全球风能展望2008.pdf

1 OCTOBER 20 0 8 GLOBAL WIND ENERGY OUTLOOK 2008 全球风能展望 2008 2 全球风能展望情景 3 本报告的开头部分介绍了全球风能发展现状及其背 后的推动因素， 并论及风电装机持续增加需要解决的 监管和并网问题。 全球风能展望 从一系列影响风 电行业未来发展的假设入手， 探讨了至 2020 年世界风 能的发展潜力， 且展望了 2050 年的情形。 本课题由全球风能理事会 GWEC、 国际绿色和平 组织和德国航空航天中心 DLR 协作开展。 风能发展前 景的预测已经对到 2050 年全球可持续能源发展之路这 项规模更大的研究项目作出了贡献。 德国航空航天中 心受国际绿色和平组织和欧洲可再生能源委员会 EREC 的委托开展了该项研究。 情景 参考情景 本文针对全球风能的未来发展列举了三种不同的情 景。 最保守的 “参考” 情景是以国际能源机构 IEA 发表的 2007 年全球能源展望 中的预测为基础。 该情景考虑了目前现有的政策和措施， 但是包括了持 续的电力和燃气市场改革、 跨国能源贸易的自由化以 及近期的污染应对政策等假设条件。 国际能源机构的 数据只是到 2030 年的情况， 但德国航空航天中心根据 这些假设外推出整体参考情景和到 2050 年风电的增长 情况。 稳健情景 “稳健” 情景考虑了全世界支持可再生能源的所 有政策措施， 无论是已经颁布的， 还是正在制定过程 中的。 该情景还假定很多国家设定的可再生能源或风 能目标都得到了顺利的实施。 此外， 它还假定当前一 轮的气候变化磋商的胜利成果让投资者提升了对风能行 业的信心。 本轮磋商预计将在 2009 年 12 月于丹麦哥 本哈根举行的联合国气候大会第 15 次会议上达到高潮。 到 2012 年的风能装机容量数据更接近预测， 而不 是情景。 这是由于风能行业的数据显示， 基于已经承 诺的风机订单， 未来五年全球风能市场稳步增长是确 定无疑的事实。 而 2012 年之后， 风能发展模式较难 预测。 超前情景 最具雄心的就是 “超前” 情景， 它探讨了风能行 业在最佳条件 “风能愿景” 下的发展水平。 此处假设 如下 所有有利于再生能源的政策以及该行业的建议都 得到了采用， 而且决策者将实施这些政策和建议。 尽管 2012 年之后风能行业发展较难预测， 但是设 计本情景的目的旨在表明 如果政策上给予风能行业 在能源安全和全球气候变化这两大危机背景下应得的支 持和鼓励， 风能行业能够实现多高的目标。 能源需求预测 然后将这三种全球风能市场情景与两种电力需求未 来增长预测进行比较， 即 “参考需求预测” 和 “能 效需求预测”。 参考需求预测 它是这两种全球电力需求预测中较保守的一种， 以国际能源机构的2007 年全球能源展望的数据（包 括其中关于人口和国内生产总值 GDP 增长的假设） 为 基础， 外推至 2050 年。 它考虑了到 2007 年中期颁布 或采纳的政策和措施， 但没有包括可能出台或有可能 在今后出台的政策措施。 该情景还假设国家在核电政 策上没有任何变更。 国际能源署估计 在不存在新的政府政策的前提 下， 全球对电力的需求一定会增长。 因此， 全球对 电力的需求将从 2005 年的 15,016 TWh 增至 2030 年的 29,737 TWh， 增幅近一倍。 全 球 风 能展望情景 4 能效需求预测 将国际能源署对于不断增长的能源需求的预测与德 国航空航天中心和 Ecofys 咨询公司 1 进行的一项能效潜 在效应研究的成果进行比较和综合而得出的一种预测。 这项研究以能效领域的现有的最佳实践技术、 开发中 的新兴技术以及持续创新为基础， 描述了一条雄心勃 勃的能效措施不断提高的发展途径。 当然， 事实上， 存在的成本限制和其他障碍， 例如在现有设备和资本的使用折旧期内进行替代而遭遇 的阻力， 将阻碍充分实现这种技术能效的潜力。 为 了反映这些限制， 我们已经在本研究中使用了更稳健 的能效情景， 本研究的前提是实现了这种技术潜力的 80。 本情景中全球对能源的需求增长大大低于参考预测 的结果， 2030 年达到 23,937 TWh， 较参考预测的结果 低 24。 能效情景认为， 到 2050 年全球电力需求将 削减 39 或超过 12,000 TWh。 主要假设和参数 增长率 这些情景中的市场增长率依据的是从风机市场分析 中得出的历史数据和信息组合。 正如该情景的超前版 本中谈到的一样， 超过 20 的年增长率对于重型设备 制造业来说过高。 然而， 2003 至 2007 年的五年内， 全球累计装机容量的年均增长率达到了 25， 从 2000 年至 2007 年的八年内， 该增长率则超过了 27， 这 也是 2007 年的增长率， 与 2008 年预测的相符。 此外， 当增长率在各个情景中最终降至一位数的时 候， 鉴于在各个情景中 40 年后的风力发电产能水平， 即便是很小的增长率届时也将意味着巨大的年装机容量。 风机产能 单风机的额定产能 （最大功率下的最大发电量） 一直在稳步增长。 2007 年全球安装的风机的平均产能 为 1.49 MW， 与此同时， 目前市场上最大风机的产能 为 6 MW。 我们做出了一种保守假设， 即风机的平均产能将 从现今的水平逐渐增长至 2013 年的 2 MW， 之后趋于 稳定。 这一参数在实践中将有可能增长， 即较少的风 机可以产生相同的装机容量。 另外一个假设就是每个风机都可以使用 20 年， 之 后需要更换。 较老风机的更换已经在这些情景的考虑 范围内。 容量因子 “容量因子” 指的是安装在特定地点的风机在一 年的运行中将实现的额定容量的百分比。 这主要是针 对特定地点风能资源的评估， 但产能还受制于风机的 效率及其在特定地点的适用性。 例如， 一架额定产能 为 1 MW 的风机在 25 容量因子下作业， 一年将发电 2,190 MWh。 以当前估算的平均容量因子 25 为基数， 本情景 假定风机技术和风场选址上的改善将逐步提升平均容量 因子。 由于海上的风力更强、 更稳定， 因此海上的 这种因子还要更高。 海上风能市场 （尤其是在欧洲） 的增幅将有助于平均容量因子的提高。 本情景预测全球平均容量因子到 2012 年将增至 28， 到 2036 年增至 30。 全 球 风 能 展 望 情 景 1 www.energyblueprint.info 5 资本成本和进步率 由于过去的 20 年间主要集中于设计斜桨可调的三 桨式变速逆风风机， 风机的制造技术已经得到优化， 批量生产和自动化产生了规模经济， 因此风机的生产 资本成本正在稳步下降。 工业学习曲线理论的一般结论是当产品数量加倍 时，成本就会下降约20。 20的成本降幅等效于0.80 的进步率 （progress ratio）。 本报告中计算成本下降的过程中， 技术与产品的 数量相关，即风机的数量，而不是发电的能力。 因此， 产品平均尺寸的增幅也在考虑之内。 本研究中假设的进步率为 2015 年之前为 0.90， 从 2016 年开始稳步上升。 假设 2031 年之后生产过程已经 得到优化， 而且全球制造产量达到顶点， 进步率将降 至 0.98。 之所以能够假设进步率逐步增长， 特别在早些年， 是由于风机制造业迄今为止并没有从系列生产中获得全 部利益， 尤其是由于产品的迅速升级。 最新设计优化 的全部潜力都没有得到实现。 然而， 在过去的几年里， 尤其是 2006 年以来， 由于原材料价格不断上涨以及供应链中风机元件的短缺 等种种因素的共同作用下， 新风机的价格已显著上涨。 例如， 原材料中价格大幅上涨的有钢材 （用于塔架、 变速箱和转子）、 铜 （用于发电机） 和混凝土 （用 于地基和塔架）。 截至到 2008 年 8 月， 全球钢铁价 格在今年已经增长了近一倍， 而铜价在过去五年中已 经翻了两番。 此外， 能源价格上涨也推动了风机制造 成本和运输成本的上升。 供应链的压力中特别涵盖了风机的变速箱和各种轴 承的短缺。 鉴于元件制造商正在兴建新的生产能力， 开放新的生产基地， 例如在中国， 这些短缺正在得到 解决， 一些观察家预测， 到 2010 年时那些元件的供 应有可能满足需求。 即便如此， 风机的成本已全面大幅下降， 而且依 据对学习曲线理论的理解， 人们认为风能行业已进入 “商业化阶段”。 2007 年每千瓦装机容量的平均资本成本为 1300 欧 元， 2009 年将上升到 1450 欧元。 假设该平均成本从 2010 年开始稳步下降至约 1150 欧元。 本情景假定， 从 2020 年开始， 成本稳定在约 1050 欧元的水平上。 所有给出的数据都是建立在 2007 年的价格水平上。 全 球 风 能展望情景 6 全 球 风 能 展 望 情 景 0 500,000 1,000,000 1,500,000 2,000,000 2,500,000 3,000,000 2007200820092010201520202030 Reference/Moderate/Advanced/[ MW ] 全球累计风电装机容量 （百万瓦） 年度2007200820092010201520202030 参考情景[MW]93,864109,739128,046139,000232,956352,300496,730 [TWh]2062402803045718641,218 稳健情景[MW]93,864117,735143,376172,280378,954709,3321,420,436 [TWh]2062583143779291,7403,484 超前情景[MW]93,864119,837149,841186,309485,8341,080,8862,375,374 [TWh]206 2623284081,1922,6515,939 全球风能情景总结2020 全球情景累计装机容量 累计发电量 TWH 所占比例 能效情景 年装机量 年投资 € bn 就业 百万 年CO2减量 参考情景3528644.12432.140.54518 稳健情景7091,7408.28289.391.301,044 超前情景1,0812,65112.6143149.352.211,591 jh 全球风能情景总结2050 全球情景累计装机容量 累计发电量 TWH 所占比例 能效情景 年装机量 年投资 € bn 就业 百万 年CO2减量 参考情景6791,7835.836.647.100.741,070 稳健情景1,8344,81815.6100104.361.712,891 超前情景3,4989,08829.5165168.142.985,453 7 全 球 风 能展望情景 情景结果 针对 全球风能展望 情景的分析表明， 一系 列关于全球风能市场的结论有可能实现。 这取决于对 需求方选项的选择和对风力发电供应方的增长率的不同 假设。 参考情景 参考情景，以国际能源署2007 年全球能源展望 为基础， 开始假定 2008 年的增长率为 27， 到 2010 年下降至10，之后到2030年下降至4。到2035年， 增长率稳定在 1。 因此， 该情景预测到 2010 年全球累计风能容量将 达到 139GW， 每年发电 304 TWh， 可满足全球电力需 求的 1.8。 到 2020 年， 全球风能装机容量将达到 352 GW， 到 2030 年将增长至近 500 GW， 年增长约 30 GW。 到 2050 年， 全球风机装机容量将接近 680 GW。 风能在全球电力供应系统的相对渗透率因需求预测 的不同而有所差异。 2020 年约 864 TWh 的风电将占全 球发电量的 3.6-4.1， 具体的数据取决于推出的能效措 施。 到 2030 年， 1,218 TWh 的风电将满足全球电力需 求的4.2-5.1。 即使到2050年，全球的风能渗透率（风 电发电量占全球电力需求的百分比） 将不会高于 4.2- 5.8。 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 [ ] 20072010 2020 2030 2040 2050 风电渗透率-3个在不同世界电力需求情形下的世界风能市场发展情景 200720102020203020402050 参考情景下C3风电市场发展情景 风电渗透率－参考需求预测（国际能源署电力需求预测）1.41.73.64.24.44.2 风电渗透率－能效需求预测 Energy evolution 能效情形1.41.74.15.15.85.8 稳健发展型风电市场情景 风电渗透率－参考需求预测 1.42.17.311.912.511.2 风电渗透率 －能效需求预测 Energy evolution 能效情形1.42.18.214.616.415.6 超前发展型风电市场情景 风电渗透率－参考需求预测 1.42.311.219.723.121.2 风电渗透率 －能效需求预测 Energy evolution 能效情形1.42.312.624.030.329.5 8 稳健情景 稳健风能情景在增长率方面预计比参考情景高得 多。 假定累计年增长率始于 2008 年的 27， 到 2010 年下降到 19， 到 2020 年继续下降到 11， 直至在 2030 年达到 3 以及 2040 年之后达到 1。 结论是， 到 2010 年全球风力发电容量预计将达到 172 GW， 年增 28.9 GW。 到 2020 年， 风能年增装机 容量将达到 81.5 GW， 而全球累计风力发电容量将达到 700 GW 以上。 到 2030 年， 全球装机容量总和将超过 1420 GW， 年增 84 GW。 到 2050 年， 全球风力发电 容量总和将超过 1800 GW， 风能市场年增装机容量接 近 100 GW。 换算成发电量来看， 风能发电在 2020 年将超过 1,700 TWh， 在 2030 年为 3,500 TWh。 从需求方发展 来看， 2020 年和 2030 年风电将分别满足全球电力需 求的 7.3-8.2 和 11.9-14.6。 超前情景 超前风能情景预测全球风能市场将以更快速度扩 张。 假设 2008 年的增长率为 27， 到 2010 年降至 22， 之后到 2020 年降至 12， 到 2030 年降至 5。 此后， 该增长率的年增幅将保持在 1 左右。 结论是， 到 2010 年， 全球的风能装机容量将达 到 186 GW， 年增约 36.5 GW。 到 2020 年， 全球的 风能装机容量将超过 1000 GW， 年增约 142 GW， 到 2030 年， 风能装机容量总和将接近 2500 GW。 年增 风能装机容量将稳定在 165 GW 左右。 到 2050 年， 全 球风能装机容量将达到 3500 GW。 换算成发电量来看， 2020 年的风电量将达到 2,600 TWh， 2030 年 5,700 TWh， 2050 年则为 9,000 TWh 以 上。 然后依据届时电力需求的增长来看， 风电将在 2020 年、 2030 年和 2050 年分别满足全球电力需求的 11.2-12.6、 19.7-24.0 和 21.2-29.5。 区域划分 这三个关于风能的情景都是依据全球区域进行划分 的， 以国际能源署使用的区域为基础， 欧洲情况会进 一步细分。 鉴于这一分析的目的， 这些区域被定义 为欧洲 （欧盟 27 国和其他欧洲国家）、 转型经济体 （前苏联成员国， 除了那些现在属于欧盟成员的部分 国家）、 北美、 拉美、 中国、 印度、 太平洋地区 （包括澳大利亚、韩国和日本）、亚洲发展中国家 （亚 洲其他国家）、 中东和非洲。 全 球 风 能 展 望 情 景 累计装机量（按区域划分）参考情景GW OECD 3 3 1 1 8 6 2 1 26 2 50 46 1 1 10 5 3 2 27 2 2 0 2 0 2 0 3 0 REFERENCE SCENARIO GW 2020 / 2030 2 0 2 0 欧洲 176 GW 转型国家7 GW 北美92 GW 拉丁美洲5 GW 亚洲 不包括南韩7 GW 印度20 GW 中国27 GW 中东2 GW 非洲4 GW 经合组织国家 OECD 太平洋地区 包括南韩 12 GW 2 0 3 0 欧洲 227 GW 转型国家11 GW 北美132 GW 拉丁美洲8 GW 亚洲 不包括南韩16 GW 印度27 GW 中国49 GW 中东4 GW 非洲7 GW 经合组织国家 OECD 太平洋地区 包括南韩 16 GW 9 国际能源机构在现有的 全球能源展望 系列出 版物中使用了这种全球区域划分方法。 之所以在本文 中使用这种方法是为了便于比较这些预测以及国际能源 机构可以提供最全面的全球能源数据。 到 2020 年和 2030 年全球各个地区预计的风能装机 容量数据见第 8 页右下图， 第 9 页左下图和第 9 页右 下图。 这表示在参考情景中， 欧洲将继续主导全球风 能市场。 到 2030 年， 欧洲的风能装机容量仍将占全 球总量的 46， 其次是北美， 占 27， 再次是中国， 占 10。 其中两个较大胆的情景预计欧洲以外的地区的发展 要更强劲得多。 稳健情景认为， 欧洲的份额到 2030 年将降至 23 ； 北美将占到最大的份额， 为 27 ； 新增风能装机容量主要集中在中国， 占 14 ； 印度占 10 ； 亚洲发展中国家占 10。 拉丁美洲 （7） 和 太平洋地区 （5） 所起到的作用将低于预期， 非洲 和中东的贡献微不足道 （各约 1）。 超前情景预测中国的风能发展将更为强劲， 中国 的风能份额到 2030 年将增长至全球市场的 19。 届时 北美将占 22， 而欧洲的份额将降至 15， 其次是印 全 球 风 能展望情景 累计装机量（按区域划分）稳健情景GW OECD 4 5 1 1 14 10 6 731 1 25 23 1 1 14 10 10 7 27 2 2 0 2 0 2 0 3 0 MODERATE SCENARIO GW 2020 / 2030 2 0 2 0 欧洲 182 GW 转型国家9 GW 北美214 GW 拉丁美洲50 GW 亚洲 不包括南韩40 GW 印度69 GW 中国101 GW 中东8 GW 非洲10 GW 经合组织国家 OECD 太平洋地区 包括南韩 30 GW 2 0 3 0 欧洲 306 GW 转型国家34 GW 北美366 GW 拉丁美洲103 GW 亚洲 不包括南韩140 GW 印度142 GW 中国201 GW 中东20 GW 非洲21 GW 经合组织国家 OECD 太平洋地区 包括南韩 70 GW 累计装机量（按区域划分）超前情景GW OECD7 9 2 2 18 13 6 9 23 1 19 15 2 3 19 10 9 8 22 3 2 0 2 0 2 0 3 0 ADVANCED SCENARIO GW 2020 / 2030 2 0 2 0 欧洲 213 GW 转型国家10 GW 北美243 GW 拉丁美洲100 GW 亚洲 不包括南韩61 GW 印度138 GW 中国201 GW 中东25 GW 非洲17 GW 经合组织国家 OECD 太平洋地区 包括南韩 75 GW 2 0 3 0 欧洲 353 GW 转型国家75 GW 北美520 GW 拉丁美洲201 GW 亚洲 不包括南韩211 GW 印度235 GW 中国451 GW 中东63 GW 非洲52 GW 经合组织国家 OECD 太平洋地区 包括南韩 215 GW 10 全 球 风 能 展 望 情 景 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 2008200720092010201520202030 投资与就业 2007200820092010201520202030 参考情景 年装机量 [MW] 19,86518,01618,03418,30720,88724,18030,013 成本 欧元/千瓦1,3001,3501,4501,4381,3761,3291,301 投资 10亿欧元/年25,824,50025,873,67325,910,01226,545,44728,736,67332,135,26739,058,575 就业 工作/年329,232387,368418,625424,648479,888535,074634,114 稳健情景 年装机量 [MW] 19,86523,87125,64128,90454,02381,54684,465 成本 欧元/千瓦1,3001,3501,4501,3921,1701,0961,050 投资 10亿欧元/年25,824,50032,225,71637,179,82840,220,81063,182,87489,390,39188,658,740 就业 工作/年329,232397,269432,363462,023882,5201,296,3061,486,589 超前情景 年装机量 [MW] 19,86525,50930,00536,46884,160142,674165,000 成本 欧元/千瓦1,3001,3501,4501,3791,1121,0471,026 投资 10亿欧元/年25,824,50034,437,53543,506,72350,304,97593,546,253149,352,592169,297,423 就业 工作/年329,232422,545499,967572,5961,340,0162,214,6992,810,395 11 度 （10）、 亚洲发展中国家 （9）、 太平洋地区 （9） 和拉丁美洲 （8）。 非洲和中东地区将在上 述时间段内仍发挥很小作用 （2）。 在这三种情景中， 假定越来越多的新装机容量份 额源自旧工厂的替代。 这是基于风机的平均寿命为 20 年。 假定在这些情景的时间段内更换的风机与原来较 小的风机具备相同的累计装机容量。 结论是 更大比 例的年增装机容量将来自更换的风机。 这些新装风机 将对投资、 产量和就业机会的整体水平做出贡献。 由 于是对风机进行更换， 因此新风机的出现将不会对全 球累计风能装机容量总和产生影响。 成本和效益 未来 40 年产生更多的风电将需要巨额投资。 与此 同时， 提高风能的比重不仅可以改善全球气候， 还能 创造更多的就业机会。 投资 风能市场对于投资者的相对吸引力取决于众多因 素。 这些因素包括安装资本成本、 资金、 风电的定 价制度以及预期回报率。 在本情景中预测的未来风能市场上， 风能设备的 投资价值已经按年进行了评估。 该评估基于上文所述 的假设 每千瓦装机容量资本成本逐渐降低。 在参考情景中， 风能设备的全球年投资从 2007 年 的 258 亿欧元降至 2010 年的 157 亿欧元， 之后到 2030 年再次增至 390 亿欧元， 到 2050 年达到顶点， 为 470 亿欧元 （所有数据以 2007 年的价值为基准）。 在稳健情景中， 风能行业的全球年投资在 2010 年 为 402 亿欧元， 到 2030 年增至 894 亿欧元， 到 2040 年达到顶点， 为 1017 亿欧元。 在超前情景中， 风能行业的全球年投资在 2010 年为 503 亿欧元， 到 2020 年增至 1494 亿欧元， 到 2030 年达到顶点， 为 1693 亿欧元。 所有这些数据都 考虑了更换的旧风机的价值。 尽管这些数据看上去似乎是天文数字， 但是他们 应放在全球风能行业的总体投资水平中去考察。 例如， 20 世纪 90 年代， 风能行业的年度投资大概是 1580 亿 欧元至 1860 亿欧元。 发电成本 计算风电成本时需要考虑到各种参数。 其中最重 要的是风机的资本开支 （见上文）、 资本的成本 （利 率）、 风场的风力条件、 风电价格。 其他重要因素 包括运营和维护（O Elsam; Enercon; EWEA; Gamesa; Greenpeace; IVPC; JWEA; Lucky Wind; Npower Renewables Ltd; Petitjean; Shell Wind Energy;Vestas Central Europe; Vicson Chua; Vision Quest Windelectric; Winter. 全 球 风 能 展 望 情 景