根據彭博新能源（BNEF）發布的2021年全球海上風電報告顯示，2021年全球新增海上風電裝機容量約13.4吉瓦（GW），最大的貢獻來自中國，占四分之三強，約10.8吉瓦。

 

根據生態環境部2022年10月發布的《中國應對氣候變化的政策與行動2022年度報告》，截至2021年底，中國可再生能源發電裝機達到10.63億千瓦，占總發電裝機容量的44.8%，海上風電裝機規模躍居世界第一。2021年，新吊裝海上機組2603臺，新增裝機容量達到1448.2萬千瓦，同比增長276.7%，主要分布在江蘇、廣東、浙江、福建、遼寧、山東和上海。

 

與傳統的陸上風電場相比，海上風電場具有豐富的風力資源和更高的發電利用小時數；可大容量大規模開發；由于不像陸上風電受土地限制，海上風電傳輸方式更加靈活等優勢。

 

對于風電整機銷售商來說，海上風電產品的單價和毛利率也顯著高于陸上風電毛利率。

 

但從陸上水電工程走向海洋風電工程，不是一件輕而易舉的事情。海洋工程的難度和挑戰非常大，不僅要面對海域的復雜環境，海上風機的大型化趨勢也面臨運輸碼頭和運輸船舶的改造與升級。

 

塔筒矗立海上，海平面以下是數十米的水深，在下面的海床上要把基礎做得扎實牢靠，塔筒頂端裝上葉輪，海風帶動葉輪轉動驅動葉輪背后的發電機，電流便通過塔筒內和埋在海底的海纜傳導至海上升壓站，再以高壓方式送到岸上并入電網，傳送至千家萬戶。

 

近年來，海上風電機組為了捕獲更強的風能，不斷加大尺寸：高度越來越大，葉片越來越長。但這種發展帶來了包括工程升級，海上基礎設施建設等諸多挑戰。

 

特別是海上風電要繼續向深遠海方向發展，更面臨一系列問題及挑戰。

 

1 大型化增加投資支出

 

海上風電發展面臨的現有問題之一是投資支出的增加，隨著開發區域向深海拓展，其面臨的投資成本將進一步增加：定制的工程船舶、新的設施和平臺安裝建設、勞動力培訓等，使得海上風電一次成本持續增加。

 

海上風電場總投資成本接近為陸地風電場的2倍，從而抵消了一部分相比于陸上風電場更高的市場收益。因此，降低投資成本將是解決海上風電場發展問題的重要手段之一。

 

風機大型化是海上風電成本逐年下降的功臣之一。

 

風機的單機裝機容量越大，單位兆瓦的基礎成本就會被攤薄，海域占用面積也會減少，連片化以后，風機的運維費、施工費等的攤銷也會相應降低。

 

大型風電機組進入市場的速度快于行業預期。隨著規模不斷擴大，海上風電成本持續下降。2014年全球海上風電平準化度電成本（LCOE）為1.56元，2017年為0.79元，2021年下半年降至0.57元。LCOE最低的國家包括荷蘭、丹麥、英國和中國，分別為0.46、0.49、0.50、0.52元。

 

2 葉片增大受條件限制

 

葉片是風力發電機實現能量轉換功能的關鍵部件，葉片尺寸會直接影響發電機對于風能的捕捉能力，進而影響發電量。

 

近年來，我國新增風電機組平均風輪直徑不斷加大，已經從2011年的81米加大到了2020年的136米；美國從2010年的84米加大到2020年的125米。

 

由于高空中風速往往更大，因此提升風電塔架高度能夠增加發電的年等效滿發小時數，從而提升發電量。

 

根據中國風能協會測算，風切變為0.3時，塔架高度從100米增加到140米，年平均風速將從5.0m/s增加到5.53m/s，機組的年等效滿發小時數可從1991小時增加到2396小時，發電量將能提升20.34%。2006-2020年，美國新增陸上風電機組平均機艙高度從76米提高至90米。

 

隨著風力發電機高度的不斷增加，更長的葉片顯然將具有更大的掃風面積，從而捕獲更多的風并產生更多的功率，但同時也有限制。

 

為了避免葉片與雨滴和海浪之間的碰撞造成腐蝕，葉片尖端的速度必須限制在90米/秒。隨著風輪機變高和葉片變長，轉子的速度變慢，葉片必須在更大程度上偏轉風向，以便產生相同水平的功率，這將導致風輪機承受額外的力，將增加風輪機的重量和成本。

 

同時，較長的葉片將變得更加靈活，無法完全控制周圍的氣流，也無法在極端風況下防止葉片與塔架相撞。

 

3 大型化影響運輸與安裝

 

將風電機組安置在水下的漂浮平臺上，通過幾根錨索固定在海底的海床上。通常情況下，漂浮平臺位于水深30米至60米以上海域處。但目前，漂浮式風電成本是固定樁基式的兩三倍，施工難度較大，成本較高。

 

大型風力發電機組的持續增高不僅受到生產、安裝和運營方面問題的困擾，運輸方面也同樣面臨挑戰：將葉片和塔架從工廠運輸到現場，以及在現場組裝風力發電機組，將是一個重大挑戰。

 

根據目前各大船企披露的信息，到2023年，全球預計將新增6艘超大型重型風機吊裝船，但市場分析機構指出，新增船舶的數量實際上難以匹配各國海上風電項目的需求，到2026-2027年，全球范圍內海上風電安裝船短缺問題預計更加嚴重。

 

風機的機艙吊裝高度與水下基礎的重量都隨之提升，衍伸出現有的風機安裝船的吊掛高度與水下基礎安裝船的吊裝能力無法滿足新一代14、15MW的風機。

 

港口基礎設施、巨型安裝載體和起重機，也是挑戰。

 

因此，許多沿海國家擁有多個淺海區域和適合發展海上風電的優良風場場地，仍需要考慮風機的生產鏈、港口設施、安裝船的數量和專業技術人員。

 

風機安裝船是昂貴的固定成本，每艘的建造成本在3億－5億美元之間，雖然相較于油氣產業通用的船只營運成本低，卻提高了船只的資產專用性，更不利于船東退出市場或處置資產。當供過于求的時候船東會被迫通過削價競爭的方式來維持營運以分攤固定成本，船東縱使看到市場機會，也不敢貿然出手。

 

如今，中國近海資源開發相對完善，后續在遠海地區可能由國家統一管理。碳中和背景下，預計海面資源會逐步開放，海上風電開發市場空間將進一步拓寬。

 

隨著項目成本管控及運維能力的提升，不少海上風電企業也在謀劃向風能資源更為豐富的深海、遠海方向發展，研發方向聚焦漂浮式海上風電技術。

 

相關專家表示，一方面，碳交易機制逐步落地，為海上風電帶來新的收益點，風電項目未來可通過出售碳減排量來獲取應有的環保經濟收益；另一方面，海上風電與海洋牧場融合發展，將實現清潔能源與安全水產品的同步高效產出，可提升風電場開發商整體收益。