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調查了140位頂級專家,未來風電發展有哪些趨勢?

時間:2022-08-01

來源:環球零碳

導語:風能作為可再生能源的主力,越來越成為能源市場中成本最低的技術選擇之一。據國際能源署(IEA)數據統計,風力發電是除水力發電外發電量最大的可再生能源發電方式,據全球風能理事會報告,2021年全球新增風電裝機93.6GW,中國、美國、巴西占據前三。

  不斷清潔化的發電結構、政策驅動因素、陸地和海洋利用以及技術創新,為現在和未來的風能發展提供了動力。風力發電技術和風機設計也需要不斷發展,以繼續擴大其在可持續、成本最低和可靠的電力系統中的作用。

  風電發展早期,行業各項技術均不夠成熟,因此制造成本并不便宜,再加上盲目擴產造成的棄風現象,因此風電成本一度遠高于火電。但這種情況如今發生了徹底改變。隨著風電機制造技術的成熟,配套電網的完善,我國棄風率已經降至3.5%,風電成本更是直線下降。

  最近,美國能源部(DOE)根據對全球140位風電行業專家進行調查,總結出了到 2035 年風電的發展趨勢,包括風機設計、風電場設計的走向,以及陸上和海上風電。該研究也通過國際能源署風能技術合作計劃(IEA Wind TCP)國際研究合作伙伴關系網絡進行了專家搜尋與調查。

  01 預計未來陸上風機,全球年平均風速中值將下降

  對于陸上風電,專家預測新風電項目的全球年平均風速中值將從 2019 年的 7.9 m/s 小幅下降至 2035 年的 7.5 m/s。對于非漂浮的海上風電項目,預計平均風速將保持不變穩定在9.5 m/s。專家預計2035 年的中位項目將位于離海岸更遠的地方(70 km)和更深的水域(42 m)。

  對于陸上項目,專家預計所有市場的平均風速將適度下降,北美保持 8 m/s 的風速。對于海上,專家預測,歐洲將繼續在離岸最遠(80 km)、最深水域(45 m)和最強風速(10 m/s)部署固定底部海上風電項目。這種趨勢對于浮動裝置尤其明顯(歐洲 150 m 水深與北美 75 m 水深)。

  土地資源有限,隨著陸上風資源較好的土地開發殆盡,未來風場建設將向低風速方向發展。近年來隨著風電技術的進步,低速風電場同時也迎來了快速發展的可能。

  在風資源條件較差的地區,一般采取安全條件下增大葉輪和提高塔筒高度的物理方式,同時注重風機排布密度,盡量減少尾流影響等因素影響,保持風機長時間運轉在低風速狀態下具有高效輸出,配合適應低風速區域大功率機型,保障低風速風機高效輸出。

  02 預計風機額定容量、高度和葉輪直徑將持續增長

  通過調查,專家們預計2035年陸上風機的額定功率將達到5.5MW,海上風機將達到17MW,同時風機的葉輪直徑、塔架高度都將有大幅提升。

海上風機

  風電能效提升主要依靠風機大型化,大型風機雖然造價較高,但發電量高,能夠顯著攤薄風機發電成本。

  不同地區的專家也有不同的看法。對于陸上風機,專家預計北美風機比歐洲擁有更低的比功率(風機額定功率與轉子掃過面積之比)和更大的葉輪。預計歐洲的輪轂高度將繼續增加,但北美將在風機額定功率方面處于領先地位(5.6 MW 對于歐洲的 5.0 MW)。對于海上風機,專家預測歐洲風機可能發展到17.1MW的最高風機額定容量(相對于北美的 15.6MW),以及與北美相似的高度和葉輪直徑,從而產生更大的比功率348 W/m 2。亞洲專家的小樣本預測,風機的額定功率達到15MW,葉輪直徑達到220米,因此比功率更高,接近 400 W/m 2。

  調查還詢問了進一步擴大渦輪機尺寸的主要限制因素。對于陸上風能,專家羅列出的主要限制是許可、運輸和社區接受度。對于海上風電,主要限制包括船舶、起重機和港口的能力和成本。

  風電機組正朝著“大容量”的方向發展。但風電機組還需要付出長期的維護成本。早期不成熟的技術導致當時的機組性能欠佳,維護成本高昂,因此小型風機并不劃算。

  03 預計風電成本將全面降低

  調查專家的結果預計,在未來三年內,所有研究的風能應用的平準化度電成本(LCOE)將大幅降低。到 2035 年,陸上風電的LCOE將下降 27%,海上風電將下降17-35%。

  但專家也表示,未來風電項目的選址可能影響風電成本的下降,會在并不那么吸引人的風區,但成本下降的趨勢依然處于預料之中。

風機LCOE

  未來各種提高風電電網價值的措施將變得更加普遍。對于陸上風電,相當大比例的專家預計將大量使用甚至廣泛使用電網系統增值選項:與儲能結合,減少成本以實現收入最大化和延長壽命等等。

  大型風輪代表了一種提高價值的策略,因為即使在電價往往較高的低風速時期,它們也能發電。對于海上風電,提高價值的選項包括更大的風輪、提供平衡服務、互連以增加電網價值,以及與儲能結合,利用風電生產氫氣等。

  風電作為清潔能源很重要的一員,發展方向指引新能源企業的技術發展方向,能給人類帶來更廣闊的可持續發展空間,未來風電應用值得期待。

  相比較陸上風電設備市場的激烈競爭程度,海上風電的進入門檻要更高,同時其上網電價更高,可承受較高的設備成本,因此,市場進入者有望在起初一段時期內獲得較高的毛利率。這樣的共識也導致陸上風電設備商削尖腦袋進入海上風電的“競技場”。

  風電設備下游企業雖然需求旺盛,特別是海上風電盛行,但無論是進入海上風電還是大力供應風電場,這都需要企業自身產品有更高的品質。

  近年來,我國風電設備行業發展較快,有力支撐了風電產業發展。今后應根據我國風電設備大型化、生產基地向沿海轉移的趨勢,著力推進大型化和多樣化機組研制及產業化推廣與應用,不斷提升風電機組的技術水平,進一步完善風電設備供應鏈,并逐步優化風電機組設備的質量。

  風電設備企業應高度重視科技創新,通過自主創新或聯合創新的方式不斷提升基礎研究與技術應用能力,同時利用長期的經驗積累,不斷攻破關鍵核心技術,逐步提升產品的質量,進一步擴大自身的市場份額,從而在全球市場占據有利地位。

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