海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈深度解析

風(fēng)電行業(yè)是發(fā)展清潔能源的重點(diǎn)戰(zhàn)略領(lǐng)域?！笆奈濉币?guī)劃中，我國明確提出大力提升風(fēng)電規(guī)模，有序發(fā)展海上風(fēng)電建設(shè)。2020年1月，財(cái)政部印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》，新增海上風(fēng)電不再納入中央財(cái)政補(bǔ)貼范圍，按規(guī)定完成核準(zhǔn)（備案）并于2021年12月31日前全部機(jī)組完成并網(wǎng)的納入中央財(cái)政補(bǔ)貼范圍。目前2022年及之后的補(bǔ)貼政策等待地方相關(guān)政策出臺(tái)。根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，2020年全國風(fēng)電新增并網(wǎng)容量達(dá)到71.67GW，其中陸上風(fēng)電新增裝機(jī)在國補(bǔ)取消催化下達(dá)到68.61GW，海上風(fēng)電新增裝機(jī)達(dá)到3.06GW，占全球新增裝機(jī)的50.45%。從全球來看，歐洲、美國、日本等地區(qū)的海風(fēng)處于加速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，按照全球風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2025年全球海風(fēng)新增裝機(jī)有望達(dá)到24GW，是2020年的近4倍。海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)?；?、集群化，通過風(fēng)機(jī)大型化等技術(shù)進(jìn)步手段，海上風(fēng)電正在快速降本，國內(nèi)海上風(fēng)電有望迎來爆發(fā)期。

海上風(fēng)電系統(tǒng)：陸上和海上風(fēng)電差異顯著我國陸上風(fēng)電起步早、基礎(chǔ)好，但由于消納、環(huán)保、土地等因素預(yù)計(jì)未來增長趨緩；而海上風(fēng)電資源消納條件好、開發(fā)潛力大，有望接力陸上風(fēng)電成為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的重要抓手。

同時(shí)，海上風(fēng)電風(fēng)速強(qiáng)、出力穩(wěn)定、土地成本低，且能夠在沿海?地稀人密地區(qū)與陸上風(fēng)電形成較好互補(bǔ)，資源稟賦與發(fā)展訴求相契合，適宜建造風(fēng)電場(chǎng)，長期增長空間巨大。從本質(zhì)上看，陸上風(fēng)電是“機(jī)組+電網(wǎng)+一般性電力工程”；海上風(fēng)電則是“風(fēng)電項(xiàng)目+海洋工程”，海底光纜、海上樁基及海上裝機(jī)如吊船、打樁船是海上風(fēng)電項(xiàng)目重要組成部分。由于涉及海洋工程，海上風(fēng)電項(xiàng)目比陸上風(fēng)電多了海上樁基及海底光纜，開發(fā)投資成本構(gòu)成比例差異顯著。圖表來源：行行查海上風(fēng)電項(xiàng)目流程海上風(fēng)電開發(fā)前期包括海上風(fēng)電規(guī)劃、申請(qǐng)項(xiàng)目開發(fā)權(quán)、申請(qǐng)項(xiàng)目核準(zhǔn)3個(gè)階段。海上風(fēng)電規(guī)劃包括地址選擇、實(shí)地勘察、項(xiàng)目環(huán)評(píng)及方案設(shè)計(jì)研究等。海上風(fēng)電場(chǎng)則主要由一定規(guī)模的風(fēng)電基礎(chǔ)和輸電系統(tǒng)構(gòu)成。風(fēng)電基礎(chǔ)包括風(fēng)電機(jī)組如葉片、風(fēng)機(jī)、塔身和機(jī)組安裝等部分。輸電系統(tǒng)則由交流集電線路，海上升壓站和無功補(bǔ)償設(shè)備，海底電纜，陸上變電站和無功補(bǔ)償設(shè)備組成，已建成海上風(fēng)電場(chǎng)大部分采用高壓交流輸電系統(tǒng)（HVAC）。海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)難度遠(yuǎn)大于陸上風(fēng)電場(chǎng)，難點(diǎn)在于風(fēng)險(xiǎn)高、高度高、精度高（毫米級(jí)別），因此建設(shè)成本是陸上風(fēng)電場(chǎng)的2-3倍。其中重要的成本項(xiàng)目包括設(shè)備、線纜和工程。此外，海上風(fēng)電的成本還和海水深度、離岸距離等因素相關(guān)。海上風(fēng)電運(yùn)營維護(hù)由風(fēng)電整機(jī)廠商和運(yùn)營商共同負(fù)責(zé)。海上風(fēng)電全景圖：資料來源：TheCrownEstate海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈解析海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)與陸上風(fēng)電相似，大致可分為上游的原材料生產(chǎn)與零部件制造，中游的整機(jī)與相關(guān)海纜建設(shè)以及下游的風(fēng)電運(yùn)營商電網(wǎng)運(yùn)營等環(huán)節(jié)構(gòu)成等三個(gè)環(huán)節(jié)。海上風(fēng)電項(xiàng)目硬件設(shè)備約占投資額的50%，主要由風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)塔及樁基、海底電纜三部分組成，按照目前海上風(fēng)電平均開發(fā)投資造價(jià)14000元/KW計(jì)算，2018-2020年面向整機(jī)制造商以及周邊部件供應(yīng)商如樁基、海底光纜等的海上風(fēng)電市場(chǎng)近900億元。由于海上風(fēng)電技術(shù)壁壘高，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯，容易出現(xiàn)贏者通吃的格局，行業(yè)集中度高。海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上游：原材料海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上游涉及的關(guān)鍵原材料有鋼、鋁、銅、混凝土、玻璃纖維、碳纖維、環(huán)氧樹脂、永磁材料等。葉片作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸入端，其使用材料性能直接決定風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出功率。經(jīng)過近百年的發(fā)展，現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)葉片已經(jīng)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(qiáng)纖維、芯材等高分子材料組成的復(fù)合材料領(lǐng)域。目前，風(fēng)電葉片主要以玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，但為滿足風(fēng)電機(jī)組葉片的大型化和輕質(zhì)化要求，未來中國在風(fēng)電葉片的生產(chǎn)中將更多使用碳纖維。按《中國風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》規(guī)劃，2020年、2030年、2050年應(yīng)用碳纖維的風(fēng)電機(jī)組市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將達(dá)到22.16%、35.45%、61.70%。全球風(fēng)電巨頭已經(jīng)開始布局中國風(fēng)電碳纖維市場(chǎng)，Vestas前期已與江蘇澳盛復(fù)合材料、光威復(fù)材等開展合作。海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈上游：風(fēng)機(jī)零部件海上風(fēng)電零部件環(huán)節(jié)由于技術(shù)門檻較低，涉及環(huán)節(jié)較多，主要由葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、軸承、鑄件、變流器、電控系統(tǒng)、塔架等組成。目前中國和歐洲海上風(fēng)電發(fā)展差距較大，尤其是中國大型海上風(fēng)機(jī)技術(shù)尚未完全掌握，軸承、齒輪箱、葉片、主軸等部分核心設(shè)備依賴海外廠家，其中葉片、主軸等在未來有望率先實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。風(fēng)機(jī)葉片風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵核心部件之一，從零部件價(jià)值量的角度來看，葉片價(jià)值量極大，其成本約占風(fēng)機(jī)總成本的22.2%。葉片設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到整機(jī)的性能和發(fā)電效率，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營成本影響重大。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電工作原理，風(fēng)輪半徑越大，單機(jī)功率愈大,發(fā)電成本就愈低。因此，隨著全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是海上風(fēng)電的崛起，風(fēng)電機(jī)組大型化趨勢(shì)愈發(fā)明顯，對(duì)風(fēng)電用材料性能帶來更大挑戰(zhàn)。

圖片來源：明陽智能官網(wǎng)

從葉片直徑來看，2016年，45-55米以內(nèi)的葉片是絕對(duì)主力葉型；到2018年，55-60米左右葉片占領(lǐng)了大部分市場(chǎng)，60-65米葉片也開始批量生產(chǎn)。預(yù)計(jì)2021年，55-70米以上的風(fēng)電葉片將成為市場(chǎng)主流，占據(jù)60%左右的份額。從全球行業(yè)格局來看，風(fēng)機(jī)葉片市場(chǎng)玩家多元，行業(yè)集中度較為分散。外資企業(yè)主要有GE、LM、TPI、Enercon等。從國內(nèi)葉片市場(chǎng)來看，經(jīng)歷2016年的行業(yè)低谷，落后產(chǎn)能的淘汰，行業(yè)集中度不斷提升，CR5從2013的59.6%提升至2020年的69%。國內(nèi)廠商包括中材科技、時(shí)代新材、中復(fù)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(yè)化葉片企業(yè)，此外，部分主機(jī)廠如明陽智能也自主生產(chǎn)葉片。

圖表來源：天順風(fēng)能官網(wǎng)

齒輪箱齒輪箱的可靠性對(duì)風(fēng)機(jī)的壽命起著決定性的作用，尤其是海上大功率風(fēng)電齒輪箱。風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱位于機(jī)艙內(nèi)部，是目前兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈中的薄弱環(huán)節(jié)，屬易過載和過早損壞率較高的部件。半直驅(qū)和雙饋機(jī)型均已分別在風(fēng)機(jī)大型化路線上證明各自的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)將拉動(dòng)風(fēng)電齒輪箱的需求提升。根據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019年全球風(fēng)電齒輪箱前三大供應(yīng)商（中國高速傳動(dòng)、采埃孚、威能極）合計(jì)市占率達(dá)68%，海外企業(yè)在海外市場(chǎng)仍有較高份額。以中國高速傳動(dòng)（南高齒）為代表的國內(nèi)先進(jìn)風(fēng)電齒輪箱供應(yīng)商基本能夠滿足國內(nèi)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)需求。軸承目前我國配套大功率機(jī)型的高端軸承主要依賴進(jìn)口，高端軸承的溢價(jià)較為明顯。根據(jù)WoodMackenzie的統(tǒng)計(jì)，2020年全球范圍風(fēng)電軸承仍然主要由德國、瑞典、日本、美國的廠商供應(yīng)，國內(nèi)的洛軸、瓦軸、新強(qiáng)聯(lián)等企業(yè)合計(jì)市占率不到10%，這幾家國內(nèi)企業(yè)均已經(jīng)成功研制了配套大兆瓦機(jī)型的軸承產(chǎn)品，但在客戶導(dǎo)入和批量化出貨上仍需時(shí)日。

鑄件風(fēng)電建設(shè)的不斷推進(jìn)，帶動(dòng)了對(duì)鑄件的需求。從2017年起風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)格戰(zhàn)加劇，國內(nèi)企業(yè)積極推進(jìn)“兩海戰(zhàn)略”，海上大型風(fēng)電鑄件和海外收入占比持續(xù)提升。當(dāng)前全球約80%的鑄件產(chǎn)能來自中國，但是由于環(huán)保政策趨嚴(yán)以及鑄件自身擴(kuò)產(chǎn)周期較長，近兩年國內(nèi)鑄件產(chǎn)能增速較低。鑄件是風(fēng)機(jī)零部件中格局較好的環(huán)節(jié)，在行業(yè)發(fā)展初期，一重、二重、上重、中信重工、大連重工等國有企業(yè)占主導(dǎo)地位，主要用于自供。日月股份、永冠集團(tuán)、吉鑫科技等后期逐漸發(fā)力，在細(xì)分領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)。目前國內(nèi)10萬噸以上鑄件產(chǎn)能的企業(yè)僅有7家左右。2020年日月股份風(fēng)電鑄件銷售量為37.87萬噸，全球市占率達(dá)到18%左右，領(lǐng)先其他國內(nèi)上市民企，到2021年底日月產(chǎn)能有望擴(kuò)張至約48萬噸。

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)成本占風(fēng)電系統(tǒng)總成本的15%左右，包括控制系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、油冷系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、變頻器、變槳系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、安全鏈等。風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)，用于監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)。對(duì)機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)、脫網(wǎng)控制，以確保運(yùn)行過程的安全性和可靠性。同時(shí)還要根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向的變化，對(duì)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，以提高機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電量。風(fēng)電塔架海上風(fēng)塔行業(yè)集中度高于陸上，同時(shí)行業(yè)集中度相對(duì)較低。國內(nèi)市場(chǎng)主要由天順風(fēng)能、泰勝風(fēng)能、大金重工以及天能重工四家龍頭占據(jù)，合計(jì)占全球市場(chǎng)份額的28%，目前規(guī)劃新增的產(chǎn)能大多為海工產(chǎn)品，未來行業(yè)集中度將持續(xù)提升。天順風(fēng)能重點(diǎn)布局高端市場(chǎng)，客戶主要覆蓋Vestas、GE、西門子歌美颯、金風(fēng)科技等全球風(fēng)機(jī)巨頭，2020年全球市占率迅速提升至為6%，國內(nèi)市場(chǎng)份額占據(jù)第一。從產(chǎn)能擴(kuò)張情況來看，天順風(fēng)能新增三北大基地和海上塔筒產(chǎn)能，泰勝風(fēng)能計(jì)劃新增2個(gè)海上風(fēng)塔產(chǎn)能，大金重工新增蓬萊海上風(fēng)塔產(chǎn)能和三北大基地的陸上風(fēng)塔產(chǎn)能。部分風(fēng)電零部件廠商產(chǎn)能擴(kuò)張情況：海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈中游：風(fēng)機(jī)整機(jī)海上風(fēng)電整機(jī)市場(chǎng)份額在全球市場(chǎng)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(fēng)科技。從新增裝機(jī)容量來看，我國海上風(fēng)電整機(jī)廠商呈現(xiàn)四強(qiáng)鼎力的競(jìng)爭格局。海上風(fēng)電板塊目前已形成上海電氣、遠(yuǎn)景能源、金風(fēng)科技、明陽智能中國“四巨頭”，占全球新增裝機(jī)容量的比例分別為9.7%、9.0%、7.9%和7.4%。未來海上風(fēng)電的發(fā)展趨勢(shì)是深水遠(yuǎn)?；?，這將對(duì)風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)、制造、安裝運(yùn)維、相關(guān)裝備制造等環(huán)節(jié)提出更高的要求，掌握核心技術(shù)的龍頭企業(yè)有一定先發(fā)優(yōu)勢(shì)，目前行業(yè)集中度較高。海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈中游：海底電纜市場(chǎng)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(fēng)電和陸上風(fēng)電的主要區(qū)別之一，目前已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。海底電纜的需求增長將高于海上風(fēng)電裝機(jī)容量增長：海上風(fēng)電從潮間帶向近海發(fā)展，海上風(fēng)電場(chǎng)離岸距離不斷增加，我國已投運(yùn)海上風(fēng)電場(chǎng)離岸距離遠(yuǎn)小于歐洲，大多在30km以內(nèi)。海纜市場(chǎng)相較陸纜市場(chǎng)具有一定的進(jìn)入門檻。海纜市場(chǎng)設(shè)備要求更高，海纜需要克服海水腐蝕等問題，截面構(gòu)造相對(duì)于陸纜更加復(fù)雜，并且要求能夠單根連續(xù)生產(chǎn)；資金投入較大，出于產(chǎn)業(yè)鏈一體化的目的，海纜企業(yè)通常要求具有施工能力，需要建設(shè)鋪纜船。

進(jìn)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(chǎn)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(yè)壁壘：圖表來源：行行查目前，中國海纜企業(yè)數(shù)量較少。中天科技、東方電纜、亨通光電位列國內(nèi)企業(yè)第一梯隊(duì)，根據(jù)2017-2019年的中標(biāo)情況，三家企業(yè)占據(jù)約98%市場(chǎng)份額。中天科技自2009年以來長期位居國內(nèi)海底電纜市場(chǎng)第一。海上風(fēng)電下游：海上風(fēng)電運(yùn)營與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電的技術(shù)壁壘更高，且前期投入資金大、項(xiàng)目周期長。開發(fā)流程更為復(fù)雜，涉及海洋工程，需要相關(guān)部門的協(xié)調(diào)審批，因此對(duì)開發(fā)商的風(fēng)電開發(fā)經(jīng)驗(yàn)有較高要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，500MW的風(fēng)電場(chǎng)總投資金額約為90-100億，整個(gè)項(xiàng)目總投資回收期周期往往超過10年時(shí)間，對(duì)開發(fā)商的風(fēng)資源開發(fā)能力、資本金、債務(wù)融資能力和融資成本要求較高。海上風(fēng)電的開發(fā)運(yùn)營前期投入高、項(xiàng)目周期長，開發(fā)商主要由大型電力央企主導(dǎo)。目前海上風(fēng)電的開發(fā)運(yùn)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(wǎng)