风力发电的原理
投资就是认知的变现，你对世界、对市场、对公司的认知，最终决定了你的投资回报。
写在前面
通常情况下，大牛股往往出在增量行业，而稳健的价值股往往出在存量或缩量行业。如果我们想挖掘出三年内涨幅超过3倍以上的大牛股，就得去增量行业里挖掘。
在我们鹏风股票研究小组看来，接下来的十年里，太阳能光伏发电和风力发电行业一定会是市场规模高速增长的增量行业。虽然在过去两年多时间里，因为抢装潮和产品供不应求涨价的原因，两个行业的不少相关个股上演了“净利润断层”或“戴维斯单击”效应，甚至有些个股被炒出了泡沫。但，我们认为这仅仅只是开始，接下来两个行业里的一些优秀的头部企业会逐渐上演“戴维斯双击”效应，也就是eps和pe同时推动股价不断创新高。
今天这篇文章算是科普文，让大家先对太阳能光伏发电和风力发电的工作原理及特点有个大概的了解，有了这些基础知识的掌握，我们才能更好地去理解行业发展现状和前景，以及产业链上的投资价值所在，而一旦对行业发展和产业链价值分布情况有了深入的了解，我们才有更大的机会挖掘出行业里的潜力股。
国家对两个行业的发展规划
今年，我国进一步明确了碳中和的实施计划表，首先要在2030年实现碳达峰，届时，非化石能源消费比例要达到25%，其中风电和太阳能装机容合计达到12亿千瓦。具体到发电量占比情况，到2030年，火电占比将从现在的68%下降至56%，而风电和光伏发电占比将从现在的9%左右提升至23%左右，占比提升1.5倍多。需要注意的是，两个新能源行业市场规模的提升空间肯定比1.5倍要多，因为未来十年我国发电总量肯定是会不断增加的。
根据预测，截止到2020年底，风电和光伏装机累积总量或超过4.5亿千瓦，这就意味着未来10年，风电和太阳能的新增规划量合计将超过7.5亿千瓦，年均新增规模超过7500万千瓦。至于这么多装机量具体会产生多少人民币的市场规模，确实不好算。因为一方面，风力发电和太阳能发电的成本是不一样的，而风力发电里，陆上风电和海上风电的成本又不一样；另一方面，我们无法确定这12亿千瓦的装机量里，未来太能能和风电各会分走多少份额。所以，这个不确定性也是很多相关个股没能涨太多的主要原因。
不过可以肯定的是，如果未来光伏发电和风力发电的成本进一步下降，我们不指望成本低于火力发电，只要能平价上网不亏损，那么两个行业的市场空间大概率会比国家规划的要大。
太阳能发电原理和特点
太阳能发电的原理
太阳能发电是利用太阳能电池方阵将太阳能辐射能转换为电能的光电技术。
太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。所谓光生伏打效应，简言之，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其它光照射到半导体PN结时，就会在PN结两边出现电压，叫做光生电压。
太阳能发电系统由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分作用为：
太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。
蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。
逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器。
太阳能光伏发电的优点
1、太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源，此外，不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响。
2、太阳能是随处可得，所以太阳能光伏发电对于偏远无电地区尤其适用，同时会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失。
3、太阳能的产生不需要燃料，使得运行成本大大降低。
4、除了跟踪式外，太阳能光伏发电没有运动部件，因此不易损毁，安装相对容易，维护简单。
5、太阳能光伏发电不会产生任何废弃物，并且不会产生噪音、温室及有毒气体，是很理想的洁净能源。
6、太阳能光伏发电系统的建设周期短，而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活，发电系统的能量回收周期短；
太阳能光伏发电的缺点
任何事物都有其两面性，太阳能光伏发电虽然具以上优点，但是也有其缺点：
1、地理分布、季节变化、昼夜交替会严重影响其发电量，当没有太阳的时候就不能发电或者发电量很小，这就会影响用电设备的正常使用；
2、能量的密度低，当大规模使用的时候，占用的面积会比较大，而且会受到太阳辐射强度的影响；
3、光伏系统的造价还比较高，系统成本40000～60000元/kW，初始投资高，严重制约了其广泛应用；
4、年发电时数较低，平均1300h；
5、精准预测系统发电量比较困难。
6、相比于风力发电，光伏发电占用土地面积较大。
风力发电原理和特点
风力发电的原理
风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电；整体上就是将风能转换为机械能，机械能转换为电能的电力。
最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔干上，这是小型离网风机.。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。风力发电机的组成部分及功能如下：
机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。
转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很像飞机的机翼。
轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。
低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。
齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。
高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。
发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。
偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。
电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。
液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。
冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。
塔：用来搭载机舱及转子。通常塔越高越具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。
风速计及风向标：用于测量风速及风向
风力发电的优点
1、风能为洁净的能量来源，对环境没有污染！
2、风力是免费的，风力发电仅仅需要最初的投资和后期维护费用，而化石能源发电的原件成本很高。
3、风是永恒和容易获得的，不存在枯竭和对他国的依赖，这将大大提高国家的能源安全性。
4、相比于太阳能光伏发电，风力发电，尤其是海上风力发电，单位电力产量占用的土地面积要小很多。
风力发电的缺点
1、能量密度低。这是风能的一个重要缺陷。由于风能来源于空气的流动，而空气的密度是很小的，因此风力的能量密度也很小，只有水力的1／816。
2、不稳定。由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定。
3、地区差异大。由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。
4、相比于光伏发电，风力发电设备的制造、安装、维护等成本明显要高。
光伏发电和风力发电行业哪个更有潜力？
如果非要比优势，目前来看，还是太阳能光伏发电更有优势，因为他的制造、安装、维护等成本更低，而且适用范围也更广。但考虑到能源来源的多样性，以及东部沿海地区人多地少，海域辽阔的特点，我国未来依旧会大力发展风电，而且相比于陆上风电，海上风电的市场空间似乎更大。因为，虽然海上风电比陆上风电成本更高，但优势却很明显。
1、风机利用率更高
风机的发电功率与风速的三次方成正比，海上的风速比陆上高20%左右，因而同等发电容量下海上风机的年发电量能比陆上高70%。如果陆上风机的年发电利用小时数是2000小时，那海上风机就能达到3000多小时。
2、海上的风平稳
风机运行是否良好，最关键就是看风的大小了，海上的风普遍比陆上大。陆上的地形高低起伏，对地面的风速有很大的减缓作用，所以陆上风机都树立得高高的，以便利用高空比较大的风，但由于地形问题，陆上各个高度的风速相差很大，这就导致风切变大(垂直方向的风速变化)，使得风轮上下受力不均衡导致传动系统容易损坏。而海上就没有这个问题，海平面一般都很平，风基本没阻力，平均风速高，并且风切变也小于陆上，再加上海上的风向改变频率也较陆上低，因而海上的风能很平稳。
3、距离用电负荷近
我国辽阔的大西北建设了大量的风电场，这些风场无疑都得通过特高压、超高压线路输送到东南沿海的用电负荷中心，距离超过两三千米。而海上风场基本都建设在沿海一两百公里处，距离负荷中心较近，并且常年有风，所以很适合电负荷中心的需求。
4、单机装机容量更大
风机的单机发电容量越大，同一块地方的扫风面积和利用风的能量越多，也就是资源更充分利用。而单机容量越大，发电机就越大，叶片也就越长。陆上最大的问题就是运输问题，长近上百米的叶片(拆成两段也有几十米)在陆上是很难运输的，而在海上就不存在这个问题，直接用船拉过去就好。
5、不占地、不扰民
陆上土地资源的稀缺性，耕地红线不能动，林地不能建等等。随着陆上风电的发展，陆上风资源好的地方越来越少，而且风机噪音对居民和动物的影响也比较大，有研究机构专门研究过风机对野鸭会造成影响；然而海上建设风场就不存在这些问题，并且我国是个海洋大国，海岸线长度超过1.8万公里，居世界第四位。
所以我们在研究风电行业时，最好把陆上风电和海上风电区别来研究。如果从未来的行业市场空间和增速来排序，三个行业从大到小依次为：太阳能光伏发电、海上风电、陆上风电！
写在最后
未来，我们鹏风理财师事务所股票研究小组会持续研究和关注太阳能光伏发电和风力发电行业的发展情况，争取能挖掘出几只大牛股。同时，欢迎对这两个行业有深入了解和研究的朋友前来和我们沟通交流，一起提高投资确定性，共同致富哈。
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