摘要:海上风力发电是指在潮间带、近海海域等主要区域建立风力发电场,将风能转换为电能,是一种使用离岸风力能源的方式。中国东部沿海的海上可开发风能资源约达7.5亿千瓦,不仅资源潜力巨大且开发利用市场条件良好,只是由于中国沿海经常受到台风影响,建设条件较国外更为复杂。目前由于中国陆地可开发的风能资源越来越少,风电场的建立逐步从陆地向海上拓展。海上风力发电行业可以按运行方式、所在海域水深和安装形式划分。截至2024年前三季度,我国风力发电累计装机容量达479.55GW,同比增长19.8%,其中,海上风力发电累计装机容量39.1GW,占全部累计装机容量的8.15%。
一、定义及分类
海上风力发电是指在潮间带、近海海域等主要区域建立风力发电场,将风能转换为电能,是一种使用离岸风力能源的方式。中国东部沿海的海上可开发风能资源约达7.5亿千瓦,不仅资源潜力巨大且开发利用市场条件良好,只是由于中国沿海经常受到台风影响,建设条件较国外更为复杂。目前由于中国陆地可开发的风能资源越来越少,风电场的建立逐步从陆地向海上拓展。海上风力发电行业可以按运行方式、所在海域水深和安装形式划分。
二、行业政策
近年来,中国海上风力发电行业受到各级政府的高度重视和国家产业政策的重点支持。国家陆续出台多项政策,鼓励海上风力发电行业发展与创新。2024年3月,国家能源局发布《2024年能源工作指导意见》,提出要稳步推进大型风电光伏基地建设,有序推动项目建成投产。统筹优化海上风电布局,推动海上风电基地建设,稳妥有序推动海上风电向深水远岸发展。2024年5月,国务院印发《2024-2025年节能降碳行动方案》,提出要加大非化石能源开发力度。加快建设以沙漠、戈壁、荒漠为重点的大型风电光伏基地。合理有序开发海上风电,促进海洋能规模化开发利用,推动分布式新能源开发利用。
三、发展历程
中国海上风力发电技术经历了从初步试点运行到规模化与深远海开发的跨越式发展。从2005年的初步试点到2015年的积极探索,再到2016至2020年的集中开发阶段,中国海上风力发电装机容量迅速增长,技术逐渐成熟。进入“十四五”后,中国海上风力发电行业在节能减排的基础上迈向规模化与深远海开发,不仅风电场的规模持续扩大,机组容量显著提升,而且技术创新不断涌现,全球影响力日益增强。
四、行业壁垒
1、技术壁垒
海上风力发电行业属于技术密集型行业,大型风力发电机组的设计、制造、安装等环节都具备较高的技术含量,涉及多个学科领域的知识,具体包括空气动力学、流体力学、结构力学、弹性力学、电机学、变流技术、仿真技术、计算机控制检测技术和海洋工程等,对制造商的基础技术积累和技术开发应用提出了较高的要求。同时,风力发电机组的使用寿命一般为20年,要求其可以经受长期温差、风沙、雨水等各种复杂严酷环境的考验,这对于新进入海上风力发电行业的企业存在一定的技术壁垒。
2、资金壁垒
海上风力发电行业属于资金密集型行业,海上风力发电企业在建设初期,对厂房、设备等固定资产投入较大;在生产运营阶段,原材料采购占用资金较大,且风力发电机组整机销售回款周期较长,风力发电机组整机制造商需要充足的流动资金。新进入的企业必须具备较强的资金实力以抵御经营风险。
3、产品检测认证壁垒
风电设备质量是海上风力发电行业持续健康发展的重要基础,产品检测认证制度是保障设备质量的重要措施。目前,国家已经初步建立风电设备检测认证制度,凡是接入公共电网(含分布式项目)的新建风力发电项目所采用的风力发电机组及其风轮叶片、齿轮箱、发电机、变流器、控制器和轴承等关键零部件,须按照《GB/Z25458-2010 风力发电机组合格认证规则及程序》进行型式认证,认证工作由国家主管部门批准的认证机构进行。同时,海上风力发电开发企业进行设备采购招标时,会明确要求采用拥有型式认证的产品,未获得型式认证的机组不允许参加招标。因此,新进入海上风力发电行业的企业需要利用更多时间来掌握关键核心技术进而通过风电设备的检测认证,成为市场进入壁垒之一。
4、人才壁垒
海上风力风电行业属于知识密集型、技术密集型产业。海上风力发电机组的设计、制造、安装、调试及运营维护等各环节均需要较高素质的人才。近几年,随着国家政策对可再生能源发展的大力扶持,海上风力发电机组的装机容量也呈现平稳增长的态势,高素质的专业人才需求也不断加大。然而,当前我国海上风力发电行业普遍缺乏风电技术研发和管理人才,特别是系统掌握风力发电理论并具有丰富实践经验的复合型人才。因此,专业人才的储备构成市场新进入企业的主要壁垒之一。
五、产业链
1、行业产业链分析
海上风力发电产业链上游为原材料和零部件生产,主要包括钢铁、树脂、碳纤维、玻璃纤维、结构胶、风电叶片、轴承、铸件、主轴、风力发电机、齿轮箱等。产业链中游为海上风力发电整机及设施制造,包括风力发电机组组装、海上变电站建设及海缆和塔筒生产。整机制造集成关键部件成完整风力发电机组,塔筒提升机组高度以捕捉风力,海缆则连接电网。产业链下游为海上风力发电场运营和维护以及风电应用,电力将用于居民用电、工业用电、农业用电、商业用电等多个领域。
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2、行业领先企业分析
(1)上海电气风电集团股份有限公司
上海电气风电集团股份有限公司是国内具备领先风电整机设计与制造能力的企业之一,积极布局行业前沿产品以及数字化、智能化等前沿技术,前瞻性地把握行业与技术的发展趋势,成功构建了数字化顶层设计级别、智能化生产制造级别、整机系统级别、核心部件级别、风电场级别的核心技术能力,正在逐步实现从整机制造商向风电全生命周期服务商的转变。陆上产品方面,公司已经成为国内主要的陆上风电整机制造商与服务商之一;海上产品方面,公司掌握了先进的海上风电研发、供应链管理、制造和运维能力,在具备一定海上风电技术开发能力的基础上,不断提高海上风电机组的环境适应性和发电收益,树立了国内海上风电整机领域的领先地位。数据显示,2023年企业风电行业营业收入同比下降15.98%至100.63亿元。
(2)明阳智慧能源集团股份公司
明阳智慧能源集团股份公司以高端装备制造业为核心,以推进清洁能源普惠制为己任,坚持创新引领、自主研发,推动公司业务围绕风机制造、新能源电站开发运营全面发展。公司在陆上和海上风电领域均已进行了长期且深厚的技术积累,具有低成本、高稳定性、高发电量等特性的MySE系列风机技术路线已经获得了市场的一致认可。海上风机方面,2024年,公司发布了全球单体容量最大的16.6MW漂浮式风电平台“OceanX明阳天成号”,实现多项全球首创。陆上风机方面,公司陆上超大单机容量风电机组MySE11-233获得Windpower Monthly2023年度“全球最佳陆上风电机组(5.6MW以上)”银奖。数据显示,2023年,明阳智能风机及相关配件销售收入同比增长3.11%至235.17亿元;风电场发电收入同比增长12.2%至14.99亿元。
六、行业现状
海上风力发电起源于欧洲,世界上首个海上风电场位于丹麦,于1991年实现并网运行。中国海上风力发电起步较晚,但在双碳目标和能源低碳转型背景下,海上风力发电成本下降、风机大型化等因素将驱动装机量持续提升,海上风力发电迎来快速增长时期。目前,中国海上风力发电装机容量已超越英国和德国,位居世界第一。数据显示,2024年前三季度,我国海上风力发电新增装机容量2.47GW,同比增长72.7%,占全部新增装机容量的6.31%。我国海上风力发电具有资源丰富、发电利用小时数高和距离负荷中心较近等优势,行业发展前景广阔。截至2024年前三季度,我国风力发电累计装机容量达479.55GW,同比增长19.8%,其中,海上风力发电累计装机容量39.1GW,占全部累计装机容量的8.15%。从全国海上风力发电累计装机容量占风电累计总装机容量的比例来看,近年来,我国海上风力发电装机容量占比总体上呈上升趋势。从长远来看,海上风力发电的渗透率将会持续提高。
七、发展因素
1、有利因素
(1)具备自然资源上的优势
我国海上风能资源丰富,东南沿海及附近岛屿的有效风能密度为200-300瓦/平方米以上,全年大于或等于3米/秒的时数约为7000多小时,大于或等于6米/秒的时数约为4000小时。根据国家发改委能源研究所发布的《中国风电发展路线图2050》报告,中国水深5-50米海域,100米高度的海上风能资源开放量为5亿千瓦,总面积为39.4万平方千米。我国海上风力发电在自然资源方面具有得天独厚的优势,为海上风力发电行业的发展奠定了坚实的基础。
(2)利好政策频出
目前,开发风能等可再生能源是解决当前能源供需矛盾的重要措施,更是实现未来能源可持续发展的战略选择,为此,国家出台的多项产业政策,对可再生能源的开发利用列为重点扶持发展的产业。另外,随着政府部门对环境保护问题的日益重视,国家针对海上风力发电行业出台了一系列涵盖定价机制、财政补贴、产业运营等各个方面的扶持政策,包括《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》《关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知》《2024年能源工作指导意见》等政策,进一步推动了海上风力发电行业的健康有序发展。
(3)国家能源结构持续优化
近年来,我国积极发展可再生清洁能源,降低煤炭消费比重,持续推动能源结构优化。国家能源局数据显示,2023年,煤炭消费占一次能源消费总量的比重为55.3%,与2013年前相比下降了12.1个百分点;中国水电、核电、风电、太阳能发电等非化石能源占比则从10.2%提高到17.9%。国家持续推动能源结构优化的决心将有利于海上风力发电行业的持续稳定发展。
2、不利因素
(1)运维成本高,效率低下
目前我国海上风机的维护模式仍以定期维护和故障检修的“被动式运维”为主,缺乏有效的故障诊断和远程预警能力,会造成维护成本高、电量损失大等突出问题。同时,海上风力发电运维成本包括大部件更换、船舶运维、备品备件和其他管理成本,修理费用占维护成本约50%,船舶运维占比达20%。而运维作业又受台风、潮汐、团雾、雷雨等恶劣天气影响,部分作业地带存在大幅浅滩,作业通达性存在难题,维护作业存在明显窗口期限制,使得海上风力发电运维成本高达陆上风力发电的2至3倍,效率低至陆上风力发电2至3倍。
(2)专业人员少,风险突出
海上风力发电运维内容庞杂,涉及多种行业领域,如海洋工程、船舶、电力、风力检测等,对于运维人员的技术能力、专业素养、安全救援能力具有一定技术门槛的要求。然而,我国目前整个海上风力发电运维行业操作标准不一,安全管理体系不够健全与完善,造成现阶段海上风力发电运维团队人员素质不齐。同时,海上风力发电行业的参与者缺乏统一的操作标准和行业培训,专业人才的培育速度跟不上行业规模的扩增速度和发展需求,现有的海上风力发电运维基本参考陆上风电的经验,不同风机故障问题难以有效解决,造成运维操作风险系数大。
(3)产业发展缺乏市场拉动力
当前,我国海上风力发电产业发展主要依靠政策驱动。虽然近年来我国已逐步加大对海上风力发电产业发展的支持力度,但一个产业的健康可持续发展,除需不断完善政策、加强政策的引导外,更需要市场机制发挥作用。由于我国尚未建立强制性的市场保障政策,无法形成稳定的市场需求,部分企业发展海上风力发电的主要目的是通过获取配额来发展常规能源发电,导致海上风力发电产业发展缺少持续的市场拉动力。
八、竞争格局
目前,我国海上风力发电行业代表性企业包括上海电气、东方电气、金风科技、明阳智能、三一重能、运达股份、电气风电、华锐风电、远景能源、中国海装等。从代表性企业业务概括来看,金风科技在海上风力发电领域具有显著布局和技术创新,远景能源以其深远海市场适用的智能风机展现竞争力;运达股份在陆上风电市场表现强劲,海上风力发电业务起步较晚但发展迅速;明阳智能在海上风力发电市场占据领先地位,尽管面临业绩波动;三一重能以技术创新和成本控制为优势,正式进军海上风力发电市场;东方电气凭借10兆瓦海上风电机组填补技术空白,推动产业链技术进步。整体来看,这些企业通过不断的技术创新和市场拓展,展现了在海上风力发电领域的强劲竞争力和发展潜力。
九、发展趋势
海上风力发电技术不断创新和突破,包括大容量风机、漂浮式风电等前沿技术的研发和应用。风机大型化趋势不断加强,海上风力发电机组的平均单机容量在逐年增加,提高了发电效率和经济效益。此外,随着技术进步和规模化生产,海上风力发电的建设和运营成本将逐步降低。与此同时,海上风力发电作为清洁能源的重要组成部分,正朝着绿色智能化的方向发展,这主要体现在通过技术创新实现风电机组的大型化和高效化,提高发电效率和降低成本;利用智能化管理系统对风电场进行实时监控和维护,优化风能资源的利用;同时,结合数字化技术,实现风电项目的设计、建设、运营全生命周期的智能化管理,减少环境影响,提升产业的可持续发展能力。
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