海上风能将发展成价值1万亿美元的产业

2019-12-13 11:05:02
导读目前,海上风力技术仅供应0.3%的全球发电。然而,其潜力巨大。国际能源署最新报告之一《海上风电展望2019》预计,全球海上风电产能将在未来20年内增加15倍,将其转变为1万亿美元的业务。本文分析了海上风能的快速成熟技术。为了发布该文件,该机构与包括伦敦帝国学院在内的众多高级政府代表和国际专家合作,并使用了最新的卫星数据,详细地指出了世界各地数十万英里的海岸线的风速和质量。2010年至2018年

目前,海上风力技术仅供应0.3%的全球发电。然而,其潜力巨大。国际能源署最新报告之一《海上风电展望2019》预计,全球海上风电产能将在未来20年内增加15倍,将其转变为1万亿美元的业务。

本文分析了海上风能的快速成熟技术。为了发布该文件,该机构与包括伦敦帝国学院在内的众多高级政府代表和国际专家合作,并使用了最新的卫星数据,详细地指出了世界各地数十万英里的海岸线的风速和质量。

2010年至2018年,全球海上风电市场每年增长近30%,通过诸如大型涡轮机和浮动基金会等技术改进,以及降低成本和支持政府政策而得到推动。目前,海上风力技术拥有23亿瓦特的容量,其中80%来自欧洲,欧盟的容量约为20亿瓦特,根据目前的政策,到2030年至少增加四倍,到2040年将增长到近130亿瓦特。然而,考虑到欧洲联盟的碳中性目标,海上风力将在那时跳至大约180吉瓦,成为非洲大陆最大的单一电力来源。

英国、德国和丹麦引领了技术的发展,英国和德国在运营中拥有最大的海上风电能力,而丹麦于2018年从海上风电生产了15%的电力。然而,中国去年增加了比任何其他国家更多的能力。事实上,中国将在技术的长期增长中发挥更大的作用,被迫减少空气污染。此外,在该地区,海上风力很有吸引力,因为这种农场可以建在靠近国家东部和南部的主要人口中心附近。

中国的目标是到2020年开发一条10万千瓦的项目管道,到2025年,中国将拥有世界上最大的海上风力舰队,超过英国。具体来说,到2040年,中国将从目前的4千瓦增至110万千瓦。此外,作者指出,旨在实现全球可持续能源目标的政策可能会将这一数字提高到170 GW以上。

美国有很好的机会使国家的权力结构多样化,在东北海岸的东北海岸拥有海上风能资源,而漂浮的基础将使西部海岸的风能资源得以利用。

较新的海上风电项目具有40%至50%的容量因素。在这些水平上,它们与一些地区的燃气和燃煤电厂的能力因素相匹配,即使海上风是可用的。此外,该技术的容量因数超过陆上风的能力,约为太阳能光伏的两倍。缺点是,海上风的输出根据风的强度而变化,但是其每小时的可变性低于太阳能光伏的变化,通常每小时波动高达20%,而太阳能光伏的每小时变化高达40%。

所有这些特征都将海上风置于自己的类别中:在欧洲、美国和中国以及在印度季风季节期间,在整个白天都能发电并在冬季生产更多电力的可变基础负载技术。这种高可用性和可预测的季节性模式有助于电力安全,而不是其他可变的可再生能源。此外,它还具有避免许多土地使用和其他可再生能源面临的社会接受问题的优点。

建造1GW海上风电项目的平均前期成本(包括传输),这些天数占海上风电总成本的四分之一,随着项目从海岸进一步移动,去年增加了40亿美元。融资成本占总发电成本的35%-50%,海上风力发电的水平成本预计到2040年将下降近60%。

由于相对较高的前期资本成本–250兆瓦的项目成本约为10亿美元——对海上风电场的投资主要由大型公用事业和投资基金进行。相反,太阳能光伏和陆上风能具有更低的前期成本,以及更小玩家进入的障碍。

2018年,风能行业的投资从2010年的不足80亿美元增加到近200亿美元。去年,海外风能投资占全球风能投资的近四分之一,占可再生能源投资总额的6%。去年,大约一半的风能投资和四分之一的可再生能源投资都发生在欧盟。

海上风力涡轮机的建造者大多是以欧洲为基础的。总部位于西班牙总部的西门子Gaesa和MHIVestas是Vestas和三菱重工(MitsubishiHeavyIndustries)之间的合资公司,它主导了海上风电行业,占去年安装的海上风电装机容量的三分之二以上。从1995年到2018年年底,这两个制造商已占所有海上能力的80%以上。具体而言,西门子Gamesa销售的海上风容量总计接近14亿瓦特,而MHIVestas在同期售出的容量接近4GW。

就像任何其他技术一样,在过去的十年中,海上风力在物理尺寸和额定功率输出方面都有了很大的进步。2010年可用的涡轮机的顶部高度约为328英尺,发电能力为3MW,而2016年,8MW汽轮机的高度增加了一倍,清扫面积增加了230%。较大的扫掠面积意味着每个涡轮可以捕获更多的风。目前,一个12MW的涡轮机具有352英尺的叶片,并且在发展中测量853英尺的高度,三倍的Flartiron建筑物的高度。此外,2030年,该行业的目标甚至是15至20兆瓦的涡轮机。尽管涡轮机尺寸和等级的增加需要更多的资本,因为这些构成挑战并需要较大的基础,但它将转化为减少的操作和维护成本。

当然,有可能阻碍这一技术的发展。一个这样的挑战是陆上电网基础设施,对于海上风技术来说是至关重要的。这个问题不仅仅涉及这些传输线的开发人员,而且还包括立法者,负责通过法规,鼓励有效的规划和设计实践,支持海上风力的长期愿景。如果没有安装格栅加强件和膨胀件,则不需要这样做,存在大量的未使用的电力的风险。

分析的作者还指出,迫切需要发展有效的供应链,以便能够交付低成本的项目。这意味着巨大的成本意味着数十亿美元的投资,这在不确定的情况下是很困难的。各国政府需要介入并促进这类投资,方法是为海上风能创造一个长期愿景,并精确界定为帮助实现这一愿景而应采取的措施。明确的措施还将加强电力安全,因为它将进行系统规划,以确保在风力不足期间的可靠性。

报告的作者估计,全球海上风力的技术潜力超过120,000吉瓦,每年发电量超过42,000TB。这将足以满足2040年全球能源需求的11倍。考虑到输电和配电基础设施的可用性,事情并不太理想化:由于其漫长的海岸线,俄罗斯(每年80,000万亿小时或总的20%),加拿大(每年50,000TB-小时或总的12%)和美国(每年超过45,000TB-小时或总的11%)占全球技术潜力的40%以上。即便如此,也可以利用多余的资源进行出口。

这项研究分别考察了主要地区:欧洲(不包括格陵兰岛和海外领土)每年有5万太瓦特小时的海上风力技术潜力,这是需求的10倍多。在美国,只要算上毗连的州,浅水每年就有可能提供超过3300太瓦小时,而深水则每年提供超过8700太瓦小时。其中一些潜力位于大西洋沿岸,靠近华盛顿特区、波士顿和纽约等主要城市。大湖地区每年的技术潜力也超过900太瓦特小时。

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