重磅报告|美国海上风电市场评估
导读
美国海上风电虽处于发展的初级阶段，但其规划和发展动力强劲，潜力巨大、前景良好。美国能源部（DOE）发布的《海上风电报告：2021》对美国海上风电进行了详细的总结介绍，特对其进行翻译整理、编辑成文，以飨读者。
美国海上风电产业概述
2020年，美国海上风电规划总量达35324MW，相比于2019年的28521MW，增长约24%。2020年美国大选后，拜登政府制定了到2030年将新增30GW的国家海上风电部署目标。该目标与新的30%投资税收抵免相结合，将提升行业信心，促进国内制造和供应链能力、船舶和港口建设，刺激基础设施投资。美国海洋能源管理局为支持这一计划，到2025年底，将审批通过16个海上风电项目，其中大多数项目目前已提交了施工运营计划。美国海洋能源管理局将与美国能源部、美国商务部和行业利益相关者密切合作，公平解决海域使用与环保等突出问题。
美国各州的政策将成为推动海上风电发展的主要因素。2020年，有3个州大幅加大了在海上风电上的政策扶持力度。2020年4月，弗吉尼亚州州长诺瑟姆签署《Virginia Clean Economy Act》，预计2034年该州风电装机容量将达5200MW。2021年3月，马萨诸塞州长贝克批准《An Act Creating a Next Generation Roadmap for Massachusetts Climate Policy》，预计2035年该州的海上风电装机容量将达到5600MW。2021年6月，北卡罗来纳州州长罗伊·库珀发布了第218号行政命令，该命令制定了北卡罗来纳州到2030年达到2800MW和到2040年达到8000MW的海上风电装机容量目标。其余8州也在2020或2021年相继调整,从2019年制定的2035年海上风电装机容量达到23698MW提升到了2040年达到39298MW。
2020年，一个12MW的海上风电示范项目（CVOW），在弗吉尼亚沿海安装。CVOW项目标志着美国联邦水域首次租约投运，项目通过了由美国海洋能源管理局主导的全部联邦监管流程。该试点项目已在弗吉尼亚州彭德尔顿营地附近的伯德内克变电站接入电网，2020年10月开始运营，2021年1月全面投产。
作为美国首个完全获批的规模化商业项目，在经过3年审查后，Vineyard Wind 1项目于2021年5月10日获得最终许可。该项目使用GE的13MW Haliade-X风机，2021年启动陆上建设，并在2024年完全并网并投入运营。
监管机构和相关从业者也在Vineyard Wind 1审批过程中获得了一些简化评审流程的经验。2021年1月14日，纽约州能源研究与发展局通过了Equinor与BP联合团队的两个项目申请：Empire Wind 2和Beacon Wind。Empire Wind 2（1260MW）位于纽约，预计将于2026年开始商业运营。Beacon Wind（1230MW）位于马萨诸塞州，计划于2028年开始商业运营。
伴随着美国项目规划的增长，各州和电网运营商越来越关注规模化海上风电项目。2020年11月，大西洋中部地区电网运营商PJM代表新泽西州公用事业委员会发起了一项120天的招标活动，邀请合格开发商提交有助于向现有电网输送电力的潜在输电解决方案。在竞争性招标中，该委员会要求使用一种名为State Agreement Approach的新输电方案，将该州7500MW海上风电公共政策调度目标纳入PJM的区域输电规划中。其他州目前也正在综合考虑海上风电的输电方案。
随着行业内一些项目即将进入建设阶段，人们越来越关注在基础设施和供应链上的投资。例如：
2020年，新泽西州经济发展局宣布将建造美国第一个海上风电母港。
2020年，宣布建造了2艘美国籍的海上风电安装船和运维船。
在供应链方面，Restand和EvurouCE宣布将投资2400万美元用于罗得岛州普罗维登斯港的基础设施建设，是美国海上风电供应链体系中的首个一级项目。
2021年1月，Welcon和Marmen宣布与Equinor和NYSERD合作，在奥尔巴尼港投资一座塔筒和过渡段制造厂。
随着大西洋沿岸第一波海上风电建设浪潮的兴起，海上风电行业可能会增加对港口基础设施、船舶和制造业的投资。
美国海上风电市场潜力和项目评估
1美国海上风电市场
截至2021年5月31日，NREL估计美国海上风电总量为35324MW，其中包含当前已安装项目、已批准项目、批准过程中的项目、获得地权审核的项目和待租赁区域。表1按运营状态把美国风电市场分为7类。
表1 美国风电市场分类
2020年美国电网的最大变化是纽约将原有的四个风力发电区改造成五个新的风力发电区，使电网潜在容量达到9801MW。图1比较了2019年和2020年的计划容量（项目管道）分布，2020年总的计划容量增至35324MW。
图1 2019年和2020年美国海上风电电网分布
图2、图3显示了美国海上风电规划情况。海上风电项目包括2个运营项目（42MW），1个完全批准的项目（Vineyard Wind 1800MW），15个通过审批或获得了电力承购合同或具有获得电力承购合同资格的项目（10779MW），16个开发商通过地权审核项目（潜在总量为11652MW）和7个地权审核项目（潜在规划总量为12051MW）。
图2 美国海上风电规划按项目状态分类
图3 美国海上风电规划按州分类
在表2及图4、图5和图6中分别作为单独的项目或项目计划分项列出美国近海风电电网35324MW发电量的构成。注：图4、图5和图6分别对应东大西洋海岸(和大湖区)、加利福尼亚海岸和夏威夷。表2中的第一列对应图4、图5、图6中的数字。
图4 美国大西洋海岸海上风电规划和潜在开发区域（Call Area）
图5 美国西海岸海上风电潜在开发区域（Call Area）的位置
图6 夏威夷海上风电潜在开发区域（Call Area）
总的来说，美国有39个区域有重要的海上风电开发活动。包括3个在国家领海的项目，包括罗德岛经营的Block Island Wind Farm、缅因州新英格兰的Aqua Ventus I项目以及位于克利夫兰北部的伊利湖能源开发公司Icebreaker项目。
点击播放：美国第二个海上风电项目安装视频
表2 美国海上风电预计装机管道容量汇总表（Offshore Wind Pipeline）
表中：N/A=不适用；OCS=外大陆架；OREC=海上可再生能源证书：PPA=购电协议；Rod=决策记录；SAP=现场评估计划；TBD=待定
（N/A = not applicable; OCS = Outer Continental Shelf; OREC = offshore renewable energy certificate; PPA = power purchase agreement; ROD = Record of Decision; SAP = site assessment plan; and TBD = to be determined）
22030年美国海上风电市场预测
图7中黑色十字架为2030年美国国家海上风电装机目标（30GW），与两家独立预测机构彭博新能源财经（BNEF）以及4C Offshore对2030年美国海上风电发展的预测的差异。该图表说明了预期市场增长的程度以及与未来项目的年份、规模和位置相关的可能变化。
图7 包含国家目标在内的2030年美国海上风电预测
图7显示了两家机构BNEF（2020a）和4C Offshore（2021）的预测情况，根据双方估计，到2030年美国海上风电市场累计将分别达到22.8GW和28.8GW。另外考虑到过去几年两家预测机构对美国海上风电规模预测的估值每年都在增加，美国市场有可能在2030年达到30GW。然而，建设的规模和速度取决于美国海洋能源管理局多个项目并行的能力、安装船舶和港口基础设施的可用性、陆上及海上电网规划和升级以及不断变化的市场需求。
两家机构预计，到2030年，大部分未来的海上风电部署将发生在东海岸各州，这些州目前已有或计划进行海上风电采购目标。只有4C Offshore预测包含了商业规模漂浮式海上风电项目，主要部署在加州和缅因州。稍显保守的是，这些预测并没有明确包括建立新的海上风电租赁区域，而这对于支持现有的美国海上风电国家采购目标可能是必要的。
3监管审查活动
美国在2020年和2021年初进行了监管审查。美国海洋能源管理局收到了13份施工和运营计划并进行审查，发布了一份决策记录(Vineyard Wind 1),，在纽约湾划分了五个海上风电潜在区域，BOEM还将未经请求的租赁申请从其租赁审查流程中删除了(BOEM 2021c)。
获得租赁区域后，美国联邦政府批准还需要有几个主要步骤。BOEM首先审核并签发场地评估许可证。完成这些活动后，BOEM在项目COP批准后审查并颁发许可证。表3按照租赁发布的顺序，描述了各租赁区项目的当前联邦许可状态。
表3 美国联邦离岸许可状态摘要
4租赁活动
在美国建设海上风电项目需要获得开发租赁区域的专营权。虽然2020年没有新的租赁拍卖，但在2021年初，纽约湾的五个新的海上风电规划区域代表了9802MW的潜在新租赁区域容量。表4描述了最近建立的New York Bight海上风电规划区域。
表4 纽约湾风电区（WEA）特征
图8 纽约湾风电区
表：美国潜在海上风电开发区域（Call Area）汇总
2016年，BOEM在南卡联邦水域和夏威夷岛发布了6个潜在海上风电开发区域，2019年加州海域划出了3个潜在开发区域，2021年5月宣布其中Morro Bay区域扩展到399平方英里且与军事训练冲突已大大减轻(The White House 2021d)。截止2021年7月，总共有9个潜在海上风电开发区域。（参考图4、5、6黄色区块）
美国海上风电项目承购
1项目承购协议
除了获得项目用海权和监管批准外，出售电力和其他清洁能源的协议谈判也是项目的关键步骤之一。在美国，每个州拥有独立的采购目标权，并可采用不同的方法从开发商处采购单项目的发电量。截至2021年5月31日，12个美国项目已签署17份承购协议，3个项目正在与公用事业公司谈判条款，如表5所示。图9显示了2010年至2040年间美国各州的采购目标。
表5 截至2021年5月31日的美国海上风电承购协议
注：一个项目可能签署多个承购协议。如Vineyard Wind 1签署了2个PPA购电协议，而Revolution Wind项目与2个不同的州签署了3个PPA。
图9 美国各州海上风电采购目标和时间线（RFP，request for proposals 提案建议数量）
2各州采购政策
随着各州海上风电采购项目和政策数量的不断增加，美国海上风电市场持续发展（图9）。以目前现状来看，截止2040年底可实现至少39298MW海上风电装机容量。弗吉尼亚州、马萨诸塞州和北卡罗来纳州在2020年和2021年上半年先后发布采购政策并制定建设目标：《弗吉尼亚州清洁能源经济法案》制定了到2034年达到5200MW海上风电装机容量目标，马萨诸塞州制定了到2035年实现5600MW海上风电装机容量目标，北卡罗来纳州州长罗伊·库珀颁布的第218号行政命令制定了到2030年实现2800MW海上风电装机容量和到2040年实现8000MW海上风电装机容量目标。
表6显示了各州已实施海上风电相关政策的情况。在建设选址上，各州不限定在本州水域，而是综合考虑海上风电项目的预期价值、最有利解决电力购买协议等要素后确定选址。
表6 截至2021年5月31日美国各州海上风电政策和活动情况
美国基础设施发展趋势
1船舶和物流
美国《琼斯法案》要求在美国境内运送商品和乘客的船只必须由美国建造或在美注册及由美国公民或居民拥有。该法案是美国海上风电市场的一个特色法案，指导海上风电建设和物流。目前，尚没有符合《琼斯法案》的风电安装船（Jones-Act-compliant WTIV）。塔夫斯大学分析估计，在2030年之前，美国的风电安装船需求量高达每年5艘。为了避免供应链瓶颈，开发商必须委托建造新的美国籍的风电安装船或制定符合《琼斯法案》的安装策略。
首艘符合《琼斯法案》的风电安装船已于2020年开始建设。即使有符合《琼斯法案》的新建风电安装船可用，海上风电部署第一阶段的许多项目仍将依赖外国籍的安装船。为了满足大型风机机组和项目发展，还需要加大对风电安装船的投资力度。2020年6月，2nd Wind Marine和MiNO Marine LLC宣布，计划建造两艘符合《琼斯法案》的风电安装船。航速约为10节，每艘建造成本预计超过1.5亿美元。设计合理、功能全面的风电安装船可延长现场作业时间和减少组件运输时间，实现缩短安装时间并降低总成本。
据调查，与所购船舶的较高适用性及更低的船舶建造成本相比，购买人员运输船（CTV）、风电运维船（SOV）及电缆铺设船的难度并非很困难。但是短期内，现有船舶可能会被改建成符合《琼斯法案》的人员运输船和风电运维船。而勘探船、基础安装船和电缆敷设船相对更容易地建造。表7列出了2020年可用于海上风电行业的美国籍风电施工船舶。
表7 支持海上风电行业的美国籍船舶
关于《琼斯法案》条款如何适用于海上风电开发，以下是具体案例。
2021年国防授权法案第9503条规定，《琼斯法案》适用于固定式海上风电开发及系泊系缆绳。
2020年8月，美国海关和边境保护局联合声明，允许非美国籍海缆敷设船在海底铺设或拆除电缆，但回收的电缆不得在美国港口卸货。该声明还指出，通过高压射流埋设海缆，形成高压水海缆沟不符合埋设要求但是符合《琼斯法案》。
2021年3月，美国海关和边境保护局再次联合声明，规定非美国籍船只如何在特定条件下从美国港口运输首层冲刷防护材料。
鉴于《琼斯法案》复杂且不断变化的解释，美国海关和边境保护局建议寻求官方裁决或法律指导。
参考：
有关《琼斯法案》新裁决：外国船只可参与美国漂浮式海上风电项目建设
2港口投资
即使有足够的船只来支持美国海上风电规划，港口基础设施的建设规划也可能成为另一个重大瓶颈。随着风机机组及项目规模的不断扩大，将严重影响港口基础设施的建设规划。海上风电项目大型化使得现有基础设施受到极大挑战，如起重机起重和吊高能力、大型船舶码头停靠需求等。经不完全统计估算，仅大西洋海岸就需要大约5个中转港来满足首个10GW海上风能项目的需求。此外，目前美国没有港口能够支持商业化规模的浮式风电项目，浮式风电依然将面临诸多挑战。
美联邦机构和开发商正加大投资港口基础设施来满足海上风电部署和大规模商业项目的需求，筹划可提供全方位服务的港口。为迎接第一轮项目，相关港口已经开始进行扩建升级。表8总结了近年来主要基础设施投资。
表8 支持海上风电的港口基础设施投资
2020年，新泽西州经济发展局宣布，计划2021年将在德拉瓦河建设美国第一个专门的海上风电码头。该港口预计耗资3~4亿美元。第一阶段将开发一个30英亩的装运场地和一个25英亩的制造场地，第二阶段再增加150英亩用于进一步的装运和制造作业。此外，康涅狄格州与Gateway Terminal、φrsted和Eversource达成了一项价值1.57亿美元的合作协议，将新伦敦市码头开发为海上风电中心。
除了已经公布的港口基础设施投资外，美政府还宣布了几项港口投资计划。具体来说，美国交通部海事管理局通过港口基础设施发展项目宣布2.3亿美元可用于港口升级，包括海上风力发电相关的工作。美国就业计划提案要求在沿海港口、内陆航道、陆上入境港和渡轮上投资170亿美元。提案还包括一项健康港口计划，以减少对邻近地区的污染。除了拟议投资外，能源部贷款项目办公室还宣布了高达30亿美元担保贷款，以支持可再生能源技术创新。
3电网
目前，各海上风电开发商负责逐个项目规划和开发，与陆上电站进行电网连接。一般连接方式采用海上风电场输出电缆直接连接到陆上电站。虽然这对于方式对于早期开发商来说属于最简单、最节约成本的方法，但能实现并网的项目却很少。东部几个州已经启动了规划程序和研究来制定项目互联互通的备选方案。
表9列出了从马萨诸塞州到新泽西州沿海并网点。所有这些并网点均位于沿海水域10英里范围内，最大额定电压至少为115 kV。根据附近发电厂的容量估计所有并网点总容量为28500MW。
表9 马萨诸塞州至新泽西州沿海并网点相关情况
在新泽西州公共事业委员会的推动下，新泽西成为了第一个完全将海上风电并网目标与区域电网运规划相结合的州。新泽西的目标是到2035年近海风电发电达到7500MW，并且已申请通过联邦能源管理委员会第1000号条令建立的竞争性招标程序。
根据纽约电力局的一份报告，通过对欧洲风电电网和美国内风电电网的实际状况的研究，网络传输更能实现海上风电场规模效益。此外,通过对纽约电网的研究，建议该州考虑开发一种网状海上电网,进而满足电场连接及电力使用需求。
新英格兰州电力委员会是一个非营利组织，它代表了新英格兰地区六名州长在电力事务方面的集体观点。2020年10月，该组织建议建立一个全面、长期的输电规划流程，以满足各州的脱碳政策。
加州公用事业委员会和加州个体运营商正在通过重点关注加州潜在的海上风电开发来改善现状，并加强未来的综合资源规划。
2021年3月，联邦能源管理委员会发布了一份征求公众意见的通知，重点一是抓住机遇完善海上风电并网流程，二是将国家政策纳入区域输电组织/个体运营商的输电规划和并网流程，三是量化海上风电集成的计划输电解决方案的潜在效益，四是为海上风电并网建立专门的输电规划流程。
供应链发展情况
截止2030年底，美国政府计划实现30GW装机容量，预计每年投资超过120亿美元，同时提供众多国内就业岗位。实现此目标需要每年安装完成超过260台风电机组，相关情况见表10。由于美国风电产业供应链发展正处于起步阶段，尚无法为国内海上风电产业提供全部所需的风电配套资源。大西洋海岸的海上风电场采用的配套供应产品，如主要组件、安装船和工程设计等，主要依赖国际供应链的供应。当前的引进方式加快了美国海上风电发展进程，另一方面也反映了国内供应链发展的迫切性和重要性。一个成体系的完整的风电供应链将有助于降低项目风险和成本，并能拉动相关区域的经济效益。由于美国尚未明确提出何时开始建立国内供应链体系，因此对于未来的规划项目，某些进度规划存在不确定性，并且部分开发人员仍不得不将目光投向国际配套资源。
近年来，美国在风电供应链建设上作出相关努力，并取得了一些成绩。比如，在2020年已经推进部分核心零部件供应链的工作。2021年4月在保罗斯伯罗港海上风电场开始施工建造的EEW单桩基础是美国迄今为止海上风电场上最大的制造零件。2021年1月，Welcon和Marmen宣布与Equinor和NYSERDA在奥尔巴尼港投资建造塔筒制造厂。2020年5月，西门子Gamesa宣布正考虑在美国建立一家组装14MW风机机组的工厂。最后，在2020年6月，Nexans与签订一份为苏格兰Seagreen 1海上风电场提供3根65km电缆设计制造及安装工作的合同，该项目将在南卡罗莱纳州查尔斯顿进行制造加工。从Nexans的声明可知，目前美国本土设施不仅可以满足国内海上风电规划需求，还可以满足其他各国海上风电零部件的供货需求。
表10 满足海上风电30GW的供应链需求
新冠肺炎疫情影响
2020年，全球性新冠肺炎疫情对全球经济造成冲击，然而对全球海上风电产业造成的影响相对有限。其原因是与其他经济领域被封锁不同，能源供给作为民生的基本服务，多数国家仍旧允许海上风电项目正常推进和运行。此外，部分国家对重点鼓励项目实施了弹性政策，例如，美国延长了于2016年/2017年开始建设连续性安全港项目，随后通过了一项税收减免政策，该计划允许2026年之前开始建设的海上风电项目可享受30%税收减免。因此，与新冠肺炎疫情之前的预测相比，2020年海上风电装机容量没有显著减少。
然而，由于部分前期开发工作（如许可申请和环境调研）存在推迟情况，新冠肺炎疫情对待规划海上风电项目的建设进度计划产生不利影响。例如，沃旭能源宣布的革命风(Revolution Wind)、海洋风(Ocean Wind)、跳箭(skijack)、日出风(Sunrise Wind)等项目因为疫情影响而推迟。
区域发展情况
在2020年和2021年初期间，美国各地区相继开展海上风电相关业务，主要情况如下。
1、北大西洋
缅因州：米尔斯州长宣布将在缅因湾开发美国首个商业化浮式海上风电项目的计划。缅因州新英格兰大学的Aqua Ventus I与Diamond Offshore Wind、RWE renewable合资组建了一家公司，计划于2023年在半潜式漂浮基础上安装1台10-12MW风电机组。
罗德岛州：2021年1月，州长雷蒙多发布了第1号行政命令，目标是到2030年可再生能源发电100%满足本州电力需求。此后，国家电网在2021年发布规模为600MW的海上风电招标项目。
新罕布什尔州：州参议院通过了SB151-FN法案，该法案规划到2028年前该州的公共企业将举办规模达800MW海上风电招标项目。
2、南大西洋
北卡罗来纳州：Avangrid为初期阶段800MW基蒂霍克项目提交了建造开发计划书，生产电力将输送到北卡罗来纳州或邻州，具体地点尚未最终敲定。
3、墨西哥湾
路易斯安那州：爱德华兹州长宣布与海洋能源管理局共同建立一个海上可再生能源政府间工作组的合作计划。墨西哥湾有潜力为该地区提供很大一部分电力，特别是在路易斯安那州西部和德克萨斯州。
4、五大湖
纽约五大湖：纽约公共服务部发布了15-01168号法令，规划在2021年底之前，将在五大湖(伊利湖和安大略湖)完成海上风电的可行性研究。
5、太平洋
加利福尼亚州：为实现海上风电场可靠运行，保障纳税人、就业以及脱碳等社会经济效益，规划于2030年和2045年分步建成海上风电目标。除拟议立法外，加州公共事业委员会寻求多种方法以助力近海风电可行性。2019年以来，开展了浮式海上风电研究，包括详细的风力资源和技术成本评估等工作。同时，Schatz能源研究中心也完成加州北部浮式风电项目可行性的综合分析。
俄勒冈州：2030年前，将在俄勒冈州沿岸的水域建立可用于商业化的3MW海上漂浮风电项目。
环境和渔业研究和监测
风电项目建造施工前后的资源监测将有助于解决数据缺失的问题，并能减少环境和生态不确定性、降低海上风电开发的相关风险。监测工作不仅对项目很重要，且对区域更有借鉴价值。
Responsible Offshore Science Alliance和Regional Wildlife Science Entity等地方性组织解决综合资源监测方法。此外，纽约州和新泽西州等地区已要求开发商通过捐款1万美元/MW来支持野生动物和主要商业鱼类资源的区域监测。通过以上措施来确保海上风电开发对周边环境负责，并带来更具成本效益的项目。
结束语
美国近海风电资源丰富，据测算，其五大海风资源区可开发容量总计高达2058GW。美国海上风电发展尚需诸多外部条件的支持，比如行业持续投资、海上风电国内供应链、税收抵免/碳定价/贷款担保等政策扶持。在技术储备方面，除了GE整机技术及装备有保障外，在海上风电开发经验、安装运维等方面，尚缺乏经验积累，也落后于欧洲及中国。未来，美国海上风电未来发展如何，让我们拭目以待。CWEA
转载来源 | 千尧科技
https://mp.weixin.qq.com/s/PRpKo4yXzA5eyKRJKaMInw
https://mp.weixin.qq.com/s/160E-EAhgJmfYchZYWbULg
https://mp.weixin.qq.com/s/KJW2rVb9TNhudj-zhijqNw
参考来源：DOE
https://reglobal.co/us-offshore-wind-market-to-witness-strong-growth-in-the-coming-years/
https://www.energy.gov/eere/wind/articles/offshore-wind-market-report-2021-edition-released
https://www.energy.gov/sites/default/files/2021-08/Offshore%20Wind%20Market%20Report%202021%20Edition_Final.pdf
编译：千尧科技
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漂浮式风电参考
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风能视频 | 漂浮式海上风电感人大片
PPT：国家电投漂浮式海上风电研究与开发
欧洲风能协会：2030年欧洲漂浮式海上风电装机可达7GW
漂浮式风电资料合集 | FWJIP第一阶段总结报告与全球漂浮式风电地图
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