一、風(fēng)電未來發(fā)展趨勢(shì)

1、大型化

2019年5月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》，在風(fēng)電補(bǔ)貼退坡的政策因素驅(qū)動(dòng)下，風(fēng)電廠商降低成本的迫切需求推動(dòng)風(fēng)電大型化的發(fā)展趨勢(shì)，單機(jī)容量不斷提升。風(fēng)電大型化的優(yōu)勢(shì)在于：其一，單機(jī)容量的提升意味著更大的掃風(fēng)面積和更高的輪轂高度，切入風(fēng)速更低，在同一地理位置可以捕獲更多風(fēng)能，可有效提升全壽命周期風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量；其二，同容量風(fēng)電場采用更大單機(jī)容量的機(jī)組可以有效降低分?jǐn)偟絾挝蝗萘康脑牧稀⒒A(chǔ)、吊裝、線路、土地等投資成本；其三，機(jī)組大型化將降低后期運(yùn)維和管理成本及難度，有效降低風(fēng)力發(fā)電的LCOE（平準(zhǔn)化度電成本）。目前陸上風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)7MW得批量應(yīng)用，后續(xù)將逐步推出10MW的陸上風(fēng)電機(jī)組和18MW的海上風(fēng)電機(jī)組。從近幾年的情況來看，陸上風(fēng)電單機(jī)容量在2020/2021/2022年分別增長8.33%、19.23%、38.71%，海上風(fēng)電單機(jī)容量在2020/2021/2022年分別增長16.67%、14.29%、32.14%，風(fēng)電大型化的趨勢(shì)越來越明顯。

2、海風(fēng)化

風(fēng)電在空間上從陸地發(fā)展到海上。在對(duì)風(fēng)電的研究中表明，由于環(huán)境、風(fēng)能等因素的影響，陸地風(fēng)電系統(tǒng)在達(dá)到一定極限后將很難突破，至少目前的技術(shù)研究還未看到突破極限的希望。海上的風(fēng)力比陸地更強(qiáng)，并且能長期保持在相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，這意味著海上可用的風(fēng)能資源將比陸地多得多。因此，在風(fēng)電未來發(fā)展中，從業(yè)者將把研究重點(diǎn)從陸上風(fēng)電轉(zhuǎn)向海上風(fēng)電，以期為風(fēng)電行業(yè)帶來更高的年發(fā)電量。相關(guān)政策也在大力推動(dòng)海上風(fēng)電的發(fā)展，《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》指出，鼓勵(lì)建設(shè)海上風(fēng)電基地，推進(jìn)海上風(fēng)電向深水遠(yuǎn)岸區(qū)域布局，積極推進(jìn)東南部沿海地區(qū)海上風(fēng)電集群化開發(fā)，重點(diǎn)建設(shè)廣東福建、浙江、江蘇、山東等海上風(fēng)電基地。《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》進(jìn)一步明確開展深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，推進(jìn)漂浮式風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)、遠(yuǎn)海柔性直流輸電技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用，重點(diǎn)建設(shè)山東半島、長三角、閩南、粵東和北部灣五大千萬千瓦級(jí)海上風(fēng)電基地。根據(jù)GWEC數(shù)據(jù)顯示，2022年全球陸上風(fēng)電新增裝機(jī)容量為68.8GW，海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量為8.8GW，海上裝機(jī)占比為11.3%，根據(jù)預(yù)測(cè)，2027年全球陸上風(fēng)電新增裝機(jī)容量為122GW，海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量為36GW，海上裝機(jī)占比將達(dá)到22.8%，海上風(fēng)電在絕對(duì)數(shù)據(jù)和相對(duì)數(shù)據(jù)上都將不斷增長。

3、智能化

風(fēng)電系統(tǒng)中總是存在嚴(yán)重的隨機(jī)擾動(dòng)，其用人工控制弱化這些問題顯然不太可能。隨著信息技術(shù)和各種自動(dòng)化控制技術(shù)的出現(xiàn)與不斷革新，一些學(xué)者受到啟示提出了風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的智能控制策略。通過使用計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法等知識(shí)來跟蹤、分析風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行，然后通過特定的調(diào)整方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的隨機(jī)擾動(dòng)。此外，在風(fēng)電機(jī)組制造過程中，通過智能化控制，能在一定程度上提高機(jī)組運(yùn)行壽命和可靠性。種種跡象表明，智能控制技術(shù)將在風(fēng)電發(fā)展中得到更廣泛的應(yīng)用。遠(yuǎn)景能源基于EnOSTM能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，打造“直連、安全、高精度、機(jī)器學(xué)習(xí)”EnOSTM智慧風(fēng)場軟件解決方案，已實(shí)現(xiàn)從風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)采集、集中監(jiān)控，到損失電量分析、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的設(shè)備健康度預(yù)警、新能源功率預(yù)測(cè)等全方位服務(wù)功能，能夠幫助風(fēng)電運(yùn)營商打造“少人、透明、預(yù)測(cè)維護(hù)、電網(wǎng)友好”的智慧風(fēng)場。EnOSTM平臺(tái)能直接讀取140種風(fēng)機(jī)機(jī)型和650種型號(hào)的光伏逆變器的數(shù)據(jù)，秒級(jí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，并能實(shí)現(xiàn)超過95%的數(shù)據(jù)合格率。在內(nèi)蒙古一個(gè)擁有13個(gè)新能源電站的運(yùn)營商，借助EnOSTM平臺(tái)統(tǒng)一管理后，不僅對(duì)1098臺(tái)風(fēng)機(jī)和15.4萬塊光伏組件實(shí)現(xiàn)了全天候監(jiān)控，更有效保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量，減少現(xiàn)場運(yùn)維人員。最終實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維人員成本2.03人/萬千瓦，運(yùn)維成本僅為40萬元/萬千瓦，整體效益得到明顯提升。

4、海外市場拓展

在俄烏沖突帶來全球能源危機(jī)背景下，海外各國加速能源轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升風(fēng)電裝機(jī)目標(biāo)，海外風(fēng)電中長期市場增量空間巨大，對(duì)全球產(chǎn)業(yè)鏈需求拉動(dòng)強(qiáng)勁。當(dāng)前，海外風(fēng)電供應(yīng)鏈擾動(dòng)，在擴(kuò)產(chǎn)增速緩慢帶來需求外溢的契機(jī)下，疊加海外大型化和深遠(yuǎn)海趨勢(shì)加速帶來的出海業(yè)務(wù)相對(duì)溢價(jià)和盈利優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)風(fēng)電主機(jī)廠和零部件廠商迎來出海業(yè)務(wù)戰(zhàn)略機(jī)遇期。中國出口全球的風(fēng)電機(jī)組在數(shù)量和容量上都呈現(xiàn)出逐年上漲的態(tài)勢(shì)，2022年，中國向海外市場出口風(fēng)電機(jī)組共計(jì)610臺(tái)，容量共計(jì)2287MW。截至2022年底，中國風(fēng)電企業(yè)累計(jì)出口風(fēng)電機(jī)組共計(jì)4224臺(tái)，容量達(dá)到1萬1929MW，首次突破10GW。隨著未來在降本增效需求和大型化發(fā)展趨勢(shì)下，國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)將逐漸降低單位風(fēng)電整機(jī)裝機(jī)容量價(jià)格，中國的風(fēng)電機(jī)組將會(huì)在海外市場取得價(jià)格優(yōu)勢(shì)，海外市場對(duì)于中國風(fēng)電的需求預(yù)計(jì)將不斷增長。

5、老舊風(fēng)電場升級(jí)改造

2023年6月13日，國家能源局印發(fā)《風(fēng)電場改造升級(jí)和退役管理辦法》（以下簡稱《管理辦法》），首次針對(duì)我國并網(wǎng)運(yùn)行超過15年或單臺(tái)機(jī)組容量小于1.5兆瓦的風(fēng)電場以及并網(wǎng)運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的風(fēng)電場提出改造升級(jí)或退役管理工作辦法?！豆芾磙k法》于發(fā)布之日?qǐng)?zhí)行，為期五年。《管理辦法》鼓勵(lì)并網(wǎng)運(yùn)行超過15年或單臺(tái)機(jī)組容量小于1.5兆瓦的風(fēng)電場開展改造升級(jí)，即以大單機(jī)容量機(jī)組替代小單機(jī)容量機(jī)組，以性能優(yōu)異機(jī)組替代性能落后機(jī)組，相應(yīng)對(duì)配套升壓變電站、場內(nèi)集電線路等設(shè)施進(jìn)行更換或技術(shù)改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場提質(zhì)增效。同時(shí)，要求并網(wǎng)運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的風(fēng)電場退役，若經(jīng)安全運(yùn)行評(píng)估，符合安全運(yùn)行條件則可以繼續(xù)運(yùn)營。推動(dòng)老舊風(fēng)電場升級(jí)改造，不僅有利于提升風(fēng)能資源和土地利用效率，提高存量風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益，還可大幅拓展風(fēng)電市場空間，加強(qiáng)電力保供能力，為能源綠色低碳轉(zhuǎn)型注入新動(dòng)力。據(jù)發(fā)改委能源研究所測(cè)算，2021-2030 年全國風(fēng)電機(jī)組累計(jì)改造退役容量將超過6000萬千瓦。其中2000萬千瓦在2025年前改造完成，1.5MW以下的機(jī)組是主要退役或改造的對(duì)象。

二、風(fēng)電用鋼測(cè)算

風(fēng)電行業(yè)是我國鋼材需求的重點(diǎn)行業(yè)之一，未來隨著我國風(fēng)電裝機(jī)的增加，將會(huì)帶動(dòng)鋼材需求量的增長。鋼材是風(fēng)力發(fā)電裝備主基材，主要鋼材品種為中厚板、電工鋼和特殊鋼，風(fēng)電整機(jī)用鋼的部件包括塔筒、塔架、機(jī)艙、軸承、低速軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、電子控制器等。根據(jù)Mysteel的數(shù)據(jù)顯示，在風(fēng)機(jī)主體建設(shè)中，中厚板占總耗鋼量69%左右，因其具有焊接性能好、力學(xué)結(jié)構(gòu)良好、低溫沖擊韌性強(qiáng)（D、E級(jí)）等特點(diǎn)，主要用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔筒和機(jī)艙底座等零部件；特種鋼占總耗鋼量的26%左右，其具有更高的強(qiáng)度、韌性及性能，往往用于風(fēng)輪主軸、變槳系統(tǒng)軸承、偏航系統(tǒng)軸承、傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪、軸和軸承以及發(fā)電機(jī)軸等零部件；電工鋼占總耗鋼量的5%左右，因其具有鐵芯損耗低、磁感應(yīng)強(qiáng)度高、沖片性良好等特性，主要用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子零部件。

根據(jù)澳大利亞鋼鐵協(xié)會(huì)（ASI）2022年公布的數(shù)據(jù)顯示，2021年陸上風(fēng)電每GW對(duì)應(yīng)鋼材需求量12.4萬噸，按上述比例，需中厚板8.6萬噸、特殊鋼3.2萬噸、電工鋼0.6萬噸；海上風(fēng)電每GW裝機(jī)量對(duì)應(yīng)鋼材需求量19.0萬噸，其中中厚板13.1萬噸、特殊鋼4.9萬噸、電工鋼1.0萬噸。根據(jù)CWEA統(tǒng)計(jì)，2014年陸上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為1.8MW，海上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為3.9MW，2021年陸上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為3.1MW，海上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為5.6MW，陸上風(fēng)電單機(jī)容量年均復(fù)合增長率為8.1%，海上風(fēng)電單機(jī)容量年均復(fù)合增長率為5.3%，風(fēng)電大型化發(fā)展趨勢(shì)明顯。風(fēng)電大型化后帶來了原材料的攤低，根據(jù)公開資料顯示，1.5MW的風(fēng)電機(jī)組的重量大約為240噸，每MW重量為160噸，3MW風(fēng)電機(jī)組的重量大約為400噸，每MW重量為133.3噸，風(fēng)電機(jī)組在單機(jī)容量提升一倍的情況下，每MW重量降低16.7%。我們假設(shè)風(fēng)電機(jī)組每MW耗鋼量與重量變化一致，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組年均增長情況，預(yù)估未來陸上風(fēng)電機(jī)組每年每MW耗鋼量下降1.35%（8.1%*16.7%），海上風(fēng)電機(jī)組每年耗鋼每MW耗鋼量下降0.89%（5.3%*16.7%）。