電氣設備：風電設備制造產業及公司分析

摘要：
　　1、預計到2010年我國風電裝機容量將超過規劃的800萬千瓦(原規劃為500萬千瓦)，達到1000-1200萬千瓦(更樂觀的預測為2000萬千瓦)，2006-2010年年均增長率有望超過45%。
　　2、國產(民族品牌)風電設備份額有望穩步提高。預計未來兩年間，國產設備的新增裝機容量年增長速度為60-70%左右。估算2006年國產風電設備的總產值約30億元，銷售額約24億元；2008年銷售額有望達到60億元以上。目前，國產(民族品牌)風電整機廠家約有20余家。
　　3、隨著國內新進入廠商(內資、外資)的陸續量產，風電整機設備領域的競爭將日趨激烈，預計2008年以后銷售利潤率下滑。目前在手訂單情況較好的廠商有：新疆金風、大連華銳、東方汽輪機廠、浙江運達等。金風、華銳是行業領頭羊。華銳、金風在手合同總裝機容量大約150萬千瓦上下。東方汽輪機廠在手合同達到60萬千瓦，運達的合同約為25-30萬千瓦。但大多數國內廠家在手合同不超過3-5萬千瓦，風電場客戶數量不超過2個。預計2007年、2008年，國產(民族品牌)風機設備市場份額中，會有70-80%左右屬于前四強(新疆金風、華銳、東方汽輪機廠等)；大多數國內廠家的份額不超過1-2%
    4、多數零部件可以在國內配套，少數還有進口。預計未來供應商數量會迅速增多。齒輪箱、發電機、葉片等零部件未來的競爭也會趨于激烈。我們相對更為看好葉片廠商。塔筒領域的競爭門檻低。
一、概述
　　風能是一種干凈的、儲量豐富、可再生的能源。風能發電的主要形式有三種：一是獨立運行；二是風力發電與其他發電方式(如柴油機發電)相結合；三是風力并網發電。由于并網發電的單機容量大、發展潛力大，故本文所指的風電，未經特別說明，均指并網發電。
　　1、小型獨立風力發電系統
　　小型獨立風力發電系統一般不并網發電，只能獨立使用，單臺裝機容量約為100瓦-5千瓦，通常不超過10千瓦。它的構成為：風力發電機＋充電器＋數字逆變器。風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得大的風能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能。因風量不穩定，故小型風力發電機輸出的是13～25V變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220V市電，才能保證穩定使用。
　　2、并網風力發電系統
　　德國、丹麥、西班牙等的企業開發建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統，發展變槳距控制及失速控制的風力機設計理論，采用新型風力機葉片材料及葉片翼型，研制出變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發電機，開發了由微機控制的單臺及多臺風力發電機組成的機群的自動控制技術，從而大大提高了風力發電的效率及可靠性。在此基礎上，風力發電機單機裝機容量可以達到600千瓦以上。不少建立了眾多的中型及大型風力發電場，并實現了與大電網的對接。
　　現代風力發電機多為水平軸式。一部典型的現代水平軸式風力發電機包括葉片、輪轂(與葉片合稱葉輪)、機艙罩、齒輪箱、發電機、塔架、基座、控制系統、制動系統、偏航系統、液壓裝置等。其工作原理是：當風流過葉片時，由于空氣動力的效應帶動葉輪轉動，葉輪透過主軸連結齒輪箱，經過齒輪箱(或增速機)加速后帶動發電機發電。目前也有廠商推出無齒輪箱式機組，可降低震動、噪音，提高發電效率，但成本相對較高。

　　風力發電機并不能將所有流經的風力能源轉換成電力，理論上高轉換效率約為59%，實際上大多數的葉片轉換風能效率約介于30-50%之間，經過機電設備轉換成電能后的總輸出效率約為20-45%。一般市場上風力發電機的啟動風速約為2.5-4米/秒，于風速12-15米/秒時達到額定的輸出容量。當風速更高時，風力發電機的控制機構將電力輸出穩定在額定容量左右，為避免過高的風速損壞發電機，大多于風速達20-25米/秒范圍內停機。一般采用旋角節制或失速節制方式來調節葉片之氣動性能及葉輪的輸出。依據目前的技術，3米/秒左右的風速(微風的程度)便可以進行發電。但在進行風場評估時，通常要求離地10米高的年平均風速達到5-5.5米/秒以上。
　　風機葉片從風的流動獲得的能量與風速的三次方成正比。風速之外，葉輪直徑決定了可擷取風能的多寡，約與葉輪直徑平方成正比。葉片的數量也會影響到風機的輸出。一般來說，2葉、3葉風機效率較高，力矩較低，適用于發電。此外?，F代風機的葉片多采用機翼的翼型。
　　近年來，風電機組技術改進的主要方向是降低制造成本、提高單機容量、提高風能轉換效率、自動控制等。主流風電機組的單機容量為600-2000千瓦，容量越大，發電效率越高，技術難度越大。目前，國內單機容量750-2000千瓦的機組受歡迎。國外正在開發、應用的機組單機容量是3000-5000千瓦。2003年，德國Enercon公司安裝了臺4500千瓦的風電機組樣機。
　　3、風電的優劣之處
　　風電的優點包括：(1)、利用自然界的可再生能源，干凈無污染，無須燃料；(2)、運行成本低，風電機組的設計壽命約為20-25年，運行和維護的費用通常相當于機組總成本的3%-5%；(3)、建設周期短，若不計測風，快者一年左右可建成。它的主要不足有三：
　　(1)、選址時對自然環境(風速)要求較高，光測風階段就要歷時一年以上；風場占地面積通常在幾百畝到幾千畝，與火電相比，單位土地面積的發電出力相差較大(盡管風機塔架周圍的土地仍可進行其它利用)；風力大的地區通常人口稀少，離電力負荷中心較遠，對電網輸送要求較高；
　　(2)出力不穩定(取決于不可控的風速)，利用小時數低(通常為2000小時/年左右)，通常認為風力發電量占電網總電量的比重不能過高(10-12%，也有人說是20%)，否則會影響電網穩定。
　　2003年德國曾經因為風電出力驟減導致電價上漲20%。有些人認為，丹麥的經驗表明，風電能占到電網20%以上的發電量比重。其實不盡然。丹麥也有它的特殊情況。它的風電夏季發電量僅為冬季的一半，而夏季用電需求弱于冬季；夏季白天發電量較夜間大，白天用電需求正好也高于夜間；冬季夜間發電量大，此時的用電需求正好也在高位。而在臺灣，夏天白天是全年用電高峰，此時風電出力反而低，僅及冬季的10%左右。我國大陸多數地區也是冬春季節風速高，夏季風速?。谎睾５貐^還經常受到臺風的侵擾(臺風風速過大，不利于發電)。
    (3)一次性投資較火電大，上網電價高于火電、水電。目前國內風電場的千瓦造價通常要8000-12000元，比西方還高，原因之一是進口設備價格較貴。2002年，采用當時先進的風電機組在佳條件下，歐洲每千瓦裝機的投資成本為832歐元(現價折幣8428元)，每度電的成本為0.0388歐元(合幣不到0.4元/度，我國火電成本通常為0.15-0.25元/度左右)。隨著技術的進步，風電成本將會下降。有研究稱，預期風電成本會從0.04歐元/度，下降至2010年的0.03歐分/度(假設裝機成本降至628歐元/千瓦)；到2020年，再降低至0.0234歐元/度(裝機成本為497歐元/千瓦)。屆時，風力發電的成本已跟燃煤機組的成本相近。
　　二、風電設備制造業的發展現狀
　　1、風力發電
　　2003年以前的5年里，風電成本下降約20%，是可再生能源技術中成本降低快的技術之一。1997-2006年，風電裝機容量年平均增長率約為25%。至2006年底，風電裝機容量約為7400萬千瓦，其中歐洲多，占比略高于50%。2006年風電新增裝機1500萬千瓦。目前，風力發電量約占總電量的0.7%，預計到2020年風力發電量比重可升至12%。
　　丹麥BTM咨詢公司2005年5月所做的市場預測報告稱，2005年至2009年新安裝機組容量年平均增長率為16.6%；亮點主要在于美國市場和亞洲主要市場的增長；2009年之后預計2010-2014年的年增長率為10.4%。
　　從范圍來看，風力發電發展較好、較快的有德國、西班牙、美國、丹麥、印度等，它們同時也是風電設備的制造大國。其中，德國裝機已超過1700萬千瓦。2005年底我國居第七。
　　2、風力發電設備產業狀況
　　在風電場造價構成中，風電機組造價通常占60-70%以上，國內甚至有占85%以上的情況。德國的產業數據顯示，風電機組本身的成本占陸上風電項目的65%，其余的成本是電氣系統設備、地價、基礎設備、輸電線路建設等。我們預計，2006年風電設備市場總值超過70億美元。
　　并網風電設備制造業的下游是風力發電，上游則是一些零部件，主要有葉片、齒輪箱、發電機、偏航系統、控制系統、塔筒等。風機葉片的材料為玻璃纖維增強樹酯、碳纖維，其余部件的主要原材料為鋼材
    印度是發展中發展風電的典范。2004年印度風力發電裝機容量達298.5萬千瓦，位居第五，而且建立了風電設備產業，能生產70%的風機零部件及1000千瓦以上級別的風機整機，風機及部件出口歐美。由于我國國內市場龐大、機械制造業較印度發達，預計我國也將步印度后塵。
　　三、我國風力發電設備業現狀
　　1、我國風力發電的潛力
　　陸地10米高度層實際可開發的風能儲量為2.53億千瓦，風能資源豐富的地區主要集中在北部、西北和東北的草原、戈壁灘以及東部、東南部的沿海地帶和島嶼上?？紤]到近海風能，總儲量應該不止2.53億千瓦，合計可達10億千瓦。風電項目通常要求年利用小時數高過2000小時，目前已經建成的風電場平均利用小時約2300小時，主要位于“三北”地區(西北、東北和華北)及東南沿海。我國并網風電建設規模較大的省份為：新疆、內蒙古、廣東、遼寧、浙江、江蘇、寧夏、甘肅、福建等。累計裝機前三名為新疆、內蒙古、廣東。
　　風電真正開始有較大規模的發展是從1996年、1997年開始的。截至2006年底，有80家風電場，總裝機約230萬千瓦(指已吊裝，不要求并網發電)，當年新增約120來萬千瓦，年度裝機增長超過77%(以2005年底并網機組105.59萬千瓦為基礎，居第七位)。另有統計稱，2006年當年投運風電裝機(運行發電)92萬千瓦。
　　另據風能協會統計，2005年底(除臺灣省外)累計風電機組有1864臺，裝機容量(指已吊裝，不要求并網發電)126.6萬千瓦，裝機增長率為65.6%，風電場62個，分布在15個省。與2004年累計裝機76.4萬kW相比，2005年累計裝機增長率為65.6%。2005年風電上網電量約15.3億千瓦時，平均利用小時數約為1500小時。
    我國風電裝機占總裝機的比重不過0.39%左右。我國風電發展較早的新疆地區，該比重也僅為2%左右。故，發展潛力非常大，長遠占比可提升至5-10%；但是，縱到2015年，預計該比例也會低于4%。發改委規劃，“十一五”期間擬建成30個10萬千瓦級的風電項目，在內蒙、河北、江蘇、甘肅等地形成4個百萬千瓦級的風電場。按規劃，到2010年我國風電裝機容量可達800萬千瓦，但照目前各地區的建設勢頭，若政策面進一步向好(風電上網定價更為優惠等)，終結果可能達到或超過1000萬千瓦，甚至超過1200萬千瓦，目前已有業界專家樂觀預測至2000千瓦(取決于風電上網電價及的審批政策，若政策放開、電價優惠，完全有可能)。除蒙、冀、蘇、甘之外，廣東、山東等風力資源較為豐富的省份“十一五”規劃建設風電規模也可達到100萬千瓦左右。
2、相關政策
　　2003年以來，我國加快了風電發展步伐。主要政策包括：(1)、電價市場化改革方案明確風電不參與市場競爭，電量由電網企業按政府定價或招標價格優先購買；(2)、增值稅減半等稅收優惠；(3)、《可再生能源法》規定，建立可再生能源總量目標制度，規劃出指標，分解到各?。粚嵭锌稍偕茉磁漕~制，明確電網、電源企業的責任和義務?！犊稍偕茉捶ā返念C布和《京都議定書》的生效使風電發展進入了高速成長期。
　　風電設備制造業方面，我國大力促成國產化。2005年7月，發改委《關于風電建設管理有關要求的通知》中明確規定：風電設備國產化率要達到70%以上，不滿足設備國產化率要求的風電場不允許建設。
　　3、國內市場競爭格局：以外國品牌設備為主
　　我國風電設備制造業水平相對較為落后。國外主流風電機組已達到兆瓦級，丹麥為2.0-3兆瓦，美國為1.5兆瓦，高已有4.5兆瓦(合4500千瓦)。國內目前本土能夠批量生產的大風電機組為1.5兆瓦，但主力機型是600千瓦、750千瓦、1.2兆瓦；國內已投產的進口風電中，大單機裝機容量為2.0兆瓦。
　　有統計稱，至2004年底的76.4萬千瓦風電總裝機容量中(累計存量)，82%是進口設備；其中，丹麥NEG Micon公司一家的產品就占總裝機容量的30%。2005年，4家外資企業占領了國內風電機組70.3%的市場份額；其中，西班牙Gamesa新增裝機容量達17.94萬千瓦，占當年我國新增裝機的36%；Gamesa市場份額為26%；GE Wind份額為18.7%。2006年，國產設備在當年新增裝機容量的市占率計約為28%(2005年約為29.7%)。近期各大國外廠商已陸續來華設廠生產設備，未來“國產設備”這一詞應改為“民族品牌”更為貼切。對風電機組本地化率70%的要求，是引導外資來華設廠的原因之一。
　　早期，進口設備比重高的原因主要是國內沒有相關技術。近年來，進口設備比重雖然略降、但還比較高的原因是國內產能不足、國產設備質量相對較差、兆瓦級以上機組國內剛開始批量生產、尚缺成熟商用等。
　　風力發電技術的研究始于20世紀70年代未80年代初，通過自主開發研制，小型風力發電機(額定容量為100瓦-10千瓦)已實現了商業化批量生產，并獲得了廣泛應用，裝機容量。我國臺200千瓦風力發電機組的研制，始于1984年。當時，由福建省承建，由水電部杭州機械設計研究所負責設計。該機于1988年安裝在福建平譚島，總投資約150萬元。由于種種技術問題，直到1993年才通過技術鑒定。
　　國產并網風電設備真正起步于20世紀90年代中后期，實施了“雙加”工程與“乘風”計劃。1996年計委進行“300kW、600kW級風力發電機組國內總裝企業”詢標，確定了航空工業總公司下屬的西安航空發動機公司(430廠)和洛陽拖拉機集團公司為中標單位。西航集團與德國Nordex公司、一拖集團與西班牙美德(MADE)公司分別合資建立了大型風力發電設備生產廠，并生產出樣機。由浙江省機電設計研究所(浙江運達的前身)承擔設計的200千瓦風力發電機，于1995年安裝在浙江鶴頂山，總投資約280萬元。除杭州外，南京高速齒輪廠等國內廠家聯合試制了300千瓦風力發電機，1998年安裝。
    進入21世紀后，國內廠商實現了600-1200千瓦風機的工業化生產。國內風機成套技術主要由國外引進，但目前大批量生產的仍是750千瓦的成熟機型，只有金風科技、華銳科技(大連重工-起重集團)、東方汽輪機等少數企業成功開發了1.2MW-1.5MW的樣機。目前，兆瓦級風電機組(1000千瓦以上)國際主流機型多采用變速恒頻技術，發電機為雙饋感應電機，我國廠商與之尚有差距。
    此外，國產機組的差距還表現在：裝機容量較小、控制技術不夠先進、部件壽命較短、設備實際運用較少、產能較小等。
　　2005年4月，發改委發布的《關于組織實施可再生能源和新能源高技術產業化專項的公告》，1500千瓦變速恒頻風力發電機組和1200千瓦直接驅動永磁式風電機組的產業化列為專項重點領域?！笆晃濉逼陂g，發改委稱，我國大力發展大型風電機組的重點是：努力掌握大型風力發電機組核心關鍵技術，包括總體設計、總裝技術及關鍵部件的設計制造技術等，整機技術路線將以目前歐洲流行的變槳變速的雙饋異步發電型、低速永磁同步發電型為主。具體研制開發目標和方向是：研制開發符合依托工程張北風電場氣候條件的2.5MW級變速變槳距風力發電機組；國產化率達80%以上，葉片、電控與變流器、發電機、齒輪箱等關鍵零部件立足國內研制開發；滿足認證機構的設計認證；整機和關鍵零部件樣機性能達到同類產品國際先進水平；形成有自主知識產權和整機及關鍵部件的設計制造能力。
    1999年，我國單位千瓦的風電設備投資在12000元以上，主要原因就是進口設備價格昂貴。進入21世紀后，由于新疆金風等國產廠商的進入，這一數字曾經下降到7000-8000元；后來因為國內風電建設加速，供不應求，價格反彈10-20%。目前一臺裝機容量850千瓦的進口變槳變速風力發電機組售價約為700-900萬元；國產600千瓦風機售價約為300-400萬元左右，比進口機組的千瓦造價便宜20-30%以上。據調查，我國國產風力發電機組設備的價格通常在0.4-0.7萬元／千瓦。
　　四、國內風電設備市場的主要廠家情況
　　1、國內整機廠商介紹
　　國內風電設備廠商以新疆金風科技公司為龍頭，通過引進國外技術，近年來的成長極為迅速。
　　2004年，主要的風機總裝廠有7家：新疆金風、大連重工起重集團、西安維德風電設備有限公司(西安航空發動機公司下屬合資企業)、一拖