海上風電產(chǎn)業(yè)鏈深度解析

風電行業(yè)是發(fā)展清潔能源的重點戰(zhàn)略領域?！笆奈濉币?guī)劃中，我國明確提出大力提升風電規(guī)模，有序發(fā)展海上風電建設。2020年1月，財政部印發(fā)《關于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》，新增海上風電不再納入中央財政補貼范圍，按規(guī)定完成核準（備案）并于2021年12月31日前全部機組完成并網(wǎng)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(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，2020年全國風電新增并網(wǎng)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(qū)的海風處于加速發(fā)展的態(tài)勢，按照全球風能協(xié)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(guī)?；?、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(nèi)海上風電有望迎來爆發(fā)期。

海上風電系統(tǒng)：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(huán)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(fā)潛力大，有望接力陸上風電成為實現(xiàn)碳達峰目標的重要抓手。

同時，海上風電風速強、出力穩(wěn)定、土地成本低，且能夠在沿海?地稀人密地區(qū)與陸上風電形成較好互補，資源稟賦與發(fā)展訴求相契合，適宜建造風電場，長期增長空間巨大。從本質(zhì)上看，陸上風電是“機組+電網(wǎng)+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(fā)投資成本構成比例差異顯著。圖表來源：行行查海上風電項目流程海上風電開發(fā)前期包括海上風電規(guī)劃、申請項目開發(fā)權、申請項目核準3個階段。海上風電規(guī)劃包括地址選擇、實地勘察、項目環(huán)評及方案設計研究等。海上風電場則主要由一定規(guī)模的風電基礎和輸電系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)（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(chǎn)業(yè)鏈解析海上風電產(chǎn)業(yè)鏈結構與陸上風電相似，大致可分為上游的原材料生產(chǎn)與零部件制造，中游的整機與相關海纜建設以及下游的風電運營商電網(wǎng)運營等環(huán)節(jié)構成等三個環(huán)節(jié)。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(fā)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(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯，容易出現(xiàn)贏者通吃的格局，行業(yè)集中度高。海上風電產(chǎn)業(yè)鏈上游：原材料海上風電產(chǎn)業(yè)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(huán)氧樹脂、永磁材料等。葉片作為風力發(fā)電機組的輸入端，其使用材料性能直接決定風力發(fā)電裝置的輸出功率。經(jīng)過近百年的發(fā)展，現(xiàn)階段風機葉片已經(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(zhì)化要求，未來中國在風電葉片的生產(chǎn)中將更多使用碳纖維。按《中國風電發(fā)展路線圖2050》規(guī)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(jīng)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(chǎn)業(yè)鏈上游：風機零部件海上風電零部件環(huán)節(jié)由于技術門檻較低，涉及環(huán)節(jié)較多，主要由葉片、齒輪箱、發(fā)電機、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電發(fā)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(xiàn)進口替代。風機葉片風機葉片是風力發(fā)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(tài)的好壞直接影響到整機的性能和發(fā)電效率，對風電場運營成本影響重大。根據(jù)風力發(fā)電工作原理，風輪半徑越大，單機功率愈大,發(fā)電成本就愈低。因此，隨著全球風電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是海上風電的崛起，風電機組大型化趨勢愈發(fā)明顯，對風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(chǎn)。預計2021年，55-70米以上的風電葉片將成為市場主流，占據(jù)60%左右的份額。從全球行業(yè)格局來看，風機葉片市場玩家多元，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(yè)化葉片企業(yè)，此外，部分主機廠如明陽智能也自主生產(chǎn)葉片。

圖表來源：天順風能官網(wǎng)

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(fā)電機齒輪箱位于機艙內(nèi)部，是目前兆瓦級風機傳動鏈中的薄弱環(huán)節(jié)，屬易過載和過早損壞率較高的部件。半直驅(qū)和雙饋機型均已分別在風機大型化路線上證明各自的優(yōu)勢，預計將拉動風電齒輪箱的需求提升。根據(jù)全球風能協(xié)會統(tǒng)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(yè)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(nèi)先進風電齒輪箱供應商基本能夠滿足國內(nèi)風機生產(chǎn)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(jù)WoodMackenzie的統(tǒng)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(nèi)的洛軸、瓦軸、新強聯(lián)等企業(yè)合計市占率不到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型的軸承產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈價格戰(zhàn)加劇，國內(nèi)企業(yè)積極推進“兩海戰(zhàn)略”，海上大型風電鑄件和海外收入占比持續(xù)提升。當前全球約80%的鑄件產(chǎn)能來自中國，但是由于環(huán)保政策趨嚴以及鑄件自身擴產(chǎn)周期較長，近兩年國內(nèi)鑄件產(chǎn)能增速較低。鑄件是風機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(fā)力，在細分領域占據(jù)優(yōu)勢。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(nèi)上市民企，到2021年底日月產(chǎn)能有望擴張至約48萬噸。

風機控制系統(tǒng)風機控制系統(tǒng)成本占風電系統(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。風機控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)，用于監(jiān)視電網(wǎng)、風況和機組的運行參數(shù)。對機組進行并網(wǎng)、脫網(wǎng)控制，以確保運行過程的安全性和可靠性。同時還要根據(jù)風速、風向的變化，對機組進行優(yōu)化控制，以提高機組的運行效率和發(fā)電量。風電塔架海上風塔行業(yè)集中度高于陸上，同時行業(yè)集中度相對較低。國內(nèi)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(jù)，合計占全球市場份額的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(nèi)市場份額占據(jù)第一。從產(chǎn)能擴張情況來看，天順風能新增三北大基地和海上塔筒產(chǎn)能，泰勝風能計劃新增2個海上風塔產(chǎn)能，大金重工新增蓬萊海上風塔產(chǎn)能和三北大基地的陸上風塔產(chǎn)能。部分風電零部件廠商產(chǎn)能擴張情況：海上風電產(chǎn)業(yè)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(xiàn)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(fā)展趨勢是深水遠?；@將對風電機組的研發(fā)、制造、安裝運維、相關裝備制造等環(huán)節(jié)提出更高的要求，掌握核心技術的龍頭企業(yè)有一定先發(fā)優(yōu)勢，目前行業(yè)集中度較高。海上風電產(chǎn)業(yè)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(qū)別之一，目前已經(jīng)完全實現(xiàn)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(fā)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(nèi)。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(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(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，根據(jù)2017-2019年的中標情況，三家企業(yè)占據(jù)約98%市場份額。中天科技自2009年以來長期位居國內(nèi)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(fā)流程更為復雜，涉及海洋工程，需要相關部門的協(xié)調(diào)審批，因此對開發(fā)商的風電開發(fā)經(jīng)驗有較高要求。據(jù)統(tǒng)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(fā)商的風資源開發(fā)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(fā)運營前期投入高、項目周期長，開發(fā)商主要由大型電力央企主導。目前海上風電的開發(fā)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(wǎng)