隨著風電技術日益進步，成本持續(xù)下降，風能正成為低碳經濟背景下的主力軍。其中海上風電作為實現(xiàn)碳中和的主要路徑之一，將迎來其發(fā)展的高光時刻。

根據(jù)全球風能委員會(GWEC)的數(shù)據(jù)，去年，海上風能投資首次超過了海上石油和天然氣。

另據(jù)世界風電權威媒體《風能月刊》去年9月發(fā)布的一份報告，預計2021年至2025年間，全球將安裝超過70吉瓦海上風電裝機容量，這意味著其在所有風能中的份額將從目前的6.5%飆升至21%。

“十四五”規(guī)劃中，我國也明確提出將大力提升風電規(guī)模，有序發(fā)展海上風電建設。

1 我國風電行業(yè)發(fā)展近況

近年來，我國風電發(fā)電量占比不斷提升，2021年中國風電發(fā)電量占總發(fā)電量的7.0%，較2014年提升4.6個百分點，發(fā)展前景十分廣闊。

資料來源：國家統(tǒng)計局、智研咨詢整理

2021年我國風力發(fā)電裝機容量達32848萬千瓦，同比增長16.6%。

從累計裝機情況來看，2021年我國陸上風力發(fā)電裝機容量為30209萬千瓦(占裝機容量的92%);海上風力發(fā)電裝機容量為2639萬千瓦，同比增長193.2%(占裝機容量的8%)。

新增裝機容量方面，2021年我國陸上風力發(fā)電新增裝機容量為3067萬千瓦(占比為64.5%);海上風力發(fā)電新增裝機容量為1690萬千瓦，占比為35.5%(同比增長452.3%)。

隨著2019年末、2020年初國家風電中央財政補貼相關政策的落地，2020年成為我國陸上風電的“搶裝”年，風電新增裝機容量達7211萬千瓦;2021年成為我國海上風電的“搶裝”年，風電新增裝機容量為4757萬千瓦，風電開發(fā)布局得以進一步優(yōu)化。

2 風電下一階段發(fā)展方向

我國現(xiàn)階段風電發(fā)電系統(tǒng)已逐漸完善，“30·60目標”的提出，加之風電“平價時代”的到來，預示作為實現(xiàn)碳中和目標主力軍的風電，行業(yè)發(fā)展前景極為廣闊。“十四五”規(guī)劃期間，國內風電將加快發(fā)展，隨著陸上風能資源利用趨于飽和，海上風電和分散式風電是未來的風口。

海上風電有望迎來大爆發(fā)

與陸上風電相比，海上風電具有穩(wěn)定性高、風速大等特點。

海上風力普遍比陸上大，風速更為穩(wěn)定，空間廣闊，允許風機機組更為大型化。海上風電設備利用率比陸上風電高一倍，且具有一定的規(guī)律性，利于峰谷調配。中國海上風電資源多集中于東南部沿海地區(qū)，更靠近負荷中心。

我國海上風能資源豐富，根據(jù)發(fā)改委能源研究所發(fā)布的《中國風電發(fā)展路線圖2050》報告，中國水深5～50米海域，100米高度的海上風能資源開放量為5億千瓦，總面積為39.4萬平方千米。另外近岸潮間帶、深遠海也具備較豐富的風能資源。

海上風電的優(yōu)勢：

(1)不占用土地資源，適合大規(guī)模開發(fā)：海上風電發(fā)展主要集中在經濟較發(fā)達的國家和地區(qū)，人口密度較高，土地資源寶貴。

(2)距離用電負荷近：沿海地區(qū)往往是電力負荷中心，消納能力強。海上風電的就近消納恰恰規(guī)避了遠距離輸電帶來的較高輸電成本。

(3)發(fā)電利用小時數(shù)高：以福建為例，部分海域海風利用小時超過4000小時，陸上平均僅約2600小時。

(4)風資源相對平穩(wěn)，出力波動較?。汉Ｉ巷L電的接入對系統(tǒng)調頻的影響以及系統(tǒng)調頻能力的要求低于陸上風電，電網友好性更強。

(5)發(fā)電量高：海上風速比陸上高20%左右，同等發(fā)電容量下海上風機的年發(fā)電量能比陸上高70%;海上風電單機裝機容量更大，在同一區(qū)域的掃風面積和利用風的能量也越多。

“十四五”分散式風電前景

隨著大型集中風能發(fā)電站越來越少，分散式風電將迎來快速發(fā)展階段。

雖然分散式風電的發(fā)展一直低于預期，正處于萌芽階段，但是隨著近年來地方政府加快規(guī)劃與資源儲備，分散式風電發(fā)展明顯提速。從集中式到分散式的模式，也已成為中國風電的發(fā)展趨勢之一，有望成為我國局部缺電最有力的電能補充方式。

“十四五”時期，隨著我國風電“平價時代”的到來，分散式風電將再次受到市場關注。

發(fā)展分散式風電的優(yōu)勢：

(1)分散式風電靠近用戶，一般不新建升壓站，能節(jié)省輸配電設備費用;分散式風電項目不需要進行大規(guī)模、遠距離電力輸送，可以實現(xiàn)就地消納，對緩解棄風限電具有重要作用。

(2)分散式風電項目不占用國家核準計劃指標，由各省自行建設，審批時間短，項目裝機容量較小，占地面積小，建設周期短，選址靈活。

(3)幅員遼闊的中東南部地區(qū)仍以低風速風能資源為主，分散式風電可供開發(fā)空間廣闊，產業(yè)政策導向將逐步向分散式傾斜。

3 海上風電技術發(fā)展方向

受特殊地理環(huán)境因素的制約，海上風機對風電機組具有一定的技術門檻要求。

從技術角度來看，風電機組共有雙饋、直驅、半直驅三種類型。其中雙饋和直驅是目前較成熟的主流路線。

就結構而言，雙饋技術和直驅技術最大的區(qū)別在于是否連接“齒輪箱”。雙饋機組的葉輪通過增速齒輪箱與發(fā)電機轉子相連。由于有增速齒輪箱的加持，在風電機組向恒頻電網送電時，不需要調速，有功和無功功率可獨立調節(jié)、轉子勵磁變換器的容量較小等優(yōu)勢。目前全球大部分機組采用的是雙饋技術。

然而，雙饋技術對于風速的要求較高，很容易發(fā)生脫網現(xiàn)象，如果風速很低，即使有齒輪加速也難以進行發(fā)電，具有一定的局限性。同時由于齒輪箱的存在，增加了維護成本。

直驅技術的葉輪直接與發(fā)電機相連，省去了增速齒輪箱，轉子為永磁體勵磁，無需外部提供勵磁電源。直驅機組的發(fā)電機通過全功率變流器并網，具有效率高、噪音低、低電壓穿越能力強等優(yōu)點。

缺點方面，電機和電子裝置成本高，電機質量大，為了適應低風速需要配備很多的級對數(shù)極，導致電機體積龐大，且只能通過水冷降溫。

同時，由于直驅式沒有齒輪箱，運行穩(wěn)定，對發(fā)電機性能要求高，成本偏高。直驅機組雖然能夠正常發(fā)電，但太過沉重，安裝運送存在問題。

因此雙饋機組和直驅機組都不是海上風電的最佳選擇。

半直驅技術有望成為行業(yè)主流：

現(xiàn)階段風機技術的迭代方向是半直驅電機。半直驅綜合了雙饋、直驅的優(yōu)點，同時規(guī)避了二者的缺點，是行業(yè)公認的下一代風電機組技術。

半直驅技術較雙饋風機可靠性更高、成本更低，具有較強的技術優(yōu)勢。

與直驅技術相比，半直驅增加了中速齒輪箱，發(fā)電機轉子轉速比永磁直驅高，可以減少永磁同步發(fā)電機轉子磁極數(shù)，有利于減小發(fā)電機的體積和質量。

半直驅技術采用中速齒輪箱+中速永磁同步發(fā)電機+全功率變頻技術，兼顧直驅的高穩(wěn)定性、高效率和雙饋的低成本、小體積優(yōu)勢，即避免使用多級齒輪箱導致的故障率偏高，也減輕了永磁發(fā)電機的體積和重量。

半直驅風力發(fā)電系統(tǒng)示意圖

資料來源：中國知網，平安證券研究所

4 “十四五”海上風電發(fā)展趨勢預測

趨勢一：機組容量大型化

風電機組向更大規(guī)格發(fā)展，截至2020年年底，2.0-2.9MW風電機組裝機量占比為52.5%。

2021年國內海上風電新增裝機單機功率由5MW提升到6MW、7MW，并逐漸成為主流，但仍然低于國外水平。(目前歐洲新增海上風電裝機平均容量已從2019年的7.2MW提高至2020年的8.2MW。)

趨勢二：半直驅比重不斷增大

海上風電場建設的核心設備之一是風電機組。隨著海上風電需求上升，機組單機容量增大，目前半直驅式永磁同步風機和直驅式永磁同步風機在海上風電中的應用比例不斷增加。半直驅技術路線預計將成為“十四五”海上風電發(fā)展的選擇趨勢。

趨勢三：選址深遠?；?/strong>