风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无害的可再生能源,很早就被人们利用,主要是通过风车来抽水、磨面,人们感兴趣的是如何利用风来发电。利用风力发电非常环保,且风能蕴藏量巨大,因此日益受到世界各国的重视。
我国风电产业始于1986年,30多年来经历了早期示范、产业化探索、产业化发展和大规模发展4个阶段,从2007年开始,中国能够自主建设风电场,增长成为世界第一,国内风电企业的市场占有率首次超过外资。2010年,中国新增和累计装机量首次超过美国,从此开始连续12年稳居世界第一。
2021年,我国风电并网装机容量突破了3亿千瓦大关,风电装机量占全国总电源装机总量的13.9%,占全球风电装机的40%,风电利用率达到了96.9%。
目前,中国风电事业已经取得了巨大成就,在世界能源格局中占据了举足轻重的重要地位。中国风电年装机总量已经稳居世界第一,而且从早期的整机进口到如今风机及其它部件,包括叶片、齿轮箱、发电机、轴承等核心部件均已基本实现国产化配套。
根据彭博能源公布的数据显示,2021年全球前10大风电整机排名中占据了6个席位。而且,作为全球最大的风电装备制造基地,中国风电机组零部件及整机产量已经占据了全球50%以上的市场份额。
虽然中国在风电领域的发展取得了很大成就,但是,风电的关键材料,叶片芯材、主轴承等部分零部件仍依赖进口。突发疫情更是打乱了国内风电产业的生产节奏。由于受疫情冲击,进出口通道受阻,国内风电产业链“卡脖子”的问题显得愈发明显。
疫情爆发以来,部分风电设备生产难以按计划交付,导致下游的风电场无法在规定时间节点前并网。
疫情逐渐平缓后,国内风电企业原来打算开足马力,加快生产,以求能弥补前期被耽搁的订单。然而却难以如愿以偿。在供应链全球化的背景之下,各国政府为应对疫情所采取的管控措施给中国风电带来了不确定性,而首当其冲的就是对风电供应链的冲击。
中国当前已经成为风电大国,但尽管如此,一些关键原材料仍需要从国外进口,如叶片的夹芯材料、IGBT(电力电气件)以及各类轴承部件。而且由于中国每年的新增装机规模巨大,再加上正处于市场需求高的抢装特殊时期,疫情爆发前这些部件的供应就已经很紧张。
IGBT及轴承需要从欧洲进口,当前工厂并未停工,只要疫情不进一步恶化,政府的防控措施不进一步升级,短期内这些部件的供应,对于今年的新装机还不至于造成致命打击。与其相比,叶片芯材的供应情况不容乐观。
叶片芯材是风电叶片的关键材料,一般采用夹层结构来增加结构刚度,防止局部失稳,提高整个叶片的抗载荷能力。最常用的芯材是巴沙轻木、PVC泡沫及PET。但从目前情况来看,这3种材料的供应都难以得到满足。
轻木是叶片芯材的首选材料,生长于南美洲,全球90%以上的轻木都来自于南美洲的厄瓜多尔。然而,厄瓜多尔是目前南美洲禽流感疫情最严重的国家之一,11月30日,秘鲁和厄瓜多尔政府分别宣布在本国实施为期3个月的卫生紧急状态,以遏制禽流感疫情在这两个相邻南美国家的扩散。
厄瓜多尔农业部11月30日发表声明说,当地大约18万只禽类将被扑杀,“今后90天内,受疫情影响的农场所产禽类以及相关肉蛋产品不得外运“。
此外,叶片所需的另一芯材PVC泡沫也依赖于海外进口,PVC泡沫不等同于PVC,PVC是PVC泡沫的原材料之一,除此之外,PVC泡沫还需要其他原材料比如发泡剂、交联剂等塑料助剂等,经过投料、共混、模压、后处理等复制的工序制成。
受限于技术水平和加工工艺,国内PVC泡沫工厂目前只能从事后加工环节,在原板方面,国内基本上不具备相应的制造能力。
PVC泡沫原板供应商分别为瑞典的戴铂DIAB公司和意大利的Maricell公司,由于戴铂在意大利拥有一家大工厂,因此国内PVC泡沫芯材供应高度依赖于意大利。
作为巴沙轻木和PVC泡沫替代材料的PET,现在虽然可以实现国内供应,但由于生产线较少,所以产能有限,要满足供应,需要扩建生产线。
除了叶片芯材外,中国风电产业还面临主轴承供应的难题,风电轴承中,偏航轴承和变桨轴承的技术门槛相对较低,因此国内风电轴承企业的产能主要集中在偏航轴承和变桨轴承上,而主轴承和增速器轴承基本上依赖进口。
由此可见,虽然我国风电产业发展进入了爆发期,但在国际市场上的竞争力却并非世界第一。我国风电业之所以在国际市场竞争力不足,难以取得绝对领先地位,根本原因就是,国产风电机仍不能完全实现国产化。
事实上,早在10年前,我国风电机组的国产化率就已经达到了近90%,然而10年后,我们的风电仍然不能达到100%国产化。主轴承和叶片芯材依旧面临卡脖子风险。由于核心技术被垄断,所以我国风电制造业不得不面临高成本的局面。
海外企业在对我国出口风电主轴承上所赚的毛利率达到了30-40%,而我国风电机成品的毛利率却仅能达到24%左右。
在高端风电轴承领域,国产风电轴承几乎没有竞争力,高端轴承市场已被瑞典SKF、日本NSK、德国Schaeffler等8大巨头所垄断。实际上,近些年来我国已经有厂家能够生产出高端风电轴承,但是风电企业还是会选择进口轴承。
原因在于,国产风电主轴承在可靠性上,也就是质量上不如进口产品,因此被贴上了低端标签,虽然国产主轴承比进口主轴承价格低30倍左右,但是国内风电企业仍不愿意冒风险去采购。
高端轴承的背后,涉及力学、摩擦学等基础学科,需要考虑设计、加工等实际技术问题,对于可靠性、使用寿命、安全性的要求很高,要生产出高质量轴承,需要攻克这些技术壁垒。
在中国高端风电轴承领域,进口产品占据了近60%的市场,因此,我国风电产业要完成国产替代,实现风电产品100%国产化,必须集中力量、聚集人才刻苦攻关,去突破这一技术难点。
结语
综上所述,中国风电要想解决”卡脖子“问题,需要不断提高自身研发实力,彻底实现高端轴承和叶片芯材的国产化。事实证明,只有将核心技术掌握在自己手中,中国才能最终实现从制造业大国向制造业强国的跨越!