一直到今年10月19日,中海油才終于迎來自己首個海上風電項目——江蘇海上風電場——的全容量投產運行。項目的規劃裝機總容量30萬千瓦,包括67臺風力發電機組、1座220千伏海上升壓站、1座陸上集控中心、兩回路220千伏電纜。
無論對中海油還是中國的風電行業來說吊車出租,這都是一樁大事。
中海油的風電探索歷程也成為中國風電行業的一個縮影:從襁褓中慢慢走出,蹣跚學步并逐漸成長。
這些年風電走過的路正是中國在低碳能源上不斷探索、又克服重重困難的真實寫照。
艱難起步:引進丹麥技術
雖然風電如今在新能源世界中,所扮演的角色和被重視程度并不能和光伏媲美,但事實上人類對風能的利用早于太陽能。
中國風電出現的時間也并不晚。
1986年,在山東半島最東端的榮成市,我國第一座風電場——馬蘭風力發電廠正式并網發電。
當時的中國并不具備建設一座風電場的技術能力,機組是相關部門是從丹麥引進的。共3臺55千瓦機組,總裝機容量為165千瓦,這些機組的平均年發電量達到了26萬千瓦時以上,最高年發電量達33萬千瓦時。
為什么機組要從丹麥引進?因為歐洲才是現代風電的發源地,在后來中國廠商金風科技稱霸全球之前,風力發電機的全球霸主,一直是丹麥的廠商——維斯塔斯。
時間倒回19世紀,1891年時丹麥的物理學家、現代空氣動力學鼻祖PoulLaCour和他的學生團隊設計制造了一臺現代意義上的風力發電機,用來照明以及電解學生做實驗用的氫氣。
可以說,從現代風電的設計雛形到風機的技術路線再到海上風電以及商業化,丹麥都走在了全世界的前列。
而國內沒有自己的技術,因此在1986年建成風電場后的很長一段時間內,風電行業發展都步履維艱。
到“九五”和“十五”期間,政府組織實施了“乘風計劃”、國家科技攻關計劃,以及國債項目和風電特許權項目,支持建立了首批6家風電整機制造企業,進行風電技術的引進和消化吸收,其中部分企業掌握了600kW和750kW單機容量定槳距風電機組的總裝技術和關鍵部件設計制造技術,初步掌握了定槳距機組總體設計技術,實現了規模化生產,邁出了產業化發展的第一步。
金風科技的建立與發展正映射了這一段艱難的起步歷程。
1986年,新疆風能成立,研究所籌資從丹麥Wicon公司引進了兩臺風電機組到新疆大阪城的柴窩堡風電試驗場。1988年,根據丹麥政府的贈款項目要求,風能研究所成立了新疆風能公司吊車,并在1989年10月接受了丹麥政府的320萬美元無償設備贈款,再加上中方配套投入的670萬元人民幣,又從丹麥的Bonus公司引進了13臺150千瓦的風機,建成了當時亞洲最大的風力電廠。
1997年,風能公司與德國JACOBS簽訂了600KW風機生產許可轉讓合同,并在1998年以注冊資金300萬元成立新疆新風科工貿有限公司——就是金風科技的前身。
科工貿與風能公司、研究所共同承擔了600KW風機的研發項目,并于1999年順利完成,成功通過了科技部的驗收鑒定。
這是在中國風電產業中具有劃時代意義的第一臺國產風機。
在實現國產化后,新風科工貿在2001年完成了增資及改制,整體變更為新疆金風科技股份有限公司,當年底,金風科技的600KW風機在河北紅松洼風電場并網發電。
從此,金風也從新疆達阪城徹底走了出來,開始在全國風電市場開疆拓土。
雖然金風科技開始走上了快速發展之路,不過在20世紀初,占據國內風機市場半壁江山的仍然是GE、維斯塔斯及西門子歌美颯三大國際巨頭,直到2006年,國內風電整機企業的市場占有率仍不足50%。
瘋狂搶裝:補貼下的泡沫
2005年,我國政府實施了《可再生能源法》,風電正式進入大規模開發應用的階段。之后又于2007年8月頒布了《可再生能源中長期發展規劃》,該規劃提出到2010年全國風電總裝機容量達到500萬千瓦,并建成1—2個10萬千瓦級海上風電試點項目;到2020年全國風電總裝機容量達到3000萬千瓦,并建成100萬千瓦海上風電。
規劃之下,便是長期高比例補貼。
在政策扶持之下,中國的風電裝機量大幅增加,每年新增裝機容量都保持30%以上的增長。中國成為全球風電裝機容量最多的國家,從2005年開始,每年新增裝機容量占全球裝機容量的比例由4.42%上升到2010年最高的48.8%。在增速方面,中國從2005年開始幾乎保持了5年100%以上的增長。
由于補貼會逐年退坡,因此廠商會趕在退坡的時間點前完成安裝并網,這被稱為“搶裝”。
2005-2010年就可以被稱為“搶裝潮”下瘋狂的五年、飛速的五年。
在搶裝期間,作為風機產業老大哥的金風科技雖然也在快速增長,但如果要選一家最能代表這個瘋狂時代的公司,那應該非華銳光電莫屬了,這家公司經歷過超速度的輝煌,在2020年已經黯然退市。
一篇來自2011年的《IT經理世界》的文章顯示,在2010年時,華銳風電已經排名全球風機制造商的第二名,這一年,老大哥金風科技排名全球第四。
華銳風電的創始人韓俊亮出身于大連重工,先是買下德國富蘭德(Fuhrlander)FL1500系列風機的生產許可證。之后,便趕上國家大力支持新能源行業發展的“春風”。
這家2006年才成立的風機廠商,還被資本市場大佬闞治東和尉文淵押注。兩人在看好中國風電前景的情況下,找不到更好的投資機會,畢竟彼時老大哥金風科技已經在沖刺上市,而且新疆風能一直是金風科技最重要的大股東,增資擴股也人滿為患。
2007年,金風科技上市了;2008年,剛剛成立2年的華銳風電就已經完成了“龍頭速成”——新增裝機935臺、新增風電裝機容量1403兆瓦,超越了金風科技,排名中國第一、全球第七。2009年,華銳新增風電裝機容量3510兆瓦,行業排名中國第一、全球第三。
2011年1月13日,華銳風電正式上市,此時距其成立5周年的紀念日僅一月之遙ge公司大型風力發電機組價格,若以發行價計算,這家成立不到五年的風電制造企業,市值近千億。
不過,華銳風電的橫空出世與短期速成固然與當時的政策有關,但同時,它超越當時的金風科技也有內在的因素。2005年,國家曾鼓勵風電兆瓦級機型研發,但并未明確選擇1.2MW還是1.5MW,在兩種型號中,金風科技選擇了前者,但事實證明后者才更對五大電力集團的胃口。華銳風電從一開始主推的就是1.5MW的機型,在這一選擇上,金風科技就繞了三年的彎路。
此外,更重要的一點或許還是——價格戰。
在華銳引領的幾場價格戰的拉動下,1.5兆瓦風機的單價已經從2008年高點的6500元/千瓦下降到了2010年的4600元至4800元的水平,降幅之快為歷年少見,當時已有企業出現虧損。
但另一方面,成長也帶來了陣痛。
全國裝機量大幅甚至是過度增長的同時,大量風場出現并網消納(風力發出來的電接入電網輸送出去并使用)的問題。
出現并網消納問題的主要原因是,我國風能資源較好的主要是三北(西北、華北、東北)地區,但這些地區的經濟發展比較落后,當地用電量不足,加上風電自身的不穩定性,國家電網接納意愿不高,風電并網出現瓶頸。
從2009年開始,“棄風”(由于并網消納問題導致的風機暫停)現象開始逐漸嚴重,并網率開始徘徊在不到75%的水平。
這樣的行業陣痛,落在華銳風電的頭上,本不至于造成特別嚴重的后果——例如曾經被華銳超越的金風就活下來了——但華銳還和供應商關系惡劣,同時管理層沒有及時轉換策略,在行業增長回落期間還讓公司維持高庫存和高應付賬款——這可能真正造成了它最終的隕落。
2013年華銳風電由于財務問題被立案調查,中國瘋狂的風電搶裝至此也告一段落。
大幅超越:自主崛起
但風電產業終究還是崛起了。
2021年8月27日,西門子歌美颯宣布退出中國陸上風電市場。西方巨頭的敗退,正式宣告了中國風電自主化的勝利。
事實上,在2010年及以后,中國風電新增裝機量每年都位居世界第一。
而就在剛剛過去的2020年,以全產業鏈為視角來觀察,中國在全球風電產業鏈中的占比已經接近50%,成為全球最大的風電產業基地。
同時,在裝機量重又快速攀升的過程中,棄風率沒有再攀升,而是已經下降到了較為穩定區間,維持在10%上下。
而從風機角度來觀察,目前的市場份額顯示:
雖然在全球市場中,金風科技暫時仍略低于通用電氣,排名第二。但目光放到國內市場,金風已是當之無愧的行業第一,而西門子歌美颯則早已喪失先發優勢——其新增裝機規模僅有0.4GW,退出也有跡可循。
2020年,三大國際巨頭的市場份額僅占到4%,數據排名中已經歸類到“其他”范疇。
風電發展壯大的過程中,伴隨的一方面是特高壓輸電網絡的建設使得并網消納問題在很大程度上得以解決,另一方面則是度電成本的降低。
如果成本不夠低,那上網(把可再生能源發的電接入電網,輸送給用戶)電價就會很高,如果發展前期沒有補貼,那產業很容易由于企業缺錢而胎死腹中。
關于風電的補貼政策,在歷史上也分為幾個不同的階段。
2006年,發改委發布了《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》,規定風力發電項目的上網電價實行政府指導價,電價標準由國務院價格主管部門按照招標形成的價格確定。具體到實行層面,風電上網電價在當地煤電上網電價以內的部分,由當地省級電網負擔;高出部分的電價補貼,通過全國征收的可再生能源電價附加分攤解決。
2009年,發改委又頒布了《關于完善風力發電上網電價政策的通知》,這份通知將全國分為四類風能資源區,相應制定風電標桿上網電價,并相繼在2014、2016和2018年對電價進行調整。
(注:“標桿電價”是指國家在經營期電價的基礎上,對新建發電項目實行按區域或省平均成本統一定價的電價政策,可以被視作可再生能源補貼的“錨”。)
在標桿電價下,補貼仍然實行自2006年的可再生能源電價補貼模式,可再生能源發電項目上網電價在當地煤電標桿上網電價以內的部分,由當地省級電網負擔;高出部分,通過電價附加補貼解決。
政府補貼的同時,廠商也在探索降低成本的方式。
在一個典型的陸上風電項目中,成本中大約有50%是風機設備,20%是建設安裝費用,10%是塔筒費用,其他配套設備及費用共占比20%。
所以在一個陸上風電的降本路徑中,風機設備的降本就成為重中之重,于是肉眼可見地,風機的容量和單個葉片都在變得越來越大。
風機的大型化對于降本來說是意義非凡的,它降低的不僅是建設成本,更有度電成本。
1、大型化使得單位零部件的用量下降,目前頭部整機廠包括金風科技在內,在機型開發中越來越多采用平臺化設計,僅在關鍵部分的輸出功率或載荷上存在差異,因此能夠攤薄單位零部件的用量和采購成本。
2、風機大型化可以攤薄非設備成本,例如100MW的項目以前是20個5MW風機,當它降到14臺7MW風機時就已經減少了6個塔筒和6個塔樁的基建成本。
3、在同等風速條件下,葉片更長掃風面積就會越大,發電量也相應增大;塔筒越高、切變值越大,風能利用價值也就越大。由于對風能的利用能力增強,因此大型風機對最低風速的要求更低,能夠提升發電小時數,降低度電成本。
在葉片均值不斷提升的過程中,風電的度電成本也不在不斷下降,雖然還不能和光伏相比,但已經比較可觀。
在應對大型化的進程中,風機廠商們的技術路線也出現了轉變。在前文描述的金風科技在華銳風電面前敗下陣來的瘋狂搶裝歷程中,有一個關鍵的點留給了這里:
在2006-2010年期間,金風科技走向了精細化管理的道路,并將其風機產品從技術含量較低的齒輪箱跨越到了世界領先水平的直驅永磁。
直驅永磁技術拋棄了齒輪箱,能使風機的故障率減少20%,發電效率提高3%-5%,雖然初期的研發投入比較高,但按照風機20年的使用壽命計算,這筆前期研發成本也會低于齒輪箱的維護成本。
這當然給金風科技帶來了一些問題——在搶占市場規模的過程里輸給了當時的對手華銳風電——引進新技術相當于從0開始,還可能把已有的市場份額拱手讓給別人。
但經過討論和權衡,金風科技最終選擇了這條更為長久的路,短暫地輸給了華銳風電,但也驕傲地看著華銳風電倒下,自己卻逐步成長為全球風電的龍頭。
不過在大型化和追求穩定性的風電后半程,永磁直驅雖然在穩定性、兼容性存在較大優勢,但由于隨著容量加大重量也會顯著增大,因此并非廠商們的唯一選擇。
如海外的維斯塔斯的6MW平臺選擇的是半直驅(中速永磁,一種折中)方案,而西門子歌美颯在陸上仍主打雙饋齒輪,海上用永磁直驅。
國內的明陽智能是從雙饋直接轉型半直驅,金風科技也沒有死磕直驅,在儲備了直驅的深厚基礎上,也另備了半直驅方案。
除了選擇大型化降本之外,風電的發展路徑中還有一個更加重要的趨勢,那就是從陸地走向海上。
海洋機遇:海上風電從襁褓走向成熟
可能沒有人會否認,如果說分布式是光伏的未來,那么海上風電就是風電的未來。
其實相比陸上風電,海上風電的成本并沒有優勢,因為相比陸上風電,海上風電要多出水下部分以及海纜成本,維護成本也更高。
根據國信證券分析師的統計,海上風電的度電成本在0.3-0.55元,幾乎是陸上風電度電成本的兩倍。
但隨著陸上風電的逐步開發,可開發的資源比之前少,且大部分風能豐富的陸地地區距離用電地區較遠ge公司大型風力發電機組價格,所以轉向海上成為必然的選擇。
但海上風電不是勉強之選,它的優點也非常突出:
海上的風能資源豐富、發電利用小時數高;不占用土地、適宜大規模開發;靠近負荷中心、消納便利等。
海上風電算是陸上風電的接班人,但起步時間并不晚,正如文章開篇所說,在中國風電發展之初的2008年,中海油就已經開動了。
當時除了中海油之外,還有另外一家公司也參與了早期的海上風電建設,就是上文提到的華銳光電。
當時它正風光無限,在海上風電領域的進展甚至比中海油更領先。
2008年國家發改委通過《可再生能源發展“十一五”規劃》,除了把2010年風電總裝機容量調整為1000萬千瓦之外,還開始做起了近海風能的示范工程。
而且示范工程確實取得了成果,上海東海大橋海上風電場工程就是發改委做的示范工程之一。
這是中國第一個海上風力發電場,項目預計總投資為21.22億元,總裝機容量為10萬千瓦。
這個項目,就屬于華銳光電!
據部分網絡資料,當時金風科技和上海電氣都對這個項目搖了頭,但最終,華銳接下了這個“不可能的項目”,請來了 Windtec幫助聯合開發上海3兆瓦機,并在2010年6月8日實現并網發電。
據當時的專家說,海上風電的項目建設難度是非常大的。
因為海上風電的技術要求比陸上高很多,需要特殊裝備、專業人員潛到海底勘探調查,要建塔基,還需要海上工程船,而且要考慮海水或海冰對塔架的破壞。
因此,在示范項目之后,海上風電停滯了很長一段時間,一直到2014年才迎來重磅政策。
政策首次明確了近海海上風電項目0.85元/千瓦時的上網電價,這個價格遠高于當時全國燃煤機組平均上網電價的0.42元/千瓦時。
在此政策之下,中國的海上風電開始快速發展。
2016年年底,國家能源局又出臺了《風電發展“十三五”規劃》的通知,要求到2020年,全國海上風電開工建設規模達到10GW,爭取累計并網容量達到5GW以上。
2014年后的海上風電迎來飛速發展,到2020年底,國內海上風電的累計吊裝容量已經達到11.03GW,是2014年時的16.5倍。