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未来十年全球海上风电安装船供应与需求

随着各国扩大绿色能源的宏伟目标,4C Offshore预测到2030年全球已装机或正在建设的海上风电场容量将超过200 GW。届时,海上风电安装市场将面临着巨大挑战,这不光是由于安装需求的激增,还有风电机组单机容量和尺寸的增长。本演讲提供了有关海上风电安装船供应与需求的详细分析,通过对市场增长情况与海上安装船只的能力进行预测和比较,以发现未来十年全球海上风电产业发展的瓶颈所在。

以下为演讲PPT详情:

大家好!首先祝大家一切安好!我要感谢风能专委会CWEA的邀请。在演讲中,我将介绍一下我们对未来十年风电安装船最新的供需情况的一些相关研究。

可能有些人从来没有听说过4C Offshore公司,4C是一家英国咨询公司,可为海上风电和海底电缆市场提供市场情报。除了提供咨询服务外,我们还有一系列订阅产品,可提供有关该行业各个方面的数据库和报告,包括施工和大型维护的信息。

4C是少数中国市场可靠信息的提供商之一。我们多年来一直聘请懂中文的分析师,这意味着我们有很长的项目和市场跟踪经验。我们在中国的业务正在增加,去年我们的一位分析师参加了在中国的会议,我们的咨询团队目前正在与中国合作伙伴进行重大的研究项目。此外,我们还将在今年下半年发布一份针对中国市场的概况报告。

在4C,我们根据对每个市场掌握的信息,为全球各市场的很多项目提供海上风电预测。您在左边的圆形图表中可以看到,到目前为止,正在建设中或FID后已完成调试的装机量超过120 GW。 我们预测,到2030年,完成安装或在建的海上风电装机总量将达到218 GW。英国,中国,美国和德国为主要的增长地区(如瀑布图所示)。

我们的预测根据政府的目标、毅力、立法、融资和之前的经验,因此,还会有更大的增长潜力。我们的项目为风机的安装需求评估提供了基础。不过,我今天要讨论的供应需求分析不包括中国大陆。

虽然中国市场潜力巨大,但我们尚未看到安装商(or开发商)有足够的兴趣进入中国市场,但这绝对是一个值得关注的市场。

2019年是欧洲开发商在中国项目合作的一个重要里程碑,法国电力集团与国家能源投资集团合作开发了东台四期和五期海上风电项目,挪威石油与中电国际签署了谅解备忘录。

显然,制约安装市场的最重要因素之一是风机本身。估计值和装机容量的预测存在很大差异;尽管有些国家表现出增长变缓的趋势,但一些项目开发商正在为20年代末(2030年前)的25MW风机做准备。

我们认为,到2030年左右,将会有20MW风机制造技术。从近期消息,我们预测2024年至2025年间市场上将会推出首批14MW风机。

左上方的图表实际上显示的是项目开始年份的平均装机量,这是由于规划阶段和批准文件等原因,并非所有项目都将使用可用的最大的风机。由于较高的项目风险和与法规风险以及本地相关法规的延迟,我们在美国和亚洲市场的模型数据略微落后于欧洲的情况,但预计它们会相同。

图表的底部您可以看到结合我们预测的项目信息和装机容量创建的模型,市场需求最高的是欧洲,每年约有600台装机。

船的供需建模开始时,我们需要关于风机的两个关键信息,即轮毂高度和风机重量。

那么如何将船容量和实际物理长度联系起来?

我们看转子直径(左图),大多数模型都适合此0.3-0.4 千瓦每平方米的功率密度,它显示出了转子直径和容量之间的密切关系。

为了将其转换为轮毂高度,即需要船提升的高度,需要增加叶片间隙的余量。

根据环境法规和海洋条件的不同,地点会有所不同,因此我们使用了市场平均值。

这意味着对于Haliade-X 12 MW风机,您需要寻找轮毂高度约为140 米的船,对于15 MW而言,则需要140米至170米之间的船。

机舱重量(右图)随着容量的增加而稳定增加。 报告数据的差异很大,具体取决于所包含的零件重量和范围。最近西门子歌美飒宣布14-15MW风机的机舱重量为500吨,实际上比11MW的机型更轻,因此我们假设该重量不包括轮毂,总重600吨。 之前已经研究了重量和容量之间的立方关系的预测,即绿色虚线。 但是,如西门子歌美飒 14 MW风电机组所示,显示了明显的过度预测。相反,我们看蓝色曲线模型,该曲线假设未来如果风机的重量将由船队的容量来驱动,这样会减慢风机重量增加的速度。例如,整机商不太可能继续开发不能安装的风机模型。

这一页,我们继续谈谈安装船。在过去的4年中,已经有13艘自升式风电安装船。

其中,有3艘主要用于升级– Brave Tern安装船的起重机容量翻一番达到1600吨,并配有动臂延伸装置以实现更高的举升。

同样,Pacific Osprey刚刚安装了新的起重机,专注于提高举升高度,而Taillevent也正在寻找15 m的吊臂延伸。

展望未来,有七艘船处于新造和在建状态,还有两艘被誉为替代解决方案的浮船。

大家注意看表格左边的国旗,您将看到计划在各国国内市场将投放五艘新船,其中三艘在日本,一艘在美国,该船符合《琼斯法》,一艘在韩国。

对于这些船,我们都列出了它们最大升力时的工作半径,以及计算出的海拔高度,这可以在评估时使用。

这虽然有点复杂,但实际上只需要归结为腿长、船体深度和所引用的举升高度,并留有腿部嵌入和空气间隙的余地。

显然,这将非常依赖于安装点的情况,但是由于不可能有每个风电场的详细海洋和岩土数据,因此您必须进行一些概括。

下面再看看轮毂高度和机舱重量这两个参数,我们可以先选择各安装船的几个普通约束条件。

右上方的图表显示,能够满足海床以上举升高度要求的船只数量。在海床以上190m的高度处,您会看到数量明显下降了50%。

该高度相当于在40m水深中安装Haliade-X,其叶片间隙要大于平均间隙。如果再增加20 m高度到210米,可以使用的船只数量还要再减少一半。

如果看起重机的抬举重量,貌似约束要稍小一些。GE的Haliade X12MW风机机舱,加上索具的重量接近800吨。目前的安装船和未来的安装船中的75%还可满足要求。

但随着我们转向更大的风电机组,塔架的重量也变得更加重要。塔架预组装和单一升降机安装节省了甲板空间,从而可提高安装效率。

但是,Haliade X塔筒的重量就超过了800吨,这样,靠单个升降机就能作业的可用船只数量,锐减少到八艘。

这并不是说这些船只未来将无法使用,而是说它们可能在更新更大的风电机组安装领域已缺乏竞争力了。

随着越来越多的大型风机的安装,这些风电机组的运维船只的需求也随之增加。由于相关条件或供应链的限制,很多开发商可能还是会选择不是最顶级的、单机容量较小的风电机组。

因此,最后一步是将这些船只的能力与项目管道(计划)进行对比。为此,我们根据5个关键要素进行了评估。

首先是一个很明显的问题-船舶实际上是及时建造的,或者已经进行了及时升级以安装项目。

为此,我们将船舶交付日期和升级与预计的风电机组的安装开始日期进行了对比。

其次,船只可以在项目水深下工作吗?为此,我们使用了操作员给定的最大可操作深度与每个项目的最大水深。

接下来,起重机是否具有提升机舱重量的能力?因此,我们在可能的工作半径处所能用到的升力与机舱重量模型进行对比。

然后,我们要查看船只是否可以达到提升高度。我们将计算出的海床以上的最大升程高度与计算出的轮毂高度和水深之和进行比较。

最后,我们还包括了“市场检查”。这假设除非适用特定限制,否则船只几乎可以在市场之间自由移动。

我们还假设船舶是专门针对风电安装市场建造的,例如符合《琼斯法案》的船只或日本的新造船将留在该国内市场内。

我们不考虑的是船只在项目之间移动或重新进入新市场所需的时间,我们不评估甲板负载和空间,也不评估风速或波浪高度等施加的任何约束。

最后,供应需求分析基于“船日”(vessel days)的概念——一个项目需要的安装船只的总天数,并与每年可用船只所能提供的天数进行对比,计算出50%或65%的船只利用率或生产率。

最后,我们来看看供应和需求比较后的几个结果。蓝色、黄色和绿色虚线分别是欧洲、亚洲和北美的风电安装船按“船日”统计的市场需求。灰线显示了这几个市场需求的总和。实际上,随着施工时间表的变化,这可能会更加顺畅。

从表中,可以看出,欧洲持续的高需求,以及美国在2025年左右的快速发展。这其中,紫色线代表的是利用率分别为50%和65%时的供应情况,您可以看到,随着市场上出现更新的安装船的建设,在接下来的几年中,这些数字也将持续增加,但到了2024年左右,随着更大的风电机组开始占据上风,总的需求反而会开始下降。结果是,在大约2025年左右,我们可以看到安装船明显不够,出现需求赤字,这主要是由美国海上风电市场引起的。

接下来,让我们关注一下亚洲市场。这个页面上的图表有些不同。

如果您还记得我说过的话,我们将国内市场使用的船只定义为仅在某个具体市场内运行——比如日本船只只留在日本海域建设风电场。

在这里,我们以浅灰色的线代表日本和韩国的需求,以深灰色表示韩国和日本自升式起重船的供应情况。

然后,我们再看右侧的绿色实心块和红色的实心块, 从中可以看出,这些新建的船只不足以满足到2025年左右各国家的国内市场需求。

再看,黄线显示的是亚洲总的需求,红色框线的数字显示的是整个亚洲的船舶短缺数量。

右边图像,给外国船只的经营者们,展示了不仅限于国内安装船只的市场潜力,这主要是由中国台湾的海上风电增长所驱动的。

最后,我做一下总结。

由于受轮毂高度和升力限制的不断增加,预计目前的风电安装船将严重短缺。可以使用的船舶数量有限,这会导致大型风电机组的部署变慢,项目延误,而且会由于缺乏竞争从而导致最终建设成本上升。

因此,除了显而易见的解决方案——建造更多的安装船——之外,我们还可以做些什么呢?

首先,可以对现有的安装船进行升级——腿长加长或对起重机进行升级,可以增加举升高度。

与整机厂商和开发商进行更多的合作,借此帮助运营商预测市场趋势,而更好的合作可以优化安装时间表,以确保安装船处于它们最需要的风电场位置。

安装商与本地公司之间的合作关系,也有助于增强安装船在地理上的机动性,而为项目提供更多的经验,也有助于提高新市场中的安装效率。

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