双碳发展：绿色能源转型系列③-风电产业的瓶颈与展望

双碳发展：绿色能源转型系列③-风电产业的瓶颈与展望

风能与新能源发电技术论文,建筑风能利用技术毕业论文,实现风能并网技术的方式　　风能是推动能源结构转型的重要可再生能源类型，是新型电力系统脱碳的重要组成部分。风能全球蕴量丰富，日益成为各国实现碳中和目标的重点战略选择。

　　风能与新能源发电技术论文,建筑风能利用技术毕业论文,实现风能并网技术的方式随着国际地缘政治局势愈加紧张，能源危机日益加剧推动全球新能源产业加速发展，风能产业迎来增长新阶段。“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中，我国已将风电产业列为国家战略性新兴产业之一，在产业政策引导与市场需求的共同作用下，我国风电产业规模质量高速发展，赢得了国际竞争优势地位。2020年以来，随着我国“双碳”目标的确立，提出了明确的碳中和目标和能源结构转型战略举措，作为能源战略转型的重要支柱，风电未来的发展潜力巨大。

　　本文通过梳理风电产业发展内因、外因，瓶颈，结合行业内技术发展路径以窥风电未来发展趋势，以期为读者阐释“双碳”目标下，风力发电产业的潜力与价值。

　　在全球“双碳”政策背景下，风力发电已经成为除光伏外全球经济体能源转型的重要新方向。据IEA数据统计显示，2021年全球发电总量中水力发电高居首位，占全球发电量的15.3%，其次是风能占全球发电量的6.6%，第三是太阳能发电占全球发电总量的3.7%。风能发电量占比第二，发电成本是水力发电的不到三分之二。

　　2021年全球风电累计装机量达到837GW，同比2020年增长12.80%。全球装机量中国首位，占比40.4%，其次是美国，占比16.9%。

　　2021年亚太地区风电新增装机占比为59%，欧洲地区风电新增装机占比为19%，北美风电新增装机占比为14%，拉丁美洲风电新增装机占比为6%，非洲及中东风电新增装机占比为2%。此外，除中国和美国两大区域增速下降外，其他地区纷纷创造历史新高。欧洲、拉丁美洲、非洲及中东的陆上新增装机分别增长了19%、27%及120%。

　　全球风能资源蕴量丰富，然而与太阳能相比，资源分布地域性强，普遍受地理区位、地形地貌、区域气候的影响，陆上可开发空间有限。我国全球风电装机量第一，但陆地风能资源并不是最丰富的，高风速（风力3-7级）陆地面积仅占国土面积11%。相比之下，在发展中国家集中的地区，比如中东、非洲、拉美，风电还有较大开发空间。

　　风电发展至今，仍以陆上风电为主要开发形式，据全球风能理事会统计，2021年陆上风电累计装机占比达93.2%。经历近半个世纪的开发后，全球大型风场基本已布局完成，同时出于对生态保护的考量，各国多开始对集中式大型风场的开发进行合理规划和限制。

　　在陆上风电增长有限的情况下，海上风电成为推进能源转型的重点战略方向，其发电稳定性、土地占用资源小、大规模开发难度低等多项优势，让海上风电被广泛看做未来风电行业的新方向。

　　2022年以来，在俄乌冲突、地缘政治危机带来的能源危机影响下，欧洲大力推动新能源发展计划，海上发电尤其是热点领域。

　　2022年5月18日，欧盟委员会公布名为“RepowerEU Plan”的能源计划，快速推进绿色能源转型。2022年5月，丹麦、德国、比利时与荷兰在“北海海上风电峰会”上共同签署一份联合声明文件，旨在将北海打造成欧洲的“绿电中心”。声明中承诺，到2050年将四国的海上风电装机增加10倍，从目前的16 GW提高至150 GW；在2030年，海上风电装机总量将达到65 GW。

　　2022年8月31日，欧洲8国的国家元首或政府首脑及欧盟领导人，30日在丹麦首相官邸马林堡召开波罗的海能源峰会并签署“马林堡宣言”，同意加强能源安全和海上风电合作，计划在2030年将由其掌控的波罗的海地区海上风电装机容量从目前的2.8吉瓦提高至19.6吉瓦(1吉瓦等于100万千瓦)。

　　按照国际能源署的统计数据，预计到2040年，全球海上风能发电的最大潜力，可以达到全球电力需求的11倍。目前海上风电还存在成本问题和并网困难等技术问题，尚未实现大规模应用，但可以预见到的是海上风电将成为全球风电发展新的蓝海。

　　我国风电产业规模扩张不断加速。根据国家能源局数据,截至2022年3月底,全国风电累计装机337GW,其中陆上风电累计装机310GW、海上风电累计装机26.65GW，2021年我国新增风电装机量47.57GW，其中陆上风电 30.67GW、海上风电16.90GW，其中海上风电快速增长，从2018年的2.5%增长至2021年的8%。

　　从总量增速来看，国家能源局数据显示，2022截至 7 月底，全国发电装机容量约 24.6 亿千瓦，同比增长 8.0%。其中，风电装机容量约 3.4 亿千瓦，同比增长 17.2%，高于平均增长率。从能源结构来看，据国家能源局2021年数据，风电装机容量占总装机容量13.9%，太阳能占比13.9%，水电占比16.3%，火电占比53.3%。

　　国家发展改革委、国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》（以下简称《实施方案》），旨在锚定到2030年我国风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上的目标，加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系。8月29日，工业和信息化部、财政部、商务部、国务院国有资产监督管理委员会、国家市场监督管理总局联合发布《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》。《行动计划》提出，通过 5-8 年时间，电力装备供给结构显著改善，基本满足适应非化石能源高比例、大规模接入的新型电力系统建设需要。可再生能源发电装备供给能力不断提高，风电和太阳能发电装备满足 12 亿千瓦以上装机需求。

　　我国风电技术快速发展，创新能力和速度稳步提升，在政策支持和推动下，风电行业实现高质量发展。在上世界80年代，风电产业发展初期，我国依靠海外引进的三台风力发电机组，开始了我国自主风电技术的研发之路，随后“乘风计划”等一系列科研支撑项目陆续实施，推动了风电技术研究的原始积累。2006年1月1日，《可再生能源法》实施。在一系列国家政策支持下，中国风电市场规模迅速扩大，装机容量快速增长，同时也带动了中国风电技术的迅速发展。

　　发展至今，我国风电产业已经逐渐掌握核心技术，已具备大兆瓦级风电整机、关键核心大部件自主研发制造能力，国内风电装机90%以上采用国产风机，10兆瓦海上风机开始试验运行。风电装备制造产业链也已发展成熟，产业链集成效应带来风电成本持续下降，近10年来陆上风电项目单位千瓦平均造价下降30%左右。制造企业的实力和竞争力跨越式发展，达到了具有较高国际竞争力水平，全世界半数风力发电机组部件由中国生产，包括发电机、轮毂、机架、叶片、齿轮箱、轴承等零部件，十大制造商中有6家来自中国。

　　除了直接对行业产业技术研发进行扶持，风力发电的电价政策调整也推动了国内风电行业技术路径的转型发展。过去，长期以来全球市场以欧洲企业为主，中国风电企业在成本技术方面并不占优势，产品也主要以小功率为主。随着政策调整，2008年后，我国风光电价政策以“标杆电价-指导价-平价”为方向转型，2021年6 月国家发改委发布的《关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》，规定2021 年起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，中央财政 不再补贴，实行平价上网。而2022年起，海上风电、户用分布式光伏不再享受国家 补贴，国家退补后鼓励省级政府给予一定补贴。

　　为了实现平价目标，风机大型化提高功率是最主要的实现路径。据中国风能协会数据，中国风电历年新增项目平均单机功率分别在2011和2017年突破1.5MW和2.0MW，历时6年平均功率提升仅0.5MW。而据国际能源网统计，2020年央企风电机组招标的约23GW项目中，平均单机功率已经达到3.2MW，其中3.0MW及以上功率机型占比已经超过70%，2022年开始，每月招标的机型中4.XMW、5.XMW已成为主流，平均机组容量提升到了2022年6月的4.5MW左右，大型化趋势明显加速。目前，随着风机大型化的实施落地，加之疫情带来的传统化石能源价格的高涨，风电成本已经低于传统火电，正式进入了“准平价时代”，风电行业迎来了新发展期。

　　从全国新能源消纳预警监测平台最新发布的各省级区域新能源并网消纳情况来看，今年1-4月局部地区出现了弃风增长的现象。例如，蒙西地区弃风率11.8%。随着风电装机快速增长，国内发电省份与主要消纳市场距离较远，同时新能源输电并网问题尚未解决，消纳能力不足将成为制约风能以及其他可再生能源扩张发展的重要因素。

　　对于新能源存在的消纳问题，国家能源局党组书记、局长章建华表示，要推进煤电灵活性改造，优化电网调度运行方式。加强电网建设，优化全国电网格局，推进新能源电站与电网协调同步，充分发挥储能系统双向调节作用。

　　8月19日，自然资源部 生态环境部 国家林业和草原局发布《关于加强生态保护红线管理的通知（试行）》。《通知》指出，有序处理历史遗留问题。零星分布的已有水电、风电、光伏、海洋能设施，按照相关法律法规规定进行管理，严禁扩大现有规模与范围，项目到期后由建设单位负责做好生态修复。

　　河南省自然资源厅、发改委、农业厅、林业局联合下发《关于严格耕地用途管制落实耕地进出平衡”的实施意见》。规范光伏、风力发电项目占用耕地管理。鼓励引导光伏、风电项目建设利用荒山荒坡等未使用地，可以使用不稳定耕地，不占或者少占稳定耕地，严禁占用永久基本农田。对于风力发电项目，按照国家有关规定属于永久性建筑用地部分，应依法按建设用地办理手续，塔基要采用深埋等节地技术，尽量少占土地，供地可以采取点状供地方式。

　　这些政策的出台意味着未来陆上风电的大规模开发项目将受到限制，分散式风电将取代集中式风电场成为陆上风电的主要发展形式。

　　在研发阶段，以柔性直流为代表的深远海大规模海上风电并网送出技术在我国尚处于试验示范阶段，还面临许多技术挑战亟待解决。

　　在风电项目施工阶段，项目选址和送出接入等方面存在非技术成本偏高的问题，相较于陆上风电，海上风电的并网送出工程更为复杂。

　　目前，我国深远海海上风电发展仍处于起步阶段。中国华能集团有限公司新能源事业部副主任张晓朝指出，作为深远海海上风电主要技术之一的漂浮式基础，至少还需要5-8年，甚至更长的时间才能实现技术的成熟运用。

　　我国风电规模化发展分为三个方向：陆上集中式风电、分散式陆上风电和海上风电。其中分散式风电和海上风电是目前政策支持重点，多项相关政策相继出台。

　　自上世纪八十年代我国风电起步以来，陆上集中式风电场快速发展，基本已经布局完成，未来将秉持低生态影响原则进行合理规划开发。2022年5月24日,国务院印发《关于印发扎实稳住经济一揽子政策措施的通知》,提出抓紧推动实施一批能源项目。推动能源领域基本具备条件今年可开工的重大项目尽快实施；加快推动以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设。

　　分散式风电的优势在于就近用电、规模小，可以提高风电消纳储蓄的效率和灵活性，与乡村振兴战略发展结合度高。同时随着低风速风电技术的突破，相对分散的低风速地区的风能资源可以得到有效利用。目前分散式风电发展相对滞后，分散式风电规模小带来的高成本是制约发展的主要原因，其次当地土地政策、审批流程也是重要影响因素。

　　8月12日，国家能源局新能源和可再生能源司副司长王大鹏在会上表示，《“十四五”可再生能源发展规划》明确要求，坚持集中式与分布式并举，在大力推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设的同时，在东中南部地区积极推进风电和光伏发电分布式开发，明确提出在工业园区、经济开发区、油气矿区及周边地区，积极推进风电分散式开发，重点推广应用低风速风电技术，合理利用荒山丘陵、沿海滩涂等土地资源，在符合区域生态环境保护要求的前提下，因地制宜推进东中南部风电就地、就近开发。

　　目前，国家能源局正在组织编制“千乡万村驭风行动”方案，争取尽快推动实施。下一步，将创新风电投资建设模式和土地利用机制，重点实施“千乡万村驭风行动”，大力推进乡村风电开发，参与分散式风电项目开发。

　　张家口市行政审批局发布《关于风电项目由核准制调整为备案制的公告》。该政策的提出有效减少分散式风电项目建设流程周期，有利于降低项目风险，让乡村项目工作推进更加便捷和灵活。

　　海上风电具有风量稳定、距负荷中心近、土地占用资源小等优点，不仅是海外发展热点，也是我国当下风电产业发展热点，多项省级市级扶持政策发布有效推动市场发展。

　　2022年3月22日，国家能源局印发 《“十四五”新型储能发展实施方案》。促进大规模海上风电开发消纳。结合广东、福建、江苏、浙江、山东等地区大规模海上风电基地开发，开展海上风电配置新型储能研究，降低海上风电汇集输电通道的容量需求，提升海上风电消纳利用水平和容量支撑能力。按照规划，“十四五”期间我国海上风电总规划容量将超100GW。

　　2022年8月11日，上海市发改委下发关于印发《上海市能源电力领域碳达峰实施方案》的通知（以下简称“方案”）。在大力发展可再生能源方面，《方案》指出，加快陆海风电开发。制定新一轮海上风电发展规划，进一步提升海上风电开发利用水平。推进长江口外北部、长江口外南部、杭州湾以及深远海海域等4大海上风电基地建设，预留南、北海上风电场址至市区通道走廊。2025、2030年全市风电装机力争分别超过262、500万千瓦。

　　2022年8月22日，海南省人民政府关于印发海南省碳达峰实施方案的通知，积极发展海上风电。探索解决远海岛屿和大型海上设施的供能问题，打造海岛微电网，提升岛礁能源自给能力和用能清洁化水平。利用海南自由贸易港进口原辅料减免关税政策，形成成本优势，打造海上风电装备出口制造中心，鼓励相关企业积极开拓东南亚市场。

　　7月13日，我国自主研发的全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及平台在广东阳江海域成功安装，标志着我国漂浮式海上风机安装实现零的突破。该机组单机容量5.5兆瓦，主要方案均为国内自主的核心技术，意味着拥有完全自主知识产权的中国漂浮式风电机组及基础平台迈出了深远海风能资源获取的探索步伐。

　　我国发展海上风电拥有天然优势，海岸线万公里，可利用海域面积300多万平方公里，海上风能资源丰富。根据中国气象局风能资源详查初步成果，我国5米至50米水深线米高度范围内，风电可装机容量约5亿千瓦，且靠近东南部电力负荷中心，拥有极大发展空间。

　　海上风电作为技术密集型产业，海上风电的产业链覆盖面广，下游国企政策指导性强，带动力强，有望带动我国形成万亿元级规模的海洋高端装备制造产业集群。

　　风电远景能源高级副总裁田庆军认为，如果海上风电行业能够协同多产业共同发展，就可以形成万亿级的产业集群。根据欧洲风能协会发布的统计数据，2020年，欧洲海上风电领域吸引了超过260亿欧元的投资，创造历史新高。而作为我国海上风电行业的“先行者”，江苏建设一个海上风电基地已能带动上千亿GDP增量，经济拉动作用不容小觑。

　　中国可再生能源学会风能专委会秘书长秦海岩指出，风电机组大型化是主要方向，数据理论模型、新材料应用、智能化技术融合等方向的研究将为风电设计大型化提供技术支持。

　　其中，秦海岩提到，新型基础数值模型研究也是一个非常重要的技术趋势，对微观尺度流体特征及大尺寸结构更好的研究和模拟，将使风电设计更加精细化、让更大的机组设计成为可能。

　　新材料的应用，让零部件性能实现跨越式提升，进而大幅提高整机功效。例如，碳纤维的成本下降将提高该材料在风电叶片中应用，助力叶片生产工艺向更长、更大、更轻发展。同时一些热塑性材料，高分子材聚合物等新材料与风电的融合，也将助力风电大型化的跨越式发展。

　　包括AI、无人机、数字孪生等智能化技术，这些应用使得风电更加智能。这些技术通过信息化、自动化、可视化、智能化管理，对维持风电机组的高效稳定运行，日常维护方面降本增效起到重要作用。