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水电行业:清洁能源蓝图中的“幕后英雄”

百科知识中国仪表网2015年11月04日 10:16人气:12833

  【中国仪表网 百科知识】也许有人认为水力发电已经成为了能源领域的“老生常谈”,但事实上,作为波动的风光发电的调节者,水电更像是清洁能源蓝图中的“幕后英雄”。但是到底应如何定义水电?水电目前在国内的发展是否达到了饱和水平?“后水电时代”的发电机组投资机会在哪里?GE收购Alstom对水电行业影响几何?本文结合大量数据以及德国、日本、美国的案例解决了上述问题。
  
  什么叫水力发电
  

  于1925年建成的四川省洞窝水电站,采用GE的水轮发电机组,至今仍在正常运行。
  
  什么是水力发电?
  
  水力发电,是研究将水能转换为电能的工程建设和生产运行等技术经济问题的科学技术。而水力发电站,是利用水位差产生的强大水流所具有的动能进行发电的电站,简称“水电站”。水轮发电机组是利用水能进行发电的发电设备,是水力发电站的核心组成。主要由水轮机、发电机两部分构成。
  
  水力发电特别在哪?
  
  清洁:水能是一种可再生且免费的清洁能源。它仅利用大自然所赋予的能量,不消耗水,也不产生污染。总投资中固定成本所占比例较高,但运行成本低,销售客户确定,回款及时,盈利稳定。
  
  稳定:一方面水力发电稳定,相较自然界的阳光、风等资源,河流的径流均匀稳定,具有季节特性。汛期刚好处于用电高峰,使得电站发电量也随之呈线性输出。另一方面,水能具有可存蓄性。电是瞬间消费,目前为止,还没有很好的大型蓄电池可用。而水电站,可以通过合适的地理位置加以利用,形成调节水库库容。使之成为最优质的电网电源。
  
  环保:水力发电是再生能源,对环境冲击较小。除可长周期提供廉价电力外,还有下列优点:控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运,有关工程同时还能改善该地区的交通、电力供应和经济,甚至可以发展旅游业及水产养殖。
  
  中国水电资源开发现状和误区
  
  水力部2005年完成的第二次水利资源普查资料显示:全国水力资源理论蕴藏量10MW以上的河流共3886条,水力资源理论蕴藏量6.9亿KW;技术可开发量5.4亿KW,年发电量24740亿KW·H;经济可开发量4亿KW,年发电量17534亿KW·H。但目前就水电资源开发方面,存在着以下几点误区:
  
  1理论蕴藏量不等于经济开发量
  
  决定一条河可供开发的条件最重要的有以下两点:
  
  水量大或者落差大(即势能大),成为控制电站装机规模的关键因素。经筛选,在我国,除黄河上游、东北和沿海部分中小型水电站外,主要的具有经济开发价值的水电资源,大部分集中于中西部地区。
  
  综合成本成为关键制约因素。首先,需要重视的是建设成本。即便是很好的水利资源,如果没有合理的施工成本控制,也是不具备开发价值的。其次,伴随经济的发展,由于征地、移民、水库淹没造成的赔偿问题,新建项目的成本控制面临进一步的难度。此外,由于水电设备外型巨大,部分偏远山区交通不便带来的运输综合成本问题,也将很多资源排除在近期开发名单之外,例如雅鲁藏布江如进行整体开发,仅前期公路一项,投资将在百亿元量级。
    
  2我国技术开发总量已接近极限
  
  据中国电力企业联合会电力统计数据,截止2014年12月底,全国水电发电建成装机容量约2.8亿千瓦。在建及规划的重型电站除金沙江上游约900万KW、金沙江中游约1818万KW、下游约2620万KW外,还有雅砻江流域总计约1300万KW、大渡河流域约1700万KW、澜沧江3700万KW、怒江2132万KW等合计近1.4亿KW,两者合计4.2亿KW,甚至已超出原规划的经济开发总量4亿KW。如果加上以雅鲁藏布江干流(5000万KW)为代表的近亿KW西藏水电集群后,我国的技术开发总量都已接近极限。
  
  所以,总的来说水电资源是可持续的,但水电资源点是有限的。
  
  3技术开发总量转变为经济开发资源的可能
  
  随着规划水平的提高和相关资源勘察工作的细化,技术开发总量正在部分转变为具有一定经济开发价值的资源点。但我国总的水资源体系是确定的,装机总量的转变,不代表发电总量的同比例增长,伴随着主要省份的水电开发基本完成,其转变速度与效果将更多的依靠交通、电网、电价等客观因素的影响。
  
  所以,在中国,低成本水电增量开发,已近尾声。
  
  面对“后水电时代”如何投资?
  

  按照我国现有的电力供应总量及经济发展增速,信达证券研发中心预测:到2020年,中国电力总装机在17-18亿千瓦左右。
  
  在2014年11月12日的《中美联合声明》中,中方首次正式提出2030年左右中国碳排放有望达到峰值,并计划到2030年将非化石能源在一次能源中的比重提升到20%。按此测算以及“十三五”规划初步想法,2020年水电总装机将达到3.5亿,风电将达2亿(为12.5计划的一倍),光电将达1亿(为12.5计划的五倍),核电将达5800万千瓦。
  
  如果按现在的规划发展下去,到2020年,我们在常规火电没有大规模新建的基础上,伴随着风电、光电的迅速增量到位,鉴于其自身技术的天然缺陷,会出现巨大的调峰需求。举例来说,作为新能源发展排头兵的德国,由于相关经验积累和学科研究不到位,德国政府在退出全部核电之后,大力推广光伏发电能力,最终导致电力供应失衡,现在被迫重新规划新建火电厂,以满足社会需求。
  
  而水电,则是调峰主要解决方案。对此,水电领域需要尽快完善市场定价机制,鼓励兴建具有调节能力的水电站。提高规划工作的深度,加深资源调查的力度,在科学环保的基础上尽可能多的挖掘新资源空间。要积极推进电价改革,鼓励民间资本投资抽蓄工程,还要积极发展特高压技术,提倡节能减排。最终在电力基础供应和调峰供应两个层面上,共同解决问题。此外,还需改造、升级现有存量老旧电站,利用最新的运营思路和设备,深挖潜力。提高老旧水电站的自动化水平、发电量以及调峰能力。
  
  以中国的邻国日本为例,从20世纪70年代起,日本对一些河流进行了重新开发,废弃原有小水电,重建较大水电站。例如新高濑川原有小水电站2.7万KW,改建成1座大型抽水蓄能电站后,装机容量128万KW,为原有容量的47倍。
  
  所以,虽然我国的水电开发资源总量已经接近极限,但随着开发条件的转好,开发水平的提高以及送出条件的改善,还是陆续会有少量中小规模的新建电站可供市场投资。
  
  水轮发电机组仍是极具吸引力的投资机会
  
  20世纪90年代后,欧洲、北美发达国家经济可开发水电资源已基本开发完成,新增装机容量日益枯竭,规模锐减。(PS:发达国家是已基本完成水电开发,而不是因为种种原因放弃。)与此同时,亚洲、中南美洲国家的水电开发进入前所未有的大发展时期,由于人力成本的劣势,海外施工力量逐步退出中国国内及周边市场,这使得水轮发电机成为海外厂商最主要的参与方式。在这种情况下,亚非拉国家成为世界水轮发电机组市场的主要客户,水电设备的年订货量一度占全世界的90%以上,中国也因此成为了世界水轮发电机组的中心市场。
  
  随着我国水轮发电机组市场权重在全球范围内的不断扩大,以及我国的生产制造成本优势,国际水电设备制造商在近年纷纷涌入中国。目前国际主要的水轮发电机组生产商家如已被GE收购的阿尔斯通(Alstom)、伏伊特西门子(Voith-Siemenshydro)、奥地利安德利兹(AndritzVATECHHydro)、东芝(TOSHIBA)等均已在中国设立生产基地。随着引进吸收自我研发创新等一系列的努力,以哈尔滨动力设备股份有限公司、东方电气股份有限公司为代表的国产水轮机制造行业,也取得了长足的进步,中国已经成为世界水轮发电机组制造大国。
  
  国内市场中主要的大中型水轮发电机组制造商有:东方电气、哈尔滨电气、天津Alstom、伏伊特西门子、浙富水电、东芝水电、安德利茨、杭州力源、GE亚洲水电。其中,美国GE公司在2006年底在全球范围内退出水电业务,其在中国国内的唯一大中型水轮发电机组制造工厂(位于杭州市,包含自有技术及挪威克瓦纳公司技术体系)已经转产,不再从事水轮发电机组生产。目前大中型水轮发电机组行业基本由其余几家制造商供应市场需求,整个行业产业集中度高,在2005-2010的水电开发大潮中,市场一度呈现出垄断竞争的态势。
  
  故事发生到这里,本应告一段落,但新的问题出现了:就是随着低成本水电资源点的开发完毕,水电开发市场日益萎缩。虽然其中已经进行了一定程度的整合,但现有的公司数量还是太多了。怎么办?
  
  让我们先来看看水轮机的机械设备寿命:
  
  水电站的机械设备投资中,除大量的辅助设备外,最主要的水轮机、发电机、升压设备、启闭设备,占据了主要投资份额。由于每一座水电站的引用流量与落差不同,每一座电站的机组都各不相同,均为定制产品,无法进行替换,因此大大提高了其采购成本。但也正因为此,对其设计可靠性和维护可靠性提出了很高的要求。设备基本按电站规模等级,实行全寿命设计——即电站的生命周期内(50-100年),通过正常的维护保养,无需更换。即便更换,通常也需要几十年后出现极端磨损无法修复时才会开展。面对一个持续数十年的以维护保养为主要业务的市场,显然不需要太多的核心企业——因为根本就没有足够的市场空间。尤其是在中国的本土企业已经在很多领域进入世界先进技术行列的时候,整合或退出已是必然。
  

  伴随着美国GE于2006年退出水电市场,日本的三菱与日立公司,也于2010年将水力发电系统资产进行整合。甚至为了更好的应对同行业与风光行业的挑战,双方又于2012年将火电和核电部分的资产进行整合。我们相信,随着低端市场竞争的加剧以及高端市场的进一步萎缩,水力发电行业的整合步伐不会停止。也许数年后将出现中、日、美、欧,四大体系内各自只保留一家核心企业的格局。
  
  天下之事,分久必合,合久必分。
  
  在2015年的父亲节时,GE的微信发出了纪念电气事业发明家爱迪生的照片,似乎意味深刻。2015年9月,终于传出来震撼性的消息:欧盟批准了GE公司收购法国阿尔斯通公司电力和电网业务的交易。即将并入GE的Alstom水电装机容量占了超过25%的全球水电装机总量,并早在1995年开始就重点布局中国水电业务,曾中标三峡工程(22.7GW)等多个国内水利大单。此外,巴西伊泰普水电站(14.8GW)等世界前五大水电站都运用了Alstom的水电技术。
  
  虽然水电业务拥有悠久的历史,但是GE前些年还是坚决的剥离了连续亏损的水电业务,将更多的资源投入燃机等回报较好的业务板块。不过考虑到美洲及其他传统客户区域内海量的水轮机后续维护的业务,在GE重新回归制造业的大战略下,GE还是重新寻找到了自己在行业中的位置,通过此次收购Alstom重新置入了水电业务。两者业务的互补性,营造出了一个新的行业霸主,也进一步开启了行业继续整合的篇章。
  
  国内外水电设备市场前景
  
  一方面,目前世界水电设备销售市场主流已由欧洲、北美、日本等发达国家转向亚非拉等地。从未来国际市场的供需情况来看,虽然我国的水电资源在经过最近几年的爆炸式发展后,剩余空间越来越小,但我国周边亚洲国家的电力发展迅速,而且周边亚洲国家水力资源丰富,水电开发需求增长成为必然,并存在中小型机组爆发性增长的可能。
  
  随着国产机组的逐步成熟,近年来国产水电设备已大量进入国际市场,在东南亚、南亚、西亚地区具有极强的综合竞争力,海外水电设备市场存在较好成长空间。
  
  借助GE与Alstom的综合实力与背景,借助区域服务优势及融资配套,在与国产机组的竞争中还是会有一些市场空间,必将占有一席之地。但整个过程是以成本竞争驱动的,需要更加深入的与买方需求进行匹配。
  
  另一方面,大中型水轮发电机组行业属于资金密集型、技术密集型行业,进入壁垒较高,从进入到形成稳定的生产能力、获得良好的项目履历有一定困难和风险,这给新制造商进入市场带来了一定阻力。在高水头冲击式机组、超大容量水轮机、大容量抽水蓄能机组、大型贯流机组、潮汐机组等高技术机组方面,中国的相关制造企业还存在一定的技术提升空间,但市场空间的消失速度与科研进程相比更快,所以在部分领域,后发企业或将放弃追赶。
  
  伴随着经济可开发市场的逐步减少以及清洁能源开发的迫切需求,会有一部分技术可开发资源进入商业开发的范畴。从世界各国的整体状况来看,新增的高门槛市场还足以支持3-4家核心企业的5-10年内的良性发展,这其中最主要的业务都是Alstom的优势区间。
  
  在世界制造业产业向发展中国家转移的趋势下,我国水轮发电机组制造业拥有承接国际产业转移的一系列优势:如全球最大的水电设备市场优势、高素质和低成本的人力资源优势、社会政治稳定、经济快速增长优势、良好的基础设施优势等,这些优势使我国水轮发电机组制造行业在承接国际产业转移中处于非常有利的位置。GE下一步借助Alstom在中国的一系列产业基地,将会受益于行业发展与成本可控的双赢格局,使得相关业务成为中期经营的主要亮点。
  
  十年后,伴随着风电、光伏等一系列新能源在技术与成本上的不断努力,加之水电技术可开发资源的枯竭,水轮机制造行业将逐步进入以维护保养为主营业务的区间。拥有庞大客户储备以及良好技术积累、服务水平的企业,会成为市场的主体。同时,笔者相信市场将会出现新一轮的整合,伴随着一体化经济的影响,以及国际合作、交叉持股等各项整合措施,30年后,水轮机制造服务行业(甚至火电、燃气业务一起)也许将最终形成两强格局。
  
  由于水轮机的后续维护服务,最好由原设计制造厂家开展,以便最大限度的节省成本、提高效率,因此,能否拥有足够的机组销售市场,成为服务市场的前提。而现在,正是抢占未来水电服务市场高地的最后一战。能否以合理的成本、优势的技术、良好的服务抢占有更多的市场,将成为企业未来数十年发展的基石。
  
  水电的未来:行业的潜在风险与技术机遇
  
  水力发电是一门应用科学。
  
  近百年来的水电开发经验,足以给我们很好的投资信心。通过科学分析,谨慎投资,能换来滚滚现金流。但其中仍存在一定的不确定因素,例如:由于固定资产比重较高,面对不可抗力,存在遭受损失的可能;水电会面临聚光光伏、风储一体电站,天然气水合物,核聚变,海洋能技术,光热技术等新兴技术的冲击。尤其是3D打印技术的发展,对于巨型水轮机组及水电设备的生产和运输都将产生颠覆性的影响,也将给后续的维护修理带来巨大的便捷性。这都将是现有企业将必须面对的现实。
  
  在GE拥有一流的3D打印能力及原Alstom拥有优势的水轮机设计制造经验和宏大的客户群体的前提下,他们的结合到底会对能源界带来什么影响?我们期待行业领军企业对水力发电事业做出更多的贡献。
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