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              海上風電產業鏈深度解析

              來源:高瞻智庫  瀏覽數:  發表日期:
                風電行業是發展清潔能源的重點戰略領域。“十四五”規劃中,我國明確提出大力提升風電規模,有序發展海上風電建設。
                2020年1月,財政部印發《關于促進非水可再生能源發電健康發展的若干意見》,新增海上風電不再納入中央財政補貼范圍,按規定完成核準(備案)并于2021年12月31日前全部機組完成并網的納入中央財政補貼范圍。目前2022年及之后的補貼政策等待地方相關政策出臺。
                根據國家能源局數據,2020年全國風電新增并網容量達到71.67GW,其中陸上風電新增裝機在國補取消催化下達到68.61GW,海上風電新增裝機達到3.06GW,占全球新增裝機的50.45%。
                從全球來看,歐洲、美國、日本等地區的海風處于加速發展的態勢,按照全球風能協會預測,2025年全球海風新增裝機有望達到24GW,是2020年的近4倍。
                海上風電場規?;?、集群化,通過風機大型化等技術進步手段,海上風電正在快速降本,國內海上風電有望迎來爆發期。
                
                海上風電系統:陸上和海上風電差異顯著
                我國陸上風電起步早、基礎好,但由于消納、環保、土地等因素預計未來增長趨緩;而海上風電資源消納條件好、開發潛力大,有望接力陸上風電成為實現碳達峰目標的重要抓手。
                同時,海上風電風速強、出力穩定、土地成本低,且能夠在沿海?地稀人密地區與陸上風電形成較好互補,資源稟賦與發展訴求相契合,適宜建造風電場,長期增長空間巨大。
                從本質上看,陸上風電是“機組+電網+一般性電力工程”;海上風電則是“風電項目+海洋工程”,海底光纜、海上樁基及海上裝機如吊船、打樁船是海上風電項目重要組成部分。
                由于涉及海洋工程,海上風電項目比陸上風電多了海上樁基及海底光纜,開發投資成本構成比例差異顯著。
                
                海上風電項目流程
                海上風電開發前期包括海上風電規劃、申請項目開發權、申請項目核準3個階段。海上風電規劃包括地址選擇、實地勘察、項目環評及方案設計研究等。
                海上風電場則主要由一定規模的風電基礎和輸電系統構成。風電基礎包括風電機組如葉片、風機、塔身和機組安裝等部分。輸電系統則由交流集電線路,海上升壓站和無功補償設備,海底電纜,陸上變電站和無功補償設備組成,已建成海上風電場大部分采用高壓交流輸電系統(HVAC)。
                海上風電場的建設難度遠大于陸上風電場,難點在于風險高、高度高、精度高(毫米級別),因此建設成本是陸上風電場的2-3倍。其中重要的成本項目包括設備、線纜和工程。此外,海上風電的成本還和海水深度、離岸距離等因素相關。
                海上風電運營維護由風電整機廠商和運營商共同負責。
                海上風電全景圖:
                
                資料來源:TheCrownEstate
                海上風電產業鏈解析
                海上風電產業鏈結構與陸上風電相似,大致可分為上游的原材料生產與零部件制造,中游的整機與相關海纜建設以及下游的風電運營商電網運營等環節構成等三個環節。
                海上風電項目硬件設備約占投資額的50%,主要由風電機組、風塔及樁基、海底電纜三部分組成,按照目前海上風電平均開發投資造價14000元/KW計算,2018-2020年面向整機制造商以及周邊部件供應商如樁基、海底光纜等的海上風電市場近900億元。
                由于海上風電技術壁壘高,產業鏈企業先發優勢明顯,容易出現贏者通吃的格局,行業集中度高。
                
                海上風電產業鏈上游:原材料
                海上風電產業鏈上游涉及的關鍵原材料有鋼、鋁、銅、混凝土、玻璃纖維、碳纖維、環氧樹脂、永磁材料等。
                葉片作為風力發電機組的輸入端,其使用材料性能直接決定風力發電裝置的輸出功率。經過近百年的發展,現階段風機葉片已經由木制葉片、布蒙皮葉片、鋁合金葉片過渡到由基體樹脂、增強纖維、芯材等高分子材料組成的復合材料領域。
                目前,風電葉片主要以玻璃纖維作為增強材料,但為滿足風電機組葉片的大型化和輕質化要求,未來中國在風電葉片的生產中將更多使用碳纖維。
                按《中國風電發展路線圖2050》規劃,2020年、2030年、2050年應用碳纖維的風電機組市場份額預計將達到22.16%、35.45%、61.70%。
                全球風電巨頭已經開始布局中國風電碳纖維市場,Vestas前期已與江蘇澳盛復合材料、光威復材等開展合作。
                
                海上風電產業鏈上游:風機零部件
                海上風電零部件環節由于技術門檻較低,涉及環節較多,主要由葉片、齒輪箱、發電機、軸承、鑄件、變流器、電控系統、塔架等組成。
                目前中國和歐洲海上風電發展差距較大,尤其是中國大型海上風機技術尚未完全掌握,軸承、齒輪箱、葉片、主軸等部分核心設備依賴海外廠家,其中葉片、主軸等在未來有望率先實現進口替代。
                圖片風機
                風機葉片是風力發電機組的關鍵核心部件之一,從零部件價值量的角度來看,葉片價值量極大,其成本約占風機總成本的22.2%。
                葉片設計、制造及運行狀態的好壞直接影響到整機的性能和發電效率,對風電場運營成本影響重大。
                根據風力發電工作原理,風輪半徑越大,單機功率愈大,發電成本就愈低。因此,隨著全球風電產業的快速發展,特別是海上風電的崛起,風電機組大型化趨勢愈發明顯,對風電用材料性能帶來更大挑戰。
                
                圖片來源:明陽智能官網
                從葉片直徑來看,2016年,45-55米以內的葉片是絕對主力葉型;到2018年,55-60米左右葉片占領了大部分市場,60-65米葉片也開始批量生產。預計2021年,55-70米以上的風電葉片將成為市場主流,占據60%左右的份額。
                從全球行業格局來看,風機葉片市場玩家多元,行業集中度較為分散。外資企業主要有GE、LM、TPI、Enercon等。
                從國內葉片市場來看,經歷2016年的行業低谷,落后產能的淘汰,行業集中度不斷提升,CR5從2013的59.6%提升至2020年的69%。
                國內廠商包括中材科技、時代新材、中復連眾、中航惠騰等國有控股大廠以及上海艾郎、天順葉片等民營專業化葉片企業,此外,部分主機廠如明陽智能也自主生產葉片。
                
                圖表來源:天順風能官網
                齒輪箱
                齒輪箱的可靠性對風機的壽命起著決定性的作用,尤其是海上大功率風電齒輪箱。
                風力發電機齒輪箱位于機艙內部,是目前兆瓦級風機傳動鏈中的薄弱環節,屬易過載和過早損壞率較高的部件。
                半直驅和雙饋機型均已分別在風機大型化路線上證明各自的優勢,預計將拉動風電齒輪箱的需求提升。
                根據全球風能協會統計,2019年全球風電齒輪箱前三大供應商(中國高速傳動、采埃孚、威能極)合計市占率達68%,海外企業在海外市場仍有較高份額。
                以中國高速傳動(南高齒)為代表的國內先進風電齒輪箱供應商基本能夠滿足國內風機生產需求。
                軸承
                目前我國配套大功率機型的高端軸承主要依賴進口,高端軸承的溢價較為明顯。
                根據WoodMackenzie的統計,2020年全球范圍風電軸承仍然主要由德國、瑞典、日本、美國的廠商供應,國內的洛軸、瓦軸、新強聯等企業合計市占率不到10%,這幾家國內企業均已經成功研制了配套大兆瓦機型的軸承產品,但在客戶導入和批量化出貨上仍需時日。
                
                鑄件
                風電建設的不斷推進,帶動了對鑄件的需求。從2017年起風電產業鏈價格戰加劇,國內企業積極推進“兩海戰略”,海上大型風電鑄件和海外收入占比持續提升。
                當前全球約80%的鑄件產能來自中國,但是由于環保政策趨嚴以及鑄件自身擴產周期較長,近兩年國內鑄件產能增速較低。
                鑄件是風機零部件中格局較好的環節,在行業發展初期,一重、二重、上重、中信重工、大連重工等國有企業占主導地位,主要用于自供。日月股份、永冠集團、吉鑫科技等后期逐漸發力,在細分領域占據優勢。目前國內10萬噸以上鑄件產能的企業僅有7家左右。
                2020年日月股份風電鑄件銷售量為37.87萬噸,全球市占率達到18%左右,領先其他國內上市民企,到2021年底日月產能有望擴張至約48萬噸。
                
                風機控制系統
                風機控制系統成本占風電系統總成本的15%左右,包括控制系統、偏航系統、制動系統、油冷系統、水冷系統、變頻器、變槳系統、電池系統、安全鏈等。
                風機控制系統是綜合性控制系統,用于監視電網、風況和機組的運行參數。對機組進行并網、脫網控制,以確保運行過程的安全性和可靠性。同時還要根據風速、風向的變化,對機組進行優化控制,以提高機組的運行效率和發電量。
                風電塔架
                海上風塔行業集中度高于陸上,同時行業集中度相對較低。
                國內市場主要由天順風能、泰勝風能、大金重工以及天能重工四家龍頭占據,合計占全球市場份額的28%,目前規劃新增的產能大多為海工產品,未來行業集中度將持續提升。
                天順風能重點布局高端市場,客戶主要覆蓋Vestas、GE、西門子歌美颯、金風科技等全球風機巨頭,2020年全球市占率迅速提升至為6%,國內市場份額占據第一。
                從產能擴張情況來看,天順風能新增三北大基地和海上塔筒產能,泰勝風能計劃新增2個海上風塔產能,大金重工新增蓬萊海上風塔產能和三北大基地的陸上風塔產能。
                部分風電零部件廠商產能擴張情況:
                
                海上風電產業鏈中游:風機整機
                海上風電整機市場份額在全球市場占比最高的前四家廠商分別為西門子歌美颯、三菱維斯塔斯、上海電氣和金風科技。
                從新增裝機容量來看,我國海上風電整機廠商呈現四強鼎力的競爭格局。海上風電板塊目前已形成上海電氣、遠景能源、金風科技、明陽智能中國“四巨頭”,占全球新增裝機容量的比例分別為9.7%、9.0%、7.9%和7.4%。
                未來海上風電的發展趨勢是深水遠?;?,這將對風電機組的研發、制造、安裝運維、相關裝備制造等環節提出更高的要求,掌握核心技術的龍頭企業有一定先發優勢,目前行業集中度較高。
                
                海上風電產業鏈中游:海底電纜市場增量大
                線纜約占投資額的5%,單位成本約為500元/kW。
                海底電纜是海上風電和陸上風電的主要區別之一,目前已經完全實現進口替代。
                海底電纜的需求增長將高于海上風電裝機容量增長:海上風電從潮間帶向近海發展,海上風電場離岸距離不斷增加,我國已投運海上風電場離岸距離遠小于歐洲,大多在30km以內。
                海纜市場相較陸纜市場具有一定的進入門檻。
                海纜市場設備要求更高,海纜需要克服海水腐蝕等問題,截面構造相對于陸纜更加復雜,并且要求能夠單根連續生產;資金投入較大,出于產業鏈一體化的目的,海纜企業通常要求具有施工能力,需要建設鋪纜船。
                進入門檻也使得海纜具有較高利潤,海纜毛利率通常在30%-40%,是陸纜的2-3倍。
                地理位置特殊,海纜通常生產后直接繞于鋪纜船上,工廠必須緊鄰江河大海。
                海底電纜行業壁壘:
                
                目前,中國海纜企業數量較少。中天科技、東方電纜、亨通光電位列國內企業第一梯隊,根據2017-2019年的中標情況,三家企業占據約98%市場份額。中天科技自2009年以來長期位居國內海底電纜市場第一。
                海上風電下游:海上風電運營
                與陸上風電相比,海上風電的技術壁壘更高,且前期投入資金大、項目周期長。開發流程更為復雜,涉及海洋工程,需要相關部門的協調審批,因此對開發商的風電開發經驗有較高要求。
                據統計,500MW的風電場總投資金額約為90-100億,整個項目總投資回收期周期往往超過10年時間,對開發商的風資源開發能力、資本金、債務融資能力和融資成本要求較高。
                海上風電的開發運營前期投入高、項目周期長,開發商主要由大型電力央企主導。
                目前海上風電的開發運營商主要為大型電力央企及其下屬能源公司,包括南方電網綜合能源有限公司、華能、大唐、申能、國家電投、三峽、中核、中廣核等。
                
                海上風電可開發資源豐富,已裝機容量基數小,且極具降本潛力,地方政府將極大可能在“十四五”期間出臺海上風電的補貼政策,驅動行業在未來五年持續快速增長。
                未來行業的降本驅動因素在于技術提升。隨著海上風電行業的發展,行業的技術和市場門檻將得到進一步提升,核心企業將隨著行業規模的擴張不斷布局新產能,產業鏈容易出現贏者通吃的格局。在行業集中度不斷提升的大背景下,擁有核心技術壁壘及成本優勢的產業鏈龍頭或將迎來黃金時代。
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