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美国海上风电产业发展情况分析

作者:林香红  来源:中国海洋经济信息网  发布时间:2017-9-25 13:38:55

中国储能网讯:2009年美国提出了发展海上风电的想法,并开展了一批海上风电项目的建设工作。本期动态介绍了近年来美国海上风电项目的建设情况,分析了美国海上风电产业发展的三大特点,最后总结了美国海上风电产业发展缓慢的原因以及未来发展面临的挑战。

美国拥有优良的海上风电资源,潜力巨大,海上风电资源主要集中在五大湖区、东海岸、西海岸和海湾区、夏威夷以及阿拉斯加。根据美国国家可再生能源实验室的估算,美国海上风电的储量大约为4000吉瓦,具备发展海上风电产业的资源基础。

1、海上风电的提出

2009 年,奥巴马政府和时任内政部部长的Salazar 提出开发美国沿海大陆架可再生能源项目。2011年10月1日,美国内政部在联邦政府授权下成立海洋能源管理、法规和实施局(Bureau of Ocean Energy Management, Regulation and Enforcement,BOEM,以下简称海洋能源管理局),其重要工作任务之一是服务于奥巴马政府关于开发海上风电资源的承诺,系统推进美国海上风电的发展。除海上风电项目外,该机构还推动了海上潮汐能和海上太阳能发展项目,并开展了一些与海洋开发相关的环境评价等工作。

美国提出大力发展海上风电的原因:

第一,相对于陆路风电场,海上风电场受地域、风速、传输入网和距离的限制较小;同时,海上风电比陆路风电能效高20%-40%。

第二,风电机组运行过程中会辐射噪声,海上风电场远离居民社区,可以减少其对社区产生的噪声污染。

第三,美国最好的陆路风电场坐落在人迹罕至的大平原地区,而海上风电场多位于人口密集的东部沿海地区,减少了长距离电线的搭建,也避免了现有电线的增容。

第四,海上风力大小与城市用电波段比较吻合,一般下午和晚上海上风力开始变得强劲,正契合了东海岸城市电力负荷高的时段。最后,海上风电机往往比陆路风电机大,这也提高了海上风电的发电能力。一台陆路风电机装机容量在2.5-3兆瓦间,可满足1500户家庭的用电量;而一台海上风电机装机容量均值为3.6兆瓦,能保证3300多户家庭的用电量。

2、海上风电项目建设情况

海上风能作为一种重要的可再生能源,现已被纳入美国国家清洁能源计划。但美国海上风电项目总体进展缓慢,目前尚处于前期的示范研究和开发阶段,尚未进入商业化大开发阶段。

(一)先进技术示范项目

2012年,美国能源部选择了4个海上风能先进技术示范性项目,每个项目投入400万美元资助其完成项目第一阶段(包括工程、场址评估和规划)。示范性项目的展开,有助于促进商业规模海上风力发电机组的建立,解决海上风机并网发电以及审批程序等相关问题。2014年5月,能源部风能计划将其中3个项目推进到第二阶段(即高级阶段,包括后续设计、制造和部署),由国会额外拨付约4700万美元助其开展后续工作,力争2017年实现商业化运行(见表1)。

(二)高级阶段项目

具备以下三个条件之一的海上风电项目即为“高级阶段”项目

① 获得了州或者联邦水域临时有限租约或者商业租约;

② 完成了候选场址的基准线或者地球物理学研究,采用气象塔收集数据,或者地质和地球物理学数据采集系统;

③ 与电力承购商签署了购电协议(PPA)。

截止目前,美国共有14个海上风电“高级阶段”项目(见表2),基本情况如下:

Block Island Offshore Wind Farm Deepwater):国家电网已经同意签署20年购电协议。项目建设工作已于2016年8月18日全部结束,项目总耗资高达3亿美元,建成后可保证1.7万户家庭用电。项目采用Haliade型风机,高650英尺,叶片长240英尺,可在6英里/小时的低风速情况下发电,发电量比同代风机高出15%。

Cape wind Offshore:与国家电网和NStar签署了77.5%的购电合同。2014年2月获得6亿美元贷款融资承诺,确保了预期最终成本26亿美元中至少10亿美元的资金能够得到落实。2014年7月,项目从能源部获得了1.5亿美元的贷款担保。另外,根据国税局(IRS)相关规定,该项目符合投资税收抵免(ITC)资格要求。

Ocean Offshore energy Saint Thomas):开发商计划在美国Virgin岛Saint Thomas海岸建设小型商业项目。开发商已完成水下调研,并形成相关报告,待美国陆军工程部队(USACE)批准即可施工。

Fishermen's Energy Phase I):项目已完成全部审批,2014年5月,该项目获选三个先进技术示范项目之一,并获得4700万美元的额外联邦资金。但是,2014年5月新泽西州公用事业委员会(BPU)考虑到地方纳税人承担的成本过高(以及存在不确定性),拒绝同意项目使用新泽西州海上可再生能源许可证(ORECs),同年8月,新泽西州高等法院裁决,BPU必须重新考虑Fishermen的再次申请。

Virginia Offshore Wind:三个先进技术示范项目之一,该项目作为较大型商业出租区域的试验设施,已于2013年9月中标。项目组目前正在开展环境研究,以求获得相关认证。

Principle Power-Wind Float Pacific:能源部三个先进技术示范项目之一。Principle电力公司向海洋能源管理局提出主动租赁请求,并对请求租赁区域和电缆线路进行了地理勘探。2014年5月下旬,海洋能源管理局开始听取公众意见,对租赁区域开展环境评估。

Fishermen's Energy Phase II):获得风电场可行性初步评估的临时有限租约,该租约截至2014年11月到期。

Galveston Offshore Wind:从德克萨斯州土地办公室获得了租用权,采集风能资源数据。2014年,项目组建造了非并网式200kW试验性风机。

Lake Erie:与俄亥俄州签订了租赁合同,完成了地理勘探。但获得初期批准后,未能入选能源部先进技术示范项目,无法获得全额部署资金。但同时,能源部提出将提供几百万美元资金支持,推动项目进入“部署准备期”。

University of Maine:该大学得到能源部先进技术示范项目的初期资助,建造了两台6MW风机。2014年,该项目落选先进技术示范项目最终名单,但是能源部提出其将以单独奖励名义提供300万美元经费,帮助其完成设计。

Garden State:获得了临时有限租约,并于2009年开始进行基础调研。2014年,Deepwater和其他开发商建议海洋能源局推迟新泽西州的租赁销售计划,直至州公共事业委员会(BPU)明确哪些开发商可以使用海上可再生能源许可证(ORECs)帮助海上风电项目融资。项目临时租约截至2014年期满。

Deepwater ONE:2013年8月,Deepwater是美国海上风电租赁销售的第一个中标者,其在中大西洋沿岸向承购商销售的价格为13-14美分/kWh。

Dominion Virginia Power-Virginia WEA:Dominion在佛吉尼亚风能区域(WEA)获得了商业租赁,其装机容量为2000MW。

NRG Bluewater's:2012年10月,该项目是获得海洋能源管理局首批海上租约的项目之一。2014年,NRG公布了其场址评估计划,但项目尚未正式成立,NRG仍保留其开发权利。

3、产业发展特点分析

(一)通过政府引导,形成国家战略促进海上风电发展

2011年,美国能源部和内政部共同发布了《国家海上风电战略:创建美国海上风电产业》,这是美国史上首个关于海上风电的机构间合作规划。该规划聚焦于解决三个问题:海上风电的相对高成本,安装、运营和并网方面的技术挑战,以及现场数据和项目审批程序经验的匮乏。

为支持战略实施,两大部门表示将投入5050万美元资助海上风电项目投资,重点支持三大领域:

(1)技术开发 ,5年内投入2500万美元,支持创新型风机设计工具和硬件的开发。

(2)消除市场障碍 ,3年内投入1800万美元,支持海上风电部署限制性因素的基础研究,主要聚焦于选址和准入、补充基础设施、能源规划等。

(3)下一代传动系统 ,3年内投入750万美元,资助下一代风机传动系统的开发和改良。

此外,内政部还确认了4个位于中大西洋沿岸的风能区域,分别在特拉华州外大陆架近海 (122平方海里)、马里兰(207平方海里)、新泽西州 (417平方海里)和弗吉尼亚州 (165平方海里)。在国家海上风电战略之下,美国能源部计划到2020年海上风电容量达到1000万千瓦,到2030年达到5400万千瓦。

(二)租赁模式为美国海上风电发展提速

通常状况下,各个州的管辖海域只是距离各州三海里的范围内,而美国联邦则是距离美国本土200海里的范围,大部分潜在风能在美国联邦海域范围内。尽管目前各州政府仍倾向于在本州海域范围内建设海上风电,但美国海洋能源管理局要求所有海上风电项目要在联邦海域范围内建设。根据能源政策议案2005,海洋能源管理局拥有开发联邦海域的权利,并且可以通过租赁联邦海域开发权等方式对海域的可再生能源进行开发。

联邦租赁制更有利于构建海上风电场建设的竞标机制。海洋能源管理局会将有潜在风能开发的地区命名为风能蕴藏区(Call Area)。如果该地区引起了开发商浓厚的兴趣,且公众不反对进行风电建设,海洋能源管理局即将这些地区命名为海上风电场待开发区,未来可租赁给开发商进行海上风电场建设。早在2013年,美国海洋能源管理局首次举行了海上风电场建设用地出租的商业化竞标,并在收益方面,通过出租海域直接获利1600万美金。截至2017年1月,美国联邦海域共有11个商业化租赁模式的海上风电场项目,租赁海域面积达118.1万英亩。由于海上风电建设目前正处于发展阶段,风机发电享有税费减免政策,但随着风电产业步入成熟稳定期,政府对于风机发电的征税又将是一笔不菲的收入。

(三)支持开展大规模海上风电联网研究

美国能源部一直致力于支持开展大规模海上风电联网研究。2011年12月,美国能源部计划向一个由能源、制造、咨询、供电和研究5种不同机构组成的新能源开发领导小组提供资金,支持开展大规模海上风电联网研究。新能源开发领导小组由ABB公司牵头,专家主要来自ABB公司、AWS Truepower制造商、Duke能源公司、美国国家可再生能源实验室和匹斯堡大学。该小组将研究确定每个沿海区域海上风电开发的步骤、预期的风电规模、并网特性评估、发电设备及外送技术的评估、技术选择和系统实施的监管问题等。该研究还将提供能源部制定“2030年风电20%”计划所需的技术和经济数据。

4、小结

与欧洲在全球海上风电市场的领先地位,以及中国快速增长的海上风电部署相比,过去几年间美国的海上风电一直发展缓慢,还未真正实现零的突破。截至2016年底,美国才建成了第一座海上风电站。

美国海上风电建设进展缓慢的原因

首先,风电成本较高。相比于水资源和页岩气已进入大规模商业化开发阶段,海上风电开发成本较高,进展相对较慢。为了降低成本,2016年美国再次加大了对风电开发的生产税税收抵免支持力度,1千瓦时风电将获得0.022美元的税收抵免,这相当于风电项目建设成本的30%。

其次,利益相关者和环保人士的反对。美国海上风电发展经历了多场诉讼,其中涉及船运干扰、威胁鸟类和海洋生物、损害传统渔业等方面。

再次,美国本土风电企业不具备开发能力,大部分已招标项目使用的风电机组都来自欧洲和中国。同时,本土银行和机构投资者对海上风电的认识不足,还未能成为海上风电建设的主要投资主体。

最后,美国海上风电项目建设场地审批与合同签订权力的分离。海上风电项目的发展需要两个基本的配套要素:一是获得建设场地的使用权;另一个是与电网签订合同,从而将电力在一定时期内以固定价格出售给电网。在欧洲,这两项是捆绑操作的,即政府直接将建设场地和合同捆绑后进行拍卖。但在美国,海上风电项目的合同签订是与州政府,而建设场地的审批则由联邦内政部管理。因此,项目开发方常常是全力以赴解决了建设场地问题,但却疏忽了合同问题。

无论从应对气候变化,还是实现能源战略目标看,发展海上风电都具有广阔的前景。从长期来看,美国海上风电发展仍面临三大战略挑战,一是如何降低国内海上风电开发成本和技术风险;二是如何就海上风电对环境产生的负面影响进行监控和管理;三是如何提高投资者对海上风电收益和成本的认知。美国能否实现国家海上风电战略中所确定的目标,还存在诸多的不确定性。

(作者:国家海洋信息中心 海洋经济研究室)

关键字:海上风电

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