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美国实现电力碳中和的最大法宝是海上风电

美国评论由战略与国际研究中心(CSIS)发表评论,题目是:Biden’s Big Bet on Offshore Wind(拜登在海上风电上的大赌注)。

拜登政府已经在海上风电上下了很大的赌注,将这项技术提升到了战略选项之列。这一举措可降低温室气体排放、创造良好就业机会并推动相关基础设施投资的潜力,特别是在美国东海岸沿线。

到2020年底,美国海上风电装机容量仅占世界的0.1%(而陆上风电装机容量仅占17%),远远落后于中国和欧洲国家。

2021年3月8日,美国海洋能源管理局(BOEM)发布了马萨诸塞州沿海风电项目的最终环境影响报告书,该项目长期以来被业界视为该行业命运的风向标。接着,3月29日白宫宣布了更雄心勃勃的目标,到2030年部署30吉瓦的海上风电装机容量——相对于2020年的水平增加了1000倍,大致相当于2020年全球的总装机容量(约34.4 GW)。为了支持这一目标,美国政府将简化许可证的颁发,为港口提供资金,为开发商提供新的贷款,并在其他相关领域进行投资,以促进海上风电的研发、数据共享。普林斯顿大学的一项研究表明,到2050年,美国经济的净零温室气体排放量可能需要200到400吉瓦的海上风电。

世界上大部分风力发电装机容量都位于陆上。相对于陆上风电而言,海上风电容量仅为34.4吉瓦,而陆上风电容量约为700吉瓦。海上风电在地理上也很集中:73%的总容量在北欧和西欧,26%在中国(其余在亚洲其他地区)。美国仅有两个运营项目,总容量为42兆瓦。

实现拜登的海上风电目标需要的不仅仅是将陆上涡轮机移到海上。海上风电在技术上比陆上风电更复杂,因此成本更高。陆上风电的全球平均平准化成本为每千瓦时0.053美元,而海上风电为每千瓦时0.115美元。对于一个典型的陆上风电场来说,大部分成本都是由风机本身驱动的,而诸如组装和安装等活动约占平准化成本的16%。对于固定的近海风力发电场,这些成本占34%,仅子结构和基础就占13%。更大的涡轮机以及更好的运行和维护策略可望在降低海上风电的成本,2030年的成本可能低至每千瓦时0.05美元,2050年的成本可能低至每千瓦时0.03美元。

风电还有选址方面的问题,风力的潜力和海岸能见度的要求导致了项目在距离海岸至少15英里的地方开发。大多数项目都锚定在10至50米深的海底。浮动式涡轮机可以让开发商进入更深的水域,但它们仍处于开发的早期阶段。将电力输送到海岸的输电线路通常是海底电缆,这些电缆连接到海上变电站,最终连接到陆上集电极和变电站。来自欧洲的经验表明,开发商通常会建立一个辐射状系统,直接从风电场接入电网,或者建立一个网络系统,从多个风场收集电力传输到陆上电网。

尽管目前还没有大型项目开工建设,但有美国几个东部州正争先恐后地设定雄心勃勃的目标。纽约以2035年9吉瓦的目标领先;新泽西州以7.5吉瓦的目标紧随其后,马萨诸塞州的目标是5.6吉瓦,这些州一级的目标加在一起,已经略高于拜登宣布的2030年30吉瓦的目标。

虽然到目前为止大部分活动都在东海岸,但美国的潜力远不止这些。美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)在2020年进行的一项研究发现,加州海岸有可能产生约200吉瓦的海上风电;墨西哥湾可能达到508吉瓦。阿拉斯加的海上风力发电潜力更大,接近3000吉瓦。

目前美国约有42兆瓦的海上风电在运行,但另有约12吉瓦在开发中,下表显示了正在计划或正在审批的项目。最重要的参与者是丹麦风力开发公司?rsted,以及位于新罕布什尔州的公用事业公司Eversource Energy。近年来,美国离岸市场吸引了壳牌、Equinor和BP等几家欧洲石油和天然气超级巨头的兴趣。这些公司表示,他们相信自己在海上石油和天然气领域的专业知识能够很好地满足海上风电的需求。

来源:国际能源小数据

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