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俄乌战场之外,一场没有硝烟的能源战争早已拉开序幕。

这一边,美国、欧洲等西方国家率先亮出了经济制裁的牌面,贸易禁运、资产冻结轮番上阵。

另一边,俄罗斯直接甩出了“王炸”——从4月1日起,俄罗斯向“不友好”国家和地区供应天然气时,改用卢布结算

否则不卖了,“我们也不打算做慈善”。

这无异于给了欧洲各国一记重拳。长期以来,欧洲高度依赖俄罗斯的油气资源,其原油、天然气的进口半数都来自俄罗斯。

“北溪二号”天然气管道,暂已废弃。图源:今日俄罗斯

3月以来,国际原油价格一路高歌猛进,最高逼近140美元/桶,比去年同期增长近100%;作为欧洲天然气价格风向标的荷兰TTF天然气期货价格一度拉涨超60%。

就算欧洲改用美国化石能源,价格也可能增加30%,运输时间还会增加90天

那么,可再生能源呢?

根据英国石油公司的统计,2020年欧洲煤炭、天然气和可再生能源的发电量,占比分别为15%、20%和41%。

新能源,并不能完全补上传统能源的窟窿。

也就是说,假如最坏的时刻来到,欧洲下一个冬天将面临“灾难性局面”。

从地缘冲突到能源暗战,欧洲的“困境”,也为中国当下的能源发展敲响警钟,尤其在碳中和的大背景下,探索风电水核电的补充和替代,刻不容缓。

2021年中国电力生产结构中,可再生能源的发电量占全社会用电量的29.8%,其中水电13401亿度,风电仅次于水电,发电量达到6526亿度,同比增长40.5%,比北、上、广、深加杭州一年的用电量还要多。(2020年用电5504亿度)。

在“风光互补”的产业格局下,中国光伏已成为“全球霸主”,风电产业整体却“大而不强”:

论装机容量,中国陆海风机装机量世界第一;2021年全球新增的风电装机,一半来自中国,堪称装机大户。

但风电产业高端零部件(主轴承、碳纤维)还大量依赖进口,一个小小的轴承滚子,其进口价格能达到国产的25-30倍。

即使有了“国产替代”,整机厂出于可靠性考量,关键部件依然倾向于进口,以致于出现国产风电大轴承零订单的现象。

而今,风电行业的政策红利也在消退,继陆上风电退补之后,2022年海上风电也开始全面施行平价上网

后补贴时代的中国风电,还能接着奏乐接着舞吗?

答案,或许就在风电“陆海并进”的“海”上。

01:海上捕风人

2006年6月,一份项目可行性研究报告递到了国家发改委的办公室。

报告由三峡上海院编制,主题只有一个:在上海建设中国第一个海上风电项目——东海大桥海上风电场

中国风电的起点在新疆达坂城,戈壁滩的风吹过大风车,源源不断地向四面八方输送着清洁能源。

但相比三北地区空旷的原野,光是在海上安装一台抗台风、防腐蚀、大兆瓦的风机,都会面临前所未有的挑战。

更不用说报告提交的前一年,中国的风机企业还只能制造600千瓦以下的风电装备,国产风机在中国市场的占有率不足三成

以这样的条件做海上风电,似乎有点“痴人说梦”。

外方专家还开玩笑,“如果这个项目不采用国外的设计、施工和制造,国产化风险远远超出预计,真这样做的话,我敢打赌,5年之内你们建不成。”

“如果建成的话,我请你们吃饭。”

中国第一个海上风电项目,就这样带着一点“赌气”开始了。

同年,政策补贴之下,华锐下线第一台国产化1.5兆瓦(1兆瓦=1000千瓦)风机,金风科技紧随其后,风电版图从三北向全国扩张,涌现出一批地方性风电企业。

远在广东的张传卫也看到了这个机会,决定从输配电行业跳到风电领域。

当时,金风科技背靠三峡集团,而华锐背后,又有大连重工的影子,并且无论是华锐还是金风科技,创始人都有“风电基因”。

相比之下,张传卫既没人,又差钱,就连风电技术都是一张白纸,多少有点“炮灰”气质。

公司上下一片反对,张传卫执意要做,声称“不动用一分钱”,只带走了原公司的“明阳”二字,成立明阳风电

业界流传的一种说法是,张传卫找到中山市政府,将一块工业用地协调为商业用地抵押,拿到了3000万元的贷款,这就是明阳风电的全部家当。

3000万的“老婆本”,先拿出1000万与德国风机设计公司Aerodyn进行合作,又拿出1000万做项目启动资金。张传卫一边做整机设计与零部件开发,一边招揽人才消化吸收技术,用一年3个月的时间,就完成了原计划3年的1.5兆瓦样机的制造。

剩下的钱也没闲着,张传卫又买下一块200亩的新地皮,这块地在半年之后涨了7成,明阳又拿到了3000万元的抵押贷款。

一手资本腾挪,一手行业热络,风电国产化大背景下,明阳2007年底的筹措资金,达到了2.7亿

此时,三北的风电市场已然被华锐和金风把持,后起之秀们只能选择差异化的竞争路线。

远景能源坐标江苏,主打“低风速智能风机”。

明阳风电则根植于台风多发的广东,瞄准“抗台风型风机”,是目前国内掌握台风风场实际运行数据最多的公司。

2008年,明阳风电的产值直逼21亿,随后的一年,又飙至60亿,到2010年,明阳在纽交所敲钟上市,张传卫也成为当年的CCTV中国经济年度人物。

从2010年开始,中国风电新增装机量每年都位居世界第一,风电设备的国产化率达到90%,在全球产业链中的份额也不断攀升。

这也是中国海上风电值得铭记的一年。

5月,明阳与Aerodyn合作研发的3兆瓦超紧凑型风力发电机样机下线,应用到了江苏如东的潮间带风电试验场,而江苏如东风电场今天是亚洲最大的海上风电场,总装机容量达到180万千瓦,可供上海200万户家庭使用。

6月,曾被认为“5年之内建不成”的东海大桥风电场一期34台3兆瓦华锐风机全部并网发电,创下了亚洲第一座海上风电场、中国自主研发的第一台3兆瓦离岸型机组、第一次采用海上风机整体吊装工艺、世界首创高桩承台基础设计等多项纪录。

从0到1,中国的海上追风,正式进入加速跑时代。

02:从“等风”到“追风”

2006年,《可再生能能源法》正式实施,国家对风电上网电价进行补贴,风电领域迎来轰轰烈烈的抢装潮。

5年时间,中国以年均70%以上的复合增长率,成为世界风电装机第一大国。

然而,随着风电并网容量的增加,甘肃、河北等地的风电机组不断发生大规模脱网事故,被电监会点名;华锐的风机在吊装调试时,还砸死了现场剪彩的区委副书记。

2011年,国家开始收回地方独立审批权,风电纳入国家统一规划,项目经核准才可开工,狂飙的风电行业被按下暂停键。

居高不下的弃风率也为风电泼了一盆冷水。

很多人都知道“西电东送”工程,中国的用电大户在东南沿海,而风力发电,则主要集中在三北地区。

由于三北地区风电消纳能力不足、风电不稳定等原因,全国平均弃风率在2011年超过16%,甘肃、新疆、吉林的弃风率高达30%以上,按5毛钱一度电算,仅电费损失就高达上百亿元

要充分利用风能,而不是盲目大干快上,这样的现实造就了今天中国风电产业“陆海并进”的宏伟格局——

首先,中国有长达1.8万公里的海岸线,建设海上风电,可以节约土地资源

其次,海上风电场更靠近经济发达的地区,不需要长距离大容量的输电线路;

再者,相比陆地上的阵风,海上的风力更稳定,也更强劲,同等条件下,海上风力机的年发电量能比陆上高出70%

既然海上风电这么强,为啥大家都爱往戈壁滩上挤?

因为海上风电更贵,也更难。

2013年,中国陆上风电的投资成本最低可以做到1100美元/kW,而海上风电的投资范围大概在3600-5600美元/kW,翻了几倍。

抛开材料、运输、安装这些直接的成本,仅定期进行海上检查维修的作业船,每出动一次,都得十几万

全年无休运行25年的海上风电机组,装备技术更是“难于上青天”。

先说环境。

海上条件恶劣,上有台风侵袭,中有盐雾腐蚀,下有海浪冲击,对风电机组的考验更大。

拿台风来说,中国东南沿海每年受台风影响超过10次,12级以上的台风经过海上风电场时,虽然提高了发电量,也给风机造成了巨大的冲击。

台风在风电技术更为成熟的欧洲国家几乎是不存在的,连求师都无处可去。

还有海上细小的盐雾,也会在潜移默化中腐蚀风机的轴承,人工模拟醋酸盐雾(ASS)试验24小时,其腐蚀程度几乎相当于在自然环境下暴露3年,让风电这个“钢铁巨人”变得不堪一击。

被盐雾腐蚀的钢铁

运输安装也非易事。

一台海上风机加上塔筒的重量能达到1000-2000,组装好的叶轮面积和3个足球场的大小相当,最远还要到离岸40公里的海上进行吊装,这其中的每一个细节出现纰漏,都会直接影响造价上千万的风电机组,甚至直接引发安全事故。

2019年,全球海上风电行业共发生252起“高风险事故”(造成人员死亡或永久性伤害),其中一半以上都发生在风机和运维船高空作业时。

海上风电的装配,对高端和精密制造的要求更高。

一台“大风车”,底下是100米高的塔筒,上面高速旋转着三个叶片。

为了降本增效,海上风机叶片如今迈入“百米级”时代,一个叶片比一架波音747还要长。

风车发电,就好比三架波音飞机在距离海面40层楼的高度绕着一个中心轴不停旋转。

风机叶片v.s人

高速运行下,即使一滴水打到叶片上,也相当于一颗子弹的冲击,这就对叶片制作工艺提出了要求,100米长的巨型叶片,容不得一根头发丝那么细的裂缝。

输电的海底电缆,同样不可忽视。

海缆要保证长距离、大容量稳定输出,需承受最大水深8000米的巨大压力,差不多是把一头大象放在人的拇指上所承受的重量。

中国海缆在相当长的时间里全靠进口,一旦出现问题,风机的电力就无法传送,一个20万千伏的风场停下一个小时,损失就能达到10万元

海底电缆发展的前100年,没有中国制造的影子

严酷的海洋环境、动辄千万计的投资成本、材料与技术的封锁禁运,这就是中国的海上风电的起点。

但中国海上风电的先驱者们,依然把目光投向了辽阔的海域,从“等风来”“追风去”,用10年的时间,追上了国际同行的脚步。

03:风电的未来在海上

2018年,明阳风电更名“明阳智能”,从美股私有化退市,开始筹备回归A股。

从名字里,就能看出张传卫的“野心”。

他认为,“当初去美国上市主要出于对资本市场、供应链、全球化等方面的考虑,回归A股则是因为明阳智能的主战场还是在国内。”

在市场规模上,如张传卫所言,中国确实有广阔的成长空间。

2019年,中国海上风电的增长势头肉眼可见,总装机量10年涨了40倍

2019年,全国六大区域的新增并网风电装机容量占比分别为西北(18.5%)、华北(23.34%)、华东(22.14%)、西南(6.31)、中南(24.78%)、东北(4.92%),尤其中南地区,相比4年前翻了两倍还多。

根据国家能源局的最新数据,2021年中国海上风电累计装机26.39GW,位居全球第一;新增装机同比增长339.53%,达到16.90GW,占全球新增投产规模的87%,一举实现“赶德超英”。

在山东 ,首批海上风电60万千瓦示范项目实现全容量并网,两个月的时间就发出了4亿度的电量。

在上海,东海大桥、奉贤、南汇、长兴岛、崇明等十余个海上风电场陆续起步,金山海上风电场已开始为平价上网“探路”。

在粤港澳大湾区,国内首个百万千瓦级的三峡阳江沙扒海上风电场,2022年已累计安全生产清洁电能10亿千瓦时。

据计算,阳江沙扒海上风电场每年可为粤港澳大湾区提供约56亿千瓦时的清洁电能,满足约240万户家庭年用电量,相当于种植近20000公顷的阔叶林。

“陆海并进”的格局下,全国平均弃风率降至2%,拥有6128公里海岸线的福建省搞风电,弃风率甚至做到了0%。

但光有市场不够,还得有技术。

根据国家发改委的风电上网电价政策,陆上风电从2021年起不再享有补贴,新核准的海上风电在2022年也正式进入平价时代

光伏、陆上风电一样,海上风电也是先补贴、后“退烧”——所谓的“政策扶上马”,行不行则全看个人。

在行业“内卷”之下,陆上风电的指导价格已和火电基本持平,而海上风电度电价格依然处于高位。

虽然现在国家退补之后,地方补贴还在为海上风电“输血”,但无论光伏还是风电,清洁能源要想发展,只有“平价上网”一条路。

市场可不管你清不清洁,环不环保,便宜好用才是真理。

而技术进步才是降本的核心。

理论上讲,风力发电,风越大、风机正面与风向角度垂直,风机才能转得越快,才能发更多的电。

想象一下玩风车,风要垂直吹过来才转得快

但实际上,人类(现在)左右不了风刮多大和今天刮东北风,还是西南风,因此只能在风机上动脑筋。

即在条件允许(安全、技术)的情况下,让风机实现大型化、轻量化、智能化——整合产业链,提高装备技术,用更低的成本,发更多的电。

近10年,风机兆瓦、叶片直径“大型化”成为趋势

在叶片领域,上海电气自主研发的百米级叶片S102,是目前全球最长的风电玻纤叶片,走在世界前列。

大容量机组方面,金风与明阳旗下的大功率海上风电机组,获得了世界风电行业的专业认可;

中国海装则拥有完全自主知识产权的2-5MW级、8-12MW级及更大容量风电机组关键技术,处于国内领先、国际先进水平。

要知道,10MW的机组满负荷运行的条件下,大风车转一圈就能发16度电,满足一个正常家庭一天的用电量。

而风电智能化,意味着不但要利用风,也要“驾驭”风。

除了远程监控、故障诊断以及安装调试全部智能化管理, 还要根据过去海上风资源及水文大数据,得出叶片、变桨偏航系统、传动系统等部件的载荷数据,以及时调整风机,降低载荷,从而节省成本

同时,还能根据大数据模型提前进行运动控制,使风机“自主适应” 风向、风速 ,以最大程度地利用风能提高效能

在智能风机领域,明阳拥有漂浮式风机的 完全知识产权。

明阳的漂浮式海上风机

漂浮式风机,采用“单点系泊”——作业风机系在一个海上固定或浮式结构物上,可以360度回转——根据风向调整风机角度,不仅实现了风能最大化,还可以进行深海远海的海上风电开发,不会影响近岸渔业及其他产业活动。

80%的海上风能都处于深远海如果说,海上风电是风电的未来,那么走向深海,就是海上风电的未来。

2021年底,由明阳智能自主研发制造的中国首台大容量抗台风漂浮式海上风机成功并网。

但这只是万里长征的第一步。

现在,漂浮式风电开发成本大概在40000元/千瓦左右,距离 海上风电平价,还很远。

如何加强产业集群、降低设备成本及前期费用、拓展市场规模,是摆在整个海上风电行业面前的问题。

一个好消息是,国家能源局将组织编制《全国深远海海上风电规划》,研究在有条件的区域布局一批海上风电基地,推动形成规模化连片开发格局。

政策的春风吹来,就等中国海上风电人们扬帆起航。

尾声

30年前,面对达坂城千年一贯的大风,第一批中国风电人有一个朴素的梦想:在这里安装成百上千台风机

20年前,他们的梦想变成了有生之年造出中国自己的风机,使风电设备“彻底国产化”。

10年前,中国风电的国产化率已接近90%,海上风电起步,用5年时间包揽了全球风电市场的3-6名

今天,中国风电还实现了“走出去”的梦想。

金风科技与巴西风电项目合作,远景能源中标哈萨克斯坦风电项目,明阳智能计划在英国投资建设一座叶片制造厂、一所服务中心……仅去年12月,中国风电企业就拿下了7个海外订单。

明阳智能进军欧洲市场

在国际能源博弈中,有了实力,才有说话的底气。

尽管在高端零部件上,中国风电和国际巨头相比还有差距,但就像光伏、新能源汽车,就像无数个从低谷走来的中国制造业一样,中国风电,终会等来厚积薄发的时刻。

而风电,只是中国可再生能源发展的一个缩影。

无论市场是激进豪放,还是审慎求稳,无论政策是补贴扶持,还是严进严出,无论是风、光、水、氢合力发展,还是储、存、运、输各自为战,中国可再生能源发展的目的只有一个——2030年碳达峰、2060年碳中和。

好风凭借力,送我上青云,下一个10年,中国还将乘“风”破浪。

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参考资料:

陈九霖 ,《俄乌冲突加剧能源危机,欧洲何以成了冤大头》,发布于“中国能源报” 刘满平,《俄乌冲突将给国际能源市场带来五大影响》,发布于“中国能源报” 林屾,《求解“能源危机”》,发布于“瞭望周刊” 《百年党史 记忆工程丨东海大桥海上风电场:亚洲第一 擎天而立》,发布于“北极星发电网” 邱晓芬 苏建勋《从一块地皮滚到一百亿,风电巨头「明阳智能」资本变形计 | 36碳深度》,发布于“36碳” CCTV纪录片《大风歌》 《我国首台漂浮式海上风机并网!深远海海上风电开发技术获突破》,发布于“上海证券报”

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