風機龍頭金風科技、遠景能源出口優勢明顯。2022 年 6 家整機制造企業分別向 21個國家出口了風機,其中明陽智能全部出口海上風電機組,其他五家企業全部為陸上風電機組。具體來看,2022 年遠景能源出口量最大,容量為 1153MW;金風科技出口國家最多,出口到 13 個國家,容量為 611MW;另外明陽智能出口容量為 165MW,運達股份出口容量為 152MW,中國中車出口容量為 149MW,東方電氣出口容量為 56MW。截至 2022 年底,金風科技累計出口位居第一,占全國風電機組累計出口容量的 47%;遠景能源累計出出口容量 2930MW,占全國風電機組累計出口容量的 24.6%。
中國風機產能充足,在全球風機供應中占主導地位。隨著之后海外風電新增裝機的不斷增長,需要進口風機來滿足需求。
陸風:根據 GWEC,中國陸風年產能為 82GW,歐洲陸風年產能 21.6GW,是全球第二大陸上生產基地,緊隨其后的是美國(13.6GW)、印度(11.5GW)和拉丁美洲(6.15GW)。中國、印度和拉丁美洲地區的供應鏈有足夠的機艙產能可滿足需求,而歐洲和美國在當前產能下,從 2026 年開始產能將偏緊,需要依賴進口風機來應對預期的裝機增長;
海風:海上風機供應更加集中,是因為目前全球海上風電安裝總量的 99%以上都分布在歐洲和亞太地區。中國已是全球第一大海上風機的生產國,年產能高達 16GW,歐洲 2024 年海風風機產能增至 11.5GW,其他亞太地區海風風機產能為 3.7GW。在當前產能布局下,北美海風風機均需進口,歐洲和其他亞太地區(除中國)從 2026 年開始產能將偏緊,需要依賴進口風機來應對預期的裝機增長。
產業鏈
整機商情況:2021 年以來國內風機大型化加速。2022 年中國新增裝機的風電機組的平均單機容量為 4.49MW,同比增長 27.8%,其中 2022 年我國陸上風電機組平均單機容量為4.29MW,同比增長 37.9%,海上風電機組平均單機容量為 7.42MW,同比增長33.4%。從風機商來看,2022 年陸上風電前 4 家整機商新增裝機容量占比近 75%,分別為金風科技(24.8%)、遠景能源(15.6%)、運達股份(13.7%)、明陽智能(10.8%);2022 年海上風電新增裝機中電氣風電新增 1.44GW,占比為28%,位居第一,其次為明陽智能(26.8%)、中國海裝(20.2%)、遠景能源(16.2%)、金風科技(5.7%)。
國內風機集中度較高,龍頭出貨規模持續向上。國內整機環節 TOP3 市占率維持在 40%以上,其中 TOP3 企業(金風、遠景、明陽)市占率基本維持在 10%以上,從風機龍頭的演變趨勢情況來看,近兩年龍頭企業地位較為確定,而隨著國內風機企業的崛起,海外龍頭 GE、西門子歌美颯、Vestas 市占率逐步下降。
頭部風電整機廠競爭激烈。經過 2020 年陸上風電“搶裝”和 2021 年海上風電“搶裝”,風機行業 CR3 有所下降,2022 年小幅提升,風機 CR3 由 2019 年 62.6%下降至 2022年 51.0%,同時 CR5 和 CR3 差距不斷拉大,由 2019 年差值(CR5-CR3)10.9%升至 2022 年差值(CR5-CR3)21.3%,后發企業追趕較快,比如運達股份等,近年來市占率提升明顯,不斷縮短與 TOP3 企業的差距。
從各大整機廠商的風電機組收入對比來看,金風科技作為行業龍頭,收入規模最大,明陽智能和運達股份同比增速明顯,與金風科技營收差距不斷縮小。從單千瓦平均售價來看,隨著 2022 年海上風電并網容量下降以及風機招標價格下降,導致 2022 年整機商風機平均銷售價格均有一定程度的下降,金風科技和運達股份平均售價在 2300 元/kw 左右,明陽智能平均售價最高,主要是由于公司海風業務占比較高,22 年平均售價在 3100 元/kw 左右;從交付裝機容量來看,今年上半年主機廠交付風機容量差距較小。目前各大整機廠在手訂單充足。
隨著風機招標價格的不斷下降,風電整機廠的成本控制能力十分重要。目前風電整機廠的盈利改善路徑:一是大型化降本;二是供應商管理;三是其他高毛利業務對于盈利的提升,主要是風電場開發運營業務。近年來,整機廠商紛紛下沉布局風電場建設領域,風電場建設運營毛利率較高,在 60%以上,已成為整機廠商利潤新的增長極。
塔筒情況:風電支撐基礎包括風電塔筒、基礎環等,風電塔筒需支撐數十噸重的風電機組,并為風電葉片的轉運提供條件,產品功能特點決定了可替代性較低;海上風電支撐基礎還包括樁基、導管架等,主要應用于水深 0-60m 的淺海區域;隨著水深的增加,固定式基礎的成本會越來越高,浮式基礎利用錨固系統將浮體結構錨定于海床,并作為安裝風電機組的基礎平臺,適用于水深 50m 以上的海域。海上風電支撐基礎受風電場地質情況、水深、離岸距離等因素影響,單臺套海上風電支撐基礎的造價(含施工)占海上風電投資成本的 19%-25%。
由于風電塔筒、樁基等風電設備零部件產品呈現體積大、重量大等特點,成本結構中運輸成本占比較高;近年來隨著風機大型化趨勢明顯加快,陸上運輸難以適應該等需求,帶來高昂運輸成本,通常半徑500km 以外的企業沒有競爭力,同樣也成為制約海上風電設備零部件生產企業業務發展的瓶頸。十四五規劃發展九大清潔能源基地、四大海風基地,基地主要集中于三北、東部沿海地區,塔筒頭部廠商龍頭一般就近屬地化布局產能,海風基礎生產基地需臨近碼頭。
海纜情況:海纜是海上風電的核心環節,海纜具備較高的準入壁壘,生產工藝復雜、技術要求高、認證周期長以及區位要求嚴等構筑了海纜環節的高壁壘。競爭格局清晰、穩定。生產工藝流程多。由于海底環境復雜且海水具有強腐蝕性,海纜相較于陸上電纜技術更復雜,其工藝流程相較陸風電纜更多;技術要求較高。接頭技術、敷設設計施工要求高,需專門的設備;運輸長度更長,未來價值量進一步增長。海上風電項目距離陸地較遠,通常采取一次性運輸大長度海纜的方式節約運輸成本。
海上風電場成本主要由以下幾個部分構成:設備購置費、建安費用、其它費用、利息。設備費用中風電機組及塔筒約占設備費用的 85%,送出海纜約占 5%。建安費用包括海上施工、船班費用等。其它費用包括項目用海用地費、項目建管費、生產準備費等。細分配置來看,海纜約占總成本 8-10%,包括陣列電纜(約 3%)以及送出電纜(約 5-10%)。
鑄件情況:風電鑄件主要包括齒輪箱殼體、輪轂、底座、行星架、定動軸等,起到支撐與傳動的功能,約占風機成本的 8%-10%。鑄件加工主要包括熔煉、澆筑、機加工等工序,屬于重資產行業,具備明顯的規模經濟效應。風電鑄件屬于高端鑄件,具有投資大、建設周期長、技術難度高等特點,并存在一定的進入壁壘。風力發電設備的工作環境和條件較為惡劣,風電鑄件的材質性能需滿足特殊要求,對產品質量要求很高,從掌握生產工藝并形成批量穩定的生產能力需要較長時間,生產能力擴張同時還需要大量資金和專業工人,使得行業具有較高的技術門檻。風電整機企業在選擇鑄件配套供應商時,需對鑄件企業進行十分嚴格的認證和篩選,周期較長,后進入者要打開市場難度較大。
全球鑄件市場集中度較高,80%風電鑄件產能來自我國。據日月股份公告數據,2019 年全球風電鑄件 CR5 高達 64%,80%以上風電鑄件產能集中在我國。
主軸情況:風電主軸在風電整機中用于聯接風葉輪轂與齒輪箱,將葉片轉動產生的動能傳遞給齒輪箱,是風力發電機的重要零部件,風電主軸均為非標準化產品,不同客戶對風電主軸外觀尺寸、性能都有不同的要求,因此其應用具有很強的專用性、獨特性,具有典型的多品種、多批次、小批量、非標準化的特征。風電主軸使用壽命約 20 年,使用中更換成本高、更換難度大,因此風電整機制造商對其質量要求非常嚴格。按產品應用的機型不同,風電主軸可分為雙饋異步式主軸與直驅式主軸,雙饋風電整機用主軸目前依然占據市場主導地位。
按制造工藝不同,風電主軸分為鍛造和鑄造兩種,鑄造工藝相對鍛造工藝流程較少,生產周期較短。①鑄造指通過熔煉金屬,制造鑄型,將熔融金屬澆入鑄型,凝固后獲得一定形狀、尺寸、成分、組織和性能鑄件的成形方法。鑄造能夠使鑄件快速一次成型,生產效率和材料利用率都較高,適合用于大型或者結構復雜的部件生產,但其力學性能低于同材質的鍛件力學性能。②鍛造指利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。鍛造能保證鍛件內部金屬纖維組織的連續性,使鍛件具有良好的力學性能與更長的使用壽命,適用于受力強、條件惡劣的工作環境,但在鍛造過程中反復加熱鍛壓會伴隨一定的材料損耗,使得鍛造法的生產效率和材料利用率與鑄造法相比較低。
主軸行業存在著技術壁壘、供應商資格認證壁壘等。行業內從事專業風電主軸生產的企業較少,大都是以多種自由鍛件產品為主,行業壁壘使得行業護城河高筑。風電主軸屬于專用設備大型零部件,制造流程復雜,需經過長時間的技術研究、經驗積累方能生產出合格優質的產品,尤其是供應商資格認證很關鍵,由于各個風電整機制造商均擁有自己獨立的技術規格要求,因此風電主軸生產具有典型的多品種、多規格、小批量并向特種需求發展的特點。風電整機制造商對零部件供應商考察嚴格,并均有自行制訂的供應商認證體系,更換供應商的轉換成本高且周期長,后進入者要打開市場難度較大。
風電主軸在風機零部件中較早實現國產化,行業形成雙寡頭競爭格局。全球的風電主軸主要生產企業集中在中國、韓國、意大利,風電主軸生產工藝復雜,需要人工操作較多,目前無法完全實現自動化生產,這使得國內風電主軸制造商在生產成本上的優勢更加明顯。歷經對外技術引進、小規模研發、自主創新等過程,行業內領先企業已全面掌握煉鋼、鍛壓、熱處理、機械加工和防腐涂裝等主軸制造專業技術,形成了具有自身特點的成熟的生產工藝。金雷股份與通裕重工等領先的風電主軸制造商憑借突出產品質量、成本優勢,獲得國內外風電整機制造商的認可,實現了進口產品替代,促進國內風電主軸制造業不斷升級。
軸承情況:風電軸承是風機所有運動部位的樞紐,苛刻的載荷和惡劣的運行條件,需要承受的溫度、適度和載荷變化范圍很大,是風電機組中的薄弱環節。風電機組工況惡劣,對工作壽命&穩定性要求較高,作為風機各動力系統的連接體,風電軸承技術復雜度高。一般情況下,一套風電機組包含:1 套偏航軸承(連接機艙和塔筒),3 套變槳軸承(連接葉片和輪轂),1 套主軸軸承(支撐主軸),1 套變速箱軸承(雙饋風機中使用)、1 套發電機軸承。
對于大容量風機而言,軸承平均單價和主軸所占風機成本都較小容量風機更高。以明陽智能為例,3MW 風機主軸軸承成本占整個風機成本比從 1.5MW 的 2%左右大幅提升至 7%,且 3MW 以上風機的主軸軸承銷售單價更高,成本占比還將進一步提升。
作為連接輪轂和主軸的核心部件,主軸軸承對于風機長期穩定運行起到關鍵作用,在風機軸承中單價更高、難度更大。風機典型主軸結構是由單套軸承支承的三點支承結構,該結構采用調心滾子軸承作為主軸軸承。隨著風力發電機組越來越大,作用于軸承上的載荷也變,大型風力發電機組采用 2 套軸承支承主軸,該結構采用單列或雙列圓錐滾子軸承、單列圓柱滾子軸承和調心滾子軸承。
三點式支承:采用一個調心滾子軸承,與增速器兩邊的彈性支承形成三點式支承,應用于低兆瓦級風電機組。