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中國風力發電產業發展現況
金屬工業研究發展中心張瑞模
前言:
風力發電為目前發展規模與發展及商業化前景最被看好的再生
能源之一,中國大陸因獨特之地理與市場因素,近年來獲得非常快速
之發展,近年來也陸續主辦大型之國際風能展,因此將以其發展歷程
與發展策略等進行分析與探討,提供給予國內相關決策部門及有志於
投入風力發電設備相關產業的業者參考‧
一、中國 MW級風力機設備國產化發展歷程
2001年,中國科技部研製 MW級以上之雙饋型風力發電機和失
速型風力發電機,並將此研究計畫列入中國國家 863計畫中,列入中
國國家級發展計畫中,彰顯其重要性與必要性,同時將這個計畫授予
金風科技、浙江運達、國電電力集團公司和瀋陽工業大學等,而金風
科技公司先行提出研發 MW級失速型風力發電機,並將研究計畫跨入
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MW級直驅式(無齒輪傳動)永磁風力發電機。在這研究計畫下,2005
年,金風科技試製出中國第一台 MW級風力發電機,”1.2 MW直驅永
磁風力發電機”,2005年,瀋陽工業大學自主研製出 1 MW雙饋風力
發電機。而由於中國風力機的國內技術尚未成形,因此在保護與扶植
中國國內產業的策略之下,中國國家政策規定風電專案設備國產化率
要達到 70%以上,這給予了國際系統廠想要進入中國大陸市場,則需
要進行國產化率要達到 70%以上的要求,由於此一重要政策依據,使
得中國企業得到相當的外力支援,也提供了中國大陸企業的發展空
間。許多國內企業透過以購買許可證的方式,實現製造 MW級以上風
力發電機的契機。
中國大陸華銳風電、東方汽輪等,就是以購買德國富蘭德
(Fuhrlander)公司和德國 Repower公司的許可證,成功的引進 1.5
MW變漿變速雙饋風力機技術,達成建立自主生產與組裝的技術。湖
南南車集團與湘電集團分別從奧地利 Windtec公司及日本原宏產公
司取得 1.65MW變漿變速雙饋風電機組及 2.0 MW直驅永磁風電機組生
產許可證‧上海電氣和北京北重汽輪電機購買英國 EU公司(原德國
Dewind公司)1.25 MW 和 2.0 MW風電機組的生產許可證,分別成功
試製出 1.25 MW和 2.0 MW變漿變速雙饋風力發電機。
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此外一種不同的方面是,通過聯合設計來合作方式,取得風力
發電機的製造技術,例如德國 Aerodyn公司分別與上海電氣和中國船
舶重工集團,以聯合設計方式,共同簽署合作協議,研發製造 2.0 MW
之變漿變速雙饋型風力發電機;另一方面,金風科技與德國 Vensys
公司,也是以聯合設計方式共同研發,生產 1.5 MW直驅型風力機。
此外,浙江運達以自主研發生產 1.5 MW變漿變速雙饋風力機。目前,
金風科技、華銳風電、東方汽輪機廠等已具備了較強的技術開發能
力,同時在中國市場上已佔有一席之地,在關鍵零組件之供應鏈方面
也已具備了較強的競爭優勢。如圖 1所示,這些方式值得國內產業界
參考‧
圖 1 、中國大陸企業在風力機技術引進上採用之國際合作方式
欲建全大型風力發電設備產業,需要有強而有力之系統廠支持,
而要建立自主之大型風力發電設備產業則需要有堅強的關鍵性零組
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件供應鏈為後盾,才能與國際大廠相抗衡,在風力發電零組件製造領
域上,中國大陸企業在關鍵行零組件的供應鏈方面已經具備了一定的
供需雛型。例如葉片方面,中國大陸目前對於風力機中葉片的研究與
製作技術,已經具備生產 1.5 MW以下各種不同型式的葉片,其中最
具有代表性的企業有中航惠騰風電設備有限公司、中材科技有限公
司、上海玻璃鋼研究院等。在齒輪箱方面,南京高速齒輪製造有限公
司、重慶齒輪箱有限公司、杭州前進齒輪箱集團有限公司等三家公司
具有風力機齒輪箱批量生產的能量,尤其南京高速齒輪具有相當的生
產能量,此外大連重工集團、中國第二重型機械集團公司等企業也開
始切入齒輪箱的生產行列,這些將來可能都是台朔重工的競爭對手。
發電機方面,這一關鍵性零組件對於中國企業來說技術門檻相對要
高,許多國際廠商對於中國生產之風力機發電機品質仍存有疑慮,目
前有中國北方機車車輛工業集團公司、蘭州電機廠、上海電機廠有限
公司、湘潭電機集團有限公司、四川東風電機廠有限公司等,所生產
之需要發電機提供中國系統廠選用,然而大部分之系統廠仍以國際廠
提供之發電機為準‧另外風力電機的其他次零組件供應商,如無錫柴
油機廠、東方汽輪機有限公司(生產輪轂和變速箱箱體鑄件),秦川
機床集團,生產變速箱箱體鑄件,青島武曉有限公司,生產塔架,而
無錫大昶重型環件有限公司,生產塔架與法蘭等。目前大陸在控制系
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統、主軸承、直驅型風力發電機低速永磁發電機、變頻器等核心部件
是極為缺乏的,國內廠商應有機會切入此一市場,若對於大陸市場有
佈局的業者可作為參考,表 1 為中國大陸風力機發展情況,圖 1為
2009~2015年中國大陸風力機裝置容量預估成長曲線圖,每年幾乎以。
表 1、中國大陸風力機發展情況
年 1985 1990 1995 2000 2005 2010(f)
功率(kw) 80 250 600 1500 2500 3000
葉片旋轉直徑(m) 20 30 46 70 115 125
塔架高度(m) 40 50 78 100 120 130
圖 2、中國大陸風力機裝置容量預估成長曲線圖[3]
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圖 3、中國大陸中材科技公司葉片生產情形
二、中國 MW級風力機設備技術發展面臨的問題
1. 核心技術和自主創新能力仍需加強
風力機設備產業是一種技術密集的產業,涉及的的範圍十分廣
泛,如大氣、環境科學、空氣動力學、結構動力學、材料科學、自動
控制技術、機電工程、電力電子、投資銀行、財務槓桿等。目前,中
國商業化風力機在基本上都是在技術引進後,關鍵性零組件仍須外部
採購以組裝成所需要的機型。對於核心技術的研發和自主創新能力仍
顯不足,此部分仍然影響著中國大陸國產化的進行。
2. 大型 MW級風力機關鍵性零組件匆忙投入生產與裝機運轉,品
質和可靠度堪慮。
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中國大陸,近年來在整機的生產與裝機上急速擴張的同時,產品品質
出現問題越來越明顯,在中國國家發改委能源研究所與中國可再生能
源學會風能專業委員會組織的調查研究報告中發現,各整機製造企業
的產品在運轉和試製的過程中均出現品質問題,也為此付出不小的代
價,例如齒輪箱齒輪斷裂、漏油、行星齒輪鬆動、塔架焊接處龜裂等,
其問題及原因如表 2所示。
表 2 中國整機及零組件產品品質問題 [2]
常見問題 原因 解決方式 設計問題 品質問題
齒輪箱齒輪斷裂 設計失當 召回更換 ○
齒輪箱漏油 設計失當或不合理 設計改善 ○ ○
齒輪箱行星齒輪鬆動 生產組裝不當 加固 ○
齒輪箱行星齒輪鬆動 品管失當 加固 ○
主軸斷裂 材料中含氫量過高 加強材料中含氫量
管制
○
葉片系統液壓缸漏油 液壓缸精度不足 選用國外產品 ○
偏航減速器變形 生產組裝失當 生產組裝改善 ○ ○
電子元件損壞 故障 更新 ○ ○
雷擊損壞 防雷設計方案不完備 更新避雷裝置 ○
焊接處出現焊接裂縫 設計與焊接技術不當 重新設計與焊接技
術改善
○
3. 上中下游產業鏈整合尚需加強
中國大陸目前上中下游產業鏈整合與協調能力明顯仍有進步空
間,品質合格的關鍵零組件生產供應能力明顯不足,對於近期明顯限
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制了整機業者的發展。目前,中國大陸風電設備製造業投資和產能結
構很不平衡,中國大陸境內企業一擁而上,進入風力發電製造業並集
中於整機研製,對於關鍵性零組件的供應能力明顯無法滿足需要,如
齒輪箱的研發投入和產能品質問題則明顯不足,導致產業上中下游無
法整合與協調。又在電控系統和軸承等關鍵零組件上,目前還是依賴
進口為主。隨著從 2008年起全球風電設備零部件供應日益緊張,很
多整機製造企業受制於國際市場緊缺,關鍵零組件採購期長達 18 個
月,影響到整機系統場的交機進度。
4. 缺乏總體發展策略和資源整合
目前中國風力發電技術研究和開發團隊雖然有極多廠商與單位
投入,但是資源分散,產業技術服務體系尚未建立,缺乏對風力發電
技術和產業的發展策略進行長期性及前瞻性的引導,長期的發展目標
不清晰,使得中國大陸國內出現過多炒短線的投機客出現,過多的業
者投入整機市場,小型風力機更是繁多,影響整體產業的發展與產業
效率。
三、中國未來風力發電設備產業發展趨勢分析
中國大陸風力發電政策
以往中國可再生能源激勵政策,以“還本付息、合理利潤、全
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額收購”為原則的鼓勵政策,對於風電發展起了顯著的促進作用,但
是由於這種定價原則是以個別項目成本為基礎,成本高了,電價也可
隨之升高,企業沒有降低成本的壓力。中國的特許權招標政策自 2003
年開始實施,電價在招標中的比重減小;但在技術、國產化率等指標
卻增加;風電政策從過去的注重發電,轉為著重設備製造的開發。目
前,中國對風電的支持政策基本上已經十分完善,也相當優惠,其政
策法規整體走向,朝向支持風電產業化和自主化,以實現風電對石
油、煤炭等等能源的依賴。
表 3、中國風力發電產業推動政策
1. 設備國產化比率
2006年開始,中國大陸對於風電設備國產化率定下了達到 70%
以上的目標,未滿足國產化要求的風電場則不許設置,進口設備也需
納稅。2006年風電特許權招標原則規定,每個投標人必須有一個風
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電設備製造商參與,而且風電設備製造商要向招標人提供保證供應符
合 75%國產化率風電機組的承諾函。投標人在得標後必須而且只能採
用投標書中所確定的製造商生產的風機,這也是國際風電設備大廠陸
續在中國投資建廠的重要原因,表 4為中國大陸與台灣兩岸風力機暨
零件進口關稅比較。
表 4、兩岸風力機暨零件進口關稅比較
2. 全額倂網
中國大陸於 2006年正式實施《可再生能源法》,這個法案建構了
一個比較完整的再生能源法律的遵循框架與法源依據,中國正式啟動
再生能源之發展。該法主要是以要求通過減免稅收、鼓勵發電倂網、
優惠上網價格、貼息貸款和財政補貼等激勵性政策,作為激勵發電企
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業和消費者積極參與再生能源發電。電網企業可便利上網提供再生能
源電力,並具全額收購再生能源之發電量,使再生能源企業得以保障
與生存進而發展,並逐步提高其在能源市場的競爭力,這是符合國際
潮流的法案,也提供了國際廠商在中國大陸長遠發展必要的法律保障
與依據。
3. 電價分攤
風力發電發電電價暫不參與市場競爭,風能發電價格訂定由中
國政府通過招標時確定的得標價格,其再生能源發電上網電價則高於
當地化石燃料發電電假等。而上網電價政策是風電產業發展的關鍵,
相對較高的上網電價,對於風電運營將是直接的收益增加,也強化風
電設備商發展的空間。
4. 財稅優惠
針對目前中國大陸”可再生能源”開發利用的投資成本比較
高,為加速技術開發和市場的形成,中國”可再生能源法”還分別就
設立可再生能源發展專項資金,為再生能源開發利用專案提供有財政
貼息優惠的貸款,對列入再生能源產業發展指導目標的專案提供稅收
優惠等扶持措施作了規定。
5. 特許權
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為促進中國風電發展,政府實施了風電特許權示範專案。所謂特
許權經營方式,是用特許權的方法開採國家所有的礦產資源或建設政
府監管的公共基礎設施項目,項目本身的商業風險由企業承擔,政府
承擔政策變動的風險。2003年國家發改委首次批復了對江蘇省如東
縣和廣東省惠來縣首批 2個 100MW風電廠示範專案的特許權公開招標
方案。2004年又新增了吉林省通榆風電場、內蒙古自治區輝騰錫勒
風電場、江蘇省如東第二風電場 3個 100MW級的風電特許權項目,與
2003年招標的主要不同點在於,這次的招標要求風電機組當地語系
化率提高到 70%。華睿投資集團於 2003年中標獲得江蘇如東 10萬 kW
風電特許權項目,將在今年並網發電。
通過風電特許權的方式,可以在風電領域引入市場運作機制,吸
引私有資本,打破壟斷;同時也能夠刺激投資者的積極性,促進風電
設備製造的當地語系化,利於降低風電設備的造價,進而降低開發商
投資風電市場的成本,增強風電市場的競爭力。除此之外,還將促進
國內風電相關技術和管理水準的提高。
表 5 中國涉及風電的能源政策[2]
時間 法規名稱
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2005年 2月 《中華人民共和國可再生能源法》
2006年 1月 《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》
2006年 6月 《可再生能源發展專項資金管理暫行辦法》
2007年 9月 《電網企業全額收購可再生能源電量監管辦法》
2008年 3月 《可再生能源十一五規劃》
2007年 8月 《可再生能源中長期發展規劃》
中國大陸海上風力發電
2010年將被中國稱為海上風電發展的元年,2010年 6月底,
中國第一個大型海上風力機,將完成建置,”上海東海大橋風電
場”將全部並網發電,目前中國在海上風電的發展上,以打破國
際技術壟斷與封鎖為發展方向,海上風電在中國尚無借鑒的發展
路徑,東海大橋的建置則在風機技術、海上風電場維護、技術管
理人員培訓、吊裝施工、風電場設計等方面積累了寶貴的經驗,
打破了國外壟斷的技術封鎖。中國國家發展改革委能源所可再生
能源發展中心表示,中國關於海上風電的政策制定,都要取決於
東海大橋項目建成後的實際運行效果,未來在試運轉上、風電機
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組適應海上環境能力、施工和維護成本等,如何克服等,未來真
正的考驗才開始。因為未來海上風力機之維護費用的控制和電量
穩定的輸出,將是風場盈虧成敗的主要因素之一。
例如,華銳風電首次發表開發 3MW海上風力機機組,在技術
上主要的研究方向有防腐、抗颱風、抗鹽霧、低成本維護等方面
技術研究項目。華銳風電在 3MW海上風力機機組總體設計、載荷
計算分析和優化、增速機齒輪箱、輪轂、機座等關鍵技術的自主
研究上,穫得極大的突破。並使用 6000噸級的專用工程接駁船
來解決風力機運輸的難題,同時克服了重心移位、傾斜等技術問
題。另一方面外,又研發起重船吊鉤中心 GPS定位系統,使吊裝
風機的起重船能快速、精確地到達指定船位。
上海東海大橋風電場業主—上海東海風力發電有限公司表
示,東海大橋 90米高度年平均風速 8.4米/秒,年發電小時數為
2624小時。一般而言風力機在 8.4米/秒的平均風速是很好的風
力資源,目前華銳 SL3000型的風力機對於中國東南沿海的季風
氣候,有進行研究的條件設計修正等研究。
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圖 4、海上風力機建置情況(德國 Alpha Ventus) [6]
四、2010年上海風能展部分參與廠商活動情況
金風科技
成立於 1998年,在中國大陸國家政策的大力支持下,在
十餘年的發展過程中,堅持自主研發,推進產品創新,以可
靠性高、電網適應性好、永磁直驅技術,2008年銷售收入達
到 64.58億元,連續 9年取得 100%的增長,2009年雖然遭遇
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金融危機,但是截止 2009年金風科技累計簽訂銷售風力發電
機組 6336台,完成安裝 4691台,累計排名中國第一。 2008
年金風科技成功收購德國 VENSYS能源有限公司,增強了研發
實力,具備完全自主研發的設計能力,擁有完整的自主智慧
財產權,目前 3.0MW機組也將上線試運轉,金風科技在 3.0MW
機組技術上仍以直驅技術的主,主要以發電量和可靠性高為
研究重點,以電網併網適應性為訴求,並以國際領先的技術
水準為要求。目前在新疆、北京亦莊、烏魯木齊、甘肅瓜州、
寧夏吳忠、內蒙赤峰、內蒙包頭、鐵嶺、廣東汕頭等,金風
科技也在中國大陸建立了 12家備件維修網路,提供金風科技
維修後勤支援。
圖 5、2010年上海風能展金風科技舉辦整機解決方案發表會
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華東風能科技公司
主要生產 MW級大型風力發電機組的輪轂、底座(機艙座)、
輪軸、齒輪箱體和軸承座等主要零部件,其產品集中在風力發
電機零部件研發、生產之專業化風電產品生產企業,已發展成
為世界一流的風電零組件等零組件的生產廠商。其檢測儀器有
光譜分析儀、拉力機、金相顯微鏡、低溫衝擊試驗機、超音波
探傷儀、磁粉探傷儀等‧
圖6、華東風能科技公司2.4MW機座19.6噸產品
明陽風電
發展機型:1500KW風力機;
為中國東南沿海低平均風速與有颱風地區設計;
73米大直徑,抗颱型
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極限風速 70米/秒
葉片:最新複合材料設計
高效率、低諧波 IGBT變頻系統
與德國 Beckhoff 合作專用風電 SCS控制系統,中文控
制介面。
明陽電氣集團公司是從事風力發電、電力電子、智慧電氣
和成套輸配電裝備研究、開發、生產和服務的民營高科技企業。
公司堅持技術創新,與中國大陸廣東裝備製造工業研究院、廣
東風力發電技術研究開發中心、廣東省企業技術中心和廣東省
電力電子及自動化工程技術研究開發中心、清華大學、西安交
通大學、北京航空航太大學進行一系列長期前瞻性研發等,建
有完整的科技創新體系,明陽集團每年用於新產品開發和技術
研究的投入約占公司當年銷售收入的 8%~15%,成功開發了
100多個新產品,公司現在 11名博士、35名碩士和 130名中高
級工程技術人員,員工整體素質在行業領先。與西門子、AB
B等跨國公司展開全面的合作與競爭。其中廣東明陽風電技術
有限公司在風力發電產業上堅持,走創造性的聯合設計研發技
術路線,與德國 Aerodyn公司合作引進技術,並取得風力發電
機組設計製造技術。圖 6、明陽風電參與展場活動情形,圖 7、
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圖 8、明陽風電 1.5MW風力機組裝情形
聯合動力公司
聯合動力公司隸屬於中國國電集團公司之一,為適應發展中國
大陸綠色能源事業的需要,解決風電關鍵、重大設備國產化問
題,于 2007年成立國電聯合動力技術有限公司,註冊地北京,
註冊資本金為 3.3億元人民幣。國電聯合動力技術(連雲港)有
限公司是國電聯合動力技術有限公司的全資子公司,專案總投資
10.7億元人民幣,建設地點位於連雲港市大浦工業區,東臨大浦
路,南靠東晉路,占地面積約 450畝,是集風電設備生產、研發
為一體的現代化企業。
聯合動力目前已經在保定設立一家子公司,設計產能為年產
1.5MW風力機整機 800台,未來聯合動力還計畫發展生產風力機
齒輪箱,如此措施將在一定程度上,保證聯合動力所生產之風力
機機組所需零部件的供應不置匱乏,使聯合動力在競爭日益激烈
的中國大陸風電機組的製造領域佔有一定的優勢地位。
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圖 9、聯合動力公司參與展場活動情形
紅葉風電公司
主要風力發電相關設備之葉片製造為台灣廠商,隨著全
球對節能減碳科技的關注,在各國政府的獎勵政策下,
風力發電設備關鍵零元件僅僅在過去幾年需求量大
增,每年成倍數成長,並在歐美大廠的帶領下逐一克服
了技術及產能上的瓶頸。紅葉風電股份有限公司是海峽
兩岸唯一一家生產兆瓦級風力發電機組葉片的台資企
業,其結合台資企業優異的生產管理能力及堅實技術背
景,技術團隊不斷創新突破葉片生產效能及技術,堅持
生產第一品質葉片,並獲得德國勞氏船級社 GL
(Germanischer Lloyd )認證,現有客戶群涵蓋中國前三大
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整機廠、電力集團等卓越的企業與國外知名風機製造
商,紅葉風電因掌握歐美葉片生產上的關鍵技術,並結
合臺灣製造管理的精髓,為中國境內第一家成功取得
GL 及 ISO 認證的專業葉片製造廠商,順利佈局中國及
全球市場,並於 2009 年法國馬賽風電展一鳴驚人,獲
得世界大廠的青睞。在紅葉風電團隊多年來的努力下,
我們完成了 1.5MW 的 37.5M 和 40.3M 葉形,該葉片曾
在 2007 亞洲風電展榮獲設計最新穎與轉換效能最高的
肯定。尤其,40.3M 為中國最長的葉形,紅葉風電是中
國境內唯二有此能力之公司。
圖 10、紅葉風電公司參與 2010 年上海風能展情形
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五、結論與建議
1. 目前中國大陸之整機供應鏈上中下游之供需雛型幾乎已完
備,國內業者想要切入中國系統廠供應鏈已屬不易,然而包
括中國本身之整機業者目前對於中國之產品品質仍存有極
大的疑慮,有極多的MIC產品確實出了極大的問題,此仍為
台灣產品之優勢,未來除與之價值戰外,仍應以國際規範為
標準,提供國際市場,建立國際供應鏈‧
2. 全球風力機市場未來仍然看好,台灣風力產業起步較慢可能
無法像歐洲大廠一樣從頭自主發展,目前唯有透過國際合作
方式加快風力發電技術的在台生根,尤其是離岸風力發電技
術的發展更是刻不容緩,若現在不加速研發,可預期未來十
年後,台灣離岸風場與技術會將會出現如同現在情況一樣,
仍由外商把持,國內標案機組仍舊是國際大廠的囊中物,對
於國內風力發電產業與促進就業率仍無助益,白白將能源發
展讓與外人,浪費大好建立自主能源產業的機會,因此如要
早日切入技術與市場,應採取更積極方式,與國際合作伙伴
共同發展,尤其是離岸式風力機發展更需借重國際合作來培
養台灣的實力。