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2020年美國風能實現創紀錄的增長
2021-10-07 來源:掌上風電
 
8月30日,美國能源部(DOE)發布3份報告:《陸基風電市場報告(2021)》(Land-Based Wind Market Report: 2021 Edition)、《海上風能市場報告(2021)》(Offshore Wind Market Report: 2021 Edition)以及《分布式風能市場報告(2021)》(Distributed Wind Market Report: 2021 Edition)。報告顯示,2020年,美國風能裝機容量超過任何其他能源,占美國新增產能的42%。美國陸上風能實現創紀錄增長,海上風電項目管道大幅擴建,風能發電成本持續下降,為美國政府加快可再生能源部署,到2035年實現100%清潔電力的目標奠定了基礎。DOE部長稱,美國將加倍努力,在全美部署更多風能設施,并將尋求技術革新,使得風能成本更低。本文對3份報告的核心內容予以簡要介紹。
 
1 《陸基風電市場報告》
 
由美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室編制的2021年版《陸基風電市場報告》稱,2020年,美國風力發電裝機容量達到創紀錄的16836兆瓦,累計總裝機容量達到121955兆瓦。在全球范圍內,美國在2020年的年度和累計風電容量增加方面排名第二。但是,就風能占總發電量的比例而言,美國的排名低于許多其他國家。風力發電設施數年來首次超過太陽能發電設備,投資額達246億美元。報告的其他結論包括:
 
(1)風力發電項目在美國的地理分布除東南部外,其他各州范圍很廣。風能在16個州提供了超過10%的州內總發電量。德克薩斯州在2020年裝機容量最多。最值得關注的是,風力發電提供了愛荷華州57%的州內發電量,而堪薩斯州、俄克拉荷馬州、南達科他州和北達科他州的風能發電量超過30%。
 
(2)在美國,將風能與儲能和其他資源結合起來的混合發電廠數量不多,但正在不斷增加。到2020年底,將有38座混合風力發電廠投入運行,包括2.3 GW的風力發電和0.9 GW的集中產能(co-located resources)。最常見的風力混合項目是風力+儲能;其他組合包括風力+光伏、風力+光伏+儲能、風力+化石能。
 
(3)2020年,在25個州安裝了新的公用事業規模的陸基風力渦輪機。德克薩斯州裝機容量最多,為4137兆瓦。其他主要州包括愛荷華州、俄克拉荷馬州、懷俄明州、伊利諾伊州和密蘇里州,這些州在2020年都增加了超過1000兆瓦的發電能力。
 
(4)渦輪容量、轉子直徑和輪轂高度都在長期內顯著增加。渦輪尺寸保持上升軌跡,最初為低風速設計的渦輪機主導了市場。2020年,風力渦輪機被部署在風速較低的地點,比之前7年的風速要低。風力渦輪機的規模和功率繼續增長,導致以更低的成本生產更多的能源。2019年,新安裝的風力渦輪機的平均裝機容量同比增長8%,達到2.75兆瓦。
 
(5)在近年來建成的風電項目中,2020年的平均產能系數超過了40%。中部地區的容量因子最高,這在一定程度上反映了風力資源的強度,渦輪機的設計和現場特性會影響性能,隨著比功率的下降,容量系數會有相當大的增加。
 
(6)風力渦輪機價格從10年前的1800美元/千瓦急劇下降至現在的750~850美元/千瓦。較低的渦輪機價格推動了總安裝項目成本的降低;2020年平均約1460美元/千瓦。美國所有地區都存在降低安裝項目成本的總體趨勢。
 
(7)風電購買協議(PPA)價格保持低位,PPA平均價格自2009年以來急劇下降;中部地區的電價低于20美元/兆瓦時,但近年來一直持平或上漲。在某些情況下,最近的風電購買協議的定價在15%左右。風力發電的均等化成本(LCOE)普遍下降,2020年安裝的項目的全國平均成本為33美元/MWh。2020年安裝的風能對健康和氣候的益處為76美元/MWh,遠遠高于風能成本。風能在健康和氣候方面的益處使其電網系統的價值相形見絀,而這三者的結合也遠遠超過了風力發電的同等成本。
 
(8)盡管最近風能PPA價格很低,但風能面臨來自太陽能和天然氣的競爭,最近的風能價格與天然氣電廠未來燃料的預期成本相比具有競爭力。將風能整合到電力系統中是可控的,但并不是沒有額外的成本,風力發電作為一種由天氣驅動的資源,影響著電網系統的運行。作為一種依賴位置的資源,風力發電通常需要或受益于新的傳輸源。
 
(9)獨立分析師預計,由于稅收優惠,2021年風能將大幅增加,但在2022—2023年可能出現短期低迷。
 
2 《海上風能市場報告》
 
美國能源部國家可再生能源實驗室編制的2021年版《海上風能市場報告》顯示,美國海上風能項目總產能達到35324兆瓦,比上年增長24%。報告的其他要點包括:
 
(1)美國海上風能市場方面:①海洋管理局(BOEM)在紐約灣新建了5個風能區,總裝機容量為9800兆瓦,占美國2020—2021年管道增長的大部分。②羅得島海岸外的布洛克島風電場(30兆瓦)和弗吉尼亞海岸海上風電場(12兆瓦)是美國海岸外運營的前兩個項目。馬薩諸塞州的葡萄園風一號成為美國第一個獲批的商業規模海上風能項目。③馬薩諸塞州、北卡羅來納州和弗吉尼亞州在2020年和2021年初都增加了海上風電采購目標。州目標總量增加了15600 MW,從2035年的約24000 MW增長到2040 年的近40000 MW。④美國政府宣布了到2030年全美海上風能發電30吉瓦(GW)的目標,各州繼續通過自己的海上風能采購政令,這是美國首個國家海上風能目標。除了國家層面的目標,各州的目標是到2040年至少獲得39298兆瓦的海上風力發電能力。
 
(2)全球海上風能市場方面:2020年,全球海上風能產業裝機容量為5519兆瓦。全球發電量的增長可以歸因于在中國市場新部署的2174兆瓦,緊隨其后的是荷蘭的1503兆瓦、英國的714兆瓦、比利時的706兆瓦、德國的315 MW和世界其他地區的107 MW。到2020年底,全球累計海上風電裝機容量增長至32906兆瓦。預測顯示,2021年及以后,全球產能每年將加速增加,目前在建項目為23415兆瓦。截至2020年12月31日,全球海上風電裝機容量將達到307815兆瓦。
 
(3)海上風能技術方面:①3家領先的風力渦輪機制造商已經宣布將開發12~15兆瓦的大型海上風力渦輪機。預計12~15兆瓦的海上風力渦輪機目前正在全面開發中,西門子Gamesa、維斯塔斯和通用電氣都表示打算在2024年或更早之前購買這些產能級別的風力渦輪機。美國的訂單表明,目前正在進行的大多數項目將從這些原始設備制造商之一獲得風力渦輪機。②亞洲風力渦輪機規模的歷史性增長落后于西方市場,同時亞洲項目的資本成本也較低。原型開發數據表明,新的亞洲原型風力渦輪機的容量比西方的同類產品低25%左右,但在兩個市場的升級換代速度大致相同。
 
(4)海上風能成本和價格趨勢方面:在全球范圍內,目前固定底部海上風能裝置的平均能源成本(LCOE)低于95美元/ MWh。與2019年相比,2020年開始商業運營的項目的成本平均降低了16%。2020年開始商業運營的風電項目的LCOE在78~125美元/MWh之間。2014年至2020年,海上風電LCOE下降了28%~51%。專家預測,到2030年,LCOE水平約為56美元/MWh,到2050年進一步下降至44美元/MWh至72美元/MWh。浮式海上風電LCOE預計將從2020年的約160美元/MWh降至2030年的60美元/MWh。這些估計的成本降低與預期的項目部署變化有關,包括預計從2023年多個風力渦輪機示范項目上線到中試項目完成直至2023年后全規模工程的商業化運營。
 
3 《分布式風能市場報告》
 
由美國能源部太平洋西北國家實驗室編寫的2021年版《分布式風能市場報告》指出:
 
(1)11個州在2020年新增了14.7兆瓦的分布式風力發電能力,相當于1493臺渦輪機和4100萬美元的投資。
 
(2)美國累計分布式風電裝機容量目前為1055兆瓦,主要來自所有50個州、波多黎各、美屬維爾京群島和關島的87000多個風力渦輪機。
 
(3)愛荷華州和明尼蘇達州2020年的裝機容量增長之和占2020年分布式風電裝機容量的95%。
 
(4)小型風電設施改造成為持續增長的小型風電項目的重要補充。改造是在現有的塔筒和基礎設施上安裝新的渦輪機,以取代失效的渦輪機或進行技術升級。2020年,小型風電裝機容量占總裝機容量的80%,2019年為36%。
 
(5)2020年,農業和住宅用戶占分布式風電項目安裝量的最大比例(分別為36%和24%),但公用事業和工業用戶在分布式風電裝機容量中所占份額最大(分別為58%和37%)。
 
轉載本文請注明來源及作者:中國科學院蘭州文獻情報中心《地球科學動態監測快報》2021年第17期,劉文浩 編譯。
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