风电机组在
海上风电项目中成本占比最高,占单位总投资约32%。按照目前海上风电平均开发投资造价14000元/KW计算,2018-2020年对应市场空间为约为580亿元。风电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机、电控系统、塔架等组成。涉及关键原材料有钢、铝、铜、混凝土、玻璃纤维、碳纤维、环氧树脂、永磁材料等,其中钢材、碳纤维复合材料和永磁材料有望得到更多关注。
风机叶片是风力发电机组的关键
核心部件之一,关注碳纤维复合材料。叶片设计、制造及运行状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率,对风电场运营成本影响重大。从零部件价值量的角度来看,叶片价值量极大,其成本约占风机总成本的22.2%,2018-2020年对应的市场空间约为130亿元。随着风电机组尺寸的增大及海上风电的发展,叶片将越来越长且拥有更高叶尖线速度(至120米/秒),未来风电机组叶片的大型化和轻质化将成为叶片发展主要方向。目前,风电叶片主要以玻璃纤维作为增强材料,但为满足风电机组叶片的大型化和轻质化要求,未来中国在风电叶片的生产中将更多使用碳纤维。按《中国风电发展路线图2050》规划, 2020年、2030年、2050年应用碳纤维的风电机组市场份额预计将达到22.16%、35.45%、61.70%。
齿轮箱的可靠性对风机的寿命起着决定性的作用,尤其是海上大功率风电齿轮箱。风力发电机齿轮箱位于机舱内部,是目前兆瓦级风机传动链中的薄弱环节,属易过载和过早损坏率较高的部件,其成本占风机总成本约12.91%,2018-2020年对应的市场空间约80亿。
发电机约占风力发电机组成本的6%左右,其核心部件为转子及支架、定子及支架、动定轴等。目前双馈式风力机组采用的发电机包括同步发电机和异步发电机。异步发电机较同步发电机而言,需要的维护较少,更适合海上风电场。相比双馈式发电机,直驱式风机的发电机为低速多级发电机,转数低,磁极数多,体积和重量均比双馈式风机要大。
风机控制系统成本占风电系统总成本的15%左右,包括控制系统、偏航系统、制动系统、油冷系统、水冷系统、变频器、变桨系统、电池系统、安全链等。风机控制系统是综合性控制系统,用于监视电网、风况和机组的运行参数。对机组进行并网、脱网控制,以确保运行过程的安全性和可靠性。同时还要根据风速、风向的变化,对机组进行优化控制,以提高机组的运行效率和发电量。
钢材、永磁材料等关键原材料影响风电产业的发展。钢材用量约占机组总重量的90%,钢材的供给需求及价格波动将直接影响风电成本。永磁材料是影响直驱风电机组的关键原材料,其需求将随着直驱风电机组市场规模的扩大而快速增加,这两类材料的供应应得更多关注。以目前中国已探明的稀土资源储量(约9030万吨)和产量增长趋势来判断,未来风电产业所需的永磁材料供应量充足。