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如何在新的海上风电发展竞赛中胜出?

2021-04-22 09:38:59 风能专委会CWEA(译)

各种各样的因素使得海上风电行业成为增长最快的行业之一,虽然市场动态显示该行业具有一定的不确定性。在传统玩家奉行积极增长战略的同时,新的进入者正在准备重塑行业格局。

受益于全球各国气候雄心及环保目标,加之具有竞争力的成本以及巨大的市场潜力,海上风电行业正在蓬勃发展。海上风电作为一项具有较高容量系数(load factor)的可再生能源技术,可以最大限度地减少对电力存储或补充性可调度能源的需求。公共事业部门一直在与包括石油和天然气公司在内的新竞争者争锋,期望在新冠疫情危机后能更大力度推动海上风电的投资。

各国气候雄心和发展目标

自2015年联合国气候变化大会以来,大多数国家政府已启动能源转型战略,采取了多种脱碳方法。从全球历史数据来看,目前海上风电开发活动大多发生在欧洲北海地区,中国也为海上风电设定了颇具雄心的发展目标。但是到目前为止,美国的发展计划完全不具野心,海上风电发展缓慢。欧盟的目标是到2050年安装230GW~450GW的海上风电装机容量,中国则宣布在同一时期内要安装175GW的海上风电。但同期美国的目标只有85GW。尽管中国的海上风电发展计划尚未在能源转型路线图上清晰呈现,但海上风电可以帮助中国加快燃煤发电淘汰的速度,从而改善空气质量并确保能源安全。

竞争经济学——成本下降迅速

随着成本的下降,海上风电的经济性正在逐步改善,不仅与化石燃料相比具有竞争力,与包括光伏(PV)和陆上风电在内的其他可再生能源技术相比,海上风电同样具有竞争力。随着风电机组朝大型化发展,目前已安装的最大单机容量达到了12MW,维斯塔斯则已宣布生产15MW的风机,海上风电的容量系数也已经达到超过60%的新记录,从而使海上风力发电技术在未来更具成本竞争力。

国际能源署(IEA)预测,到2040年,海上风能的平准化电度电成本(LCOE)将会急剧下降,根据地理位置不同,可从 150欧元/MWh左右降至25欧元~45欧元/MWh。随着无补贴风电招标的出现,这种价格下降趋势,将带来关键的变化(见图1)。

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巨大的海上风能资源潜力

尽管海上风电在过去的几年出现了显著增长(主要在欧洲和中国),但海上风电的全球年发电量(2018年约68GWh,约占0.3%)和总装机容量(2018年底约28GW,约0.4%)方面的相对份额仍然非常小。而全球范围内的海上风能技术可开发潜力超过25000 GW。美国在近海和远海地区的技术可开发潜力超过10000 GW,拥有全球最大的海上风能技术可开发潜力。

在接下来的20年中,全球海上风电装机容量预计每年将增长约25GW,相对技术可开发潜力而言,这一数字还是非常有限。受新冠疫情大流行的影响,海上风能显示出强大的适应力好韧性,预计到2021年欧洲和美国未来十年海上风电的年度资本支出将赶上海上油气的支出。

全球海上风电市场动态为行业带来新的压力

虽然海上风电具有诱人的增长前景,但也在四个方面带来了复杂性和挑战:

1、地区特色各异,战略也不统一

海上风电的发展受到各地市场因素不同的影响,各国也因此采取了不同的方法来促进可再生能源的增长:

能源安全。这是促使欧盟发展海上风电的一项主要推动因素,但美国并不关心能源安全,因此虽然美国具有全球最大的海上风能资源,美国海上风电发展却非常缓慢。欧盟各国具有坚定承诺和明确的野心,制定了包括“绿色协议”(Green Deal)在内的结构性支持政策,并受到下一代欧盟复苏计划(Next Generation EU recovery plan)的强力推动。

风力发电机组的制造能力。欧盟已建立了强大的风机制造能力,并已在北海部署了领先的能力。但在美国,海上风电仍然是一个新兴市场,截止到2020年上半年,美国只有一个海上风电场,装机容量只有区区30MW。2020年下半年,美国在CVOW项目安装了两台6MW 海上风机成为第二个海上风电场。尽管具备巨大的海上风电技术可开发潜力,也有基本的支持机制等基本要素,但美国海上风电的全面发展价值链远未实现,尚需要结构化支持。在中国,海上风电应受益于集中管理,适当的基础设施,潜在的巨大风机制造能力和物流能力,这意味着在中国开发海上风电,合同的程序短,收到政府的支持,也没有公众接受度等问题。

电网灵活性和监管问题。这些领域也可能会增加额外的复杂性,需要增加一些整合能力,例如电网连接技术、投标流程和合同、考核机制以及对连接成本的支持机制等。即使某些国家已经完成了整合能力,比如欧洲电网已经很好地进行了整合,可为海上风电整合提供额外的能力。但美国的各大电网各自为政,处理大量间歇性电力的能力非常有限。中国的电网已经很成熟,也可方便对海上风电进行整合。此外,大型储水储能也可与海上风电完美结合。

2、规模更大,也更复杂

2020年全球风电场规模发生了巨大的跳变,与过去几年相比,2020年最大的单一风电场装机规模增加了一倍(见图2,从600MW增加到1.2GW)。此外,与其他技术的混合(hybridization)对于经济和环境可行性同样至关重要。比如新的招标开始出现海上风能与绿色氢能(电解)的结合。例如,2020年7月,壳牌和Eneco赢得了一次新的招标,将创建一个由风电驱动的绿色氢能枢纽。

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在技术方面,漂浮式解决方案可以释放更多的优势。漂浮式风电可释放更大的海上风能资源技术潜力(海上风电技术可开发潜力的72%在深海),可以获得更好的风况,从而获得更高的容量系数。此外,漂浮式海上风电离海岸线更远,老百姓接受起来更容易,与其他海上活动(如钓鱼、沿海航行和海上休闲活动)的冲突也更小。但是,漂浮式海上风电也有几个大挑战,包括居高不下的前期成本,以及更长的项目周期,安装风机所需的基础设施以及更全面的测试和样机演示时间(包括应对变桨,抵抗恶劣天气条件以及处理海缆的复杂性等 )另外,漂浮式海上风电解决方案的设计仍处于早期阶段。

不断加剧的竞争,以及关键参与者的战略行动

海上风电价值链上变得越来越拥挤,新的玩家越来越多。在传统玩家追求激进的增长速度以保持领先地位的同时,更强劲的新进入者期待重塑海上风电格局。2020年全球各地越来越多国家和行业、企业确定了其净零目标,这对石油和天然气行业冲击巨大,自Equinor开始,为了支持各自企业的净零排放目标的实现,几大石油和天然气运营商也开始就过去几年推出的几项海上风电倡议进行沟通(见图3)。

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在项目开发方面,传统的油气服务商及EPC参与方正在利用其丰富的海上能力开始向海上风电多元化发展(见图4)。传统上,油气EPC只是作为海上特定项目活动的分包商,很少参与海上风能项目,例如,它们只提供小型风电场基础的安装。但现在,这些EPC也参与到海上风电价值链中,对产业链进行重新定位,可提供更大更复杂的项目服务——从大型风电场的分包合同,到为特定项目提供工程、采购、建设和安装的服务,转身为EPCI角色。将来,一个EPC参与者的角色可能会演变为一揽子交付整个风电场,所谓的交钥匙(turnkey)工程。目前为止,只在亚洲存在这样的先例。

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潜在的供应链瓶颈

充分发挥海上风电的潜能,就像延伸价值链一样,可能会带来风机生产和物流的瓶颈。第一个问题是,全球风电整机制造商(OEMs)是否有能力扩大生产以满足不断发展的需求。在过去的几年中,全球整机厂商海上风电装机年新增装机容量不到5GW,但到2030年,需求将增长到每年20至30GW(见图5)。这和目前全球的整机商的制造能力和财务状况还有一定的差距。同时,不断增长的海上风电物流需求(如近海船舶,运输和安装船等),可能会导致相关船只的缺口,从而导致船只租用价格的上涨。

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如何在新的海上风电发展竞赛中胜出?

正如上面所说的,海上风电可能是某些地区实现大规模增长的强大候选者。但是,一系列的市场动态反应出价值链存在的紧张关系,并产生了可能影响到项目总体结果的潜在瓶颈。要想在新的海上风电发展竞赛中取得成功,需要采取系统和协作的方法。

首先,选择好战场

要想赢得战争,第一要务是确定对您的目标具有最高战略价值的场址,还包括增长目标、投资组合等。还需要考虑对本地因素的影响,例如并网技术、招标过程和合同、考核机制、支持机制和运营时间以及法规,例如通过《城市规划法》授权可建造超过12MW的风电机组等。

投标人还需要掌握各个国家和地区的承包过程,包括不过高估计各种前提条件和差异化因素,这样方可赢得竞标。海上风电的竞争无疑越来越激烈。例如,在敦刻尔克风电场投标过程中,排名前五位的投标人的投标得分非常接近,投标价格的差异也不大:中标价格为44欧元/MWh,其他人的投标价格也介于47.5欧元和51欧元/MWh之间。

简化风电场交付模式

想要建设更大、更复杂的风电场,则需要摆脱传统的“主仆”项目开发方法,因为这种传统方法使得很多交互都处于孤立状态。采用协同设计优化的方法,可以显著降低成本,并快速推向市场。通过从其他行业(例如汽车、航空航天、国防及电子行业)汲取的经验教训,海上行业可以释放出巨大的价值。尽管传统的石油和天然气行业也一直在努力做到这一点,但海上风电具有成功所需的各个特点,包括强大的标准化潜力和精益设计的灵活性等(因海上风电不受那么多旧的规范制约)。

创造全新的交付方式还需要采用新的业务模型和新的工作方式。加入一个战略联盟,对于运营商、整机商和EPC厂商而言都是双赢的,可以应付下面的问题:

·改善项目的经济性:一起寻求解决成本问题,共同承担全部成本从而降低成本,这有别于传统的以价格为目标降低成本的方法。

·缩短周期时间:方法是通过加速执行报价文件投递和招标流程的过程

·实现协同:通过提前与承包商合作制定详细的解决方案,与承包商发展技术协同效应。

在能力可能受到限制的环境中,加入战略联盟还提供了确保材料和服务的机会,同时确保了供应商有确定的收入。石油和天然气玩家(包括运营商和EPC)也可以利用其丰富的海上经验。包括重新利用现有资产,提高员工技能,满足新的跨业务组合需求等,例如同时可服务于油气平台和风力发电场的多用途船只,同样也包括人才管理,在油气项目和海上风电项目之间进行资源的共享。

实现卓越运营

运营商需要评估并挖掘风电场的真正潜力。降低成本的压力越来越大,并且无补贴招标成为新的规范,因此,卓越的运营能力对于最大程度地提高利润至关重要。必须考虑到更多因素(例如收入、备件成本、市场动态、法规、机组停机时间、天气预报以及运维成本等)来优化收入和利润,这其中,智能化运营必不可少。通过先进的分析,精确预测成本和收入,从而为决策提供依据并优化盈利能力。

预测性维护技术,可以在故障维修和预防成本之间取得适当的平衡,从而减少总支出,提高可用性和可靠性。

数字孪生技术,可以通过将操作和物理输入(例如检查信息和机械特性)与高级仿真(例如疲劳分析、检查计划和预测性维护)相结合,从而延长资产的使用寿命。此外,在工程阶段使用数字孪生技术,可以优化设计并降低材料和安装成本。

压榨财务价值

最后,运营商需要采用一种综合的方法来优化其财务价值。

价值池。在需求侧响应、储能电池和分散式发电等因素的驱动下,采购、贸易和生产之间的界限变得越来越模糊。产业链的各个部分都在涌现出新的价值池。合同和物理的灵活性可满足供需双方并平衡电网(例如容量合同、虚拟存储以及期权和衍生产品),从而推动投资组合优化并提供增长机会。运行模型需要进行调整,以允许按位置、最小和最大负荷以及可控负荷对电力资产(例如可再生能源、储能和联合循环燃气发电)进行综合控制和消耗。

做决策。随着可再生能源的增长,电力市场变得越来越受天气驱动,对灵活性的需求也越来越向更短期发展。因此,决策的速度和质量对于确保电力资产和用户之间的平稳匹配至关重要,例如对资产和用户进行调度和重新调度,可避免成本的不平衡并抓住市场机会,并增加频率平衡来管理可再生能源发电的不可预测性。为了支持高质量和高效的决策,信息系统基础结构和数据管理对于实现下述目标至关重要:

实时合并大量数据。

开发强大的数据分析以进行优化(具有准确信号、置信度估计和可视化的分析模型)。

定义结果精度与计算速度之间的权衡。

确保独立信息系统和功能之间的无缝交互。

定义多个性能模型与一个完整的集成模型(例如单个风电机组、风电场和国家/地区级投资组合)之间的权衡。

促进内部和外部数据交换。

为海上风电竞赛做好准备

往大里思考,并迅速行动(Think big and act fast)

建设超过1GW的大型风电场,从而获得规模经济,是未来海上风电场成本竞争的新标准。所有的玩家都在往前发展。为了在竞争中不至于落伍,各个玩家必须迅速定位并确定各种机会。具体从哪儿开始,取决于玩家的成熟度。无论如何,加速学习曲线很重要。对于新进入者,这可能意味着需要从较小的角色或较小的范围开始,然后迅速过渡到更大、更复杂的角色。

选好合作伙伴,加强协作

要想获胜,需要与战略联盟一起努力,并加强全产业链的协作。这有助于确保交付能力的建设,如风机的生产、安装等,并发展出行业最优秀的各种技能,包括海上风电相关技术和知识等,同时加快创新等。文化方面的适应和协作框架对于成功同样至关重要。CWEA

来源:Kearney

/energy/article/?/a/offshore-wind-the-new-gold-rush

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责任编辑: 李颖

标签: 海上风电 风电成本 风电平价上网

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