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一 ,、海上光伏開發(fā)前景廣闊
近年來,,持續(xù)的高速增長(zhǎng)使得陸上可再生能源利用空間已變得十分有限,,陸上面積趨于飽和,,過度過量開發(fā)也會(huì)造成土地占用,、自然資源過度消耗和環(huán)境壓力等問題,。同時(shí),,近兩年的生態(tài)紅線問題也使得陸上電站開發(fā)存在諸多變數(shù),,眾多電站開發(fā)企業(yè)便將目光轉(zhuǎn)向了海洋清潔能源,。
海上光伏是一種全新的海洋能源利用和資源開發(fā)方式。海上環(huán)境不同于陸地,,在同等光照條件下,,海面開闊,無遮擋物,,日照時(shí)間長(zhǎng),、輻射量高等優(yōu)勢(shì)使得海上光伏項(xiàng)目的光照利用效率更高,海上光伏電站發(fā)電量顯著提升,。我國(guó)海岸線綿長(zhǎng),,近海海域遼闊,沿海地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富,,日照時(shí)間較長(zhǎng),,太陽(yáng)能可被更充分的利用。有專家指出,,我國(guó)大陸海岸線總長(zhǎng)度超過1.8萬公里,,理論上可開發(fā)海上光伏項(xiàng)目的海洋面積能達(dá)到約71萬平方公里,可安裝海上光伏超百GW,。大力發(fā)展海洋新能源將成為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略支撐,。同時(shí),海上光伏的消納市場(chǎng)也是經(jīng)濟(jì)體量大,、發(fā)展速度快,、用能需求高的東南部沿海地帶,海上光伏項(xiàng)目的規(guī)�,;_發(fā)或?qū)檠睾5貐^(qū)的能源供給提供新的發(fā)展思路與路徑,。
可以說,海上光伏既符合節(jié)能減排,、能源機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)型的需求,,又與海洋資源的合理開發(fā)利用理念相契合,并且資源儲(chǔ)量和技術(shù)發(fā)展都使得海上光伏具備規(guī)�,;_發(fā)的潛力,,商業(yè)化前景廣闊。海上光伏市場(chǎng)潛力巨大,有專家認(rèn)為海上光伏市場(chǎng)是繼地面電站,、工商業(yè)分布式光伏電站及戶用光伏電站之后的未來第四大光伏市場(chǎng)支柱,。
二、海上光伏開發(fā)現(xiàn)狀
(一)政策支持力度較大
近兩年,,我國(guó)對(duì)于海洋能源發(fā)展十分重視,,相關(guān)部委也表示海洋能源將在新型能源體系構(gòu)建中扮演更加重要的角色,圍繞海洋能源完善建立海洋產(chǎn)業(yè)體系,,可以推動(dòng)將新型能源體系有機(jī)整合到全產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型中,,培育經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能,,服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,。2023年,自然資源部辦公廳發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)海域立體設(shè)權(quán)工作的通知(征求意見稿)》,,其中指出明確可以立體設(shè)權(quán)的用海類型海域是包括水面,、水體、海床和底土在內(nèi)的立體空間,。在不影響國(guó)防安全,、海上交通安全、工程安全及防災(zāi)減災(zāi)等前提下,,鼓勵(lì)對(duì)海上光伏,、海上風(fēng)電、跨海橋梁,、養(yǎng)殖,、溫(冷)排水、浴場(chǎng),、游樂場(chǎng),、海底電纜管道、海底隧道,、海底場(chǎng)館等用海進(jìn)行立體設(shè)權(quán),。
對(duì)于我國(guó)東部沿海的山東省、河北省,、浙江省,、江蘇省、廣東省,、福建省等分布式光伏大省而言,,在非耕地空間充分開發(fā)以后,最大的潛力市場(chǎng)就是海上光伏市場(chǎng),,這幾個(gè)省份也陸續(xù)出臺(tái)了海上光伏的支持政策,,涉及立體確權(quán)、發(fā)展規(guī)模及補(bǔ)貼方案等。2021年12月,,山東省海洋局發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)光伏發(fā)電海域使用立體確權(quán)的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》,,文件中明確提出鼓勵(lì)各市因地制宜探索利用已確權(quán)的養(yǎng)殖用海、鹽田用海區(qū)域,,科學(xué)布局光伏發(fā)電項(xiàng)目,。2022年7月,山東省提出了《山東省海上光伏建設(shè)工程行動(dòng)方案》,,其中提到“十四五”期間共規(guī)劃海上光伏容量4260萬千瓦,,其中漂浮式光伏容量接近3000萬千瓦。2022年4月,,山東省在《山東省2022年“穩(wěn)中求進(jìn)”高質(zhì)量發(fā)展政策清單(第二批)》中明確提出,,對(duì)2022-2025年建成并網(wǎng)的“十四五”漂浮式海上光伏項(xiàng)目,分別按照每千瓦1000元,、800元,、600元、400元的標(biāo)準(zhǔn)給予財(cái)政補(bǔ)貼,,補(bǔ)貼規(guī)模分別不超過10萬千瓦,、20萬千瓦、30萬千瓦,、40萬千瓦,。浙江省也在《關(guān)于促進(jìn)浙江省新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施意見(修改稿)》中提出“鼓勵(lì)利用圍海養(yǎng)殖區(qū)、近海灘涂區(qū),、圍而未填海域等海域空間建設(shè)灘涂光伏項(xiàng)目”,。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),近兩年各省份出臺(tái)的政策中,,有6個(gè)省市的16條政策中均提到了海上光伏項(xiàng)目建設(shè)的促進(jìn)辦法與激勵(lì)手段,。
(二)光伏+水面為海上光伏提供了一定技術(shù)基礎(chǔ)
近幾年,水上光伏技術(shù)已在湖泊,、水庫(kù)等多種場(chǎng)景下應(yīng)用,,在發(fā)電量、安全性等方面得到了業(yè)界認(rèn)可,,隨著我國(guó)光伏行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的不斷成熟及完善,,適用于海洋環(huán)境的光伏技術(shù)正在取得突破,海上光伏電站的建設(shè)已具備技術(shù)可行性,�,?梢钥闯觯覈�(guó)目前已經(jīng)具備海上光伏項(xiàng)目規(guī)�,;l(fā)展的初步條件,。
(三)部分企業(yè)已開始針對(duì)性進(jìn)行技術(shù)與產(chǎn)品儲(chǔ)備
在產(chǎn)品方面,,已有多家企業(yè)針對(duì)海上光伏項(xiàng)目推出了海上用組件。2022年下半年,,阿特斯就已完成固定樁基式海上光伏應(yīng)用組件的開發(fā),,并已進(jìn)入第二代海上光伏組件“漂浮式”應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)。2023年2月,,晶科憑借強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力以及大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,,成功開發(fā)出全新適用于海洋環(huán)境的n型高效組件產(chǎn)品。為滿足海上光伏場(chǎng)景的特殊要求,,隆基專門開發(fā)了海上光伏產(chǎn)品方案,,并已大規(guī)模投入商用,憑借其產(chǎn)品優(yōu)異的可靠性,,2023年5月隆基成為首批獲得光伏組件差異化耐候性“國(guó)品優(yōu)選”-深藍(lán)海洋環(huán)境檢測(cè)證書的企業(yè),。同月,華晟針對(duì)性研發(fā)并推出了喜馬拉雅系列V-ocean海光組件以適配海上光伏電站,,為海上光伏市場(chǎng)帶來更高效,、更可靠,、更低碳的產(chǎn)品,。
(四)全球范圍內(nèi)已經(jīng)有相關(guān)成功案例
目前在全球范圍內(nèi)有60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)正在積極推進(jìn)漂浮式光伏電站發(fā)展進(jìn)程,其中超過35個(gè)國(guó)家和地區(qū)擁有超過350個(gè)漂浮式光伏電站,。有數(shù)據(jù)顯示,,截至2020年8月底,全球漂浮式光伏電站的累計(jì)裝機(jī)量已達(dá)到2.6GW,。未來隨著近海淺水區(qū)域資源陸續(xù)開發(fā)完成,,未來將有更多沿海城市加大對(duì)漂浮式海上光伏的支持力度。但目前我國(guó)已建成的海上光伏電站均為規(guī)模較小實(shí)證電站,,尚無單體規(guī)模較大(超過10萬kw)的集中式海上電站,,已建成的多為灘涂光伏電站,并且國(guó)內(nèi)已建成的成功應(yīng)用案例大多為固定式樁式近海光伏項(xiàng)目,。
三,、面臨的挑戰(zhàn)
(一)海上環(huán)境對(duì)項(xiàng)目提出新的要求
海上光伏項(xiàng)目面臨著復(fù)雜惡劣的服役環(huán)境,例如南方海域的大風(fēng)浪,、臺(tái)風(fēng),,北方海域的海冰,高鹽霧,、高濕,、溫度變化頻繁等都意味著海上光伏的前期工作相比地面電站更為嚴(yán)苛。與此同時(shí),,海上工況帶來的建設(shè),、運(yùn)維,、設(shè)備機(jī)械鏈接穩(wěn)定性、設(shè)備安全等挑戰(zhàn)也不一而足,。
從設(shè)備技術(shù)角度來看,,海洋風(fēng)暴、海冰,、鳥糞+其他生物附著,、鹽霧腐蝕等給組件帶來了與陸地上完全不同的威脅。海上電站的防腐蝕要求高,,邊框和支架腐蝕主要受到海上微生物及強(qiáng)鹽霧腐蝕,,而常規(guī)金屬邊框不具備海上環(huán)境抗鹽霧腐蝕能力。除邊框,、支架容易被海水腐蝕外,,玻璃腐蝕也是影響組件安全性的關(guān)鍵原因之一。玻璃腐蝕主要是水汽侵蝕到玻璃基體使其水解,,導(dǎo)致鍍層剝落,,影響組件發(fā)電及發(fā)電性能。另外,,接線盒和連接器密封性不好也容易導(dǎo)致水汽進(jìn)入其內(nèi)部造成絕緣體失效及導(dǎo)體腐蝕后發(fā)熱燒毀等問題,。組件整體需要針對(duì)海上環(huán)境進(jìn)行抗腐蝕性和密封性的改進(jìn)。
從電站設(shè)計(jì)和建設(shè)角度來看,,海上光伏項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案受環(huán)境條件影響較大,,如臺(tái)風(fēng)、海冰,、潮汐等,,并且工程地質(zhì)條件與陸上相比更為復(fù)雜,光伏組件及逆變器設(shè)備選型需要綜合考慮海洋環(huán)境,、發(fā)電效率,、施工難度、成本經(jīng)濟(jì)性等因素,,此時(shí)使用高效組件可以減少用海面積,,減少海上作業(yè)工作量。電站支架單元的設(shè)計(jì)需要綜合考慮地址條件,、樁型,、支架、施工船只,。海上光伏項(xiàng)目發(fā)電設(shè)計(jì)傾角受海域使用成本,、支架成本、風(fēng)荷載,、施工工期等因素影響,,應(yīng)綜合成本經(jīng)濟(jì)性等各項(xiàng)因素,,確定最佳傾角。海上光伏項(xiàng)目工程建設(shè)條件較難,,項(xiàng)目安全性要求更高,,工程建設(shè)時(shí)也需要考慮到太陽(yáng)能資源、氣象水文條件,、工程地質(zhì)條件,、景觀設(shè)計(jì)和立體化開發(fā)等難點(diǎn)。同時(shí),,海上光伏的建設(shè)還需要關(guān)注到資源環(huán)境的影響,,比如大面積覆蓋海域?qū)θ芙庋酢⒑Q笾参锕夂献饔�,、鳥類,、漁業(yè)資源、電磁輻射等資源環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定影響,。
(二)海上項(xiàng)目成本仍未找到合理下降路徑
海上光伏項(xiàng)目建設(shè)過程中涉及的成本包含海域使用金,、漁業(yè)養(yǎng)殖賠償、樁基礎(chǔ)費(fèi)用等,。目前我國(guó)的海上光伏項(xiàng)目建設(shè)仍處于初級(jí)階段,,建設(shè)成本依舊較高,很難從商業(yè)化角度看待海上光伏電站的建設(shè)成本,。
海上光伏電站目前主要分為樁基固定式和漂浮式兩種,,樁基固定式適合水位較淺,、無場(chǎng)地沉陷等地質(zhì)災(zāi)害,、水位變化較小的場(chǎng)地,如灘涂,、潮間帶等水深小于五米的水域?yàn)┩凯h(huán)境,,也是目前主流的海上光伏項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案。2022年,,按照直流側(cè)50萬千瓦項(xiàng)目為例,,陸上固定式電站與海上樁基固定式電站[1]的成本差距依舊較大,陸上集中地面電站的建設(shè)初始投資約4.13元/W,,而海上樁基固定式電站初始投資則超過6元/W,。導(dǎo)致海上光伏電站成本較高的因素很多,海上樁基固定式電站建設(shè)過程中,,海底泥深,,且為了避浪使得樁頂高程高,樁基長(zhǎng)度達(dá)到20米以上,,還需要配備海上升壓站,,同時(shí)送出線路涉及到海纜送出的征地,、征海問題。海上施工的打樁,、吊裝,、海纜鋪設(shè)受到海上施工窗口期影響,后期海上運(yùn)維如清洗,、更換,、巡視等難度也較大。以上原因都導(dǎo)致了海上光伏項(xiàng)目成本整體高于陸上地面電站,。
另一種建設(shè)方案為漂浮式海上光伏電站,,適合深海區(qū)域,以浮體,、錨固等取代地樁和支架,,方案靈活度更高。通常情況下,,漂浮式水面電站組件需要依靠浮體漂浮在水面上,,在適應(yīng)水位變化方面具有天然的優(yōu)勢(shì)。這種方式比較適合面積較大,、水位較深等不適宜打樁作業(yè)的深水區(qū)域,。但目前海上漂浮式電站建設(shè)還處于0到1的過程當(dāng)中,無法從商業(yè)化角度看待其盈利能力,。2022年,,有企業(yè)在山東下水的海上漂浮式光伏實(shí)證項(xiàng)目發(fā)電成功,成為了全球首個(gè)深遠(yuǎn)海風(fēng)光同場(chǎng)漂浮式光伏實(shí)證項(xiàng)目,。
(三)海上項(xiàng)目審批流程繁瑣
由于海上光伏項(xiàng)目的特殊性,,項(xiàng)目開發(fā)影響因素眾多。其開發(fā)時(shí)需要與能源局,、海洋,、國(guó)土及電網(wǎng)等相關(guān)部門進(jìn)行統(tǒng)一的整體規(guī)劃、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)及審批,。光伏項(xiàng)目的用海選址需要與國(guó)土空間規(guī)劃,、海洋生態(tài)紅線、養(yǎng)殖,、旅游等周邊用�,;顒�(dòng)相符合,與航道等海上交通安全兼容,,并且還要注意到項(xiàng)目對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境敏感目標(biāo),、環(huán)境敏感區(qū)、軍用設(shè)施的影響,,以及與其他行業(yè)性規(guī)劃的銜接性,。此外,,海上光伏海上環(huán)境高濕度、高鹽霧,,灘涂土質(zhì)松軟,,防腐蝕要求高,建設(shè)條件復(fù)雜,,受到波,、流、海水,、潮汐等自然環(huán)境影響較大,,也給海上光伏項(xiàng)目的選址增加了一定難度。
光伏項(xiàng)目用海準(zhǔn)備包含海洋環(huán)境調(diào)查,、電纜管道鋪設(shè)許可,、工程可行性研究、用海申請(qǐng),、環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告,、電纜管道鋪設(shè)施工許可等工作。當(dāng)海上光伏項(xiàng)目拿到海域使用申請(qǐng),、海洋環(huán)境影響評(píng)價(jià)核準(zhǔn)以及電纜管道許可后,,方可進(jìn)行下一步工作。并網(wǎng)電纜建設(shè),、岸上建筑用地(儲(chǔ)能,、升壓站等)審批、電網(wǎng)消納,、配儲(chǔ)等難題也都在制約著海上光伏的進(jìn)展,。
另外,根據(jù)現(xiàn)行法律規(guī)定,,項(xiàng)目用海,、用地、施工等審批實(shí)行海上和陸上平行管理,,需分別向海上與陸上主要部門辦理相應(yīng)的手續(xù),這也增加了備案工作量,。
(四)參考標(biāo)準(zhǔn)及成功案例較少
目前行業(yè)內(nèi)關(guān)于海上光伏方面的標(biāo)準(zhǔn)仍較少,,中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)曾經(jīng)在2019年發(fā)布并實(shí)施了《水上光伏發(fā)電系統(tǒng)用浮體》《水上光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范》等3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),2019年10月1日起正式實(shí)施了《水上光伏系統(tǒng)用浮體技術(shù)要求和測(cè)試方法》(NB/T10187—2019),。但海上環(huán)境與普通水上環(huán)境相差甚遠(yuǎn),,目前行業(yè)協(xié)會(huì)也正在編制《漂浮式水上光伏發(fā)電錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》過程中。此外,,由水電總院,、西勘院,、華勘院共同立項(xiàng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有《海上光伏發(fā)電工程技術(shù)導(dǎo)則》《海上光伏發(fā)電工程可行性研究報(bào)告編制規(guī)程》《海上光伏發(fā)電工程規(guī)劃報(bào)告編制規(guī)程》《海上光伏組件支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《海上光伏電站工程勘察規(guī)范》《海上光伏發(fā)電工程勘測(cè)規(guī)范》《漂浮式光伏支撐系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》等。
目前國(guó)際范圍內(nèi)的海上光伏電站仍處于示范或預(yù)商業(yè)化階段,,雖然已有多個(gè)國(guó)家開展了相關(guān)探索并針對(duì)性的進(jìn)行了技術(shù)研發(fā),,但目前仍在突破瓶頸階段。從我國(guó)角度來看,,海上光伏產(chǎn)業(yè)正迎來跨越發(fā)展的關(guān)鍵期,,但當(dāng)前海上光伏產(chǎn)業(yè)還處于起步階段,面臨著無建設(shè)運(yùn)營(yíng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),、無成熟可借鑒監(jiān)管經(jīng)驗(yàn)等實(shí)際困難,。
四、未來推進(jìn)思路
(一)加大研發(fā)力度,,帶動(dòng)裝備制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展
通過引進(jìn)高端裝備制造產(chǎn)業(yè)和配套企業(yè),、加大科技研發(fā)力度、設(shè)立相關(guān)獎(jiǎng)項(xiàng)和獎(jiǎng)金等激勵(lì)制度針對(duì)性的進(jìn)行技術(shù)研發(fā),,延伸到產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈,,推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展,打造海上光伏制造產(chǎn)業(yè)集群,,助推區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展,。與其他海上建造行業(yè)借鑒施工經(jīng)驗(yàn),跨行業(yè)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行海上光伏施工用船等安裝設(shè)備研發(fā),。
(二)多角度,、多維度嘗試降低成本的手段
海上光伏項(xiàng)目是光伏產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)新興分支,還處于發(fā)展的初級(jí)階段,,電站使用的各類產(chǎn)品及設(shè)備還未找到一種更優(yōu)的適配手段以降低成本,。未來是否可以通過使用更高效的組件、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,、本地化采購(gòu)等方式降低建設(shè)成本值得探討,,此外,復(fù)合材料也或許是降低成本的一條有效途徑,。有專家認(rèn)為,,未來海上光伏電站將根據(jù)需求進(jìn)行逐步調(diào)整,供應(yīng)商的增多也會(huì)導(dǎo)致成本下降,。據(jù)《海上漂浮式光伏系統(tǒng)兆瓦級(jí)海試方陣總體設(shè)計(jì)方案技術(shù)規(guī)格說明書》(一道新能,,2022年)分析,隨著海上漂浮式光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步以及裝機(jī)量增加帶來的規(guī)模效應(yīng),,相應(yīng)電站的單瓦造價(jià)將會(huì)逐漸下降至合理范圍,。
(三)完善頂層設(shè)計(jì),各部門聯(lián)手推進(jìn)海上能源發(fā)展
建議相關(guān)部門推出國(guó)家層面的海洋能源發(fā)展規(guī)劃,鼓勵(lì)海上能源綜合發(fā)展,,包括但不限于風(fēng)電,、光伏、儲(chǔ)能,、海洋牧場(chǎng)等形式,,加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進(jìn)工作。能源主管部門與海事部門,、自然資源部門,、電網(wǎng)公司等相關(guān)部門形成合力,共同研究制定海洋能源項(xiàng)目整體審批程序樣板,,指導(dǎo)開發(fā)企業(yè)整體推進(jìn),。完善標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證體系建設(shè),,推動(dòng)海上光伏產(chǎn)品等高質(zhì)量發(fā)展,。
(四)鼓勵(lì)示范項(xiàng)目建設(shè),結(jié)合其他海洋能源共同策劃
建議有關(guān)部門在用海補(bǔ)償金,、立體化開發(fā)模式,、電力接入、科技研發(fā),、裝備制造等方面出臺(tái)相關(guān)支持政策,。加強(qiáng)科學(xué)規(guī)劃指導(dǎo),全盤考慮,,整體布局,,搶抓市場(chǎng)先機(jī),爭(zhēng)取多做一些我國(guó)乃至全球的海上光伏示范電站,,并且將優(yōu)秀案例整理后,,總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn),打造樣板,,在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行分享與推介,。
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀)
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