风机技术路线及降本路径分析

最佳答案 匿名用户编辑于2023/11/15 15:37

迎接平价时代,大型化显著降本。

1.风机三大技术路线:双馈、半直驱和直驱

风机技术路线主要包括双馈型、直驱型和半直驱,三种技术路线各有所长。双 馈型、直驱型和半直驱是市场上目前主要应用的风机技术路线。三种技术路线在发 电机、齿轮箱、变流器等部件上存在差别,适用于不同应用场景。从技术发展的早晚来看,双馈型发展最早(1970年代),直驱型较晚(1990年代初),半直驱型 最晚(1990年代末)。 双馈型价格最低,但故障率高、可靠性低。由于自然风速较低,需要齿轮箱可 增速传动来提高发电机的转速。双馈型具备发电机体积小,成本低的优势。但由于 齿轮箱的存在,齿轮箱易过载,故障率高,可靠性低。

直驱型可靠性最高,但造价高且维修难度较大。直驱不用齿轮箱增速,可靠性 最高;采用永磁发电机,一方面永磁高原材料价格推高整机造价,另一方面磁极 多,重量大,在海中易生锈。永磁发电机存在永久的强磁性,在现场条件下检修较 困难,一旦出现故障需整机拆卸返厂。 半直驱型综合了直驱和双馈优点,兼具经济性和可靠性。半直驱机械传动部分 类似双馈,电气传动部分类似直驱。半直驱型仅采用二级中速齿轮箱,相对双馈型 结构更简化,故障率更低;相对直驱型,磁极运用少,体积小,重量轻,成本经济 性高。

陆风平价背景下,机型多以双馈、半直驱为主。根据北京风能大会官方公众 号,2020年和2021年国内各大整机厂纷纷推出大兆瓦机型,在技术路线上,直 驱、双馈、半直驱皆有应用,金风科技推出了中速直驱永磁的新机型,明阳智能以 半直驱为主,三一重能、中国海装、运达股份以双馈为主,而远景在2021年CWP 上推出半直驱机型。由于陆上风电工作环境较稳定,同时直驱型初始投资成本太 高,直驱型在国内陆风市场基本退出了招标。目前,陆上机型以双馈、半直驱为 主。

大兆瓦海上风电机型以直驱和半直驱为主。相比陆上风机,海上风电机组通常 功率更大,工作环境更恶劣,吊装与维护成本更高,因此对于机组运行的稳定性提 出了更高要求。由于多级齿轮箱的应用,高速双馈式风电机组后期发生故障概率远高于直驱式和半直驱式机组,从而限制了其在海上风电领域的应用。根据《大容量 海上风电机组发展现状及关键技术》,国内外主要厂商推出的5MW以上海上风电 机组,我们发现除华锐风电、联合动力等国内三线厂商曾在2011-2012年间推出过 双馈式的6MW机组外,其余风机均采用直驱或半直驱技术路线。

2.大型化:大型化降本效果显著

风电市场从政策驱动转变为由市场驱动,上游运营商主导产业链话语权,降本 将成为产业链可持续发展的要求。从补贴政策来看,陆风和海风分别已经在2020年和2021年进入补贴退坡,风电市场为由政策驱动转变为由市场驱动,进入平价时 代。从风电产业链特点来看,下游运营商多为国有企业,且玩家数目少,对风场/ 电站资源的分配制使其在产业链中占据主动话语权地位;下游运营商会将风电平价 下的成本压力逐步向产业链中游和上游传递,降本将成为产业链可持续发展的新要 求。

大型化是风电项目降本的有效途径。从资本支出方面,风机大型化可以摊薄风 机制造开支及配套设备的单位功率开支,从运营费用方面,可以减少风场运行和风机维护费用。根据《平价时代风电项目投资特点与趋势》,当机组单机容量由 2MW增加到4.5MW时,静态投资由6449元/kw降低到5517元/kw,全投资IRR由 9.28%上升到11.68%,LCOE由0.3451元/kWh下降到0.2983元/kWh。

全球陆风、海风项目成本过去十年均不断下降。根据IRENA统计,陆风LCOE 近十年一直保持下降趋势,从2010年0.089美元/kWh下降到2021年0.029美元 /kWh,降幅达到68%,陆风总安装成本自2014年起也连续下降;海风LCOE也呈现 明显下降趋势,从2010年0.162美元/kWh下降到2021年0.065美元/kWh,降幅达到 60%。全球陆风、海风项目成本均实现较大幅度下降,近十年成本降低十分显著。

国内新增风电机组平价单机容量持续上升,大功率风机在新增风电中的比例持 续扩大。CWEA统计的市场装机数据显示,2021年我国新增装机的风电机组平均单 机容量为3.51MW,同比增长31.7%;陆上新增风电机组平均单机容量为3.11MW, 同比增长20.7%;同年我国海上新增风电机组平均单机容量达5.56MW,同比增长 13.9%。在2021年新增装机中,5.0MW以上单机容量的机组占比达到23.41%。

以金风科技为例,行业龙头重心偏向大型化风机。从金风科技不同容量机型销 售占比来看,近年来风电机组大型化进程提速。根据金风科技公司年报,小型风机 1.5MW及以下销售占比从99.94%下降到0.04%,即从核心主力业务到几乎退出业务 线条。与之对应,大型化3/4/6/8S平台及以上风机销售占比则从零迅速提升至77.59%, 成为主力产品。