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风力发电新风向——海上风电

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风力发电新风向——海上风电

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风电
中国风力发电行业概览
中国风力发电行业概览

沙利文研究院

发布时间

2018-12-26 08:00

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风能是因空气流做功而产生的一种可供人类利用的能量,空气流具有的动能被称之为风能,空气流速越高,能输出的能量就越大。风能属于可再生能源、清洁能源,风力发电是风能利用的重要形式,发电能量大,是目前世界上应用前景最广的清洁能源之一。

风力发电过程中,人们利用涡轮叶片将气流的机械能转为电能,方法是透过传动轴,将转子(由以空气动力推动的扇叶组成)的旋转动力传送至发电机来发电。

在中国,风力发电按地理形态来分类可以分为三类:陆上风电(多指开阔平原陆地的风电),海上风电和低风速风电(多指低山丘陵地区的风电)。

不同的地理位置,对风电的利用也不同

来源:沙利文研究院绘制

陆上风电是指建设在地势较平坦开阔受季风影响较多的大陆上的风电场,如中国的陆上风电场主要集中在西北、华北、东北三地,即“三北”地区,主要以新疆,内蒙古和甘肃等地为主,原因为其地理位置多受冬季风影响,风能丰富。

低风速风电是指风速在6-8米/秒之间的风电,布局较为分散,在中国中部内陆地区的山脊、台地、江湖河岸等特殊地形也有较好的低风速风能资源分布。据沙利文数据显示,中国全国范围内可利用的低风速资源面积约占全国风能资源区的68.0%,但目前中国的陆上风电开发集中在“三北”地区、东南沿海等风资源丰富的高风速地区,低风速区的风电开发几乎处于空白。未来中国将支持在资源短缺的地区发展低风速风电场,也将加大低风速地区的风电装机规模。

海上风电是利用离岸风力能源,即于海上建设风力发电厂,通常位于大陆架。与陆地风电相比,离岸风能够带来更高的风速,提供更多的电力。主要原因为海平面地势平坦,阻力较小,平均风速高,再加上海面风向改变频率也较陆上更低,因而海上风能更加稳定。

海上风电的主要优势如下:

通常海上风速比陆上高20%左右,因而同等发电容量下海上风机的年发电量能比陆上高70%。如果陆上风机的年发电利用小时数是1,000小时,则海上风机就能达到超过1,500个发电小时。

风机的单机发电容量越大,则同一地区的扫风面积和利用风的能量越多,也就是资源更充分利用。而单机容量越大,发电机就越大,叶片也就越长。陆上风电最大的问题就是运输问题,长近上百米的叶片(拆成两段也有几十米)在陆上是很难运输的,而在海上就不存在这个问题,可以直接用大型船只运输。

陆上的土地资源具有稀缺性,例如耕地,林地不能建设风电场等等。随着陆上风电的发展,新的可开发陆上风逐渐减少,而且风机对野生迁徙性鸟类会造成影响;然而海上建设风场则不存在这些问题,中国海岸线长度超过1.8万公里,具有丰富的海上风能资源。

中国风电发展势头强劲,多项指标位居世界第一

中国的风电行业发展迅速,目前在风电的累计装机总量和新增装机量上均位居世界第一,截至2017年底中国风电累计装机容量为188,392MW,占全球累计装机容量的38.7%,风力发电行业的发展速度也保持在全球第一的水平。

在大规模集中开发的模式下,中国风电场建设密集,绝大部分分布于华北、西北、东北地区,远离东南部电力消费主力地区,风电并网难度较高,中国的基础电网发展滞后,跟不及风电场建设的速度。例如,内蒙古、河北等地,风机大规模建立,但是电网设备未能及时跟上其发展速度,电网超负荷是当前风电发展重要制约因素之一,因此部分风场会被强制限制发电量,导致风电行业的弃风现象严重。目前,中国政府正通过加快调峰能力建设、外送通道建设、现货市场建设、统一全国电力市场以及出台可再生能源配额制等措施解决风电并网和降低弃风率等问题。

中国风电行业弃风电量与弃风率,2013-2017年

来源:全球风能协会,fsTEAM软件采编,沙利文数据中心编制

中国风电在关键零部件制造方面仍与国外存在一定差距

风电行业属于高新技术行业,从产业链来看,风力发电行业包括上游的零部件生产,中游的整机设计与制造,以及下游的电站投资、开发与运营。产业链上游的风力发电机零部件包括叶片、塔筒、发电机、电控、齿轮箱等。目前,中国已经形成了规模化的叶片、塔筒、齿轮箱、发电机、变桨偏航系统、轮毂等零部件的生产体系。其中,叶片、塔筒、发电机、轮毂等零部件的技术壁垒相对较低,因此国产化率较高,产业化发展迅速,但产能过剩问题较为突出。作为风力发电机的核心部件,齿轮箱和控制系统具有较高的技术壁垒,中国厂商自主研发的相关技术与国外先进水平还存在较大差距。齿轮箱核心技术和电机控制系统主要依靠进口或与国外企业的技术合作。随着行业的发展和和产业链上游的进一步整合,未来除去少数大型且拥有一定核心技术和稳定市场份额的企业外,上游的大部分中小型零部件生产企业将被整合入中游的风机整机制造厂商。

中游整机设计与制造行业目前市场集中度显著提高,产能相对过剩。据调查,2007年以来,中国风机整机设计与制造领域的同质化竞争带来的产能过剩,加上核心技术的相对缺失以及下游运营企业的发展放缓,导致整个行业利润空间下降。经过2012-2013年的内部重组整合,中国风电行业中游的整机设计与制造有了较大的技术进步,整机设计与制造市场的竞争趋于理性,市场集中度大大提高。

风力发电行业的下游,从下游风电开发企业数量变化看,2004年以前,中国全国不足10家企业,自2005年起逐渐增长至2017年中国风电有新增装机的开发企业已超过80家,前十大新增装机容量超过1,300万KW,占比达67.0%,下游风电开发企业行业集中度不断提高。下游的风电开发企业的发展是全行业发展的关键,风电行业的整体需求取决于下游行业的投资规模。随着中国对新能源行业重视程度不断增加,为风电下游行业的发展提供了极为有利的经营环境。

来源:沙利文研究院绘制

风电节能减排效用促进行业重要性提升

煤、石油、天然气作为燃料型能源,其燃烧过程中会产生有害气体,对环境造成污染,危害人体健康,因此,寻找新的、清洁无污染的可再生的替代性能源是整个世界共同面对的难题。作为最具竞争优势的新能源之一,风电在能源安全及供应方面至关重要,随着海上风电的逐步开发,未来风电在能源市场上的重要性将进一步加强,同时,相比于火力发电、水力发电,风电在减少大气污染及温室气体减排方面扮演着重要的角色。

中国人均煤炭、原油、天然气分别相当于世界平均水平的约60.0%、10.0%、5.0%,人均能源量较小,可见,风电的节能减排作用对中国十分重要。2017年上半年,风力发电节约标准煤约4,252.1万吨,节约水资源约1,134.3万吨,帮助减少氮氧化物排放约137.4万吨。此外,风能是清洁、无污染的能源相比于每、石油、天然气,是可再生能源,且目前规模化开发的条件已相对成熟,助力其成为21世纪的主要能源,各级政府已对其引起重视,在未来将持续鼓励其发展。

补贴逾期及运营成本较高,阻碍产业发展

当前风力发电成本依然较高,中国风力发电行业的发展仍依赖政府补贴,得益于近几年补贴政策的落地实施,中国风电已进入由替代能源向主体能源过渡的关键节点。然而目前政府的补贴存在未能兑现或是逾期未发放的现象,一定程度上阻碍了行业发展。2017年3月,中国财政部、国家发改委及中国国家能源局下发《关于组织申报第七批可再生能源电价附加补助目录的通知》,到2018年6月第七批补贴目录下发,补贴收入回款延迟严重,导致企业应收账款压力较大。同时,由于可再生能源补贴缺口仍在扩大,企业补贴回流情况的压力仍然较大。

其次,风电机受设备折旧与季节变化影响,系统故障逐渐增多,如变频器、传动系统和控制系统故障,风力发电企业需投入较大资金以满足风电场正常运营和设备维修成本等需求,从而确保风电场相关的管理运营。因此,补贴的逾期及运营成本增加倒逼企业需尽快实现自主盈利,减轻成本压力,抑制了风电运营商投资热情,从而在一定程度上影响了行业发展。

沙利文全球合伙人、全球市场战略规划副总裁兼中华区总裁王昕博士指出,中国风电行业近年来一直维持高速发展,发展速度世界第一。但行业内部也存在着一些问题亟待解决,如“三北”地区的弃风限电问题与风电场的建设问题。随着海上风力发电技术的不断突破、海上风电项目经验的不断累积,海上风电建设将成为风电行业发展的重要趋势。

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