国际电气工程先进技术译丛 海上风电成本建模：安装与拆除.pdf

国际电气工程先进技术译丛海上风电成本建模：安装与拆除（美）Mark J.Kaiser Brian F.Snyder 著赵振宙 郑 源 霍志红 等译机 械 工 业 出 版 社 本书首先介绍了欧洲海上风电场发展现状，提出了美国海上风电场发展的不足，然后利用欧洲海上风电场的安装方法和经验数据，为美国风电场安装成本评估方法进行建模。本书详细介绍了海上风电场的部件组成，特别是塔架基础部分；美国风电场租赁方法以及州和联邦政府之间的交叉管辖政策；风电场不同安装策略；不同安装船舶类型和选择，对风电场安装成本建模和评估方法进行了详细介绍。最后，本书对风电场拆除法规和流程、残余价值回收评估方法、拆除成本评估进行了介绍。从上述内容可以看出，本书目的是建立海上风电场的施工成本评估方法，但也对涉及的海上风电场的相关基础知识进行了较为系统的描述。本书适合用于本科生或者从事该领域研究的研究生阅读，通过本书可以掌握海上风电机组的构成部件。本书还适合海上风电场的勘测设计院、施工单位以及运营方的工程人员阅读，通过阅读可以大致了解到欧洲先进海上风电场的安装或拆迁施工方法，施工船舶类型和选择方法，也可以总体把握安装或者拆除施工成本。译者序中国海上风电在近几年发展非常迅速，但是海上风电机组的安装施工方法和成本评估，以及对未来风电机组拆除方法和成本预估等方面的技术相对不成熟，有许多方面需要借鉴和学习国外经验。此著作思路清晰、说理透彻，详细地描述了海上风电场施工方法和施工成本评估方法，为国内从事风能教学研究的教师、风能专业学生、设计单位、施工单位、运营单位的工程人员提供了必须掌握的最基本理论知识，是很好的教学和技术培训参考书。国内介绍海上风电机组的书籍不是太丰富，对于成本评估方法介绍的书籍更是甚少。因此，本书中文版的出版弥补了国内海上风电图书的空白，对我国风能技术的发展起到促进作用。本书主要由赵振宙、郑源和霍志红等翻译。主要分工为：第 1 3、7 9 章由赵振宙翻译；第 10 12 章由郑源翻译；第 4 6 章由霍志红翻译。此外，具体参与翻译工作的还有黄娟、原红红、李涛、张玮、叶芬、陈景茹、蔡嘉等研究生，在此表示感谢。鉴于本书涉及多个领域，译者对该领域的熟悉程度不同，书中必存不足之处，恳请广大读者批评指正。译 者前言北欧的风速较强且恒定，在北欧过去的 10 年里，海上风电快速发展，在风电中的占有率也相应得到了快速增长。相比之下，美国目前还没有运行的或者在建的海上风电场。美国海上风电场的缓慢发展源于多个因素，如经济挑战、政府参与缺失、环境保护、公共极低的接受度、没有资本化的开发公司、租赁缺乏监管系统等。到 2011 年末，海洋能源管理、监管和执行局已经建立了海上风电发展的监管制度，一些开发商也已签署了电力购买协议，为了融资便利与更大的企业形成合作伙伴关系，在很多地区公众已逐渐接受了海上风电，并有多个海上风电场规划在下一个 10 年建成。这本书的目的是建立与风电场开发商相关的两个成本模型：安装成本和拆除成本。其中，安装成本是继采购成本后第二大资本支出，对项目总利润产生重要影响。拆除成本预计只是安装成本的小部分，但对政策制定者而言非常重要，因为在项目获准开发之前，它们决定了是否需要保证金监管机构。确定保证金为一个适当的值是很重要的。如果保证金被设置得太低，可能会留给政府财政来负责拆除；如果保证金定得太高，增加了开发商的成本。第 1 4 章提供了介绍和背景材料。在第 1 章中讨论了欧洲和美国的海上风电场的发展现状，以及给出了欧洲发电能力和风电增长趋势。欧洲海上风电市场是全球主要市场，其累计海上装机容量占据全球 95%以上市场，提供给欧洲企业安装船的数量，在未来还有可能大幅度的增加。第 2 章定义了风电场系统组成部分。第3 章回顾了海上风电场的开发阶段，强调了州和联邦政府的租赁条例。第 4 章讨论了影响项目成本、成本估算、负债因素的基本概念，详细比较了欧洲风电市场和美国石油与天然气市场的异同。第 5 7 章提供了成本估算模型的技术细节。在第 5 章中，介绍了安装方法的背景知识，分析了欧洲风电机组、桩基和电缆的安装时间数据。这种分析是用来估算安装成本和拆除时间，并为施工提供准则。第 6 章讨论了安装船、拆除船的日费率和扩展船要求。美国市场目前没有专门的风力机安装船，所以对于开发商而言，评估船舶的日费率是关键问题。为了解决这个问题，第 7 章建立了安装船日费率和在工地移动费用的经验模型。在第 8 章中，参考类方法被用来规范和量化欧洲海上风电场的资本成本，并描述了欧洲的成本与美国市场成本的不同，以及影响两者差异的因素。估算提供了安装和拆除成本。前 言 基于预期施工安装周期和预期船舶日成本，第 9 章进一步建立了安装成本模型。评估了美国规划的三个风电场（Cape Wind 项目、特拉华州 Bluewater 项目和加尔维斯顿 Coastal Point 项目）的安装成本，并进行敏感性分析（财务效益分析中使用现值法对项目进行不确定性分析的方法），以确定项目的不确定性和风险。第 10 12 章重点介绍拆除。第 10 章概述了与拆除契约、拆除阶段和预期的工作流程相关的法规，提出了一种风力机的拆卸新方法，能够像砍伐树木一样拆除风力机，而不是使用大型升降船逐步拆卸。不同拆除方案的计算模型，如砍树方法，描述了在拆除过程中的不确定性和在施工项目开发初期阶段的成本估算。第 11 章对风电场的结构部件进行了重量估计。这些重量用来估计 12 章中拆卸过程的残余价值和清理成本。第 12 章使用近似第 9 章的模型来估计拆除成本和清理成本，包括基础、塔架和风力机的残余价值，并计算了拆除替代办法的成本。最后模型根据现有数据的模型建议美国发展近海风电。目录译者序前言第 1 章 2011 年海上风电发展1 1.1 欧洲海上风电1 1.2 美国海上风电3 1.2.1 Cape Wind：马萨诸塞州6 1.2.2 Coastal Point 能源-加尔维斯顿：得克萨斯州7 1.2.3 Bluewater Wind：特拉华州7 1.2.4 Deepwater Wind：罗德岛8 1.2.5 花园州海上能源：新泽西州8 1.3 影响美国发展的因素8 1.4 大西洋风力传输9 参考文献10第 2 章 近海风电系统组成11 2.1 测风系统11 2.2 支撑系统11 2.2.1 基础11 2.2.2 过渡段18 2.2.3 冲刷防护段20 2.3 风力机20 2.4 并网与电力输送23 2.5 海上变电站24 2.6 调试25 参考文献25第 3 章 海上风电场的租赁和开发流程26 3.1 项目地点26 3.1.1 基线26 3.1.2 州水域27 3.1.3 外大陆架27目 录 3.2 开发过程27 3.2.1 租赁许可27 3.2.2 评估27 3.2.3 设计27 3.2.4 建设28 3.2.5 调试29 3.3 得克萨斯州海上风电租赁条款和条件29 3.3.1 总体条件29 3.3.2 加尔维斯顿岛租赁条款31 3.4 联邦法律32 3.5 联邦海上风电租赁条款和条件33 3.5.1 行使权的种类33 3.5.2 拍卖方式33 3.5.3 招商流程34 3.5.4 招商条款35 3.5.5 开发流程36 3.5.6 项目方案36 3.5.7 停运36 参考文献37第 4 章 海上项目特点及成本因素38 4.1 总体设计38 4.1.1 根据具体场址进行独特和多维性设计38 4.1.2 风电场布局取决于主风向和审美38 4.1.3 系统容量反映了商业地位40 4.1.4 风力机选型设计对系统的影响41 4.1.5 物理和工程的一般要求42 4.1.6 系统的同质性促进安装成本的比较42 4.2 市场43 4.2.1 船舶的选择和可用性的权衡43 4.2.2 安装船市场透明度差43 4.2.3 不同级别的竞争43 4.2.4 学习曲线的不确定性44 4.2.5 美国项目经济和融资策略44 4.3 合同45 4.3.1 建筑合同定义成本类别45 海上风电成本建模：安装与拆除 4.3.2 风险分配和成本47 4.3.3 美国海上风电将可能采用多重合同开发48 4.4 数据的局限性49 4.4.1 小样本和不同项目特征49 4.4.2 小样本限制分析技术49 4.4.3 没有美国的项目正在施工49 4.4.4 谨慎地比较应用项目49 4.5 成本50 4.5.1 船舶日费率是动态的，受市场驱动50 4.5.2 灾难性故障的影响50 4.5.3 港口设施和位置影响成本50 4.5.4 近海建设的天气风险50 4.5.5 公共与私人的交互影响成本结构51 4.6 退役51 4.6.1 法规条款定义了退役时间51 4.6.2 退役工程是独特的，特征相同51 4.6.3 退役操作是低成本的，也是常规的52 4.6.4 存在的学习机会52 4.7 风险和责任52 4.7.1 共同的与个别的责任52 4.7.2 每个租约都代表不同水平的退役风险52 4.7.3 债券保护公共利益53 4.7.4 承担限度随许多因素发生改变53 4.7.5 美国政府是最后保障53 4.7.6 债券不能提供完全保护避免违约风险53 4.7.7 海上风电场中的财政失败并不算是风险53 4.7.8 所有的债券程序都有限制和约束54 参考文献54第 5 章 安装策略和选择55 5.1 基础安装55 5.1.1 单桩55 5.1.2 导管架和三脚架56 5.1.3 影响安装的因素57 5.1.4 推荐的美国基础安装方法58 5.2 风力机安装58目 录 5.2.1 运输59 5.2.2 安装59 5.2.3 影响安装的因素62 5.2.4 美国提出的风力机安装方法63 5.3 电缆安装63 5.3.1 内部阵列电缆64 5.3.2 输出电缆64 5.3.3 影响安装的因素66 5.3.4 美国的电缆安装方法66 5.4 安装变电站66 5.5 欧洲风力机安装统计66 5.5.1 数据源66 5.5.2 基础68 5.5.3 风力机安装69 5.5.4 电缆70 5.5.5 变电站72 参考文献72第 6 章 安装船及安装平台的要求74 6.1 施工船种类74 6.1.1 主要施工船74 6.1.2 敷缆船78 6.1.3 扩展船78 6.2 影响船只选择的因素80 6.2.1 基础80 6.2.2 风力机81 6.2.3 电缆81 6.2.4 变电站82 6.3 支撑扩展82 6.3.1 基础运输83 6.3.2 风力机运输83 6.3.3 电缆83 6.3.4 欧洲扩展船要求83 6.3.5 美国潜在扩展船86 6.4 美国船只的采购86 6.4.1 琼斯法案86 海上风电成本建模：安装与拆除 6.4.2 2011 年的美国船舶概述88 6.4.3 新造船和改造船90 参考文献92第 7 章 海上风力机安装船舶日费率建模93 7.1 欧洲市场数据93 7.2 日费率为新建成本的一部分93 7.3 船舶租赁95 7.3.1 组件方法95 7.3.2 净现值（NPV）方法97 7.3.3 限制98 7.4 新建项目98 7.5 美国日费率评估99 7.5.1 假设99 7.5.2 结果100 7.5.3 限制100 7.6 移动成本101 7.6.1 拖船运输101 7.6.2 自航式运输102 7.6.3 重型起吊船运输102 7.6.4 案例103 7.7 总船成本104 附录 A 租赁日费率106 附录 B 造船计日制107 参考文献108第 8 章 资本成本估算：一个参考的分类方法110 8.1 比较与参考方法110 8.2 源数据110 8.2.1 样本设置110 8.2.2 排除110 8.2.3 参考类111 8.2.4 校正111 8.2.5 标准化112 8.3 资本支出112 8.3.1 概要统计112 8.3.2 时间趋势115目 录 8.3.3 规模经济效应116 8.3.4 回归模型117 8.4 美国与欧洲风电成本的比较121