电气设备：风电设备制造产业及公司分析

摘要：
　　1、预计到2010年我国风电装机容量将超过规划的800万千瓦(原规划为500万千瓦)，达到1000-1200万千瓦(更乐观的预测为2000万千瓦)，2006-2010年年均增长率有望超过45%。
　　2、国产(民族品牌)风电设备份额有望稳步提高。预计未来两年间，国产设备的新增装机容量年增长速度为60-70%左右。估算2006年国产风电设备的总产值约30亿元，销售额约24亿元；2008年销售额有望达到60亿元以上。目前，国产(民族品牌)风电整机厂家约有20余家。
　　3、随着国内新进入厂商(内资、外资)的陆续量产，风电整机设备领域的竞争将日趋激烈，预计2008年以后销售利润率下滑。目前在手订单情况较好的厂商有：新疆金风、大连华锐、东方汽轮机厂、浙江运达等。金风、华锐是行业领头羊。华锐、金风在手合同总装机容量大约150万千瓦上下。东方汽轮机厂在手合同达到60万千瓦，运达的合同约为25-30万千瓦。但大多数国内厂家在手合同不超过3-5万千瓦，风电场客户数量不超过2个。预计2007年、2008年，国产(民族品牌)风机设备市场份额中，会有70-80%左右属于前四强(新疆金风、华锐、东方汽轮机厂等)；大多数国内厂家的份额不超过1-2%
    4、多数零部件可以在国内配套，少数还有进口。预计未来供应商数量会迅速增多。齿轮箱、发电机、叶片等零部件未来的竞争也会趋于激烈。我们相对更为看好叶片厂商。塔筒领域的竞争门槛低。
一、概述
　　风能是一种干净的、储量丰富、可再生的能源。风能发电的主要形式有三种：一是独立运行；二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合；三是风力并网发电。由于并网发电的单机容量大、发展潜力大，故本文所指的风电，未经特别说明，均指并网发电。
　　1、小型独立风力发电系统
　　小型独立风力发电系统一般不并网发电，只能独立使用，单台装机容量约为100瓦-5千瓦，通常不超过10千瓦。它的构成为：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。因风量不稳定，故小型风力发电机输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。
　　2、并网风力发电系统
　　德国、丹麦、西班牙等的企业开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。在此基础上，风力发电机单机装机容量可以达到600千瓦以上。不少建立了众多的中型及大型风力发电场，并实现了与大电网的对接。
　　现代风力发电机多为水平轴式。一部典型的现代水平轴式风力发电机包括叶片、轮毂(与叶片合称叶轮)、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。其工作原理是：当风流过叶片时，由于空气动力的效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。目前也有厂商推出无齿轮箱式机组，可降低震动、噪音，提高发电效率，但成本相对较高。

　　风力发电机并不能将所有流经的风力能源转换成电力，理论上高转换效率约为59%，实际上大多数的叶片转换风能效率约介于30-50%之间，经过机电设备转换成电能后的总输出效率约为20-45%。一般市场上风力发电机的启动风速约为2.5-4米/秒，于风速12-15米/秒时达到额定的输出容量。当风速更高时，风力发电机的控制机构将电力输出稳定在额定容量左右，为避免过高的风速损坏发电机，大多于风速达20-25米/秒范围内停机。一般采用旋角节制或失速节制方式来调节叶片之气动性能及叶轮的输出。依据目前的技术，3米/秒左右的风速(微风的程度)便可以进行发电。但在进行风场评估时，通常要求离地10米高的年平均风速达到5-5.5米/秒以上。
　　风机叶片从风的流动获得的能量与风速的三次方成正比。风速之外，叶轮直径决定了可撷取风能的多寡，约与叶轮直径平方成正比。叶片的数量也会影响到风机的输出。一般来说，2叶、3叶风机效率较高，力矩较低，适用于发电。此外。现代风机的叶片多采用机翼的翼型。
　　近年来，风电机组技术改进的主要方向是降低制造成本、提高单机容量、提高风能转换效率、自动控制等。主流风电机组的单机容量为600-2000千瓦，容量越大，发电效率越高，技术难度越大。目前，国内单机容量750-2000千瓦的机组受欢迎。国外正在开发、应用的机组单机容量是3000-5000千瓦。2003年，德国Enercon公司安装了台4500千瓦的风电机组样机。
　　3、风电的优劣之处
　　风电的优点包括：(1)、利用自然界的可再生能源，干净无污染，无须燃料；(2)、运行成本低，风电机组的设计寿命约为20-25年，运行和维护的费用通常相当于机组总成本的3%-5%；(3)、建设周期短，若不计测风，快者一年左右可建成。它的主要不足有三：
　　(1)、选址时对自然环境(风速)要求较高，光测风阶段就要历时一年以上；风场占地面积通常在几百亩到几千亩，与火电相比，单位土地面积的发电出力相差较大(尽管风机塔架周围的土地仍可进行其它利用)；风力大的地区通常人口稀少，离电力负荷中心较远，对电网输送要求较高；
　　(2)出力不稳定(取决于不可控的风速)，利用小时数低(通常为2000小时/年左右)，通常认为风力发电量占电网总电量的比重不能过高(10-12%，也有人说是20%)，否则会影响电网稳定。
　　2003年德国曾经因为风电出力骤减导致电价上涨20%。有些人认为，丹麦的经验表明，风电能占到电网20%以上的发电量比重。其实不尽然。丹麦也有它的特殊情况。它的风电夏季发电量仅为冬季的一半，而夏季用电需求弱于冬季；夏季白天发电量较夜间大，白天用电需求正好也高于夜间；冬季夜间发电量大，此时的用电需求正好也在高位。而在台湾，夏天白天是全年用电高峰，此时风电出力反而低，仅及冬季的10%左右。我国大陆多数地区也是冬春季节风速高，夏季风速小；沿海地区还经常受到台风的侵扰(台风风速过大，不利于发电)。
    (3)一次性投资较火电大，上网电价高于火电、水电。目前国内风电场的千瓦造价通常要8000-12000元，比西方还高，原因之一是进口设备价格较贵。2002年，采用当时先进的风电机组在佳条件下，欧洲每千瓦装机的投资成本为832欧元(现价折币8428元)，每度电的成本为0.0388欧元(合币不到0.4元/度，我国火电成本通常为0.15-0.25元/度左右)。随着技术的进步，风电成本将会下降。有研究称，预期风电成本会从0.04欧元/度，下降至2010年的0.03欧分/度(假设装机成本降至628欧元/千瓦)；到2020年，再降低至0.0234欧元/度(装机成本为497欧元/千瓦)。届时，风力发电的成本已跟燃煤机组的成本相近。
　　二、风电设备制造业的发展现状
　　1、风力发电
　　2003年以前的5年里，风电成本下降约20%，是可再生能源技术中成本降低快的技术之一。1997-2006年，风电装机容量年平均增长率约为25%。至2006年底，风电装机容量约为7400万千瓦，其中欧洲多，占比略高于50%。2006年风电新增装机1500万千瓦。目前，风力发电量约占总电量的0.7%，预计到2020年风力发电量比重可升至12%。
　　丹麦BTM咨询公司2005年5月所做的市场预测报告称，2005年至2009年新安装机组容量年平均增长率为16.6%；亮点主要在于美国市场和亚洲主要市场的增长；2009年之后预计2010-2014年的年增长率为10.4%。
　　从范围来看，风力发电发展较好、较快的有德国、西班牙、美国、丹麦、印度等，它们同时也是风电设备的制造大国。其中，德国装机已超过1700万千瓦。2005年底我国居第七。
　　2、风力发电设备产业状况
　　在风电场造价构成中，风电机组造价通常占60-70%以上，国内甚至有占85%以上的情况。德国的产业数据显示，风电机组本身的成本占陆上风电项目的65%，其余的成本是电气系统设备、地价、基础设备、输电线路建设等。我们预计，2006年风电设备市场总值超过70亿美元。
　　并网风电设备制造业的下游是风力发电，上游则是一些零部件，主要有叶片、齿轮箱、发电机、偏航系统、控制系统、塔筒等。风机叶片的材料为玻璃纤维增强树酯、碳纤维，其余部件的主要原材料为钢材
    印度是发展中发展风电的典范。2004年印度风力发电装机容量达298.5万千瓦，位居第五，而且建立了风电设备产业，能生产70%的风机零部件及1000千瓦以上级别的风机整机，风机及部件出口欧美。由于我国国内市场庞大、机械制造业较印度发达，预计我国也将步印度后尘。
　　三、我国风力发电设备业现状
　　1、我国风力发电的潜力
　　陆地10米高度层实际可开发的风能储量为2.53亿千瓦，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。考虑到近海风能，总储量应该不止2.53亿千瓦，合计可达10亿千瓦。风电项目通常要求年利用小时数高过2000小时，目前已经建成的风电场平均利用小时约2300小时，主要位于“三北”地区(西北、东北和华北)及东南沿海。我国并网风电建设规模较大的省份为：新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江、江苏、宁夏、甘肃、福建等。累计装机前三名为新疆、内蒙古、广东。
　　风电真正开始有较大规模的发展是从1996年、1997年开始的。截至2006年底，有80家风电场，总装机约230万千瓦(指已吊装，不要求并网发电)，当年新增约120来万千瓦，年度装机增长超过77%(以2005年底并网机组105.59万千瓦为基础，居第七位)。另有统计称，2006年当年投运风电装机(运行发电)92万千瓦。
　　另据风能协会统计，2005年底(除台湾省外)累计风电机组有1864台，装机容量(指已吊装，不要求并网发电)126.6万千瓦，装机增长率为65.6%，风电场62个，分布在15个省。与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.6%。2005年风电上网电量约15.3亿千瓦时，平均利用小时数约为1500小时。
    我国风电装机占总装机的比重不过0.39%左右。我国风电发展较早的新疆地区，该比重也仅为2%左右。故，发展潜力非常大，长远占比可提升至5-10%；但是，纵到2015年，预计该比例也会低于4%。发改委规划，“十一五”期间拟建成30个10万千瓦级的风电项目，在内蒙、河北、江苏、甘肃等地形成4个百万千瓦级的风电场。按规划，到2010年我国风电装机容量可达800万千瓦，但照目前各地区的建设势头，若政策面进一步向好(风电上网定价更为优惠等)，终结果可能达到或超过1000万千瓦，甚至超过1200万千瓦，目前已有业界专家乐观预测至2000千瓦(取决于风电上网电价及的审批政策，若政策放开、电价优惠，完全有可能)。除蒙、冀、苏、甘之外，广东、山东等风力资源较为丰富的省份“十一五”规划建设风电规模也可达到100万千瓦左右。
2、相关政策
　　2003年以来，我国加快了风电发展步伐。主要政策包括：(1)、电价市场化改革方案明确风电不参与市场竞争，电量由电网企业按政府定价或招标价格优先购买；(2)、增值税减半等税收优惠；(3)、《可再生能源法》规定，建立可再生能源总量目标制度，规划出指标，分解到各省；实行可再生能源配额制，明确电网、电源企业的责任和义务。《可再生能源法》的颁布和《京都议定书》的生效使风电发展进入了高速成长期。
　　风电设备制造业方面，我国大力促成国产化。2005年7月，发改委《关于风电建设管理有关要求的通知》中明确规定：风电设备国产化率要达到70%以上，不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设。
　　3、国内市场竞争格局：以外国品牌设备为主
　　我国风电设备制造业水平相对较为落后。国外主流风电机组已达到兆瓦级，丹麦为2.0-3兆瓦，美国为1.5兆瓦，高已有4.5兆瓦(合4500千瓦)。国内目前本土能够批量生产的大风电机组为1.5兆瓦，但主力机型是600千瓦、750千瓦、1.2兆瓦；国内已投产的进口风电中，大单机装机容量为2.0兆瓦。
　　有统计称，至2004年底的76.4万千瓦风电总装机容量中(累计存量)，82%是进口设备；其中，丹麦NEG Micon公司一家的产品就占总装机容量的30%。2005年，4家外资企业占领了国内风电机组70.3%的市场份额；其中，西班牙Gamesa新增装机容量达17.94万千瓦，占当年我国新增装机的36%；Gamesa市场份额为26%；GE Wind份额为18.7%。2006年，国产设备在当年新增装机容量的市占率计约为28%(2005年约为29.7%)。近期各大国外厂商已陆续来华设厂生产设备，未来“国产设备”这一词应改为“民族品牌”更为贴切。对风电机组本地化率70%的要求，是引导外资来华设厂的原因之一。
　　早期，进口设备比重高的原因主要是国内没有相关技术。近年来，进口设备比重虽然略降、但还比较高的原因是国内产能不足、国产设备质量相对较差、兆瓦级以上机组国内刚开始批量生产、尚缺成熟商用等。
　　风力发电技术的研究始于20世纪70年代未80年代初，通过自主开发研制，小型风力发电机(额定容量为100瓦-10千瓦)已实现了商业化批量生产，并获得了广泛应用，装机容量。我国台200千瓦风力发电机组的研制，始于1984年。当时，由福建省承建，由水电部杭州机械设计研究所负责设计。该机于1988年安装在福建平谭岛，总投资约150万元。由于种种技术问题，直到1993年才通过技术鉴定。
　　国产并网风电设备真正起步于20世纪90年代中后期，实施了“双加”工程与“乘风”计划。1996年计委进行“300kW、600kW级风力发电机组国内总装企业”询标，确定了航空工业总公司下属的西安航空发动机公司(430厂)和洛阳拖拉机集团公司为中标单位。西航集团与德国Nordex公司、一拖集团与西班牙美德(MADE)公司分别合资建立了大型风力发电设备生产厂，并生产出样机。由浙江省机电设计研究所(浙江运达的前身)承担设计的200千瓦风力发电机，于1995年安装在浙江鹤顶山，总投资约280万元。除杭州外，南京高速齿轮厂等国内厂家联合试制了300千瓦风力发电机，1998年安装。
    进入21世纪后，国内厂商实现了600-1200千瓦风机的工业化生产。国内风机成套技术主要由国外引进，但目前大批量生产的仍是750千瓦的成熟机型，只有金风科技、华锐科技(大连重工-起重集团)、东方汽轮机等少数企业成功开发了1.2MW-1.5MW的样机。目前，兆瓦级风电机组(1000千瓦以上)国际主流机型多采用变速恒频技术，发电机为双馈感应电机，我国厂商与之尚有差距。
    此外，国产机组的差距还表现在：装机容量较小、控制技术不够先进、部件寿命较短、设备实际运用较少、产能较小等。
　　2005年4月，发改委发布的《关于组织实施可再生能源和新能源高技术产业化专项的公告》，1500千瓦变速恒频风力发电机组和1200千瓦直接驱动永磁式风电机组的产业化列为专项重点领域。“十一五”期间，发改委称，我国大力发展大型风电机组的重点是：努力掌握大型风力发电机组核心关键技术，包括总体设计、总装技术及关键部件的设计制造技术等，整机技术路线将以目前欧洲流行的变桨变速的双馈异步发电型、低速永磁同步发电型为主。具体研制开发目标和方向是：研制开发符合依托工程张北风电场气候条件的2.5MW级变速变桨距风力发电机组；国产化率达80%以上，叶片、电控与变流器、发电机、齿轮箱等关键零部件立足国内研制开发；满足认证机构的设计认证；整机和关键零部件样机性能达到同类产品国际先进水平；形成有自主知识产权和整机及关键部件的设计制造能力。
    1999年，我国单位千瓦的风电设备投资在12000元以上，主要原因就是进口设备价格昂贵。进入21世纪后，由于新疆金风等国产厂商的进入，这一数字曾经下降到7000-8000元；后来因为国内风电建设加速，供不应求，价格反弹10-20%。目前一台装机容量850千瓦的进口变桨变速风力发电机组售价约为700-900万元；国产600千瓦风机售价约为300-400万元左右，比进口机组的千瓦造价便宜20-30%以上。据调查，我国国产风力发电机组设备的价格通常在0.4-0.7万元／千瓦。
　　四、国内风电设备市场的主要厂家情况
　　1、国内整机厂商介绍
　　国内风电设备厂商以新疆金风科技公司为龙头，通过引进国外技术，近年来的成长极为迅速。
　　2004年，主要的风机总装厂有7家：新疆金风、大连重工起重集团、西安维德风电设备有限公司(西安航空发动机公司下属合资企业)、一拖