重磅报告|欧洲北海海上风电场与运维船未来发展预测（附下载）

本文译自《DECARBONISING MARITIME OPERATIONS IN NORTH SEA OFFSHORE WIND O&M》，该文在统计数据的基础上，运用了科学巧妙的分析方法，对北海海上风电场与运维船未来发展进行了预测评估。特翻译整理成文，以飨读者。

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https://www.gov.uk/government/publications/decarbonising-offshore-wind-operations-and-maintenance-roadmap

海上风电未来发展预测

1概述

英国是全球海上风电领导者，拥有超过10GW的海上风电场，包括2300多台海上风机，装机规模将在2030年达到40GW。其大部分产能部署在东海岸、爱尔兰海和英吉利海峡。苏格兰大约有1GW的装机容量，并已开发运行浮式风电。

德国拥有欧洲仅次于英国的第二大海上风电市场，并且在陆上风电方面有着悠久的历史，近十年来开始开发海上风电。目前装机容量约为7.5GW，并有望在2030年达到20GW。

法国尚没有开始运行的海上风电场，但已制定了到2030年达到7.4GW的目标。比利时政府目标是在2030年之前安装4GW的海上风电场，这是继比利时北海6个海上风力发电场之后的又一个目标。

丹麦目前安装了类似于比利时的海上风力发电设备，但计划在2027年至2030年期间增加部署7.2GW的海上风电场。挪威已开放了两个区域用于海上风电开发(4.5GW)。荷兰至少27%的能源消费来自可再生能源，而海上风电将发挥关键作用，到2030年达到11GW的装机容量。

2预估分析

各国家能源目标、脱碳政策、许可法规和能源成本是决定产能加速规模的关键因素。海上风电开发并网的前置时间约为7年，因此预计将在2028年落地的新项目相对明确。北海周边国家风力资源的巨大潜力和海上风力设备的快速增长，将导致未来10年对安装和运维船舶的需求增加。考虑到此观点，并基于英国国家可再生能源推进中心的全球预测，提出以下两个评估模型：分别为保守模型和乐观模型。

这两个模型都表明，至2025年项目规划已在进行中，发展情况相同。保守模型预计到2025年后开发64个新的风电场，而乐观模型从未来规划需求出发，预测2025年后风电场开发总数达到84个。图1显示了截至2030年这两种情况按国家和年份分列的累积情景。

表1 北海周边国家累积能力的保守模型和乐观模型

图1 北海各国海上风电部署容量

保守模型(纯色)和乐观模型(阴影)

目前北海周边国家的累计装机容量为24.8GW，预计到2030年将达到86.4GW至101GW。大多数风电场位于浅水区(水深<50米)，靠近海岸，2020年48%的风电场距离海岸不到25公里。

图2 运营和未来的英国风电场

北海地区距离海岸较远的地方风力资源潜力较大，因此目前在建的风电场预计将持续到2030年，平均距离在40公里以上。图3表示了上述风电场到海岸的距离累积量。

图3 风电场到海岸的距离累积量(公里)

保守模型(纯色)和乐观模型(阴影)

运维船未来发展预测

1概述

对海上风电场的发展预测表明，建设和计划的运维活动将会增加，因此未来几十年对相关船舶的需求也会增加。风电场服务船，主要是SOV和CTV，在建造和运维阶段为海上风电服务。SOV（海上风电运维船）是一种可用于海上风电场运维的大型船舶，可在风电场连续作业数周时间，可容纳人员和设备，通常部署在远海风电场。CTV（船员转运船）是用于在海岸和风电场之间转移船员和少量货物的小型船只。

大型SOV船

对于离岸较近的海上风电场，超过90%的船只是用于运送运维人员的CTV。随着风电场规模的扩大和场地离岸越来越远，SOV在海上风电运维中将越来越普遍。由于SOV的体积更大，居住和储存能力更强，在恶劣天气条件下的性能更好。同时，SOV续航力更大，在返回港口加油补给之前通常能够运行14-21天。SOV可作为“母船”，CTV可作为“子船”，可将人员在风电场周围快速输运，进行不同等级的运维工作。

评估模型假设，船只数量、风机数量、港口到风电场距离以及风机间距离有很强的相关性。规定港口和风电场之间的航行时间是很重要的，特别是在当CTV是按日收费的情况下。考虑到恶劣的天气条件会增加晕船的可能性，因此在此分析中，从港口到风电场按2小时考虑，这也被认为是CTV的航行上限时间。对于较长的离岸距离，建议使用海上运维住宿基地，通常是SOV。对于50公里以下的离岸距离，不使用SOV；对于50公里以上离岸距离，每700MW租用1艘SOV。

SOV大部分时间都在风电场作业。据推测，对于离岸130公里的拥有100台风机的风电场，SOV将有一半多的时间在航行，其余的时间用于运维作业。130公里比本文模拟的平均数高，因此，这种假设是偏于保守的。

图4 海上风电服务运营船年度使用量

CTV的年使用率与船舶供应、合约类型、环境海况、天气状况密切相关。根据历史数据及中型CTV的使用水平及规模的市场趋势，中型CTV每年平均有3700小时的运维时间。更大的船舶通常具有更强的抗恶劣天气能力，因此CTV的可用性与船舶长度成正比。同时可认为，随着离岸距离的增加，天气条件通常会变得更加恶劣。

2运维船舶

参考相关运维经验，运维船舶每个航次按修理4台风机考虑。对于海上风机，每台每年按1次预防性修理、20次故障维修考虑。以上假设与Carroll研究团队以及英国国家可再生能源推进中心团队的研究结果一致。此外，COMPASS工具由英国国家可再生能源推进中心独立开发，能够显示每艘船在海上风电场的作业时间、航渡时间以及闲置时间。

在建模中，假设两种船舶类型使用的燃料都是船用燃油，并考虑了船舶在航渡或闲置期间的不同燃料消耗。采用从海上风电场到海岸投影的距离，估算每年从母港到海上风电场的航渡总时间。

采用上述假设方法，根据海上风电场到海岸的距离和风发场容量，估计到2030年风机和运维船的数量。然后再乘以每次航渡(母港到海上风电场)和每次维修所需的年时间，估计得出每年运维船舶的总使用时间，进而估算船用燃油总消耗以及运维船舶碳排放总量。

表2 运维船舶模型假设

3脱碳方案

在脱碳方案方面，提出混合动力推进船舶、氢燃料替代燃油两种方案，并进行仿真建模。同时，未来可在条件允许的情况下，对现有运维船舶进行改造。根据当前行业对脱碳战略的高要求，预计上述脱碳方案将在未来10年推广普及。建模评估通过多种情况组合，估算到2030年的运维船作业时间、平均燃料消耗和相应的二氧化碳排放量(表3)。

表3 运维船舶脱碳方案组合

氢燃料CTV

4技术应用模型

在未来10年，通过电池技术不断升级，以及混合燃料(如甲醇与柴油混合，碳减排70%)、清洁燃料(如氢燃料，100%清洁)等的应用，绿色船舶将有望得到更广泛的应用。根据方案不同的成熟度，形成三种技术应用模型，预估至2030年各种技术将占领的市场份额(图5)。

当前，许多业内人士认为充电船舶是一个具备市场潜力的技术方案。然而，由于当前电池技术发展水平和海上充电基础设施有限，电力驱动推进在续航力方面存在不足，仅适用于航程较短的CTV。与此相比，新型燃料将可能是一个更具实现性的技术方案。

值得注意的是，CTV运营商同时对电力驱动和氢燃料两个不同概念进行研究开发，而SOV通常采用动力混合系统设计。

图5 三种技术应用模型的市场份额对比

5燃料价格模型

燃油价格模型基于BEIS、BNEF和英国国家可再生能源推进中心的内部分析的现有报告的预测(图6)。总的来说，分析产生了18种情况组合，帮助估计到2030年SOV和CTV的碳排放以及其燃料成本。燃料价格考虑了推进效率，但考虑到燃料储存和运输的不确定性和复杂性，没有计算相关费用。

为了在前提条件相同的基础上比较船用燃油和替代燃料，分析计算了船用燃油出厂价格和氢气出厂价格。船舶运营商为船用燃油支付的价格大约比出厂价格高出60-80%。了解船舶运营商在替代燃料生产地点和船舶装载点之间支付的溢价，将是了解替代燃料竞争力的重要考虑因素。

图6 船用燃油和氢燃料价格对比

结语

分析结果显示，在保守模型中，到2025年将需要249艘风电运维船为166个海上风电场服务。在基本需求情况下，到2030年将需要389艘风电运维船在北海218个海上风电场进行运维工作。其中，在船舶需求总量上，CTV约占比75%，SOV约占比25%。

在乐观模型中，风电运维船总需求将达455艘，其中CTV占比约69%，SOV占比约31%。

在上述两个模型中，SOV数量相对较少的原因是，预计大多数海上风电场(约64%)将位于海岸附近，距离低于50公里，通常不需要SOV。在乐观模型中，相对保守模型多出的风电场位于距海岸平均70公里处，更适合SOV进行运维作业。

按照设想，到2025年，95%的船舶将继续使用传统燃料；然而到2030年，这一比例将有所下降。在保守模型中，到2025年有约25%风电运维船采用清洁燃料；到2030年，这一指标将达到近50%。在乐观模型中，到2025年约33%的风电运维船使用绿色船舶技术，到2030年这一比例将上升到90%。

图7 保守模型和乐观模型未来SOV和CTV数量预测

考虑到适度的燃料价格预测，对碳排放的估计表明，正如预期的那样，在乐观模型中，2020年至2030年之间可以实现最高的碳节约。与所有运维船继续使用船用燃油的基准情况相比，到2030年，碳排放量可减少1.2 MtCO2e(图8)。另一方面，与基准情况相比，基准情况下的碳节约率最低，未来10年仅为0.71MtCO2e，到2030年减少0.3MtCO2e 。

图8 2030年碳排放情景与船用燃油基准的比较

除了环境方面，燃料成本是脱碳战略的关键考虑因素。氢燃料的价格目前是船用燃油价格的两倍多，但全球能源产业都对氢燃料保持强烈的兴趣，许多国家围绕氢燃料构建其碳中和战略。

通过提高效率、克服技术瓶颈、扩大规模等手段，能够快速降低成本。据估计，到2030年，氢燃料的价格可与船用燃油相当。值得一提的是，在船用燃油与氢燃料价格相当情况下，氢燃料看起来更有利。在这种情况下，不需要任何碳交易价格，将使氢燃料成为更具竞争力的能源。然而，与船用燃油相比，存储成本是决定氢燃料是否具有竞争力的另一个因素。在乐观模型中，40%的运维船可使用氢燃料，与船用燃油相比，额外的存储成本预计超过9000万英镑(表4)。这意味着，要吸引运维船舶运营商选择氢燃料，大约需要25英镑每吨的碳交易价格。

表4 2020年到2030年的燃料排放节省和燃料成本