2017年中国风电及风电变流器行业发展现状、趋势分析【图】

2017年中国风电及风电变流器行业发展现状、趋势分析【图】北极星风力发电网 来源:中国产业信息网 2017/4/17 16:51:17 我要投稿 关键词: 风电设备 风电机组 风电

 

北极星风力发电网讯:风电作为应用最广泛和发展最快的新能源发电技术，已在全球范围内实现规模化应用。在风力发电设备中，风电变流器是目前风力发电机组不可缺少的能量变换单元，是风电机组的关键部件之一。风电变流器的行业规模一般以风电机组装机容量衡量。

 

（1）世界风电行业发展现状

 

① 提高可再生能源消费占比是全球主要国家和地区的中长期计划随着全球对于环境污染、气候变化等问题的日益关注，各主要国家和地区均设立了可再生能源的发展目标，以推动能源结构转型，应对气候和环境问题。其中，欧盟提出到 2020 年、2030 年，可再生能源消费量占地区能源总消费量的比例将分别达到 20%、27%以上。德国提出到 2020 年、2050 年，电力消费总量中的 35%、80%将来自可再生能源；能源消费总量中的 18%、50%将来自可再生能源。美国到 2020 年所有美国政府机构实现 20%可再生能源发电，各州也推出了可再生能源利用计划，例如纽约州宣布到 2030 年该州可再生能源发电量占比为50%。日本提出2020年可再生能源发电量占比达到约22%-24%。中国提出到2020年、2030 年，非化石能源占一次能源消费比重分别达到 15%、20%。

 

此外，各国政府也致力于加强应对气候变化的国际合作。2016 年 4 月 22 日175 个国家正式签署《巴黎气候变化框架公约》（以下简称“巴黎协定”），并于2016 年 11 月 4 日正式生效。在《巴黎协定》的框架下，中国设定了非化石能源在总的能源占比提升到20%左右和二氧化碳排放比2005年下降60%-65%的减排目标。

 

② 风力发电是最具商业前景的可再生能源开发方式之一

 

风电是一类清洁、绿色的可再生能源，也是可再生能源领域中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。从全球范围发展趋势来看，由于技术发展及装机规模的扩大，产业更加成熟，包括风电机组价格、风电场投资和运行维护等风电开发利用的成本都在持续降低，过去 5 年约降低 30%。

 

考虑到化石能源在未来承担碳排放经济责任的可能性，风电机组单位成本有可能将达到与煤电机组单位成本持平的水平，未来风电与传统化石能源相比将具有经济竞争力。

 

加快发展风电已成为各国推动能源结构转型、应对气候和环境问题的重要解决方案之一。按发电技术划分，2015 年化石燃料发电量占全球总发电量的66.00%，比重持续下降；风能发电占比逐年上升，从 2010 年的 2.06%提升到 2015年的 4.08%。从不同地区来看，2016 年美国、欧盟地区、中国的风能发电量在总发电量中占比已分别达到 5.5%、10.4%和 4%。美国 2016 年新增发电装机容量26.21GW，其中风电新增装机容量 7.865GW，占比达到 30.00%，成为仅次于天然气的第二大新增装机能源。欧盟 2016 年新增发电装机容量 24.5GW，其中风电新增装机容量 12.5GW，占比达到 51.02%，风电累计装机容量已经超越火电，成为欧洲第二大电力供应来源。

 

③ 全球风电装机容量快速增长

 

过去五年间全球风电市场累计装机容量的复合增速达到 15.38%，保持了持续增长的态势。截至 2016末，全球风电累计装机容量已达到 486.75GW。

 

2016 年 10 月，全球风能理事会在《全球风电发展展望 2016》中对不同情景下全球 2020 年、2030 年、2050 年的风电累计装机容量进行了预测。到 2020 年、2030 年和 2050 年底，全球风电累计装机容量将分别达到 639.48GW、1,259.97GW 和 2,052.58GW，仍将保持较快的增长速度。

 

2001-2016 年全球累计装机容量

 

（2）中国风电发展概况

 

① 我国风力发电行业的发展概况

 

A. 风力发电行业走向成熟

 

2005 年至 2009 年，我国新增风电装机量始终保持着 80%以上的年复合增长率。然而，在风电场大规模扩张的同时，风电本地消纳能力不足、调峰困难、输送通道有限等问题逐步显现。2011 年前后，风电行业步入低谷，“弃风限电”成为行业阵痛期的主题。2011 年至 2013 年，风电行业经历了大规模的整合，缺乏竞争力的企业遭到淘汰，企业更加关注自主研发以提升自身的竞争实力，在此过程中整个行业逐渐走向成熟。自 2013 年 5 月开始，国务院将核准企业投资风电站项目的权限下放到地方政府，大型风电项目核准权首次归入地方。国家能源局也为未来数年设定了较高规划装机量。“十二五”期间，国家能源局规划风电新增装机容量 72.69GW。根据最新发布的《风电发展“十三五”规划》，2016 年至2020 年期间，全国风电新增装机容量将达到 81GW 以上。在风电行业整合、项目审批权下放、规划目标明确的推动下，风电行业开始走向成熟，市场调节开始发挥作用。

 

B. 风力发电装机容量快速增长，发电量占比不断提升2006-2016 年我国风电装机容量增长情况如下图所示：

 

2006-2016 年全国累计装机容量及增速

 

自 2006 年至 2016 年，中国累计装机容量（指出厂吊装容量，即风电场现场已完成吊装工程的风电机组容量，包括并网及未并网容量）自 2.54GW 增长至168.73GW，年均复合增长率为 52.16%。2016 年，全国新增装机容量 23.37GW，相比 2015 年有所回调，主要受 2015 年“抢装潮”的暂时性波动影响。

 

2016 年，全国累计风电装机占全部发电装机容量的 9%，风电发电量 2,410 亿千瓦时，占全部发电量的 4%。根据《风电发展“十三五”规划》，到 2020 年，全国风电年发电量将达到 4,200 亿千瓦时，约占全国总发电量的 6%。

 

C. 2015 年“抢装潮”部分透支 2016 年风电行业发展空间

 

2009 年，国家发展改革委首次颁布四类风电上网标杆电价政策，对我国风电产业的规模化发展起到了积极的作用。为推动技术创新、降低平准化度电成本、缓解可再生能源发展基金压力，国内有关部门计划逐渐下调风电上网电价，并最终实现风电平价上网。

 

2014 年 3 月，全国人大通过《关于 2013 年国民经济和社会发展计划执行情况与 2014 年国民经济和社会发展计划草案的报告》，将“适时调整风电上网电价”作为 2014 年主要任务之一。2014 年 9 月，国家发改委价格司组织国内大型风电企业和地方物价管理部门召开风电电价调整征求意见的研讨会，首次释放风电调价信号。

 

由于上述发改委征求意见草案中拟定调整后的新电价适用于 2015 年 6月 30 日以后并网的风电项目，众多风电开发商为能享受调整前的电价政策,从2014 年第四季度加大风电项目的开发力度，短期内增加了对风电产业链相关产品的市场需求，从而引起 2014 年末至 2015 年全年的风电“抢装潮”。2014 年 12月 31 日，国家发展改革委发布《关于适当调整陆上风电标杆上网电价的通知》，正式公布此次电价调整方案，明确电价或风资源评级逐渐调整的政策方向。

 

2015 年上半年中国共有 270 个风电场项目开工吊装，新增装机共 5,474 台，装机容量为 10.1GW，同比增长 40.8%。2015 年全国风电新增吊装装机容量达到 30.75GW，超越 2014 年创历史新高，风电投资商抢装现象较为明显。受此影响，2016 年全国风电新增吊装装机容量有所回落，达到 23.37GW，同比下降 24.01%。

 

此外，相比 2014 年，2015 年、2016 年全国平均弃风率受抢装影响有所提高，分别达到 15%和 17.1%。

 

D. 国内整机厂商是主要的风力发电设备供应商

 

风电行业在 2005 年出台的《国家发展改革委关于风电建设管理有关要求的通知》（发改能源[2005]1204 号）中有关“风电设备国产化率要达到 70%以上”等一系列要求的推动下，国内风机设备生产商迅速壮大，通过联合设计或引入战略合作方从事发展风电机组的整机设计和制造。这些企业大部分在引进的基础上进行了国产化的工作，并针对我国风资源的特点进行了适应性开发。国有大型企业和民营企业与国内大学和研究机构合作自主研发机型，也取得了一定成果。尽管根据《关于取消风电工程项目采购设备国产化率要求的通知》（发改能源[2009]2991 号），风电设备国产化率 70%的要求已经取消，但经过多年的发展，国内整机及上游设备厂商已经具备了较强的竞争力。

 

目前，我国已基本掌握兆瓦级风电机组的制造技术，开发出若干具有自主知识产权的机型，并得到风场的大规模应用和长时间的验证；3MW 及以下兆瓦级机组总体设计及零部件制造技术已经成熟，正在开发更大单机容量的系列化产品。5-6MW 风电机组也已投入运行。根据中国风能协会公布的《2016 年中国风电装机容量统计简报》，2016 年中国风电有新增装机的整机制造商共 25 家，新增装机容量 2,337 万千瓦,其中新增装机容量前二十大整机厂商合计市场份额达到 99.42%，国外整机厂商市场份额仅为 5.19%。国内整机厂商已成为中国风电行业的主要整机设备供应商。2016 年我国风电整机制造商前二十大的新增装机量分别如下：

 

2016 年中国前二十大风电整机制造商新增装机容量

 

E. 风电机组出口规模不断增加

 

自 2007 年以来，国内风电机组整机制造企业开始开拓海外市场，2008 年实现零的突破，2009-2010 年取得初步进展。2011 年以来，以金风科技等为代表的中国风电机组制造产品开始批量进入国际市场。到 2015 年底，先后已有超过 15家企业向外国出口风电机组整机设备，覆盖国家达到 28 个，累计出口风电机组容量达到 2,035.75MW。2016 年 1-10 月，中国风力发电机组出口金额为 45,647.4万美元，同比增长 106.6%。随着“一带一路”战略的实施，国内各主要风电机组整机制造企业已经或正在加快制定开拓国际市场的规划，未来大型风电设备出口量将会逐年稳步增加。

 

F. 与煤电成本的差距逐步缩小

 

从全球范围发展趋势来看，在当前可再生能源发电技术中，风电的技术进步和成本预期比较明确，未来与常规能源电力相比将具有经济竞争力。根据国家发展与改革委员会能源研究所与国际能源署执行并发布的《中国风电发展路线图2050》（2014 版），在风电规模扩大和技术更为成熟后，风电机组单位成本有可能到达到与煤电机组单位成本持平的水平。风电机组价格、风电场投资和运行维护成本的降低将相应地拉低风电发电成本。与此同时，考虑煤电价格上涨因素以及出台化石能源资源税（或环境税、碳税等）的可能性，预计到 2020 年前后，风电的成本和价格将与煤电成本和价格相持平。我国风电行业由于发电成本高而依赖国家补贴支持的风险将有望逐步减小。

 

G. 海上风电进入规模化建设阶段

 

海上风电方面，《中国风电发展路线图 2050》（2014 版）对我国水深 5m-50m的海上风能资源进行了详细分析，根据对我国陆地和近海 100m 高度风能资源技术开发量的分析计算结果，我国近海水深 5m-50m 范围内，风能资源潜在开发量达到 500GW。根据中国风能协会《2016 年中国风电装机容量统计简报》公布的数据，截至 2016 年末我国海上风电累计装机容量达到 163 万千瓦，其中新增装机容量 59 万千瓦。近五年海上风电装机容量增长情况如下图所示：

 

2011-2016 年海上风电累计装机容量及增速

 

我国海上风电发展经历了三个阶段：第一阶段是引进技术，试点先行，启动东海大桥海上风电试点项目并建成投运；第二阶段是 2009 年启动海上风电规划工作，采用特许权招标方式探索发展；第三阶段是 2010 年以来，国家能源局成立能源行业风电技术标准委员会，加强规范化和标准化管理，实施规模化探索。目前，我国海上风电已进入规模化发展阶段，项目多分布于江苏、广东、福建等地的潮间带和近海地区，单机容量以 4MW 机组最多，累计装机容量达到 74 万千瓦，占海上装机容量的 45.5%；其次是 3MW，装机容量占比为 14%。

 

② 我国风力发电行业发展趋势分析

 

A. 陆上风电装机将继续增长

 

为促进风电产业稳定健康发展，自 2012 年起，国家能源局先后发布《风电发展“十二五”规划》（国能新能[2012]195 号）、《2016 年全国风电开发建设方案》（国能新能[2016]84 号）、《风电发展“十三五”规划》（国能新能[2016]314 号）。

 

根据最新的“十三五”规划，到 2020 年底，风电累计并网装机容量确保达到 2.1亿千瓦以上，其中陆上风电并网装机容量达到 1.6 亿千瓦以上。随着行业技术水平的不断进步和行业发展秩序的规范，自 2014 年起，我国对陆上风电标杆上网电价陆续进行了三次下调。受风电补贴退坡政策影响，2015 年我国风电行业经历了大规模投资抢装，全年新增吊装装机容量达到 30.75GW。2016 年全年新增吊装装机容量相比 2015 年有所下降，达到 23.37GW。根据规划，“十三五”期间年新增风电装机容量会有所回调，规划新增风电并网装机容量约 80GW，保持持续、稳定的发展。

 

B. 海上风电将成为风电行业新的增长点

 

中国近海风力资源丰富，相比远在“三北”地区的陆上风电，海上风电能够更便捷、低成本地为东部沿海省份提供有效能源补充。经过“十二五”期间的孕育和成长，海上风电目前具备了规模开发的条件和基础。我国海上风电正处于“项目示范”向“快速开发”的转折时期，众多电力开发商、装备制造和工程服务等企业都将参与到海上风电开发。《风电发展“十三五”规划》中，国家能源局根据海上风电实际发展情况，将 2020 年中国海上风电装机目标设定为海上风电开工建设规模达到 10GW，力争累计并网容量达到 5GW 以上。同时，重点推动江苏、浙江、福建、广东等省的海上风电建设，到 2020 年四省海上风电开工建设规模均达到百万千瓦以上。海上风电预计增速将超过风电行业整体装机预计增速。

 

2014 年至 2016 年，风电整机制造企业的市场份额逐渐趋于集中。排名前五的风电机组制造企业市场份额由 2014 年的 55.3%增加到 2016 年的 60.1%；排名前十的风电制造企业市场份额由 2014 年的 80.3%增长到 2016 年的 84.17%。全国风力发电整机市场主要集中于 10 多家大型风电机组制造企业。到 2020 年，国内风电设备制造水平和研发能力将不断提高，3-5 家设备制造企业将全面达到国际先进水平，市场份额明显提升。

 

D．运维和设备改造需求提升

 

截至 2016 年末，全国累计装机容量达到 168.73GW。随着国内风电行业进入规模化发展阶段，先期建设的风电机组将逐渐出质保期或接受技术改造。风电机组出质保容量提高，对于风电装备更换维修的需求将相应提高。此外，随着风机技术的不断改进，为提高现有风力发电机组的发电效率，对现有风电机组的预测性运维和主动改造的业务需求也将逐渐增长。未来十年中国陆上风电运维市场的复合增速将达到15%，市场体量将从目前的近 15 亿美元增长到近 80 亿美元，中国将成为全球最大的风电运维市场。

 

对在运行风力发电机组的更换维修和主动改造业务规模的增加将给风力发电机组零部件制造商带来更多的业务机会。随着出质保装机容量的快速提升，该业务规模也将呈持续增长趋势。

 

E．特高压输电有望解决远距离跨区输送的难题

 

由于我国风能资源与能源需求的地域不匹配，在输电通道有限的情况下，风力发电设施建设的规划受到影响。特高压具有远距离、大容量、低损耗输电的突出优势，其线路建设正逐步上升至国家战略层面。根据“十三五”规划，“三北”地区将通过已建成、在建及已规划的跨区域特高压输电通道，有序消纳 4,000 万千瓦发电量。这些特高压输电线路的建成将有助于缓解风力发电资源和建设集中地区的风电就地消纳困难的问题，降低弃风率。

 

（3）风电变流器行业的概况

 

① 行业规模

 

在风力发电设备中，风电变流器是目前风力发电机组不可缺少的能量变换单元，风电变流器的功能是将风机在自然风的作用下发出电压频率、幅值不稳定的电能转换为频率、幅值稳定、符合电网要求的电能后并入电网。风电变流器不仅提高了机组效率，而且对于机组并网、电网安全稳定运行起到了良好作用，每一套新增风机均需要配备一套风电变流器。风电变流器以控制复杂、可靠性及稳定性要求高为主要特点，是风电机组的关键部件之一。

 

② 主要产品情况

 

风电变流器主要有全功率式和双馈式两种类型，分别对应直驱/半直驱式风电机组和双馈式风电机组。直驱式风电机组在传动链中省略了齿轮箱，将风轮与低速同步发电机直接连接，降低了机械故障率和定期维护成本，同时作为同步电机能够更加平稳地发电，提高了风电转换效率和运行可靠性，在大功率领域表现更好。但是直驱/半直驱式风电机组较双馈式风电机组的体积更大、价格更高。双馈式风电机组采用了多级齿轮箱驱动异步发电机，它的电机转速高、转矩小、重量轻、体积小，但齿轮箱的运行维护成本较高且存在机械损耗。两种机型各有优劣，并存于市场。

 

目前我国风电机组按照功率等级主流机型为 1.5MW 与 2MW，合计市场份额达到 78.7%。2016 年我国新增风电装机中，2MW 风电机组装机占全国新增装机容量的 60.9%，与 2015 年相比上升11 个百分点；1.5MW 机组市场份额下降了 16 个百分点至 17.8%。根据《2016全国大型风能设备行业年会暨产业发展论坛会议文件》，2015 年我国新增风电机组中，双馈式风电机组约占 68%，其中 2MW 双馈异步发电机变速恒频风电机组已经成为主流机型。但是从发展趋势看，直驱式机组的比例在缓慢上升。2015年新增大型风电机组中，永磁直驱式风电机组约占 30%以上。在 3MW 以上的大功率风电机组中，直驱式机型的比例超过了双馈机组。 “十三五”期间，2MW-3MW风电机组将成为我国陆上风电场的主流机型，市场份额将占到 70%以上。永磁直驱式风电机组市场份额将进一步增长，到 2020 年其新增装机容量将达到 40%以上，基本与双馈式风电机组新增装机容量相当。

 

2016 年中国不同功率风电机组新增装机容量占比

 

随着海上风电场规划规模的不断扩大，各主要风电机组整机制造厂商都积极投入大功率海上风电机组的研究开发，随着机组单机容量不断增大和利用率的不断提高，未来风电变流器向大功率和海上风电的方向发展。为了具有更好的经济性，目前海上风电场的主流机型为 3-5MW 机组。截至 2015 年底，在所有安装的海上风电机组中，4MW 机组最多，累计装机容量达到 352MW，占海上装机容量的 34.69%；其次是 2.5MW 机组，装机容量占 18.48%；3MW 机组装机容量占比为 17.74%。“十三五”期间，4MW-5MW 海上风电机组将成为我国海上风电场建设的主流机型。海上风电变流器是海上风电系统的核心部件之一，技术要求和设计难度明显高于陆上风电变流器。当前国内海上风电使用的主要为ABB、GE 等国际大型电气公司的变流器。

 

对应到变流器，国产 1.5MW、2MW 控制系统和变流器已经批量生产，已能满足国内风电整机配套需要。部分风电变流器制造商如禾望电气、海得新能源、阳光电源等已推出 3MW-5MW 海上风电变流器。随着风电机组大功率化，大功率风电变流器的市场份额进一步攀升。