华体会全站app下载:发电装机量超过光伏风电产业将是能源领域发展的主航道? 火石产业大脑

发表时间:2022-08-13 05:42:09
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  原标题:发电装机量超过光伏,风电产业将是能源领域发展的主航道? 火石产业大脑

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  随着2021年“两会”上碳达峰和碳中和概念被首次写入国务院的政府工作报告中,中国正式开启了“双碳”元年。作为与之关系最为密切的新能源领域便一下子变得火热起来。碳中和的核心就是实现能源领域的零碳化,因此推进新能源或是清洁再生能源成为了碳中和的必经之路。“双碳”的目标提出之后,国家对风电、光伏等产业的重视程度达到了前所未有的高度,加快非石化能源的进程将成为我国未来能源领域发展的主航道。

  新能源和可再生能源是指以新技术和新材料为基础,使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用。一般来说包含太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能。根据2020年我国电力装机构成情况统计结果显示,目前能够得到规模化应用的新能源分别有太阳能、风能、核能和生物质能。截至2021年10月底,我国可再生能源的发电累计装机量突破了10亿千瓦大关,达到了10.02亿千瓦,其中水电、风电、太阳能发电和生物质能发电装机量分别达到了3.85亿千瓦、2.99亿千瓦、2.82亿千瓦和0.35亿千瓦。风电的占比已经超过光伏,成为重要的可再生能源之一。

  从统计数据中可以看出,风力发电在过去的几年中已经成为重要的可再生能源之一,是国家战略性新兴产业之一。风力发电的原理主要是用风力带动叶片的旋转,再通过增速机将旋转的速度提升,根据电池感应现象,产生感应电流,从而将机械能转化成为电能。以目前的技术,只要风力达到3m/s,便可以发电,过程中不需要使用燃料,不产生辐射也不污染空气,目前风力发电可以分为陆上发电和海上发电。风力发电的产业链可以分为上游的核心零部件,其中主要包括:叶片、齿轮箱、发电机、变流器、轴承、主轴、风塔及铸件等零部件;中游的整机制造及组装及下游的应用。

  目前整个风机组成中成本占比较高的分别是塔筒,叶片和齿轮箱。分别占整个风机成本的29%、22%和13%。

  风力发电起源于19世纪80年的欧美,2001-2009年是全球风力发展的高速时期,新增的风机装机CAGR达到了22%,此后经历了一段时间的调整期,装机的增速有所放缓。随着风电技术的提升加速,风力发电的成本持续降低,近五年风电装机量再次大幅提升。根据全球风能理事会(GWEC)发布的数据,过去十年间全球风电累计装机规模从2010年到2020年,十年间从 198GW增长至743GW,CAGR达到14%。按照此装机量计算,每年可以减少11亿吨的二氧化碳排放,相当于南美洲的碳排放量。仅2020一年,全球风电新增装机量规模93GW,同比增长54%,新增装机规模创下了历史新高。2020年的创纪录增长主要归功于中国和美国,这两个最大的风能市场贡献了全球新增装机量的75%,累计装机量也达到了全球的一半。

  虽然中国进入风电行业的时间较晚,但是却表现出了强劲的增长速度。2011-2020年,新增装机的增速达到了22%,高于全球的平均增速,截至2021年Q3,我国的风机累计装机规模达到了298GW。无论从累计装机量还是新增装机量,中国都无可争议得成为了全球风电市场的龙头。

  全球风能理事会发布的《全球风能报告2021》同时指出,做为最具脱碳潜力的再生能源技术,目前风电的发展速度仍不足以支撑本世纪中期实现碳中和的目标。因此在未来的十年中,风电市场都必须实现快速增长,风电的装机速度需要提高两倍才能实现全球零碳排放的目标。

  中国广阔的地理位置决定了风能资源丰富多样,是潜力巨大的再生能源。目前我国的风能资源主要分布在北方及东南沿海,其中陆上风能主要集中在内蒙古、甘肃北部及青藏高原等区域,海上风能主要集中在东南海沿岸及其岛屿。由于我国整个沿海区域风力基本能够保持在6m/s以上,均具备风力发电的条件,是我国最大的风能资源区域。

  我国风电行业在近几年得到快速的发展,不仅仅是得益于政策层面的支持,在技术层面的突破也是发展迅速的重要原因之一。

  政策层面,从2009年国家能源局颁布了《海上风电场工程规划工作大纲》,中国海风时代正式拉开序幕。在过去的十年中陆陆续续发布了众多政策,尤其是在2021年,集中发布了多项关于清洁能源的政策,体现出国家对于可再生能源的重视程度,长期发展目标明确,已成为我国的战略性新兴产业之一。

  技术层面,2007年,外资品牌的风机在我国的市场占有率超过了40%,而现在该比利已经降至5%以下。其中技术壁垒较高的轴承领域,以往被海外企业如德国舍弗勒、瑞典SKF等长期垄断,国外的企业占据了全球风机轴承83%的份额,国内的企业市场份额达不到10%。现今新强联率先实现了3MW的主轴轴承的进口替代,打破了这一领域的垄断,不断追赶欧美先进的技术。而在其余风机核心零部件方面,中国则大部分实现了国产替代的进程。

  随着我国风机技术的不断改进,风能利用效率的不断提升,以及风电招标量的持续增加,弃风问题得到了持续的改善。截至目前,全国的平均弃风率已经降至3%左右,伴随特高压、配网和储能设备的不断完善,平均弃风率有望持续下行。

  相比于陆风,海风风速更大且风向的变化较小,风切变也比较小,在同样高度的塔架下,发电的效率更高;此外海上风电场远离居民区,对于噪音的容忍度更高,因此允许建造单机容量更大的风机,从而通过更高的转动速度及电压来获取更高的能量产出。经估算,我国海上可开发的风能资源是陆上风能资源的3倍。此外,海上风电资源主要分布在东南沿海区域,更加靠近电力的负荷中心,该区域的基础设施也更加完善,可带动的产业链相比于陆上风电也更加长一些,因此在未来的一段时间内海上风电场将是我国风电行业重要的发展方向。

  大型化的机组有助于提升风机的利用小时数,增加有效的发电量。同时摊薄风机的制造成本,此外当风机的单机容量提升之后,同等装机规模所需的风机数量下降,进而缩小风电场的建造面积,降低塔架、线路等安装的成本。

  叶片的尺寸增加是风机大型化的重要驱动力量之一,据测算叶片直径从116m增加到160m,风机的发电量可提高一倍,并且能够使成本降低30%。因此叶片的大型化是风能产业发展的必经之路。而轻量化材料的使用便成为叶片大型化的核心需求。碳纤维材料强度高、质量小,能够显著提高叶片的耐候性,所以低成本的碳纤维材料的研发是该行业发展的关键方向之一。

  在不同高度及风切变的状况下,风速有明显的区别,高度增加能够显著提升风速。由于风电的功率与风速成正比,因此塔筒越高,风电发电的效率也越高,同时减低发电的成本。行业对于风塔的可靠度要求较高,一般运行寿命需要达到20年以上,因此对于塔筒的制造提出了一定的技术要求。

  随着过去几十年的发展以及最新“双碳”政策的需求,风能作为再生清洁能源之一,已经成为我国能源的重要组成部分。目前我国风能产业已经跻身世界第一梯队,无论是在累计装机量还是新增装机量上,都当之无愧成为全球风电行业的龙头国家。

  在风电产业链上,虽然全球风机大兆瓦浪潮至今仍由海外三巨头引领,但是国内正在技术上不断迭代更新、缩小差距、迎头赶超。相信在不久的将来,风能、光伏等新能源必将替代石化能源,成为国家建设的主要能源。

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