浮式海上风电发展现状及投资展望

国能（北京）国际电力能源有限公司 陈 程

近年来极端天气频发，环境问题日益突出。2021年9月习近平总书记明确中国双碳目标；2021年11月COP26上全球40多个国家同意逐步停止使用煤电，23个国家签署了煤电向清洁能源过渡协议，可再生能源发展成为当前能源投资类型主流。随着全球快速去碳化需求，各国能源结构面临巨大挑战，传统能源更换赛道，可再生能源飞速发展。现有成熟的陆地风电、光伏资源利用逐渐趋于饱和，近海固定风电经过三十年的发展已成为当前相对较低成本的可靠能源，正成为竞争红海。然而，对于全球大部分海岸线来说，深水是常态，固式海风要么不是选项要么潜力有限，浮式海风成为下一个“蓝海”赛道。

1 发展现状及未来预测

1972年美国马萨诸塞大学莫斯特分校的Heronemus教授首次提出了海上漂浮式风机技术概念，但未引起广泛关注。20世纪90年代开始进行小规模的测试，2009年挪威Equinor公司投资建设世界首台兆瓦级浮式海风机组Hywind、容量为2.8兆瓦；2011年美国Principle Power公司2兆瓦浮式海风机组Windfloat1在葡萄牙投产、于2017年拆除；2017年挪威Equinor公司投资的世界首个商业化浮式风电项目Hywind Scotland在英国投产，投产后两年的平均利用系数为54%，远高于英国海上风电的平均利用系数40%；2018年由法国Centrale Nantes和SEM-REV公司联合开发FLOARGEN风电机组投产，装机容量2.0兆瓦；2019年葡萄牙EDP、西班牙Repsol S.A、美国Principle Power公司联合开发Windfloat Atlantic项目，采用了3台当时世界最大的海上风电机组MHIVestas V164-8.4，并于2020年投产[1]。

除欧美外，因自身近海资源限制，日本在浮式海风上也提前布局。2011年开始启动GOTO项目，是亚洲首例全尺寸漂浮式样机，装机容量2兆瓦，2015年迁移后继续运营；2016年Fukushima Forward项目投产，三台机组共14兆瓦的浮式海风并网[1]。

中国正处于漂浮式样机验证阶段，三个浮式海风项目正在进行，三峡阳江示范项目（三峡引领号）安装5.5兆瓦机组、于2021年7月投运，中国海装牵头的湛江示范项目（扶摇号）安装6.2兆瓦机组、2021年12月浮体下水，目前正在打桩，预计2022年投产；龙源福建南日岛示范项目依托400兆瓦的固式海风，计划安装4兆瓦机组，并与水产养殖进行融合。

挪威船级社（DNV）则预计，海上风电将在21世纪中叶达到风电总装机容量的40%，2050年全球海上风电的装机容量将达到1748吉瓦，其中浮式海风电有望占海上风电装机容量总量的15%，即264吉瓦。全球风能委员会（GWEC）将2030年的预测值从2020年中的6.5吉瓦提高到2021年报告中的16.5吉瓦。浮式海风存在巨大发展潜力。

2 成本的构成与发展趋势

DNV认为成本过高是当前浮式海风推进存在的主要问题，成本也是当前所有技术方案、产业链供应、运维服务、市场规模等风险的综合体现。过去30年固式海风技术逐渐成熟，从一个前瞻技术成为一种低成本的安全能源。近十年固式海风的LCOE降低了48%，IRENA发电成本报告显示，仅在2020年就降低了9%。尽管首批浮式海风LCOE在200美元/兆瓦时以上，是固式海风的4倍，但遵循固式海风发展轨迹不难得出结论，依托于风机技术的持续优化和改进、大量商业化应用以及资本的持续涌入，浮式海风成本下降路线有据可依。

美国NREL在2020年风电成本报告中将浮式风电成本分成四部分，其LCOE占比（%）如下：风电机组17.6；系统平衡43.8。其中开发费用1.1、结构和基础27.1、电气设备9.2、安装费用4.1、租赁费用2.3；软成本11.1。其中机组调试0.7、拆除费用1.3、预备费5.5、建设期融资2.9、建设期保险0.7；运维费用27.5。以上结果尽管存在样本选择带来的局限性，但仍可提供一定参考。DNV认为降价的关键在于风电机组、结构和基础、运营费用三部分。

2.1 风电机组

浮式海风当前所采用机组与固式海风类似。如英国Hywind Scotland采用西门子歌美飒SWT-6.0-154机型，葡萄牙Windfloat Atlantic采用MHI Vestas V164-8.4机型及英国Kincardine采用MHI Vestas V164-9.5，都已在市面上应用非常成熟。这是由于当前浮式海风机组市场尚处于初期，短期没有大批量应用需求，整机厂商定制研发将承担较大的技术和经济风险。当前浮式海风通常安装3~5台机组，DNV预测2030年将达到15~30台，在规模效应下度电成本将显著降低；并在未来呈现机组定制化、容量大型化、控制策略新型化的发展趋势[1]。参考固式海风成本轨迹曲线，DNV认为未来10年浮式风电机组成本将随着规模和技术的成熟下降65%。

2.2 结构和基础

目前浮式海风电基础类型主要包括单柱式、半潜式、张力腿和驳船式。

2.2.1 单柱式

理念简单、动力性能好，安装期间所需最小水深约80米，通过安装在主浮力箱下方的压载来实现稳定，6兆瓦风机重量约3500吨。优势：稳定性好，适用于深水海域，对土壤条件不敏感，系泊系统简单、制造工艺简单、操作风险低、不易腐蚀；挑战：成本高，以30兆瓦工况，成本约5~8万欧元每兆瓦。重量大，运动范围大，机组需要承受高疲劳荷载，对港口和海域深度要求高，安装较为耗时。

2.2.2 半潜式

该基础是当前应用最广泛的基础，通过在水面上广泛分布浮力来实现静态稳定，通过动态调节的承压荷载来限制倾斜。6兆瓦风机重量约3000吨。优势：对土壤条件不敏感，系泊系统简单、安装对天气要求不高、水深应用范围广、拆除简单、整体风险低。挑战：非工业制造，暴露在波浪中导致稳定性低，对风机要求高，结构相对复杂、制造复杂，横向移动可能会带来送出电缆的潜在风险。

2.2.3 张力腿式

该类型平台通过垂向下的系泊张力平衡浮体向上的超额浮力，类似“上下绷紧”的结构，具有较好的平台垂向运动性能，但通常需要专用安装船，目前相关的制造和施工安装经验不足。6兆瓦风机重量约2000吨。优势：稳定性好，运动幅度小、对海床影响小、结构简单轻便、运维简单、所需材料少；挑战：系泊和锚固系统复杂，整个浮体在四种类型中最昂贵，对河床要求相对高，在系泊系统出现故障时会给运营带来更大风险。

2.2.4 驳船式

类似于船型，利用平台浮力抵消重力，在四种基础中吃水最浅，6兆瓦风机根据材料不同，其重量约2000~8000吨。优势：适应大于30米水深，材料灵活，可是钢或砼或两者组合，制造技术简单，可支撑重型变电站；挑战：暴露在波浪中，运动较大，对系泊系统提出更高要求，增加了系统复杂性。

由于浮式海风该部分相对于固式海风经验水平不足、供应链不成熟，该部分费用是固式海风5倍。预计在未来10年，由于技术优化、规模化、标准化应用及供应链完善，成本将从现有5倍下降到2倍。

2.3 运营维护

当前海上风电运维基本照搬陆上风电运维经验，采取周期性计划检修为主、突发性故障检修为辅的模式。对比陆上风电海上风电工作环境更恶劣，导致海上风电机组故障率更高，致使固式海风运维费用是陆地风电的2~3倍，而浮式海风更是固式海风的5倍。

当前沃旭正在率先使用激光扫描技术降低运维成本；无人驾驶船领域领头羊Ocean Infinity正考虑安装“多单元对接站”容纳大量无人驾驶飞行器，为海上风电场提供各类检查服务；西班牙公司Saitec牵头15家公司启动FLOAT&M项目，用于研究和开发新解决方案，改善浮式海风的运营和维护。受项目规模和风电机组大型化及技术经验丰富驱动，DNV预测2030年运营成本将下降到当前固式海风水平。从以上几方面入手，DNV预测浮式风电LCOE到2025年将降到100美元/兆瓦时以下，到2050年降到40美元/兆瓦时以下。然而，也需注意基础用材众多、系统复杂，动力电缆和系泊结构额外维护可能导致的成本增加。

3 未来重点潜力市场及投资建议

在浮式海风投资发展领域，政府可通过降低风险和增大确定性，在促进私营部门投资方面发挥主导作用，在这方面北美、挪威、英国、日本和韩国有很大潜力。GWEC从浮式海风竞争力及政策支持两方面共七项入手，对浮式海风投资潜力进行评估，综合地区分类，从115个市场中选择了爱尔兰、意大利、摩洛哥、菲律宾和美国五个缺乏固式海风场址的国家为重点市场，它们所拥有的浮式海风潜力可达3.86亿千瓦，对满足本土能源需求有巨大助力。

美国拥有丰富浮式风电资源，这也是美国能源转型关键。美国海洋能源管理局公布在2022年9月左右举行加利福尼亚北部和中部海域租赁拍卖，2023年第二季度俄勒冈水域将进行租赁销售，作为拜登政府到2030年安装30吉瓦海上风电目标的一部分；挪威拥有全球第一台全尺寸浮式海风机组，正在建设装机容量最大88兆瓦的Hywind Tampen浮式风电。政府同时批准了共4.5吉瓦的浮式海风，已有十多家公司其表示兴趣。

英国现有30兆瓦Hywind Scotland和50兆瓦Kincardine两个浮式海风在运项目，有25吉瓦浮式风电项目海域租赁被授予，其INTOG正致力开发3~4吉瓦的浮式风电[2]；英国浮式海风示范计划4个领域11个项目获得了3160万英镑的资金；日本浅水区面积有限，浮式风电被认为是实现2050年碳中和最有前途的解决方案之一。2018年《海上风电促进法》已为海上风电开发和拍卖设定了法律框架，2021年6月日本油气公司ENEOS牵头的财团中标首座浮式海风项目，电价为固定的36日元/千瓦时。

韩国2021年5月宣布计划到2030年实现高达6吉瓦的浮式海风目标。韩国南部电力公司2022年3月宣布将携手壳牌在蔚山市海域开发浮式海风，容量1.3吉瓦。韩国石油公社的东海1号浮式海风容量为200兆瓦，预计将于2022年投入使用。此外，法国2022年3月宣布启动两个浮式海风项目共250兆瓦的招标，预计2023年定标、2030年投入使用。在西班牙，Iberdrola正在规划第一个工业规模的浮式海风电站，容量为300兆瓦。

目前浮式海风正处在早期概念，尝试向商业化应用转型，属于行业生命周期的进入期，各国各企纷纷布局，预计2025年将有大量浮式风电投入运营，进入成长期。尽管美国、日本、韩国是未来浮式海风的关键市场，但这些市场并不适合开发和运营预商用项目，而是需要一个技术开发早期阶段产品与市场高度匹配的过渡性市场。这些市场通常具有陆地资源有限、沿海不宜固式海风、电价较高、政府正在积极寻求低碳转型、拥有优良港口和高效供应链体系的特点。当前浮式海风的先驱国家，如英国、挪威、葡萄牙是不错选择。

此外，多数浮式基础的开创性设计都是由中小型企业完成的，他们无力将新产品完全推向市场，也无法证明他们的设计和商业方案能够满足投资的需求。在此情况下被大型企业收购就是一个合理的选择。尽管浮式海风仍需一定时间才能实现经济性应用，但考虑未来市场广阔，投资者应先行关注市场行情，结合自身投资区域偏好，整合相关商务，培育项目机会，从丰富业务组合抢占市场先机的战略高度，提前布局。