2018-2020中國風電變流器行業(yè)周期波動、國產(chǎn)化率及迎來新一輪機遇期分析圖

1、2018-2020中國風電變流器行業(yè)周期波動、國產(chǎn)化率及迎來新一輪機遇期分析圖 一、周期波動 1、20182020年陸上風電迎來第二輪周期 上市之初風電業(yè)務占比較高，受行業(yè)波動影響 風電變流器是風電機組的核心部件之一在風力發(fā)電系統(tǒng)中占有非常重要的地位。變流技術(shù)的應用不僅有利于機組提高效率，同時能對機組的柔性運行和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起到良好作用。 風電變流器可以優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)寬風速范圍內(nèi)的變速恒頻發(fā)電，改善風機效率和傳輸鏈的工作狀況，減少發(fā)電機損耗，提高運行效率，提升風能利用率。 風能以其清潔無污染、可再生的特性成為傳統(tǒng)化石能源有競爭力的替代品，但其不穩(wěn)定性給風電并網(wǎng)及大規(guī)模應用帶

2、來巨大困難。風電變流器是風力發(fā)電中不可或缺的環(huán)節(jié)，是通過整流、逆變原理將不穩(wěn)定的風電變換成為電壓、頻率、相位符合并網(wǎng)要求的電能的控制裝置。因此，要達到并網(wǎng)要求，每臺風機必須配備一套變流裝置。 風電變流器是雙饋風力發(fā)電機中，加在轉(zhuǎn)子側(cè)的勵磁裝置。在全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的背景下，清潔可再生新能源發(fā)電行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大。風力發(fā)電是發(fā)展快速的新能源發(fā)電技術(shù)，在全球范圍內(nèi)應用廣泛，已經(jīng)成為全球新能源發(fā)電的重要來源。風力發(fā)電市場快速發(fā)展，帶動了風電變流器市場需求持續(xù)增長。 風力發(fā)電清潔可再生，是新能源發(fā)電領(lǐng)域中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。隨著技術(shù)不斷進步、產(chǎn)業(yè)逐步成熟，風電行業(yè)的

3、投資、運營維護、開發(fā)利用成本持續(xù)降低，帶動了風力發(fā)電成本下降，與煤電成本的差距逐步減小，未來在替代煤電的市場中競爭優(yōu)勢更大。但風力發(fā)電量受自然條件的影響較大，發(fā)電量不穩(wěn)定給風電并網(wǎng)及大規(guī)模應用帶來困難，風電變流器能夠穩(wěn)定電壓，使其達到并網(wǎng)要求，是風電機組的關(guān)鍵部件。 風電變流器對風電機組并網(wǎng)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行起到了重要作用，并且可以提高風電機組運行效率，減少發(fā)電機損耗，是風力發(fā)電機組不可缺少的能量變換單元，每一套新增風電機組均需要配備一套風電變流器，因此，風電變流器市場需求規(guī)?？梢杂蔑L電機組裝機容量來衡量。 受政策影響，我國風電行業(yè)在2015年出現(xiàn)大規(guī)模搶裝，造成了下游電網(wǎng)消納難題，透支了未來

4、幾年的裝機空間。隨之而來的20162017年，政策收緊、風電開發(fā)節(jié)奏放緩，致使裝機量連續(xù)下降（20152018年國家能源局并網(wǎng)口徑：33.0、19.3、15.0、20.6GW）。20172018年，隨著我國電網(wǎng)風電消納的好轉(zhuǎn)，風電開發(fā)收緊政策趨緩，全國風電裝機量企穩(wěn)筑底。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 HYPERLINK /research/201809/679067.html 相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的2019-2025年中國風電變流器行業(yè)市場競爭格局及未來發(fā)展趨勢報告數(shù)據(jù)來源：公開資料整理數(shù)據(jù)來源：公開資料整理數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 輔助服務市場化改革、特高壓外送通道投運，“三北”風電裝機空間重新打

5、開。2015年之后，國內(nèi)以東北地區(qū)為代表的多個省份啟動了輔助服務市場化改革，棄電率逐年逐季下降，2018年年內(nèi)已全面降至個位數(shù)區(qū)間，風電開發(fā)預警吉林由紅轉(zhuǎn)綠，黑龍江由橙轉(zhuǎn)綠。目前，國內(nèi)已有5個地區(qū)調(diào)峰市場正式運行，另有9個區(qū)域也啟動了相關(guān)改革運作。與此同時，20172019年1月，酒泉-湖南（8GW）、扎魯特-青州（10GW）、錫盟-泰州（10GW）、準東-皖南（12GW）、上海廟-山東（10GW）特高壓工程陸續(xù)投運；2020年，青海-河南（8GW）也將投運。 華中、華東地區(qū)風電基數(shù)低，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長趨勢。2018年，華中地區(qū)風電增裝機容量達到5.14GW，同比增長44.3%；華東新增裝機達到

6、3.01GW，同比增長22.6%；華北地區(qū)新增風電裝機容量5.98GW，同比增長12.9%。華中地區(qū)，新增風電裝機量增速已經(jīng)連續(xù)3年保持在40%以上。這三個地區(qū)2018年風電合計新增裝機達到了14.13%，占2018年全部新增風電裝機的68.6%。 綜上來看，在三北地區(qū)逐步重新打開風電裝機空間、華東華中地區(qū)繼續(xù)保持風電增長的情況下，2020年風電裝機將會進一步伴隨整體電力裝機需求而提升。因此20192020年國內(nèi)風電裝機量仍有大幅提高，其中2019年有望達到30GW，2020年有望突破35GW。 2、“二元”市場競爭格局 2010年前后，陸上風電變流器實現(xiàn)。在我國風電行業(yè)發(fā)展初期，風電變流器的

7、供應廠商一致被國外廠商壟斷，包括有ABB、西門子、科福德（現(xiàn)已被GE收購，更名為GEsPowerConversion）。2007年，國內(nèi)風電行業(yè)開始受到政策鼓勵，一些電力電子公司開始嘗試突破國外企業(yè)壟斷。一方面，以禾望電氣為代表的一批公司，海德控制、陽光電源、科諾偉業(yè)陸續(xù)進入這一領(lǐng)域。而另一方，主機廠旗下的自供企業(yè)，如金風科技旗下的天城同創(chuàng)、明陽智能旗下的天津瑞能，也在主機廠的扶持下發(fā)展起來。從數(shù)據(jù)上看，我國陸上風電變流器行業(yè)在20072010年左右基本就完成的，除進口風機和海上風機外，變流器全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 變流器市場存在“二元”競爭格局，主機廠自供VS第三方供應商。

8、風機領(lǐng)域的龍頭廠商金風科技、遠景能源主要以自供為主，明陽智能的子公司天津瑞能也自供部分變流器（目前禾望電氣為主要供應商）。而產(chǎn)能較小的二線、三線風機廠商難培養(yǎng)自己的變流器生產(chǎn)廠家，一方面由于需求量有限，另一方面風機制造與變流器分數(shù)完全不同的兩個技術(shù)體系（風機為機電一體化、變流器為電力電子技術(shù)）。 2018年，風電行業(yè)龍頭競爭加劇，二三線品牌市占率受到擠壓。2018年，我國風電裝機容量企穩(wěn)，但增速較為有限。同時，在這一年二季度開始，風電機組行業(yè)競爭加劇，招標價格連續(xù)下跌，8、9月底部較年初下降超過10%，10月份開始在逐步企穩(wěn)回升至年初水平。根據(jù)GWEA的統(tǒng)計，除前三名風機廠家外，其余風機廠裝機

9、量均出現(xiàn)下滑。與此同時，我國風電裝機前三名廠商市場占有率合計提高到了64%，而2016、2017年分別僅為44%、55%。從2016年開始，國內(nèi)風電裝機的前三名穩(wěn)定為金風科技、遠景能源、明陽智能。 “二元”市場競爭格局下，大功率風機起步，客戶調(diào)整出現(xiàn)滯后。在“二元”市場競爭格局的情況下，盡管公司產(chǎn)品、成本都具有較大的優(yōu)勢（單機功率提升過程中），但是在切入自供體系的風機廠時難免遇到一定的時滯。但已經(jīng)看到了，在2018年明陽智能3MW機型出貨爆發(fā)后，禾望電氣快速進入了明陽的供應體系，并成為3MW機型的主要供應商。同時，金風科技、遠景能源的大功率機型、海上風電機型，公司也都已有小批量供貨。未來大功率

10、、海上風機市場的增長，將會帶動公司在一線廠商出貨份額。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理數(shù)據(jù)來源：公開資料整理數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 二、變流器國產(chǎn)化率分析 目前，我國風電變流器市場主要由國外品牌占據(jù)，自主品牌占有率很低。由于技術(shù)復雜，門檻較高，內(nèi)資企業(yè)中僅有一些實力較強和技術(shù)積淀深厚的企業(yè)在研制風電變流器，且尚未完全實現(xiàn)國產(chǎn)化。真正具有批量生產(chǎn)能力并進入風電場運行的國產(chǎn)自主品牌變流器相對較少。一方面是需求旺盛的風電市場，另一方面是國產(chǎn)品牌微小的市場份額，這就是我國風電變流器市場的主要特點。 在風機整機生產(chǎn)國產(chǎn)化率不斷提高的背景下，外資產(chǎn)品市場占有率仍高于本土品牌。國內(nèi)九洲電氣、清能華福、龍源電力、合肥陽

11、光等廠商多年來致力于變流器國產(chǎn)化，并取得了一定的突破，分別有1.5MW直驅(qū)、雙饋，2MW直驅(qū)變流器面市，在變流器國產(chǎn)化道路上邁出了寶貴的一步。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 三、海上風電+大功率風機，技術(shù)迭代加速牽動變流器市場 1、變流器是電氣系統(tǒng)的控制中樞，變頻技術(shù)是其核心 風電變流器的作用本質(zhì)，是為解決風機變化轉(zhuǎn)速下保證發(fā)電恒頻的問題。風力發(fā)電的一大問題在于，風資源的不穩(wěn)定性決定了風機的轉(zhuǎn)速是變化的，而并網(wǎng)則需要50Hz的恒頻交流電。因此，需要一定頻率變化手段去配合轉(zhuǎn)速變化，才能實現(xiàn)風電頻率變頻為電網(wǎng)交流頻率。而電力電子技術(shù)中的變頻器技術(shù)（交流-直流-交流）為解決這一問題提供了可能，風電變流器屬于

12、變頻器的一個分支。 風電變流器與發(fā)電機一起構(gòu)成了風機電氣系統(tǒng)的核心。發(fā)電機實現(xiàn)了機械能到電能的轉(zhuǎn)化，而變流器實現(xiàn)了電能形式向50Hz電網(wǎng)交流電的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化。 變流器需要緊密配合轉(zhuǎn)速、力矩，因此也是風機主控制器的電氣執(zhí)行機構(gòu)。具體來看，風電變流器分為雙饋變流器和全功率變流器兩個大類，分別使用在雙饋型風機和直驅(qū)（包括半直驅(qū)）風機上。 (1)雙饋型變流器： 雙饋型風機的使用的是交流勵磁發(fā)電機。常見的火電發(fā)電機組使用的是直流勵磁同步發(fā)電機，因為是直流勵磁，所以磁場固定不變，通過調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速控制發(fā)電頻率。但是，因為風機轉(zhuǎn)速不可控，因此需要生成一個與風機轉(zhuǎn)速相差50Hz的旋轉(zhuǎn)磁場，才能夠保證發(fā)出50Hz的交

13、流電實現(xiàn)并網(wǎng)，因而使用交流勵磁。雙饋型風機變流器的作用就是為了生成這個頻率旋轉(zhuǎn)磁場而提供交變電流。在實際運轉(zhuǎn)過程啟動后，風機發(fā)出的電能也將會通過變流器反饋給電網(wǎng)（約占風機總功率的3540%），因此這一類型風機稱之為雙饋型風機。 (2)全功率（直驅(qū)式、半直驅(qū)）變流器： 直驅(qū)式風機使用的是同步發(fā)電機。其中，使用永磁同步發(fā)電機的風機稱之為永磁直驅(qū)型。而在風機主軸與同步發(fā)電機之間加裝了變速齒輪箱的風機，稱之為混合直驅(qū)或半直驅(qū)風機。從電氣特性上看，半直驅(qū)風機屬于直驅(qū)式風機范疇。 因為，同步發(fā)電機的頻率和轉(zhuǎn)速成正比，因此直驅(qū)式風機發(fā)電機發(fā)出的交流電頻率是在跟隨風機轉(zhuǎn)速變動的。而直驅(qū)式風機變流器，則現(xiàn)將這種

14、變頻率的交流電整流為直流電（機側(cè)變換器），再將直流電逆變成50H交流電并網(wǎng)（網(wǎng)側(cè)變換器）。其中，網(wǎng)側(cè)變換器原理與光伏逆變器一致。并且可以看出，發(fā)電機的全部電能都通過變流器傳輸?shù)诫娋W(wǎng)側(cè)，因此這一類型變流器也被稱為全功率變流器。 從風電變流器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和作用上可以發(fā)現(xiàn)：風機中變頻器是整個電氣系統(tǒng)的控制中樞，直接影響著發(fā)電效率、低電壓穿越等電氣參數(shù)和功能，并且需要與風機主控制器實時交互多種數(shù)據(jù)；風電變流器與工業(yè)變頻器技術(shù)同源，在產(chǎn)品設計和生產(chǎn)上基本一致，并且在初期功率范圍也基本一致。 因此，在我國風電發(fā)展爆發(fā)前期，伴隨著變頻器技術(shù)的國產(chǎn)化，風電變流器行業(yè)也在2009年前后進入了階段。而且2009年前

15、后國內(nèi)以1.5MW及以下風機為主的階段，風電變流器的功率級別與普通工業(yè)變頻器基本一致（雙饋型為500kW左右，全功率在11.5MW左右），技術(shù)、生產(chǎn)門檻都較低。也是在2009年前后，禾望電氣，陽光電源，科諾偉業(yè)，清能華福，南車時代等公司陸續(xù)發(fā)布產(chǎn)品。金風科技、明陽智能的變流器子公司也同時期成立。早期龍頭風機廠培養(yǎng)自身的變流器供應廠商的原因主要有三方面：1、變流器單機功率較小、門檻較低，主機廠亦試圖打破國外壟斷；2、變流器與風機控制器數(shù)據(jù)頻繁交互，主機廠擔心技術(shù)泄密；3、擔心被供應壟斷，喪失議價能力。 經(jīng)過10年左右發(fā)展，在2018年基本形成了第三方供應與風機廠自供各占50%左右的市場格局。金風

16、、遠景、明陽三家龍頭設有自己的變流器子公司，但三家或多或少的均使用了禾望電氣的變流器產(chǎn)品，其中明陽使用較多。而其他風機廠，基本外采自禾望電氣、日風電氣（IPO終止）、陽光電源、海德控制等外部供應商。 2、大功率迭代加速，直驅(qū)式變流器需求迎來結(jié)構(gòu)性增長 從2009年至今，我國風機單機功率的提升速度實際較為緩慢。我國新增風電單機平均功率在2007年突破1MW、2011年突破1.5MW，2017年突破2MW，約以每年0.12MW的速度提升。主流雙饋變流器的功率僅在300700kW之間，全功率變流器也在2MW以下。但是從2018年開始，國內(nèi)大功率風機的提升速度明顯加快，特別是海上風機的出現(xiàn)，基本從4M

17、W級別啟動，國內(nèi)廠商在2019、2020年將開始提供5.5MW、6MW甚至7.25MW級別的大功率風機。風機單機功率提升速度已經(jīng)明顯加快。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 2019年，2MW以上風機比例料將超過50%。2018年我國風電新增裝機中，2MW以上機型的比例已經(jīng)達到45%。特別是在2016年之后，2017、2018年分別提高到了34%、45%，分別提高了14個、11個百分點。以2019年烏蘭察布6GW風電基地中標機型為例，投標機型中最小容量為3.4MW，最大容量為5.17MW，而最終中標機型容量平均高達4.2MW。另一方面，海上風電的單機容量都在3MW以上，而今年海上風電裝機量有望達到2.5G

18、W。因此，預計到2019年2MW以上風機比例將會超過50%。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 全球風機廠商加快推出大功率機型，陸上、海上大功率趨勢加速。20142015年開始，全球風機廠商陸續(xù)發(fā)布的研制機型功率全面突破5MW，風機的大功率趨勢開始加速。2018年開始，全球風機廠商的商用機型中已全面都開始加快推進自身的大功率風機，包括陸上、海上風機。以西門子歌美颯為例，2018年四季度官網(wǎng)發(fā)布的合計3GW訂單中，3MW及以上機型出貨超過2GW，占比66%以上，其中海上風機絕大部分為68MW風機。從2018年全年來看，西門子歌美颯公開的中標量為10.57GW，其中4MW以上機型已經(jīng)過半

19、。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 直驅(qū)、半直驅(qū)式大功率風機出貨增速加快，全功率變流器需求結(jié)構(gòu)性增長。2017年，金風科技、明陽智能3MW及以上風機出貨量僅為15臺、14臺，而2018年分別達到了123臺、203臺，分別增長了7.2倍、13.5倍。其中，金風科技包括有6臺6MW風機，明陽智能包括有3臺5.5MW海上風機，在2018年實現(xiàn)首次銷售出貨。金風科技、明陽智能分別采用了永磁直驅(qū)和半直驅(qū)技術(shù)，均采用的全功率變流器。目前全功率變流器價格，也略高于雙饋變流器40%左右。 3、國內(nèi)海上風電產(chǎn)業(yè)加速，打開國內(nèi)高端變流器市場 政策支持海上風電意愿不減，為大功率風機趨勢錦上添花。2018

20、年，我國海上風電裝機突破1.5GW，繼續(xù)保持了50%的增長速度。隨著國產(chǎn)大功率風機的技術(shù)突破，海上風電的度電成本快速下降，在國內(nèi)0.85億元/kWh標桿電價情況下，已經(jīng)可以實現(xiàn)非常好的項目收益。根據(jù)最新的政策要求，2019年開始我國沿海省份海上風電啟動競價機制，2019、2020年的指導電價（競價上限）分別為0.80、0.75元/kWh，補貼退坡較為溫和。一方面，反映出我國海上風電的裝機成本已經(jīng)開始下降，另一方面也反映出國家層面對于海上風電產(chǎn)業(yè)的支持意愿。大功率風機是風電行業(yè)發(fā)展的技術(shù)方向，是降低度電成本的最重要途徑。因此，海上風電行業(yè)的發(fā)展（包括國家補貼政策）對于國內(nèi)風機廠商的技術(shù)升級具有重

21、要的意義，可以推動風機廠及供應鏈在大功率技術(shù)方向上繼續(xù)追趕甚至反超國外企業(yè)。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 未來三年海上風電裝機量有望超過10GW。目前，國內(nèi)海上風電在建項目已經(jīng)超過10GW，預計將在未來23年的時間內(nèi)陸續(xù)并網(wǎng)。根據(jù)最新的政策，要求2018年底之前核準的項目須在2021年底之前完成并網(wǎng)，才可以繼續(xù)享受0.85元/kWh的補貼電價。在海上風電系列報告之二中已做了統(tǒng)計，今年國內(nèi)海上風電裝機量有望達到2.5GW，明年有望達到4GW，2021年有望進一步提高。 海上變流器價值量高出50%80%，高端市場競爭者寥寥無幾。海上環(huán)境復雜，相比于陸上產(chǎn)品，防腐防銹等附加需求更多，對于產(chǎn)品可靠性要求更高。對于變流器而言，大功率、高可靠性、克服復雜海洋環(huán)境等要求，使得這一領(lǐng)域成為了變流器的“高端市場”。此前，以上海電氣代表的企業(yè)使用的為國外西門子、ABB的變流器產(chǎn)品，這一點與10年前陸上變流器的進程相似。據(jù)了解，陸上風機的全功率、雙饋變流器價格分別在0.15元、0.11元/W左右，而海上變流器的價格多在0.23元/W以上，高出50%80%。若按照未來兩年0.2元/W的平均價格測算，2019年國內(nèi)海上變流器市場空間約為5億元，2020