风电行业专题研究报告:分散式风电,蓄势待发,潜力巨大
(报告出品方/作者:平安证券,皮秀、朱栋、王霖)
一、分散式是风电业态的重要组成
1.1 国内分散式风电规模尚小
分散式风电是高能源密度的分布式新能源
分散式风电是风电开发的重要形式。分散式风电是指位于用电负荷中心附近,不以大规模远距离输 送电力为目的,所产生的电力就近接入电网,并在当地消纳的风电项目。与集中式风电相比,分散式风电单体规模往往相对较小,建设周期短,开发方式更为灵活,尤其对于土地资源相对紧缺的东 中南部地区,通过分散式开发方式可将相对零碎而闲散的具备风电开发条件的土地资源利用起来, 大幅提高风资源的利用率。分散式风电采用就近接入配电网、就地消纳的方式,一般具有较好的消 纳条件,同时一定程度节省输变电设施。
分散式风电应满足一定的技术要求
接入电压等级应为 110千伏及以下,并在 110千伏及以下电压等级内消纳,不向 110千伏的上 一级电压等级电网反送电。35 千伏及以下电压等级接入的分散式风电项目,应充分利用电网现有变电站和配电系统设施, 优先以 T 或者π接的方式接入电网。110 千伏(东北地区 66 千伏)电压等级接入的分散式风电项目只能有 1 个并网点,且总容量 不应超过 50 兆瓦。在一个并网点接入的风电容量上限以不影响电网安全运行为前提,统筹考虑各电压等级的接入 总容量。
分散式风电是高能量密度的分布式电源
根据风能协会的估算,如果采用 3MW 风电机组,一个机 位占地面积约一百平米;相应的,对于分布式光伏,考虑组件转化效率 20.5%,3MW 光伏项目对应 的光伏组件面积达 1.46 万平米。
可选择“自发自用、余电上网”或“全额上网”模式
分散式风电所发电力可以自用,也可上网且 在配电系统平衡;在有补贴的时代,自发自用部分电量不享受国家补贴,上网部分由电网企业按照 当地风电标杆上网电价收购。在部分场景,分散式风电采用“自发自用、余电上网”模式可能具有 更好的经济性。
国家和地方层面支持分散式风电发展
2011 年以来国家能源局出台政策积极推动分散式风电发展。2011 年,国家能源局就出台了相关政 策推动分散式风电发展,明确分散式风电开发的主要思路与边界条件,开启分散式风电开发模式的探索;由于在经济性、商业模式等方面尚未成熟,分散式风电的发展速度缓慢。2017年 5月,国家 能源局发布《关于加快推进分散式接入风电项目建设有关要求的通知》;2018 年 4 月,国家能源局 发布《关于印发《分散式风电项目开发建设暂行管理办法》的通知》,政策进一步引导分散式风电加 快发展。
2018 年以来各地出台大量分散式风电项目
2018 年以来,随着国家政策的支持和推动,各地加大 对分散式风电的重视程度,出台了大量的分散式风电项目。据不完全统计,2018-2020 年,各省、 地方出台的分散式开发方案包含的项目规模超过 16GW。
国内分散式风电发展较为缓慢有诸多原因
2019 年及以前国内分散式风电装机规模较小。根据中国风能协会的统计,2019 年国内新增分散式 风电装机 300MW,约占国内新增吊装风电规模的 1%,截至 2019 年底全国累计的分散式风电装机 935MW。从分散式风电装机分布看,截至 2019年底主要的分散式风电项目位于三北地区。尽管 2018 年以来各地涌现了大量的分散式风电项目,考虑到项目的核准和建设周期,截至 2019年底这些项目 已建成的规模较小。
长期以来,开发商对于分散式风电开发的积极性不高
根据《国家能源局关于分散式接入风电开发的通知》(国能新能〔2011〕226号),采用全额上 网模式的分散式风电上网电价执行国家统一的分地区标杆电价,与集中式风电项目在电价层面 没有差别。但是,分散式风电单个项目规模较小,一般不超过 50MW,单个项目安装风电机组数量较少,风电开发单位成本相对较高;与集中式风电相比,分散式风电项目在收益率方面可 能存在一定劣势。
分散式风电项目单体规模小,但项目审批流程与集中式风电项目基本相当;从规模的角度,分 散式风电开发的投入产出比相对较低,对大型发电央企/国企的吸引力偏低。2019-2020 年,各省出台较多的分散式风电项目,部分项目单体规模较大,但开发商在 2019-2020年的优先集中式风电项目抢装以锁定补贴,存量分散式风电项目的建设主要集中在 2021 年。
1.2 海外具有较为成熟的分散式风电发展模式
风电是德国最大的电源品种。欧洲是全球发展风电较早的区域,德国则是欧洲的风电大国。截至 2020 年底,德国陆上风电累计装机规模达到 54.9GW,中国的陆上风电累计装机 271GW,德国陆上风电 规模相当于中国的 20%,但国土面积不到中国 4%,德国陆上风电装机密度远高于中国。2020 年, 风电发电量占德国发电总量的比例达到 27%,是德国发电量最大的电源品种。
德国风电项目平均单体规模较小。德国并不严格区分集中式风电与分散式风电,一般根据资源、电 网、负荷条件等要素确定风电场的开发规模,并接入合适的电压等级,其中小规模开发、接入配电 网就地消纳的风电与我国的分散式风电类似;据统计,2016年德国 90%的风场风机数量小于 9台, 大多连接到 6-36千伏或 110千伏电压等级的配电网,以就地消纳为主。2017年,德国进行了三轮 风电项目招标,合计投标数量达到 747个,对应的单体规模约 10MW;而国内风电项目规模一般在 49.5MW 及以上。
德国风机平均功率较大,一般采用高塔筒。德国的风电机组单机功率长期以来领先国内,2020年德 国新建的陆上风电项目平均单机功率达到 3.41MW,对于容量 10-20MW 的风电项目,所需要的风 机数量仅 3-6 台。2020 年,德国风电项目普遍采用高塔筒,平均的轮毂高度达到 135 米,部分联 邦州的平均轮毂高度接近 150米。平均叶轮直径 122米,对应的单位千瓦扫风面积 3.36m 2 /kW,低 于当前国内主流机型的单位千瓦扫风面积。整体看,德国风电项目采用较高的单机容量+高塔筒+常 规长度叶片的技术参数,目前国内风机企业实现起来难度不大。
社区风电是德国分散式风电的重要形式。社区风电是分散式风电的一种应用形式,所发电力主要自 用(德国民用电价较高),多余电量上网出售,德国多数的分散式风电都可以归为社区风电;社区居 民通过联合购买风场的股份,保证了社区可以受益于风力发电的投资。例如,位于北莱因-威斯特伐 利亚罗塔尔山脉的 Hilchenbach社区风电场建于 2008年 3月,建成以来 5台风电机组每年为 6700 个家庭提供约 2350 万千瓦时的电力,共有 88 人持有该项目股份,2/3 以上的股份由 Hilchenbach 社区和周边地区居民持有。
二、国内分散式风电发展迎契机
2.1 主要参与主体的积极性明显提升
十四五期间,政策明确向中东部地区分布式新能源倾斜
集中式与分布式并举是我国新能源开发的整体思路。《国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要(草案)》指出:十四五期间,我国将加快发展非化石能源,坚持集中式和分布 式并举,大力提升风电、光伏发电规模,加快发展东中部分布式能源,有序发展海上风电,加快西 南水电基地建设,安全稳妥推动沿海核电建设,建设一批多能互补的清洁能源基地,非化石能源占能源消费总量比重提高到 20%左右。因此,未来我国不仅要建设大型新能源基地,也要发展分布式 新能源。
规模诉求之下,发电央企更加重视分布式新能源
碳中和背景下,发电央企具有较强的新能源装机规模诉求。碳达峰、碳中和是党中央经过深思熟虑 作出的重大战略决策,事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体,在此背景下,发电央企积极 响应,提出了较为宏伟的十四五新能源装机规划。其中,华能集团明确提出在十四五期间新增新能 源装机 8000万千瓦以上,国家能源投资集团计划新增 7000-8000万千瓦,华电集团力争在十四五 期间新增新能源装机 7500万千瓦,国家电投计划到 2025年电力装机将达到 2.2亿千瓦且清洁能源 装机比重达到 60%;估计其他发电央企将积极跟进。
激烈竞争之下,开发商适当放宽新能源项目投资收益率要求
随着发电企业积极拥抱新能源,新能 源资产获取的竞争加剧,项目投资收益率整体呈现下滑,部分央企将平价项目的资本金财务内部收 益率最低要求下调至 7%甚至更低;高收益率的新能源项目属于稀缺资产。
地方政府发展新能源的诉求增强
各省面临非水可再生能源比例的考核,发展新能源的诉求增强。2019年 5月,国家发改委发布《关 于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》(发改能源〔2019〕807 号),对各省级行政区域 设定可再生能源电力消纳责任权重,建立健全可再生能源电力消纳保障机制。根据《关于 2021年可 再生能源电力消纳责任权重及有关事项的通知(发改能源〔2021〕704 号)》,从 2021 年起,国家 发改委每年初滚动发布各省权重,同时印发当年和次年消纳责任权重,当年权重为约束性指标,各 省按此进行考核评估,次年权重为预期性指标,各省按此开展项目储备。因此,相对十三五期间, 各省发展新能源的诉求明显增强。
分散式风电与乡村振兴和共同富裕相结合
目前,风电与扶贫及乡村振兴的模式已经开始涌现。乐 业风电产业帮扶项目(平价项目)是中广核“央企入桂”重大项目,该项目一期 5 万千瓦已实现并 网投运、二期项目 12 万千瓦,采取“入股分红+保底收益”的帮扶模式,由中广核和乐业县 63 个 贫困村共同出资。其中,63 个贫困村利用国家专项扶贫资金入股 3780 万元,中广核集团向其中的 15 个深度和极度贫困村捐赠 450 万元,增加其入股资本金,63 个村持有的风电项目股份由乐业县 农投公司代持。项目投运后,在 20年运营期内,按照入股比例每年分红,若项目当年可分配利润高 于保底收益,则按照实际可分配利润给付,反之,则按保底收益给付,确保村集体每年获得稳定分 红。随着风电技术进步以及成本的下降,在平价情况下,分散式风电开发企业可能有条件在保证合 理收益水平的同时拿出一部分发电收益与项目所在村集体分享;以河南为例,若一个村立 2台风机, 每年的发电收入超过 600 万元,利润规模200 万元以上。
分散式风电与美丽中国相结合
风电项目可以与美丽中国结合起来,彰显当地文化特色,带动当地 旅游。以华能河南汤阴风电场为例,风电机组塔筒被涂装上甲骨文、文字演变、青铜文化、十二生 肖、七彩长廊、城市符号、狩猎祭祀七大地方历史人文图案,变为大地文化艺术品,成为中华传统 和地方特色文化的载体。
2.2 技术进步推升分散式风电的经济性
用于分散式项目的风机呈现快速的大型化
根据中国风能协会统计,2019年国内分散式风电新增装 机 300MW,采用的风机平均单机容量 2.2MW;2021年上半年,华润集团开展吊装招标的分散式风 电项目约 459MW,采用的风机平均单机容量约 3.4MW,这些分散式风电大概率将在 2021年完成风 机吊装和并网,意味从 2019年到 2021年,国内分散式风电采用的风机单机容量出现了明显的提升。
风机大型化的核心是叶片的大型化,160 米以上叶轮直径即将成为行业主流。单机容量的提升意味 着风机捕捉风能的能力提升,叶片的大型化是关键。根据中国风能协会的统计,2008-2018年,国 内风机叶轮直径平均值持续增长,2018 年全国新增装机平均的叶轮直径约 120 米,其中 121 米叶 轮直径是主流。据统计,2021 年以来招标的风电项目中,160 米及以上叶轮直径已经成为主流。
风机大型化推动分散式项目系统造价的降低。随着招标机型的大型化,2021年以来,风机招标价格 呈现较明显的下降。根据近期中标情况,三北、西南地区大型风电项目的风机中标价格已低至 2300-2500元/kW,较 2020年初的价格高点呈现大幅下降。东中南部地区分散式风电项目的风机产 品一般单位千瓦扫风面积更大,价格相对更高,以金风科技 GW150-3.0、GW165-4.0等典型风机 产品为例,中标价格已经回落至 3000元/kW 以内。2021年 6月,中广核发布广西乐业扶贫二期(逻 西区域)风电机组由金风科技中标,采用 17 台 GW171-3.6,总装机容量 61.2MW,单位千瓦价格 约 2800元/kW。随着风机价格的大幅下降,分散式风电项目造价也呈现较大幅度下降,根据贵州能 源局估算,十四五期间贵州分散式风电项目平均静态投资成本约 6800 元/kW。
高塔筒技术解决方案快速发展,重塑风资源
对于山东、河南等风切变较高的区域,一般塔筒高度 越高,风机轮毂处的风速越高,通过提升塔筒高度可实现轮毂处风资源的改善。近年来,国内高塔 筒技术快速发展,低风速地区 140 米及以上的塔筒已经批量应用,金风 GW165-4.0 机型搭载 155 米高塔筒也已经规模化应用,高塔筒一定程度对风资源条件进行重塑,助力度电成本的下降。典型 的 155米钢混塔筒方案如下:混塔高度 87m,共计 24节,单节高度在 3.64m(底段)至 2.8m(顶 段),单节重量在 65.57T -47.13T之间;钢塔 4段,其中过渡段为长度为 1.42米,重量为 8.5T,I 段长度为 17.36m,重量为 43T,II 段长度为 22.12m,重量为 43T,III 段长度为 25m,重量为 43T。
技术进步推动平价条件下分散式风电项目具备合理收益
以贵州为例,当地燃煤标杆基准电价 0.3515 元/千瓦时,在中东部地区相对偏低;与此同时风资源条件一般,2019年平均利用小时 1861 小时,也处于较低水平;由于山地较多建设成本较高。随着风机技术的进步,贵州平价风电资源被激活,具备开发价值。2021年7月,贵州省能源局印发《贵州省分散式风电开发建设“十四五”规 划》,计划十四五期间新增分散式风电装机100万千瓦;根据贵州能源局估算,当地十四五期间分散式风电项目平均静态投资成本约 6800 元/kW,发电利用小时 2000 以上的项目财务指标可行。我们 估计,东中南部地区大部分省份的分散式风电开发条件优于贵州省。根据运达股份近期公告,公司 拟建设山东禹城市运达二期苇河 36MW 分散式风电场项目,计划安装 10台 3.6MW 风机,总投资约 3.1亿元,资本金 6200万元;据公司测算,在无补贴情况下,项目的资本金财务内部收益率 14.35%。
大功率风电机组还能大幅提升优质风资源的可开发规模
例如,4MW 机组相对 2MW 机组,开发相 同规模的风电场,所需的机位点可以减少一半;对于中东南部风资源相对较差且土地相对较为紧张 的区域,单机容量提升一倍,也意味着在相同的风资源标准下,可开发的风电场容量大幅提升。结 合高塔筒技术对风切变较高地区的风资源重塑效果,在几乎不增加土地供应的情况下,风电可开发 空间随着技术进步大幅扩展。
新型风机基础进一步减少占地
传统风机基础的布置形式比较单一,将塔筒直接安装在基础上,封 闭的筒壁会占用一定的土地面积。基于分散式风电发展与地区经济发展相结合的需求,新型风机基 础结构开始涌现:通过设置转换结构将直接落于地面的塔筒进行架高,将风机筒壁转化为四根分开 的柱子,极大地减小了占地面积;除了减少了对土地资源的占用外,还能有效的利用塔筒下部空间, 如可供跨乡村道路、温室大棚、农田畜牧、仓储等场景的使用,为周围农田或者其它使用需求提供 方便。近期,该种新型风机基础已在大型风电项目中应用。
三、蓄势待发,成长空间巨大
2021 年分散式风电迎抢装
如前文所述,2019-2020 年各地出台了大量的分散式风电项目。根据 国家发改委发布《关于完善风电上网电价政策的通知(发改价格〔2019〕882 号)》,2019 年 I~Ⅳ 类资源区新核准陆上风电指导价分别调整为每千瓦时 0.34元、0.39元、0.43元、0.52元;2020年 指导价分别为每千瓦时 0.29 元、0.34 元、0.38 元、0.47 元,不参与分布式市场化交易的分散式风 电项目执行所在资源区指导价,2019 年 1 月 1 日至 2020 年底前核准的陆上风电项目,2021 年底前仍未完成并网的国家不再补贴。因此,2019-2020新出台的分散式风电项目仍享受一定补贴,但 需要在 2021 年底前并网。
预计 2021 年分散式风电新增装机规模有望达到 5GW,开发商形成经验积累
2021 年以来,分散 式风电项目风机招标明显起量,据不完全统计,华润集团上半年分散式风电机组招标规模约 0.46GW ,这些项目计划在 2021年底前并网;考虑华润的市占份额情况,预计 2021全年国 内分散式风电装机规模有望达到 5GW 及以上。除了规模以外,分散式风电+储能的模式也在 2021 年的抢装过程中得以体现,华润电力杞县 34MW 分散式风电项目、华润电力原阳县 30MW 分散式风 电项目均配套了 10%的储能(储能时长 2 小时)。
屋顶光伏整县推进为分散式风电提供模式借鉴
2021年 6月,国家能源局印发《关于报送整县(市、 区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,拟在全国组织开展整县(市、区)推进屋顶分布式光伏 开发试点工作。根据该政策文件,整县推进有利于整合资源实现集约开发,要求试点县(市、区) 政府要积极协调落实屋顶资源,电网企业“应接尽接”,鼓励实行项目整体打包备案。整县推进政策 激活巨量屋顶资源,以河南省为例,河南省共上报 66 个示范县(市、区),拟建设的屋顶分布式光 伏规模约 1500万千瓦,试点县(市、区)主要采用“1+1+X”建设模式推进,即:1家具备实力的 大型能源企业作为牵头企业,负责提供资金、专业人员,协助地方摸排资源、编制方案、统筹推进 项目建设;1 家政策性银行等金融机构与牵头企业合作,提供绿色信贷支持;若干属地平台公司等 根据产业链分工,参与屋顶资源协调落实、运行维护、信息监测平台搭建等。我们认为整县推进模 式同样适用于分散式风电的开发,既能达到集约化、规模化效果,又能优选投资主体,确保项目质 量和工程进度。
监管层与产业界形成一定共识,只欠政策东风
2021年 2月国家能源局曾发布《关于 2021年风电、 光伏发电开发建设有关事项的通知(征求意见稿)》,明确提出要加快开展项目储备和建设,积极推 进分散式风电建设,结合乡村振兴战略,启动“千乡万村驭风计划”。近期,风电产业界建议在全国 实施“百县千村万台工程”,即在全国的 100个县,首批选择 5000个村,利用农村地区零散未利用 土地,每个村安装 2台风电机组,共计 1万台,并以县域为单位进行集中规划、打包核准。整体看, 监管层和风电产业界就推动分散式风电发展形成一定共识,但分散式风电的进一步规模化发展仍需 具体的类似于屋顶分布式光伏整县推进的政策助推。
潜在规模 1000GW 级,有望打开风电成长空间
根据中国风能协会的测算,全国 69 万个行政村, 假如其中有 10 万个村庄可以在田间地头、村前屋后、乡间路等零散土地上找出 200 平方米用于安 装 2台 5兆瓦风电机组,全国就可实现 1000GW 的风电装机;而截至 2020年底全国累计风电装机 规模约 282GW,分散式风电的大发展将打开风电成长空间。