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秦海岩:中国风能行业回顾与展望

作者:秦海岩  来源:能源研究俱乐部  发布时间:2018-5-31 9:04:01

西山储能网讯:发展可再生能源已成为世界各国推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径,也是我国推进能源生产和消费革命、推动能源转型的重要措施,在十九大报告中,习近平同志明确提出,要“推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系”,为新时代能源行业的转型发展指明了方向。2017年全球电力增长中,包括风能、光伏在内的可再生能源在新增装机容量已经超过所有新增电力装机的50%,可再生能源首次超过火电,成为全球最重要的能源之一,大力发展可再生能源是大势所趋。

图1  全球历年电力年新增装机容量

可再生能源行业正在经历一个新的伟大时代,风能作为技术最成熟、成本最低的可再生能源形式之一,是未来能源革命的中坚力量。回顾过去,展望未来,认真总结过去发展经验,审视产业发展面临的主要问题的同时,参照国外先进经验,进一步明确未来的发展方向,能够更好的契合新时代能源消费革命和绿色发展的要求,并为未来更好的发展积蓄力量,为新时代风能等可再生能源持续快速发展做好准备。

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回顾

回顾过去,中国风电产业无论装机规模,还是技术创新都取得了惊人的进步,与此同时也应清醒地认识到,我们的风能产业发展还面临弃风限电亟需改善、成本下降压力、体制机制待完善等困难。

(一)成果显著,产业规模持续增加

装机规模方面,我国风能产业虽然起步较晚,但发展速度惊人。上世纪80年代,我国风电进入商业化开发阶段,风电开发还主要集中在内蒙古、新疆、辽宁、甘肃等几个风资源较好的区域,而截至2017年我国风电开发已经延伸到我国所有的省份自治区。2005年在国家相关政策法规不断出台和完善的推动下,我国风电开发进入快速增长阶段,2005年我国风电装机仅有127万千瓦,而现在每年新增装机超过百万千瓦的省份就有十个,而且这数字还在不断的扩大。2017年,新增并网风电装机1503万千瓦,累计并网装机容量达到1.64亿千瓦,占全部发电装机容量的9.2%,其中海上风电新增装机容量116万千瓦,累计达到280万千瓦,达到历史新高。

图2  我国海上风电历年装机容量

风电设备设计制造方面,我国经过近十年奋起直追,不仅攻克了大部分关键技术,而且建立了完善的产业链,设备设计、制造水平和制造能力已经形成了国际竞争能力。在设备出口方面,虽然面临产业链建设、融资、运维能力建设等的一系列困难,但近年来经过金风等优秀企业扎实、努力的工作,不断提升产品技术水平,在产品质量、国际合作等方面取得了丰硕成果,逐步走出了我们自己的国际化道路,近年来我国风电整机的出口量呈现持续增长的趋势,2017年风电整机出口量达到了340万千瓦,出口的地区覆盖五大洲,包括美国、英国、法国、澳大利亚等在内的超过33个国家,相信在国家“一带一路”倡议支持下,未来我国风电走出去的步伐会越来越大。

图3 我国风电机组出口统计数据

图4 我国风电机组出口地区分布

技术创新是我国风电产业健康可持续发展的基石,近年来在不断扩大的产业规模支撑下,我国企业技术创新能力和速度不断提升。风电机组型号研发、更新速度是我们直观了解我国风电技术创新速度的一个全新角度。首先,从历年进行认证的机型数量来看,从2007年到现在,在国内权威认证机构开展认证的机型不断增加,尤其是近三年,申请认证的风电机组型号数量呈现出爆发式增长,2015年认证机型较之前翻了一番,近两年仍在持续增加。近年来机型更新的速度不断加快,2006年,一个机型可以保持市场地位5~6年,而随着市场需求的不断变化,近两年新机型2~3年就要更新、换代。另外我们看到,叶轮过去十年增长了60米,单位的扫风面积提高52%,扫风面积增加了170%,2017年最新机型轮毂高度已经达到了140m,更高的160m机组也很快会进入市场。新机型研发和更新速度的加快,一方面,反映了在快速变化的市场推动下和满足风电场精细化开发要求下,对机组的定制化需求,对海上大容量机组的需求,对满足低风速等不同资源条件、不同气候条件和不同地形条件下特殊机型需求给风电技术研发提出了更高的要求。另一方面,也反映了风电企业为了应对不断变化的市场需求,在创新能力建设方面的努力,创新能力不断加强和创新速度不断加快。

图5 国内权威认证机构认证机型数量

注:气泡大小和数字为退出市场的机型数量

图6 近年风电机组产品生命周期统计

图7  2007~2017年陆上机组最大风轮直径和扫风面积变化情况

风电开发成本方面,随着风电开发的规模化发展和技术不断迭代,风电度电成本持续下降。过去十年全球风电价格下降了40%,根据近期国际能源署发布的报告,2017年全球陆上风电平均度电成本6美分,相当于0.4元,预计到2020年将降至5美分,相当于0.3元,这个水平已经低于我国很多省份一半以上的煤电成本。而随着成本的下降,在国外很多国家和地区通过招标定价的项目越来越多,从招标情况看,最低的电价达到1.8美分,折合人民币不到0.2元,我国现在风电成本反而比国外还高了。影响风电度电成本的因素很多,资源、土地成本、财务成本等。在国外很多地区,资源很丰富,等效小时数可能达到了3千小时、4千小时,而贷款利率可能只有1%~2%,另外还有土地无偿使用等很多优惠政策,是一些项目低价投标的主要原因。

数据来源:国际能源署

图8  全球2017年可再生能源发电成本

数据来源:彭博新能源财经(BNEF)

图9  全球2017风电、光伏项目招标价格分布情况

风电投资方面,全球可再生能源投资强劲,我国风电投资主体呈现多元化。根据彭博新能源投资近期发布的报告数据显示,2017年全球可再生能源投资达到3335亿美元,较2016年增加3%。我国可再生能源投资达到1326亿美元,占全球总量的40%。不仅投资总量持续增长,我国可再生能源领域投资主体更加多元化,根据中国可再生能源学会风能专业委员会数据,以过去“五大六小”为代表的中央企业和国营企业开发总量在下降,而投资私营企业和中小型企业在不断增加,投资主体呈现多元化的趋势,除央企和国企外的其他企业开发量也在增长,过去两年已经超过了50%,而随着分散式风电开发的不断推进,技术和资金门槛的降低,一些集体,甚至个人也将投入到风电开发投资中来,风电投资主体多元化的趋势将更加明显。

数据来源:彭博新能源财经(BNEF)

图10  2017年全球可再生能源投资额变化情况

图11  2017年我国风电投资企业分布情况

(二)正视当前问题,积极应对挑战

我国风电成本下降明显,但仍有较大下降空间。就设备成本而言,我国风电机组成本已经明显低于国外水平,但风电开发平均度电成本与全球平均水平持平,但与国外很多项目相比仍有很大下降空间。非技术成本已经成为我国风电成本下降的重要因素,比如弃风限电因素、土地成本等。虽然2017年弃风限电得到明显改善,较2016年下降5.2个百分点,但弃风限电比例仍然达到28.4%,弃风限电仍是我国实现风电平价上网的最大障碍。除了根本解决弃风限电问题,提高风电机组的质量、效率和技术水平,推动产业链上下游协同,消除不必要的资金成本等是实现2020年风电平价上网目标主要的努力方向。

图12  全球风电机组价格变化

随着可再生能源技术进步,开发规模的不断增加,风电、光伏等可再生能源行业主要的矛盾已经发生了很大的变化。过去风电行业谈论的热点话题更多是如何推动技术进步,使风电等可再生能源成为更加可靠、更加高效的能源形式,从而降低风电开发的成本,而现在随着技术的进步,经验的积累,现在的技术能力已经能够满足当前电力大规模开发利用需求。现在可再生能源行业面临的主要矛盾已经转变成传统的电力体制、集中型的电力系统和分散式可再生能源开发先进生产方式之间的矛盾。如何推动体制机制的变革,使其更加适应当前大规模开发利用可再生能源成为当前的工作重点。

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展望

展望未来,在正视目前发展存在的问题基础上,通过借鉴先进发展经验,发现、融合更多前沿技术,风电产业的发展将在开发模式的重大变革,与其他领域合作、共享发展等方面迎来新的希望和机遇。

数据来源:彭博新能源财经(BNEF)

图13  全球电力系统去集中化趋势

(一)分散式开发将成为未来风电开发模式转变的重要方向

从各国未来电力系统发展趋势来看,未来电力系统去集中化的趋势非常明显,相比于集中式风电开发,分散式风电具有更好地匹配中东南部的自然条件特点,能够有效利用分散的风能资源,提高风能利用效率;位于负荷中心附近,能够就地并网就近消纳;以配网负荷和接入条件确定建设规模,可根据外部建设环境进行灵活设计,对土地依赖程度较低;投资规模小、建设周期短、更容易吸引民间资本参与,带动投资主体向多元化方向发展等优势。但目前,我国分散式风电开发还面临征地困难、审批手续繁琐、开发管理模式不明朗等制约因素,分散式风电并网量只占全国风电并网总量的1%左右,远远低于欧洲水平,其发展水平也总体滞后于我国分布式光伏。2017年6月,国家能源局印发《关于加快推进分散式接入风电项目建设有关要求的通知》,提出加快推动分散式风电开发,对规范建设标准、有序推进项目建设、加强监管等工作部署,引发全行业对分散式风电开发的关注。随着国家相关政策的陆续出台,及分散式风电开发技术的不断突破和开发模式的不断探索,相信分散式风电能够成为下一个“希望的田野”。

(二)风电开发布局向中东南部转移,风电开发布局趋于合理

2016年,国家能源局发布《风电发展“十三五”规划》,明确提出“加快中东部和南方地区陆上风能资源规模化开发”的风电发展战略。2017年,新增装机布局由西北地区向中东部地区转移的趋势明显,新增装机中中东、南部已经超过了50%以上。根据气象局对中东、南部风资源统计数据显示,6m/s的风资源储量只有3亿千瓦,而5m/s等可开发风资源储量近10亿千瓦,而对目前的技术水平完全能够满足5m/s风速条件下风电开发对于经济型的要求,但目前中东、南部风电已开发量不足7%。从德国单位国土面积风电开发量看,德国几个州的单位国土面积风电装机量最高达到300kW/km2,平均136kW/km2。而我国湖南仅有10kW/km2,江苏也仅有50kW/km2,远未达到德国开发水平。从中东、南部地区风资源分布情况和国外经验来看,未来中东、南部风电开发潜力巨大。

(三)环保问题将成为显性问题,风电开发也要注重环境保护

风电开发项目应将环境保护和生态恢复作为重点工作。近年来,中东、南部地区风电项目暴露出一些对当地自然环境,尤其是植被造成破坏。风电作为清洁能源对人类环境保护的贡献毋庸置疑,风电场向大气排放的污染物为零,相比火电厂能够节省大量淡水资源,同时风电场建设运行过程中严格遵守噪音、电磁辐射、水土保持等环保标准,不会对环境造成明显影响。但开发企业仍应在风电场规划和建设过程中,认真论证,并根据相关标准和法律法规,严格把控,尤其在建设过程中由于开挖土方等造成的植被破环应及时恢复,避免造成由于植被破环等原因造成不利的生态影响。风电开发企业应牢固树立“绿水青山就是金山银山”的发展理念,采取及时有效的生态环境保护和恢复措施,消除公众对于风电开发的种种误解,避免在未来风电开发过程中产生不必要的障碍。

(四)风电进入数字化时代,风电将更加高效

数字化是未来风电技术发展的重要趋势,充分利用大数据、人工智能等前沿数字化技术,给风电产业发展注入新的活力。20年前,尼葛洛庞帝(Negroponte)在他的著作《数字化生存》中准确的预言了未来数字化时代为我们带来的变化,勾画了数字时代的宏伟蓝图,今天他的预言一一得到了验证,数字化渗透到了我们生活的各个角落。风电行业作为与国计民生息息相关的战略性新兴产业,更应顺应数字化发展的浪潮,不仅借助前沿数字技术,在风电设备设计制造、风电场规划建设、风电场运行等各个环节,融合发展,更应积极践行互联网思维,不断探索新的发展模式。2017年北京国际风能展上,风电产业数字化成为全行业关注的热点话题,大数据技术、人工智能等前沿技术在风电设备设计优化、风电设备制造、风电场规划建设和风电场智能化管理中应用的成功案例层出不穷,而以金风智能化制造和远景智能化风电场管理为代表的技术成果应用已经成为行业的新标杆。未来风电技术与数字化技术的进一步融合将使风电成为更高效、更廉价的清洁能源,为我们带来新的机遇。

(五)需求侧响应作用凸显,电网灵活性进一步提高

随着智能电网等技术的广泛应用,能源互联网构建成型,电力需求侧管理对于电网灵活性的作用更加重要,而共享储能和电动汽车等电力消费技术及产业发展成果,将成为未来风电可持续发展的重要支撑。利用需求响应资源国外研究成果表明,在智能电网环境下,需求侧响应对于促进风电消纳,缓解系统调峰压力具有重要作用。而储能和电动汽车技术的快速发展将成为需求侧响应的重要支撑。预计到2030年8000万辆电动汽车保有量,平均停驶率90%。假设停驶时全部插电,白天采用30千瓦速充充电桩,则可提供20亿千瓦的灵活性负荷资源,夜间回家采用户用慢充充电桩,功率为7千瓦,亦可提供5亿千瓦负荷资源。2017年中国电力总装机17.7亿千瓦,目前主要的机构预测2030年中国电力装机负荷在30亿千瓦左右,即使在谷电时段,电动汽车也可以提供总负荷20%以上的电力平衡能力。风电与其他领域技术的融合发展,共享成果,为未来风电产业的持续发展带来新的希望。

我们欣喜的看到,风电为代表的可再生能源不再只是电力系统中的配角,在绿色发展理念引领下,通过全体风电人的共同努力,继续推动技术和发展模式创新,加强风电与数字化等先进技术的深度融合,可再生能源必将成长为新时代支撑能源革命,维护全球环境的参天大树。

原文首发于《电力决策与舆情参考》2018年5月11日第16、17期

关键字:风电

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