风电行业：挑战与机遇并存，全球漂浮式风电发展综述

漂浮式风电技术将成为深远海风电开发的重要方向。随着近海风电资源利用趋于饱和，全球风电开发的脚步正迈向资源丰富的深远海。欧洲地区受益于良好的海风资源和地理条件，漂浮式项目并网经验丰富，目前全球共计装机的200MW漂浮式风电项目主要集中在欧洲；我国漂浮式风电起步较晚，2021年起有多个示范项目陆续开建、投运，叠加沿海省市出台的一系列深远海政策规划，未来几年漂浮式风电市场规模将持续提升。 我国漂浮式海上风电技术逐步走向成熟，商业化应用面临供应链和成本挑战。 漂浮式与底部固定海风项目的主要区别在于风机支撑结构。漂浮式风电基础包括立柱式、半潜式、张力腿式和驳船式，预计未来半潜式和立柱式基础将成为应用最广泛的形式。风机功率与风电场容量大型化趋势下，全球漂浮式风电造价由2008年的30万元/kW降至目前的4万元/kW。DNV预计，2030年后漂浮式风电LCOE将降至50-100欧元/MWh，技术规模化与降本相辅相成。行业降本的同时加强控制供应链风险，漂浮式风电实现商业化指日可待。 漂浮式风电发展空间广阔，中国成为全球漂浮式风电累计装机最多国家的同时，开启绿氢生产新模式。预计未来30年间，全球漂浮式海风装机容量将达300GW。漂浮式风电发展不可避免地对环境产生影响，温室气体的排放量需进一步跟踪研究。漂浮式风电产业高增下，贡献大量可再生能源电力，海风制氢将有效解决大规模海上风电并网和消纳难问题，目前海上加氢站+运输船方式输送氢气兼具成本和技术优势。全球各国积极布局漂浮式海风制氢，我国即将打造首个“海上风电+海洋牧场+海水制氢”融合项目。 风险提示：原材料价格短期剧烈波动风险，风电项目延期及装机不达预期风险，漂浮式海上风电产业化不达预期风险。宏观经济下行风险，全球政治形势风险，市场竞争加剧风险等。 1漂浮式海上风电是深远海趋势下的必然方向 1.1兴起与发展 全球海上风电市场步入成熟阶段，潮间带、近海风电资源利用开发趋近饱和，80%海洋资源在60米水深以上海域，风电场开发走向深远海成为必然趋势。我国海上风电潜在可供开发的资源接近3000GW，其中50米水深以内的固定式海风资源1400GW，漂浮式海风资源1582GW。根据《2022年海上风电大会倡议》，中国提出到2025年海上风电累计装机100GW，到2030年累计装机200GW，到2050年累计装机达成1000GW的目标；若成功实现，将完成在全球海上风能联盟确立的2050年海风装机目标的50%。 从长远来看，考虑到水深限制、消纳能力和海洋资源巨大潜力，漂浮式风电技术将成为当今全球深远海风电开发的重要方向。 图表1：我国50米水深以内海风潜在可供开发空间（GW） 根据GWEC的统计，2022年全球新增约66MW漂浮式风电项目并网运行，包括挪威60MW项目和中国海装“扶摇号”6.2MW机型。目前挪威累计漂浮式装机171MW，贡献全球91%装机量。迄今为止，全球总共已装机约200MW的漂浮式风电项目。 欧洲等地区海风开发率先布局深远海，漂浮式项目成功并网发电的经验丰富。我国漂浮式技术起步较晚，海上风电基础和输电形式面临较大挑战，但这也是实现远海风电规模化开发和平价上网的必经之路。GWEC预计，到2030年全球漂浮式风电市场将达16.5GW，2030年后漂浮式风电发展速度将加快。 图表2：全球漂浮式风电累计装机容量（MW） 1.2市场参与者 漂浮式海上风电的发展过程中，项目不同成熟阶段——开发前中后期、建设和运营阶段涉及各种各样的参与者：包括可再生能源项目的开发商（海风主要开发商位于欧洲、美国和东亚地区）、抓住机会分散风险的EPC承包商/项目建造商、管理大规模项目的大型公用事业、海上风电领域的投资集团和投资委员会，以及拥有海风方面专业知识的石油集团。 图表3：项目发展阶段涉及到不同投资者 图表4：海上风电主要开发商所在地 1.3全球项目案例 漂浮式风电在为各国节能减碳的同时，发挥了促进当地就业和经济发展的作用，同时为拥有海上石油和天然气活动专业知识的国家提供了平稳的能源过渡途径。目前，漂浮式海上风电样机测试项目主要集中在欧洲的地中海区域，技术研发和设计则集中在挪威、法国、葡萄牙、英国、美国和日本等发达国家。中国海南万宁地区2027年之前有约1GW的漂浮式项目规划，分为两个阶段——2025年前完成装机200MW，2027年前完成装机800MW，意味着近年我国漂浮式风电装机容量将保持上升态势。 图表5：全球已投运漂浮式海风项目或样机工程 1.3.1国外项目 2009年，挪威国家石油（Statoil公司，2018年更名为Equinor）开发了世界上第一个全尺寸漂浮式机组的样机项目——Hywind Demo。项目采用立柱式基础，离岸距离10km，机位和作业水深达 200m ，基础重量约3200吨，单机功率2.3MW，至今仍在服役发电，是漂浮式海上风电行业的重要里程碑。 2011年，基于美国PPI（PrinciplePower,Inc）公司在提出的WindFloat三立柱半潜式海上风电机组技术，EDP（EnergiasdePortugal）等企业在葡萄牙近海安装了全球首个半潜式海上风电样机项目。其借助稳性良好的半潜式平台，在陆地上可以完成所有组装和调试，且在海上不使用重型吊船或桩基设备。2017年，该项目以少于50万欧元的成本拆除，体现出拆除成本优势。 2013年，基于Ideol公司开发的阻尼池半潜式海上风电机组，法国启动第一个浮式风机试验项目Floatgen，2017年底安装完毕。该项目基础吃水浅，对港口、航道和风电场环境水深的适应性强，基础平台水上作业空间较大，设施维护便捷。运营以来，样机表现优异，经受住11.7米波高海况的考验。 2015年，挪威Equinor公司与阿联酋Masdar公司联合发起HywindScotland项目；2017年，基于第二代Hywind漂浮式技术，在苏格兰北海区域建立全球首个商用漂浮式海上风电项目，装机容量30MW。此后，Cobra公司在苏格兰海域开发了更大规模的Kincardine项目，装机容量49.5MW。 亚洲方面，日本走在漂浮式风电领域发展前沿。2015年，日本开发建设亚洲首例全尺寸漂浮式机组样机项目——GOTO。该项目采用单桩式结构，离岸距离1公里、水深91米，能够成功抵抗9.5米高的波浪。样机试验后认定其漂浮式基础的安全性好，且对环境影响小，此后迁移至福江岛东岸崎山冲近海约 100m 水深海域继续运行。 总体来看，全球多国提出了针对漂浮式风电项目的规划：英国政府承诺到2030年开发1GW的漂浮式风电，且已投资1750万英镑运行漂浮式风电示范项目；法国的多年期能源计划规定每年招标1GW以上的海上装机，2024年将针对地中海沿岸的2个250MW漂浮式项目组织招标；西班牙确立了到2030年实现1-3GW漂浮式风电装机的目标； 45 韩国于2021年批准了首个200MW漂浮式风电项目，且已经宣布建设6GW综合性漂浮式项目；美国将主要在缅因州、加利福尼亚州和夏威夷打造漂浮式海风市场。 1.3.2国内项目 1）2021年，中国首台抗台风型漂浮式海上风电试验样机——“三峡引领号”在广东阳江完成吊装，在三峡新能源阳西沙扒三期400MW项目中并网发电，成为亚太地区首个投入商业化运营的海上漂浮式风机。“三峡引领号”的技术研制与工程设计于2017年开始策划，2020年试验样机工程半潜式基础平台开工建造，2021年完成“漂浮式基础+风机”的一体化就位安装和动态海缆敷设。其风电机组高度107米，叶轮直径达155米，扫风面积相当于3个足球场。“三峡引领号”的设计考虑到其在海上的稳定性，采用半潜式的漂浮式底座，连接着底座的重型锚块固定在海底，台风来袭时可以拉着底座主动下潜，把风机基础及塔架大部分藏于水面之下，只露出不防水的发电机，降低其迎风面积，可抗12级台风和17级超级飓风。此项目填补了我国漂浮式装备研制的空白，为大规模商业化漂浮式风电场开发提供全流程的技术和实践支持。 2）全球首座水深超100米、离岸距离超过100公里的“双百”漂浮式海上风电平台“海油观澜号”，是我国自主建设的全球首个给海上油气田供电、海域环境最恶劣的半潜式平台。2023年1月在青岛完成主体工程建设，2月顺利起托开航，由青岛驶往珠海，并运往海上油田海域进行安装，2月在珠海福陆码头启航前往海南文昌海域，5月正式打通连接文昌油田群的输电动态海缆，具备并网输电条件，今年6月将正式投入运行。“海油观澜号”装机容量7.25MW，投产后年均发电量可达2200万kWh，可满足3万中国人一年的用电需求，减少二氧化碳排放2.2万吨。其建成投运使我国海上风电的自主开发能力从水深不到50米提升至100米以上，为中国风电发开从浅海走向深远海奠定坚实基础。 图表6：三峡引领号漂浮式风电 图表7：海油观澜号漂浮式风电 3）由中国船舶集团海装风电股份牵头研制的国内首台自主研发的深远海漂浮式海上风电设备——“扶摇号”于2022年落户湛江徐闻罗斗沙海域。“扶摇号”风电机组轮毂中心高度96米，风轮直径152米，叶片长度74米，实现了一级部件100%国产化，整套装备基本在广东完成生产制造，其诞生填补了我国平均水深65米以上深远海漂浮式风电 装备研制及应用空白。 4）多产业融合发展商业化模式“渔风互补”——龙源电力福建龙源海上风力发电有限公司主导开发的漂浮式海上风电和渔业养殖融合装备研究与示范项目开创全球先河。该示范项目位于莆田市南日岛东北侧，水深约35米，拟建设1台漂浮式风机，采用“水上发电，水下养鱼”的理念，建设投产后，预计年发电量1600万千瓦时，养鱼年产值约1000万元。实现“平台结构、海域空间、运营功能”多空间多层次共用，为海上风电多功能开发带来示范作用。 5）全国最大的海上漂浮式风力发电试验项目——“海南万宁百万千瓦漂浮式海上风电项目”于去年年底开工，场址平均水深100米，中心离岸距离22公里，计划分两期建设：一期规划装机200MW，预计于2025年建成；二期规划装机800MW，预计于2027年建成。建成后每年将贡献40亿度以上的清洁电力。该项目是海南省海上风电“十四五”重点项目，为构建海南新型能源体系和壮大海上风电产业集群奠定基础。 1.4沿海风资源丰富地区出台深远海规划 欧洲海上风电处于领先水平的重要原因是其深远海资源丰富，且无台风困扰。中国沿海地区深远海资源开发潜力巨大，但易受到台风影响，尤其是南部风速较高区域。台湾海峡是中国近海风能资源最丰富的地区，风能资源等级在6级以上；广东省、广西、海南近海海域的风能资源等级在4-6级之间；往北风能资源呈现逐渐减小再加强趋势。福建省年等效满负荷小时数为3000小时，风速达到8.65米/秒，海上风电资源在全国范围内具备优势，需要安装大容量抗台风机组。 规划方面，我国多地正在积极布局深远海海上风电示范项目，沿海各省出台一系列促进深远海海上风电发展的政策方案。山东、江苏和广东地区的风资源及发电情况较好，政策扶持下海风产业前景光明，漂浮式风电市场有望受益。 图表8：我国主要沿海地区风资源及发电情况 图表9：中国近海5-20米水深的海域内、100米高度年平均风功率密度分布 图表10：沿海各省出台有关发展深远海的政策规划 2行业关键技术与面临挑战 2.1技术路线 2.1.1漂浮式基础 海上风电由近海向深远海挺进，海上风机支撑的结构由固定式向漂浮式变化。漂浮式和底部固定的风电项目所用风机完全相同，区别在于风电支撑基础的不同，漂浮式风电基础是机组赖以维持稳定工作的平台，主要有以下四种形式： 1）立柱式：平台呈现圆柱形，吃水较大，运用水深需大于100米。主体结构由浮力和压载舱、过渡段、系泊系统组成，通过压载舱促进平台的浮心高于重心，保持良好的稳定性。立柱式基础安装和大部件更换相对困难，对工作水深有较高要求。 2）半潜式：主体结构多为三、四浮筒结构，通过对各浮筒压舱程度调节保持平衡。适用水深大于40米，设计灵活，运输安