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  ▌海上风电资源丰富,高速发展打开市场空间

  风能资源储备丰富,海上风电前景广阔

  风力发电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发电方式之。

  风能开发和利用不受资源约束,环境影响小,可以大规模和可持续发展。

  全球风能约为.×^MW,其中可利用风能为×^MW。在现有风电技术条件下,我国风能资源足够支撑亿千瓦以上风电装机,风力发电将未来能源和电力结构中个重要组成部分。

  同时,发甄力发电对于解决能源危机、减缓气候变化、调整能源结构有着非常重要意义。

  我国海上风能资源丰富,近虹能可供开发资源达到亿千瓦。

  我国憾线辽阔,海上风能资源丰富,主要集中在东南沿贺区。

  我国东南沿海及附近岛屿有效风能密度为-瓦/平方米以上,全年大于或等于米/秒时数约为多小时,大于或等于米/秒时数约为小时。

  根据发改委能源研究所发布《中国风电发展路线图》报告,中国水深-米海域,米高度海上风能资源开放量为亿千瓦,总面积为.万平方千米。

  不同省份海上风力资源和地质条件差异明显。

  我国风能资源最丰富区域出现在台湾海峡,由该区域向南、北两侧大致呈递减趋势。

  具体而言,江苏、山东等长江以北属于典型低风速、无台风风险市场,需求大叶轮机组,河北、辽宁等更北部海域还要考虑耗影响;

  广东、浙江等属于典型低风速、有台风风险市场,需求大叶轮抗台风机组;

  福建、粤东部分区域、台湾海峡等属于典型高风速、有台风风险市场,需求更大容量抗台风机组。

  利用风能资源发甄电,为实现非化石能源占次能源消费比重达到%目标提供重要支撑。

  在国家相关部门重视和多重政策支持下,风电已成为我国第三大电源,从补充能源进入替代能源发展阶段。

  《风电发展“十三五”规划》指出,“十三五”期间风电建设总投资将达到亿元以上,到年底,风电年发电量要确憋到亿千瓦时,约占全国总发电量%。

  增加可再生能源在次能源消费结构中比例,并以最终和清洁煤电价匹配为发展目标。

  风电发展向非限电地区转移,海上风电优势显著

  陆上风电发展增速趋缓,弃风限电现象略有好转。

  年陆上风电新增装机.GW,相比较年.GW新增装机量,同比下降.%,陆上风电发展增速有所放缓。

  年季度,全国平均利用小时数小时,同比增加小时;全国弃风电量为亿千瓦时,同比下降亿千瓦时;弃风率为.%,同比下降.个百分点,与年相比弃风限电情况明显好转;但国家电网提出目标在年弃风率控制在%以内。

  陆上风电发展受限使得海上风电成为风电发展新出路。

  陆上风电发展主要受限于弃风消纳问题,弃风现象严重主要在于系统调峰能力严重不足,新能源发电与送出工程建设进度不同步和体制机制问题。

  新能源富集地区不同程度地存在跨省、跨区通道能力不足问题,已成为制约新能源消纳刚性约束。

  而海上风场基本都建设在沿海-公里以内,距离负荷中心较近,减少电力传输损失,并且常年有风,所以很适合电负荷中心需求。

  海上风电发展,有望满足行业发展增量需求,成为风电发展新出路。

  海上风电利用小时数超陆上风电,发电量优势显著。陆上风电年均利用小时数为左右,海上风电根据资源条件不同,利用小时数般也不同,但平均利用小时数可以达到小时以上。

  相较于陆上风电,目前我国海上风电单机容量以.-MW为主,高于陆上风电以MW类型为主单机容量。

  随着技术水平提高,单机规闹续扩大,更强更稳风力以及更高利用小时数,海上风电发电优势将更加显著。

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  海上风电能够为我国东南沿海省份提供有效能源补充。

  海上风能资源主要处于东部沿贺区,以福建、浙江、山东、江苏和广东五个省份为主。

  东部沿海省市竖内经济最发达地区,用电领先并处于电负荷中心,为大规蘑展海上风电提供足够市场空间。

  同时,这些省市电力供应紧张,用电增长速度较快,随着火电装机量进步走弱,用电缺口将进步扩大,海上风电可以作为目前虫使用能源有效补充。

  年,海上风力资源所在主要五个东南沿海省份(福建、浙江、山东、江苏和广东)总用电量为亿千瓦时,西北地区.倍左右,消纳能力强。

  ▌海上风电全面启动,市场空间超千亿

  风电行业新增装机量短期下滑,长期看行业发展稳定向上。

  受年风电抢装带来需求透支、红六省限装影响,年与年风电行业新增装机需求量持续下滑。

  年全国新增风电并网装机容量.GW,较年.GW,同比下降.%。

  不同于-年风电行业,在平价上网日趋临近大背景下,风机行业需求不存在大幅下滑风险,长期看风电行业总体发展稳定。

  风电投资重心逐渐向非限电地区转移,海上风电有望受益。年三北地区新增装机占比呈小幅下滑,由年%降为年%。

  同时中东部及南方地区新增装机由年%增至年%。

  “三北”地区弃风限电严重,同时由于技术进步使低风速区域可利用率提升,风电投资重心逐渐向中东部地区转移。海上风能资源区多集中于非限电地区,海上风电有望直接受益。

  海上风电装机实现大幅度增长。

  根据中国风能协会统计,年,我国海上风电新增装机(吊装量)台,容量达到MW,比上年增长%,海上风电装机增速有较明显优势。

  海上风电累计装机量呈现爆发式增长,由年MW增长至年MW。

  海上风电新增装机占综合新增装机比重迅速上升,由年.%增长至年.%,占比逐步提升。

  海上风电全面启动,发展前景广阔。

  年海上风电全面启动,海上风电装机规闹续扩大,年国内海上风电项目招标.GW,同比增长%,占全国招标量.%。

  根据国家《风电发展“十三五”规划》,到年全国海上风电开工建设规娘到GW,力争累计并网容量达到GW以上,重点推动江苏、浙江、福建、广东等省海上风电建设。

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  我国未来四年海上风电装机容量年复合增长率超过%。

  结合“十三五”海上风电发展目标,风能咨询机构MAKE预计,截至年中国海上风电累计装机容量将达到.GW(吊装量)〈照预计,未来年海上风电累计装机容量复合增长率超过%。

  以海上风电投资开发成本元/KW测算,结合年我国海上风电累计装机容量.GW估计值,预计到-年我国海上风电建设投资市场空间约亿元。

  ▌全面解读海上风电产业链格局

  海上风电呈现与陆上风电相异产业格局

  海上风电投资开发包括项目开发前期工作、风电场项目建设以及运营维护。

  前期包括海上风电规划、申请项目开发权、申请项目核准个阶段。

  海上风电规划包括地址选择、实地勘察、项目环评及方案设计研究等。

  海上风电场则主要由定规哪风电基础和输电系统构成,风电基础包括风电机组如叶片、风机、塔身和机组安装等部分,输电系统则由交流集电线路,海上升压站和无功补偿设备,鹤电缆,陆上变电站和无功补偿设备组成,已建成海上风电场大部分采用高压交流输电系统(HVAC)。运营维护由风电整机厂商和运营商共同负责。

  海上风电产业异于陆上风电产业,区别于陆上风电发展。

  从本质上看,陆上风电“机组+电网+般性电力工程”;海上风电则“风电项目+海洋工程”,鹤光缆、海上桩基及海上装机如吊船、打桩船海上风电项目重要组成部分。

  不同于陆上风电项目建设,海上风电发展定程度上借鉴海洋工程技术,嵌到海域功能区分,航道,电缆铺设,海上风机设计、施工和安装,并网,环保,甚至国防安全等系列问题。

  从设计、制造、安装、运维各个方面要提升到个更高高度,发展模式异于陆上风电。

  海上、陆上风电成本构成比例差异显著,呈现不同产业格局。由于涉及海洋工程,海上风电项目比陆上风电多海上桩基及鹤光缆,开发投资成本构成不同。

  海上风电机组基础、变电站工程、桩基、运输安装和输电线路费用较高,导致海上风电单位造价高于陆上风电;同时海上装机需要专业风电运输安装船以及吊船,海上风电安装成本显著高于陆上风电安装成本。

  国内海上风电暂时还处于探索发展阶段,国产海上风机大多对陆上风机进行改装或升级,通过提升陆上风机容量,做些防腐措施改造成海上风机。

  面对恶劣海洋环境,风机可靠性会大打折扣,导致海上风电运维成本很高。

  由此导致海上、陆上风电成本构成比例差异显著,海上风电风电机组成本占比为%(含风塔),远低于陆上风电%(含风塔),相反海上风电运营、安装等成本占比则远高于陆上风电,产业格局相异。

  海上风电项目在硬件方面主要由风电机组、风塔及桩基、鹤电缆三部分组成。

  在海上风电总投资中,整机、风塔、鹤光缆等设备投资约为%,按照目前海上风电平均开发投资造价元/KW计算,-年面向整机制造商以及周边部件供应商如桩基、鹤光缆等海上风电市场近亿元。

  海上风电产业链结构同陆上风电相似,主要分为运营、整机制造、零部件三环节。

  从产业链环节来看,海上风电和陆上风电没有明显区别,自下而上分为风电场运营、风电整机制造、风机零部件制造三个环节。

  目前海上风电运营商主要五大集团及其下属能源公司,例如南方电网综合能源有限公司、华能、大唐、申能、国家电投、三峡、中核、中广核等;

  风电整机相对市场化,海上风电累计装机容量目前国内排名靠前金风科技、远景能源等,零部件环节由于技术门槛较低,涉及公司较多,主要以叶片、塔架、齿轮箱等生产商为主。

  海上风电主要开发运营商为大型电力央企

  海上风电主要开发运营商为大型电力央企。与陆上风电相比,海上风电技术壁垒更高,开发商较为单,国电集团、中广核、鲁能、申能、中水电、三峡新能源等传统电力风电企业占据海上风电主要份额。

  年,海上风电运营开发商前三分别为国能投、中广核以及三峡新能源,累计装机容量分别为.MW、MW、MW;占比分别为%、%、%。

  核心零部件和原材料风电机组关键部分

  风电机组在海上风电项目中成本占比最高,占单位总投资约 %〈照目前海上风电平均开发投资造价 元/KW 计算,- 年对应市场空间为约为 亿元。

  风电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机、电控系统、塔架等组成。涉及关键原材料有钢、铝、铜、混凝土、玻璃纤维、碳纤维、环氧树脂、永磁材料等,其中钢材、碳纤维复合材料和永磁材料有望得到更多关注。

  风机叶片风力发电机组关键核心部件之,关注碳纤维复合材料。叶片设计、制造及运行状态好坏直接影响到整机性能和发电效率,对风电场运营成本影响重大。

  从零部件价值量角度来看,叶片价值量极大,其成本约占风机总成本 .%,-年对应市场空间约为 亿元。

  随着风电机组尺寸增大及海上风电发展,叶片将越来越长且拥有更高叶尖线速度(至 米/秒),未来风电机组叶片大型化和轻质化将成为叶片发展主要方向。

  目前,风电叶片主要以玻璃纤维作为增强材料,但为满足风电机组叶片大型化和轻质化要求,未来中国在风电叶片生产中将更多使用碳纤维。

  按《中国风电发展路线图 》规划, 年、 年、 年应用碳纤维风电机组市场份额预计将达到 .%、.%、.%。

  齿轮箱可靠性对风机寿命起着决定性作用,尤其海上大功率风电齿轮箱。

  风力发电机齿轮箱位于机舱内部,目前兆瓦级风机传动链中薄弱环节,属易过载和过早损坏率较高部件,其成本占风机总成本约 .%,- 年对应市场空间约 亿。

  发电机约占风力发电机组成本 %左右,其核心部件为转子及支架、定子及支架、动定轴等。

  目前双馈式风力机组采用发电机包括同步发电机和异步发电机。异步发电机较同步发电机而言,需要维护较少,更适合海上风电场。相比双馈式发电机,直驱式风机发电机为低速多级发电机,转数低,磁极数多,体积和重量均比双馈式风机要大。

  风机控制系统成本占风电系统总成本 %左右,包括控制系统、偏航系统、制动系统、油冷系统、水冷系统、变频器、变桨系统、电池系统、安全链等。

  风机控制系统综合性控制系统,用于监视电网、风况和机组运行参数≡机组进行并网、脱网控制,以确保运行过程安全性和可靠性。

  同时还要根据风速、风向变化,对机组进行优化控制,以提高机组运行效率和发电量。

  钢材、永磁材料等关键原材料影响风电产业发展≈材用量约占机组总重量 %,钢材供给需求及价格波动将直接影响风电成本。

  永磁材料影响直驱风电机组关键原材料,其需求将随着直驱风电机组市场规哪扩大而快速增加,这两类材料供应应得更多关注。

  以目前中国已探明稀土资源储量(约 万吨)和产量增长趋势来判断,未来风电产业所需永磁材料供应量充足。

  整机制造商市场份额集中,国内外技术水平逐步缩小

  风电制造商纷纷布局大兆瓦海上风电机组。

  随着海上风电装机需求增长,风电制造商积极布局海上风电,研发大兆瓦海上风电机组。

  MW及以上风电机组已逐渐成为国内外主要风电厂商发展重点,国外MW机组已完成商业化应用,MW机组也已经到实验样机阶段,其中维斯塔斯MW风电机组、Enercon.MW风电机组、西门子MW风电机组、通用电气MW风电机组、歌美飒MW风电机组等均得到广泛应用。

  国内风机厂商如华锐风电MW、联合动力MW、金风科技MW、东方电气.MW、海装风电MW等海上风电机组陆续下线安装,处于样机试验阶段。

  国内海上发电机组面临着技术缺乏有效验证、标准缺失等明显短板,与海外技术差距明显。

  我国海上风电机组容量以MW-MW为主,MW-MW风电机组多处于小批试验阶段,自主研发有所突破,但技术缺乏有效验证,核心技术仍依赖于海外成熟技术。

  同比之下,欧洲MW海上风电机组已形成产业化能力并批量安装,.MW及.MW海上风电机组进入样机试运行阶段,MW海上风电机组也已经开始进设计,与国外技术水平仍有较大差距→内海上风电机组受限于规模生产及技术水平,国产替代有望降低高成本。

  国内机组般由陆上风电机组经过防腐等适应性改造后下海或引进海外成熟技术,国内整机制造商并不掌握核心技术,尤其大功率海上风电机组。

  由于无法实现国产化,受限于规模生产及技术水平,国内风电机组造价成本较高,为-元/KW。

  目前国内陆上风电机组由于完全国产化,使得造价成本全球最低,因此,只有针对中国海域翰条件和风资源特点,自主研制具有核心技术国产化海上风电机组才竖内海上风电发展出路。

  海上风电机组制造商数量较少,市场份额集中。

  截至年底,海上风电机组供应商共家,其中累计装机容量达到MW以上机组制造商有远景能源、金风科技、华锐风电等,市场份额高度集中。

  年,中国海上风电新增装机台,容量达到MW,同比增长.%,共有家制造企业有新增吊装,主要有金风科技、远景能源和重庆海装。

  风电塔架及桩基技术含量高,行业具有较高毛利率

  风塔风电产业链中风电机组重要组成部分。

  风电机组风电项目核心部分,风塔成本约占风电整机总成本%左右,约占海上风电项目投资成本%,为整套风机提供支撑力。

  其主要功能支承风力发电机机械部件,发电系统(重力负载),承受风轮作用力和风作用在塔架上力,具有足够疲劳强度,能够承受风轮引起振动载荷,包括起动和停机周期性影响、突风变化、塔影效应等。

  除塔体外,其内部通常有爬梯、电缆、电缆梯、平台等结构。

  鹤电缆海上风电项目开发重要环节

  鹤电缆海上风电与陆上风电较为主要区别所在,海上风电投资占比约为-%。

  海上环境恶劣,对于海缆制作工艺、运输安装、后期维护等提出很高要求。相较于陆上风电,海缆厂家相比于陆缆厂家可选性少,海缆施工难度较大,需要专业敷缆单位来完成,后期维护费用较高。

  陆缆单公里费用约~万元,相较于陆上电缆,kV海缆单公里费用在~万元(考虑不同截面),kV海缆单公里费用在万元,电缆投资增加较多,同时海缆投资规模同海上风电投资规模同比增加。

  鹤线缆目前广泛运用鹤光电复合缆,直接降低项目综合造价和投资,并间接地节约海洋调查工作量和后期路由维护工作。

  鹤光电复合缆即在鹤电力电缆中加入具有光通信功能及加强结构光纤单元,使其具有电力传输和光纤信息传输双重功能,完全可以取代同线路敷设鹤电缆和光缆,节约海洋路由资源,降低制造成本费用、海上施工费用和路岸登陆费用。

  我国近两年建设近海试验风电场全部采用鹤光电复合缆实现电力传输和远程控制。

  海上风电安装船及运维市场开启,发展前景广阔

  海上风电机组安装专用船短缺导致海上风电场开发成本高昂关键因素之。

  海上风电安装船高度精密海上设施,能将风机和基础安装设备运输至风电场址,并配备适合各种安装方法起重设备和定位设备。

  早期安装船舶都借用或由其他海洋工程船舶改造而成,但随着风机大型化,起重高度和起重能力要求提高,海上风机安装专用船舶需求增长。

  海上风电安装船建造周期较长,需要-年时间,需要提前订购来满足预期市场需求。

  目前,我国海上风电技术支撑相对薄弱,对海上风电机组设计施工、研究试验不足,海上风电安装专用船舶短缺,这些因素直接导致海上风电开发成本过高。专用安装设备需求显现,发展前景驱动企业布局。

  随着海上风电全面提速,对专业船舶需求日益增长→内船舶制造企业积极布局海上风电安装设备及平台。

  中船重工(重庆)海装风电设备公司投重金用于海上风电设备研制,其中重要项就要建造海上风电安装船;中船集团所也自主研发,为南通海洋水建设计我国首艘自升式海上风电安装船“海洋”号。

  龙源振华大力发展海上风电安装设备,目前拥有世界最大安装船“龙源振华三号”∷外,也有诸如江苏盛早电设备有限公司等民营企业提前布局,希望抢占海上风电安装先机◇规模海上风电项目投运,海上运维市场开启。

  海上风电风险较大,机组故障率高,维修工作大,需要定期或不定期对海上风机及升压平台进行养护,海上运维市场前景广阔。

  由于国内海上风电处于初步发展阶段,国内海上风电尚无长期运营经验和成本数据积累,海上运维市场尚处于起步阶段※据目前国内已建成海上风电场运维情况看,海上运维工作量陆上-倍,费用远超陆上风电。

  尽管海上运维门槛高、起步晚,但随着我国海上风电发展,未来将形成陆上运维和海上运维市场细分格局。(申万宏源:韩启明,刘晓宁,郑嘉伟)

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(责任编辑:旅文欣)