國際風能技術路線圖解析（三）

三、美國風能發展戰略2030

    （一）編制背景

    20世紀70年代，美國政府開始將現代風力發電技術納入到國家能源戰略中。截至1986年，美國加利福尼亞州風電裝機容量達到1.2GW，約占全球裝機總容量的90%。但由于聯邦和州投資稅收減免激勵政策的相繼終結，美國風能產業自20世紀80年代中期陷入停滯，風電發展的中心從美國轉移到歐洲。后來美國大部分州開始制定可再生能源配額制標準，為風電發展創造了穩定增長的環境。自2005年起，美國重新成為風電裝機容量增長最快的國家，到2008年累計裝機容量成為全球第一。

    為制定未來風能發展的宏偉戰略，美國能源部于2008年5月發布了《2030年風電占20%：提升風能對電力供應的貢獻》的規劃報告，闡述了到2030年20%供電來自風電的實現途徑。作為美國未來風能發展的指導性文件，規劃報告考慮了實現目標面臨的挑戰，并預計了對能源安全、減排、水資源和成本產生的影響，對關鍵領域的具體需求和將取得的成果進行了研討，包括：風力渦輪機技術，制造能力、材料需求與人力資源，輸電與電網集成，選址策略與環境影響以及風電市場演變等。

    （二）主要內容

    1.2030年風電占20%的愿景

    按照規劃的愿景，美國風電累計裝機容量需從2006年的11.6GW提高到2030年超過300GW，前十年保持每年20%的增幅，到2018年后保持每年新增16GW裝機容量，屆時，實現累計裝機304.8GW，其中海上風能占到18%左右（54GW），風電年發電量接近1200TWh，可以滿足20%的電力需求。

    2.風力渦輪機技術

    報告關注的領域集中在更高的塔架、更大的轉子以及設計和制造能力的提升帶來持續進步。規劃報告認為單個部件或設計的創新無法滿足需求，需要結合多個領域的技術創新來達成目標，而且在部署新技術之前需要進行廣泛的組件和樣機試驗，以充分驗證性能和可靠性，同時，還要制定國際性標準進行認證和質量控制。

    另外，報告認為海上風能具有比陸上風能更大的潛力，但其技術發展不及陸上風能成熟，除風力渦輪機外，還必須關注系統其他部件和基礎設施的成本降低，如基座、電網和運維等。目前海上風能商業化面臨著諸多技術、監管、社會經濟和政策方面的障礙，需通過短期和長期研發示范活動消除部分障礙。

    3.制造能力、材料需求與人力資源

    報告認為未來風能大規模發展將需要更多的材料用量，通過減少材料用量和應用新材料減輕風機重量和降低成本是風能與其他電源競爭的關鍵；制造能力的提升是大規模發展風能的保障；勞動力的可用性是實現風能高速發展的潛在障礙之一。

    4.輸電與電網集成

    報告繪制了未來風電發展的電網分布圖，指出需要投資約200億美元新建超過1.2萬英里輸電線，這些電網不僅可用于輸送風電，還可用于連接其他可再生能源。但需解決下述四個問題：改變各自為政局面，各地區聯合制定一套通用的電網規劃方法；合理的新建電網成本分攤計劃；保障成本回收的可預期性；新輸電設施選址涉及利益和潛在公眾關切的綜合考量。

    美國電力系統運營和電力市場結構也需要做出相應改變。一是提高市場靈活性，二是加強風能預測和電力系統靈活性。

    5.選址策略與環境影響

    為負責任發展風能，需要在了解其益處的同時也認識到潛在的風險，并采取合理的選址策略、擴大社區參與以及更高效的規劃與審批機制等措施來經濟有效地減輕風險。

    6.風電市場演變

    發展風電產出的多種收益流和不同市場將日益重要。合規市場（美國數十個州已制定可再生能源配額制標準）和自愿減排市場有潛力創造單獨和輔助性的收益流，支持風電發展的同時減少風險。新興的碳減排市場也將創造新的收益流。從風能應用市場來看，包括公用事業規模集中式陸上或海上風電場、社區自產自銷型項目、小型離網式風電以及原住民風電項目等，不同應用市場的未來發展規模有所差別，但都需要進行細致規劃以發揮潛力、規避風險。

    （三）后續工作

    為最大限度地開發海上風能潛力，美國能源部于2010財年出臺了“海上風能創新與示范計劃”，并和內政部合作從資源評估、技術協作、標準制定、環境影響評價等方面進行周密籌劃，期望通過協同工作來推動和加速商業規模海上風能項目的發展。隨后兩部門在2011年2月聯合發布了《國家海上風能發展戰略》，作為海上風能創新與示范計劃的行動文件，旨在克服三個關鍵挑戰：降低海上風力發電相對較高的成本；應對安裝、運營和聯網技術挑戰；豐富風場數據和項目運行過程經驗，實現美國海上風能未來二十年的發展目標，即到2020年裝機達到10GW，發電成本為0.1美元/kWh；到2030年裝機達到54GW，發電成本為0.07美元/kWh。

    四、英國可再生能源路線圖——風能

    （一）編制背景

    英國擁有得天獨厚的海洋風力、波浪和潮汐資源，根據英國皇家財產局（The Crown Estate）的數據，英國具有商業開發價值的風電總量高達48 GW，約是整個歐洲海上風電總量的?，其海上風力發電的潛力約是整個英國當前電力消耗量的3倍。為開發這一巨大資源，英國政府制定了雄心勃勃的海上風力發電三輪發展規劃：第一輪發展規劃制定于2000年，主要是一些小型示范項目；第二輪發展規劃形成于2003年，是在三個指定區域（泰晤士河口、沃什灣和西北部）開展較大規模的項目，前二輪規劃預計到2014年左右可運行的風能發電裝機容量大約可達8GW，其中包括裝機容量為1GW的“倫敦陣列”近海風場；2010年宣布的第三輪海上風能發展規劃在已規劃的8GW基礎上進一步增加32GW的發電裝機容量，總計裝機容量將達到40GW。目前，英國的海上風能發展處于世界領先地位，截至2011年底，英國共有636臺海上風力發電機并入電網，累計裝機容量達到了2093.7MW，幾乎超過了其他國家的總和。

    風能作為重要的可再生資源，英國能源與氣候變化部2011年7月發布的《英國可再生能源發展路線圖》將陸上風能、海上風能與海洋能、生物質發電等其他六種技術確定為幫助英國以一種低成本和可持續途徑實現2020目標的八大技術。

    （二）主要內容

    1.陸上風能

    ① 總體目標

    通過電力市場改革和可控轉型為投資者提供長期確定性；改革規劃制度；聯合資助技術解決方案，以克服風電場與航空雷達和飛機起落等之間的干擾，包括通過與行業達成新的諒解備忘錄；提升陸上輸電能力，并確保風能及時和經濟高效地安全并入電網。

    ② 未來發展

    截至2010年底，英國已有陸上風電裝機容量4GW，每年發電約70億kWh，風場主要建在蘇格蘭（約2.5GW，陸上風力資源的60%集中于此），其次是英格蘭（約0.9GW）、威爾士（約0.4GW）和北愛爾蘭（約0.3GW）。

    根據預測，英國到2020年陸上風電裝機容量范圍在10～19GW（年發電量能力為230～450億kWh）。基于中位值預測，到2020年英國陸上風電裝機容量大約可以達到13GW，其中大部分將來自單機容量在5MW以上的大型項目。要實現這一新增9GW的目標，需要在未來十年中保持13%的年增長率，略低于2009～2010年的增長率。

    目前，英國在建、待建或規劃中的陸上風電裝機容量超過11GW。路線圖中的預期裝機容量分布在英國各地，其中大部分在蘇格蘭（超過6.5GW）、英格蘭（超過2GW），此外1.5GW在威爾士、1GW在北愛爾蘭。

    2.海上風能

    ① 總體目標

    成立產業專責小組來制定路線和行動計劃，使海上風電的成本到2020年降低到100英鎊/MWh；支持供應鏈的發展，并鼓勵在港口新建制造設施；處理與石油天然氣勘探的沖突，在財政激勵方面提供更大的確定性，并通過海上輸電協調項目來確保和協調電網發展。

    ② 未來發展

    英國是全球最大的海上風能市場，截至2010年底裝機容量超過1.3GW，約4GW已經通過審批，另有2GW正在規劃中。目前運行的有15個風電場，2010年發電量達到30億kWh。這些風電場大都靠近海岸，主要分布在北海、愛爾蘭海及蘇格蘭領海。

    能源與氣候變化部的分析表明，到2030年英國的海上風電裝機容量有望達到40GW。到2020年英國海上風電裝機潛能范圍在10～26GW，中位值上限可以達到18GW。要達到中位值上限，需要高達30%的年均增長率。不過氣候變化委員會指出，除非有明確的成本降低證據，否則到2020年，英國的海上風能裝機容量將限制在13GW。為此，英國將提供3000萬英鎊的政府創新資金，資助海上風能成本降低；同時將成立產業專責小組來制定路線和行動計劃，確保英國的海上風電成本到2020年降低到100英鎊/MWh。

    （三）后續工作

    英國能源與氣候變化部在2011年發布的第一版路線圖的基礎上，將與其他利益相關方進一步收集部署進展資料，以更好地了解英國面臨的挑戰，從而形成“發布路線圖—資料收集—分析規劃”循環，并將每年對路線圖進行更新。（摘編自《能源與科技參考》）