培训课件：柔性直流海上风电研究报告

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：孙彬日期

：November29,2016海上风电研究目录二、海上风电产业链简析一、海上风电政策及市场概述三、海上风电送出方式简析四、海上风电设备玩家五、发展趋势和市场机会分析2016年，国家发改委和能源局发布的《电力发展“十三五”规划》明确指出，到2020年全国风电装机达到2.1亿千瓦以上，其中海上风电500万千瓦左右。我国能源局2016年11月发布的《风电发展“十三五”规划》明确表示将重点推动江苏、浙江、福建、广东等省的海上风电建设，到2020年四省海上风电开工建设规模均达到百万千瓦以上。国家政策明确支持海上风电发展，“十三五”规划有望提前一年实现行业内专家对我国海上风电发展普遍持乐观态度，综合考虑海上风电资源条件、技术水平、发电成本和市场消纳等方面的因素，未来我国海上风电的发电前景广阔，预计在“十四五”期间，海上风电发展将会进一步提速。近6年我国海上风电新增装机容量增长了10倍，预计到2025年底，我国海上风电累计装机容量将达到3000万千瓦左右；到2030年底，我国海上风电的累计装机容量将会超过6000万千瓦。国网能源研究院近日发布的《2019年中国新能源发电分析报告》预测，到2019年底，全国海上风电装机容量将超过500万千瓦；到2020年底，海上风电累计装机容量将达到900万千瓦左右，提前一年实现“十三五”规划目标。我国海上风电有望呈现爆发式增长2018年，中国海上风电发展提速，新增装机436台，新增装机容量达到165.5万千瓦，同比增长42.7%;累计装机达到444.5万千瓦。根据CWEA统计，我国新增核准海上风电项目45个，核准容量达17837MW，分布在辽宁、天津、山东、江苏、上海、浙江、福建和广东等所有沿海省市，其中福建和广东核准容量最大。这些项目将在未来几年开工，我国海上风电将呈现爆发式增长。我国海上风电建设投资市场空间约1800亿元结合“十三五”海上风电发展目标，风能咨询机构MAKE预计，截至2020年中国海上风电累计装机容量将达到15.78GW，未来3年海上风电累计装机容量复合增长率超过75%。以海上风电投资开发成本14000元/KW测算，结合估计值，预计2018-2020年我国海上风电建设投资市场空间约1800亿元。2018-2020年我国海上风电装机量预测及投资开发成本变化趋势我国海上风电项目吸引力较强海上风电由于投资成本和后期运维成本较高尚不能实现平价上网，根据最新的政策，国家给予海上风电潮汐带0.75元/kwh和近海0.85元/kwh的补贴，根据测算，在有补贴的情况下，海上风电的项目收益率是非常具有吸引力的。未来随着陆上风电的平价补贴取消，海上风电项目的超额收益将会日益凸显，更具竞争力。根据太平洋证券研究院的测算，在现有投资成本下，潮汐带和近海的项目年利用小时数分别达到3000小时和3500小时以上时，可获得20%和11.9%的收益。随着未来技术的进步和成本的下降，据测算海上风电在10000元/KW的投资成本时就可以达到平价。假设投资成本以每年5%-10%的速度下降，那么海上风电将在未来5-10年内实现平价上网。海上风电成本构成由于涉及海洋工程，海上风电项目比陆上风电多了海上桩基及海底电缆，开发投资成本构成不同。海上风电机组基础、变电站工程、桩基、运输安装和输电线路费用较高，同时海上装机需要专业风电运输安装船以及吊船，海上风电安装成本显著高于陆上风电安装成本。海上、陆上风电的成本构成比例差异显著，海上风电风电机组成本占比为32%（含风塔），远低于陆上风电的70%（含风塔），相反海上风电的运营、安装等成本占比则远高于陆上风电。陆上风电成本构成海上风电成本构成海上风电产业链可分为三个环节海上风电与陆上风电的产业链大致一样，可归纳为：上游的原材料生产与零部件制造，中游的整机与相关塔架海缆等重要设施制造以及下游的安装与运维三个环节。原材料生产与零部件制造碳纤维复合材料、稀土、钢材叶片、发电机、齿轮箱、变流器、整机与相关设备制造塔架、海缆风机、大功率机组设备安装与运维

安装船舶、专用运维船

央企主导原材料与零部件生产是风电行业的起点，这一环节主要进行叶片，发电机、齿轮箱、变流器等生产。中游环节，风电整机制造企业市场份额总体呈现日益集中趋势。据彭博新能源财经统计分析，排名第一的金风科技市场占比32%。下游环节主要是风电机组的安装与运维，现阶段，海上风电的运维由央企与地方能源集团构成的五大四小主导。上游-原材料和核心零部件风电机组（不包括塔架）的核心零部件主要包括叶片、齿轮箱、发电机、风机控制系统等，涉及的关键原材料包含钢、铝、铜、玻璃纤维、碳钎维、永磁材料等。在风电机组的整机成本构成中，风机叶片占风机总成本大约30%，齿轮箱约占17%，发电机约占5%，风机控制系统包括制动系统、油冷系统、安全系统等约占21%。海上风电机组主要结构如左图所示，成本分布如上图所示中游-整机制造《2017年度全球风机整机商市场份额报告》显示，西门子歌美飒借助西门子在海上风电的霸主地位，占据全球海上风电第一的位置，占有43%的市场份额，三菱维斯塔斯紧随其后，上海电气借助和西门子在中国海上风电市场的合作，保持全球第三、中国第一的排名。国内风机整机制造商集中度较高。前五大整机制造商涵盖了超过90%的市场份额。随着国内整机制造商的崛起，国外整机制造商在中国的市场份额逐渐下降。2017年全球整机商海上新增装机容量排名2018年底中国海上风电累计装机排名下游-安装和运维海上风电机组安装可分为整机安装与分体安装，都离不开海上安装船，海上风电安装船，是用来进行海上风机、基础运输及安装施工的海上风电施工平台。目前海上安装船按其性能与装备可分为重型浮吊船、自升式驳船、起重驳船与专门风机安装船，前三种安装船诞生于海上风电发展早期，随着海上风电市场的不断发展，催生了专门风机安装船。随着中国海上风电建设进入爆发期，海上运维需求将快速增长，前瞻产业研究院预计到2019年中国海上风电运维市场规模达到4.9亿元左右，2024年整体规模达到37亿元左右，年复合增长率约为50%。。海上风电运维市场空间预测（单位：亿元）在国外，专业运维船作为最重要的可达性装备被普遍应用到海上风电场，而我国目前使用的普通运维船，主要由交通艇和渔船发展而来，与专业运营船差距较大，从目前的实际情况来看，国内专业运维船短缺，投入不足。运维船舶相关的费用占了运维成本的20%左右，市场潜力较大。海上风电送出方式海上风电送出方式可分为交流和直流两种：交流送出方式直流输电方式风机侧汇集海上变电站陆上变电站交流汇集直升压站海上换流站陆上换流站海上风电送出方式比较高压交流高压直流劣势：换流器造价较高、体积与重量较大、对海上平台载荷需求较大优势：技术成熟、结构简单、体积、重量相对较小、工程造价低。优势：输送距离不受限制、控制更加灵活、自身具备STATCOM的作用、电能质量提高。海上风电送出方式各有其优劣势：劣势：静态及动态无功补偿装置需求、存在谐振的可能、线缆损耗较大、输送距离受限。上海交通大学蔡旭教授的研究结果显示：交流系统在是近海风电场并网的最佳方案，直流系统则是远海风电并网具有竞争力的方案。南方电网科学研究院的报告称：输电距离低于75KM的情形，高压交流输电有成本优势，输电距离高于75KM的情形，高压直流输电有成本优势。海上风电送出方式现状根据南方电网的统计，截至2018年上半年，我国投产+在建海上风电工程共计18项，均属于近海中小规模风电场，岸距不超过40km，尚无海上直流送出方式，均采用交流送出方式：中广核如东海上风电场国外海上风电项目中，除德国外，其他国家均采用交流送出方式。交流送出技术-海上交流升压变电站海上交流升压变电站的关键技术包括：（1）整体设计、故障可靠性分析、设备选型，远距离监控、安防设施、施工组装等（2）无功补偿方式及参数设置、控制算法等海上风电场由一定规模的风电基础和输电系统构成，风电基础包括风电机组，输电系统则由交流集成线路，海上升压站和无功补偿设备，海底电缆，陆上变电站和无功补偿设备组成。交流送出技术-风电设备主要玩家按照视频里公开的消息，一直到2018年7月，我国才打破了海上风电领域长期被国外合资厂商垄断的局面，海上风电项目首次实现了电气一次设备国产化。在此之前，由于技术门槛高，海上风电设备集成供货市场过去由西门子、ABB两家企业瓜分，产品价格高昂。当时国内在建和已建的15个海上风电项目，ABB占据9个，西门子5个，衡变占1个。湖南电视台和网上关于特变电工衡阳变压器有限公司的报道视频：从以下我国项目的中标情况来看，ABB和西门子在海上风电一次设备上有明显的优势：直流送出关键技术-海上换流站ABB为德国电网并网项目安装的世界上功率最大的海上换流站从公开的信息来看，目前只有德国采用直流送出海上风电模式。2019年底前德国将建成9条海上风电柔性直流送出工程。下表可以看出，德国海上风电场输电距离超过100公里，都选择了直流送出模式，作为核心的换流站绝大多数是由ABB和西门子承建的。直流送出关键设计技术12345送出方式设计选择合适的直流拓扑结构关键参数（汇集容量、电压等级）的计算控制保护技术紧凑化设计充电方法、电压调节、功率控制保护系统协调配合海底电缆电缆制造、选型、试验敷设、保护和运维换流站设计、安装和运输主接线、主回路参数设计电气设备布置方案绝缘设计、选型原则组装-运输-安装仿真技术高效精确实时仿真混合实时仿真技术高拟真实验平台海上风电直流送出主要玩家国内暂时没有海上风电的直流送电项目可供参考，从德国的海上风电项目来看，ABB和西门子占主导地位。右表是国外陆上直流项目概况，ABB和西门子是主要建设商。国内截止2017年底有4个主要的柔

性直流输电示范工程，由国网和南网

建设。IGBT换流阀是柔性直流工程的核心，其成本占换流站成套设备的22-25%。目前我国能够生产IGBT换流阀的公司包括许继电气、普瑞工程、南瑞继保、中国西电、荣信电力电子等五家公司。将来，我国如果在海上风电直流送出方式有所突破，核心元器件很可能由上述公司提供。海上风电技术发展方向未来，如果我国大力开展远海的海上风电，直流输电方式将有成本优势柔性直流输电方式会面对平台重量、体积增加、设计安装运输难度增加等问题还需要解决新拓扑结构和关键设备的研究柔性直流输电可减少风电的随机性、波动性对电网的冲击、减少弃风情况提高电能质量、参与一次调频2018年7月，全球首个真正意义上为海上风电场配套设置的电池储能系统开始在英国运行，证明海上风电的储能技术应用是可行的储能技术应用由于海上平台环境复杂，检查不易，处理问题及时性无法保证，为机器人、人工智能、无人机等新兴运维技术提供了发展空间新兴技术可提供远程检查、资产管理及和陆地的通信等服务，可以降低海上风电场的运维成本和工作量新运维技术应用一、电气设备类：电力设施占总成本构成的11%，按未来3年1800亿元的投资规模计算，电力设施占约200亿，规模比较可观。但从实际项目运行情况来看，无论交流还是直流项目，ABB和西门子都占据了明显的优势，直到去年才被