我国风力发电叶片产业的现状、前景及风电企业发展战略等相关资料

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作者：吴东娟　单位：中机系（北京）信息技术研究院(中国机电数据网)
　一、风电设备概述
# [0 U0 ~( g6 j% W8 m" k　　风机是基本的风能转换设备，按主轴装置形式大致可分两大类：垂直轴风力机（转轴与来流方向垂直）、水平轴风力机(转轴与来流方向垂直)。目前较常用的大型机组为水平轴风力发电机，其主要有定桨距失速调节型和变桨距调节型两大类。对水平轴风力机而言，当风流经过叶片表面时，由于流经上下表面速度不同，形成压差产生气动力，这种气动力就使得叶片绕轮毂转动。风力发电机就是利用叶片转动的动力经调速装置增速稳定后，驱动发电机工作达到发电的目的。
　　风力发电机是集空气动力、电机制造、液压传动和计算机自动控制为一体的综合性技术。大致由以下几个子系统组成：桨叶、增速齿轮箱、发电机、塔架控制设备、电缆、地面支撑设备、各子系统连接设备。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片（目前商业机组一般为2—3个叶片）装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的搭架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对风。其中风电机组的整体设计、叶片的材料和加工技术、自动化控制系统、液压和传感技术是风机制造的关键也是国产化进程中的重点和难点。
! F& m& G+ F+ X% l( X( d, I　　二、风力发电行业的概况
0 r" V0 D1 q* f3 s2 e. I( a: e" W* x　　1、风力发电技术
　　在全球关注能源与环境的主题下，结合我国的实际情况，风力、地热等新能源的储藏量也较为丰富。据统计，我国可开发利用的风能资源约2．5亿kW，地热能遍及全国许多省、区。近几年来，风力发电发展很快。
　　目前我国新建成和正在建的风电场，其风电机组基本上是从丹麦、德国等提供成套机组设备或引进技术和部件在国内制造和分包、组装，国内现已有十几个工厂和研究单位生产或开发单机容量300kW以下的风电机组，但技术水平和机组性能与国外有差距。近年来我们也能用进口散件组装单机容量300～600kW的风电机组。在国家政府有关部门的支持组织下，组织各方面力量采用引进国外先进技术或技贸结合的方式，加快我国自行开发设计风力发电的能力。加强科技投入，形成具有自我开发、设计、制造的科技队伍和一批生产企业，并开始批量生产，到2010年之前开发出单机容量更大的和直轴型的新产品来满足国内外市场的需求。
　　2、风力发电具备远大产业前景
, r8 ~3 i$ P" J% J　　在可再生能源发电领域，风电是最具备产业前景的行业，预计到2010年我国风电装机容量将超过国家规划的800万千瓦，2006-2010年年均增长率有望超过45%。随着国内新进入厂商的陆续量产，国产风电设备份额有望稳步提高。
　　可再生能源发电领域，风力发电与光伏发电是最具备远大产业前景的行业，就中国现状看，在我国，风电更具备商业化条件，处于快速发展的启动期。风力发电与光伏发电相比，在能量转换率、发电时间、产业规模、技术成熟度等许多产业特性上有优势，如下表。

表1 风电与光伏的产业特性比较

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　　　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网
　　目前，风电的单位电量成本约为火电的2倍左右，太阳能则为10倍左右，虽然随着技术进步，两者的成本都有降低的趋势，但以可预见的未来，风电行业仍然较光伏行业具有低成本优势，因而获得更快的发展速度。
; @6 \. }0 _, _# X　　三、国内风电场规模和布局
　　目前我国建设规模在2万kW以上的有13个风电场，如表5所示。由于内蒙古省地方政府支持，且当地风力资源较好，该省共建设了11个风电场，安装224台风力发电机组，累计装机容量达135140kW，占全国第一位。其次是辽宁省，已安装202台风力发电机组，累计装机容量达126460kW；第三是新疆自治区，安装224台风力发电机组，累计装机容量达113050kW，全国各省份的风电装机容量排名如表6所示。其它如山东、甘肃、河北、福建、宁夏、海南、黑龙江、上海等地区也都建设了风电场。目前，我国风电产业开始步入稳步发展阶段。
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表2 截至2004年全国现有风电场装机容量

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　　　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网
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表3 2004年全国风电装机容量

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　　　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网
　　随着风电技术水平的提高，一个明显的趋向是朝着单机容量大型化发展。2001年5月辽宁营口仙人岛风电场安装了4台1300kW N60风力发电机组，2003年又在山东即墨风电场安装了12台1300kW N60风力发电机组，04年底在上海崇明岛安装了1台1500千瓦的风电机组，这是我国迄今为止单机容量最大的机组。
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表4 我国风电机组组成情况

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　　　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网

图1 我国历年风电装机容量及2010、2020年规模预测量

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　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网
　　2005 年内退役的机组21 台，1720 千瓦，减少1 个风电场。2005 年中国除台湾省外新增风电机组592 台，装机容量50.3 万千瓦。与2004 年当年新增装机19.8 万千瓦相比，2005 年当年新增装机增长率为254％。2005 年中国除台湾省外累计风电机组1864 台，装机容量126.6 万千瓦，风电场62 个。分布在15 个省（市、区、特别行政区）。与2004 年累计装机76.4 万千瓦相比，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。

图2 2005 年国内各省区装机容量（千瓦）

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　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网
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图3 2020-2050年我国风电发展远景（亿千瓦）

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　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网
　　四、世界风电设备制造业的发展
1 F3 Q  _% o2 e) |1 N: [8 Z/ a　　为了降低风力发电的成本，提高风电的市场竞争能力，随着现代风电技术的发展与日趋成熟，风力发电机组的技术沿着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。上世纪末，风电机组主流规格在欧洲是750kW，在美国是500kW。到2002年前后，主流机型已经达到1.5MW以上。1997年兆瓦级机组占当年世界新增风电装机容量的比例9.7%，2001年占到了52.3%，2003年占到了71.4%，2004年占到了85.6％。随着海上风电场的建设，需要单机容量更大的机组，欧洲3.6MW机组已批量安装，4.2、4.5和5MW机组也已安装运行。
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图4 全球2005 年风电装机容量

　　　　　　　单位：万千瓦

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　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网
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) Q& j) a9 \! M$ V　　（1）欧洲
　　截至2005 年底，欧洲风电装机为4093 万千瓦，占世界风电装机的69.4%，仍然保持领先。2005 年欧洲新增装机617 万千瓦，增长18%。德国和西班牙的风电装机分别为1843 万千瓦和1003 万千瓦，列世界前两位，分别增长10.8%和21.3%。已经实施风电相关法律的葡萄牙和法国的装机发展最快，分别增长95%和96.2%，达到102 万千瓦和76 万千瓦。风机主要生产国丹麦的风电发展再一次出现了停滞现象，虽然装机达到313万千瓦，但新增装机只有0.4 万千瓦，由世界排名第四降至第五。尽管有巨大的风能潜力，芬兰及东欧的许多国家风电发展仍然远远落后于风机主要生产国。鉴于认识到风电对于保证能源安全的重要性，大多数欧洲国家的风电产业将得到快速发展。
　　（2）美洲
　　2005 年，美洲风电新增装机242 万千瓦，达到1004 万千瓦，占世界风电装机的17%，其中98%在北美。美国风电装机仍居世界第三位，为915 万千瓦，新增242 万千瓦，增长36%。加拿大风电迅速发展，装机为68 万千瓦，新增24 万千瓦，增长54%。今年，加拿大将颁布促进风电产业发展的法律。拉丁美洲风能发展较快的是巴西和阿根廷，但风电装机尚不足3 万千瓦。2006－2007 年新的风电项目将在巴西和阿根廷实施。
3 N4 E2 m; e# b$ V) J: n　　（3）亚洲
! r6 ]& e' U4 [  }0 Y　　截至2005 年底，亚洲风电装机为702 万千瓦，占世界的11.9%，新增装机226 万千瓦。其中印度和中国是亚洲风电发展的主要推动者。印度风电发展超过了丹麦，风电装机世界排名第四，为443 万千瓦，新增装机143 万千瓦，增长47.7%。中国风电发展已取得了巨大进步，风电装机由2004 年的76 万千瓦增加到126 万千瓦，世界排名上升至第8 位。2005 年新增装机50 万千瓦，增长64.9%。中国已将2020 年的风电发展目标从装机2000 万千瓦提高到了3000 万千瓦。
2 ^6 ^% \' I; C- b, u& ]　　（4）澳大利亚/太平洋地区
* m0 n8 n* q* H! d　　截至2005 年底，澳大利亚/太平洋地区的风电装机为74 万千瓦，占世界的1.3%。其中澳大利亚新增装机19 万千瓦，达到了57 万千瓦。澳大利亚计划在全国推进风电发展。
　　（5）非洲
# K- N3 C+ u# p; g2 f; X  |3 E　　截至2005 年底，非洲风电装机为25 万千瓦，占世界的0.4%，仅增加1.2万千瓦。非洲拥有最好的风能资源，埃及和摩洛哥等国具备建设大风电场条件，但与其他各洲和地区相比风电发展较慢。目前非洲的风电发展主要还是依靠国际发展基金支持。
　　五、风电设备子行业重点上市公司一览
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表5 风电设备上市公司介绍

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3 |: N) R9 n/ `# r　　　　　　　　　资料来源：中机系（北京）信息技术研究院，中国机电数据网

图5 2005 年前十位国内制造商的市场份额

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随着我国风能市场的扩大，风机制造业逐渐进入高速发展期。国内外众多制造企业开始进入我国风能市场。除已经规模生产的新疆金风外，即将在我国建厂的企业不少于十家，其中包括Vestas、GE、Gamesa等国际风电巨头，同时又有大连重型工业集团、东方汽轮机厂、北京万源工业公司、哈尔滨电机厂、哈尔滨飞机集团等国有大型企业。部分企业情况如下：      
8 Y! U0 G4 b* C    中国火箭运载研究院下属的北京万源工业公司与西班牙纳瓦拉能源水电集团公司(EHN)合资成立了江苏南通航天万源安迅风电设备制造有限公司，生产1.5兆瓦EHN70和EHN77型风力发电机组。该合资公司将在2006年6月立起33台风力发电机组。      
    大连重工起重集团有限公司计划利用地理优势与企业已有生产能力优势发展风机制造业。该集团已经购买德国Fuhelander1.5兆瓦MD70和MD77型风力发电机组整机设计，并投巨资与部件生产商共同开发兆瓦级风机部件，计划在2006年生产100台1.5兆瓦风力发电机组，主要用户将是华能集团。      
$ x. B( m) f8 `* N9 e7 o) i    东方汽轮机厂是机械工业100强和全国三大汽轮机制造基地之一，该厂购买德国Repower1.5兆瓦MD70和MD77型风力发电机组整机设计，已经获得山东鲁能集团首批七台风力发电机组的订单。
    新疆金风购买德国Vensys62，1.2兆瓦机型，并自行改进设计，首台样机已经安装并测试。由于其引入的发电机余量较大，完全适用于1.5兆瓦风机，金风公司已经有意向与瑞尔科技合作开发1.5兆瓦风轮，采用木质复合材料叶片并力争达到更高的尖速比与转速，这种设计是其他叶片制造商在中国难以实现的。金风在我国拥有强大的技术团队与良好的行业声誉，同时自己拥有风场，发展前景可观。      
    哈尔滨联创集团计划投资6.4亿人民币开发3兆瓦海上风场，同样采用直驱永磁电机。3兆瓦低速电机是庞然大物，提高风轮转速是降低发电机重量的有效办法。联创集团已经与瑞尔科技达成潜在的合作意向，合作开发高尖速比、低实度的3兆瓦风轮。      
% B- ?* K5 V6 R  D    以上五家公司都在风机制造业投入巨大，从不同渠道买入欧洲主流技术或自行开发，拥有良好的制造业基础保障团队的建设，拥有良好的行业关系保障后期市场，但都在寻求叶片的供应。      
    叶片是风力发电机的核心部件，造价约占整个设备的1/4到1/3。我国现有制造并销售叶片的工厂仅天津LM与无锡中航惠腾两家。和世界上绝大多数叶片制造业一样，这两家均采用以玻璃钢为主要结构体的生产技术。LM主要为GE等自己不生产叶片的欧洲大型客户提供1.5兆瓦叶片，年产可达百套叶片，目前在天津的生产已经趋于饱和，将很难保证以上风机制造企业后期大规模的订单。中航惠腾主要为金风提供660千瓦和750千瓦叶片，正在开发1.3兆瓦与1.5兆瓦叶片，2004年产叶片装机约4万千瓦。Vestas和Gamesa计划近期在中国建厂，但仅为自身提供叶片。我国在未来四年计划新装风力发电机组超过300万千瓦，然而以上几家叶片厂每年总共能提供叶片仅几百套，可装机约几十万千瓦。虽然LM与无锡中航惠腾都在筹划扩建，但近期内难以满足市场的需求。此外，上海玻璃钢研究所也与国外先进设计技术结合，准备进入风能工业。      
% B% E! [8 T- s! f0 W% `    此外，从国际市场来看，仍存在较大的市场需求。例如美国计划未来两年内装机500万千瓦，日本和澳大利亚也有与中国规模相当的市场规划。由于在中国生产的叶片运到美国西海岸以后，仍比在美国生产的叶片便宜。故以中国市场为基础，公司产品亦可扩展到海外市场。      
- q( f' g6 W! G    十、影响价格因素分析      
    一般认为影响技术价值的因素主要有以下几个方面：      
7 D+ }6 p3 p/ e- Y7 @    1、技术的先进性及对技术产品产生的影响      
0 j2 Z! E4 D( z. K    上世纪80年代，欧洲复合材料叶片工业的创始人，现英国瑞尔科技有限公司董事长兼首席技术官Jim Platts教授在英国怀特岛创建了木质复合材料叶片生产基地，以芬兰桦木复合材料为主要材料制造风力发电机叶片，并获得的成功。经过20多年的生产实践，该产业基地积累了丰富的生产工艺经验，并将这些经验加以记录和整理成一整套生产工艺文档。      
    2004年，瑞尔科技开始调研适合作为风力发电机叶片主要材料的中国本土材料。经过2年的大量测试数据的比较，发现在所有的材料中，唯一比芬兰桦木具有更高力学性能且性价比更好的材料是中国的毛竹。所以，瑞尔科技最终决定利用竹质复合材料代替芬兰桦木复合材料生产风力发电机叶片，并在国际竹藤网络中心和大庄地板公司的协助下针对毛竹进行了更加详细的试验测试。现在，木质复合材料风力发电机叶片的制造工艺已经与竹材的选材、测试和加工进行了充分的融合，最终成为竹质复合材料风力发电机生产技术。      
    委估技术包括设计技术、生产技术、原材料工艺要求和测试技术，贯穿产品生产的全过程。      
5 n3 {' I/ o1 F. {# r; t    2、技术的垄断与竞争      
2 Q1 C, b1 e5 W    竹质复合材料风力发电机叶片在世界上尚属首创，之前从未有任何一家团体或个人将竹材引入风力发电机叶片的生产。其他机构目前不掌握上述技术。      
5 n  E3 F& V. H    3、技术的性能      
    与传统制造技术相比，复合材料风机叶片制造技术降低了启动工业的资金密集程度，提高了生产效率，提高了产品性价比。并且，采用木材作为主要结构材料，大大降低了生产能耗，使得风力发电机更加符合环保要求。      
    瑞尔科技通过近两年的科学研究和试验测试，证明中国毛竹优于制作风力发电机树脂增强复合木质桨叶的芬兰桦木。与现有的木质材料和玻璃纤维材料相比，国毛竹竹材在以下关键参数中拥有更好的性能：拉伸强度/密度（拉密比）、压缩强度/密度（压密比）、弹性模量/密度、抗疲劳性能。同时竹质复合材料的引入可大量减少价格昂贵的碳纤维的用量，从而大大的降低了风力发电机叶片的制造成本。另外，与木材相比，竹材具有更好的性价比、能耗产出比和更快的生长速度，因此能够进一步提高风桨的性能价格比。     
    4、技术的成熟程度      
    瑞尔科技拥有的木质复合材料风力发电机叶片的生产工艺文档，是一个生产产业20年的生产工艺经验的积累，同时还详细的记录了该生产工艺发展进步的历程。现在Vestas仍然沿用原有技术在怀特岛生产，并计划依此在中国进行木质叶片的生产，进一步说明了该技术的成熟度和先进性。      
    5、技术的保护措施及有效程度      
    技术保护从三个方面进行：①与技术团队核心人员签订保密协议和离职非竞争协议；②不断完善设计和制造技术，并不断开发新技术。③拟申请注册发明专利，对产品核心技术进行保护。      
5 J7 a1 V" ^3 G, T" g    6、技术的经济寿命周期      
  m/ G4 ]/ N* b/ {* `    技术的经济寿命主要受替代技术的出现时间影响。根据评估人员与瑞尔科技相关技术人员多次讨论以及征询风力发电业内专家的意见，认为该技术的获利能力在10年左右。本次评估我们取其经济寿命为10年，即自2006年至2015年