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全球及中国海上风电工程行业现状及发展趋势投资前景预测


1、海上风电工程行业现状及发展趋势:

1)全球海上风电行业现状及发展趋势:

①全球海上风电行业增长率历史年度维持较高水平,碳中和远景下世界各国相继确立海上风电目标:随着全球社会经济飞速发展,社会用电量急剧增加,全球对清洁能源的需求也在迅速增长。相较于陆地风电,海上风电具有风能资源丰富、可开发空间大、不占用土地资源、风力平稳、适用机型大等诸多优点,因此受到各国政府的重视,成为多个国家和地区主推发展的电力行业之一。

近年来,伴随着全球海上风电技术逐渐成熟和新型市场异军突起,全球可开发的海上风电区域在不断增加,产业保持快速发展。根据全球风能理事会(GWEC)统计,全球海上风电累计装机容量从2015年的12.2GW上升至2020年的35.3GW2015年至2020年平均复合增长率为23.7%,具体如下图所示:

2015-2024年全球海上风电累计装机容量分析(单位:GW

 

数据统计:中金企信国际咨询

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年海上风电工程行业市场竞争格局调查分析及发展战略规划评估预测报告

目前,包括中国、欧盟、美国、日本、英国、加拿大等在内的世界主要经济体已相继明确碳中和目标,并均将风电、光伏发展作为实现碳中和的重要路径之一。欧盟方面,欧盟委员会已提出为了实现2050年碳中和,希望将海上风电装机从目前的25GW提升至2050年的450GW;波罗的海区域八国已签署联合协议计划到2050年海上风电装机达到93GW。美国已明确对201711日至20251231日开始建设的项目给予30%的海上风电投资税收抵免;近日宣布计划到2030年将累计部署30GW海上风电(美国目前仅有2个小型海上风电场),每年减少7,800万吨的二氧化碳排放。根据脱碳路线图草案,日本计划到2030年将海上风电装机增至10GW2040年达到30-45GW。此外,英国、德国作为全球海上风电装机第一与第三的国家分别确立了2030年和2040年海上风电装机达到40GW的目标。

根据全球风能理事会(GWEC)预测,预计未来全球海上风电新增装机容量将得到快速增长,并于2024年达到14.3GW2020年至2024年平均复合增长率为23.9%

②欧洲地区是目前全球最大的海上风电市场,东亚市场增长迅速:欧洲地区采用风力技术发电由来已久,早在1887年英国工程师JamesBlyth发明了世界上第一台风力发电设备,1991年全球第一座海上风电场在丹麦的一片低水位海域实现并网运行,2000年英国建成了第一座大型海上风电场。欧洲地区的海上风电技术发展历来领先于全球其他地区。

截至2020年底,欧洲仍是全球最大的海洋风电市场,其中英国、德国处于领先地位,累计装机容量达到25GW,根据欧洲各国政府出台的海上风电发展规划,2025年欧洲海上风电累计装机容量将超过54GW,累计装机容量五年时间将实现翻倍。英国方面,截至2020年底海上风电累计装机容量达到10.43GW,未来五年将维持高速增长,2025年海上风电累计装机有望突破25GW2030年装机容量有望突破40GW。荷兰方面,截至2020年底海上风电累计装机容量达到2.61GW,未来五年新增装机容量预计可达4.4GW2030年累计装机容量预计达到11GW。德国方面,截至2020年底海上风电累计装机容量达到7.69GW,根据2020年底颁布的《可再生能源法(修正案)》,2030年海上风电累计装机将达到20GW2040年将达到40GW。德国当前在建海上风电项目均为2017年及2018年竞标项目,预计将在未来五年并网,新增装机预计3.1GW

近年来我国市场增长迅速,2020年新增装机量连续三年位于世界首位,在累计装机规模方面,我国在2020年成功赶超德国位居世界第二;此外,日本、越南、菲律宾也有望在未来几年开启海上风电的大规模开发,海上风电建设重心存在东移趋势。

2020年全球海上风电累计装机容量分布分析

 

数据统计:中金企信国际咨询

2)国内海上风电行业现状及发展趋势:

①近年来我国海上风电行业保持高增速发展,主要集中于我国东部沿海地区:与英国、丹麦、德国等欧洲国家相比,我国海上风电起步较晚。2010年我国第一个国家海上风电示范项目——上海东海大桥102MW海上风电场的34台机组实现并网发电,标志着我国海上风电行业开始启动。近年来,海上风电作为一种清洁能源,凭借其距离用电负荷近、发电稳定、不占用陆地土地资源等优势,在我国得以快速发展。截至2020年,我国海上风电新增装机容量达到3.06GW2015年至2020年平均复合增长率为50.2%,已成为全球第一大新增市场。

2015-2020年中国海上风电累计装机容量分析

单位:GW

 

数据统计:中金企信国际咨询

 

截至20209月底,我国海上风电累计装机量的区域分布主要集中在华东以及华南地区,其中江苏省累计装机量达到4.85GW,占到全国近65%,福建省和广东省分列第二、第三,具体情况如下图所示:

20209月中国海上风电累计装机容量分布分析

 

数据统计:中金企信国际咨询

②我国海上风电将成为我国实现“双碳目标”的重要保障,“十四五”预计新增装机量超过40GW2020922日,习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出:“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”为我国“双碳目标”国家战略提供了根本遵循。

20201212日,习近平总书记在气候雄心峰会上通过视频发表题为《继往开来,开启全球应对气候变化新征程》的重要讲话,提出2030年中国风电、太阳能总装机容量将达到12亿千瓦(1,200GW)以上、2060年前实现“碳中和”的双重目标等一系列举措。

2021315日,习近平总书记在中央财经委员会第九次会议中对我国“碳达峰、碳中和”工作做出了明确指示:“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。”

“双碳”目标发布以来,沿海各省基于消纳和风资源优势纷纷积极响应,将海上风电作为“十四五”期间新能源发展的重要方向。结合目前各省份已披露的“十四五”发展规划以及市场预测,预计全国“十四五”海上风电所规划的新增装机量将超过41GW,年均规划建设量在8GW左右,具体情况如下:

 

 

③在海上风电补贴退坡的背景下,海上风电风机大型化、选址深远海化成为发展的主要趋势:20201月,财政部、发改委及国家能源局联合发布《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》,20211231日后完成并网的新增海上风电项目不再纳入中央财政补贴范围。在此政策背景下,海上风电投资商为保证自身收益率,其降本增效需求愈发迫切。

从单个海上风电项目建设期间来看,2020年全国各地的海上风电单位建设成本一般在1.5-2.5万元/千瓦的区间,其中江苏、浙江区域海上风电单位建设成本在1.5-2.0万元/千瓦,而广东、福建区域海上风电单位建设成本在2.0-2.5万元/千瓦。海上风电单位建设成本主要由设备购置费用、建筑安装费用、利息及其他费用构成,其中占比最大的为设备购置费用及建筑安装费用,具体构成情况如下:

 

数据统计:中金企信国际咨询

风机大型化是降低海上风电成本最有效的途径,主要原因系:一是风机容量增大可提升扫风面积及轮毂高度,在同一地理位置可以捕获更多风能,有效提高发电小时数及发电量;二是同容量风电场采用更大单机容量的机组可以提高风能资源利用效率、提升风电项目投资开发运营的整体经济性、提高土地/海域利用效率,有效降低分摊到单位容量的原材料、基础、吊装、线路、土地等投资成本,从而提升项目投资回报率。

海上风电风机大型化已成为行业未来发展的重要趋势,海上风电发展最成熟的欧洲2020年海上风电新增装机平均风机容量达到8.2MW,而我国普遍新增装机风机容量为3MW6MW,低于欧洲同期水平。技术研发层面上,国内外风电整机龙头均在加紧机组大型化布局,Vestas早在20189月即研发了10MW海上风机,并于20212月研发了15MW海上机组,成为全球海上风电装机容量最大的机型。国内整机厂目前已研发成功的大容量机组主要包括明阳智能10MW风机组、东方电气10MW风机组、上海电气风电8MW风机组和金风科技10MW风机组,已陆续交付使用。

与风机大型化相匹配的发展趋势系海上风电场选址深远海化,一是因为深远海风力资源更多,发电小时数更高,与大型风机匹配度较高;二是近海风电资源面临与近海养殖、渔业捕捞、运输航线等争夺有限资源的问题,随着我国近海风力资源开发规模的不断增大,可使用的近海风力资源将逐步减少。

④我国海上风电运维市场存在发展潜力:运维成本支出占海上风电项目生命周期成本仅次于风电机组采购成本。目前我国海上风电的运维方式为五年质保期内由机组整机厂商提供相关服务,出质保后由风电场投资开发商自行招聘人员运维或通过寻找第三方运维服务商提供运维服务。目前我国海风运维采取周期性计划检修为主、突发性故障检修为辅的运维模式,仍面临运维水平有限、专用运输工具短缺等问题。

我国海上风电行业发展历史较短,2018-2020年的装机容量占截至2020年底总装机容量的73%,故大部分风机尚未脱离风机厂商承诺的质保期(通常为5年),在此期间风机的运营、维护、维修由主机厂负责,专业运维服务的重要性尚未凸显。随着风机年限的增长,加上海上风速大、盐雾浓度高等特性,风机故障率将逐步提高,脱离质保期后业主需要寻找新的运维解决办法。

在国外,海上风电运维市场已经非常成熟,然而中国海上风机运维服务市场仍处于起步阶段,提供海上运维服务的船舶专业性较低,多为传统交通艇甚至老旧渔船改建而成,耐波性及登靠能力较差。随着我国海上风电的飞速发展,将形成风机存量市场,对于海上风电专业运维船舶及人员的需求将逐渐释放。

3)海上风电工程行业现状及发展趋势:

①海上风电工程基本情况:

A、海上风电工程产业链情况:海上风电工程产业链参与者主要包括海上风电运营商、海上风电工程总承包商及第三方海上风电专业工程服务商等,具体如下图所示:

 

海上风电运营商系海上风电场业主,主要为我国大型能源电力集团,其获取海上风电场项目后,采购风机厂商的设备以及总承包商的建筑施工服务。海上风电总承包商主要系我国大型建筑类央企,其负责海上风电场的施工建设,并对工程的质量、安全、工期和造价等全面管理。海上风电场建设均需通过海洋工程装备方可实施,总承包商虽保有一定海洋工程装备,但其自有装备无法满足数量众多的海上风电项目以及复杂多变的海域、海况、施工作业条件,因此在建设过程中需向拥有相应海洋工程装备的第三方海洋工程服务商采购工程服务,以完成海上风电场的建设。第三方海洋工程服务商主要系民营企业,其通过自有船舶或外部租赁船舶完成总承包商的作业任务。

②海上风电工程行业主要特点:

A、海洋工程装备在海上风电工程中作用至关重要:海上风电工程因远海水深、海上环境复杂恶劣,导致工序与设备要求很高,因此拥有高端的海洋工程装备尤为重要。海洋风电工程主要依赖的海洋工程装备为实施风电桩基沉桩的专业打桩船以及实施风机安装的风电安装船。在风机大型化及选址深远海化的行业背景下,对风电安装船及专业打桩船技术参数要求显提升,而目前市场中大部分船机资源将无法满足这一要求。

海洋工程装备是海上风电工程服务商的核心竞争力,拥有先进海洋工程装备的服务商可以提供差异化的服务,主要体现在:

a、服务范围更加广泛:先进的海洋工程装备可以适应更深的作业水深以及不同的地质情况,继而可以胜任更多的项目类型。对于大型海上工程总承包商来说,其承接的项目往往遍布我国各个海域,且近海与深海项目兼备。若专业工程服务商的装备服务范围更广,则可以为总承包商客户提供一站式的服务,进而提升客户粘性。同时,部分海上风电项目作业环境极其恶劣,且对海洋工程装备作业参数要求较高,则存在市场中仅少数船舶海洋可以胜任的情形,拥有精良海洋工程装备的企业由于具备稀缺性,因此在商业谈判中会拥有较大话语权。

b、适应恶劣天气,作业效率高:高端海洋工程装备吃水深且配备先进的船身稳定系统,在恶劣(未达到海上作业停工标准)天气中可以最大程度地减免风浪对作业产生的影响,相比其他船舶作业效率更高,进而缩短客户的项目周期。

单个海上风机工程项目期间,除专业打桩船、风电安装船外,还需要调动大量辅助工程船舶协助施工,如果工程进度停滞上述船舶亦需原地待命,增加项目成本。因此,总承包商聘请拥有先进海洋工程装备的服务商可以缩短项目周期,降低项目总成本。

c、有利于培养相应的作业经验丰富、现场组织能力强的团队:海洋工程是一门经验学科,海况多变且地质情况复杂,施工人员施工过程中在施工设备的选择、窗口期的确认、制定施工工艺上必须依据经验提供充分的判断。然而在实践阶段,只有拥有高端装备才能承接更有难度的作业、了解全国各地的水文及地质信息,并帮助团队进一步积累经验。

B、目前海洋工程装备数量整体偏少:海洋风电工程主要依赖的海洋工程装备为实施风电桩基沉桩的专业打桩船及起重船、实施风机安装的风电安装船等。在海上风电行业风机大型化、选址深远海化的发展趋势下,海上风电场建设对于打桩船桩架高度及吊重、风电安装船作业水深及吊高、吊重提出了更高的要求,对于高端海洋工程装备的需求亦愈发迫切,海洋工程装备具体情况如下:

a、专业打桩船:大型专用打桩船主要由船体、桩架结构、定位系统、液压执行及控制系统等部分组成,按桩架性能和打桩方式,主要分变幅式、旋转式、摆动式、吊龙口式、吊打式以及平台式等6种打桩船,海上风电场桩基工程多采用变幅式。变幅式打桩船的桩架可绕前支点小幅度俯仰旋转,可满足直、斜桩打桩需求,主要适合高桩承台式基础风机的沉桩作业。

我国基础施工装备船发展起步较晚,20世纪70年代,我国开始从海外进口打桩船以满足市场需求。新世纪以来,随着我国和东南亚等国家海上风电场建设、跨海大桥、港口码头建设等项目日渐增长,我国打桩船的设计建造能力也获得了快速提升。2003年,中交三航投资建成国内第一艘桩架高度超过90米的桩架式打桩船。此后,一些工程公司相继建造或引进了多艘超大型打桩船,以满足大型码头、跨海大桥工程建设的需求。2014年,发行人建造了当时亚洲最大的打桩船“雄程1”号。20207月,发行人投资建造的130米专业打桩船“雄程3”号顺利调试成功。目前我国打桩船数量众多,但具备风电桩基施打条件的大型专用打桩船数量较少,总体市场呈现低端竞争激烈,高端供应不足的局面。

打桩船桩架的高度是其沉桩实力的重要参考指标之一,桩架的高度直接决定了打桩船最大可植桩长度。目前我国桩架高度在90m及以上的打桩船有20艘,桩架高度在110m及以上的仅有5艘,具体情况如下:

国内大型专业打桩船(原设计桩架高不小于90m

 

 

b、起重船:起重船又称浮吊,系搭载起重系统的工程船舶,起重能力一般从数百吨至数千吨,主要分为浮式起重船及半潜式起重船。浮式起重船系传统起重船,稳定性相对较弱;而半潜式起重船由于其耐波性好,能很好适应于较恶劣的海况,适合在深远海域作业,但其造价相对昂贵。随着海上风电及海洋油气事业的发展,大型起重船作为不可缺少的工程船舶之一,近几十年来有了长足的发展。大型起重船在海上风电工程中主要从事单桩基础风机的沉桩作业,起重船最初亦用于海上风电风机安装,后被专业的风电安装船所取代,但在风电安装船紧缺的情况下,大型起重船也可从事风电安装中的塔筒吊装作业。

c、风电安装船:风电安装船是海上风电施工建设的核心装备之一。海洋风电安装船主要分为自升式和坐底式两类。自升式安装船通过四条桩腿插入海底,船体抬离水面,不受海流影响,保证船舶稳定性,并配备海工起重装备和定位装备以满足风机基础安装、机舱安装以及叶片安装等作业内容;由于自升式安装船需将桩腿插入海底泥土持力层方可完成定位抬升,故在移船去下一个机位时,需拔出桩腿降船后移动至下一机位再插入桩腿,移位时间根据现场工况决定,时间相对较长。

坐底式风电安装船一般由半潜式平台改造,通过压载系统将船体沉坐在海底,配合锚泊系统进行船身固定,移位时省略了插入桩腿及拔出桩腿的过程;但由于半潜式平台用于风机安装存在一定先天设计缺陷,系半潜式平台一般底部均为平面,相较于桩腿插入海底泥土层的自升式安装船,船舶抗风浪能力及稳定性相对较差;但公司所投资建造的“雄程9”号风电安装船船型系一八角形中部镂空平台,沉入海底后,海底泥沙会经平台中空部分形成堆积,从而固定平台;同时,水流会直接穿过平台压载柱,抵消了水流对船舶稳定性影响,因此兼具自升式安装船及坐底式安装船的优点。

目前海上风电机组大型化趋势十分明显,可选的海上风电机组主要型号基本已无5MW以下机型;同时,海上风电场的建设也在逐步向深水区推进,从潮间带逐步到40-50m水深。按照目前的发展趋势,现有国内风电安装船将不能完全满足海上作业任务,需要具备更高有效水深且配备更大吊重的吊机及动力定位系统的新一代海上风电施工船。

目前,国内设计有效作业水深超15m的自升式风电安装船超30艘,其中有效作业水深超40m的自升式风电安装船仅6艘,可用于安装10MW以上的安装船舶12艘,具体情况如下:

国内主要自升式风电安装船(含在建)分析

 

 

 

 

数据统计:中金企信国际咨询

目前国内吊高超100m的坐底式风电安装船共7艘,有效作业水深超30米的坐底式风电安装船仅2艘,具体情况如下所示:

国内主要坐底式风电安装船分析

 

数据统计:中金企信国际咨询

综上所述,海洋工程装备整体数量较少,高端海洋工程装备更是处于供不应求的状态,难以满足日益增长的高难度海上风电工程需求。C、海洋工程专业服务商拥有较强的品牌效应海洋工程服务同时具备装备和经验壁垒,其使得服务商的头部效应更加明显。建立起行业口碑、拥有较多成功项目经验、配备数量较多高端装备的服务商拥有较好的品牌效应,更容易得到总承包商的青睐,因为海上工程项目周期长且干扰因素多,拥有雄厚人才和装备储备的服务商的风险抵御能力更强,进而总承包商的项目完成进度和质量也将得到更好的保障。

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