海上风电产业链深度解析

风电行业是发展清洁能源的重点战略领域。“十四五”规划中，我国明确提出大力提升风电规模，有序发展海上风电建设。2020年1月，财政部印发《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》，新增海上风电不再纳入中央财政补贴范围，按规定完成核准（备案）并于2021年12月31日前全部机组完成并网的纳入中央财政补贴范围。目前2022年及之后的补贴政策等待地方相关政策出台。根据国家能源局数据，2020年全国风电新增并网容量达到71.67GW，其中陆上风电新增装机在国补取消催化下达到68.61GW，海上风电新增装机达到3.06GW，占全球新增装机的50.45%。从全球来看，欧洲、美国、日本等地区的海风处于加速发展的态势，按照全球风能协会预测，2025年全球海风新增装机有望达到24GW，是2020年的近4倍。海上风电场规模化、集群化，通过风机大型化等技术进步手段，海上风电正在快速降本，国内海上风电有望迎来爆发期。

海上风电系统：陆上和海上风电差异显著我国陆上风电起步早、基础好，但由于消纳、环保、土地等因素预计未来增长趋缓；而海上风电资源消纳条件好、开发潜力大，有望接力陆上风电成为实现碳达峰目标的重要抓手。

同时，海上风电风速强、出力稳定、土地成本低，且能够在沿海‚地稀人密地区与陆上风电形成较好互补，资源禀赋与发展诉求相契合，适宜建造风电场，长期增长空间巨大。从本质上看，陆上风电是“机组+电网+一般性电力工程”；海上风电则是“风电项目+海洋工程”，海底光缆、海上桩基及海上装机如吊船、打桩船是海上风电项目重要组成部分。由于涉及海洋工程，海上风电项目比陆上风电多了海上桩基及海底光缆，开发投资成本构成比例差异显著。图表来源：行行查海上风电项目流程海上风电开发前期包括海上风电规划、申请项目开发权、申请项目核准3个阶段。海上风电规划包括地址选择、实地勘察、项目环评及方案设计研究等。海上风电场则主要由一定规模的风电基础和输电系统构成。风电基础包括风电机组如叶片、风机、塔身和机组安装等部分。输电系统则由交流集电线路，海上升压站和无功补偿设备，海底电缆，陆上变电站和无功补偿设备组成，已建成海上风电场大部分采用高压交流输电系统（HVAC）。海上风电场的建设难度远大于陆上风电场，难点在于风险高、高度高、精度高（毫米级别），因此建设成本是陆上风电场的2-3倍。其中重要的成本项目包括设备、线缆和工程。此外，海上风电的成本还和海水深度、离岸距离等因素相关。海上风电运营维护由风电整机厂商和运营商共同负责。海上风电全景图：资料来源：TheCrownEstate海上风电产业链解析海上风电产业链结构与陆上风电相似，大致可分为上游的原材料生产与零部件制造，中游的整机与相关海缆建设以及下游的风电运营商电网运营等环节构成等三个环节。海上风电项目硬件设备约占投资额的50%，主要由风电机组、风塔及桩基、海底电缆三部分组成，按照目前海上风电平均开发投资造价14000元/KW计算，2018-2020年面向整机制造商以及周边部件供应商如桩基、海底光缆等的海上风电市场近900亿元。由于海上风电技术壁垒高，产业链企业先发优势明显，容易出现赢者通吃的格局，行业集中度高。海上风电产业链上游：原材料海上风电产业链上游涉及的关键原材料有钢、铝、铜、混凝土、玻璃纤维、碳纤维、环氧树脂、永磁材料等。叶片作为风力发电机组的输入端，其使用材料性能直接决定风力发电装置的输出功率。经过近百年的发展，现阶段风机叶片已经由木制叶片、布蒙皮叶片、铝合金叶片过渡到由基体树脂、增强纤维、芯材等高分子材料组成的复合材料领域。目前，风电叶片主要以玻璃纤维作为增强材料，但为满足风电机组叶片的大型化和轻质化要求，未来中国在风电叶片的生产中将更多使用碳纤维。按《中国风电发展路线图2050》规划，2020年、2030年、2050年应用碳纤维的风电机组市场份额预计将达到22.16%、35.45%、61.70%。全球风电巨头已经开始布局中国风电碳纤维市场，Vestas前期已与江苏澳盛复合材料、光威复材等开展合作。海上风电产业链上游：风机零部件海上风电零部件环节由于技术门槛较低，涉及环节较多，主要由叶片、齿轮箱、发电机、轴承、铸件、变流器、电控系统、塔架等组成。目前中国和欧洲海上风电发展差距较大，尤其是中国大型海上风机技术尚未完全掌握，轴承、齿轮箱、叶片、主轴等部分核心设备依赖海外厂家，其中叶片、主轴等在未来有望率先实现进口替代。风机叶片风机叶片是风力发电机组的关键核心部件之一，从零部件价值量的角度来看，叶片价值量极大，其成本约占风机总成本的22.2%。叶片设计、制造及运行状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，对风电场运营成本影响重大。根据风力发电工作原理，风轮半径越大，单机功率愈大,发电成本就愈低。因此，随着全球风电产业的快速发展，特别是海上风电的崛起，风电机组大型化趋势愈发明显，对风电用材料性能带来更大挑战。

图片来源：明阳智能官网

从叶片直径来看，2016年，45-55米以内的叶片是绝对主力叶型；到2018年，55-60米左右叶片占领了大部分市场，60-65米叶片也开始批量生产。预计2021年，55-70米以上的风电叶片将成为市场主流，占据60%左右的份额。从全球行业格局来看，风机叶片市场玩家多元，行业集中度较为分散。外资企业主要有GE、LM、TPI、Enercon等。从国内叶片市场来看，经历2016年的行业低谷，落后产能的淘汰，行业集中度不断提升，CR5从2013的59.6%提升至2020年的69%。国内厂商包括中材科技、时代新材、中复连众、中航惠腾等国有控股大厂以及上海艾郎、天顺叶片等民营专业化叶片企业，此外，部分主机厂如明阳智能也自主生产叶片。

图表来源：天顺风能官网

齿轮箱齿轮箱的可靠性对风机的寿命起着决定性的作用，尤其是海上大功率风电齿轮箱。风力发电机齿轮箱位于机舱内部，是目前兆瓦级风机传动链中的薄弱环节，属易过载和过早损坏率较高的部件。半直驱和双馈机型均已分别在风机大型化路线上证明各自的优势，预计将拉动风电齿轮箱的需求提升。根据全球风能协会统计，2019年全球风电齿轮箱前三大供应商（中国高速传动、采埃孚、威能极）合计市占率达68%，海外企业在海外市场仍有较高份额。以中国高速传动（南高齿）为代表的国内先进风电齿轮箱供应商基本能够满足国内风机生产需求。轴承目前我国配套大功率机型的高端轴承主要依赖进口，高端轴承的溢价较为明显。根据WoodMackenzie的统计，2020年全球范围风电轴承仍然主要由德国、瑞典、日本、美国的厂商供应，国内的洛轴、瓦轴、新强联等企业合计市占率不到10%，这几家国内企业均已经成功研制了配套大兆瓦机型的轴承产品，但在客户导入和批量化出货上仍需时日。

铸件风电建设的不断推进，带动了对铸件的需求。从2017年起风电产业链价格战加剧，国内企业积极推进“两海战略”，海上大型风电铸件和海外收入占比持续提升。当前全球约80%的铸件产能来自中国，但是由于环保政策趋严以及铸件自身扩产周期较长，近两年国内铸件产能增速较低。铸件是风机零部件中格局较好的环节，在行业发展初期，一重、二重、上重、中信重工、大连重工等国有企业占主导地位，主要用于自供。日月股份、永冠集团、吉鑫科技等后期逐渐发力，在细分领域占据优势。目前国内10万吨以上铸件产能的企业仅有7家左右。2020年日月股份风电铸件销售量为37.87万吨，全球市占率达到18%左右，领先其他国内上市民企，到2021年底日月产能有望扩张至约48万吨。

风机控制系统风机控制系统成本占风电系统总成本的15%左右，包括控制系统、偏航系统、制动系统、油冷系统、水冷系统、变频器、变桨系统、电池系统、安全链等。风机控制系统是综合性控制系统，用于监视电网、风况和机组的运行参数。对机组进行并网、脱网控制，以确保运行过程的安全性和可靠性。同时还要根据风速、风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。风电塔架海上风塔行业集中度高于陆上，同时行业集中度相对较低。国内市场主要由天顺风能、泰胜风能、大金重工以及天能重工四家龙头占据，合计占全球市场份额的28%，目前规划新增的产能大多为海工产品，未来行业集中度将持续提升。天顺风能重点布局高端市场，客户主要覆盖Vestas、GE、西门子歌美飒、金风科技等全球风机巨头，2020年全球市占率迅速提升至为6%，国内市场份额占据第一。从产能扩张情况来看，天顺风能新增三北大基地和海上塔筒产能，泰胜风能计划新增2个海上风塔产能，大金重工新增蓬莱海上风塔产能和三北大基地的陆上风塔产能。部分风电零部件厂商产能扩张情况：海上风电产业链中游：风机整机海上风电整机市场份额在全球市场占比最高的前四家厂商分别为西门子歌美飒、三菱维斯塔斯、上海电气和金风科技。从新增装机容量来看，我国海上风电整机厂商呈现四强鼎力的竞争格局。海上风电板块目前已形成上海电气、远景能源、金风科技、明阳智能中国“四巨头”，占全球新增装机容量的比例分别为9.7%、9.0%、7.9%和7.4%。未来海上风电的发展趋势是深水远海化，这将对风电机组的研发、制造、安装运维、相关装备制造等环节提出更高的要求，掌握核心技术的龙头企业有一定先发优势，目前行业集中度较高。海上风电产业链中游：海底电缆市场增量大线缆约占投资额的5%，单位成本约为500元/kW。海底电缆是海上风电和陆上风电的主要区别之一，目前已经完全实现进口替代。海底电缆的需求增长将高于海上风电装机容量增长：海上风电从潮间带向近海发展，海上风电场离岸距离不断增加，我国已投运海上风电场离岸距离远小于欧洲，大多在30km以内。海缆市场相较陆缆市场具有一定的进入门槛。海缆市场设备要求更高，海缆需要克服海水腐蚀等问题，截面构造相对于陆缆更加复杂，并且要求能够单根连续生产；资金投入较大，出于产业链一体化的目的，海缆企业通常要求具有施工能力，需要建设铺缆船。

进入门槛也使得海缆具有较高利润，海缆毛利率通常在30%-40%，是陆缆的2-3倍。

地理位置特殊，海缆通常生产后直接绕于铺缆船上，工厂必须紧邻江河大海。海底电缆行业壁垒：图表来源：行行查目前，中国海缆企业数量较少。中天科技、东方电缆、亨通光电位列国内企业第一梯队，根据2017-2019年的中标情况，三家企业占据约98%市场份额。中天科技自2009年以来长期位居国内海底电缆市场第一。海上风电下游：海上风电运营与陆上风电相比，海上风电的技术壁垒更高，且前期投入资金大、项目周期长。开发流程更为复杂，涉及海洋工程，需要相关部门的协调审批，因此对开发商的风电开发经验有较高要求。据统计，500MW的风电场总投资金额约为90-100亿，整个项目总投资回收期周期往往超过10年时间，对开发商的风资源开发能力、资本金、债务融资能力和融资成本要求较高。海上风电的开发运营前期投入高、项目周期长，开发商主要由大型电力央企主导。目前海上风电的开发运营商主要为大型电力央企及其下属能源公司，包括南方电网