从技术空白,到领先全球,中国风电的新未来!

面对能源危机,风电会是一个好选择吗?

近来,俄乌战争仍在持续,能源危机依旧严峻。未来,战争如何走向,世界格局如何演变,我们不得而知。但可以预见的是,这场战争给世界各国在能源问题上敲响了警钟。

其实,自2021年以来,天然气、油价、电价均飙涨。彼时,欧洲电价攀升至10多年来最高水平,日本高峰时段电力供应现货价格折合人民币2.76元/千瓦时,印度煤炭供应严重短缺,多个城市面临停电窘境。

我国情况也不乐观,随着煤炭价格的飞涨以及能耗双控等措施的落实,多个省份发布了限电政策,有地区甚至无奈对居民用电进行了部分拉闸限制。

一场能源危机,席卷全球。

但谁也没想到,全球疫情影响带来的“能源荒”还未消化,俄乌战争又使得能源紧缺雪上加霜。

能源安全即国家安全,数次能源危机以及因为能源引起的战争,让各国将目光逐步投向可再生能源,风能、太阳能等更是被视为战略资产,得到越来越多的认可。

今天我们就来聊一聊可再生能源之一的风能。

            

谈到对风的利用,我们首先想到的是风车。

历史记载,公元前2世纪,古波斯人已经开始利用垂直风车来碾米。10世纪,伊斯兰人发明风车技术。11世纪,风车已被广泛普及于中东地区。13世纪,风车已成为欧洲地区不可缺少的原动机,荷兰更是以风车之国著称。18世纪,风车对北美垦荒的成功实施起到了重要作用。

其实,人们最早利用风能始于五千年前,古埃及人发明风力驱动的帆船,沿尼罗河航行。

我国也在很早之前就利用风帆为船舶提供动力,使用风能提水、灌溉、磨面、舂米。

随着人们对风的认识,风能开始用于人们生产,但是风的潜力还是未被充分认识。

直至十八世纪初,横扫英法两国的一次狂暴大风。据记载,这场暴风吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船,并有数千人受到伤害,二十五万株大树连根拔起。

仅就拔树一事而论,风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦)的功率!

有人估计过,地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦,几乎是现在全世界水力发电量的10倍。即使当前全世界每年燃烧煤所获得的能量,也只有风力在一年内所提供能量的三分之一。

这组数据准确不准确暂且不论,但风的威力是再次引起了人类的注意,风能等待人们去开发。

1887年7月,苏格兰学者James Blyth在他的度假别墅里,建成了第一台风电机组,用于蓄电池充电和别墅照明。

1888年冬,美国人安装了一台被现代人认为是第一台自动运行的且用于发电的风力机。

同一时期,丹麦工程师Poul La Cour经过试验研究发现:转速慢且叶片多的风电机组性能低于转速快且叶片少的风电机组性能。基于此原理,他试制了一台含4组叶片且额定容量为25 kW的风电机组,为现代风电机组奠定了基础。

但风电并没有广泛应用起来,一是煤炭等资源价格普遍低廉,发电成本低;二是风力发电经济性较差且不稳定,受到工业界冷遇。

直至1970年代后,随着风机制造和大兴军工技术的突破,延伸至风力发电,风电技术得到快速发展。

20世纪下半叶世界石油危机之后,在化石能源告急和生态环境恶化的背景下,风能作为一种清洁高效的可再生能源,在西方国家得到迅猛发展。

截止2020年年底全球累计风电装机量约743GW,其中陆上风电710.5GW,海上风电装机量约32.5GW。

我国风电行业起步始于上世纪七八十年代,1986年,我国第一座风电场——马兰风力发电厂在山东荣成并网发电,是我国风电历史上的里程碑,标志着中国风电的开端。

此后,经过三十多年产业化探索,到2008-2010年,中国风电在经历跑马圈地的高速发展后,风电装机量跃居世界第一。

我国风能资源丰富,无论是陆上还是海上。

但从资源禀赋上看,我国陆上风电的开发主要集中在“三北”地区,电力耗量大的南部及中东南部地区则处在低风速区域。

近年来,为促进可再生能源发展,也为满足中东南部电力负荷高峰区域供电需求,我国陆上风电“开发地图”明显出现了“南移”。

这主要得益于技术进步。据了解,目前我国可开发的风速在不断下探,现在5米/秒甚至以下的低风速资源区也都进入了可开发的风区资源范围。

国家能源局公布的2021年前三季度风电新增并网数据显示,2021年1-9月期间,全国风电新增并网装机1643万千瓦,其中约有60%分布在中东部和南方地区,约40%分布于风电传统区域“三北”地区。

中国可再生能源学会公布的最新数据也显示,2020年,国内低风速区域内的风电装机主要分布在河南、安徽、江西、湖南和湖北五省,与2019年相比,安徽、河南两省新增装机增速超过100%,湖南、湖北两省装机同比增速均超过了80%。

陆上风电进入高速发展期。

相比陆上风电,我国海上风电起步更晚。

2007年11月,中海油渤海湾钻井平台实验机组建成运行,标志着我国海上风电正式开始。

2010年6月,我国首个、同时也是亚洲首个大型海上风电场——东海大桥100MW 海上风电场并网发电,标志着我国海上风电产业迈出了第一步。

这些年,我国海上风电发展迅速,数据显示,2020年海上风电新增装机量超过300万千瓦,占全球新增装机量的50.45%。此时,我国海上风电总容量已经超过德国,仅次于英国,成为全球第二大海上风电市场。

近日,广东、江苏、浙江等多沿海省份陆续出台“十四五”规划,积极谋划海上风电开发,明确进一步扩大装机规模,数据显示,未来五年内我国海上风电装机将突破30GW。要知道三峡水电站这种世界级的水电站装机容量也才2250万千瓦,这意思是,海上风力发电的总装机容量将会达到三峡水电站的约1.5倍。

虽然风力发电的总装机容量已很客观,但只有少部分地区的群众才能享受到风电的“福利”。

2021年10月17日,多家风电企业在“风电伙伴行动”计划中提出,力争在2025年将近海和深远海风电度电成本分别降至0.4元和0.5元。

海上风电即将进入平价上网时代,但实现真正意义上的平价还需要时间。

毕竟海上风电要想实现平价,首先需要降本增效,而这需要整机厂商和主要业务链条企业共同努力,其中,绕不开的就是技术问题。

众所周知,欧洲是全球最早商业化发展海上风电的地区,技术、供应链、政策和资金体系发展相对成熟。我国风电起步晚,技术上几乎一片空白,尤其风机制造技术。

有着“海上风电之父”之称的Stiesdal A/S首席执行官Henrik Stiesdal在2019全球海上风电发展大会谈起第一次与中国合作海上风电项目时,感慨地说,30多年前,中国刚启动海上风电项目,因为是第一次试水,没有人知道怎么建设,怎么安装,怎么运维,一切都是从头开始 ,都是摸着石头过河。

既然没有技术我们就从外面引进,早年国内一些主要知名企业的核心技术一般都是从国外引进,尤其是从丹麦、德国、西班牙这样现代风机比较先进的国家引进。

就拿我国第一座风电场——马兰风力发电厂来说,其机组是相关部门从丹麦引进的。丹麦的维斯塔斯曾长期雄踞全球风力发电机霸主,至今地位显著。

据统计,20世纪初,占据国内风机市场半壁江山的仍然是GE、维斯塔斯及西门子歌美飒三大国际巨头。直到2006年,国内风电整机企业的市场占有率还不足50%。

但进口设备价格昂贵,后续服务跟不上,最主要的是核心技术缺失制约了我国企业发展,我国风电发展急需破局。

为了摆脱对国外技术引进的长期依赖,更为了促进我国风电产业的可持续发展,真正掌握核心的陆上和海上大型风电机组设计与研发的关键技术成为我们必须尽快解决的关键任务。

“九五”和“十五”期间,我国政府组织实施了“乘风计划”、国家科技攻关计划,以及国债项目和风电特许权项目,支持建立了首批6家风电整机制造企业,进行风电技术的引进和消化吸收。

2006年,我国政府实施了《可再生能源法》,风电正式进入大规模开发应用的阶段。

在科技部主导下,我国针对风电整机技术水平低、自主研制能力差、产业不完整、可持续发展能力弱等问题,规划了风电整机成套设备、关键零部件、海上风电、标准规范体系等4个主要研究方向,由全国23家单位共同承担,项目直接推动了中国风电配套产业链及其产品创新机制的建立、发展和完善。

此后,我国陆续制定出台了促进风电等可再生能源发展的相关法规和扶持政策,众多国内外企业大举投入中国风电制造业,大多瞄准了风电整机制造。

据不完全统计,在2008年,进入风电整机制造业的国内企业一度多达80家,其中代表企业有金风、运达风电、东方电气、华锐、国电联合动力、广东明阳、上海电气等,他们利用自身相关技术和工业基础,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。

经过多年发展,涵盖原材料加工、零部件制造、整机制造、开发建设、技术研发、标准和检测认证体系等各个环节的风电设备制造技术有了相当大的提高,一个具有竞争力的较为完整的产业链体系已初步形成。

2021年5月22日,中国华能牵头,与中国海装联合研制的国内首台华能-海装H171-5兆瓦型国产化高速永磁式海上风力发电机组在江苏如东基地成功生产下线,标志着国内首次全面掌握了海上风电机组关重部件的核心技术,打破了国外的技术垄断和封锁,对实现海上风电全产业链国产化,实现海上风电平价意义重大。

目前,我国风电已进入平价时代,但风电平价上网之路并非一帆风顺。

随着风电装机成本及运营成本的下降,近些年来我国政府在不断调低了风电上网电价。

2021年1月1日开始,根据国家发展改革委等有关部门文件,新核准的陆上风电项目全面实现平价上网,国家不再补贴。

我国陆上风电迎来平价时代。

虽然海上风电也到了平价时代,但业内人士表示,要实现真正意义上的平价还需要两三年时间。

因为与陆上风电不同,海上风电成本构成来源更多元,降本涉及的环节更复杂。

数据显示,在海上风电成本构成中,风机叶片、传动系统以及塔筒分别占比为6%、18%、8%,安装成本为20%,海上电力设施以及海上风电基座等成本占比25%,其余还包括前期勘察、工程维护管理、保险等费用。

行业普遍认为风机大型化是降低海上风电成本最有效的途径,于是肉眼可见地,风机的容量和单个叶片都在变得越来越大。

海上风机不但要能抵御大风,抗腐蚀,更重要的是故障率低。因为其维护成本太高,大约占到度电成本的25%。这就对机组的可靠性,对风机企业的抗风险能力都提出了更高的要求。

尽管广东、浙江等省份陆续出台了力度不一的地补政策,但对于海上风电开发而言,电价没有办法完全覆盖投资及建设成本,投资收益率较难保证仍然是目前面临的最大问题。

补贴发展不是长久之计,风电行业要想实现市场化,终究还是需要“断奶”。

此外,还值得的注意的是,我们在关注设备制造成本、度电成本、运营成本的时候,也应该关注一个风电项目的融资成本。

毕竟风电项目投资大,回报周期长,若想完全市场化,还需要社会资本更多参与。

构建绿源金融体系,实现股权融资、债务融资等融资渠道多元化,以降低风电项目融资门槛和融资成本。

在建设成本及融资成本双双降低情况下,风电市场化会更加顺畅,这也为我国在面对全球能源危机下,提供了更多筹码。此外,在实现碳达峰碳中和目标,风电还将发挥更大的作用。

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