2021年8月30日，美國(guó)能源部（DOE）發(fā)布3份報(bào)告：《陸基風(fēng)電市場(chǎng)報(bào)告（2021）》（Land-based Wind Market Report: 2021 Edition）、《海上風(fēng)能市場(chǎng)報(bào)告（2021）》（Offshore Wind Market Report: 2021 Edition）以及《分布式風(fēng)能市場(chǎng)報(bào)告（2021）》（Distributed Wind Market Report: 2021 Edition）。報(bào)告顯示，2020年，美國(guó)風(fēng)能裝機(jī)容量超過(guò)任何其他能源，占美國(guó)新增產(chǎn)能的42%。美國(guó)陸上風(fēng)能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄增長(zhǎng)，海上風(fēng)電項(xiàng)目管道大幅擴(kuò)建，風(fēng)能發(fā)電成本持續(xù)下降，為美國(guó)政府加快可再生能源部署，到2035年實(shí)現(xiàn)100%清潔電力的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。DOE部長(zhǎng)稱，美國(guó)將加倍努力，在全美部署更多風(fēng)能設(shè)施，并將尋求技術(shù)革新，使得風(fēng)能成本更低。本文對(duì)3份報(bào)告的核心內(nèi)容予以簡(jiǎn)要介紹。

 

1 《陸基風(fēng)電市場(chǎng)報(bào)告》

 

由美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室編制的2021年版《陸基風(fēng)電市場(chǎng)報(bào)告》稱，2020年，美國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的16836兆瓦，累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到121955兆瓦。在全球范圍內(nèi)，美國(guó)在2020年的年度和累計(jì)風(fēng)電容量增加方面排名第二。但是，就風(fēng)能占總發(fā)電量的比例而言，美國(guó)的排名低于許多其他國(guó)家。風(fēng)力發(fā)電設(shè)施數(shù)年來(lái)首次超過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，投資額達(dá)246億美元。報(bào)告的其他結(jié)論包括：

 

（1）風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目在美國(guó)的地理分布除東南部外，其他各州范圍很廣。風(fēng)能在16個(gè)州提供了超過(guò)10%的州內(nèi)總發(fā)電量。德克薩斯州在2020年裝機(jī)容量最多。最值得關(guān)注的是，風(fēng)力發(fā)電提供了愛(ài)荷華州57%的州內(nèi)發(fā)電量，而堪薩斯州、俄克拉荷馬州、南達(dá)科他州和北達(dá)科他州的風(fēng)能發(fā)電量超過(guò)30%。

 

（2）在美國(guó)，將風(fēng)能與儲(chǔ)能和其他資源結(jié)合起來(lái)的混合發(fā)電廠數(shù)量不多，但正在不斷增加。到2020年底，將有38座混合風(fēng)力發(fā)電廠投入運(yùn)行，包括2.3 GW的風(fēng)力發(fā)電和0.9 GW的集中產(chǎn)能（co-located resources）。最常見(jiàn)的風(fēng)力混合項(xiàng)目是風(fēng)力+儲(chǔ)能；其他組合包括風(fēng)力+光伏、風(fēng)力+光伏+儲(chǔ)能、風(fēng)力+化石能。

 

（3）2020年，在25個(gè)州安裝了新的公用事業(yè)規(guī)模的陸基風(fēng)力渦輪機(jī)。德克薩斯州裝機(jī)容量最多，為4137兆瓦。其他主要州包括愛(ài)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(guò)1000兆瓦的發(fā)電能力。

 

（4）渦輪容量、轉(zhuǎn)子直徑和輪轂高度都在長(zhǎng)期內(nèi)顯著增加。渦輪尺寸保持上升軌跡，最初為低風(fēng)速設(shè)計(jì)的渦輪機(jī)主導(dǎo)了市場(chǎng)。2020年，風(fēng)力渦輪機(jī)被部署在風(fēng)速較低的地點(diǎn)，比之前7年的風(fēng)速要低。風(fēng)力渦輪機(jī)的規(guī)模和功率繼續(xù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致以更低的成本生產(chǎn)更多的能源。2019年，新安裝的風(fēng)力渦輪機(jī)的平均裝機(jī)容量同比增長(zhǎng)8%，達(dá)到2.75兆瓦。

 

（5）在近年來(lái)建成的風(fēng)電項(xiàng)目中，2020年的平均產(chǎn)能系數(shù)超過(guò)了40%。中部地區(qū)的容量因子最高，這在一定程度上反映了風(fēng)力資源的強(qiáng)度，渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)特性會(huì)影響性能，隨著比功率的下降，容量系數(shù)會(huì)有相當(dāng)大的增加。

 

（6）風(fēng)力渦輪機(jī)價(jià)格從10年前的1800美元/千瓦急劇下降至現(xiàn)在的750~850美元/千瓦。較低的渦輪機(jī)價(jià)格推動(dòng)了總安裝項(xiàng)目成本的降低；2020年平均約1460美元/千瓦。美國(guó)所有地區(qū)都存在降低安裝項(xiàng)目成本的總體趨勢(shì)。

 

（7）風(fēng)電購(gòu)買協(xié)議（PPA）價(jià)格保持低位，PPA平均價(jià)格自2009年以來(lái)急劇下降；中部地區(qū)的電價(jià)低于20美元/兆瓦時(shí)，但近年來(lái)一直持平或上漲。在某些情況下，最近的風(fēng)電購(gòu)買協(xié)議的定價(jià)在15%左右。風(fēng)力發(fā)電的均等化成本（LCOE）普遍下降，2020年安裝的項(xiàng)目的全國(guó)平均成本為33美元/MWh。2020年安裝的風(fēng)能對(duì)健康和氣候的益處為76美元/MWh，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于風(fēng)能成本。風(fēng)能在健康和氣候方面的益處使其電網(wǎng)系統(tǒng)的價(jià)值相形見(jiàn)絀，而這三者的結(jié)合也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了風(fēng)力發(fā)電的同等成本。

 

（8）盡管最近風(fēng)能PPA價(jià)格很低，但風(fēng)能面臨來(lái)自太陽(yáng)能和天然氣的競(jìng)爭(zhēng)，最近的風(fēng)能價(jià)格與天然氣電廠未來(lái)燃料的預(yù)期成本相比具有競(jìng)爭(zhēng)力。將風(fēng)能整合到電力系統(tǒng)中是可控的，但并不是沒(méi)有額外的成本，風(fēng)力發(fā)電作為一種由天氣驅(qū)動(dòng)的資源，影響著電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行。作為一種依賴位置的資源，風(fēng)力發(fā)電通常需要或受益于新的傳輸源。

 

（9）獨(dú)立分析師預(yù)計(jì)，由于稅收優(yōu)惠，2021年風(fēng)能將大幅增加，但在2022—2023年可能出現(xiàn)短期低迷。

 

2 《海上風(fēng)能市場(chǎng)報(bào)告》

 

美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室編制的2021年版《海上風(fēng)能市場(chǎng)報(bào)告》顯示，美國(guó)海上風(fēng)能項(xiàng)目總產(chǎn)能達(dá)到35324兆瓦，比上年增長(zhǎng)24%。報(bào)告的其他要點(diǎn)包括：

 

（1）美國(guó)海上風(fēng)能市場(chǎng)方面：①海洋管理局（BOEM）在紐約灣新建了5個(gè)風(fēng)能區(qū)，總裝機(jī)容量為9800兆瓦，占美國(guó)2020—2021年管道增長(zhǎng)的大部分。②羅得島海岸外的布洛克島風(fēng)電場(chǎng)（30兆瓦）和弗吉尼亞海岸海上風(fēng)電場(chǎng)（12兆瓦）是美國(guó)海岸外運(yùn)營(yíng)的前兩個(gè)項(xiàng)目。馬薩諸塞州的葡萄園風(fēng)一號(hào)成為美國(guó)第一個(gè)獲批的商業(yè)規(guī)模海上風(fēng)能項(xiàng)目。③馬薩諸塞州、北卡羅來(lái)納州和弗吉尼亞州在2020年和2021年初都增加了海上風(fēng)電采購(gòu)目標(biāo)。州目標(biāo)總量增加了15600 MW，從2035年的約24000 MW增長(zhǎng)到2040 年的近40000 MW。④美國(guó)政府宣布了到2030年全美海上風(fēng)能發(fā)電30吉瓦（GW）的目標(biāo)，各州繼續(xù)通過(guò)自己的海上風(fēng)能采購(gòu)政令，這是美國(guó)首個(gè)國(guó)家海上風(fēng)能目標(biāo)。除了國(guó)家層面的目標(biāo)，各州的目標(biāo)是到2040年至少獲得39298兆瓦的海上風(fēng)力發(fā)電能力。

 

（2）全球海上風(fēng)能市場(chǎng)方面：2020年，全球海上風(fēng)能產(chǎn)業(yè)裝機(jī)容量為5519兆瓦。全球發(fā)電量的增長(zhǎng)可以歸因于在中國(guó)市場(chǎng)新部署的2174兆瓦，緊隨其后的是荷蘭的1503兆瓦、英國(guó)的714兆瓦、比利時(shí)的706兆瓦、德國(guó)的315 MW和世界其他地區(qū)的107 MW。到2020年底，全球累計(jì)海上風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)至32906兆瓦。預(yù)測(cè)顯示，2021年及以后，全球產(chǎn)能每年將加速增加，目前在建項(xiàng)目為23415兆瓦。截至2020年12月31日，全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到307815兆瓦。

 

（3）海上風(fēng)能技術(shù)方面：①3家領(lǐng)先的風(fēng)力渦輪機(jī)制造商已經(jīng)宣布將開(kāi)發(fā)12～15兆瓦的大型海上風(fēng)力渦輪機(jī)。預(yù)計(jì)12～15兆瓦的海上風(fēng)力渦輪機(jī)目前正在全面開(kāi)發(fā)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(gòu)買這些產(chǎn)能級(jí)別的風(fēng)力渦輪機(jī)。美國(guó)的訂單表明，目前正在進(jìn)行的大多數(shù)項(xiàng)目將從這些原始設(shè)備制造商之一獲得風(fēng)力渦輪機(jī)。②亞洲風(fēng)力渦輪機(jī)規(guī)模的歷史性增長(zhǎng)落后于西方市場(chǎng)，同時(shí)亞洲項(xiàng)目的資本成本也較低。原型開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)表明，新的亞洲原型風(fēng)力渦輪機(jī)的容量比西方的同類產(chǎn)品低25%左右，但在兩個(gè)市場(chǎng)的升級(jí)換代速度大致相同。

 

（4）海上風(fēng)能成本和價(jià)格趨勢(shì)方面：在全球范圍內(nèi)，目前固定底部海上風(fēng)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(kāi)始商業(yè)運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目的成本平均降低了16%。2020年開(kāi)始商業(yè)運(yùn)營(yíng)的風(fēng)電項(xiàng)目的LCOE在78～125美元/MWh之間。2014年至2020年，海上風(fēng)電LCOE下降了28%～51%。專家預(yù)測(cè)，到2030年，LCOE水平約為56美元/MWh，到2050年進(jìn)一步下降至44美元/MWh至72美元/MWh。浮式海上風(fēng)電LCOE預(yù)計(jì)將從2020年的約160美元/MWh降至2030年的60美元/MWh。這些估計(jì)的成本降低與預(yù)期的項(xiàng)目部署變化有關(guān)，包括預(yù)計(jì)從2023年多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)示范項(xiàng)目上線到中試項(xiàng)目完成直至2023年后全規(guī)模工程的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

 

3 《分布式風(fēng)能市場(chǎng)報(bào)告》

 

由美國(guó)能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室編寫的2021年版《分布式風(fēng)能市場(chǎng)報(bào)告》指出：

 

（1）11個(gè)州在2020年新增了14.7兆瓦的分布式風(fēng)力發(fā)電能力，相當(dāng)于1493臺(tái)渦輪機(jī)和4100萬(wàn)美元的投資。

 

（2）美國(guó)累計(jì)分布式風(fēng)電裝機(jī)容量目前為1055兆瓦，主要來(lái)自所有50個(gè)州、波多黎各、美屬維爾京群島和關(guān)島的87000多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。

 

（3）愛(ài)荷華州和明尼蘇達(dá)州2020年的裝機(jī)容量增長(zhǎng)之和占2020年分布式風(fēng)電裝機(jī)容量的95%。

 

（4）小型風(fēng)電設(shè)施改造成為持續(xù)增長(zhǎng)的小型風(fēng)電項(xiàng)目的重要補(bǔ)充。改造是在現(xiàn)有的塔筒和基礎(chǔ)設(shè)施上安裝新的渦輪機(jī)，以取代失效的渦輪機(jī)或進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。2020年，小型風(fēng)電裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量的80%，2019年為36%。

 

（5）2020年，農(nóng)業(yè)和住宅用戶占分布式風(fēng)電項(xiàng)目安裝量的最大比例（分別為36%和24%），但公用事業(yè)和工業(yè)用戶在分布式風(fēng)電裝機(jī)容量中所占份額最大（分別為58%和37%）。