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風電運維轉型,風力發電機行業揚帆起航_東方風力發電網
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風電運維轉型,風力發電機行業揚帆起航

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-03-04   來源:沙利文  瀏覽次數:465
核心提示:風力發電機是指一種以太陽為熱源,以大氣為工作介質的熱能利用發電機。風能作為一種可再生的清潔能源,將成為21世紀全球的主要能源,而風力發電是目前可再生能源中應用技術最成熟、最具有規模化開發條件和商業化發展前景的發電方式。
  風力發電機是指一種以太陽為熱源,以大氣為工作介質的熱能利用發電機。風能作為一種可再生的清潔能源,將成為21世紀全球的主要能源,而風力發電是目前可再生能源中應用技術最成熟、最具有規模化開發條件和商業化發展前景的發電方式。
  風力發電機的工作原理相對簡單,風力發電機葉片在風力的作用下旋轉,把風的動能轉變為風輪軸的機械能,發電機在風輪軸的帶動下旋轉發電。廣義地說,風能也是太陽能,因為風由太陽能轉化而來,太陽照射造成地球表面的溫差,從而引起空氣流動,這種空氣流動具有一定的動能,被稱之為風能。
  按照風力發電機的輸出容量,可將風力發電機分為小型、中型、大型、兆瓦級等類別。
  按照風力發電機主軸的方向,可將其分為水平軸風力發電機和垂直軸風力發電機。水平軸發電機是旋轉軸與葉片垂直,與地面平行,旋轉軸處于水平的風力發電機。垂直軸風力發電機是旋轉軸與葉片平行,與地面垂直的風力發電機。
  按照槳葉數量分類,風力發電機可分為"單葉片"、"雙葉片"、"三葉片"和"多葉片"型風力發電機。
  按照塔架的不同可分為塔筒式風力發電機和桁架式風力發電機。絕大多數風力發電機采用塔筒式結構,主要是由于這種結構的剛性好,人員登塔安全且維護工作量少,便于安裝和調節。桁架式結構類似電力塔,該結構風阻小,便于運輸。但需要每年對螺栓進行加固,工作量大,而且冬季爬塔架的條件更加惡劣。
  風力發電機分類
來源:沙利文研究院繪制
  從無到有,風力發電機技術發展迅速
  人類最早建造的將風能轉化成機械能的機器是風車。早在2000年前在東地中海沿岸和中國出現了最早的風車,當時風車的用途主要是灌溉和磨面。中國對風力發電機的技術探索和研發始于20世紀50年代后期,初期主要是為了解決海島和偏遠農村牧區的用電問題。到了80年代初,中國政府開始重視對大型風電技術的開發和應用,對中型和大型風力發電機組進行科技攻關,同時引進國外大型風力發電機組。這一時期,中國風力發電機技術得到了迅速發展。
  到了"九五"和"十五"期間(1996-2005),中國政府組織實施"乘風計劃"等計劃,支持建立了第一批規模化風力發電機整機制造企業并初步實現了規模化生產,標志著中國風力發電機制造行業開始步入產業化發展。經過一段時期的風電機組技術引進和產業化生產,中國國內風電整機制造企業對風電技術和產品的研發認識日益深入。目前,中國風力發電機整機制造能力已取得很大進步,先后開發出若干具有自主知識產權的機型,并在風場進行大規模應用,通過了長時間的驗證。近幾年隨著海上風電場的快速發展,風電機的適應性、穩定性和多樣性逐漸加強。
  中國風力發電機發展歷程
  
來源:沙利文研究院繪制
  中游設備企業數量相對較多,產品國產化程度逐步提升
  中國風力發電機行業的產業鏈上游為原材料供應商及風電機零部件設計制造商,從上游零部件制造價值量的角度來看,風機葉片的價值量最大,造價約占整個風力發電機設備的23.0%。然而由于風力發電的葉片和塔筒等零部件制造技術易于突破,因此不少企業參與其中,從而導致中國風力產業鏈上游的葉片和塔筒等零部件的產能過剩。
  中游的風力發電機整機設計制造商及風力發電智慧解決方案提供商。中國風力發電機整機制造業在"十一五"期間取得了快速發展,國家發展改革委明確指出,要推進風電裝備制造業技術進步,提高整體產業化水平,培育自主品牌。中游的風電設備企業數目相對較多,多數大型的風力發電機整機制造商在零部件與整機制造方面均已實現批量生產,提升了風電設備產品的國產化程度。中游的快速發展不僅帶動了上游風電機零部件及材料的發展,同時新型的高科技水平的風力發電機也為下游的風電場和電網發電提供了強有力的技術支持。
  產業鏈下游主體主要為風電場,依靠中游的風電機組進行發電。風電場在風電機組安裝后的架線并網常常滯后,因而會延遲風電機組投入使用的時間,對電力輸出造成損失,風電場呈現運營利微的現象。
  中國風力發電機行業產業鏈

來源:沙利文研究院繪制
  政策、核心技術、市場需求等因素的促進下,未來風力發電需求將穩步增長
  大力發展和利用可再生能源作為應對全球氣候變化、能源安全、生態環境等日益嚴重的問題已成為了世界各國采取的一致行動,中國風力發電機行業在此大背景下快速發展。中國風力發電機行業在2006年至2010年進入高速發展階段,根據中國可再生能源學會風能專業委員會的數據顯示,2010年中國風力發電新增裝機容量達到18.9GW,并以44.7GW的累計裝機容量成為全球風電裝機規模最大的國家。2010年起,由于行業惡性競爭加劇以及設備制造產能過剩,大量企業出現虧損,在一番角逐后,競爭力較為薄弱的風力發電制造商企業逐漸退出市場,經過了兩年的產能出清,中國風力發電新增裝機容量由2010年的18.9GW下降到2013年的16.1GW。
  本輪下滑后,中國風力發電行業的重心由原本的市場擴張轉向風力發電機的質量,市場份額逐漸趨于集中。2013年起,中國風力發電行業開始了新一輪的增長,風力發電新增裝機容量于2015年攀至30.8GW的高峰點,隨后由于搶裝潮之后的"棄風潮",風電開發的主戰場從"三北"地區轉移至開發難度更大的東部沿海地區,從而導致風力發電新增裝機容量出現了兩年的下滑,下滑趨勢在2017年趨緩。截止2017年中國風力發電新增裝機容量為19.7GW,2013-2017年復合增長率達5.2%。
  中國風力發電新增裝機容量,2013-2017

來源:中國可再生能源學會風能專業委員會,沙利文數據中心編制
  海上風電機迎來規模化和商業化發展
  伴隨著中國風電機技術不斷成熟和風電項目經驗的不斷累積,現已研制出多種較先進的工藝,如預浸料工藝、機械浸漬工藝及真空輔助灌注工藝等。同時,增強材料預成型加工的方法也逐漸多樣化,如手工鋪層、編織法、熱成型連續原絲氈法及三維編制技術等。風力發電機技術的進步,促進了中國雙饋異步發電機及其控制技術的提高,使得變速恒頻風力發電得以發展,成為了目前風力發電系統主流。中國風力發電機行業不斷增加技術累積,提高中國風力發電機的設計和制造水平,進而提升風力發電機組的效率和可靠性,使得大型發電機的制造難度降低。
  此外,中國海上風電研發力度不斷上升,海上風電專利申請數量呈現上升的趨勢。2008年1月至2018年6月,中國海上風電專利數累計達到1,178項,其中發明專利和實用新型專利占整體海上風電專利數的86.2%。中國在海上風電技術不斷提高和創新,促進中國海上風電開發逐漸由距離海岸線較近的區域走向近海及遠海區域,可開發資源進一步增加,成為了中國海上風力發電機向規模化和商業化方向發展的核心驅動因素之一。
  海上風電相關專利分布占比,2018H1

來源:fsTEAM采編,沙利文數據中心編制
  風力發電機回收機制有待完善
  21世紀初以來,風力發電在全球范圍內得到迅速發展。隨著風力發電技術的提高,風力發電機組的葉片長度逐漸增長,以便捕獲更多的風能,大葉片風力發電機成為了產品趨勢,但是退役后的風力發電機組葉片如何處理也成為了一個世界性難題。現有的處理退役風力發電機組葉片的方法有:垃圾掩埋、焚燒或回收。用退役風機的廢舊部件等回收材料制成的新葉片可以取代舊的葉片,且做到了資源的循環利用,因此回收是更環保的一種處理方式。過去的幾年,全球各國就退役風力機組葉片的回收問題進行了大量研究項目,并提出了一系列回收方案。
  世界各國退役風力發電機組葉片回收方案

來源:沙利文研究院繪制
  盡管各國在退役風力機組葉片的處理上取得了較為顯著的成功,但是由于成本問題,相關項目并未得到很好的發展,具有工業規模的回收風力發電機葉片的工廠更是屈指可數。中國在退役風力機組葉片的回收處理領域幾乎是空白的,相關的材料回收利用產業也不完善,這主要是由于中國風力發電機行業起步較晚,目前絕大部分風力發電機組尚屬于正常服役期,機組退役問題尚不突出。但隨著時間推移,葉片磨損老化、風力發電機組將超過使用年限,對退役風力發電機組葉片的回收處理是行業無法避免的問題。因此,未來面對大量退役的廢棄葉片,回收技術的不成熟和回收機制的不完善將成為行業發展的重大阻礙。
  沙利文全球合伙人、全球市場戰略規劃副總裁兼中華區總裁王昕博士指出,隨著中國風電行業市場走向成熟,以及超出質保期風電機的累計式增長,一批領先的風機整機商正逐步從單一制造商向風電機運維服務商轉型。未來,中國大批風力發電機組的退役,更新改造和換代升級的需求將成為風電運維市場的增長動力,中國風電運維市場將成為風力發電機行業發展的新增長點之一。
 
關鍵詞: 風電運維 風力發電
 
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