风机龙头金风科技、远景能源出口优势明显。2022 年 6 家整机制造企业分别向 21个国家出口了风机,其中明阳智能全部出口海上风电机组,其他五家企业全部为陆上风电机组。具体来看,2022 年远景能源出口量最大,容量为 1153MW;金风科技出口国家最多,出口到 13 个国家,容量为 611MW;另外明阳智能出口容量为 165MW,运达股份出口容量为 152MW,中国中车出口容量为 149MW,东方电气出口容量为 56MW。截至 2022 年底,金风科技累计出口位居第一,占全国风电机组累计出口容量的 47%;远景能源累计出出口容量 2930MW,占全国风电机组累计出口容量的 24.6%。
中国风机产能充足,在全球风机供应中占主导地位。随着之后海外风电新增装机的不断增长,需要进口风机来满足需求。
陆风:根据 GWEC,中国陆风年产能为 82GW,欧洲陆风年产能 21.6GW,是全球第二大陆上生产基地,紧随其后的是美国(13.6GW)、印度(11.5GW)和拉丁美洲(6.15GW)。中国、印度和拉丁美洲地区的供应链有足够的机舱产能可满足需求,而欧洲和美国在当前产能下,从 2026 年开始产能将偏紧,需要依赖进口风机来应对预期的装机增长;
海风:海上风机供应更加集中,是因为目前全球海上风电安装总量的 99%以上都分布在欧洲和亚太地区。中国已是全球第一大海上风机的生产国,年产能高达 16GW,欧洲 2024 年海风风机产能增至 11.5GW,其他亚太地区海风风机产能为 3.7GW。在当前产能布局下,北美海风风机均需进口,欧洲和其他亚太地区(除中国)从 2026 年开始产能将偏紧,需要依赖进口风机来应对预期的装机增长。
产业链
整机商情况:2021 年以来国内风机大型化加速。2022 年中国新增装机的风电机组的平均单机容量为 4.49MW,同比增长 27.8%,其中 2022 年我国陆上风电机组平均单机容量为4.29MW,同比增长 37.9%,海上风电机组平均单机容量为 7.42MW,同比增长33.4%。从风机商来看,2022 年陆上风电前 4 家整机商新增装机容量占比近 75%,分别为金风科技(24.8%)、远景能源(15.6%)、运达股份(13.7%)、明阳智能(10.8%);2022 年海上风电新增装机中电气风电新增 1.44GW,占比为28%,位居第一,其次为明阳智能(26.8%)、中国海装(20.2%)、远景能源(16.2%)、金风科技(5.7%)。
国内风机集中度较高,龙头出货规模持续向上。国内整机环节 TOP3 市占率维持在 40%以上,其中 TOP3 企业(金风、远景、明阳)市占率基本维持在 10%以上,从风机龙头的演变趋势情况来看,近两年龙头企业地位较为确定,而随着国内风机企业的崛起,海外龙头 GE、西门子歌美飒、Vestas 市占率逐步下降。
头部风电整机厂竞争激烈。经过 2020 年陆上风电“抢装”和 2021 年海上风电“抢装”,风机行业 CR3 有所下降,2022 年小幅提升,风机 CR3 由 2019 年 62.6%下降至 2022年 51.0%,同时 CR5 和 CR3 差距不断拉大,由 2019 年差值(CR5-CR3)10.9%升至 2022 年差值(CR5-CR3)21.3%,后发企业追赶较快,比如运达股份等,近年来市占率提升明显,不断缩短与 TOP3 企业的差距。
从各大整机厂商的风电机组收入对比来看,金风科技作为行业龙头,收入规模最大,明阳智能和运达股份同比增速明显,与金风科技营收差距不断缩小。从单千瓦平均售价来看,随着 2022 年海上风电并网容量下降以及风机招标价格下降,导致 2022 年整机商风机平均销售价格均有一定程度的下降,金风科技和运达股份平均售价在 2300 元/kw 左右,明阳智能平均售价最高,主要是由于公司海风业务占比较高,22 年平均售价在 3100 元/kw 左右;从交付装机容量来看,今年上半年主机厂交付风机容量差距较小。目前各大整机厂在手订单充足。
随着风机招标价格的不断下降,风电整机厂的成本控制能力十分重要。目前风电整机厂的盈利改善路径:一是大型化降本;二是供应商管理;三是其他高毛利业务对于盈利的提升,主要是风电场开发运营业务。近年来,整机厂商纷纷下沉布局风电场建设领域,风电场建设运营毛利率较高,在 60%以上,已成为整机厂商利润新的增长极。
塔筒情况:风电支撑基础包括风电塔筒、基础环等,风电塔筒需支撑数十吨重的风电机组,并为风电叶片的转运提供条件,产品功能特点决定了可替代性较低;海上风电支撑基础还包括桩基、导管架等,主要应用于水深 0-60m 的浅海区域;随着水深的增加,固定式基础的成本会越来越高,浮式基础利用锚固系统将浮体结构锚定于海床,并作为安装风电机组的基础平台,适用于水深 50m 以上的海域。海上风电支撑基础受风电场地质情况、水深、离岸距离等因素影响,单台套海上风电支撑基础的造价(含施工)占海上风电投资成本的 19%-25%。
由于风电塔筒、桩基等风电设备零部件产品呈现体积大、重量大等特点,成本结构中运输成本占比较高;近年来随着风机大型化趋势明显加快,陆上运输难以适应该等需求,带来高昂运输成本,通常半径500km 以外的企业没有竞争力,同样也成为制约海上风电设备零部件生产企业业务发展的瓶颈。十四五规划发展九大清洁能源基地、四大海风基地,基地主要集中于三北、东部沿海地区,塔筒头部厂商龙头一般就近属地化布局产能,海风基础生产基地需临近码头。
海缆情况:海缆是海上风电的核心环节,海缆具备较高的准入壁垒,生产工艺复杂、技术要求高、认证周期长以及区位要求严等构筑了海缆环节的高壁垒。竞争格局清晰、稳定。生产工艺流程多。由于海底环境复杂且海水具有强腐蚀性,海缆相较于陆上电缆技术更复杂,其工艺流程相较陆风电缆更多;技术要求较高。接头技术、敷设设计施工要求高,需专门的设备;运输长度更长,未来价值量进一步增长。海上风电项目距离陆地较远,通常采取一次性运输大长度海缆的方式节约运输成本。
海上风电场成本主要由以下几个部分构成:设备购置费、建安费用、其它费用、利息。设备费用中风电机组及塔筒约占设备费用的 85%,送出海缆约占 5%。建安费用包括海上施工、船班费用等。其它费用包括项目用海用地费、项目建管费、生产准备费等。细分配置来看,海缆约占总成本 8-10%,包括阵列电缆(约 3%)以及送出电缆(约 5-10%)。
铸件情况:风电铸件主要包括齿轮箱壳体、轮毂、底座、行星架、定动轴等,起到支撑与传动的功能,约占风机成本的 8%-10%。铸件加工主要包括熔炼、浇筑、机加工等工序,属于重资产行业,具备明显的规模经济效应。风电铸件属于高端铸件,具有投资大、建设周期长、技术难度高等特点,并存在一定的进入壁垒。风力发电设备的工作环境和条件较为恶劣,风电铸件的材质性能需满足特殊要求,对产品质量要求很高,从掌握生产工艺并形成批量稳定的生产能力需要较长时间,生产能力扩张同时还需要大量资金和专业工人,使得行业具有较高的技术门槛。风电整机企业在选择铸件配套供应商时,需对铸件企业进行十分严格的认证和筛选,周期较长,后进入者要打开市场难度较大。
全球铸件市场集中度较高,80%风电铸件产能来自我国。据日月股份公告数据,2019 年全球风电铸件 CR5 高达 64%,80%以上风电铸件产能集中在我国。
主轴情况:风电主轴在风电整机中用于联接风叶轮毂与齿轮箱,将叶片转动产生的动能传递给齿轮箱,是风力发电机的重要零部件,风电主轴均为非标准化产品,不同客户对风电主轴外观尺寸、性能都有不同的要求,因此其应用具有很强的专用性、独特性,具有典型的多品种、多批次、小批量、非标准化的特征。风电主轴使用寿命约 20 年,使用中更换成本高、更换难度大,因此风电整机制造商对其质量要求非常严格。按产品应用的机型不同,风电主轴可分为双馈异步式主轴与直驱式主轴,双馈风电整机用主轴目前依然占据市场主导地位。
按制造工艺不同,风电主轴分为锻造和铸造两种,铸造工艺相对锻造工艺流程较少,生产周期较短。①铸造指通过熔炼金属,制造铸型,将熔融金属浇入铸型,凝固后获得一定形状、尺寸、成分、组织和性能铸件的成形方法。铸造能够使铸件快速一次成型,生产效率和材料利用率都较高,适合用于大型或者结构复杂的部件生产,但其力学性能低于同材质的锻件力学性能。②锻造指利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。锻造能保证锻件内部金属纤维组织的连续性,使锻件具有良好的力学性能与更长的使用寿命,适用于受力强、条件恶劣的工作环境,但在锻造过程中反复加热锻压会伴随一定的材料损耗,使得锻造法的生产效率和材料利用率与铸造法相比较低。
主轴行业存在着技术壁垒、供应商资格认证壁垒等。行业内从事专业风电主轴生产的企业较少,大都是以多种自由锻件产品为主,行业壁垒使得行业护城河高筑。风电主轴属于专用设备大型零部件,制造流程复杂,需经过长时间的技术研究、经验积累方能生产出合格优质的产品,尤其是供应商资格认证很关键,由于各个风电整机制造商均拥有自己独立的技术规格要求,因此风电主轴生产具有典型的多品种、多规格、小批量并向特种需求发展的特点。风电整机制造商对零部件供应商考察严格,并均有自行制订的供应商认证体系,更换供应商的转换成本高且周期长,后进入者要打开市场难度较大。
风电主轴在风机零部件中较早实现国产化,行业形成双寡头竞争格局。全球的风电主轴主要生产企业集中在中国、韩国、意大利,风电主轴生产工艺复杂,需要人工操作较多,目前无法完全实现自动化生产,这使得国内风电主轴制造商在生产成本上的优势更加明显。历经对外技术引进、小规模研发、自主创新等过程,行业内领先企业已全面掌握炼钢、锻压、热处理、机械加工和防腐涂装等主轴制造专业技术,形成了具有自身特点的成熟的生产工艺。金雷股份与通裕重工等领先的风电主轴制造商凭借突出产品质量、成本优势,获得国内外风电整机制造商的认可,实现了进口产品替代,促进国内风电主轴制造业不断升级。
轴承情况:风电轴承是风机所有运动部位的枢纽,苛刻的载荷和恶劣的运行条件,需要承受的温度、适度和载荷变化范围很大,是风电机组中的薄弱环节。风电机组工况恶劣,对工作寿命&稳定性要求较高,作为风机各动力系统的连接体,风电轴承技术复杂度高。一般情况下,一套风电机组包含:1 套偏航轴承(连接机舱和塔筒),3 套变桨轴承(连接叶片和轮毂),1 套主轴轴承(支撑主轴),1 套变速箱轴承(双馈风机中使用)、1 套发电机轴承。
对于大容量风机而言,轴承平均单价和主轴所占风机成本都较小容量风机更高。以明阳智能为例,3MW 风机主轴轴承成本占整个风机成本比从 1.5MW 的 2%左右大幅提升至 7%,且 3MW 以上风机的主轴轴承销售单价更高,成本占比还将进一步提升。
作为连接轮毂和主轴的核心部件,主轴轴承对于风机长期稳定运行起到关键作用,在风机轴承中单价更高、难度更大。风机典型主轴结构是由单套轴承支承的三点支承结构,该结构采用调心滚子轴承作为主轴轴承。随着风力发电机组越来越大,作用于轴承上的载荷也变,大型风力发电机组采用 2 套轴承支承主轴,该结构采用单列或双列圆锥滚子轴承、单列圆柱滚子轴承和调心滚子轴承。
三点式支承:采用一个调心滚子轴承,与增速器两边的弹性支承形成三点式支承,应用于低兆瓦级风电机组。