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2020年美国风能实现创纪录的增长
2021-10-07 来源:掌上风电
 
8月30日,美国能源部(DOE)发布3份报告:《陆基风电市场报告(2021)》(Land-Based Wind Market Report: 2021 Edition)、《海上风能市场报告(2021)》(Offshore Wind Market Report: 2021 Edition)以及《分布式风能市场报告(2021)》(Distributed Wind Market Report: 2021 Edition)。报告显示,2020年,美国风能装机容量超过任何其他能源,占美国新增产能的42%。美国陆上风能实现创纪录增长,海上风电项目管道大幅扩建,风能发电成本持续下降,为美国政府加快可再生能源部署,到2035年实现100%清洁电力的目标奠定了基础。DOE部长称,美国将加倍努力,在全美部署更多风能设施,并将寻求技术革新,使得风能成本更低。本文对3份报告的核心内容予以简要介绍。
 
1 《陆基风电市场报告》
 
由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室编制的2021年版《陆基风电市场报告》称,2020年,美国风力发电装机容量达到创纪录的16836兆瓦,累计总装机容量达到121955兆瓦。在全球范围内,美国在2020年的年度和累计风电容量增加方面排名第二。但是,就风能占总发电量的比例而言,美国的排名低于许多其他国家。风力发电设施数年来首次超过太阳能发电设备,投资额达246亿美元。报告的其他结论包括:
 
(1)风力发电项目在美国的地理分布除东南部外,其他各州范围很广。风能在16个州提供了超过10%的州内总发电量。德克萨斯州在2020年装机容量最多。最值得关注的是,风力发电提供了爱荷华州57%的州内发电量,而堪萨斯州、俄克拉荷马州、南达科他州和北达科他州的风能发电量超过30%。
 
(2)在美国,将风能与储能和其他资源结合起来的混合发电厂数量不多,但正在不断增加。到2020年底,将有38座混合风力发电厂投入运行,包括2.3 GW的风力发电和0.9 GW的集中产能(co-located resources)。最常见的风力混合项目是风力+储能;其他组合包括风力+光伏、风力+光伏+储能、风力+化石能。
 
(3)2020年,在25个州安装了新的公用事业规模的陆基风力涡轮机。德克萨斯州装机容量最多,为4137兆瓦。其他主要州包括爱荷华州、俄克拉荷马州、怀俄明州、伊利诺伊州和密苏里州,这些州在2020年都增加了超过1000兆瓦的发电能力。
 
(4)涡轮容量、转子直径和轮毂高度都在长期内显著增加。涡轮尺寸保持上升轨迹,最初为低风速设计的涡轮机主导了市场。2020年,风力涡轮机被部署在风速较低的地点,比之前7年的风速要低。风力涡轮机的规模和功率继续增长,导致以更低的成本生产更多的能源。2019年,新安装的风力涡轮机的平均装机容量同比增长8%,达到2.75兆瓦。
 
(5)在近年来建成的风电项目中,2020年的平均产能系数超过了40%。中部地区的容量因子最高,这在一定程度上反映了风力资源的强度,涡轮机的设计和现场特性会影响性能,随着比功率的下降,容量系数会有相当大的增加。
 
(6)风力涡轮机价格从10年前的1800美元/千瓦急剧下降至现在的750~850美元/千瓦。较低的涡轮机价格推动了总安装项目成本的降低;2020年平均约1460美元/千瓦。美国所有地区都存在降低安装项目成本的总体趋势。
 
(7)风电购买协议(PPA)价格保持低位,PPA平均价格自2009年以来急剧下降;中部地区的电价低于20美元/兆瓦时,但近年来一直持平或上涨。在某些情况下,最近的风电购买协议的定价在15%左右。风力发电的均等化成本(LCOE)普遍下降,2020年安装的项目的全国平均成本为33美元/MWh。2020年安装的风能对健康和气候的益处为76美元/MWh,远远高于风能成本。风能在健康和气候方面的益处使其电网系统的价值相形见绌,而这三者的结合也远远超过了风力发电的同等成本。
 
(8)尽管最近风能PPA价格很低,但风能面临来自太阳能和天然气的竞争,最近的风能价格与天然气电厂未来燃料的预期成本相比具有竞争力。将风能整合到电力系统中是可控的,但并不是没有额外的成本,风力发电作为一种由天气驱动的资源,影响着电网系统的运行。作为一种依赖位置的资源,风力发电通常需要或受益于新的传输源。
 
(9)独立分析师预计,由于税收优惠,2021年风能将大幅增加,但在2022—2023年可能出现短期低迷。
 
2 《海上风能市场报告》
 
美国能源部国家可再生能源实验室编制的2021年版《海上风能市场报告》显示,美国海上风能项目总产能达到35324兆瓦,比上年增长24%。报告的其他要点包括:
 
(1)美国海上风能市场方面:①海洋管理局(BOEM)在纽约湾新建了5个风能区,总装机容量为9800兆瓦,占美国2020—2021年管道增长的大部分。②罗得岛海岸外的布洛克岛风电场(30兆瓦)和弗吉尼亚海岸海上风电场(12兆瓦)是美国海岸外运营的前两个项目。马萨诸塞州的葡萄园风一号成为美国第一个获批的商业规模海上风能项目。③马萨诸塞州、北卡罗来纳州和弗吉尼亚州在2020年和2021年初都增加了海上风电采购目标。州目标总量增加了15600 MW,从2035年的约24000 MW增长到2040 年的近40000 MW。④美国政府宣布了到2030年全美海上风能发电30吉瓦(GW)的目标,各州继续通过自己的海上风能采购政令,这是美国首个国家海上风能目标。除了国家层面的目标,各州的目标是到2040年至少获得39298兆瓦的海上风力发电能力。
 
(2)全球海上风能市场方面:2020年,全球海上风能产业装机容量为5519兆瓦。全球发电量的增长可以归因于在中国市场新部署的2174兆瓦,紧随其后的是荷兰的1503兆瓦、英国的714兆瓦、比利时的706兆瓦、德国的315 MW和世界其他地区的107 MW。到2020年底,全球累计海上风电装机容量增长至32906兆瓦。预测显示,2021年及以后,全球产能每年将加速增加,目前在建项目为23415兆瓦。截至2020年12月31日,全球海上风电装机容量将达到307815兆瓦。
 
(3)海上风能技术方面:①3家领先的风力涡轮机制造商已经宣布将开发12~15兆瓦的大型海上风力涡轮机。预计12~15兆瓦的海上风力涡轮机目前正在全面开发中,西门子Gamesa、维斯塔斯和通用电气都表示打算在2024年或更早之前购买这些产能级别的风力涡轮机。美国的订单表明,目前正在进行的大多数项目将从这些原始设备制造商之一获得风力涡轮机。②亚洲风力涡轮机规模的历史性增长落后于西方市场,同时亚洲项目的资本成本也较低。原型开发数据表明,新的亚洲原型风力涡轮机的容量比西方的同类产品低25%左右,但在两个市场的升级换代速度大致相同。
 
(4)海上风能成本和价格趋势方面:在全球范围内,目前固定底部海上风能装置的平均能源成本(LCOE)低于95美元/ MWh。与2019年相比,2020年开始商业运营的项目的成本平均降低了16%。2020年开始商业运营的风电项目的LCOE在78~125美元/MWh之间。2014年至2020年,海上风电LCOE下降了28%~51%。专家预测,到2030年,LCOE水平约为56美元/MWh,到2050年进一步下降至44美元/MWh至72美元/MWh。浮式海上风电LCOE预计将从2020年的约160美元/MWh降至2030年的60美元/MWh。这些估计的成本降低与预期的项目部署变化有关,包括预计从2023年多个风力涡轮机示范项目上线到中试项目完成直至2023年后全规模工程的商业化运营。
 
3 《分布式风能市场报告》
 
由美国能源部太平洋西北国家实验室编写的2021年版《分布式风能市场报告》指出:
 
(1)11个州在2020年新增了14.7兆瓦的分布式风力发电能力,相当于1493台涡轮机和4100万美元的投资。
 
(2)美国累计分布式风电装机容量目前为1055兆瓦,主要来自所有50个州、波多黎各、美属维尔京群岛和关岛的87000多个风力涡轮机。
 
(3)爱荷华州和明尼苏达州2020年的装机容量增长之和占2020年分布式风电装机容量的95%。
 
(4)小型风电设施改造成为持续增长的小型风电项目的重要补充。改造是在现有的塔筒和基础设施上安装新的涡轮机,以取代失效的涡轮机或进行技术升级。2020年,小型风电装机容量占总装机容量的80%,2019年为36%。
 
(5)2020年,农业和住宅用户占分布式风电项目安装量的最大比例(分别为36%和24%),但公用事业和工业用户在分布式风电装机容量中所占份额最大(分别为58%和37%)。
 
转载本文请注明来源及作者:中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2021年第17期,刘文浩 编译。
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