科技猎风的畅想：平价时代下，中国风电发展的三大趋势
风的畅想：平价时代下，中国风电发展的三大趋势
芯锂话
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产品大型化、技术半直驱化、模式分布式化，风电行业的发展依然存在诸多机会。虽然平价时代的到来可能会让风电企业遭遇短期阵痛，但随着运营效率的进一步提升，中国风电产业依然具备很明显的增长潜力。
图片来源@视觉中国
文 | 芯锂话
10月29日，10家基金公司集中申报跟踪中证风电产业指数相关产品，其中有9只ETF基金，一只场外指数基金。资金的密集关注，似乎预示着资本市场中属于“风电”的时代即将来临。
“碳中和”趋势下，全球最大的改变来自能源结构的本质变化，新能源开始逐渐部分取代煤炭、燃油等传统能源。
仅2020年一年，全球新能源市场发电装机规模就增长了10%，由2572.5GW增至2832.6GW。在新增的260.1GW新增装机量中，光伏机组和风电机组分别占据了53.4%和35.8%的份额。照此趋势，光伏发电和风能发电有望成为未来全球发展的核心力量。
但在资本市场中，光伏概念与风电概念却走出了不同的股价趋势。与火爆的光伏概念相比，风电概念虽然整体亦有增长，但无论是股价涨幅还是市场关注度都要低很多。
究竟是何原因造成风电关注度低呢？这一被低估赛道背后，又有哪些产业发展机会呢？
01 今非昔比的风电产业
虽然光伏与风电同为新能源产业，但风电却始终给人一种极为平庸的印象，甚至被不少投资者看成是传统制造业。究其根本就在于“曾经”的风电并没有性价比。
风力发电的原理很简单，就是利用自然流动的风吹动风轮机旋转，带动发电机工作，由此将风的动能转化为电能。然而，发电原理虽然简单，但想要真正的将风电用之于民难度却很高。
众所周知，大自然界中的风是不受人类控制的。由于风力、风向、风速都存在不固定性，因此风力发电的周期实则也是不固定的，这就给电力并网造成了很大的困难。
在风电刚刚兴起的时候，我国曾在三北（西北、东北、华北）地区大规模的兴建风电厂，寄希望于迅速驭风发电。
理想很丰满，现实很骨感。由于电能并网是瞬时的，而风力发电又不受控制的，因此当所发电量超过当地电网的消纳能力后，就会给整个电网造成负担，导致当时很多时候只能通过关机的方式暂停发电，以保证电网的稳定运营，这就造成了弃风现象。
在2017年之前，我国弃风率几乎始终维持在10%以上，部分地区的弃风率甚至超过20%，造成了严重的浪费现象。
数据来源：中国能源网、国家能源局，东吴证券研究所
从本质而言，衡量发电效率最重要的就是发电成本。构成风力发电的成本主要有三大部分：机组的一次性购置成本、整个项目运营成本、设备维护成本。
风电发展早期，行业各项技术均不够成熟，因此制造成本并不便宜，再加上盲目扩产造成的弃风现象，因此风电成本一度远高于火电。
同时，由于风力大的地方往往地理位置偏远，电网铺设很难短期跟上，电网消纳能力提升无望，这就造成了在很长一段时间中风电都不是一门很好的生意。
但这种情况如今发生了彻底改变。随着风电机制造技术的成熟，配套电网的完善，全国弃风率已经降至3.5%，风电成本更是直线下降。
从2018年开始，三北地区大幅提升消纳能力，并逐渐开始装机解禁，地区装机增长已有所提升。在装机量提升的基础上，三北地区弃风率并未同步增长，表明我国风电产业已经取得全面发展。
纵观全球市场，陆上风电已经成为最为成熟的新能源发电方式，其成本不仅低于光伏发电，甚至比水电成本还要低。聚焦国内，产业持续革新使得我国风电成本有望在2025年降至0.1元/度之下。
政策层面分析，我国风电行业即将完全进入平价时代。陆上风电在2021年后将进入全面平价开发阶段，价格补贴完全退坡，这也证明我国风电技术已经全面走向成熟。
补贴退坡，势必会给风电企业提出更高的要求，提升效率将是“平价时代”的主旋律，“迭代”将成为行业核心关键词。
基于此，我们认为未来风电发展将延续三大迭代方向：产品迭代、技术迭代、模式迭代。
02 产品迭代：以大代小
成本是能源行业的核心指标，因此降本增效是风电发展的核心方向。
风电能效提升主要依靠风机大型化，大型风机虽然造价较高，但发电量高，能够显著摊薄风机发电成本。目前风电行业最前沿的风机企业已经推出6-7MW的大型风机，风电机组正朝着“大容量”的方向发展。
我国风电产业大规模发展应当从2008年算起，当时中国风电机组产业技术并不成熟，导致早期机组功率小，质量差，性价比低，甚至出现了很多1MW之下的微型风机。
回溯历史，在2012年之前，我国新增的风电机组几乎都是2MW之下，直至2016年，2.5MW以上机组才开始逐渐开始普及。
风电机组并非安装完就完事了，还需要付出长期的维护成本。早期不成熟的技术导致当时的机组性能欠佳，维护成本高昂，因此小型风机并不划算。很多运营企业发现，当初安装的小型风机甚至不能赚回维护运营成本，因此干脆暂停维护，将其弃置变成“孤儿机组”。
而那些“有幸”运营的机组其实也存在很多问题，如设备老化、风片断裂、飞车倒塔等。甚至部分机组存在维修难的困境，早期进口引进技术不成熟，零件通用率低，导致维修需要大量的人力物力。
尽管技术存在较大缺陷，但早期风电机组并非一无是处，提早布局帮助企业抢到了优秀的风口点位，在风电技术越发成熟的今天，那些优秀的风口点位有望被置换成更大的机组，提供新的增量。
据发改委能源研究所测算，2021-2030 年全国风电机组累计改造退役容量将超过6000万千瓦。其中2000万千瓦在2025年前改造完成，1.5MW以下的机组是主要退役或改造的对象。
随着电网的铺设，机组“以大代小”的推进，中国风电行业有望进入运行时间与装机容量双提升的黄金期，风电运营效益或将显著提升。
“以大代小”是我国风电行业的一次产品全面迭代，主要是针对落后机组的升级。这种趋势下，除风机制造企业将会受益外，早期布局的风电场运营企业也有望从中获利。如龙源电力、大唐新能源、华能国际、国电电力等。
风机大型化，将成为风电行业产品迭代的核心方向。
03 技术迭代：半直驱是未来方向
仅用十二年时间，中国风电行业就由成本居高不下，演进至平价时代。可以说，我国风电产业的发展是极为迅速的，也是少数能够在国际上具备竞争力的产业。
按类别划分，风电行业共分为陆上风电和海上风电两种。
纵观产业发展趋势，目前陆上风电技术已经极为成熟，技术门槛很低，竞争激烈，且即将进入平价时代。与之相对，海上风电市场潜力较大，具有占地少、风速高、电量大、经济效益高的特点。由于特殊的地理环境因素，海上风机对风电机组具有一定的技术门槛要求，有望成为未来全球风机制造企业争夺的焦点。
从技术角度来看，风电机组共有双馈、直驱、半直驱三种类型。其中双馈和直驱是较为成熟的主流路线，而半直驱则是未来风电技术迭代的方向。
就结构而言，双馈技术和直驱技术最大的区别在于是否连接“齿轮箱”。
双馈机组的叶轮通过增速齿轮箱与发电机转子相连。由于有增速齿轮箱的加持，在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，有功和无功功率可独立调节、转子励磁变换器的容量较小等优势。目前全球大部分的机组采用双馈技术。
但双馈技术的缺点也很明显，那就是对于风速要求很高，很容易发生脱网现象，如果风速很低即使有齿轮加速也难以进行发电，有一定的局限性。同时由于齿轮箱的存在，增加了修护成本。
直驱技术的叶轮则直接与发电机相连，省去了增速齿轮箱，转子为永磁体励磁，无需外部提供励磁电源。直驱机组的发电机通过全功率变流器并网，具有效率高、噪音低、低电压穿越能力强等优点。
缺点方面，电机和电子装置成本高，电机重量大，为了适应低风速需要配备很多的级对数极，导致电机体积庞大，且只能通过水冷降温。
海上风电位置特殊，风力多变，大幅提升了维护成本，因此维护成本较高的双馈机组并不适用于海上场景；直驱机组虽然能够正常发电，但太过沉重，安装运送存在问题；因此双馈机组和直驱机组其实都不是海上场景的最好选择。
目前，风机技术的迭代方向是半直驱电机。半直驱综合直驱、双馈优点，规避双方缺点，被行业公认是下一代风电机组技术。
半直驱机组的叶轮通过中速齿轮箱与永磁同步发电机转子连接，进行全功率变流器连网。与直驱相比，半直驱增加了中速齿轮箱，发电机转子转速比永磁直驱高，可以减少永磁同步发电机转子磁极数，有利于减小发电机的体积和质量。
现如今，半直驱已经成为风电机组制造企业必争之地，甚至谁能做好半直驱谁就有可能成为未来的龙头。
聚焦国内公司，金风科技是绝对的龙头企业，全球出货量仅次于维斯塔斯排名第二，市场占有率高达12.8%。然而，金风科技近一年的股价走势却被阳明智能完爆，究其原因就在于半直驱机组的研发上。
明阳智能是国内首批布局半直驱技术的公司。最早明阳智能以双馈机组立足市场，2008年明阳智能从欧洲风电设计公司aerodyn引进半直驱技术，由此开始半直驱布局。
从2015年开始，明阳智能逐渐用半直驱产品替代过去的双馈机组，2020年报显示，明阳智能共销售5658MW机组，其中半直驱产品的销售容量占比高达93%，
正是得益于半直驱技术的成功，明阳智能有望对金风科技发起强有力的挑战。当然，金风科技也曾在半直驱技术有所储备，但产品放量仍然需要时间的沉淀。
04 模式迭代：分散式风电的畅想
风力发电对地理位置要求较高，因此目前风电主要集中在我国风力较大的北方。
随着国内陆上风电行业渗透率的不断提升，优秀的风口区位已经迅速减少。放眼未来，大型的集中风能发电站必将越来越少，取而代之的则很可能是分散式风电。
所谓分散式风电指的是布局在用电负荷中心周围，不以远距离运输为目的的风电布局。这些分布式风电往往布局在重点城市附近，采用就近入网的方式，实时迅速消纳。
从2012年至2019年，我国分散式风电累计装机量由60MW增至935MW，年化复合增长率接近41%。2019 年国内新增分散式风电装机 300MW，仅约占国内新增吊装风电规模的 1%，可见分布式风电正处于萌芽阶段。
就整体规模而言，分布式风电项目在国内占比微乎其微，但这并不影响我们对分布式风电的畅想。
分布式风电并非天马行空的想象，其实它已经在丹麦、德国等欧洲国家被成熟应用。分布式应用甚至是欧洲应用风电的最初形式，风机散布于机场、港口、社区附近。
今年，分布式屋顶光伏已经开始在我国很多地区进行推广，借鉴于此，分布式风电也有望成为下一个重点推广的战略项目。
10月17日，600多家风电企业在118个城市共同发起“风电伙伴行动·零碳城市富美乡村”计划，并公布了具体方案：“十四五”期间，在全国100个县，优选5000个村，安装1万台风机，总装机规模达到5000万千瓦。
虽然距离分布式风电全面落地依然很遥远，但分布式风电却可能成为我国局部缺电最有力的电能补充。从集中到分散的模式，已经成为中国风电的第三个趋势。
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