2022年,通货膨胀、供应链限制、地缘政治不确定性和保修条款阻碍了西方风机制造商在其陆上和海上产品组合中的盈利能力,通用电气可再生能源公司2022年亏损22亿美元,维斯塔斯亏损16.9亿美元,西门子Gamesa可再生能源公司亏损略低于10亿美元。西门子能源打算收购并整合西门子Gamesa可再生能源公司。通用电气于2023年初开始公司重组,将通用电气可再生能源与其他能源相关业务部门合并为一个名为GE Vernova的新实体。
2023年初,西门子Gamesa和通用电气可再生能源公司就专利纠纷达成和解,解决了此前禁止通用电气在美国销售Haliade-X风力涡轮机平台的裁决。和解协议的细节没有披露,但两家公司相互授予了对方相关专利的全球交叉许可。
许多项目开发商正在推动风力涡轮机制造商提供更大的涡轮机,他们认为,根据目前的市场组件价格,要实现最低成本的项目资本支出,就需要更大的涡轮机。更大的涡轮机可以使开发商减少特定区域内风力涡轮机的位置数量,从而降低安装、维护以及许多一级组件(如阵列电缆和支撑结构)的成本。然而,随着全球风电行业重新调整工厂、测试设施、港口和船只,以适应最近涡轮机规模增加到15兆瓦的要求,涡轮机的持续升级给供应链带来了压力,并给开发时间表带来了风险。
图35显示了海上风能发展史上风力涡轮机尺寸的增长趋势,并着重说明了2022年安装的涡轮机加权平均额定功率为7.7兆瓦,风轮直径为174.6米,轮毂高度为116.6米。
海上风能资源在空间上各不相同,但垂直风切变(风速随高度的变化)往往低于陆上风能。因此,提高海上风塔高度所能获得的能量较少,而且由于组件较重、吊装要求较高,成本可能会更高。因此,海上风能开发商几乎总是指定最低的轮毂高度,以保持风轮顶部叶尖与巨浪的间隙,并确保海洋航行安全。这个最小叶尖间隙通常在静水位以上25米到30米之间。
虽然全球加权平均涡轮机额定功率尚未超过 8 兆瓦,但高达 11 兆瓦的风力涡轮机已开始以商业规模运行,其中包括首个无补贴的海上风力发电厂(Vattenfall 2022 年)。
图 36 通过比较海上风力涡轮机原型的运行日期和涡轮机年加权装机容量,说明了海上风力涡轮机的升级趋势。图中仅包括在特定年份可验证投入运行的风力涡轮机原型。请注意,2023 年部署的最新原型机显示在 "宣布 "和 "运行"之间直线的右侧,大约代表 2022 年底。还请注意,大多数原型机数据都绘制在其安装年份的风机平均加权容量条的上方。数据在水平方向上交错排列,只是为了在同一年的同一台发电机容量上绘制多个点。
维斯塔斯的 V236-15.0MW 在2022 年末首次发电,西门子 Gamesa (SGRE) 的14-236 DD 原型机在 2023 年初上线。
最近宣布扩大风机规模的一些公司来自中国制造商。明阳公司于 2022 年 12 月为其 MySE 16.0-260/242 平台原型生产了首台风机叶片,并于 2023 年 6 月在海上安装了一台原型机(用于并网前的调试和测试),计划于 2024 年投入商业使用。金风科技于 2022 年完成了 GWH 252-13.6 兆瓦(13.6 MW)风机的制造,中国三峡集团于 2022 年完成了 16 兆瓦风机机舱的制造。据报道,这些样机将于 2023 年投入运行。
另外三家涡轮机制造商宣布将在 2023 年初开发 18 兆瓦以上的平台。中国船舶工业集团公司的子公司中船海装正在开发风轮直径为 260 米的 H260-18 兆瓦海上风力涡轮机。中船海装表示,他们已经完成了18 兆瓦原型机的第一个机舱的生产。明阳智慧能源表示,他们的 MySE 18.X-28X 平台的风轮直径将达到280 米。通用电气(GE)确认计划开发 17 至 18 兆瓦范围的 Haliade-X 新版本。
尽管迄今为止,风机升级已被认为是降低海上风能成本的主要因素之一,但关于继续保持这种升级趋势与保持目前 15 兆瓦规模以及风机产品线和相关设备平衡部件工业化之间的权衡问题,争论也越来越多。技术经济成本分析表明,从 2000 年代初的 2 兆瓦升级到2022-2023 年的 15 兆瓦,通过减少相同发电规模所需的风力涡轮机数量,已经获得了大部分可用收益。继续扩大规模的回报会越来越少,而且技术和市场风险的增加可能会被大大低估。扩大规模的成本可能包括项目时间延迟、生产线不成熟、现场学习减少、无法标准化和优化风力涡轮机以及保险成本增加,这可能会在短期内使总体成本上升。
根据图所示的原型开发增长趋势,可能得出的结论是升级趋势将继续下去。然而,目前 15 兆瓦的海上风力涡轮机已经是一个巨大的规模,需要数亿美元的设计和新原型开发投资。每增加一个容量,还需要大量额外投资于配套基础设施,以处理、安装和维护新的涡轮机规模,如升级工厂和港口以及新的或升级的船只,并有可能使几年前为较小风力涡轮机规模所做的投资变得过时。
图中的数据显示了从原型到商业化的历史开发时间表。数据显示,从开发新的涡轮机平台规模(从安装第一台原型机开始)到其商业化并大量部署以影响市场上的平均涡轮机尺寸,通常需要多年时间。这段开发时间不仅需要证明涡轮机的可靠性,还需要建立基础设施和供应链,以便批量生产构成这些涡轮机系统的大型部件。尽管目前正在进行数十亿美元的资本投资,但近年来,风力涡轮机开发商和制造商之间的竞争加剧了升级,导致了对更大平台的猜测。
图 37 显示了按制造商分列的海上风力涡轮机运营项目的市场份额,图 38 显示了已公布项目的市场份额。数据表明,至少 46.2% 的海上风电运营能力来自西门子 Gamesa Renewable Energy (SGRE)。维斯塔斯风力涡轮机占运营市场的 14.0%,紧随其后的是明阳(10.1%)、金风科技(6.6%)和 Envision Energy(5.6%)。