国际风能技术路线图解析（三）

三、美国风能发展战略2030

    （一）编制背景

    20世纪70年代，美国政府开始将现代风力发电技术纳入到国家能源战略中。截至1986年，美国加利福尼亚州风电装机容量达到1.2GW，约占全球装机总容量的90%。但由于联邦和州投资税收减免激励政策的相继终结，美国风能产业自20世纪80年代中期陷入停滞，风电发展的中心从美国转移到欧洲。后来美国大部分州开始制定可再生能源配额制标准，为风电发展创造了稳定增长的环境。自2005年起，美国重新成为风电装机容量增长最快的国家，到2008年累计装机容量成为全球第一。

    为制定未来风能发展的宏伟战略，美国能源部于2008年5月发布了《2030年风电占20%：提升风能对电力供应的贡献》的规划报告，阐述了到2030年20%供电来自风电的实现途径。作为美国未来风能发展的指导性文件，规划报告考虑了实现目标面临的挑战，并预计了对能源安全、减排、水资源和成本产生的影响，对关键领域的具体需求和将取得的成果进行了研讨，包括：风力涡轮机技术，制造能力、材料需求与人力资源，输电与电网集成，选址策略与环境影响以及风电市场演变等。

    （二）主要内容

    1.2030年风电占20%的愿景

    按照规划的愿景，美国风电累计装机容量需从2006年的11.6GW提高到2030年超过300GW，前十年保持每年20%的增幅，到2018年后保持每年新增16GW装机容量，届时，实现累计装机304.8GW，其中海上风能占到18%左右（54GW），风电年发电量接近1200TWh，可以满足20%的电力需求。

    2.风力涡轮机技术

    报告关注的领域集中在更高的塔架、更大的转子以及设计和制造能力的提升带来持续进步。规划报告认为单个部件或设计的创新无法满足需求，需要结合多个领域的技术创新来达成目标，而且在部署新技术之前需要进行广泛的组件和样机试验，以充分验证性能和可靠性，同时，还要制定国际性标准进行认证和质量控制。

    另外，报告认为海上风能具有比陆上风能更大的潜力，但其技术发展不及陆上风能成熟，除风力涡轮机外，还必须关注系统其他部件和基础设施的成本降低，如基座、电网和运维等。目前海上风能商业化面临着诸多技术、监管、社会经济和政策方面的障碍，需通过短期和长期研发示范活动消除部分障碍。

    3.制造能力、材料需求与人力资源

    报告认为未来风能大规模发展将需要更多的材料用量，通过减少材料用量和应用新材料减轻风机重量和降低成本是风能与其他电源竞争的关键；制造能力的提升是大规模发展风能的保障；劳动力的可用性是实现风能高速发展的潜在障碍之一。

    4.输电与电网集成

    报告绘制了未来风电发展的电网分布图，指出需要投资约200亿美元新建超过1.2万英里输电线，这些电网不仅可用于输送风电，还可用于连接其他可再生能源。但需解决下述四个问题：改变各自为政局面，各地区联合制定一套通用的电网规划方法；合理的新建电网成本分摊计划；保障成本回收的可预期性；新输电设施选址涉及利益和潜在公众关切的综合考量。

    美国电力系统运营和电力市场结构也需要做出相应改变。一是提高市场灵活性，二是加强风能预测和电力系统灵活性。

    5.选址策略与环境影响

    为负责任发展风能，需要在了解其益处的同时也认识到潜在的风险，并采取合理的选址策略、扩大社区参与以及更高效的规划与审批机制等措施来经济有效地减轻风险。

    6.风电市场演变

    发展风电产出的多种收益流和不同市场将日益重要。合规市场（美国数十个州已制定可再生能源配额制标准）和自愿减排市场有潜力创造单独和辅助性的收益流，支持风电发展的同时减少风险。新兴的碳减排市场也将创造新的收益流。从风能应用市场来看，包括公用事业规模集中式陆上或海上风电场、社区自产自销型项目、小型离网式风电以及原住民风电项目等，不同应用市场的未来发展规模有所差别，但都需要进行细致规划以发挥潜力、规避风险。

    （三）后续工作

    为最大限度地开发海上风能潜力，美国能源部于2010财年出台了“海上风能创新与示范计划”，并和内政部合作从资源评估、技术协作、标准制定、环境影响评价等方面进行周密筹划，期望通过协同工作来推动和加速商业规模海上风能项目的发展。随后两部门在2011年2月联合发布了《国家海上风能发展战略》，作为海上风能创新与示范计划的行动文件，旨在克服三个关键挑战：降低海上风力发电相对较高的成本；应对安装、运营和联网技术挑战；丰富风场数据和项目运行过程经验，实现美国海上风能未来二十年的发展目标，即到2020年装机达到10GW，发电成本为0.1美元/kWh；到2030年装机达到54GW，发电成本为0.07美元/kWh。

    四、英国可再生能源路线图——风能

    （一）编制背景

    英国拥有得天独厚的海洋风力、波浪和潮汐资源，根据英国皇家财产局（The Crown Estate）的数据，英国具有商业开发价值的风电总量高达48 GW，约是整个欧洲海上风电总量的⅓，其海上风力发电的潜力约是整个英国当前电力消耗量的3倍。为开发这一巨大资源，英国政府制定了雄心勃勃的海上风力发电三轮发展规划：第一轮发展规划制定于2000年，主要是一些小型示范项目；第二轮发展规划形成于2003年，是在三个指定区域（泰晤士河口、沃什湾和西北部）开展较大规模的项目，前二轮规划预计到2014年左右可运行的风能发电装机容量大约可达8GW，其中包括装机容量为1GW的“伦敦阵列”近海风场；2010年宣布的第三轮海上风能发展规划在已规划的8GW基础上进一步增加32GW的发电装机容量，总计装机容量将达到40GW。目前，英国的海上风能发展处于世界领先地位，截至2011年底，英国共有636台海上风力发电机并入电网，累计装机容量达到了2093.7MW，几乎超过了其他国家的总和。

    风能作为重要的可再生资源，英国能源与气候变化部2011年7月发布的《英国可再生能源发展路线图》将陆上风能、海上风能与海洋能、生物质发电等其他六种技术确定为帮助英国以一种低成本和可持续途径实现2020目标的八大技术。

    （二）主要内容

    1.陆上风能

    ① 总体目标

    通过电力市场改革和可控转型为投资者提供长期确定性；改革规划制度；联合资助技术解决方案，以克服风电场与航空雷达和飞机起落等之间的干扰，包括通过与行业达成新的谅解备忘录；提升陆上输电能力，并确保风能及时和经济高效地安全并入电网。

    ② 未来发展

    截至2010年底，英国已有陆上风电装机容量4GW，每年发电约70亿kWh，风场主要建在苏格兰（约2.5GW，陆上风力资源的60%集中于此），其次是英格兰（约0.9GW）、威尔士（约0.4GW）和北爱尔兰（约0.3GW）。

    根据预测，英国到2020年陆上风电装机容量范围在10～19GW（年发电量能力为230～450亿kWh）。基于中位值预测，到2020年英国陆上风电装机容量大约可以达到13GW，其中大部分将来自单机容量在5MW以上的大型项目。要实现这一新增9GW的目标，需要在未来十年中保持13%的年增长率，略低于2009～2010年的增长率。

    目前，英国在建、待建或规划中的陆上风电装机容量超过11GW。路线图中的预期装机容量分布在英国各地，其中大部分在苏格兰（超过6.5GW）、英格兰（超过2GW），此外1.5GW在威尔士、1GW在北爱尔兰。

    2.海上风能

    ① 总体目标

    成立产业专责小组来制定路线和行动计划，使海上风电的成本到2020年降低到100英镑/MWh；支持供应链的发展，并鼓励在港口新建制造设施；处理与石油天然气勘探的冲突，在财政激励方面提供更大的确定性，并通过海上输电协调项目来确保和协调电网发展。

    ② 未来发展

    英国是全球最大的海上风能市场，截至2010年底装机容量超过1.3GW，约4GW已经通过审批，另有2GW正在规划中。目前运行的有15个风电场，2010年发电量达到30亿kWh。这些风电场大都靠近海岸，主要分布在北海、爱尔兰海及苏格兰领海。

    能源与气候变化部的分析表明，到2030年英国的海上风电装机容量有望达到40GW。到2020年英国海上风电装机潜能范围在10～26GW，中位值上限可以达到18GW。要达到中位值上限，需要高达30%的年均增长率。不过气候变化委员会指出，除非有明确的成本降低证据，否则到2020年，英国的海上风能装机容量将限制在13GW。为此，英国将提供3000万英镑的政府创新资金，资助海上风能成本降低；同时将成立产业专责小组来制定路线和行动计划，确保英国的海上风电成本到2020年降低到100英镑/MWh。

    （三）后续工作

    英国能源与气候变化部在2011年发布的第一版路线图的基础上，将与其他利益相关方进一步收集部署进展资料，以更好地了解英国面临的挑战，从而形成“发布路线图—资料收集—分析规划”循环，并将每年对路线图进行更新。（摘编自《能源与科技参考》）