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(1)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展概況
1)全球風(fēng)電行業(yè)發(fā)展概況及前景預(yù)測(cè)
風(fēng)電是清潔能源和新能源中的重要的組成部分。21 世紀(jì)以來(lái),在全球氣候變暖和減少碳排放的大背景下,全球風(fēng)電行業(yè)總體快速發(fā)展。根據(jù) GWEC,2020年全球風(fēng)電新增裝機(jī)量創(chuàng)造歷史新高 95.3GW,較 2019 年同比增長(zhǎng) 56.74%,2021年全球風(fēng)電新增裝機(jī)量略微降低,但仍有 93.6GW,連續(xù)兩年全球風(fēng)電新增裝機(jī)量突破 90GW,2022 年新增裝機(jī)數(shù) 77.6GW,2001-2022 年全球風(fēng)電新增裝機(jī)量年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 13.66%。
根據(jù) GWEC 統(tǒng)計(jì),2022 年全球風(fēng)電新增裝機(jī)量 77.6GW 中,陸上風(fēng)電新增裝機(jī)量 68.8GW,海上風(fēng)電新增裝機(jī)量 8.8GW。根據(jù) GWEC 的市場(chǎng)預(yù)測(cè),2022-2027 年,全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量將保持 11.79%的復(fù)合增長(zhǎng)率,平均每年新增風(fēng)電裝機(jī)容量 136.4GW,五年間總新增風(fēng)電裝機(jī)將突破 682GW。全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)將于 2027 年末達(dá)到 1,596.6GW。
全球風(fēng)電新增裝機(jī)地域分布較為集中,中國(guó)和美國(guó)仍是全球最大的風(fēng)電裝機(jī)市場(chǎng),兩國(guó) 2022 年新增裝機(jī)量占比超過(guò) 60%;截至 2022 年末,全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá) 914.6GW,較 2021 年同比增長(zhǎng) 9.3%。由于地緣政治等因素,歐洲各國(guó)對(duì)風(fēng)電等新能源的需求也在不斷上漲,歐美加碼海風(fēng)規(guī)劃。
2022 年 4 月,英國(guó)發(fā)布《能源安全戰(zhàn)略》,到 2030 年,英國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)容量將從目前的 40GW 提高到 50GW。2022 年 5 月 18 日,丹麥、比利時(shí)、荷蘭、德國(guó)四國(guó)在“北海海上風(fēng)電峰會(huì)”上承諾,2030 年四國(guó)海上風(fēng)電總裝機(jī)量從 16GW 增至 65GW,到 2050年,四個(gè)國(guó)家的海上風(fēng)電裝機(jī)將增加 10 倍。
2022 年 8 月 30 日,波羅的海周邊八國(guó)簽署了“馬林堡宣言”,計(jì)劃在 2030 年將波羅的海地區(qū)的海風(fēng)裝機(jī)裝機(jī)容量提高至 19.6GW,約為當(dāng)前裝機(jī)容量的 7 倍。
據(jù) GWEC 預(yù)測(cè),2023-2027 年期間全球新增風(fēng)電裝機(jī)中的絕大部分將主要來(lái)自中國(guó)、歐洲和北美市場(chǎng);中國(guó)將繼續(xù)領(lǐng)跑全球新增風(fēng)電裝機(jī)市場(chǎng),中國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量約占全球新增裝機(jī)的 41%-46%。
全球風(fēng)電整機(jī)行業(yè)集中度較高。彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)公布了 2022 年全球風(fēng)電整機(jī)制造商市場(chǎng)份額排名。2022 年風(fēng)電整機(jī)份額在全球市場(chǎng)占比最高的前五大風(fēng)電整機(jī)制造商為金風(fēng)科技、維斯塔斯、GE、遠(yuǎn)景能源、西門子歌美颯,總市場(chǎng)份額占比達(dá)到 57.64%;前十大風(fēng)電整機(jī)制造商的市場(chǎng)份額占比達(dá)到86.93%。前十名中國(guó)廠商占據(jù) 6 席,與上一年持平。中國(guó)依舊是全球最大風(fēng)電市場(chǎng),美國(guó)新增裝機(jī)容量緊隨其后,兩國(guó)共占超過(guò) 60%的市場(chǎng)份額。
2)我國(guó)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展概況
根據(jù)國(guó)家能源局及中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì),2000 年,我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)量?jī)H為 0.3GW,2002 年國(guó)產(chǎn)化機(jī)組實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)以來(lái),我國(guó)風(fēng)電年裝機(jī)量開始呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)。截至 2012 年末,我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)量達(dá) 75.32GW,超越美國(guó)成為世界第一風(fēng)電大國(guó);2020 年,我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 71.67GW,同比增長(zhǎng)178.70%,2021 和 2022 年我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量雖相對(duì) 2020 年有所下降,但仍超過(guò) 2020 年之前的各年度風(fēng)電新增裝機(jī)容量,年新增裝機(jī)容量?jī)H次于 2020 年,為歷史前三。
2011-2015 年和 2016-2022 年兩個(gè)時(shí)間期間內(nèi),我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量呈現(xiàn)較為明顯的周期性波動(dòng),主要由于“十二五”及“十三五”臨近末期風(fēng)電行業(yè)搶裝以完成規(guī)劃規(guī)模。2019 年 5 月,國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》,規(guī)定 2018 年底之前核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目,2020 年底前仍未完成并網(wǎng)的,國(guó)家不再補(bǔ)貼;2019 年 1 月 1 日至 2020 年底前核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目,2021 年底前仍未完成并網(wǎng)的,國(guó)家不再補(bǔ)貼。在風(fēng)電補(bǔ)貼退坡的政策因素驅(qū)動(dòng)下,降低成本的需求推動(dòng)風(fēng)機(jī)大型化的發(fā)展趨勢(shì)。
在風(fēng)電行業(yè)持續(xù)發(fā)展的背景下,中國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)的行業(yè)集中度逐步提升。根據(jù)BNEF, 2022 年前五大風(fēng)電整機(jī)制造商新增裝機(jī)容量占總新增裝機(jī)容量的72.27%;前十大風(fēng)電整機(jī)制造商新增裝機(jī)容量占總新增裝機(jī)容量的 98.58%。金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源、明陽(yáng)智能穩(wěn)居前三,已經(jīng)形成較大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
3)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展前景及趨勢(shì)
①碳中和目標(biāo)及《風(fēng)能北京宣言》為風(fēng)電未來(lái)五年發(fā)展定下基調(diào)
2020 年 9 月 22 日,在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上指出,中國(guó)將采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭(zhēng)于 2030 年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取于 2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和;并且,習(xí)近平總書記在 2020 年 12 月 12 日召開的峰會(huì)上發(fā)表《繼往開來(lái),開啟全球應(yīng)對(duì)氣候變化新征程》的重要講話,講話中指出,到 2030 年中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比 2005 年下降 65%以上,非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到 25%左右,風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到 12 億千瓦以上。
“十四五”規(guī)劃中也著重強(qiáng)調(diào)新能源發(fā)展戰(zhàn)略,未來(lái)中央及地方政策有望進(jìn)一步扶持風(fēng)電行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在 2020 年 10 月召開的北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)(CWP2020)上,全球 400 余家風(fēng)能企業(yè)代表聯(lián)合發(fā)布《風(fēng)能北京宣言》(以下簡(jiǎn)稱“《宣言》”)。
《宣言》提出,為達(dá)到與碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)起步銜接的目的,須為風(fēng)電設(shè)定與碳中和國(guó)家相適應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略。在“十四五”期間,我國(guó)保證風(fēng)電年均新增裝機(jī)量在 5,000 萬(wàn)千瓦以上(即 50GW 以上);2025 年以后,我國(guó)風(fēng)電年均新增裝機(jī)量應(yīng)不低于 6,000 萬(wàn)千瓦(即不低于 60GW);到 2030 年我國(guó)總裝機(jī)量至少達(dá)到 8 億千瓦,到 2060 年至少達(dá)到 30 億千瓦。
②平準(zhǔn)化成本(LCOE)持續(xù)下降,風(fēng)電競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)
風(fēng)電平準(zhǔn)化成本(LCOE)受多方面因素影響,不僅包括機(jī)組成本、建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本和年發(fā)電量因素,還需考慮上述因素的時(shí)間價(jià)值及風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行的稅收影響。國(guó)內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)極大提高了風(fēng)電消納能力,降低了棄風(fēng)量與棄風(fēng)率,提升風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率,推動(dòng)削減風(fēng)電平準(zhǔn)化成本。因 2015 年風(fēng)電搶裝,未及時(shí)合理地規(guī)劃電力消納,2016 年我國(guó)棄風(fēng)量為 497 億千瓦時(shí)、棄風(fēng)率為 17%,達(dá)歷史最高水平。
受特高壓建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)及電力消納整體規(guī)劃能力的提升,2016-2021 年,國(guó)內(nèi)棄風(fēng)率逐步下降,2022 年國(guó)內(nèi)棄風(fēng)率降為 3.3%。風(fēng)電平準(zhǔn)化成本下降及電網(wǎng)消納能力的提升推動(dòng)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率提高,提高風(fēng)電相較于其他發(fā)電方式的競(jìng)爭(zhēng)力。
③成本競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)風(fēng)機(jī)大型化
據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù),2020 年,國(guó)內(nèi)新增風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為 2.66 兆瓦,2 兆瓦及以上機(jī)型占據(jù)主流,但隨著風(fēng)電平價(jià)時(shí)代的到來(lái),新增風(fēng)電項(xiàng)目對(duì)風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量提出了更高要求。
綜合國(guó)內(nèi)新增陸上風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)機(jī)公開招標(biāo)信息,2021 年以來(lái),部分新增陸上風(fēng)電項(xiàng)目開始要求中標(biāo)單機(jī)容量達(dá) 4 兆瓦及以上,中標(biāo)風(fēng)電機(jī)組中 4 兆瓦-5 兆瓦的機(jī)型成為主流。統(tǒng)計(jì)顯示,2021 年,新增陸上風(fēng)電項(xiàng)目的平均單機(jī)容量已超過(guò)了 3 兆瓦,較2020 年大幅提升。時(shí)至 2022 年,新增陸上風(fēng)電項(xiàng)目機(jī)組單機(jī)容量進(jìn)一步提升,部分陸上風(fēng)電項(xiàng)目已明確要求中標(biāo)風(fēng)機(jī)單機(jī)容量需達(dá)到 5 兆瓦-6 兆瓦。
風(fēng)電單機(jī)功率提高促進(jìn)發(fā)電量提升,此外,大功率風(fēng)機(jī)還可以有效降低成本。在同樣的裝機(jī)容量下,單機(jī)功率越高,所需安裝的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)越少,可大幅降低吊裝成本與后期的運(yùn)維成本,對(duì)降低風(fēng)電平準(zhǔn)化成本意義重大。激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)促使風(fēng)電整機(jī)廠商將大兆瓦風(fēng)機(jī)作為差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),未來(lái)幾年中風(fēng)機(jī)單機(jī)容量仍將朝著大型化的方向發(fā)展。
④海上風(fēng)電發(fā)展?jié)摿薮?/strong>
海上風(fēng)電相較于陸上風(fēng)電具有容量系數(shù)高、可大規(guī)模發(fā)展等優(yōu)勢(shì);風(fēng)電企業(yè)挖掘海上風(fēng)能,向海上布局風(fēng)場(chǎng)成為風(fēng)電行業(yè)的趨勢(shì)。根據(jù) GWEC,2022 年全球海上風(fēng)機(jī)新增裝機(jī)量為 8.8GW,中國(guó)新增裝機(jī)量達(dá) 5.1GW,中國(guó)海上風(fēng)機(jī)新增裝機(jī)量連續(xù)四年居全球首位。2016 年至 2022 年,我國(guó)新增海上風(fēng)電裝機(jī)容量年均復(fù)合增速達(dá)到 34.47%;截至 2022 年末,我國(guó)陸上風(fēng)機(jī)累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到345.55GW,而海上風(fēng)機(jī)累計(jì)裝機(jī)容量?jī)H為 32.78GW,仍有較大的發(fā)展?jié)摿Α?
(2)風(fēng)電葉片行業(yè)發(fā)展概況
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備主要由電機(jī)、葉片、變速箱、控制系統(tǒng)、支柱、塔架六個(gè)部分組成,其中風(fēng)電葉片是核心部件之一。葉片設(shè)計(jì)及選材決定了風(fēng)機(jī)的發(fā)電性能與功率。風(fēng)電葉片具備尺寸大、外形復(fù)雜、精度要求高、質(zhì)量分布合理、耐候性好等特點(diǎn)。
風(fēng)電機(jī)組通過(guò)風(fēng)電葉片采集風(fēng)力資源,并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電流,從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)化。風(fēng)電葉片是風(fēng)電機(jī)組中主要的組成部件,其葉片形狀、尺寸直接決定了風(fēng)機(jī)機(jī)組的運(yùn)行效率。隨著最近幾年,國(guó)內(nèi)陸上風(fēng)機(jī)、海上風(fēng)機(jī)逐漸大型化的趨勢(shì),風(fēng)電葉片的葉輪直徑也在不斷增長(zhǎng),同時(shí)葉片的葉型、結(jié)構(gòu)、材料也在隨之不斷進(jìn)行迭代和更新。
從技術(shù)上看,風(fēng)電葉片尺寸越大,可增大風(fēng)機(jī)的掃風(fēng)面積,從而捕獲更多的風(fēng)能,提升風(fēng)機(jī)機(jī)組的發(fā)電效率,同時(shí)增加機(jī)組的競(jìng)爭(zhēng)力,降低風(fēng)電度電成本。風(fēng)機(jī)葉片自問(wèn)世以來(lái),風(fēng)機(jī)葉片的尺寸在不斷提升,截至 2021 年末陸上風(fēng)電主流的葉輪直徑已經(jīng)達(dá) 151 米,極大地提升了風(fēng)機(jī)機(jī)組整體的發(fā)電效率。
隨著葉片尺寸的增加,葉片重心不斷向外移動(dòng),對(duì)于葉片材料的剛性、均勻程度、材料密度,以及葉片的尺寸精度都提出了更高的要求;同時(shí),隨著風(fēng)場(chǎng)建設(shè)區(qū)域的不斷擴(kuò)大,特別是海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的快速增加,對(duì)于風(fēng)機(jī)葉片材料的耐候性和抗腐蝕能力的要求也在不斷提升。
自風(fēng)電產(chǎn)業(yè)誕生以來(lái),人們便不斷探索更高性能的風(fēng)電葉片和機(jī)組材料。風(fēng)電葉片用材料經(jīng)歷了由木質(zhì)葉片、金屬葉片到復(fù)合材料葉片的過(guò)程。目前,行業(yè)普遍采用高分子聚合物,如環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等,通過(guò)與玻璃纖維或碳纖維的復(fù)合灌注固化來(lái)制造風(fēng)電機(jī)組葉片。相較于木質(zhì)葉片和金屬葉片,復(fù)合材料風(fēng)電葉片具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、剛性好、成型工藝簡(jiǎn)單、抗震性好、抗疲勞性能好、耐腐蝕性和耐氣候性好、易于修補(bǔ)等優(yōu)勢(shì),因此成為當(dāng)前風(fēng)電葉片的主流選材。
風(fēng)電葉片的核心原材料為基體樹脂、增強(qiáng)纖維、結(jié)構(gòu)芯材及結(jié)構(gòu)膠。根據(jù)《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)電葉片成本的影響》,以 1.5MW 機(jī)組的某一型號(hào)葉片為例,增強(qiáng)纖維、結(jié)構(gòu)芯材,基體樹脂與結(jié)構(gòu)膠,合計(jì)占比超過(guò)總成本的 85%,增強(qiáng)纖維與基體樹脂合計(jì)超過(guò) 60%,粘接膠與芯材各占比都超過(guò) 10%。隨著風(fēng)電裝機(jī)容量不斷提升,市場(chǎng)對(duì)于風(fēng)機(jī)和風(fēng)電葉片的需求巨大,進(jìn)而帶動(dòng)了改性環(huán)氧灌注樹脂系統(tǒng)料、改性環(huán)氧樹脂手糊系統(tǒng)料、葉片芯材和高性能風(fēng)電結(jié)構(gòu)膠等風(fēng)電葉片用材料需求規(guī)模的增長(zhǎng)。
生產(chǎn)大型風(fēng)電葉片用復(fù)合材料方面,目前主要用于生產(chǎn)風(fēng)電葉片的復(fù)合材料為玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料,玻璃纖維增強(qiáng)材料用于提供結(jié)構(gòu)足夠的剛度與強(qiáng)度,基體材料有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧乙烯基酯樹脂等。
在風(fēng)電葉片用樹脂方面,目前市場(chǎng)上主要的葉片制造商均采用環(huán)氧樹脂作為葉片灌注成型的基體材料,有少數(shù)廠商采用乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂。從功能角度來(lái)說(shuō),環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂均是作為風(fēng)電葉片制造的基體材料,與玻璃纖維或碳纖維復(fù)合后成為復(fù)合材料,用于風(fēng)電葉片的灌注成型。環(huán)氧樹脂被廣泛應(yīng)用于葉片的生產(chǎn)制造主要是因?yàn)槠渚哂辛己玫牧W(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性,更有利于葉片在嚴(yán)苛的環(huán)境下保證運(yùn)作效率和使用壽命。
風(fēng)電葉片大梁作為葉片豎向荷載的主要支撐部件,其選材和工藝也在不斷變化。當(dāng)前,風(fēng)電葉片大梁的生產(chǎn)工藝主要有灌注工藝和拉擠工藝;其中,運(yùn)用拉擠工藝制作的風(fēng)電葉片大梁,在拉伸、彎曲、層間剪切、壓縮性能方面呈現(xiàn)最優(yōu)的效果。隨著風(fēng)電裝機(jī)發(fā)電效率提升,葉片不斷加長(zhǎng),對(duì)于大梁力學(xué)性能的要求日趨嚴(yán)格,采用拉擠工藝制作的風(fēng)電葉片大梁占比將逐步提升,進(jìn)而拉動(dòng)上游對(duì)于拉擠樹脂系統(tǒng)料等葉片用材料的需求增長(zhǎng)。
(3)風(fēng)電葉片用環(huán)氧樹脂行業(yè)發(fā)展前景
高性能復(fù)合材料因其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前風(fēng)電葉片的主流選材。隨著風(fēng)電機(jī)組高功率和葉片大型化的發(fā)展,風(fēng)電葉片對(duì)于高性能復(fù)合材料的性能要求不斷提升,促進(jìn)相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展,對(duì)其依賴程度也隨之加強(qiáng)。
根據(jù) GWEC 預(yù)測(cè),2023 年全球及中國(guó)新增裝機(jī)容量將分別實(shí)現(xiàn) 115GW 和62GW,預(yù)計(jì) 2027 年將分別實(shí)現(xiàn) 157GW 和 84GW。隨著風(fēng)電裝機(jī)量的不斷提升,進(jìn)而帶動(dòng)了風(fēng)電葉片用環(huán)氧樹脂、結(jié)構(gòu)膠等材料的市場(chǎng)需求。
根據(jù)思瀚產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的報(bào)告,2022 年風(fēng)電葉片專用環(huán)氧樹脂全球市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)銷售 470,917 噸、中國(guó)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)銷售 300,420 噸,預(yù)計(jì)至 2029 年全球市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)銷售 910,648 噸、中國(guó)市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)銷售 561,308 噸。其中,2023 年-2029 年,全球和中國(guó)的復(fù)合增長(zhǎng)率分別為 9.13%、7.93%,風(fēng)電葉片專用環(huán)氧樹脂市場(chǎng)整體呈長(zhǎng)期景氣態(tài)勢(shì)。