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风机零部件:风电核心环节,产业格局梳理
不见利就追
公社达人
2023-03-04 13:19:15
风电作为具有成本优势以及有最大脱碳潜力的电力品种,成为绿色复苏及碳中和的重要基石。
2020年陆风抢装最后一年,陆风新增装机高达69GW;2021年海风抢装最后一年,海风新增装机高达16.9GW。2022年风电招标量大幅提升,考虑到一年左右的交付周期,风电行业在2023年将迎来交付大年,当前产业链各环节正全速推进产能建设。

机构指出,受2022年低基数的影响,2023年风电装机有望超过75GW,同比增长50%以上,其中陆风新增装机同比增长超60%,海风新增装机同比增长160%左右。

01

风电产业链


风电产业链共包含三个部分:
上游原材料:整机和风塔各类零部件所使用的原材料,主要有钢材类、玻纤/树脂/胶粘剂类、发电机所需元器件。
中游风机零部件:包括结构件、叶片、齿轮、发电机、变流器等;发电零部件:塔筒、风机、海缆等。
下游运营商:国有发电集团为主的风电投资运营商,负责包括风电场的开发、建设、运营、销售服务。

 


02

风机零部件


风机上游零部件众多,内部构成的零部件主要包括叶片、齿轮箱、发电机、轴承、铸件、变流器、减速机等,外部环节还包括塔筒、法兰、海缆。
风电机组零部件构成:

 资料来源:SKF
从竞争要素来讲,主要有两大维度,分别为技术水平和产能布局,叶片、齿轮箱、轴承等部件更看重供应商技术水平,塔筒、铸锻件等部件更考验供应商产能布局。
风机机组各零部件成本占比结构(不含塔筒):

 资料来源:《风力发电机组工作原理与技术基础》

叶片

叶片是决定风能利用率的关键因素,可直接影响风电机组的性能和使用效率。风电叶片技术壁垒相对较低,国产化率高,产业化程度高。


风电叶片产业链主要由上游原材料供应商,中游风电叶片生产商、下游整机厂商和风电场运营等环节构成。

 
资料来源:艾朗科技、德邦

生产叶片的主要原材料包括芯材及碳梁、环氧树脂、纤维布等,国内代表企业有光威复材、澳盛科技、上纬新材、康达新材等。
风电叶片制造企业可分为两类,一类是以迪皮埃(TPI)为代表的独立叶片生产企业,中材科技和时代新材均属于此类企业;另一类是以艾尔姆(LM)为代表的风电整机厂配套生产企业。叶片制造企业与下游整机厂商关系密切,通常双方一旦达成合作将形成长期稳定的供货关系。

 

目前全球风电巨头为了降低风电的度电成本,提升产品盈利能力,均采用了风电叶片大型化、轻量化的发展目标。
国内叶片产能靠前的企业包括中材科技、时代新材、明阳智能、东方电气、艾朗科技、中复连众、天顺风能等。

 

齿轮箱


齿轮箱是风力发电机组技术含量较高的部件之一,同时也是故障率较高的部件之一。主要将风轮在风力作用下产生的动力传递给发电机使其得到相应的转速。
全球风电齿轮箱市场CR3接近70%,集中度相对较高。
轴承生产厂家不会直接供货给风电主机厂,而是直接供货给齿轮箱厂商,主机厂再向齿轮箱厂商进货,目前全球三大齿轮箱供应商南高齿、采埃孚和永能捷占据市场份额70%。

 
齿轮箱轴承长期处于振动状态,工况恶劣,极易出故障,事故率及维修成本高。
据统计,齿轮箱80%的故障起源于有缺陷的轴承,导致厂家维修成本攀升,生产意愿不强,加之齿轮箱轴承技术要求高,目前国内齿轮箱轴承几乎100%依赖进口,国产化程度极低。
风电装备锻件中齿轮箱锻件技术要求最高、加工难度最大。目前国内主要做齿轮箱锻件的有海锅股份、金源装备、江阴方圆和广大特材。

风电主轴


风电主轴处于风电主轴产业链上游,在风电整机中用于连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。
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。
风电主机功率大型化成为趋势,将带动风电主轴趋向大型化。
随着国内风电行业的发展以及风电设备国产化率的要求,目前我国风电整机所需主轴基本实现100%自给,国产风电主轴全球市占率超过50%。
当前主轴国产替代已完成,市场形成金雷股份和通裕重工双寡头竞争格局。

主轴轴承


风机的主轴轴承主要用于支撑风机主轴,主要分为主轴轴承、偏航轴承、变桨轴承、齿轮箱轴承和发电机轴承。

 

相较于其他轴承,风电轴承对可靠性、免维护性具备更高的要求,同时还要具备在高温、高腐蚀等恶劣环境中稳定工作的特点,产品综合性能要求较高。
通常来讲,直驱式风机需要1套主轴轴承、1套偏航轴承和3套变桨轴承,双馈式或半直驱式风机还需要一套齿轮箱轴承(双馈齿轮箱约用20套轴承)。
综合来看,风电轴承在整机中的价值量占比较高。
目前全球轴承市场主要由外资品牌占据主导地位,而风电轴承是风机所有零部件中国产化率最低的。
根据WoodMackenzie数据,高端市场被瑞典SKF、德国舍弗勒、日本NSK、日本JTEKT、日本NT N、日本NMB、日本NACHI、美国TIMKEN这四个国家八家大型跨国轴承企业所垄断。2020年舍弗勒、SKF、NT N等外资厂商三家加总达65%。
我国本土厂商洛轴、瓦轴市占率仅4%。国内瓦轴、洛轴等著名轴承企业,也有能力生产风电滚子,相对来说它们生产滚子大部分只能自用,如果达不到规模效应,则成本高;同时缺少市场竞争和技术交流,技术迭代慢,效率和综合竞争力不够强。

 
主轴轴承与偏航变桨轴承类似,都属于大型回转支承,但主轴轴承性能要求更高。
尽管近年来国内厂商在风电的偏航和变桨轴承领域实现了较高的国产化率,但主轴轴承尤其大功率主轴轴承的国产化率仍处于较低水平,未来替代空间广阔。
新强联在主轴轴承的研发和量产上属国内厂商进展最快,引领主轴轴承国产替代。
长盛轴承是滑动轴承综合性厂商,凭借多年技术储备,有望在齿轮箱滑动轴承替代滚动轴承的趋势下迎来第二增长曲线。
风电轴承主要供应商以及客户、产品梳理情况:

 

塔筒


风电塔筒本质上是风力发电的塔杆,在风力发电机组中主要起到支撑、吸收机组震动的作用,一般作为独立于风电整机的零部件单独招标,在风电场总投资成本占比在5%-10%左右。
目前国内的塔筒市场主要由三类厂商参与,第一类是以大金重工、天顺风能、天能重工、泰胜风能等为代表的专业化民营塔筒龙头厂商,第二类是大型央国企下属子公司,第三类是地方区域性的厂商。
由于塔筒运输难度大物流成本高,因此塔筒厂商对于运输半径要求苛刻,塔筒的产能区位布局相对分散,因此行业整体集中度较低。未来随着风机大型化发展,拥有广泛的产能布局并且抢占海外市场实现更大规模效应的企业能够在竞争中保持领先地位,行业集中度有望显著提升。

 

法兰


轴承和法兰同属为环形锻件下游重要应用分支,均需将锻件进行碾环、粗车、冲孔、精车、热处理、检测等工序,在原材料采购、锻件制备工艺流程等方面与法兰制造有较强互通性,使得公司在现有法兰积累的资源和经验可有效迁移。
法兰作为塔筒和桩基之间的关键连接部件,需要长期在复杂多变的受力环境中起到稳定的支撑作用。
据海力风电招股说明书,一般每套海风塔筒需要6-8个法兰,而每个桩基或导管架需要1个法兰。法兰在塔筒成本中的占比维持在15%左右。
法兰头部企业包括恒润股份、韩国太熊株式会社(国外为主)、山东伊莱特重工等。21年恒润股份在国内海上风电市场份额约55%-60%,山东伊莱特(未上市)约30%

 
随着风电机组的大型化,轮毂中心高度不断提高、叶轮直径逐渐增大。因此大型化趋势下,塔筒高度需要相应增加。随着高度的增加,塔筒载荷近似线性增加,而刚度下降,为保持塔筒强度与刚度不变,就需要额外增加塔筒的直径和壁厚,使得塔筒重量增加幅度大于高度增加幅度。
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    下海干活的老司机
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  • 只看TA
    2023-03-04 15:43
    谢谢分享
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  • 只看TA
    2023-03-04 13:24
    系统,简明,必须赞一个
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