风电设备行业研究:海上风电将成为行业重要驱动力.docx
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1、风电设备行业研究:海上风电将成为行业重要驱动力1. 海上风电有望成为行业重要驱动力,大型化趋势将延续1.1. 成本持续下降,风电经济性凸显将驱动行业快速发展降本是风电脱离政策补贴持续快速发展的关键因素,目前陆上风电已成为全球度电 成本最低的清洁能源。风力发电为清洁能源领域中技术最成熟、最具商业化发展前景的 发电方式之一,2020 年全球新增装机容量达到 93GW。据 IRENA 数据,受益规模效应 下零部件&安装维修成本下降,2020 年全球陆上风电&海上风电 LCOE 分别同比-13%和 -9%,降幅明显高于光伏(-7%)。在此驱动下,2020 年陆上风电已成为全球成本最低的 可再生能源,2
2、020 年 LCOE 仅为 0.039USD/kWh,明显低于光伏和水电。通过复盘我国风电行业发展历史,可以发现,受政策力度&新能源消纳能力影响, 我国风电行业经历几轮波动。2004-2010 年:整体处于发展初期的导入阶段,政策持续推进下,行业高速增长; 2011-2012 年:我国脱网安全事故率上升,风电政策有所收紧,风电招标规模大幅下 降;2013-2014 年:弃风现象改善,政策有所缓和,开始出现大规模抢装;2016-2017 年:集中抢装后弃风率再次上升,国家出台多项弃风限电政策,新增装机量明显下滑; 2018-2020 年:双碳目标下政策持续加码,我国风电行业重回上升通道,其中 2
3、020 年 抢装潮背景下,我国实现新增装机量 52GW,创历史新高。全球范围内来看,我国已成为第一大风电装机市场。截至 2020 年底,我国风电 占总装机的比重达到 12.79%,仅次于火电和水电,已成为主要清洁能源,2020 年我国 风力发电量全球占比达到 29.32%,稳居全球第一;新增装机量方面,2020 年我国实 现风电新增装机 52GW,全球占比高达 56%,成为全球风电行业的主要增长点,2021 年我国风电新增装机 47.57GW,在 2020 年抢装的背景下依然维持较高的装机水平。作为现阶段度电成本最低的清洁能源,我国陆上风电已实现平价上网,叠加电力市 场改革、能源消纳能力提升、
4、政策退补推进市场化需求等,我们认为我国风电行业有望 进入市场需求驱动的快速成长阶段。1.2. 2021 年国内海上风电异军突起,有望成为风电行业重要推动力相较陆上风电,海上风电天然优势显著,具体体现在:风机利用率更高:根据风 能密度公式(W=(1/2)v3),发电功率与风速三次方成正比,海上风速普遍较大,故 同等发电容量下年发电量要远高于陆上风电;单机容量更大:风机单机容量越高,风 机尺寸越大,陆地交通难以运输,而海上运输并不存在此问题;风机运行更加平稳: 受地形影响,陆上不同高度风速相差较大,风片易受力不均而损坏传动系统,而海面风 速平稳,风向改变频率较低;海上风电更靠近沿海用电终端,便于能
5、源消纳。然而,受海上复杂环境、维修成本等限制,全球海上风电发展仍处起步阶段。2015 年起全球海上风电进入高速发展期,2020 年全球新增装机量达到 6.1GW,但仍远低于 同期陆上风电(86.9GW),全球海上风电渗透率尚处于低位。我们认为主要原因:海 上环境条件复杂,机组设计需考虑盐雾腐蚀、海浪载荷、台风等众多制约因素;海域 使用涉及海洋养殖、航运、军事管理等诸多领域,是一个系统性工程;海上恶劣环境 下易损零部件更换频率加快,人工往返维修成本较高。2021 年我国海上风电异军突起,新增装机创历史新高。在政策驱动下,我国海上 风电正处于高速成长期:2020 年我国海上风电实现新增装机量 3.
6、06GW,2011-2020 年 CAGR 高达 44.70%,明显高于同期风电新增装机量 CAGR(12.77%),2021 年我国 海上风电新增装机 16.90GW,同比增长 452%,主要系 2022 年国补退出导致的抢装; 全球范围内来看, 2020 年我国海上风电新增装机量全球占比高达 50.45%,同样成为海 上风电全球产业重心。我国海岸线长度超过 1.8 万千米,海上资源十分丰富,同时毗邻东南沿海用电负荷 区,便于能源消纳,海上风电已成为我国“十四五”能源转型的重要战略发展路线,自 2022 年起,我国取消对新增并网海上风电的国家补贴,标志着海上风电平价改革正式开 启。2022
7、年 3 月 1 日,全国各沿海地区海上风电规划及支持政策陆续出台,其中广东、 山东、浙江、海南、江苏、广西等地区已初步明确其海上风电发展目标,“十四五”海 上风电新增装机合计达到 73.45GW,约是 2016-2020 年我国海上风电新增装机总量的 8 倍,伴随着海上风机价格不断下探及施工成本低逐步降低,我们认为海上风电在“十四 五”阶段将迎来大发展,有望成为我国风电行业快速发展的重要驱动力。1.3. 大型化仍是行业发展趋势,是持续降本重要手段风电行业能否持续快速放量,关键在于成本,我们梳理 2019 年以来各级别风机投 标价格发现:2020 年以来呈现明显的下降趋势,截至 2021 年 9
8、 月,3S 风机投标均价为 2410 元/kW,4S 风机投标均价为 2326 元/kW,分别同比下降 25.85%和 26.46%,其中 2021M9 3S 风机招标均价较 2019M11 降幅超过 40%。展望未来,风电投资商为保证自身收益率,其降本增效需求愈发迫切。我们认为风 电大型化是推动行业持续降本的重要手段之一,下面我们将详细分析。风电机组成本占比超过 50%,是行业持续降本的重要突破点。风电项目投资主要 包括机组、塔筒、升压站及各类辅助设施安装费用等。从 2021 年我国风电项目成本构 成来看,不论是陆上风电还是海上风电,风电机组的成本占比均超过 50%,是风电项目 最大的成本构
9、成,是降本的关键点。风电机组大型化,已经成为国内风电行业的发展趋势。大型化体现为在整机叶片尺 寸变大、塔架高度增加的基础上,风机单机容量的功率明显提升,2020 年全球海上风电 和陆上风电平均风机容量分别为 4.9MW 和 2.6MW,而 2010 年的海上风电和陆上风电 平均风机容量分别为 2.6MW 和 1.5MW。从我国的风电装机结构看同样可以得出大型化趋势。据 CWEA 数据,截至 2020 年, 我国风机机组累计装机容量的功率集中在 3MW 以下,其中 1.5-1.9MW 和 2.0-2.9MW 装 机量占比分别为 31.1%和 52.5%;但在 2020 年我国新增风电装机中,3.
10、0-5.0MW 风电机 组合计占比达到 34%,占比提升明显。此外,从我国风电主机厂的出货情况来看,大型风机的销售占比呈现上升态势。1) 金风科技:2021 年前三季度对外销售容量 6347MW,其中 3/4S 和 6/8S 机组分别实现销 售 2511MW 和 1487MW,分别同比增长 224.4%和 332.0%,大容量机组销售占比大幅度 提升;2)明阳智能:2020 年实现 3.0-5.0MW 机组销售 1449 台,销售占比高达 79.66%, 较 2018 年(25.22%)和 2019 年(44.04%)明显提升。究其原因,我们认为风机大型化是降低陆上/海上风电成本最有效的途径,
11、主要体 现在:均摊风机固定成本:大型化机组的固定成本增量主要体现在叶片、塔筒等部件, 齿轮箱、减速机、主轴等零部件单位成本可得到一定均摊;均摊非机组成本:同等项 目容量下,风电机组单机容量与机组数量成反比,故大机组容量可均摊风电场线路、塔 架等配套设施成本,并降低后续运维成本;提升机组可利用小时数及发电量:风机容 量增大可提升扫风面积及轮毂高度,在同一地理位置可以捕获更多风能,有效提高发电 小时数及发电量。随着风电平价时代到来,大型化仍将是风电行业长期发展趋势。以海风为例,对 比欧洲,我国海上风电大型化有较大提升空间。海上风电发展最成熟的欧洲 2020 年海 上风电新增装机平均风机容量达到 8
12、.2MW,而我国仅为 4.9MW,远低于欧洲同期水平。技术研发层面上,国内外风电整机龙头均在加紧机组大型化布局。Vestas 早在 2018 年 9 月即研发了 10MW 海上风机,并于 2021 年 2 月研发了 15MW 海上机组, 成为全球海上风电装机容量最大的机型。国内整机厂目前已研发成功的大容量机组主要 包括明阳智能 10MW 风机组、东方电气 10MW 风机组、上海电气风电 8MW 风机组和 金风科技 10MW 风机组,已陆续交付使用。此外,随着碳纤维叶片、大兆瓦核心零部 件技术突破,陆上/海上风电 LCOE 仍存在较大大型化降本空间。(报告来源:未来智库)2. 风电景气向好背景下
13、,关注高价值量、高壁垒的零部件环节2.1. 塔筒:市场规模广阔,产能布局&出海能力是核心竞争要素塔筒单 MW 需求相对稳定,是大型化趋势下受损较小的环节。塔筒用于风机承重, 随着风机尺寸增大,塔筒重量近乎同比例增长,单 MW 被摊薄用量有限,主要原因: 随着风机尺寸变大,塔筒高度也在提升;风机重量增加后对塔筒的结构强度要求提 升,塔筒筒壁厚度和直径也相应增加,塔筒需求量有望保持与风机装机量相近的增速。全球风电塔筒是千亿级大市场,运输半径限制导致竞争格局较为分散。据上文数据, 塔筒在我国陆上项目中的投资占比达到 14%,仅次于风机,是市场规模最大的风电零部件。2020 年国内风电抢装带动下,全球
14、风电塔筒市场规模突破千亿元大关,达到 1208 亿元,考虑到 2020 年我国风电新增装机占比 56%,假定单 MW 塔筒用量一样,我们估 算 2020 年国内风电塔筒市场规模 676 亿元,市场规模广阔。就市场格局而言,我国风电塔筒市场份额却极为分散,2020 年四大龙头合计市场 份额仅约 31%,核心在于塔筒重量可达数百吨,陆上运输费用高昂,存在明显的运输 半径问题。作为典型的“短腿”行业,产能布局&码头资源将是塔筒企业核心竞争力。风电塔 筒生产本质上属于再加工,技术壁垒较低,企业多轻资产运行,原材料成本占比高达 80% 以上,有竞争力的陆上运输半径多在 500km 以内,合理产能布局是减
15、少运营成本、提升 市占率的必备条件。此外,鉴于海风成长空间广阔,以及庞大的海外市场,海工生产基 地可最大程度地减少陆上运输成本,稀缺的码头资源同样成为塔筒企业核心竞争要素。风电行业成长性显现背景下,各大龙头扩产动力充足,随着产能陆续释放,头部集 中度有望进一步提升,我们看好进行前瞻性产能布局的企业脱颖而出,具体来看:天顺风能:2021H1 公司塔筒产能合计 70 万吨/年,并在通辽、濮阳等地积极扩 产,公司预计 2023 年底可形成塔筒产能 120 万吨/年;此外,德国&射阳海工 基地建设也稳步推进,公司预计 2022 年可形成 60 万吨/年海工产能。大金重工:四大基地设计产能合计 100
16、万吨/年,重点加码海风,山东蓬莱基地 设计产能 50 万吨/年,是业内单体产能最大、资质最全的海风塔筒&桩基生产 基地,也是公司“两海战略”(海上风电&海外市场)的实施主体。天能重工:2021H1 合计产能 63.05 万吨/年,其中海工年产能 28 万吨/年,在全 国共有 12 个生产基地(含在建),其中陆风产能较为分散。泰胜风能:2021M12 公司产能超过 50 万吨/年,其中海上风电产能 20 万吨,新 疆基地尚未饱和,并考虑继续加码投资海风制造基地。中长期看,海外市场有望成为中国本土塔筒企业重要的增长点。风电塔筒为典型的 劳动密集型行业,成本控制能力是企业核心竞争力。相较海外,国内原
17、材料、人工等成 本均具备较大优势,并容易发挥规模化降本效应。具体来看,2016-2019 年本土塔筒龙 头海外业务快速拓展,2020 年受国内抢装&海外疫情影响有所下滑,但不改海外市场长 期成长逻辑,我们看好掌握稀缺码头资源和进行海外产能布局企业的成长潜力。2.2. 轴承:稀缺的单位价值量提升环节,主轴承国产化亟待突破轴承在风电机组中应用广泛,是国产化难度最高的风电零部件之一。风电轴承主要 用于连接机组内偏航、变桨和传动等系统转向,一般风电机组的核心轴承包含 1 套主轴 轴承、1 套偏航轴承和 3 套变桨轴承。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
18、技术复杂度高,是业内公认的国产化难度 最高的风电设备零部件之一,也是长期阻碍我国风电产业自主发展的一大壁垒。风机大型化背景下,轴承是稀缺的单位价值量提升的零部件环节。据三一重能公告 数据计算,主轴承单 MW 均价随着风机功率提升明显增加。由此可见,轴承是风机大 型化趋势下稀有的单位价值量提升的零部件,主要原因在于大功率轴承技术壁垒明显提 升,在大风机叶片受力不均衡导致机组载荷增加,需引入独立变桨进行平衡,对轴承耐 损耗性能提出更高要求。进一步分析,从明阳智能招股书中公告的风机成本构成中可以发现,在 1.5MW 和 3MW 风机中,2018H1 主轴轴承价值量占比分别为 2%和 7%,轴承在大型
19、风机中的成本 占比明显提升。在风机大型化趋势下,随着价值量占比逐步提升,轴承环节在风电行业 中具备更强的成长性,有望表现出高于其他零部件环节的行业增速。全球风电轴承仍由海外主导,大功率主轴轴承国产化亟待突破。全球范围来看,高端轴承市场被瑞典 SKF、德国 Schaeffler、日本 NSK、日本 JTEKT、日本 NTN、日本 NMB、日本 NACHI 和美国 TIMKEN 所垄断。在风电轴承领域,2019 年德国 Schaeffler 和瑞典 SKF 合计占据全球 53%份额(按销售额),而国内的洛轴、瓦轴和新强联等企业 市占率之和不足 10%(按销售额),尤其在大功率主轴承领域仍处于起步阶
20、段,国产替 代空间较大。持续研发投入下,国产大功率风电主轴承已取得阶段性产业化突破。2016 年以来 本土企业开始陆续突破大功率风电主轴承技术,洛轴、瓦轴、大冶轴和新强联均在 4MW 以上主轴承领域具备一定研发&产业化经验。特别的,新强联已在大功率风电主轴轴承 领域取得规模化产业突破,2021 年加码“3.0MW 及以上大功率风力发电主机配套轴承 生产线建设项目”,项目达产后,预计每年可新增 1500 个 3MW 以上主轴承产量。2.3. 法兰:大型化提升行业壁垒,市场集中度有望进一步提升法兰是风电塔筒重要的支撑连接件,2020 年全球市场规模超 200 亿元。法兰是风 电塔筒的关键连接件、支
21、撑件和受力件,需长期承受复杂风力交变载荷下的拉伸、弯曲 和剪切等作用力,是风机承重的重要部件。受益国内风电抢装,我们预估 2020 年全球& 我国风电法兰市场规模分别达到 227 和 127 亿元,均实现较大幅度增长。风电法兰已基本实现国产化,市场集中在恒润股份等少数玩家手中。经过多年发展, 我国风电法兰行业已趋于成熟,领先企业包括恒润股份、伊莱特、派克新材料等,其中 2020 年恒润股份风电塔筒法兰业务实现收入 14.55 亿元,同比大幅增长 91.2%。若以上 文测算的全球风电法兰市场空间为基准,我们预估 2016-2020 年恒润股份风电法兰全球 市占率持续提升,2020 年达到 6.4
22、%(按销售额),依旧具备较大的成长空间。大型化提升行业门槛,有望进一步优化市场格局。风电法兰归属辗制环形锻件,大型化法兰对供应商的技术&资金实力都提出了更高要求:在技术层面上,大型风机塔 筒重量增加,法兰载荷强度明显增强,对法兰的性能要求大幅提升,需依赖于企业长期 积累的质量管理能力和生产经验;在资金层面上,锻造行业具备初始投资大、建设周 期长的特征。以恒润股份募投项目为例,10-12 米数控辗环机单价高达 1.45 亿元,10000T 油压机单价高达 1.35 亿元。大型化法兰高昂的设备投资抬升行业门槛,领先企业的资本 优势得以充分发挥。微观层面来看,若以海力风电法兰采购情况为例,大型化法兰
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