一、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備基礎(chǔ)知識

（一）風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的概念及分類

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局制定的《國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)包括鍋爐及原動設(shè)備制造（C341）項(xiàng)下的風(fēng)能原動設(shè)備制造（C3415）和電機(jī)制造（C381）項(xiàng)下的發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)組制造（C3811）。

作為二次能源的電力，都由一次能源通過電力設(shè)備轉(zhuǎn)換而來。由于一次能源的種類和物理屬性不同，與之匹配的電力設(shè)備存在很大差異。按照利用的一次能源不同，發(fā)電設(shè)備可分為火電發(fā)電設(shè)備、水電發(fā)電設(shè)備、核能發(fā)電設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和其他發(fā)電設(shè)備，其中，光伏發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、水電發(fā)電設(shè)備統(tǒng)稱為可再生能源發(fā)電設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是指由葉片、變速箱、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、塔筒以及輔助設(shè)備組成的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

（二）風(fēng)力發(fā)電設(shè)備行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

從產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看，風(fēng)機(jī)零部件主要有葉片、齒輪箱、風(fēng)機(jī)（發(fā)電機(jī)）和塔筒（塔架）等，其組裝成為整機(jī)，即為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。葉片是吸收風(fēng)能的單元，用于將空氣的動能轉(zhuǎn)換為葉片轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。齒輪箱為聯(lián)接葉片和風(fēng)機(jī)的裝置，將葉片在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速（直驅(qū)式發(fā)電設(shè)備不使用齒輪箱）。風(fēng)機(jī)是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的做功裝置，將葉片轉(zhuǎn)動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。塔筒為風(fēng)力發(fā)電的塔桿，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中主要起支撐作用，同時(shí)可吸收機(jī)組震動。此外，整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)還配有偏航系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)，其中偏航系統(tǒng)為對風(fēng)裝置，其作用為在風(fēng)速矢量的方向變化時(shí)能快速對準(zhǔn)風(fēng)向以獲取最大風(fēng)能；變槳系統(tǒng)控制葉片相對于旋轉(zhuǎn)平面的位置角度，通過改變氣流對葉片的攻角來使葉片捕獲風(fēng)動轉(zhuǎn)矩和功率。

鋼鐵、有色金屬為齒輪箱、風(fēng)機(jī)的主要原材料，鋼鐵為外部塔筒的主要原材料，樹脂及纖維材料制成葉片。因此，行業(yè)上游主要為鋼鐵、有色金屬材料、樹脂或纖維材料等大宗商品及其加工產(chǎn)品，下游客戶為風(fēng)力發(fā)電企業(yè)，行業(yè)處于電力產(chǎn)業(yè)鏈的中游。

原材料價(jià)格隨國際大宗商品價(jià)格波動，行業(yè)參與者均為價(jià)格接受者，具有明顯的周期性特點(diǎn)。行業(yè)內(nèi)企業(yè)在對上游原材料價(jià)格被動接受，基本無議價(jià)能力，采購結(jié)算一般也采取現(xiàn)貨現(xiàn)款的結(jié)算方式。下游電力企業(yè)的發(fā)電項(xiàng)目均為招標(biāo)采購，在我國由五大電力集團(tuán)、神華集團(tuán)和中廣核風(fēng)電公司下屬風(fēng)電企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，上述企業(yè)整體裝機(jī)占比達(dá)65%以上。從產(chǎn)業(yè)鏈地位來看，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造行業(yè)內(nèi)單體企業(yè)對上下游話語權(quán)均較弱，行業(yè)內(nèi)企業(yè)在銷售談判中不占有主動優(yōu)勢，不利于成本的降低和產(chǎn)品價(jià)格的提升，同時(shí)行業(yè)需求較易受國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)政策影響。整體看，風(fēng)電設(shè)備制造行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈地位相對較弱。

二、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)路線

我國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)起步較晚，1996年之前我國風(fēng)電設(shè)備全部從國外直接引進(jìn)，之后才開始風(fēng)電技術(shù)引進(jìn)和規(guī)?；l(fā)展。1996~2006年，我國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造商基本依靠引進(jìn)國外成熟風(fēng)電技術(shù)，國外制造商在我國風(fēng)機(jī)市場占據(jù)優(yōu)勢地位，截至2006年占新增裝機(jī)的55.10%。2006年以來，我國進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大，陸上風(fēng)電主流機(jī)型從開始的750kW增加到1.5MW-3.0MW，海上風(fēng)電主流機(jī)型已達(dá)4MW以上。其他設(shè)備方面，風(fēng)輪直徑和塔筒高度均持續(xù)提高；變槳距功率可調(diào)節(jié)型機(jī)組發(fā)展迅速，近年來在風(fēng)電機(jī)組特別是大型風(fēng)電機(jī)組上得到了廣泛應(yīng)用。此外，直驅(qū)發(fā)電機(jī)（通過風(fēng)輪直接驅(qū)動，取消高速齒輪箱的發(fā)電機(jī)）的市場份額迅速擴(kuò)大。

整體來說，我國風(fēng)電設(shè)備技術(shù)最近20年的發(fā)展一直處于追趕狀態(tài)，目前在整機(jī)制造、齒輪箱等大型組件可以規(guī)?；a(chǎn)，但自主研發(fā)能力、公共技術(shù)平臺（如大型葉片試驗(yàn)、傳動系統(tǒng)試驗(yàn)、整機(jī)測試場等）建設(shè)、檢測認(rèn)證體系等方面，特別是關(guān)鍵零部件制造方面仍與國外先進(jìn)產(chǎn)能有一定差距。目前我國風(fēng)電度電成本約0.4~0.5元，為實(shí)現(xiàn)2020年風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)進(jìn)步帶來的風(fēng)電成本下降、效率提升將是最重要的途徑。

未來風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)進(jìn)步主要包括如下路線：

（一）機(jī)組整體單機(jī)容量更大，運(yùn)營效率更高

我國風(fēng)電機(jī)組持續(xù)呈向大功率的方向發(fā)展。據(jù)CWEA數(shù)據(jù)，2016年我國風(fēng)電機(jī)組累計(jì)裝機(jī)平均功率為1.61MW，同比增長2.9%，其中1.5MW的風(fēng)電機(jī)組占總裝機(jī)容量的50.4%，較2015年下降約5個(gè)百分點(diǎn)，2MW的風(fēng)電機(jī)組同比上升約5個(gè)百分點(diǎn)至32.2%。2016年新增裝機(jī)平均功率1.96MW，同比增長6.4%，其中2MW已占到60%以上。2017年全球風(fēng)電裝機(jī)平均單機(jī)容量為2.53MW，其中我國平均單機(jī)容量為2.11MW，風(fēng)電平均單機(jī)容量首次突破2MW，但仍低于全球平均水平。

根據(jù)最新訂單情況，在我國2.5MW風(fēng)電機(jī)組將逐漸替代2MW風(fēng)電機(jī)組成為風(fēng)電裝機(jī)的主流選擇。隨著風(fēng)電發(fā)展加速拓展風(fēng)速較低、地形復(fù)雜的中部和東南部地區(qū)，同時(shí)裝機(jī)容量普遍較高（以4MW為主，其次為3MW和3.6MW機(jī)組）的海上風(fēng)電規(guī)模迅速增長，未來風(fēng)電機(jī)組將繼續(xù)向高功率機(jī)型過渡，發(fā)電效率將進(jìn)一步提高。

（二）風(fēng)輪葉片直徑增加，葉片大型化、輕量化

與單機(jī)功率持續(xù)增大相匹配的，是風(fēng)輪直徑的增加趨勢。據(jù)GE統(tǒng)計(jì)，2006年美國主流機(jī)型風(fēng)輪直徑70m，而2016年的主流機(jī)型風(fēng)輪直徑達(dá)116m，增加近60%；GE同時(shí)預(yù)計(jì)2025年風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪直徑將達(dá)到平均160m，掃風(fēng)面積增加一倍，年發(fā)電能力提升一倍，度電成本可下降30%。

我國1.5MW風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪主要規(guī)格為77m、82m和87m，2016年三者占1.5MW風(fēng)電機(jī)組全部裝機(jī)容量的74.3%。2MW風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪規(guī)格較分散，93m為最主要機(jī)型，但111m和115m增長迅速，存在超越93m的態(tài)勢。較大的風(fēng)輪直徑及相應(yīng)較長的葉片可與單機(jī)功率增加的趨勢相匹配，同時(shí)更好地適用于低風(fēng)速地區(qū)，從而獲得更大的發(fā)電量與更低的發(fā)電成本。

此外，風(fēng)輪葉片亦存在減重、降載等性能需求，主要提升途徑為復(fù)合材料的發(fā)展。玻璃纖維復(fù)合材料為傳統(tǒng)風(fēng)輪葉片制造材料，成本相對較低，但在葉片長度超過一定值后重量較大，性能上存在不足，無法滿足葉片大型化、輕量化的需求。而碳纖維復(fù)合材料葉片剛度為玻璃纖維復(fù)合葉片的兩至三倍，密度則低于玻璃纖維復(fù)合葉片，極限和疲勞性能均較優(yōu)。但由于價(jià)格昂貴，碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)電葉片上未得到大范圍應(yīng)用，但隨著風(fēng)電葉片長度的延伸，碳纖維復(fù)合材料已成為葉片材料的一大趨勢。

（三）直驅(qū)永磁式發(fā)電機(jī)與雙饋式的競爭

目前，我國市場上主流的風(fēng)電機(jī)組為雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要技術(shù)為采用了風(fēng)輪可變速變槳運(yùn)行，傳動系統(tǒng)采用齒輪箱增速和雙饋異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)；它的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小、重量輕、體積??；但為了風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相匹配，需用齒輪箱聯(lián)接風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)，齒輪箱增加了機(jī)組總成本，且其噪音大、故障率高、需要定期維護(hù)、機(jī)械損耗大。

直驅(qū)永磁式風(fēng)力發(fā)電機(jī)為采用永磁發(fā)電機(jī)（永磁發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、免除無線電干擾等優(yōu)點(diǎn)，能夠提高發(fā)電效率）且風(fēng)輪與電機(jī)直接耦合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。與雙饋式發(fā)電機(jī)相比，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過風(fēng)輪直接驅(qū)動，取消了高速齒輪箱，能夠提高機(jī)組的安全性和穩(wěn)定性，降低制造成本和運(yùn)維成本。然而，直驅(qū)式發(fā)電機(jī)因沒有齒輪箱，風(fēng)輪受到的各種有害沖擊載荷全部由發(fā)電機(jī)系統(tǒng)承受，對發(fā)電機(jī)要求更高；其亦存在失磁和絕緣的問題，與電網(wǎng)發(fā)生振蕩現(xiàn)象還可能導(dǎo)致安全事故。

盡管阿爾斯通、通用電氣和Enercon等全球風(fēng)電設(shè)備制造商在3MW以上較高功率機(jī)組中應(yīng)用直驅(qū)式技術(shù)，但2017年全球前十大風(fēng)電整機(jī)制造商中，八家的新增陸上風(fēng)電裝機(jī)采用雙饋式技術(shù)。我國行業(yè)內(nèi)金風(fēng)科技主要采用直驅(qū)式，華銳風(fēng)電、遠(yuǎn)景能源則主要為雙饋式。盡管直驅(qū)式效率更高、功率曲線更優(yōu)，適宜在低風(fēng)速地區(qū)使用，但考慮技術(shù)的成熟性、穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，直驅(qū)式技術(shù)尚無法替代雙饋式技術(shù)的主流地位，尤其在海上風(fēng)電機(jī)組方面，雙饋式技術(shù)將保持絕對主流地位。

（四）高塔筒技術(shù)的應(yīng)用

隨著風(fēng)力發(fā)電開發(fā)向低風(fēng)速地區(qū)轉(zhuǎn)移，增加塔筒高度以提高發(fā)電效率已成為明確趨勢。目前全球范圍內(nèi)高塔筒主要有三條技術(shù)路線，分別為全鋼柔性塔筒、砼鋼混合塔筒和全混凝土塔筒。

塔筒自身頻率在葉輪1P（風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速下的1階頻率稱為1P，3階頻率稱為3P）以上為傳統(tǒng)塔筒，以下為柔性塔筒。塔筒高度增加，可提高風(fēng)電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)，但傳統(tǒng)的塔筒在高于100米后，重量會出現(xiàn)指數(shù)型增加，成本大幅攀升，而全鋼柔性塔筒的重量則輕得多，如對于121/2.5MW風(fēng)電機(jī)組，柔性塔筒的重量較傳統(tǒng)塔筒低1/3。柔塔可將輪轂托舉至110~140m的高度，在塔筒成本不變的情況下提高機(jī)組發(fā)電能力，仍以121/2.5MW風(fēng)電機(jī)組為例，柔性塔筒與剛性塔筒相比風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量可提高約12%，度電成本下降約6%。由于柔塔頻率低于葉輪額定轉(zhuǎn)速頻率，在葉輪達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之前容易出現(xiàn)共振，目前已有變槳偏航剎車和調(diào)整發(fā)電機(jī)電磁力矩等技術(shù)可解決這一問題，但上述應(yīng)用尚處于初期。

與控制策略要求較高的全鋼柔性塔筒相比，砼鋼混合塔筒設(shè)計(jì)相對簡單，對智能控制技術(shù)要求不高，但施工工藝相對復(fù)雜，且預(yù)制件成本壓力較大，對技術(shù)路線進(jìn)步形成阻礙。對于120m及以上高度，混凝土塔筒在安全性、承載力、穩(wěn)定性、運(yùn)維成本等方面與傳統(tǒng)鋼制塔筒相比具有突出優(yōu)勢，但目前仍處于初步發(fā)展階段，投入應(yīng)用的產(chǎn)品仍較少。

（五）海上風(fēng)電的發(fā)展

根據(jù)風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃，到2020年底海上風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量目標(biāo)為5GW以上，截至2017年末，中國海上風(fēng)電裝機(jī)容量為2.79GW，同比增長71%，未來發(fā)展空間仍很大。

歐洲為海上風(fēng)電較發(fā)達(dá)的地區(qū)，典型的風(fēng)電場風(fēng)速近10m/s，而中國除福建周邊海域風(fēng)速較高外，多數(shù)海域風(fēng)速在6.5~8.0m/s之間，風(fēng)速相對較低。因此，我國海上風(fēng)電需要通過選擇較低容量或提高風(fēng)輪直徑增加單位千瓦掃風(fēng)面積，提高發(fā)電效率。目前中國海上風(fēng)電機(jī)組主流為4MW，未來仍將向更大功率機(jī)組發(fā)展，對控制機(jī)組受力和部件強(qiáng)度提出了更高要求；同時(shí)，由于海上自然環(huán)境復(fù)雜，鹽霧、海流對機(jī)體易形成腐蝕，加之海冰與臺風(fēng)災(zāi)害，機(jī)組部件材料必須加強(qiáng)防腐防鹽、抗水抗霉等性能，低緯度地區(qū)塔筒和葉片需增加剛度和減震性能，高緯度地區(qū)需通過特殊涂層和主動加熱以抵御嚴(yán)寒和海冰。

三、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備行業(yè)監(jiān)管及核心產(chǎn)業(yè)政策

（一）行業(yè)主管部門

行業(yè)主管部門為國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局、工業(yè)和信息化部，由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)屬于多學(xué)科交叉行業(yè)，行業(yè)同時(shí)受多個(gè)自律組織的指導(dǎo)，包括中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會、全國風(fēng)力機(jī)械協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化委員會、中國動力工程學(xué)會系能源設(shè)備專業(yè)委員會、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會風(fēng)能設(shè)備分會等。

國家發(fā)改委、能源局負(fù)責(zé)組織編制國家電力五年規(guī)劃、年度能源工作指導(dǎo)意見以及行業(yè)重要產(chǎn)業(yè)政策并協(xié)調(diào)重大相關(guān)政策并推進(jìn)落實(shí)等。

工信部負(fù)責(zé)組織編制發(fā)電設(shè)備各制造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范條件及行業(yè)管理辦法的編寫、修訂及發(fā)布，并推出符合行業(yè)規(guī)范條件名單。

各個(gè)自律組織負(fù)責(zé)調(diào)查研究風(fēng)力發(fā)電設(shè)備企業(yè)發(fā)展等方面的情況，開展學(xué)術(shù)交流和技術(shù)合作；制定風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)；組織行業(yè)調(diào)研及咨詢服務(wù)活動，分析和發(fā)布與行業(yè)相關(guān)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)信息，進(jìn)行市場預(yù)測預(yù)報(bào)，為政府、企業(yè)、會員和社會中介組織等提供信息服務(wù)。

（二）相關(guān)行業(yè)政策

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備屬于清潔能源和可再生能源，我國在保證電力供應(yīng)安全的前提下大力發(fā)展清潔能源和可再生能源。在此前提下，國家出臺各項(xiàng)政策用以促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備行業(yè)發(fā)展。國家對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備行業(yè)的促進(jìn)政策主要有以下四個(gè)方面：一、設(shè)立可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金對風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行補(bǔ)貼；二、制定風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目發(fā)展規(guī)劃及年度裝機(jī)容量目標(biāo)；三、制定風(fēng)力發(fā)電設(shè)備行業(yè)產(chǎn)品及工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范條件、行業(yè)管理辦法等規(guī)范風(fēng)力發(fā)電設(shè)備行業(yè)有序發(fā)展；四、通過專項(xiàng)政策及與扶貧、財(cái)稅、金融等其他扶持政策有機(jī)結(jié)合促進(jìn)行業(yè)升級改造。

從政策脈絡(luò)來看，2005年我國通過立法確定大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電以來，我國進(jìn)入風(fēng)電發(fā)電設(shè)備的初始階段，由于這一階段國內(nèi)裝機(jī)規(guī)模很小、投資成本高昂，我國主要針對年度新增裝機(jī)規(guī)模設(shè)定目標(biāo)。隨著年度裝機(jī)規(guī)模規(guī)劃不斷增長、風(fēng)電設(shè)備制造行業(yè)規(guī)范條件的不斷完善、風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化程度的提高，風(fēng)電上網(wǎng)補(bǔ)貼電價(jià)自2009年確立以來不斷降低、2020年目標(biāo)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電供電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)，風(fēng)電發(fā)電設(shè)備制造行業(yè)持續(xù)革新技術(shù)路線，提升產(chǎn)品工藝及能效水平，行業(yè)內(nèi)企業(yè)逐步做大做強(qiáng)。近年由于風(fēng)力發(fā)電量增加而當(dāng)?shù)叵{能力不足、電力外運(yùn)通道受限等，棄風(fēng)限電現(xiàn)象較為嚴(yán)重，國家對棄風(fēng)率高的省份限制新增規(guī)模，風(fēng)電發(fā)電設(shè)備需求較前期有所下滑。在當(dāng)前陸上風(fēng)能資源豐富區(qū)已大規(guī)模開發(fā)、棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重的情況下，分散式風(fēng)電及海上風(fēng)電逐步受到政策層重視，將有助于維持風(fēng)電設(shè)備制造行業(yè)下游需求、推動行業(yè)技術(shù)的革新。

受風(fēng)電行業(yè)產(chǎn)業(yè)政策影響，風(fēng)電設(shè)備制造行業(yè)的下游需求呈現(xiàn)一定波動性、行業(yè)產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張、技術(shù)水平提升、投資收益率不斷下降，本專題后續(xù)將對上述情況進(jìn)行詳細(xì)分析。