2017年中國風電及風電變流器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢分析【圖】北極星風力發(fā)電網(wǎng) 來源:中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng) 2017/4/17 16:51:17 我要投稿 關鍵詞: 風電設備 風電機組 風電

 

北極星風力發(fā)電網(wǎng)訊:風電作為應用最廣泛和發(fā)展最快的新能源發(fā)電技術，已在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)規(guī)模化應用。在風力發(fā)電設備中，風電變流器是目前風力發(fā)電機組不可缺少的能量變換單元，是風電機組的關鍵部件之一。風電變流器的行業(yè)規(guī)模一般以風電機組裝機容量衡量。

 

（1）世界風電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

 

① 提高可再生能源消費占比是全球主要國家和地區(qū)的中長期計劃隨著全球對于環(huán)境污染、氣候變化等問題的日益關注，各主要國家和地區(qū)均設立了可再生能源的發(fā)展目標，以推動能源結構轉型，應對氣候和環(huán)境問題。其中，歐盟提出到 2020 年、2030 年，可再生能源消費量占地區(qū)能源總消費量的比例將分別達到 20%、27%以上。德國提出到 2020 年、2050 年，電力消費總量中的 35%、80%將來自可再生能源；能源消費總量中的 18%、50%將來自可再生能源。美國到 2020 年所有美國政府機構實現(xiàn) 20%可再生能源發(fā)電，各州也推出了可再生能源利用計劃，例如紐約州宣布到 2030 年該州可再生能源發(fā)電量占比為50%。日本提出2020年可再生能源發(fā)電量占比達到約22%-24%。中國提出到2020年、2030 年，非化石能源占一次能源消費比重分別達到 15%、20%。

 

此外，各國政府也致力于加強應對氣候變化的國際合作。2016 年 4 月 22 日175 個國家正式簽署《巴黎氣候變化框架公約》（以下簡稱“巴黎協(xié)定”），并于2016 年 11 月 4 日正式生效。在《巴黎協(xié)定》的框架下，中國設定了非化石能源在總的能源占比提升到20%左右和二氧化碳排放比2005年下降60%-65%的減排目標。

 

② 風力發(fā)電是最具商業(yè)前景的可再生能源開發(fā)方式之一

 

風電是一類清潔、綠色的可再生能源，也是可再生能源領域中技術最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。從全球范圍發(fā)展趨勢來看，由于技術發(fā)展及裝機規(guī)模的擴大，產(chǎn)業(yè)更加成熟，包括風電機組價格、風電場投資和運行維護等風電開發(fā)利用的成本都在持續(xù)降低，過去 5 年約降低 30%。

 

考慮到化石能源在未來承擔碳排放經(jīng)濟責任的可能性，風電機組單位成本有可能將達到與煤電機組單位成本持平的水平，未來風電與傳統(tǒng)化石能源相比將具有經(jīng)濟競爭力。

 

加快發(fā)展風電已成為各國推動能源結構轉型、應對氣候和環(huán)境問題的重要解決方案之一。按發(fā)電技術劃分，2015 年化石燃料發(fā)電量占全球總發(fā)電量的66.00%，比重持續(xù)下降；風能發(fā)電占比逐年上升，從 2010 年的 2.06%提升到 2015年的 4.08%。從不同地區(qū)來看，2016 年美國、歐盟地區(qū)、中國的風能發(fā)電量在總發(fā)電量中占比已分別達到 5.5%、10.4%和 4%。美國 2016 年新增發(fā)電裝機容量26.21GW，其中風電新增裝機容量 7.865GW，占比達到 30.00%，成為僅次于天然氣的第二大新增裝機能源。歐盟 2016 年新增發(fā)電裝機容量 24.5GW，其中風電新增裝機容量 12.5GW，占比達到 51.02%，風電累計裝機容量已經(jīng)超越火電，成為歐洲第二大電力供應來源。

 

③ 全球風電裝機容量快速增長

 

過去五年間全球風電市場累計裝機容量的復合增速達到 15.38%，保持了持續(xù)增長的態(tài)勢。截至 2016末，全球風電累計裝機容量已達到 486.75GW。

 

2016 年 10 月，全球風能理事會在《全球風電發(fā)展展望 2016》中對不同情景下全球 2020 年、2030 年、2050 年的風電累計裝機容量進行了預測。到 2020 年、2030 年和 2050 年底，全球風電累計裝機容量將分別達到 639.48GW、1,259.97GW 和 2,052.58GW，仍將保持較快的增長速度。

 

2001-2016 年全球累計裝機容量

 

（2）中國風電發(fā)展概況

 

① 我國風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展概況

 

A. 風力發(fā)電行業(yè)走向成熟

 

2005 年至 2009 年，我國新增風電裝機量始終保持著 80%以上的年復合增長率。然而，在風電場大規(guī)模擴張的同時，風電本地消納能力不足、調峰困難、輸送通道有限等問題逐步顯現(xiàn)。2011 年前后，風電行業(yè)步入低谷，“棄風限電”成為行業(yè)陣痛期的主題。2011 年至 2013 年，風電行業(yè)經(jīng)歷了大規(guī)模的整合，缺乏競爭力的企業(yè)遭到淘汰，企業(yè)更加關注自主研發(fā)以提升自身的競爭實力，在此過程中整個行業(yè)逐漸走向成熟。自 2013 年 5 月開始，國務院將核準企業(yè)投資風電站項目的權限下放到地方政府，大型風電項目核準權首次歸入地方。國家能源局也為未來數(shù)年設定了較高規(guī)劃裝機量。“十二五”期間，國家能源局規(guī)劃風電新增裝機容量 72.69GW。根據(jù)最新發(fā)布的《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，2016 年至2020 年期間，全國風電新增裝機容量將達到 81GW 以上。在風電行業(yè)整合、項目審批權下放、規(guī)劃目標明確的推動下，風電行業(yè)開始走向成熟，市場調節(jié)開始發(fā)揮作用。

 

B. 風力發(fā)電裝機容量快速增長，發(fā)電量占比不斷提升2006-2016 年我國風電裝機容量增長情況如下圖所示：

 

2006-2016 年全國累計裝機容量及增速

 

自 2006 年至 2016 年，中國累計裝機容量（指出廠吊裝容量，即風電場現(xiàn)場已完成吊裝工程的風電機組容量，包括并網(wǎng)及未并網(wǎng)容量）自 2.54GW 增長至168.73GW，年均復合增長率為 52.16%。2016 年，全國新增裝機容量 23.37GW，相比 2015 年有所回調，主要受 2015 年“搶裝潮”的暫時性波動影響。

 

2016 年，全國累計風電裝機占全部發(fā)電裝機容量的 9%，風電發(fā)電量 2,410 億千瓦時，占全部發(fā)電量的 4%。根據(jù)《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到 2020 年，全國風電年發(fā)電量將達到 4,200 億千瓦時，約占全國總發(fā)電量的 6%。

 

C. 2015 年“搶裝潮”部分透支 2016 年風電行業(yè)發(fā)展空間

 

2009 年，國家發(fā)展改革委首次頒布四類風電上網(wǎng)標桿電價政策，對我國風電產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展起到了積極的作用。為推動技術創(chuàng)新、降低平準化度電成本、緩解可再生能源發(fā)展基金壓力，國內(nèi)有關部門計劃逐漸下調風電上網(wǎng)電價，并最終實現(xiàn)風電平價上網(wǎng)。

 

2014 年 3 月，全國人大通過《關于 2013 年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況與 2014 年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃草案的報告》，將“適時調整風電上網(wǎng)電價”作為 2014 年主要任務之一。2014 年 9 月，國家發(fā)改委價格司組織國內(nèi)大型風電企業(yè)和地方物價管理部門召開風電電價調整征求意見的研討會，首次釋放風電調價信號。

 

由于上述發(fā)改委征求意見草案中擬定調整后的新電價適用于 2015 年 6月 30 日以后并網(wǎng)的風電項目，眾多風電開發(fā)商為能享受調整前的電價政策,從2014 年第四季度加大風電項目的開發(fā)力度，短期內(nèi)增加了對風電產(chǎn)業(yè)鏈相關產(chǎn)品的市場需求，從而引起 2014 年末至 2015 年全年的風電“搶裝潮”。2014 年 12月 31 日，國家發(fā)展改革委發(fā)布《關于適當調整陸上風電標桿上網(wǎng)電價的通知》，正式公布此次電價調整方案，明確電價或風資源評級逐漸調整的政策方向。

 

2015 年上半年中國共有 270 個風電場項目開工吊裝，新增裝機共 5,474 臺，裝機容量為 10.1GW，同比增長 40.8%。2015 年全國風電新增吊裝裝機容量達到 30.75GW，超越 2014 年創(chuàng)歷史新高，風電投資商搶裝現(xiàn)象較為明顯。受此影響，2016 年全國風電新增吊裝裝機容量有所回落，達到 23.37GW，同比下降 24.01%。

 

此外，相比 2014 年，2015 年、2016 年全國平均棄風率受搶裝影響有所提高，分別達到 15%和 17.1%。

 

D. 國內(nèi)整機廠商是主要的風力發(fā)電設備供應商

 

風電行業(yè)在 2005 年出臺的《國家發(fā)展改革委關于風電建設管理有關要求的通知》（發(fā)改能源[2005]1204 號）中有關“風電設備國產(chǎn)化率要達到 70%以上”等一系列要求的推動下，國內(nèi)風機設備生產(chǎn)商迅速壯大，通過聯(lián)合設計或引入戰(zhàn)略合作方從事發(fā)展風電機組的整機設計和制造。這些企業(yè)大部分在引進的基礎上進行了國產(chǎn)化的工作，并針對我國風資源的特點進行了適應性開發(fā)。國有大型企業(yè)和民營企業(yè)與國內(nèi)大學和研究機構合作自主研發(fā)機型，也取得了一定成果。盡管根據(jù)《關于取消風電工程項目采購設備國產(chǎn)化率要求的通知》（發(fā)改能源[2009]2991 號），風電設備國產(chǎn)化率 70%的要求已經(jīng)取消，但經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)整機及上游設備廠商已經(jīng)具備了較強的競爭力。

 

目前，我國已基本掌握兆瓦級風電機組的制造技術，開發(fā)出若干具有自主知識產(chǎn)權的機型，并得到風場的大規(guī)模應用和長時間的驗證；3MW 及以下兆瓦級機組總體設計及零部件制造技術已經(jīng)成熟，正在開發(fā)更大單機容量的系列化產(chǎn)品。5-6MW 風電機組也已投入運行。根據(jù)中國風能協(xié)會公布的《2016 年中國風電裝機容量統(tǒng)計簡報》，2016 年中國風電有新增裝機的整機制造商共 25 家，新增裝機容量 2,337 萬千瓦,其中新增裝機容量前二十大整機廠商合計市場份額達到 99.42%，國外整機廠商市場份額僅為 5.19%。國內(nèi)整機廠商已成為中國風電行業(yè)的主要整機設備供應商。2016 年我國風電整機制造商前二十大的新增裝機量分別如下：

 

2016 年中國前二十大風電整機制造商新增裝機容量

 

E. 風電機組出口規(guī)模不斷增加

 

自 2007 年以來，國內(nèi)風電機組整機制造企業(yè)開始開拓海外市場，2008 年實現(xiàn)零的突破，2009-2010 年取得初步進展。2011 年以來，以金風科技等為代表的中國風電機組制造產(chǎn)品開始批量進入國際市場。到 2015 年底，先后已有超過 15家企業(yè)向外國出口風電機組整機設備，覆蓋國家達到 28 個，累計出口風電機組容量達到 2,035.75MW。2016 年 1-10 月，中國風力發(fā)電機組出口金額為 45,647.4萬美元，同比增長 106.6%。隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，國內(nèi)各主要風電機組整機制造企業(yè)已經(jīng)或正在加快制定開拓國際市場的規(guī)劃，未來大型風電設備出口量將會逐年穩(wěn)步增加。

 

F. 與煤電成本的差距逐步縮小

 

從全球范圍發(fā)展趨勢來看，在當前可再生能源發(fā)電技術中，風電的技術進步和成本預期比較明確，未來與常規(guī)能源電力相比將具有經(jīng)濟競爭力。根據(jù)國家發(fā)展與改革委員會能源研究所與國際能源署執(zhí)行并發(fā)布的《中國風電發(fā)展路線圖2050》（2014 版），在風電規(guī)模擴大和技術更為成熟后，風電機組單位成本有可能到達到與煤電機組單位成本持平的水平。風電機組價格、風電場投資和運行維護成本的降低將相應地拉低風電發(fā)電成本。與此同時，考慮煤電價格上漲因素以及出臺化石能源資源稅（或環(huán)境稅、碳稅等）的可能性，預計到 2020 年前后，風電的成本和價格將與煤電成本和價格相持平。我國風電行業(yè)由于發(fā)電成本高而依賴國家補貼支持的風險將有望逐步減小。

 

G. 海上風電進入規(guī)模化建設階段

 

海上風電方面，《中國風電發(fā)展路線圖 2050》（2014 版）對我國水深 5m-50m的海上風能資源進行了詳細分析，根據(jù)對我國陸地和近海 100m 高度風能資源技術開發(fā)量的分析計算結果，我國近海水深 5m-50m 范圍內(nèi)，風能資源潛在開發(fā)量達到 500GW。根據(jù)中國風能協(xié)會《2016 年中國風電裝機容量統(tǒng)計簡報》公布的數(shù)據(jù)，截至 2016 年末我國海上風電累計裝機容量達到 163 萬千瓦，其中新增裝機容量 59 萬千瓦。近五年海上風電裝機容量增長情況如下圖所示：

 

2011-2016 年海上風電累計裝機容量及增速

 

我國海上風電發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：第一階段是引進技術，試點先行，啟動東海大橋海上風電試點項目并建成投運；第二階段是 2009 年啟動海上風電規(guī)劃工作，采用特許權招標方式探索發(fā)展；第三階段是 2010 年以來，國家能源局成立能源行業(yè)風電技術標準委員會，加強規(guī)范化和標準化管理，實施規(guī)模化探索。目前，我國海上風電已進入規(guī)模化發(fā)展階段，項目多分布于江蘇、廣東、福建等地的潮間帶和近海地區(qū)，單機容量以 4MW 機組最多，累計裝機容量達到 74 萬千瓦，占海上裝機容量的 45.5%；其次是 3MW，裝機容量占比為 14%。

 

② 我國風力發(fā)電行業(yè)發(fā)展趨勢分析

 

A. 陸上風電裝機將繼續(xù)增長

 

為促進風電產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展，自 2012 年起，國家能源局先后發(fā)布《風電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》（國能新能[2012]195 號）、《2016 年全國風電開發(fā)建設方案》（國能新能[2016]84 號）、《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（國能新能[2016]314 號）。

 

根據(jù)最新的“十三五”規(guī)劃，到 2020 年底，風電累計并網(wǎng)裝機容量確保達到 2.1億千瓦以上，其中陸上風電并網(wǎng)裝機容量達到 1.6 億千瓦以上。隨著行業(yè)技術水平的不斷進步和行業(yè)發(fā)展秩序的規(guī)范，自 2014 年起，我國對陸上風電標桿上網(wǎng)電價陸續(xù)進行了三次下調。受風電補貼退坡政策影響，2015 年我國風電行業(yè)經(jīng)歷了大規(guī)模投資搶裝，全年新增吊裝裝機容量達到 30.75GW。2016 年全年新增吊裝裝機容量相比 2015 年有所下降，達到 23.37GW。根據(jù)規(guī)劃，“十三五”期間年新增風電裝機容量會有所回調，規(guī)劃新增風電并網(wǎng)裝機容量約 80GW，保持持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展。

 

B. 海上風電將成為風電行業(yè)新的增長點

 

中國近海風力資源豐富，相比遠在“三北”地區(qū)的陸上風電，海上風電能夠更便捷、低成本地為東部沿海省份提供有效能源補充。經(jīng)過“十二五”期間的孕育和成長，海上風電目前具備了規(guī)模開發(fā)的條件和基礎。我國海上風電正處于“項目示范”向“快速開發(fā)”的轉折時期，眾多電力開發(fā)商、裝備制造和工程服務等企業(yè)都將參與到海上風電開發(fā)。《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，國家能源局根據(jù)海上風電實際發(fā)展情況，將 2020 年中國海上風電裝機目標設定為海上風電開工建設規(guī)模達到 10GW，力爭累計并網(wǎng)容量達到 5GW 以上。同時，重點推動江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風電建設，到 2020 年四省海上風電開工建設規(guī)模均達到百萬千瓦以上。海上風電預計增速將超過風電行業(yè)整體裝機預計增速。

 

2014 年至 2016 年，風電整機制造企業(yè)的市場份額逐漸趨于集中。排名前五的風電機組制造企業(yè)市場份額由 2014 年的 55.3%增加到 2016 年的 60.1%；排名前十的風電制造企業(yè)市場份額由 2014 年的 80.3%增長到 2016 年的 84.17%。全國風力發(fā)電整機市場主要集中于 10 多家大型風電機組制造企業(yè)。到 2020 年，國內(nèi)風電設備制造水平和研發(fā)能力將不斷提高，3-5 家設備制造企業(yè)將全面達到國際先進水平，市場份額明顯提升。

 

D．運維和設備改造需求提升

 

截至 2016 年末，全國累計裝機容量達到 168.73GW。隨著國內(nèi)風電行業(yè)進入規(guī)模化發(fā)展階段，先期建設的風電機組將逐漸出質保期或接受技術改造。風電機組出質保容量提高，對于風電裝備更換維修的需求將相應提高。此外，隨著風機技術的不斷改進，為提高現(xiàn)有風力發(fā)電機組的發(fā)電效率，對現(xiàn)有風電機組的預測性運維和主動改造的業(yè)務需求也將逐漸增長。未來十年中國陸上風電運維市場的復合增速將達到15%，市場體量將從目前的近 15 億美元增長到近 80 億美元，中國將成為全球最大的風電運維市場。

 

對在運行風力發(fā)電機組的更換維修和主動改造業(yè)務規(guī)模的增加將給風力發(fā)電機組零部件制造商帶來更多的業(yè)務機會。隨著出質保裝機容量的快速提升，該業(yè)務規(guī)模也將呈持續(xù)增長趨勢。

 

E．特高壓輸電有望解決遠距離跨區(qū)輸送的難題

 

由于我國風能資源與能源需求的地域不匹配，在輸電通道有限的情況下，風力發(fā)電設施建設的規(guī)劃受到影響。特高壓具有遠距離、大容量、低損耗輸電的突出優(yōu)勢，其線路建設正逐步上升至國家戰(zhàn)略層面。根據(jù)“十三五”規(guī)劃，“三北”地區(qū)將通過已建成、在建及已規(guī)劃的跨區(qū)域特高壓輸電通道，有序消納 4,000 萬千瓦發(fā)電量。這些特高壓輸電線路的建成將有助于緩解風力發(fā)電資源和建設集中地區(qū)的風電就地消納困難的問題，降低棄風率。

 

（3）風電變流器行業(yè)的概況

 

① 行業(yè)規(guī)模

 

在風力發(fā)電設備中，風電變流器是目前風力發(fā)電機組不可缺少的能量變換單元，風電變流器的功能是將風機在自然風的作用下發(fā)出電壓頻率、幅值不穩(wěn)定的電能轉換為頻率、幅值穩(wěn)定、符合電網(wǎng)要求的電能后并入電網(wǎng)。風電變流器不僅提高了機組效率，而且對于機組并網(wǎng)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行起到了良好作用，每一套新增風機均需要配備一套風電變流器。風電變流器以控制復雜、可靠性及穩(wěn)定性要求高為主要特點，是風電機組的關鍵部件之一。

 

② 主要產(chǎn)品情況

 

風電變流器主要有全功率式和雙饋式兩種類型，分別對應直驅/半直驅式風電機組和雙饋式風電機組。直驅式風電機組在傳動鏈中省略了齒輪箱，將風輪與低速同步發(fā)電機直接連接，降低了機械故障率和定期維護成本，同時作為同步電機能夠更加平穩(wěn)地發(fā)電，提高了風電轉換效率和運行可靠性，在大功率領域表現(xiàn)更好。但是直驅/半直驅式風電機組較雙饋式風電機組的體積更大、價格更高。雙饋式風電機組采用了多級齒輪箱驅動異步發(fā)電機，它的電機轉速高、轉矩小、重量輕、體積小，但齒輪箱的運行維護成本較高且存在機械損耗。兩種機型各有優(yōu)劣，并存于市場。

 

目前我國風電機組按照功率等級主流機型為 1.5MW 與 2MW，合計市場份額達到 78.7%。2016 年我國新增風電裝機中，2MW 風電機組裝機占全國新增裝機容量的 60.9%，與 2015 年相比上升11 個百分點；1.5MW 機組市場份額下降了 16 個百分點至 17.8%。根據(jù)《2016全國大型風能設備行業(yè)年會暨產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇會議文件》，2015 年我國新增風電機組中，雙饋式風電機組約占 68%，其中 2MW 雙饋異步發(fā)電機變速恒頻風電機組已經(jīng)成為主流機型。但是從發(fā)展趨勢看，直驅式機組的比例在緩慢上升。2015年新增大型風電機組中，永磁直驅式風電機組約占 30%以上。在 3MW 以上的大功率風電機組中，直驅式機型的比例超過了雙饋機組。 “十三五”期間，2MW-3MW風電機組將成為我國陸上風電場的主流機型，市場份額將占到 70%以上。永磁直驅式風電機組市場份額將進一步增長，到 2020 年其新增裝機容量將達到 40%以上，基本與雙饋式風電機組新增裝機容量相當。

 

2016 年中國不同功率風電機組新增裝機容量占比

 

隨著海上風電場規(guī)劃規(guī)模的不斷擴大，各主要風電機組整機制造廠商都積極投入大功率海上風電機組的研究開發(fā)，隨著機組單機容量不斷增大和利用率的不斷提高，未來風電變流器向大功率和海上風電的方向發(fā)展。為了具有更好的經(jīng)濟性，目前海上風電場的主流機型為 3-5MW 機組。截至 2015 年底，在所有安裝的海上風電機組中，4MW 機組最多，累計裝機容量達到 352MW，占海上裝機容量的 34.69%；其次是 2.5MW 機組，裝機容量占 18.48%；3MW 機組裝機容量占比為 17.74%。“十三五”期間，4MW-5MW 海上風電機組將成為我國海上風電場建設的主流機型。海上風電變流器是海上風電系統(tǒng)的核心部件之一，技術要求和設計難度明顯高于陸上風電變流器。當前國內(nèi)海上風電使用的主要為ABB、GE 等國際大型電氣公司的變流器。

 

對應到變流器，國產(chǎn) 1.5MW、2MW 控制系統(tǒng)和變流器已經(jīng)批量生產(chǎn)，已能滿足國內(nèi)風電整機配套需要。部分風電變流器制造商如禾望電氣、海得新能源、陽光電源等已推出 3MW-5MW 海上風電變流器。隨著風電機組大功率化，大功率風電變流器的市場份額進一步攀升。