風力發電是指把風的動能轉為電能。風能是一種清潔無害的可再生能源,很早就被人們利用,主要是通過風車來抽水、磨面,人們感興趣的是如何利用風來發電。利用風力發電非常環保,且風能蘊藏量巨大,因此日益受到世界各國的重視。
我國風電產業始于1986年,30多年來經歷了早期示范、產業化探索、產業化發展和大規模發展4個階段,從2007年開始,中國能夠自主建設風電場,增長成為世界第一,國內風電企業的市場占有率首次超過外資。2010年,中國新增和累計裝機量首次超過美國,從此開始連續12年穩居世界第一。
2021年,我國風電并網裝機容量突破了3億千瓦大關,風電裝機量占全國總電源裝機總量的13.9%,占全球風電裝機的40%,風電利用率達到了96.9%。
目前,中國風電事業已經取得了巨大成就,在世界能源格局中占據了舉足輕重的重要地位。中國風電年裝機總量已經穩居世界第一,而且從早期的整機進口到如今風機及其它部件,包括葉片、齒輪箱、發電機、軸承等核心部件均已基本實現國產化配套。
根據彭博能源公布的數據顯示,2021年全球前10大風電整機排名中占據了6個席位。而且,作為全球最大的風電裝備制造基地,中國風電機組零部件及整機產量已經占據了全球50%以上的市場份額。
雖然中國在風電領域的發展取得了很大成就,但是,風電的關鍵材料,葉片芯材、主軸承等部分零部件仍依賴進口。突發疫情更是打亂了國內風電產業的生產節奏。由于受疫情沖擊,進出口通道受阻,國內風電產業鏈“卡脖子”的問題顯得愈發明顯。
疫情爆發以來,部分風電設備生產難以按計劃交付,導致下游的風電場無法在規定時間節點前并網。
疫情逐漸平緩后,國內風電企業原來打算開足馬力,加快生產,以求能彌補前期被耽擱的訂單。然而卻難以如愿以償。在供應鏈全球化的背景之下,各國政府為應對疫情所采取的管控措施給中國風電帶來了不確定性,而首當其沖的就是對風電供應鏈的沖擊。
中國當前已經成為風電大國,但盡管如此,一些關鍵原材料仍需要從國外進口,如葉片的夾芯材料、IGBT(電力電氣件)以及各類軸承部件。而且由于中國每年的新增裝機規模巨大,再加上正處于市場需求高的搶裝特殊時期,疫情爆發前這些部件的供應就已經很緊張。
IGBT及軸承需要從歐洲進口,當前工廠并未停工,只要疫情不進一步惡化,政府的防控措施不進一步升級,短期內這些部件的供應,對于今年的新裝機還不至于造成致命打擊。與其相比,葉片芯材的供應情況不容樂觀。
葉片芯材是風電葉片的關鍵材料,一般采用夾層結構來增加結構剛度,防止局部失穩,提高整個葉片的抗載荷能力。最常用的芯材是巴沙輕木、PVC泡沫及PET。但從目前情況來看,這3種材料的供應都難以得到滿足。
輕木是葉片芯材的首選材料,生長于南美洲,全球90%以上的輕木都來自于南美洲的厄瓜多爾。然而,厄瓜多爾是目前南美洲禽流感疫情最嚴重的國家之一,11月30日,秘魯和厄瓜多爾政府分別宣布在本國實施為期3個月的衛生緊急狀態,以遏制禽流感疫情在這兩個相鄰南美國家的擴散。
厄瓜多爾農業部11月30日發表聲明說,當地大約18萬只禽類將被撲殺,“今后90天內,受疫情影響的農場所產禽類以及相關肉蛋產品不得外運“。
此外,葉片所需的另一芯材PVC泡沫也依賴于海外進口,PVC泡沫不等同于PVC,PVC是PVC泡沫的原材料之一,除此之外,PVC泡沫還需要其他原材料比如發泡劑、交聯劑等塑料助劑等,經過投料、共混、模壓、后處理等復制的工序制成。
受限于技術水平和加工工藝,國內PVC泡沫工廠目前只能從事后加工環節,在原板方面,國內基本上不具備相應的制造能力。
PVC泡沫原板供應商分別為瑞典的戴鉑DIAB公司和意大利的Maricell公司,由于戴鉑在意大利擁有一家大工廠,因此國內PVC泡沫芯材供應高度依賴于意大利。
作為巴沙輕木和PVC泡沫替代材料的PET,現在雖然可以實現國內供應,但由于生產線較少,所以產能有限,要滿足供應,需要擴建生產線。
除了葉片芯材外,中國風電產業還面臨主軸承供應的難題,風電軸承中,偏航軸承和變槳軸承的技術門檻相對較低,因此國內風電軸承企業的產能主要集中在偏航軸承和變槳軸承上,而主軸承和增速器軸承基本上依賴進口。
由此可見,雖然我國風電產業發展進入了爆發期,但在國際市場上的競爭力卻并非世界第一。我國風電業之所以在國際市場競爭力不足,難以取得絕對領先地位,根本原因就是,國產風電機仍不能完全實現國產化。
事實上,早在10年前,我國風電機組的國產化率就已經達到了近90%,然而10年后,我們的風電仍然不能達到100%國產化。主軸承和葉片芯材依舊面臨卡脖子風險。由于核心技術被壟斷,所以我國風電制造業不得不面臨高成本的局面。
海外企業在對我國出口風電主軸承上所賺的毛利率達到了30-40%,而我國風電機成品的毛利率卻僅能達到24%左右。
在高端風電軸承領域,國產風電軸承幾乎沒有競爭力,高端軸承市場已被瑞典SKF、日本NSK、德國Schaeffler等8大巨頭所壟斷。實際上,近些年來我國已經有廠家能夠生產出高端風電軸承,但是風電企業還是會選擇進口軸承。
原因在于,國產風電主軸承在可靠性上,也就是質量上不如進口產品,因此被貼上了低端標簽,雖然國產主軸承比進口主軸承價格低30倍左右,但是國內風電企業仍不愿意冒風險去采購。
高端軸承的背后,涉及力學、摩擦學等基礎學科,需要考慮設計、加工等實際技術問題,對于可靠性、使用壽命、安全性的要求很高,要生產出高質量軸承,需要攻克這些技術壁壘。
在中國高端風電軸承領域,進口產品占據了近60%的市場,因此,我國風電產業要完成國產替代,實現風電產品100%國產化,必須集中力量、聚集人才刻苦攻關,去突破這一技術難點。
綜上所述,中國風電要想解決”卡脖子“問題,需要不斷提高自身研發實力,徹底實現高端軸承和葉片芯材的國產化。事實證明,只有將核心技術掌握在自己手中,中國才能最終實現從制造業大國向制造業強國的跨越!