区，但目前已经启动深远海浮式基础风电机组的研究工作，未来市场潜力巨大。

与海上风场深海远岸的发展趋势相对应，风机功率、抗腐蚀性能、桩基基础、电力基础设施以及安装运输船等相关技术都需要有所突破，而这也成为近期海上风电产业技术发展的热点。

1.6 风机技术发展趋势

随着海上风场建设向深海远岸的发展，风机制造也一直延续其向更大功率发展的趋势。2017年，在英国利物浦海湾Burbo Bank延伸项目中，首次在商用项目中采用了维斯塔斯V-164 8MW大功率风机，V-164改进型9.5 MW原型机也于2017年研制成功。此外，西门子歌美飒（Siemens Gamesa）的8 MW SWT-8.0-154风机已经进入测试阶段，8 MW AD 8-180风机也进入组装阶段。与陆上风机相比，大功率海上风机在安装、运输与尺度上所受限制更少，并且在运行维护上有利于降低成本，发展前景巨大。

为了与深水环境及大尺度、大功率的风机相适应，海上风机的桩基基础近来也在不断发展，设计者和制造商的主要努力方向在于以下3点：

1）优化水下结构几何形式，减小材料密度，以降低结构制造难度；

2）缩短安装时间或减少对高投资风电安装船的依赖，简化结构安装操作流程；

3）完善供应链相关供应链配置。

现存海上风机基础形式主要包括：重力式基础（Gravity Base）、单桩基础（Monopile）、三脚架式基础（Tripod）、导管架式基础（Jacket）、多桩式基础等。据统计，全球已投入使用的海上风电装机容量中，约80%风机基础为单桩基础；其结构简单，成本低，易于生产和安装。紧随其后的分别为：三脚架式基础（6%）、重力式基础（5%）、多桩式基础（4%）等。单桩式基础将继续占据主导地位，但根据目前计划建设项目所披露的信息，导管架式的基础市场份额将有所增加，反映了海上风电行业向深海远岸发展的趋势。随着深远海风电市场的进一步开拓，浮式基础研究与应用将成为必然。

在海上风场电力基础设施方面，海上风场向深远海发展的趋势以及大功率风机的使用对电力系统也提出了更高的要求。传统33 kV电缆的电力输送能力可达36 MW，适用于6 MW及以下风机。但随着8 MW及更大功率风机的投入使用，66 kV输送电压已经被提上日程。目前，英国Blyth海上风场示范项目已确定使用66 kV传输电压，ABB公司也于2017年制造出66 kV WindSTAR变压器并应用于此项目中。因此，66 kV高电压传输将成为今后发展趋势。

2 海上风电国际标准化工作情况

伴随着海上风电市场技术的不断发展，产业链不断集中，加之海上风场向深远海发展的趋势带来技术与管理方式的改变，海上风电产业对于标准化（特别是国际标准化）的需求越来越高。标准化工作以科学、技术和实践经验为基础，经与有关方面协商，由主管机构批准作为行业共同遵循的准则，是一个领域专家集体工作的结果，可以有效降低技术风险和开发成本[3]。

1988年起，IEC/TC88技术委员会开始进行风力发电机国际标准的编制工作。而后，国际标准化组织（ISO）与IEC达成合作协议，共同促进海上风电领域国际标准化工作的开展。目前，IEC/TC88主要负责风力发电系统，包括风力发电机组、风力发电站和电力系统并网的相关工作，发布了 IEC 61400系列标准，并根据实践经验和技术积累对其不断进行修订，具体包括IEC 61400-3-1《海上风机设计要求》、IEC 61400-3-2《浮式海上风机设计要求》等。

在国际标准化组织ISO中，海上风电相关标准主要由ISO/TC8/WG3船舶与海洋技术委员会“特殊海上结构物和支持船”工作组负责研制。工作组于2012年1月成立，研究范畴包括海上风场、海上服务船、安装船、铺管船、波浪能发电、海洋渔场等。截至目前，ISO已发布的海上风电相关标准包括ISO 29400:2015《海上风能—港口和海上作业》、ISO 29404:2015《海上风能—供应链信息流》2个标准，作为 IEC标准的补充。当前，ISO/TC8/WG3正在对ISO 29400进行修订，以满足产业发展的需求。自成立以来，工作组提出的潜在工作项目包括区域建模、从业人员资质、技术设备、海上工作与居住条件、声光报警信号等，但目前各方均未对这些议题作出具体提案。

3 结论

近年来，我国海上风电产业发展迅速，涌现了一大批优秀企业与示范工程项目，积累了大量实践经验，而这正是开展国际标准化工作的良好时机。国际标准化工作是打通上下游产业链、降低生产与运营成本、对接世界先进技术水平、提高我国企业国际话语权、促进我国海上风电产业发展的一项重要工作。当前，海上风电国际标准化工作主要由IEC、ISO负责，但其工作重点各有侧重。下一步，我国应积极考虑本国具体情况，一方面引入国际标准，与国际市场及工业界对接；另一方面依托相关平台参与到IEC、ISO国际标准研制工作当中，在海上风电产业这一新兴领域中谋得国际话语权。以标准贡献中国智慧，引领海上风电产业的发展。