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调查了140位顶级专家,未来风电发展有哪些趋势?

2022-08-01 15:00
环球零碳
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撰文 | Sueyl;编辑 | 郭郭

→这是《环球零碳》的第279篇原创

环球零碳 | 调查了140位顶级专家,未来风电发展有哪些趋势?

风能作为可再生能源的主力,越来越成为能源市场中成本最低的技术选择之一。据国际能源署(IEA)数据统计,风力发电是除水力发电外发电量最大的可再生能源发电方式,据全球风能理事会报告,2021年全球新增风电装机93.6GW,中国、美国、巴西占据前三。

不断清洁化的发电结构、政策驱动因素、陆地和海洋利用以及技术创新,为现在和未来的风能发展提供了动力。风力发电技术和风机设计也需要不断发展,以继续扩大其在可持续、成本最低和可靠的电力系统中的作用。

风电发展早期,行业各项技术均不够成熟,因此制造成本并不便宜,再加上盲目扩产造成的弃风现象,因此风电成本一度远高于火电。但这种情况如今发生了彻底改变。随着风电机制造技术的成熟,配套电网的完善,我国弃风率已经降至3.5%,风电成本更是直线下降。

最近,美国能源部(DOE)根据对全球140位风电行业专家进行调查,总结出了到 2035 年风电的发展趋势,包括风机设计、风电场设计的走向,以及陆上和海上风电。该研究也通过国际能源署风能技术合作计划(IEA Wind TCP)国际研究合作伙伴关系网络进行了专家搜寻与调查。

01 预计未来陆上风机,全球年平均风速中值将下降

对于陆上风电,专家预测新风电项目的全球年平均风速中值将从 2019 年的 7.9 m/s 小幅下降至 2035 年的 7.5 m/s。对于非漂浮的海上风电项目,预计平均风速将保持不变稳定在9.5 m/s。专家预计2035 年的中位项目将位于离海岸更远的地方(70 km)和更深的水域(42 m)。

对于陆上项目,专家预计所有市场的平均风速将适度下降,北美保持 8 m/s 的风速。对于海上,专家预测,欧洲将继续在离岸最远(80 km)、最深水域(45 m)和最强风速(10 m/s)部署固定底部海上风电项目。这种趋势对于浮动装置尤其明显(欧洲 150 m 水深与北美 75 m 水深)。

土地资源有限,随着陆上风资源较好的土地开发殆尽,未来风场建设将向低风速方向发展。近年来随着风电技术的进步,低速风电场同时也迎来了快速发展的可能。

在风资源条件较差的地区,一般采取安全条件下增大叶轮和提高塔筒高度的物理方式,同时注重风机排布密度,尽量减少尾流影响等因素影响,保持风机长时间运转在低风速状态下具有高效输出,配合适应低风速区域大功率机型,保障低风速风机高效输出。

02 预计风机额定容量、高度和叶轮直径将持续增长

通过调查,专家们预计2035年陆上风机的额定功率将达到5.5MW,海上风机将达到17MW,同时风机的叶轮直径、塔架高度都将有大幅提升。

环球零碳 | 调查了140位顶级专家,未来风电发展有哪些趋势?

风电能效提升主要依靠风机大型化,大型风机虽然造价较高,但发电量高,能够显著摊薄风机发电成本。

不同地区的专家也有不同的看法。对于陆上风机,专家预计北美风机比欧洲拥有更低的比功率(风机额定功率与转子扫过面积之比)和更大的叶轮。预计欧洲的轮毂高度将继续增加,但北美将在风机额定功率方面处于领先地位(5.6 MW 对于欧洲的 5.0 MW)。对于海上风机,专家预测欧洲风机可能发展到17.1MW的最高风机额定容量(相对于北美的 15.6MW),以及与北美相似的高度和叶轮直径,从而产生更大的比功率348 W/m 2。亚洲专家的小样本预测,风机的额定功率达到15MW,叶轮直径达到220米,因此比功率更高,接近 400 W/m 2。

调查还询问了进一步扩大涡轮机尺寸的主要限制因素。对于陆上风能,专家罗列出的主要限制是许可、运输和社区接受度。对于海上风电,主要限制包括船舶、起重机和港口的能力和成本。

风电机组正朝着“大容量”的方向发展。但风电机组还需要付出长期的维护成本。早期不成熟的技术导致当时的机组性能欠佳,维护成本高昂,因此小型风机并不划算。

03 预计风电成本将全面降低

调查专家的结果预计,在未来三年内,所有研究的风能应用的平准化度电成本(LCOE)将大幅降低。到 2035 年,陆上风电的LCOE将下降 27%,海上风电将下降17-35%。

但专家也表示,未来风电项目的选址可能影响风电成本的下降,会在并不那么吸引人的风区,但成本下降的趋势依然处于预料之中。

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未来各种提高风电电网价值的措施将变得更加普遍。对于陆上风电,相当大比例的专家预计将大量使用甚至广泛使用电网系统增值选项:与储能结合,减少成本以实现收入最大化和延长寿命等等。

大型风轮代表了一种提高价值的策略,因为即使在电价往往较高的低风速时期,它们也能发电。对于海上风电,提高价值的选项包括更大的风轮、提供平衡服务、互连以增加电网价值,以及与储能结合,利用风电生产氢气等。

风电作为清洁能源很重要的一员,发展方向指引新能源企业的技术发展方向,能给人类带来更广阔的可持续发展空间,未来风电应用值得期待。

相比较陆上风电设备市场的激烈竞争程度,海上风电的进入门槛要更高,同时其上网电价更高,可承受较高的设备成本,因此,市场进入者有望在起初一段时期内获得较高的毛利率。这样的共识也导致陆上风电设备商削尖脑袋进入海上风电的“竞技场”。

风电设备下游企业虽然需求旺盛,特别是海上风电盛行,但无论是进入海上风电还是大力供应风电场,这都需要企业自身产品有更高的品质。

近年来,我国风电设备行业发展较快,有力支撑了风电产业发展。今后应根据我国风电设备大型化、生产基地向沿海转移的趋势,着力推进大型化和多样化机组研制及产业化推广与应用,不断提升风电机组的技术水平,进一步完善风电设备供应链,并逐步优化风电机组设备的质量。

风电设备企业应高度重视科技创新,通过自主创新或联合创新的方式不断提升基础研究与技术应用能力,同时利用长期的经验积累,不断攻破关键核心技术,逐步提升产品的质量,进一步扩大自身的市场份额,从而在全球市场占据有利地位。

(参考文献详见阅读原文)

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