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

    一、周期波動

    1、2018~2020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)定性給風電并網及大規(guī)模應用帶來巨大困難。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、相位符合并網要求的電能的控制裝置。因此，要達到并網要求，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，加在轉子側的勵磁裝置。在全球能源結構調整的背景下，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，在全球范圍內應用廣泛，已經成為全球新能源發(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)電領域中技術最成熟、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。隨著技術不斷進步、產業(yè)逐步成熟，風電行業(yè)的投資、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，使其達到并網要求，是風電機組的關鍵部件。

    風電變流器對風電機組并網、電網安全穩(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，造成了下游電網消納難題，透支了未來幾年的裝機空間。隨之而來的2016~2017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（2015~2018年國家能源局并網口徑：33.0、19.3、15.0、20.6GW）。2017~2018年，隨著我國電網風電消納的好轉，風電開發(fā)收緊政策趨緩，全國風電裝機量企穩(wěn)筑底。

    我國風電裝機量2017、2018年觸底(GW)

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    相關報告：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》

    風電棄電率僅內蒙、甘肅、新疆在10%以上

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    我國電網跨區(qū)調配能力仍在不斷增強

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    “三華”地區(qū)新增風電裝機量保持高速增長（單位：GW，%）

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    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開。2015年之后，國內以東北地區(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年年內已全面降至個位數(shù)區(qū)間，風電開發(fā)預警吉林由紅轉綠，黑龍江由橙轉綠。目前，國內已有5個地區(qū)調峰市場正式運行，另有9個區(qū)域也啟動了相關改革運作。與此同時，2017~2019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2019~2020年國內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)國產化替代。在我國風電行業(yè)發(fā)展初期，風電變流器的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GE’sPowerConversion）。2007年，國內風電行業(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)據上看，我國陸上風電變流器行業(yè)在2007~2010年左右基本就完成的國產化替代，除進口風機和海上風機外，變流器全部實現(xiàn)了國產化。

    金風科技子公司天城同創(chuàng)營業(yè)收入情況

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    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。風機領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）。而產能較小的二線、三線風機廠商難培養(yǎng)自己的變流器生產廠家，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體系（風機為機電一體化、變流器為電力電子技術）。

    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GWEA的統(tǒng)計，除前三名風機廠家外，其余風機廠裝機量均出現(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，客戶調整出現(xiàn)滯后。在“二元”市場競爭格局的情況下，盡管公司產品、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、海上風機市場的增長，將會帶動公司在一線廠商出貨份額。

    風電裝機前五名裝機量變化（GW）

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    2018年風電機組價格競爭白熱化（元/KW

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    風機市場前三名占有率從44%提升到了64%（%，GW）

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    二、變流器國產化率分析

    目前，我國風電變流器市場主要由國外品牌占據，自主品牌占有率很低。由于技術復雜，門檻較高，內資企業(yè)中僅有一些實力較強和技術積淀深厚的企業(yè)在研制風電變流器，且尚未完全實現(xiàn)國產化。真正具有批量生產能力并進入風電場運行的國產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。

    在風機整機生產國產化率不斷提高的背景下，外資產品市場占有率仍高于本土品牌。國內九洲電氣、清能華福、龍源電力、合肥陽光等廠商多年來致力于變流器國產化，并取得了一定的突破，分別有1.5MW直驅、雙饋，2MW直驅變流器面市，在變流器國產化道路上邁出了寶貴的一步。

    中國風電變流器產能分析圖（單位：臺）

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    三、海上風電+大功率風機，技術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，變頻技術是其核心

    風電變流器的作用本質，是為解決風機變化轉速下保證發(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速是變化的，而并網則需要50Hz的恒頻交流電。因此，需要一定頻率變化手段去配合轉速變化，才能實現(xiàn)風電頻率變頻為電網交流頻率。而電力電子技術中的變頻器技術（交流-直流-交流）為解決這一問題提供了可能，風電變流器屬于變頻器的一個分支。

    風電變流器與發(fā)電機一起構成了風機電氣系統(tǒng)的核心。發(fā)電機實現(xiàn)了機械能到電能的轉化，而變流器實現(xiàn)了電能形式向50Hz電網交流電的穩(wěn)定轉化。

    變流器需要緊密配合轉速、力矩，因此也是風機主控制器的電氣執(zhí)行機構。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（包括半直驅）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，通過調節(jié)渦輪轉速控制發(fā)電頻率。但是，因為風機轉速不可控，因此需要生成一個與風機轉速相差50Hz的旋轉磁場，才能夠保證發(fā)出50Hz的交流電實現(xiàn)并網，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磁場而提供交變電流。在實際運轉過程啟動后，風機發(fā)出的電能也將會通過變流器反饋給電網（約占風機總功率的35~40%），因此這一類型風機稱之為雙饋型風機。

    (2)全功率（直驅式、半直驅）變流器：

    直驅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，稱之為混合直驅或半直驅風機。從電氣特性上看，半直驅風機屬于直驅式風機范疇。

    因為，同步發(fā)電機的頻率和轉速成正比，因此直驅式風機發(fā)電機發(fā)出的交流電頻率是在跟隨風機轉速變動的。而直驅式風機變流器，則現(xiàn)將這種變頻率的交流電整流為直流電（機側變換器），再將直流電逆變成50H交流電并網（網側變換器）。其中，網側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側，因此這一類型變流器也被稱為全功率變流器。

    從風電變流器的產品結構和作用上可以發(fā)現(xiàn)：①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；②風電變流器與工業(yè)變頻器技術同源，在產品設計和生產上基本一致，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，伴隨著變頻器技術的國產化，風電變流器行業(yè)也在2009年前后進入了國產化替代階段。而且2009年前后國內以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1~1.5MW左右），技術、生產門檻都較低。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)據頻繁交互，主機廠擔心技術泄密；3、擔心被供應壟斷，喪失議價能力。

    經過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、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，直驅式變流器需求迎來結構性增長

    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300~700kW之間，全功率變流器也在2MW以下。但是從2018年開始，國內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4MW級別啟動，國內廠商在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明顯加快。

    我國風機單機功率提升速度開始加速

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    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2.5GW。因此，預計到2019年2MW以上風機比例將會超過50%。

    新增裝機中2MW及以上風機比例顯著增加

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    大功率風機研發(fā)迭代顯著加速（單位：MW）

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    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。2014~2015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6~8MW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以上機型已經過半。

    西門子歌美颯4MW以上機型已過半（單位：MW）

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    金風科技、明陽智能3MW及以上風機出貨量均在2018年迎來爆發(fā)（單位：臺）

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    直驅、半直驅式大功率風機出貨增速加快，全功率變流器需求結構性增長。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和半直驅技術，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、國內海上風電產業(yè)加速，打開國內高端變流器市場

    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。隨著國產大功率風機的技術突破，海上風電的度電成本快速下降，在國內0.85億元/kWh標桿電價情況下，已經可以實現(xiàn)非常好的項目收益。根據最新的政策要求，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開始下降，另一方面也反映出國家層面對于海上風電產業(yè)的支持意愿。大功率風機是風電行業(yè)發(fā)展的技術方向，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）對于國內風機廠商的技術升級具有重要的意義，可以推動風機廠及供應鏈在大功率技術方向上繼續(xù)追趕甚至反超國外企業(yè)。

    預測2022年全球海上風電裝機將突破10GW

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    國內海上風電年新增裝機量突破1.6GW

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    未來三年海上風電裝機量有望超過10GW。目前，國內海上風電在建項目已經超過10GW，預計將在未來2~3年的時間內陸續(xù)并網。根據最新的政策，要求2018年底之前核準的項目須在2021年底之前完成并網，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，相比于陸上產品，防腐防銹等附加需求更多，對于產品可靠性要求更高。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的變流器產品，這一點與10年前陸上變流器的國產替代進程相似。據了解，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年國內海上變流器市場空間約為5億元，2020年約為8億元。這也意味著，將有一個與自身風電業(yè)務體量一致的新市場空間打開。而這部分市場空間，國內能夠參與競爭的玩家寥寥無幾。

    光伏逆變器出貨量快速增加

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    2018年光伏逆變器突破GW出貨企業(yè)

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    截止到2018年底，中國累計并網風電裝機容量為2億千瓦，占全部發(fā)電裝機容量的10%。我國已經成為全球風力發(fā)電大國，占據全球三分之一以上的風電裝機容量，由此可以看出，我國風電變流器市場需求巨大。

    風電變流器行業(yè)進入技術門檻較高，國內僅有少數(shù)實力較強、技術較為先進的企業(yè)擁有批量生產能力，品牌相對較少，市場主要由ABB、西門子、GE等外資企業(yè)所主導，本土品牌占有率較低。隨著風電行業(yè)迅速擴張，我國風電變流器行業(yè)技術不斷提升，在陸上風電市場領域占有率不斷提高，但在海上風電市場中，外資企業(yè)仍處于壟斷地位。

    《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，到2020年底，我國風電累計并網裝機容量確保達到2.1億千瓦以上，其中海上風電并網裝機容量達到500萬千瓦以上。

    與目標相比，我國風電裝機容量仍存在一定差距，未來仍有較大發(fā)展空間。在此情況下，我國風電變流器行業(yè)仍有良好發(fā)展前景，特別是在海上風電領域，國產品牌可替代空間較大。