【能源人都在看，点击右上角加'关注'】导读 本文译自《DECARBonISING MARITIME OPERATIONS IN NORTH SEA OFFSHORE WIND O&M》，该文在统计数据的基础上，运用了科学巧妙的分析方法，对北海海上风电场与运维船未来发展进行了预测评估。
特翻译整理成文，以飨读者。
点击阅读原文下载报告原文PDF，或关注CWEA公众号，后台回复“12月报告”网盘下载：https://www.gov.uk/government/publications/decarbonising-offshore-wind-operations-and-maintenance-roadmap海上风电未来发展预测1概述英国是全球海上风电领导者，拥有超过10GW的海上风电场，包括2300多台海上风机，装机规模将在2030年达到40GW。
其大部分产能部署在东海岸、爱尔兰海和英吉利海峡。
苏格兰大约有1GW的装机容量，并已开发运行浮式风电。
德国拥有欧洲仅次于英国的第二大海上风电市场，并且在陆上风电方面有着悠久的历史，近十年来开始开发海上风电。
目前装机容量约为7.5GW，并有望在2030年达到20GW。
法国尚没有开始运行的海上风电场，但已制定了到2030年达到7.4GW的目标。
比利时政府目标是在2030年之前安装4GW的海上风电场，这是继比利时北海6个海上风力发电场之后的又一个目标。
丹麦目前安装了类似于比利时的海上风力发电设备，但计划在2027年至2030年期间增加部署7.2GW的海上风电场。
挪威已开放了两个区域用于海上风电开发(4.5GW)。
荷兰至少27%的能源消费来自可再生能源，而海上风电将发挥关键作用，到2030年达到11GW的装机容量。
2预估分析各国家能源目标、脱碳政策、许可法规和能源成本是决定产能加速规模的关键因素。
海上风电开发并网的前置时间约为7年，因此预计将在2028年落地的新项目相对明确。
北海周边国家风力资源的巨大潜力和海上风力设备的快速增长，将导致未来10年对安装和运维船舶的需求增加。
考虑到此观点，并基于英国国家可再生能源推进中心的全球预测，提出以下两个评估模型：分别为保守模型和乐观模型。
这两个模型都表明，至2025年项目规划已在进行中，发展情况相同。
保守模型预计到2025年后开发64个新的风电场，而乐观模型从未来规划需求出发，预测2025年后风电场开发总数达到84个。
图1显示了截至2030年这两种情况按国家和年份分列的累积情景。
表1 北海周边国家累积能力的保守模型和乐观模型图1 北海各国海上风电部署容量保守模型(纯色)和乐观模型(阴影)目前北海周边国家的累计装机容量为24.8GW，预计到2030年将达到86.4GW至101GW。
大多数风电场位于浅水区(水深图2 运营和未来的英国风电场北海地区距离海岸较远的地方风力资源潜力较大，因此目前在建的风电场预计将持续到2030年，平均距离在40公里以上。
图3表示了上述风电场到海岸的距离累积量。
图3 风电场到海岸的距离累积量(公里)保守模型(纯色)和乐观模型(阴影)运维船未来发展预测1概述对海上风电场的发展预测表明，建设和计划的运维活动将会增加，因此未来几十年对相关船舶的需求也会增加。
风电场服务船，主要是SOV和CTV，在建造和运维阶段为海上风电服务。
SOV（海上风电运维船）是一种可用于海上风电场运维的大型船舶，可在风电场连续作业数周时间，可容纳人员和设备，通常部署在远海风电场。
CTV（船员转运船）是用于在海岸和风电场之间转移船员和少量货物的小型船只。
大型SOV船对于离岸较近的海上风电场，超过90%的船只是用于运送运维人员的CTV。
随着风电场规模的扩大和场地离岸越来越远，SOV在海上风电运维中将越来越普遍。
由于SOV的体积更大，居住和储存能力更强，在恶劣天气条件下的性能更好。
同时，SOV续航力更大，在返回港口加油补给之前通常能够运行14-21天。
SOV可作为“母船”，CTV可作为“子船”，可将人员在风电场周围快速输运，进行不同等级的运维工作。
评估模型假设，船只数量、风机数量、港口到风电场距离以及风机间距离有很强的相关性。
规定港口和风电场之间的航行时间是很重要的，特别是在当CTV是按日收费的情况下。
考虑到恶劣的天气条件会增加晕船的可能性，因此在此分析中，从港口到风电场按2小时考虑，这也被认为是CTV的航行上限时间。
对于较长的离岸距离，建议使用海上运维住宿基地，通常是SOV。
对于50公里以下的离岸距离，不使用SOV；对于50公里以上离岸距离，每700MW租用1艘SOV。
SOV大部分时间都在风电场作业。
据推测，对于离岸130公里的拥有100台风机的风电场，SOV将有一半多的时间在航行，其余的时间用于运维作业。
130公里比本文模拟的平均数高，因此，这种假设是偏于保守的。
图4 海上风电服务运营船年度使用量CTV的年使用率与船舶供应、合约类型、环境海况、天气状况密切相关。
根据历史数据及中型CTV的使用水平及规模的市场趋势，中型CTV每年平均有3700小时的运维时间。
更大的船舶通常具有更强的抗恶劣天气能力，因此CTV的可用性与船舶长度成正比。
同时可认为，随着离岸距离的增加，天气条件通常会变得更加恶劣。
2运维船舶参考相关运维经验，运维船舶每个航次按修理4台风机考虑。
对于海上风机，每台每年按1次预防性修理、20次故障维修考虑。
以上假设与Carroll研究团队以及英国国家可再生能源推进中心团队的研究结果一致。
此外，COMPASS工具由英国国家可再生能源推进中心独立开发，能够显示每艘船在海上风电场的作业时间、航渡时间以及闲置时间。
在建模中，假设两种船舶类型使用的燃料都是船用燃油，并考虑了船舶在航渡或闲置期间的不同燃料消耗。
采用从海上风电场到海岸投影的距离，估算每年从母港到海上风电场的航渡总时间。
采用上述假设方法，根据海上风电场到海岸的距离和风发场容量，估计到2030年风机和运维船的数量。
然后再乘以每次航渡(母港到海上风电场)和每次维修所需的年时间，估计得出每年运维船舶的总使用时间，进而估算船用燃油总消耗以及运维船舶碳排放总量。
表2 运维船舶模型假设3脱碳方案在脱碳方案方面，提出混合动力推进船舶、氢燃料替代燃油两种方案，并进行仿真建模。
同时，未来可在条件允许的情况下，对现有运维船舶进行改造。
根据当前行业对脱碳战略的高要求，预计上述脱碳方案将在未来10年推广普及。
建模评估通过多种情况组合，估算到2030年的运维船作业时间、平均燃料消耗和相应的二氧化碳排放量(表3)。
表3 运维船舶脱碳方案组合氢燃料CTV4技术应用模型在未来10年，通过电池技术不断升级，以及混合燃料(如甲醇与柴油混合，碳减排70%)、清洁燃料(如氢燃料，100%清洁)等的应用，绿色船舶将有望得到更广泛的应用。
根据方案不同的成熟度，形成三种技术应用模型，预估至2030年各种技术将占领的市场份额(图5)。
当前，许多业内人士认为充电船舶是一个具备市场潜力的技术方案。
然而，由于当前电池技术发展水平和海上充电基础设施有限，电力驱动推进在续航力方面存在不足，仅适用于航程较短的CTV。
与此相比，新型燃料将可能是一个更具实现性的技术方案。
值得注意的是，CTV运营商同时对电力驱动和氢燃料两个不同概念进行研究开发，而SOV通常采用动力混合系统设计。
图5 三种技术应用模型的市场份额对比5燃料价格模型燃油价格模型基于BEIS、BNEF和英国国家可再生能源推进中心的内部分析的现有报告的预测(图6)。
总的来说，分析产生了18种情况组合，帮助估计到2030年SOV和CTV的碳排放以及其燃料成本。
燃料价格考虑了推进效率，但考虑到燃料储存和运输的不确定性和复杂性，没有计算相关费用。
为了在前提条件相同的基础上比较船用燃油和替代燃料，分析计算了船用燃油出厂价格和氢气出厂价格。
船舶运营商为船用燃油支付的价格大约比出厂价格高出60-80%。
了解船舶运营商在替代燃料生产地点和船舶装载点之间支付的溢价，将是了解替代燃料竞争力的重要考虑因素。
图6 船用燃油和氢燃料价格对比结语分析结果显示，在保守模型中，到2025年将需要249艘风电运维船为166个海上风电场服务。
在基本需求情况下，到2030年将需要389艘风电运维船在北海218个海上风电场进行运维工作。
其中，在船舶需求总量上，CTV约占比75%，SOV约占比25%。
在乐观模型中，风电运维船总需求将达455艘，其中CTV占比约69%，SOV占比约31%。
在上述两个模型中，SOV数量相对较少的原因是，预计大多数海上风电场(约64%)将位于海岸附近，距离低于50公里，通常不需要SOV。
在乐观模型中，相对保守模型多出的风电场位于距海岸平均70公里处，更适合SOV进行运维作业。
按照设想，到2025年，95%的船舶将继续使用传统燃料；然而到2030年，这一比例将有所下降。
在保守模型中，到2025年有约25%风电运维船采用清洁燃料；到2030年，这一指标将达到近50%。
在乐观模型中，到2025年约33%的风电运维船使用绿色船舶技术，到2030年这一比例将上升到90%。
图7 保守模型和乐观模型未来SOV和CTV数量预测考虑到适度的燃料价格预测，对碳排放的估计表明，正如预期的那样，在乐观模型中，2020年至2030年之间可以实现最高的碳节约。
与所有运维船继续使用船用燃油的基准情况相比，到2030年，碳排放量可减少1.2 MtCO2e(图8)。
另一方面，与基准情况相比，基准情况下的碳节约率最低，未来10年仅为0.71MtCO2e，到2030年减少0.3MtCO2e 。
图8 2030年碳排放情景与船用燃油基准的比较除了环境方面，燃料成本是脱碳战略的关键考虑因素。
氢燃料的价格目前是船用燃油价格的两倍多，但全球能源产业都对氢燃料保持强烈的兴趣，许多国家围绕氢燃料构建其碳中和战略。
通过提高效率、克服技术瓶颈、扩大规模等手段，能够快速降低成本。
据估计，到2030年，氢燃料的价格可与船用燃油相当。
值得一提的是，在船用燃油与氢燃料价格相当情况下，氢燃料看起来更有利。
在这种情况下，不需要任何碳交易价格，将使氢燃料成为更具竞争力的能源。
然而，与船用燃油相比，存储成本是决定氢燃料是否具有竞争力的另一个因素。
在乐观模型中，40%的运维船可使用氢燃料，与船用燃油相比，额外的存储成本预计超过9000万英镑(表4)。
这意味着，要吸引运维船舶运营商选择氢燃料，大约需要25英镑每吨的碳交易价格。
表4 2020年到2030年的燃料排放节省和燃料成本CWEA 免责声明：以上内容转载自风能专委会CWEA，所发内容不代表本平台立场。
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