隨著風電技術日益進步，成本持續下降，風能正成為低碳經濟背景下的主力軍。其中海上風電作為實現碳中和的主要路徑之一，將迎來其發展的高光時刻。

根據全球風能委員會(GWEC)的數據，去年，海上風能投資首次超過了海上石油和天然氣。

另據世界風電權威媒體《風能月刊》去年9月發布的一份報告，預計2021年至2025年間，全球將安裝超過70吉瓦海上風電裝機容量，這意味著其在所有風能中的份額將從目前的6.5%飆升至21%。

“十四五”規劃中，我國也明確提出將大力提升風電規模，有序發展海上風電建設。

1 我國風電行業發展近況

近年來，我國風電發電量占比不斷提升，2021年中國風電發電量占總發電量的7.0%，較2014年提升4.6個百分點，發展前景十分廣闊。

資料來源：國家統計局、智研咨詢整理

2021年我國風力發電裝機容量達32848萬千瓦，同比增長16.6%。

從累計裝機情況來看，2021年我國陸上風力發電裝機容量為30209萬千瓦(占裝機容量的92%);海上風力發電裝機容量為2639萬千瓦，同比增長193.2%(占裝機容量的8%)。

新增裝機容量方面，2021年我國陸上風力發電新增裝機容量為3067萬千瓦(占比為64.5%);海上風力發電新增裝機容量為1690萬千瓦，占比為35.5%(同比增長452.3%)。

隨著2019年末、2020年初國家風電中央財政補貼相關政策的落地，2020年成為我國陸上風電的“搶裝”年，風電新增裝機容量達7211萬千瓦;2021年成為我國海上風電的“搶裝”年，風電新增裝機容量為4757萬千瓦，風電開發布局得以進一步優化。

2 風電下一階段發展方向

我國現階段風電發電系統已逐漸完善，“30·60目標”的提出，加之風電“平價時代”的到來，預示作為實現碳中和目標主力軍的風電，行業發展前景極為廣闊。“十四五”規劃期間，國內風電將加快發展，隨著陸上風能資源利用趨于飽和，海上風電和分散式風電是未來的風口。

海上風電有望迎來大爆發

與陸上風電相比，海上風電具有穩定性高、風速大等特點。

海上風力普遍比陸上大，風速更為穩定，空間廣闊，允許風機機組更為大型化。海上風電設備利用率比陸上風電高一倍，且具有一定的規律性，利于峰谷調配。中國海上風電資源多集中于東南部沿海地區，更靠近負荷中心。

我國海上風能資源豐富，根據發改委能源研究所發布的《中國風電發展路線圖2050》報告，中國水深5～50米海域，100米高度的海上風能資源開放量為5億千瓦，總面積為39.4萬平方千米。另外近岸潮間帶、深遠海也具備較豐富的風能資源。

海上風電的優勢：

(1)不占用土地資源，適合大規模開發：海上風電發展主要集中在經濟較發達的國家和地區，人口密度較高，土地資源寶貴。

(2)距離用電負荷近：沿海地區往往是電力負荷中心，消納能力強。海上風電的就近消納恰恰規避了遠距離輸電帶來的較高輸電成本。

(3)發電利用小時數高：以福建為例，部分海域海風利用小時超過4000小時，陸上平均僅約2600小時。

(4)風資源相對平穩，出力波動較小：海上風電的接入對系統調頻的影響以及系統調頻能力的要求低于陸上風電，電網友好性更強。

(5)發電量高：海上風速比陸上高20%左右，同等發電容量下海上風機的年發電量能比陸上高70%;海上風電單機裝機容量更大，在同一區域的掃風面積和利用風的能量也越多。

“十四五”分散式風電前景

隨著大型集中風能發電站越來越少，分散式風電將迎來快速發展階段。

雖然分散式風電的發展一直低于預期，正處于萌芽階段，但是隨著近年來地方政府加快規劃與資源儲備，分散式風電發展明顯提速。從集中式到分散式的模式，也已成為中國風電的發展趨勢之一，有望成為我國局部缺電最有力的電能補充方式。

“十四五”時期，隨著我國風電“平價時代”的到來，分散式風電將再次受到市場關注。

發展分散式風電的優勢：

(1)分散式風電靠近用戶，一般不新建升壓站，能節省輸配電設備費用;分散式風電項目不需要進行大規模、遠距離電力輸送，可以實現就地消納，對緩解棄風限電具有重要作用。

(2)分散式風電項目不占用國家核準計劃指標，由各省自行建設，審批時間短，項目裝機容量較小，占地面積小，建設周期短，選址靈活。

(3)幅員遼闊的中東南部地區仍以低風速風能資源為主，分散式風電可供開發空間廣闊，產業政策導向將逐步向分散式傾斜。

3 海上風電技術發展方向

受特殊地理環境因素的制約，海上風機對風電機組具有一定的技術門檻要求。

從技術角度來看，風電機組共有雙饋、直驅、半直驅三種類型。其中雙饋和直驅是目前較成熟的主流路線。

就結構而言，雙饋技術和直驅技術最大的區別在于是否連接“齒輪箱”。雙饋機組的葉輪通過增速齒輪箱與發電機轉子相連。由于有增速齒輪箱的加持，在風電機組向恒頻電網送電時，不需要調速，有功和無功功率可獨立調節、轉子勵磁變換器的容量較小等優勢。目前全球大部分機組采用的是雙饋技術。

然而，雙饋技術對于風速的要求較高，很容易發生脫網現象，如果風速很低，即使有齒輪加速也難以進行發電，具有一定的局限性。同時由于齒輪箱的存在，增加了維護成本。

直驅技術的葉輪直接與發電機相連，省去了增速齒輪箱，轉子為永磁體勵磁，無需外部提供勵磁電源。直驅機組的發電機通過全功率變流器并網，具有效率高、噪音低、低電壓穿越能力強等優點。

缺點方面，電機和電子裝置成本高，電機質量大，為了適應低風速需要配備很多的級對數極，導致電機體積龐大，且只能通過水冷降溫。

同時，由于直驅式沒有齒輪箱，運行穩定，對發電機性能要求高，成本偏高。直驅機組雖然能夠正常發電，但太過沉重，安裝運送存在問題。

因此雙饋機組和直驅機組都不是海上風電的最佳選擇。

半直驅技術有望成為行業主流：

現階段風機技術的迭代方向是半直驅電機。半直驅綜合了雙饋、直驅的優點，同時規避了二者的缺點，是行業公認的下一代風電機組技術。

半直驅技術較雙饋風機可靠性更高、成本更低，具有較強的技術優勢。

與直驅技術相比，半直驅增加了中速齒輪箱，發電機轉子轉速比永磁直驅高，可以減少永磁同步發電機轉子磁極數，有利于減小發電機的體積和質量。

半直驅技術采用中速齒輪箱+中速永磁同步發電機+全功率變頻技術，兼顧直驅的高穩定性、高效率和雙饋的低成本、小體積優勢，即避免使用多級齒輪箱導致的故障率偏高，也減輕了永磁發電機的體積和重量。

半直驅風力發電系統示意圖

資料來源：中國知網，平安證券研究所

4 “十四五”海上風電發展趨勢預測

趨勢一：機組容量大型化

風電機組向更大規格發展，截至2020年年底，2.0-2.9MW風電機組裝機量占比為52.5%。

2021年國內海上風電新增裝機單機功率由5MW提升到6MW、7MW，并逐漸成為主流，但仍然低于國外水平。(目前歐洲新增海上風電裝機平均容量已從2019年的7.2MW提高至2020年的8.2MW。)

趨勢二：半直驅比重不斷增大

海上風電場建設的核心設備之一是風電機組。隨著海上風電需求上升，機組單機容量增大，目前半直驅式永磁同步風機和直驅式永磁同步風機在海上風電中的應用比例不斷增加。半直驅技術路線預計將成為“十四五”海上風電發展的選擇趨勢。

趨勢三：選址深遠海化

目前世界上80%的海上風資源位于水深超過60米的海域，在水深超過50米之后，風能密度是近海的將近4倍，深海資源非常豐富。考慮資源潛力、消納能力、近海海域用地緊張等因素，海上風電未來將呈現規模化、集群化、深遠海化等特點。

從世界海上風電建設與規劃來看，離岸距離大于100km、水深超過50m的深遠海域的風能資源更加豐富，德國、英國等歐洲海上風電技術強國已率先布局深遠海風電。

國內方面，2021年12月26日，江蘇大豐H8-2海上風電項目并網，場址離岸最遠距離超80千米，水深7.5至20.9米，安裝20臺套6.45兆瓦和38臺套4.5兆瓦機組，總裝機容量30萬千瓦。

趨勢四：主設備價格不斷下降

近期招標顯示海上風電主設備價格由7000元/kW下降到3500元/kW左右，降幅接近50%。根據2021年21個公開指標項目統計，海上風電平均單機價格約為7095元/kW。

趨勢五：消納更多依賴柔直送出

隨著深遠海風電場開發規模的擴大化，輸電容量和輸電距離增加，機組大型化、受端電網短路電流水平、電網安全穩定等因素，從技術經濟性角度看，使得海上風電直流送出方案優勢愈加明顯。

在輸送功率相等、可靠性相當的可比條件下，直流輸電的換流站投資高于交流輸電的變電站投資，而直流輸電線路投資低于交流輸電線路投資;隨著輸電距離的增加，交/直流輸電存在等價距離，目前通常認為約在50~75km范圍。

我國在“十四五”乃至更長時期內，將主要采用高壓交流、柔性直流輸電技術來實現海上風電并網送出。

趨勢六：海洋資源一體化開發

海上風電緊鄰負荷中心，海上風電逐漸走向深遠海，新建輸電設施成本較高，而利用現成的天然氣管道可以大大降低成本，同時海上風電與海洋牧場、海上油氣、海水淡化，氫能、儲能多種能源綜合開發利用融合發展，有助于提升海域利用效率，推進海上風電制氫等綜合應用，是海上風電的重要發展方向。

5 結 語

我國擁有發展海上風電得天獨厚的天然優勢：中國海岸線長，風力資源豐富(海岸線長達1.8萬公里，可利用海域面積300多萬平方公里)，且東南沿海地區經濟發達，用電量大，海上風電將完全消納。近幾年來，風電開發中心逐步由三北地區向中東部、沿海地區轉移，并將大力發展海上風電。

“十四五”期間我國海上風電將逐步步入快速發展期。我國海上風電潛力巨大，可開發容量達到30億千瓦;沿海省份高度重視海上風電發展，根據相關地方政府相關規劃，“十四五”海上風電新增裝機超過4400萬千瓦，年均新增將超過1000萬千瓦。

來源：中國能源網

文：李穎