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风电行业“风起云涌”半直驱推动海上新高潮

来源: 顺博登录网址 作者: 顺博体育平台 发布时间: 2022-09-09

  6月24日,水电水利规划设计总院发布《中国可再生能源发展报告2021》(简称“报告”),报告指出2021年我国新增可再生能源发电装机容量1.34亿千瓦,可再生能源累计装机容量历史性突破10亿千瓦大关,水电、风电、光伏发电装机均超过3亿千瓦,海上风电装机跃居世界第一。报告预测“十四五”期间,可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中的占比超过50%,风电和太阳能发电量实现翻倍,2022年风电预测新增并网5600万千万以上。

  可再生能源的发展,作为国家能源结构改革、助力双碳目标的重要途径,近年来在政策大力支持下,可谓发展迅猛。风电作为可再生能源的重要发力点,在“抢装”年的增速爆发后,热度依旧。其中海上风电的发展尤为瞩目,如报告所述目前我国海上风电装机规模已跃居世界第一。

  据业内人士介绍,海上风电具有运行效率高、输电距离短、就地消纳方便、不占用土地、适用大规模开发等天然优势,而我国拥有长度超过1.8万千米的漫长海岸线,海上资源十分丰富,同时毗邻东南沿海用电负荷区,便于能源消纳,海上风电已成为我国“十四五”能源转型的重要战略发展路线,海上风电将成为风电行业的重要发展驱动力。退补抢装背景下,2021年我国海上风电异军突起,全年新增装机量16.90GW,同比增长452%。主要沿海省份“十四五”海上风电规划新增装机合计可达73.45GW,约是“十三五”新增装机量的8倍。在《“十四五”现代能源体系规划》中也提到要鼓励沿海省份开发海上风电基地建设,开发深水远岸区域。

  纵观产业发展趋势,目前陆上风电技术已经极为成熟,技术门槛很低,竞争激烈,2021年以来进入全面平价时代,增速趋于平稳,据天风证券研报预计22-25年国内陆上风电CAGR约15%。与之相对,海上风电市场潜力较大,风资源更好,经济效益更高,适合大规模开发。随着海上风电技术日趋成熟,度电成本下降,未来国内海上风电将会迅速发展,预计22-25年CAGR达37%。

  对于我国风机制造商来说,行业的火热以及海上风电的崛起,无疑是难得发展机遇。但是相较陆上风电,风能资源特点的不同,海上环境更为恶劣,因此海上风机可靠性要求更严,技术壁垒更高,成本投入也更大,这让很多想要分享“海风红利”的新玩家有心无力,望而却步。

  海上风电环境条件复杂,机组设计需考虑盐雾腐蚀、海浪载荷、台风等众多制约因素,对机组的技术、质量及装机都是考验。因此,海上风机的技术路线选择尤为重要。整机制造领域有三种主流技术路线:双馈型、直驱型以及半直驱型。三种技术路线的主要设计区别在于发电机类型及其与风机的连接方式。双馈与直驱几乎同时出现,本质区别在于有无“齿轮箱”。

  双馈型风机叶轮通过增速齿轮箱与发电机转子相连,采用齿轮箱将风轮转速升高,提高发动机的效率,仅有转差功率经过变频器,因此所需变频器容量小,成本低价格低。但双馈型风机对风速要求高,容易发生脱网现象,而且涉及使用多级齿轮箱导致的故障率偏高。与之相对,直驱型风机不采用齿轮箱,增加磁极对数,叶轮则直接与发电机相连,叶轮直接带动发电机转子旋转,使得体积和重量大,同时全功率变频器相比双馈变频器容量大,使得整体价格偏高。

  如前文所述,海上风电位置特殊,风力多变,大幅提升了维护成本,因此维护成本较高的双馈机组并不适用于海上场景,而直驱机组虽然发电性好,但太过沉重,安装运送存在问题。因此双馈机组和直驱机组其实都不是海上场景的最好选择。

  在这样的背景下,半直驱技术路线逐渐成为行业公认的下一代主流风机技术路线。半直驱技术采用中速齿轮箱+中速永磁同步发电机+全功率变频技术路线,叶轮通过中速齿轮箱与永磁同步发电机转子连接,进行全功率变流器连网。与直驱相比,半直驱增加了中速齿轮箱,发电机转子转速比永磁直驱高,可以减少永磁同步发电机转子磁极数,有利于减小发电机的体积和质量。可以说综合直驱与双馈技术优势。

  半直驱技术相比双馈故障率降,中速齿轮箱避免了双馈技术使用多级齿轮箱导致故障率偏高的问题,可靠性更强。相比直驱,中速永磁同步发电机与同功率低速永磁直驱机型比较,体积和重量减小,同时,半直驱风力发电机组多为紧凑型机型,也减少了风机每单位千瓦原材料的用量,制造与运输成本均降低。

  平价时代来临,“降本增效”成为产业链上下的核心关键词,目前风机大型化被认为是推动行业降本的有效途径,而半直驱风机技术以其独有的综合技术优势,正成为大型化机组的强大推动力,也更适应机组大型化和海风规模化的发展趋势。

  值得留意的是,国内主流风机厂商已开始向半直驱技术倾斜。金风科技专注直驱技术并通过两轮抢占潮成为了国内风电装机的龙头,但在最近也开始在海上风电领域进行半直驱技术转型以应对平价上网的到来。另一头部玩家,上海电气也在年报中提出,为更好地迎接2022年开始的海上风电市场平价时代,公司重点研发半直驱传动技术路线,通过技术优化及创新推动成本下降。此外,东方电气、哈电风能等也接连在风机技术路线上进行了转型。

  在3060目标及可再生能源风光互补发展背景下,海上有望成为我国风电主战场,在平价大基地及海上风电高景气的带劢下,行业景气有望维持。据国金证券预计“十四五”期间国内海风总新增装机达60GW。2022年是海风迈入长周期景气第一年,受益于国家政策激励与产业链协同降本,预计2022年海风招标高繁荣。根据“全球风能理事会数据”显示,2021年,在全球海上风力发电机出货量的排行榜中,中国企业垄断了前四名,并拿下了73.5%的市场份额,优势明显。相较于4年前,中国企业仅仅拥有全球海上风力发电机份额的20.3%,可谓增速惊人。面对强劲海风,拥有半直驱技术积累的我国风机制造厂商,有望抢的先机,迎来长期高质量增长新高潮。

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