前言

风是自然界赋予人类宝贵的财富,人类真正把它转化为电能也不过短短几十年的时间,在风能转化成电能之后,便爆发出巨大的能量,风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。

新能源技术不再是投入重资不见成效的“富国游戏”,也不再仰人鼻息,依赖国外技术了。从上游原材料,到中游制造,再到下游市场,中国已经遥遥领先。在新能源这一赛道,中国已经是不折不扣的最大玩家。

风能和风电

什么是风能?

风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为1300亿千瓦,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

人类利用风能的历史可以追溯到公元前。古埃及、中国、古巴比伦是世界上最早利用风能的国家之一。公元前利用风力提水、灌溉、磨面、舂米,用风帆推动船舶前进。由于石油短缺,现代化帆船在近代得到了极大的重视。到了宋代更是中国应用风车的全盛时代,当时流行的垂直轴风车,一直沿用至今。在国外,公元前2世纪,古波斯人就利用垂直轴风车碾米。 10世纪伊斯兰人用风车提水,11世纪风车在中东已获得广泛的 应用。13世纪风车传至欧洲,14世纪已成为欧洲不可缺少的原动机。在荷兰风车先用于莱茵河三角洲湖地和低湿地的汲水,以后又用于榨油和锯木。只是由于蒸汽机的出现,才使欧洲风车数目急剧下降。 数千年来,风能技术发展缓慢,也没有引起人们足够的重视。

什么是风电?

风力发电是指把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。

风力发电机组装置

机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子,即转子叶片及轴。

转子叶片:捉获风,并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上,每个转子叶片的测量长度大约为20米,而且被设计得很象飞机的机翼。

轴心:转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

低速轴:风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,来激发空气动力闸的运行。

齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。 高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧急机械闸,用于空气动力闸失效时,或风力发电机被维修时。

发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上,最大电力输出通常为500至1500千瓦。

偏航装置:借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。通常,在风改变其方向时,风力发电机一次只会偏转几度。

电子控制器:包含一台不断监控风力发电机状态的计算机,并控制偏航装置。为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热),该控制器可以自动停止风力发电机的转动,并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。

液压系统:用于重置风力发电机的空气动力闸。

冷却元件:包含一个风扇,用于冷却发电机。此外,它包含一个油冷却元件,用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。

塔:风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势,因为离地面越高,风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔,也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全,因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。

风速计及风向标:用于测量风速及风向

尾舵:常见于水平轴上风向的小型风力发电机(一般在10KW及以下)。位于回转体后方,与回转体相连。主要作用一为调节风机转向,使风机正对风向。作用二是在大风风况的情况下使风力机机头偏离风向,以达到降低转速,保护风机的作用。

风电产业结构图

风力发电机分类:尽管风力发电机多种多样,但归纳起来可分为两类:①水平轴风力发电机,风轮的旋转轴与风向平行;②垂直轴风力发电机,风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

水平轴风力发电机

垂直轴风力发电机

国内外风力发电历史

国外风力发电历史

利用风力发电的尝试,早在二十世纪初就已经开始了。三十年代,丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术,成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机,广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用,它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过,当时的发电量较低,大都在5千瓦以下。

自1973年世界石油危机以来,在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下,风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。

1978年1月,美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机,其叶片直径为38米,发电量足够60户居民用电。而1978年初夏,在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置,其发电量则达2000千瓦,风车高57米,所发电量的75%送入电网,其余供给附近的一所学校用。

1979年上半年,美国在北卡罗来纳州的蓝岭山,又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高,风车钢叶片的直径60米;叶片安装在一个塔型建筑物上,因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力;风力时速在38公里以上时,发电能力也可达2000千瓦。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。

中国风电发展历史

我国风能资源丰富,可开发利用的风能储量约10亿kW,其中,陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算),海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW,共计10亿kW。

1986年,我国第一座风电场——马兰风力发电厂在山东荣成并网发电,是我国风电历史上的里程碑,标志着中国风电风电的开端。总体来看,中国风电行业发展经历了早期示范、产业化探索、产业化发展以及大规模发展的四个阶段。

1)早期示范阶段(1986-1993年):主要利用国外赠款及贷款,建设小型示范风电场,政府的扶持主要在资金方面,如投资风电场项目及支持风电机组研制;

2)产业化探索阶段(1994-2003年):首次建立了强制性收购、还本付息电价和成本分摊制度,由于投资者利益得到保障,贷款建设风电场逐渐增多;

3)产业化发展阶段(2003-2007年):主要通过实施风电特许权招标来确定风电场投资商、开发商和上网电价,通过施行《可再生能源法》及其细则,建立了稳定的费用分摊制度,迅速提高了风电开发规模和本土设备制造能力;

4)大规模发展阶段(2008年至今):在风电特许权招标的基础上,颁布了陆地风电上网标杆电价政策;根据规模化发展需要,修订了《可再生能源法》,制定实施可再生能源发电全额保障性收购制度。

中国风电现状

实际上早在2010年,中国的风电总装机量就已经超过了美国成为世界第一。随着弃风率快速下降,带动装机需求进入新一轮景气周期,我国风电新增装机量于2020年达到顶峰,全年风电装机量大超预期,达到72GW,超越前三年的总和。

几大央企能源集团起到了领头羊的作用。根据电力央企“十四五”新能源发展规划,仅国家能源集团、国电投、华能、华电、大唐、三峡、中广核、中核、华润电力九大央企“十四五”期间将每年贡献46.7GW的风电装机。

目前,我国已经是世界上最大的风机制造国,产量占全球的一半,为全球风电提供“中国心”。到2020年,我国风电累计装机量为2.81亿千瓦,这意味着,10倍增长的风电“黄金时代”来临。2025年后年均新增风电装机60GW以上,至2030年装机总量达到8亿千瓦(800GW);到2060年至少达到30亿千瓦(3000GW)。

根据《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》,“十四五”期间我国将建设九大大型清洁能源基地,即金沙江上下游、雅砻江流域、黄河上游和几字湾、河西走廊、新疆、冀北、松辽等清洁能源基地。值得一提的是,九大基地中均有风能的身影。

此外,我国还将建设广东、福建、 浙江、江苏、山东等海上风电基地。产业大爆发,带动我国风电整个产业链的完善和发展,零部件-风机制造-投资运营,我国正从“风电大国”向“风电强国”迈进。

中国风电政策

随着风电行业的蓬勃发展,国家陆续制定了一系列指导政策,通过补贴、竞争性配置、消纳保障机制等众多调控手段支持了国内风电产业的良好发展,使得我国风电装机容量快速增长,风电机组制造技术快速发展,整个风电行业向更加成熟、无补贴的可再生能源产业转型。

时间 政策 解读
2015
国家能源局
《关干进一步完善风电年度开发方秦管理工作的通知》(国能新能【2015】163号) 不存在弃风限电情况的省(区、市),每年由各省(区、市)能源主管部门根据本省(区、市)风电建设情况和风电发展规划,按照平稳有序发展的原则,自主提出本年度的开发建设规模。出现弃风限电问题的省(区、市),须对本地区风电开发建设和并网运行情况进行深入分析评估,科学制定本年度风电开发建设的规模和布局;弃风限电比例超过20%的地区不得安排新的建设项目,且须采取有效措施改善风电并网运行情况,研究提出促进风电并网和消纳的技术方案,作为对地方能源主管部门的建设和运行责任进行考核和监管的依据。
2015
发改委
《关于完善陆上风电光伏发电上网标杆电价政策的通知》(发改价格【2015】3044 号) 实行陆上风电、光伏发电上网标杆电价随发展规模逐步降低的价格政策。陆上风电、光伏发电上网电价在当地燃煤机组标杆上网电价(含脱碳、脱硝、除尘)以内的部分,由当地省级电网结算;高出部分通过国家可再生能源发展基金予以补贴。鼓励各地通过招标等市场竞争方式确定陆上风电、光伏发电等新能源项目业主和上网电价。
2016
发改委
《关于调整光伏发电陆上风电标杆上网电价的通知》(发改价格【2016】2729号) 一、降低光伏发电和陆上风电标杆上网电价;二、明确海上风电标杆上网电价。
2017
发改委
《关于试行可再生能源绿色电力证书核发及自愿认购交易制度的通知》 绿色电力证书自2017年7月1日起正式开展认购工作,认购价格按照不高于证书对应电量的可再生能源电价附加资金补贴金额由买卖双方自行协商感者通过竞价确定认购价格。风电、光伏发电企业出售可再生能源绿色电力证书后,相应的电量不再享受国家可再生能源电价附加资金的补贴。根据市场认购情况,自2018年起适时启动可再生能源电力配额考核和绿色电力证书强制约束交易。
2017
科学技术部
"十三五"先进制造技术领域科技创新专项规划的通知(国科发高【2017】89号) 明确"十三五"期间,我国基础零部件的基础研究、关键技术研究、关键工艺研究需进行科技创新、掌握核心技术;针对制造业基础能力薄弱和产品质量不高的问题,重点攻克核心基础零部件,研发工业库、材料参数库和制造过程核心软件产品。
2018
国家能源局
《2018年能源工作指导意见》 有序建设重点风电基地项目,推动分散式风电、低风速风电、海上风电项目建设。积极推进风电平价上网示范项目建设,研究制定风电平价上网路线图。
2018
国家能源局
《分散式风电项目开发建设暂行管理办法》 鼓励各类企业及个人作为项目单位,在符合土地利用总体规划的前提下,投资、建设和经营分散式风电项目。
2019 发改委 《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》(发改能源(2019)19号》 一、开展平价上网项目和低价上网试点项目建设;二、优化平价上网项目和低价上网项目投资环境;三、保障优先发电和全额保障性收购;四、鼓励平价上网项目和低价上网项目通过绿证交易获得合理收益补偿;五、认真落实电网企业接网工程建设责任;六、促进风电、光伏发电通过电力市场化交易无补贴发展等。
2019
国家能源部
《关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》(国能发新能〔2019〕49号》 一、积极推进平价上网项目建设;二、严格规范补贴项目竞争配置;三、全面落实电力送出消纳条件;四、优化建设投资营商环境。
2019
发改委
《关于完善风电上网电价政策的通知》(发改价格〔2019〕882号) 将陆上风电标杆上网电价改为指导价。新核准的集中式陆上风电项目上网电价全部通过竞争方式确定,不得高于项目所在资源区指导价。将海上风电标杆上网电价改为指导价,新核准海上风电项目全部通过竞争方式确定上网电价。
2019
发改委
《产业结构调整指导目录(2019年本)》(发改委令第29号) 将"合金钢、不锈钢、耐候钢高强度紧固件、钛合金、铝合金紧固件和精密紧固件"列为"鼓励类"
2020
发改委
《西部地区鼓励类产业目录(2020年本,2020征求意见稿)》 在风电相关产业中,贵州、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆,内蒙古等8个省份均鼓励发展"风力发电场建设与运营"。另外,陕西额外鼓励风电装置制造产业和陆上风电机组设备制造产业;宁夏额外鼓励风能偏航、变桨减速器的研发及生产产业;新疆额外鼓励风电机组控制系统,风电机组用新型发电机、高速叶片、全功率变流器、变浆控制器、增速齿轮箱、主轴、轴承等关键部件,海上风电工程施工机械研发及制造产业;内蒙古额外鼓励牧区户用小型风机制造产业;西藏额外鼓励风力发电公路照明应用。
2020
国家能源局
《2020年风电项目建设方案》 积极推进平价上网项目建设;二、有序推进需国家财政补贴项目建设;三、积极支持分散式风电项目建设;四、稳妥推进海上风电项目建设;五、全面落实电力送出消纳条件;六、严格项目开发建设信息监测;七、认真落实放管服改革。
2020
财政部
《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》(财建〔2020〕4号) 新增海上风电和光热项目不再纳入中央财政补贴范围,按规定完成核准(备案》并于2021年12月31日前全部机组完成并网的存量海上风力发电和太阳能光热发电项目,按相应价格政策纳入中央财政补贴范围。
2021
国家发改委
《国家发展改革委关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》 2021年起,对新备案集中式光伏电站、工商业分布式光伏和新核准陆上风电项目发电,中央财政不再补贴。2021年,新建项目保障收购小时数以内的发电量,上网电价继续按'指导价+竞争性配置"方式形成.
2021
国家能源局
《2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知(征求意见稿)》 总体要求2021年全国风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重达到11 %左右,后续逐年提高,到2025年达到16.5%左右,强化可再生能源电力消纳责任权重引导机制,建立保障性并网 、市场化并网等并网多元保障机制;加快推进存量项目建设,稳步推进户用光伏发电建设,抓紧推进项目储备和建设。
2021
国家能源局
《2021年能源工作指导意见》 2021年风电、光伏发电量占全社会用电量的比重达到11 %左右.增强清洁能源消纳能力.积极推进新能源'隔墙售电"就近交易•
2021
国家能源局
《关于报送"十四五电力源网荷储一体化和多能互补工作方案的通知》 稳妥实施"风光火(储)一体化",鼓励"风光水(储)、“风光储”一体化.优先依托存量煤电项目推动风光火(储)一体化发展,扩大新能源电力打捆规模。允许利用近区已纳入国家电力发展规划煤 电项目推动增量风光火(储)一体化发展,从严 制新増煤电需求。
2021
国家发改委
《1-3月全国电力工业统计数据》 1-3月,全国风电装机容量28661万千瓦,同比 増长34.9%;新増风电装机容量526万千瓦,同比增加290万干瓦;全国风电设备累计平均利用小时数为619小时,同比増加69小时;风电工程投资累计完成325亿元,同比増长14.5%。
2021
国网新能源云
《2021年第七批可再生能源发电补贴项目清单》 《公告》显示,纳入2021年第七批可再生能源发电补贴项目清单的项目共174个,核准/备案容量2177.11MWO其中,集中式风电项目数量为 6个,核准/备案容量315MW;集中式和分布式太阳能发电项目数量分别为39个、110个,核准/备案容量分别为1259.4MW、436.21 MW;集中式和分布式生物质发电项目数量分别为17个、 2个,核准/备案容量分别为163MW、3.5MW.
2021
国网新能源云
《2021年第八批可再生能源发电补贴项目清单》 《公告》此次纳入2021年第八批可再生能源发电补贴清单的项目共计1103个,核准/备案容量 2366.36兆瓦,其中:集中式风电项目数量8 个,核准/备案容量554兆瓦;集中式和分布式太阳能发电项目数量分别为38个、1055个,核准/ 备案容量分别为1213.87兆瓦、579.49兆瓦;集中式生物质发电项目数量为2个,核准/备案容量为19兆瓦.
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风电进行时
  • 2021风电行业研究报

    这一阶段,国内风电风电行业呈现快速发展, 背后则是行业发展初期的政策驱动。

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    近日,《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》印发,明确了我国碳达峰、碳中和的具体目标和实施路径。为贯彻落实党中央、国务院决策部署,大力推动可再生能源发展,助力实现碳达峰、碳中和目标。

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    随着各国对低碳经济和能源结构转型越来越形成共识,海上风电作为一种重要的清洁能源,近年来其装机容量在全球范围内呈现高速增长态势。

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    2020年国家能源局下发《关于2020年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知》,要求各省根据国家可再生能源发展“十三五”相关规划和本地区电网消纳能力,合理安排新增核准(备案)项目规模,目前“新能源+储能”正在快速在全国普及。

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