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风机大型化及近海海风发展趋势下,干式变压器渗透率有望进一步提升

发布时间:2023-04-25  来源:立鼎产业研究网  点击量: 1386 

风电装机稳中有进,全球风电市场广阔。截至2021年年底,全球风电累计装机容量达到8.37亿千瓦,同比+12%。据国家能源局,2022年我国风电新增装机量3763万千瓦,全国风电累计装机容量约3.7亿千瓦,同比+11.2%,风电装机增速放缓。

国内风电市场:1)国内陆风:目前我国已在三北等陆风资源丰厚的地区开发了大量风电场,受土地资源等因素制约,我们预计23-25年国内陆上风电装机量CAGR21%2)国内海风:随着海上风电技术日趋成熟、度电成本下降,我们预计未来国内海上风电有望迅速发展。根据各省海风十四五规划,预计23-25年国内海风新增装机量CAGR52%

海外风电市场:1)海外陆风:陆上风电相比海上风电已经逐渐成为各国主要可再生能源之一,尤其是美国土地资源丰富,且陆风度电成本已经成为该国最便宜的能源技术,2020年风力装机量高于任何其他能源,并占到美国新增装机总量的42%。预计2023-2025年海外陆风新增装机量基本持平。2)海外海风:海上在全球发展节奏差异较大,欧盟四国及英法等成熟的欧洲海风市场持续发展,挪威等新兴欧洲市场、美洲、亚太等将成为海上风电的新增长市场,预计2023-2025年海外海风CAGR新增装机量为64%

国内风电新增装机量及预测(GW


资料来源:GWEC

海外风电新增装机及预测(GW


资料来源:GWEC

风电平价带动风电成本加速下降,风电装机需求有望逐步释放。风电项目平价化进一步激发风电装机需求,行业高景气度有望延续。据国际能源网/风电头条,2022年央企共436个项目合计79.54GW集采定标,其中陆上风电项目共372个合计53.94GW,海上风电共47个合计20.6GW

——风机大型化摊薄成本,风电平价下风机大型化趋势愈趋明显。

风电平价倒逼市场竞争加剧,风电降本需求持续增长,风电机组大型化可实现单位容量物料成本及土地建设成本双降:1)据推算,大型化后风机单GW对应塔筒耗量从73/MW降至62/MW(降幅15%),叶片从16/MW降至13/MW(降幅19%),大型化和轻量化带来成本下降,为风机价格的下降留出空间;2)风机大型化后,同等装机容量下数量减少,对应单GW的风机基础安装及施工费用下降。

风机大型化趋势愈趋明显。2021年,中国新增装机的风电机组平均单机容量为3514kW,同比+31.7%,单机容量在3.0MW以上大功率机组新增装机占比已达80%。其中,陆风机组平均单机容量3114kW,同比+20.7%;海风机组平均单机容量5563kW,同比+13.9%

国内海陆新增风电机组平均容量(MW


资料来源:CWEA

2021年国内风电新增装机各单机容量结构


资料来源:CWEA

——陆风方面:风机大型化凸显干变优势,干变渗透率有望提升。

箱变上置或成为大型化风电机组降本途径。以前国内陆上风电主流为小功率风机,出于成本及技术难度考虑,大部分采用配套塔外油浸式变压器方案,即:将升压变压器和高低压开关设备预装在一起,组成箱式变电站放置在风电机组塔筒的旁边。

风机大型化趋势下,塔外箱式变压器方案经济性大幅削弱:目前大部分风电机组发电机额定电压仍为 690V,需要将机组电能通过变压器升至较高电压等级。而风机大型化趋势下,1)大容量、高塔筒机型的功率更高,风机出口额定电流增大,需要的低压电缆根数增多;2)风机塔筒越来越高,塔顶到塔基的输电线缆长度大幅增加,电缆成本较高。建设费用施压成本,降本需求刺激风电技术升级。

箱变上置优势凸显,1)可大幅减少所需输电线缆数量,降低风机制造成本。据三一重能测算,箱变上置可节省铠装多芯电缆 385m/台,对应节约成本大于 20 万元/台;2)箱变上置到机舱内,可以直接将发电机发出的 690V 电升压到 35KV,电压升高、电流减少,可大幅减少塔筒电缆线损;3)缩短工程建设周期,节约占地面积及后续运维成本。

箱变上置的优点


资料来源:Wind Daily

箱变上置方案下,干变或遇新发展机会。相比油变,干变可靠性和安全性更好,可实现免维护运行,适用于机舱此类狭小密闭的空间。综合干变优良性能,采用干式变压器上置机舱内/塔筒内方案更具优势。

干变油变对比


资料来源:公开资料

国内箱变上置趋势初显,干式变压器陆风渗透率有望提升。

海外箱变上置方案已成主流:海外风电起步早、发展成熟,风机大型化进程先于中国,干变置顶的技术路线也更早出现。Vestas推出的V150-4.2机型采用了高速发电机、箱变上置到机舱内的技术方案,引领了陆上4MW及以上大功率风电技术发展的趋势潮流;通用电气在2017年推出4.8MW-158,同样将箱变上置于机舱内;西门子歌美飒SGRE4.xMW平台产品SG4.5-155,采用高速齿轮传动+双馈电机技术路线,并将箱变上置于机舱内部。VestasGE、西门子歌美飒三大国际风电巨头在大兆瓦整机设计与生产中,全部选用了箱变上置到机舱内的技术方案,箱变上置生命周期成本经济性及技术通用性凸显,海外箱变上置技术路线成熟。

国内风机厂商逐步跟进:国内推出箱变上置的时间略晚于海外。2019年,三一重能推出全国第一个基于箱变上置到机舱技术方案的4.xMW以上机型平台产品;2020年,中车株洲所WT3300风电机组成功并网,是首台并网的国产陆上“箱变上置”风机。由于箱变置顶方案对风电整机企业的设计能力要求较高,风机厂商无法立刻推出相应的主流方案,目前国内箱变上置方案尚处于发展初期。降本需求高增推动应用速度持续加快,国内箱变上置趋势初显,干式变压器有望紧随风机技术升级加快在陆风领域的渗透。

——海风方面:海上风电加速发展推动近海领域干式变压器应用

近海领域:干变在近海领域的经济性凸显,干变渗透率有望进一步提升。受益于海上风电大功率风机技术进步及规模扩大,海上风电成本有望进一步下降,助力海上风电发展持续加速。海上恶劣环境严重影响变压器关键性能,加上海上风电维护成本较高。相较于油浸式变压器,干式变压器体积小、损耗低、免维护,安全性较高。出于产品安全性及综合成本的考量,干变在近海领域的经济性凸显。干变有望随近海领域海上风电持续发展实现对油变原有部分市场的逐步替代。

深海领域:油变或逐渐成为主要技术路线,干变不占优势。深海风力资源较大,深海海上风电有望逐步发展。深海领域,风机与终端用户距离较远,海缆成本较大,据维科网光通讯,海缆费用约占海上风电项目投资总额 8%-15%,叠加海上风电运维成本较大(是陆上风电运维成本的 3-4 倍,占项目全生命周期总成本的 20%-30%),深海风电降本需求较高。干变电压等级有限,难以满足深海海上风电风机电压要求。且在高电压等级下,干变成本显著高于油变,干式变压器优势不大。

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