風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)電機(jī)。風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源,將成為21世紀(jì)全球的主要能源，而風(fēng)力發(fā)電是目前可再生能源中應(yīng)用技術(shù)最成熟、最具有規(guī)模化開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪軸的機(jī)械能，發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)發(fā)電。廣義地說，風(fēng)能也是太陽能，因?yàn)轱L(fēng)由太陽能轉(zhuǎn)化而來，太陽照射造成地球表面的溫差，從而引起空氣流動(dòng)，這種空氣流動(dòng)具有一定的動(dòng)能，被稱之為風(fēng)能。
按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出容量，可將風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為小型、中型、大型、兆瓦級(jí)等類別。
按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸的方向，可將其分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。水平軸發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)軸與葉片垂直，與地面平行，旋轉(zhuǎn)軸處于水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)軸與葉片平行，與地面垂直的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
按照槳葉數(shù)量分類，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為"單葉片"、"雙葉片"、"三葉片"和"多葉片"型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
按照塔架的不同可分為塔筒式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和桁架式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。絕大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用塔筒式結(jié)構(gòu)，主要是由于這種結(jié)構(gòu)的剛性好，人員登塔安全且維護(hù)工作量少，便于安裝和調(diào)節(jié)。桁架式結(jié)構(gòu)類似電力塔，該結(jié)構(gòu)風(fēng)阻小，便于運(yùn)輸。但需要每年對(duì)螺栓進(jìn)行加固，工作量大，而且冬季爬塔架的條件更加惡劣。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)分類
來源：沙利文研究院繪制
從無到有，風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速
人類最早建造的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器是風(fēng)車。早在2000年前在東地中海沿岸和中國(guó)出現(xiàn)了最早的風(fēng)車，當(dāng)時(shí)風(fēng)車的用途主要是灌溉和磨面。中國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)探索和研發(fā)始于20世紀(jì)50年代后期，初期主要是為了解決海島和偏遠(yuǎn)農(nóng)村牧區(qū)的用電問題。到了80年代初，中國(guó)政府開始重視對(duì)大型風(fēng)電技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，對(duì)中型和大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行科技攻關(guān)，同時(shí)引進(jìn)國(guó)外大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。這一時(shí)期，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。
到了"九五"和"十五"期間（1996-2005），中國(guó)政府組織實(shí)施"乘風(fēng)計(jì)劃"等計(jì)劃，支持建立了第一批規(guī)模化風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)制造企業(yè)并初步實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，標(biāo)志著中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造行業(yè)開始步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。經(jīng)過一段時(shí)期的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)引進(jìn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，中國(guó)國(guó)內(nèi)風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)對(duì)風(fēng)電技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)認(rèn)識(shí)日益深入。目前，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)制造能力已取得很大進(jìn)步，先后開發(fā)出若干具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)型，并在風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，通過了長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證。近幾年隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的快速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)的適應(yīng)性、穩(wěn)定性和多樣性逐漸加強(qiáng)。
中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展歷程
來源：沙利文研究院繪制
中游設(shè)備企業(yè)數(shù)量相對(duì)較多，產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化程度逐步提升
中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈上游為原材料供應(yīng)商及風(fēng)電機(jī)零部件設(shè)計(jì)制造商，從上游零部件制造價(jià)值量的角度來看，風(fēng)機(jī)葉片的價(jià)值量最大，造價(jià)約占整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備的23.0%。然而由于風(fēng)力發(fā)電的葉片和塔筒等零部件制造技術(shù)易于突破，因此不少企業(yè)參與其中，從而導(dǎo)致中國(guó)風(fēng)力產(chǎn)業(yè)鏈上游的葉片和塔筒等零部件的產(chǎn)能過剩。
中游的風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)制造商及風(fēng)力發(fā)電智慧解決方案提供商。中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)制造業(yè)在"十一五"期間取得了快速發(fā)展，國(guó)家發(fā)展改革委明確指出，要推進(jìn)風(fēng)電裝備制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步，提高整體產(chǎn)業(yè)化水平，培育自主品牌。中游的風(fēng)電設(shè)備企業(yè)數(shù)目相對(duì)較多，多數(shù)大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)制造商在零部件與整機(jī)制造方面均已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提升了風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化程度。中游的快速發(fā)展不僅帶動(dòng)了上游風(fēng)電機(jī)零部件及材料的發(fā)展，同時(shí)新型的高科技水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)也為下游的風(fēng)電場(chǎng)和電網(wǎng)發(fā)電提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
產(chǎn)業(yè)鏈下游主體主要為風(fēng)電場(chǎng)，依靠中游的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。風(fēng)電場(chǎng)在風(fēng)電機(jī)組安裝后的架線并網(wǎng)常常滯后，因而會(huì)延遲風(fēng)電機(jī)組投入使用的時(shí)間，對(duì)電力輸出造成損失，風(fēng)電場(chǎng)呈現(xiàn)運(yùn)營(yíng)利微的現(xiàn)象。
中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈
來源：沙利文研究院繪制
政策、核心技術(shù)、市場(chǎng)需求等因素的促進(jìn)下，未來風(fēng)力發(fā)電需求將穩(wěn)步增長(zhǎng)
大力發(fā)展和利用可再生能源作為應(yīng)對(duì)全球氣候變化、能源安全、生態(tài)環(huán)境等日益嚴(yán)重的問題已成為了世界各國(guó)采取的一致行動(dòng)，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)在此大背景下快速發(fā)展。中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)在2006年至2010年進(jìn)入高速發(fā)展階段，根據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，2010年中國(guó)風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量達(dá)到18.9GW，并以44.7GW的累計(jì)裝機(jī)容量成為全球風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模最大的國(guó)家。2010年起，由于行業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)加劇以及設(shè)備制造產(chǎn)能過剩，大量企業(yè)出現(xiàn)虧損，在一番角逐后，競(jìng)爭(zhēng)力較為薄弱的風(fēng)力發(fā)電制造商企業(yè)逐漸退出市場(chǎng)，經(jīng)過了兩年的產(chǎn)能出清，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量由2010年的18.9GW下降到2013年的16.1GW。
本輪下滑后，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的重心由原本的市場(chǎng)擴(kuò)張轉(zhuǎn)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)的質(zhì)量，市場(chǎng)份額逐漸趨于集中。2013年起，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)開始了新一輪的增長(zhǎng)，風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量于2015年攀至30.8GW的高峰點(diǎn)，隨后由于搶裝潮之后的"棄風(fēng)潮"，風(fēng)電開發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)從"三北"地區(qū)轉(zhuǎn)移至開發(fā)難度更大的東部沿海地區(qū)，從而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量出現(xiàn)了兩年的下滑，下滑趨勢(shì)在2017年趨緩。截止2017年中國(guó)風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量為19.7GW，2013-2017年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)5.2%。
中國(guó)風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量，2013-2017
來源：中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)，沙利文數(shù)據(jù)中心編制
海上風(fēng)電機(jī)迎來規(guī)模化和商業(yè)化發(fā)展
伴隨著中國(guó)風(fēng)電機(jī)技術(shù)不斷成熟和風(fēng)電項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，現(xiàn)已研制出多種較先進(jìn)的工藝，如預(yù)浸料工藝、機(jī)械浸漬工藝及真空輔助灌注工藝等。同時(shí)，增強(qiáng)材料預(yù)成型加工的方法也逐漸多樣化，如手工鋪層、編織法、熱成型連續(xù)原絲氈法及三維編制技術(shù)等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了中國(guó)雙饋異步發(fā)電機(jī)及其控制技術(shù)的提高，使得變速恒頻風(fēng)力發(fā)電得以發(fā)展，成為了目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主流。中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)不斷增加技術(shù)累積，提高中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平，進(jìn)而提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率和可靠性，使得大型發(fā)電機(jī)的制造難度降低。
此外，中國(guó)海上風(fēng)電研發(fā)力度不斷上升，海上風(fēng)電專利申請(qǐng)數(shù)量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。2008年1月至2018年6月，中國(guó)海上風(fēng)電專利數(shù)累計(jì)達(dá)到1,178項(xiàng)，其中發(fā)明專利和實(shí)用新型專利占整體海上風(fēng)電專利數(shù)的86.2%。中國(guó)在海上風(fēng)電技術(shù)不斷提高和創(chuàng)新，促進(jìn)中國(guó)海上風(fēng)電開發(fā)逐漸由距離海岸線較近的區(qū)域走向近海及遠(yuǎn)海區(qū)域，可開發(fā)資源進(jìn)一步增加，成為了中國(guó)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)向規(guī)模化和商業(yè)化方向發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)因素之一。
海上風(fēng)電相關(guān)專利分布占比，2018H1
來源：fsTEAM采編，沙利文數(shù)據(jù)中心編制
風(fēng)力發(fā)電機(jī)回收機(jī)制有待完善
21世紀(jì)初以來，風(fēng)力發(fā)電在全球范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的提高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片長(zhǎng)度逐漸增長(zhǎng)，以便捕獲更多的風(fēng)能，大葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為了產(chǎn)品趨勢(shì)，但是退役后的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片如何處理也成為了一個(gè)世界性難題。現(xiàn)有的處理退役風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的方法有：垃圾掩埋、焚燒或回收。用退役風(fēng)機(jī)的廢舊部件等回收材料制成的新葉片可以取代舊的葉片，且做到了資源的循環(huán)利用，因此回收是更環(huán)保的一種處理方式。過去的幾年，全球各國(guó)就退役風(fēng)力機(jī)組葉片的回收問題進(jìn)行了大量研究項(xiàng)目，并提出了一系列回收方案。
世界各國(guó)退役風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片回收方案
來源：沙利文研究院繪制
盡管各國(guó)在退役風(fēng)力機(jī)組葉片的處理上取得了較為顯著的成功，但是由于成本問題，相關(guān)項(xiàng)目并未得到很好的發(fā)展，具有工業(yè)規(guī)模的回收風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的工廠更是屈指可數(shù)。中國(guó)在退役風(fēng)力機(jī)組葉片的回收處理領(lǐng)域幾乎是空白的，相關(guān)的材料回收利用產(chǎn)業(yè)也不完善，這主要是由于中國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)起步較晚，目前絕大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尚屬于正常服役期，機(jī)組退役問題尚不突出。但隨著時(shí)間推移，葉片磨損老化、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將超過使用年限，對(duì)退役風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的回收處理是行業(yè)無法避免的問題。因此，未來面對(duì)大量退役的廢棄葉片，回收技術(shù)的不成熟和回收機(jī)制的不完善將成為行業(yè)發(fā)展的重大阻礙。
沙利文全球合伙人、全球市場(chǎng)戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁兼中華區(qū)總裁王昕博士指出，隨著中國(guó)風(fēng)電行業(yè)市場(chǎng)走向成熟，以及超出質(zhì)保期風(fēng)電機(jī)的累計(jì)式增長(zhǎng)，一批領(lǐng)先的風(fēng)機(jī)整機(jī)商正逐步從單一制造商向風(fēng)電機(jī)運(yùn)維服務(wù)商轉(zhuǎn)型。未來，中國(guó)大批風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的退役，更新改造和換代升級(jí)的需求將成為風(fēng)電運(yùn)維市場(chǎng)的增長(zhǎng)動(dòng)力，中國(guó)風(fēng)電運(yùn)維市場(chǎng)將成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)之一。
