产研发布 | 海上风电产业链图谱分析
前言
11月23日，全球单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆瓦重量最轻的海上风电机组在福建下线，且该机组的主要部件基本实现国产化，这标志着我国在海上风电高端装备制造上实现重要突破，关键部件降本增效指日可待。近年来，海上风电被越来越多的沿海国家所重视，欧洲计划到2030年实现160GW的海上风电装机；美国将2030年的海上风电装机目标定为30GW；我国在十四五期间的海上风电装机量目标为150GW,在各国海上风电建设目标的指引下，加上海上风电具有风力资源丰富、距离负荷中心近等优点，海电有望实现快速发展。
一
何为
海上风电
风能是一种可再生能源，其发电原理也相对简单，即利用风力带动风机叶片转动，将风的动能转化为风机的机械能，再借助增速器将机械能转化为电能。目前来说，风速达到3m/s时，就可以发电。其实，风能发电并不是一个新兴的领域，但在“碳中和”的背景下，风电凭借其成本优势，再次被推上时代舞台。
风电可以分为海上风电和陆上风电两部分，相比其他发电方式，海上风电前期准备耗费时间长，在建设中期，多出海底光缆和桩基等建设成本，施工费用显著增加，建设后期所需要的运营维护成本也较高，存在一定的发展难度。
根据火石创造产业数据中心，A股市场目前已有54家企业布局海上风电业务，且其中7家企业的前三季度利润实现了翻倍增长。为什么海风发电难度大、成本高，且似乎不比其他发电方式具有优势，还有这么多公司布局海上风电呢？这是因为目前主流的可再生能源发电方式（如光伏发电、陆上风电）也都存在一定的弊端，而海上风电具有海风资源丰富、靠近电力负荷中心等优点，故对海上风电产业进行深入研究，探究整条产业链中的薄弱环节和发展难点，具有一定的现实意义。
来源：火石创造根据公开资料整理
海上风电的发电成本约是陆上风电的2.3倍、光伏发电的1.6倍，目前海电距离整体平价仍有一段距离。但在过去十年中，海电成本降幅高达56%，随着技术进步的推动，风机和项目施工还有一定的降本空间，海电平价道路曲折但前途光明。
放眼全球，2021年我国海上风电新增装机量达到16.9GW,增速高达339.5%，遥居全球新增装机量首位。且在今年3月底，国家能源局和国家发改委联合发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出要大规模开发海上风电，此后，各个省份开始出台海上风电相关规划，并积极布局深海风电示范项目。据统计，十四五规划期间提到的海上风电装机量达150GW，截止今年9月底，我国累计装机量只有27.26GW，海上风电还有较大的市场增长空间。
来源：火石创造产业数据中心
二
海上风电产业链全景图
海上风电产业链由三部分组成：上游材料端、中游风机总装及零部件制造、下游风电场投资和运营。材料端除了钢铁外，主要指制造风机叶片的原材料，包括环氧树脂、环氧树脂胶粘剂、碳纤维、玻璃纤维、夹层材料等；核心零部件包括海底光缆、叶片、轴承、发电机、齿轮箱等，相比来说，海底光缆的技术壁垒最高，国产化进程慢，而其他零部件的国内企业技术都较为成熟，国内供应充足；风电场的投资和运营是以大型国有发电集团为代表的投资商，这些集团在进行能源投资时，会给风电配备一定的比例，故海上风电产业总体需求较为稳定。
来源：火石创造根据公开资料整理
三
海上风电产业链分析
1、海上风电产业链上游
风机叶片是风机的主要零部件，其约占总成本的22%。全球风能协会预测，未来海上风机叶片的长度将会加长，185-220米会成为主流叶片，故对材料端的需求也会增加。风机叶片中基体树脂（主要是环氧树脂）、增强纤维（碳纤维和玻璃纤维）、夹层材料、环氧树脂胶粘剂所占成本的比例约为36%、28%、12%、11%，故本文主要针对这四类材料进行介绍。
来源：《复合材料结构设计对风电叶片成本的影响》
环氧树脂泛指分子结构中含有环氧基团的高分子化合物，其在风机叶片中所占成本比例最高，约36%，1GW风电装机量约用4500吨环氧树脂。由于环氧基的化学活性，环氧树脂具有热固性，能与多种固化剂、催化剂形成性能优异的固化物。环氧树脂与芯材的粘合程度影响着风机叶片的发电效率和使用寿命，国内主要生产商有回天新材、中化国际等。
玻璃纤维是以石英砂、石灰石等天然矿石为原材料，在精细研磨后，按一定比例进入池窑。经过高温熔制、拉丝、 络纱等环节而制成，其主要运用在叶片主体上。考虑到成本因素，目前玻璃纤维在风机叶片上的运用多于碳纤维，但按照风机大型化、轻量化的发展趋势，碳纤维的发展潜力更大。玻璃纤维的市场集中度比较高，国内主要厂商有中国巨石、泰山玻纤等。
碳纤维性能优异、材料轻便，完全符合风机叶片大型化、轻量化的发展方向。其是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量基本高于90%，具体含碳量随着种类的不同而有差异。随着风电行业发展向好，碳纤维的市场需求也不断增加，目前我国碳纤维企业生产技术不断更新，国产化进程加快。国内领先企业有上海石化、吉林炭素、中恒材料等。
夹层材料主要为巴沙木和结构泡沫材料，其主要使用在叶片的前缘、后缘及剪切肋等部位，目的是保证叶片的稳定性，同时降低叶片质量，提高叶片的抗载荷能力。巴沙木是世界上最轻的木材，其完美符合风机叶片所需的全部特性，但全球95%的巴沙木都产自于南美厄瓜多尔，单一地区的巴沙木产量难以满足全球风电产业的需要。随着风机朝着大型化、轻量化的方向发展，加上巴沙木产量减少，厂家开始将目光转向轻质、高强度的PVC、PET等结构泡沫。但PVC原板的技术壁垒高，国内厂家主要依靠进口，国外主要供应商有瑞典DIAB、意大利Maricell、瑞士AIREX等，国内以天晟新材为代表的企业，也在加快追赶进程。
环氧树脂胶粘剂主要用来粘结风机叶片上下壳体，对叶片力学和结构产生重要影响。由于海上风电环境恶劣，且胶粘剂要保证叶片在至少二十年内具有稳定且持续的机械性能，故其整体力学性能指标要高于通用性技术要求。我国环氧树脂胶粘剂处于被寡头垄断的局面，其中回天新材和康达新材占据主要的市场规模。
2、海上风电产业链中游
中游风机机组及零部件是海上风电与陆上风电的主要差别所在，一方面是由于深海环境复杂，对关键零部件的质量要求更高；另一方面是在电力运输环节，要用海底电缆将电力传输到岸上升压站，而海缆具有成本大、技术壁垒高的特点。
海缆是海上风电项目中的重要环节，也是海上风电与陆上风电的主要成本差异所在，其约占海上风电投资成本的10%。海缆环节的盈利能力在海上风电产业链中是最强的，毛利可达40-50%。海上风电通常离陆地较远，经常采取一次性运输大长度海缆的方式运输，而大长度的海缆对制造稳定性和一致性的要求非常高，故海缆行业存在较高的行业壁垒。我国海缆市场龙头厂商优势明显，且市占率较高，呈现东方电缆、中天科技、亨通光电三足鼎立的局面，CR3的市占率约78%。三家企业的海缆厂均布局在沿海地区，目前已形成华东和华南两大生产基地集聚区，用来满足不用海域用户的需求。
来源：《新强联招股说明书》
风机整机是海上风电中最核心的环节，其占海上电场总成本的比例达40%以上。相比陆上机组来说，海上机组对零部件技术、质量的要求更高，专业性更强。麦肯锡的数据表明，今年上半年中，我国有七家风电整机商进入全球前十大风电整机商排名，其中金风科技、明阳智能订单总规模较高。
叶片是风机的核心部件之一，其决定着风能发电的利用率，也直接影响风电机组的性能和使用效率。为兼顾转速效率和自身平衡，风机一般是三叶片形状。目前来说，风机叶片的国产化率较高，且国内龙头企业占据的市场份额较大。2021年全国叶片出货约1.7万套，CR3占比46%，CR5占比超64%；整机厂自供比例约23%。国内龙头企业有中材科技、时代新材等，其中，中材科技市占率连续9年第一且持续提升。
塔筒是风力发电的塔杆，在风机机组中起到支撑和吸收机组震动的作用。与叶片不同，塔筒受到运输半径的限制，行业格局比较分散，国内龙头企业市占率较低。但塔筒定价采用的是成本加成定价法，故就算原材料价格上涨，塔筒生产商受到的影响也较小。塔筒市场的参与者主要有专业风电塔筒厂商、大型央企下属子公司以及区域性厂商三大类。其中天顺风能塔筒销量居国内前列，到2023年，天顺风能有望形成60万吨的海上塔筒产能。
铸件是指用于风机的特殊铸件，包括轮毂、箱体、壳体、底座等。值得一提的是，我国承包了全球80%以上的风电铸件产能，国内龙头铸件企业包括日月股份、永冠新材等。但由于环保政策趋严且铸件自身扩产周期长，近年来国内铸件产能增速降低，仅日月股份、广大特材等几家企业有扩产计划。
齿轮箱的主要作用是将风轮产生的动力传递给发电机，并得到相应的转速，其占整机成本约10%。齿轮箱的市场集中度较高，根据GWEC数据，中国高速传动（南高齿）的产能占据全球第一，GR3的市占率高达70%。由于风机大型化导致关键零部件制造难度增加，供给侧市场出清，龙头企业优势锐减，风电齿轮箱企业数量锐减。
风电机舱罩的作用是覆盖风力发电机组内部设备和电气组件，保护风电机组正常工作。其制作材料主要是玻璃纤维、树脂，少数机舱罩是由金属材料制成。机舱罩在风电机组中的占比较低，大概只有1.3%，目前我国风电机舱罩的行业竞争格局较为分散，且占全球市场份额的比例较低，国内龙头企业主要有双一科技、株丕特等。
3、海上风电产业链下游
海上风电产业链的下游是风电场的投资和运营，主要是指以大型国有发电集团为代表的投资商，这些集团在进行能源投资时，会给风电配备一定的比例，故海上风电产业总体需求较为稳定。
由于海上风电的运营难度更高，故与陆上风电相比，海上风电的运营商更加集中，其中大型央企占据的比例最多，地方能源集团由于具有利用当地能源的优势，占据少部分份额。
大型央企在海上风电开发中具备技术优势、资金优势和资源优势，随着海上风电技术逐步成熟，地方能源集团也加大了在海上风电产业上的建设力度。目前装机量占比靠前的公司有国家能源集团、国家电投、大唐集团、中广核等。其中三峡能源、福能股份、华源电力在海上风电运营中成长的速度最快。
与光伏产业、陆上风电产业一样，海上风电也在追求更低的发电成本，这样才能提高海上风电的性价比，让开发商获得足够的投资回报率，推动海上风电产业不断发展。
四
总结
1、海电市场潜力巨大，降本增效成主旋律。据IRENA发布的2021年可再生能源成本报告，2021年我国海上风电度电成本为0.079美元/kWh，相比2010年下降了56%。2021年我国海风度电成本折合约为0.47-0.55元/ kWh，已经接近沿海各省0.4元/ kWh左右的煤电标杆价，海上风电实现平价指日可待。十四五规划期间提到的海上风电装机量达150GW，截止今年9月底，装机量只有2.726GW，海上风电还有较大的市场增长空间。
2、海上风机大型化、轻量化，轻质材料占比提高。为了提升海风发电的效率和稳定性，风机叶片会越来越长、质量会越来越轻，先用材料会进行迭代，碳纤维和结构泡沫的占比会越来越高，逐步取代玻璃纤维和巴沙木。
3、海电深海化成必然趋势，海缆用量非线性增长。随着近海资源开发殆尽，海上风场将会离岸越来越远，对海缆的需求也会不断加大。但海缆尤其是高压海缆对技术、资质的要求较高，同时头部厂商具有3-5年的先发优势，将会承担大部分的海缆订单。
—END—
报告推荐
中国人工智能产业报告中国医疗器械·高值耗材产业报告新能源汽车产业报告新材料系列 | 稀土永磁产业报告中国数字经济投融资报告（2017-2021）医疗器械国产替代专题研究报告“十四五”产业发展前沿领域布局专题报告中国生物医药产业发展指数CBIB2.0解读
▼点击下方【阅读原文】，获取「产业大脑解决方案」