KR Webzine Vol.151

1. 风力市场的扩大

 

最近，因全球油价下降而缩减的新再生能源的需求，为了应对像碳中和这样的各国温室气体义务减排，正在积极投资新再生能源领域。以去年为例，全世界新安装的风力设备，约93GW，将其转换为市场规模时，大约形成了300万亿韩元左右的市场。

 

但是，以2020年为例，韩国国内风力设备累计安装业绩仅为1.6GW，但考虑到政府的再生能源扩大政策“再生能源3020”和相应的风力设备安装量，预计今后将设置16.5GW以上的风力发电设备，据推测，这将成长为约100万亿韩元规模的市场。

 

图1. 世界新型风力涡轮机安装容量及增长率预测

 

 

2. 漂浮式海上风力涡轮机的出现

 

目前海上风力市场上，水深60m以下的固定式风力发电机成为主流，但预计在近距离内，对60m~150米的重修心的需求将增加，与此同时，从中长期来看，目前市场初期状态的漂浮式风力发电系统的市场也将持续增长。漂浮式海上风力发电系统是发电机的下部结构不固定在海底面，而是利用自身的浮力漂浮在海上的形态，可以从沿岸设置在远距离，可以利用比陆地或固定式海上风力发电拥有更优秀的风力资源，防止噪音带来的各种生活民怨，有着较自由的优点。

 

图2. 水上风力概念

 

虽然存在多种漂浮式海上风力发电系统，但按照最一般的形态划分，根据系统稳定性的维持方法和安装深度，分为半潜水式（Semi-Submersible）、圆柱式（Spar Bouy）、张力腿式（TLP；Tension Leg Platform）等。圆柱形海上风力发电系统是为了在海上运行中保持稳定性，深度应用流水（Draft），确保稳定性的形式，是相对适合水深地区的模型。TLP形式的情况下，是利用系（Tendon）的张力设置的形式，为了稳定的设置需要很大的张力，所以地基相对坚固的地区设置比较合适。最后，半潜水式是利用浮游体的浮力和系留系统的形式，一般是适合50m~150米水深的形式。

 图3. 浮式风力发电系统的种类

 

这些下部建筑物的形式选定是由设置地区的环境状态（地基、水深、风速等）和制作下部建筑物的造船所环境（岩壁水深、船坞规模等）的组合而决定的，在此过程中，漂浮式涡轮机的设置，运输的方法也可以成为决定该形式的主要因素。

 

 

3. 浮式海上风力市场展望

 

全球风力发电累计安装设备中，海上风力发电设备为23GW，目前大部分集中在固定式海上风力发电系统上。但是，与增长势头缓慢的陆地风力相比，海上风力的安装趋势如图，每年都有16%以上的增长势头。海上风力的大部分可以确认包括英国、德国在内的大部分传统上造船海洋技术及相关产业基础设施强国正在成长，但拥有世界最大风力市场的中国比重也不小。与面临增长限制的陆地风力相比，海上风力预计会持续一段时间的增长，韩国也需要对此进行适当的应对。

 

图4. 海上风力发电市场的增长率预测

 

另一方面，Bloomberg预计到2022年为止，浮游式海上风力发电累计安装容量将达到237MW，这表明了实证阶段浮游式海上风力发电进入商业化的信号。与此同时，从中长期来看，如果通过规模经济大量生产浮游式海上风力发电设备，预计相关费用将持续减少，因此预计将拓展浮游式海上风力产业的另一个风力和造船海洋市场。

为了应对今后将展开的浮游式海上风力市场，需要相关技术的开发等多种准备，同时还需要保障浮游式风力系统安全的相关技术的评估和试验技术等认证体系。为此，有必要对目前运营中的风力认证系统和入级船级社的内容进行研究，必要时通过追加认证scheme的引进，保障更加稳定、安全的浮游式海上风力涡轮机的制作和运营。 

 

图5. 浮式海上风力发电市场预测

 

 

4. 浮式海上风力相关标准及认证体系

对于韩国国内安装的风力涡轮机，为了获得大部分RECs（Renewable Energy Certificates），将通过韩国能源工业园区附属机构新、再生能源中心进行KS认证。该风力涡轮机通过KS认证分别进行设计评估、试验评估、制造评估，通过这一过程，对风力涡轮机的稳定设计和运营进行评估。关于KS认证的细节内容，根据“中大型风力涡轮机KS认证业务规定（2015.7.30）”执行，引用标准如下

1. KS Q ISO/IEC 17065符合性评估-产品、流程及服务认证机构的要求

2. KS C IEC 61400-22风力发电机-第22部：符合性试验及认证

3. KS Q 8003 KS认证制度-对新再生能源设备认证的要求

以旋转面积200m2以上的陆上商用中大型风力涡轮机及海上用中大型风力涡轮机为对象进行认证，在设计和试验评估方面，通过委托机构（韩国船级社、能源技术研究院、材料研究所/DEWI-OCC、DEWI），根据以下标准为对象进行具体业务。

1. KS C 8572陆用中大型风力涡轮机设计要求事项（2015.7月）

2. KS C 8573海上用中大型风力涡轮机设计要求事项（2015.7月）

另外，对于浮游式海上风力，作为KS标准符合化依据的“IEC61400-3-2浮游式海上风力的设计要求事项由于制定延迟，19年4月完成，因此目前还没有相关KS C。幸运的是，韩国能源公团正在进行浮游式海上风力相关KS标准的合理化工作，预计不久后将发行最终版本。根据KS认证，预计在浮游式风力涡轮机的认证系统中也会具备，因此，目前正在进行固定式陆地海上风力涡轮机的安全性评估和验证这一试验等的业务也将扩大到浮游式海上风力，仅一天内将在国内开发和安装。还适用于浮游式海上风力发电系统，开发的系统的安全性评估和由此确保体系的稳定运行。

 

 

5. 浮游式海上风力系统的船级社入级

与此同时，浮游式风力与现有的固定式涡轮机不同，可能包含在海洋建筑物的范畴内。因此，还应考虑在Oil & Gas产业领域普遍适用的各种安全相关规定的适用。15世纪大航海时代，葡萄牙、西班牙、英国通过海上贸易统治世界，但由于频繁的海洋事故，10艘中有1艘以上沉没。因此，在保险业的要求下，建立了评估船舶安全性的民间技术团体，即船级社，目前船舶及海洋建筑物中97%入级在船级社并定期接受检验。1914年，被认为是最严重的事故的泰坦尼克事故，国际社会制定了国际海上人名安全协议（SOLAS，International Convention for the Safety of Life at Sea），这是以船级社检验标准（船级社规则）为依据的。 

 

图6. 海洋中的风力能量连接

 

因此，浮游式海上风力除了即将适用的KS认证外，还需要通过船级社入级，对浮游式风力系统的定期检验和监督等安全进行保障。但是，目前作为船级社入级依据的“船舶安全法”，虽然在第二条第1号对浮游式海上建筑物罗列了相关项目，但韩国国内还没有考虑到不常见的浮游式海上风力。据蔚山市政府的报道资料显示，大约有6GW的浮游式海上风力正在计划安装。每台6MW涡轮机，简单计算也大约有1000余台，通常考虑到每台需要1~2Km半径的浮游式涡轮机的安装面积，预计会占据相当面积的海上空间，为了防止各种海上事故的发生，通过相关法律的修改，浮游式海上风力系统的进口应该优先考虑。

 

 

6. 结论

世界风力发电市场自2005年以来急剧增加，虽然有几次涨落，但每年平均增长10%以上。以美国、欧洲和中国地区为例，2000年初单位机器的容量超过MW单位后持续增加，截至2019年，陆上有5MW，海上有超过大型风力涡轮机的趋势。与此同时，在可能安装地区的饱和、各种民怨、大型涡轮机运输等问题发生的陆地涡轮机市场上，从这些问题上，相对自由的海上风力的市场变化持续进行。这种趋势将进一步加速，最终归结为可安装远程、大容量涡轮机的浮游式海上风力。

目前，固定式陆地风力发电市场呈现出中国、美国、欧洲先进企业独吞的红海策略形态。因此，作为后起之秀的韩国，需要通过开发新的市场浮游式海上风力技术，对今后即将展开的新风力市场进行积极的应对。以国内领先的造船及海洋平台技术为基础，确保浮游式风力发电系统的基础技术，可以引领世界海洋平台市场，创造国家新增长动力。通过这一点，可以获得能源自身生产、未来出口事业的培育、创造就业岗位的一石二鸟的成果，从今后可持续的能源开发和发展的角度，为国家产业发展做出贡献，同时也可以加强作为能源出口国的竞争力。 

 

 

 与此同时，考虑到为规模经济大规模安装和运营的浮游式海上风力涡轮机的特点，与个别涡轮机系统一起，对发电基地的安全应优先。为此，应通过引进像KS认证这样的现有认证体系，并通过船级社入级等追加认证scheme的引进，集中于对浮游式风力涡轮机的稳定开发和运营。因此，可以保障今后将展开的浮游式海上风力市场的技术抢占和运营的稳定性，更接近于今后相关技术抢占世界市场。