风能是可再生能源中的重要组成部分。大力发展风电产业,对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要意义。
我国已将风电产业列为国家战略性新兴产业之一,在产业政策引导和市场需求驱动的双重作用下,全国风电产业实现了快速发展,已经成为全国为数不多可参与国际竞争并取得领先优势的产业。
根据国家能源局统计,年国内新增风电装机容量为37.63GW,同比减少20.90%,主要是由于经过抢装潮后年海上风电开发建设短暂进入阶段性低谷期。
年一季度国内新增风电装机容量为10.40GW,同比增长31.65%,风电新增装机有望重回增长轨道,并开启新一轮周期。#风电#风电产业链风电行业产业链上游为原材料及零部件,中游为风力发电机整机制造及运维,下游为风电场开发建设及风电运营等。
整机制造厂商向上连接众多零部件供应商,向下直接参与风电场上的招标工作,中标后将风电机组出售给下游风电运营商。风电场运营的参与者以国有企业为主,建设业务由施工建设公司负责。
风电机组风力发电机一般由风机、叶片、塔筒、基座、传动系统、控制系统等组成。
叶片从底部到尖端均有许多不同尺寸和形状的翼型界面组成,简易的翼型技术使得涡轮叶片转动,当流体流过叶片时将产生升力,产生最基本的旋转。
一般情况下,风速达到3-5m/s时即可开始发电。叶片在风力的作用下旋转产生动能,通过传动系统提升转速,达到发电机的转速后带动发电机工作,得到的电力通过电缆输送到基站的升压变压器中。
机组中的测量工具用于测量风速与风向,风向偏差时电子控制器向偏航机构发送信号以矫正误差,偏航马达将转动机舱使得风机始终正对风向获取最大发电功率。
技术上来看,双馈式异步发电机系统早期在性能、技术难度和成本上具有一定的比较优势,因此发展速度较快,现阶段仍是我国主流风电机组类型之一,市场份额占比约为55%,在陆上风电有着较为广泛的应用。
在风电机组大型化的趋势下,高转速比齿轮箱增加了双馈机组的设计及技术难度,叠加机组可靠性较低、维护次数较多等特点,其发展空间受到一定程度的限制。
相比于双馈机组,直驱/半直驱机组具备发电效率较高、维护偏少等特点,在风电机组大型化的趋势下具备更加广阔的发展空间。
风电机组结构示意图:
风机叶片由于近两年小叶片向大叶片转型出现加速趋势,风电叶片市场上出现大叶片供给短缺,小叶片供给过剩的结构性错配的情况。
头部叶片企业不断推陈出新,淘汰小叶型产品,开发配合有原材料轻量化升级的大叶型产品。
环氧结构胶凭借其胶接强度高、固化收缩率小、易于改性等优点从众多结构胶材料中脱颖而出,成为各大风电厂商的首要选择。
4.x-5.xMW风机有望在十四五期间快速普及。风机功率最高可达10MW,对应叶片+m,塔筒高度-m,尺寸均较第二代产品大幅提升,进一步降低风电的度电成本。
需求方面,下游整机厂为了配置更大功率的风电机组,其对大型叶片的需求增加,供给方面,高质量的模具生产商有限,模具生产周期较长,模具的短缺导致叶片制造商产能无法释放。
风电叶片产业链拆分:
资料来源:德邦研究风电叶片市场集中度较高,国内厂商市占率不断提升。
目前市场主流叶片制造商分为专业叶片生产企业和风电整机商内部的配套叶片生产企业。
整机厂商在一体化战略下配套内部叶片生产企业,主要有利于在行业需求上升期保障风电叶片供应能力,并降低交易等成本,以确保竞争优势。
全球风电叶片市场格局较为集中,CR5占比约为65%,其中我国的中材科技、时代新材和艾朗科技分别占比13%、10%和7%。
经过自年以来的行业整合,国内风电叶片制造商由高峰时期的百余家缩减至目前以中材科技、时代新材为首的20多家企业,行业集中度已有明显提升。
塔筒随着风机功率增加,多数风电零部件环节价值量被摊薄,而塔筒由于高度、直径、壁厚随风机大型化增加,因此单位用量较其他零部件环节降幅更小。大型化趋势下,塔筒单位重量小幅下降。
据华经产业研究院统计,年国内塔筒行业市场CR4市占率之和仅26%。除技术壁垒较低外,塔筒由于重量和体积限制,运输半径一般不超过一公里,两者共同导致塔筒企业众多且分布零散。
塔筒和桩基头部玩家主要包括天顺风能、泰胜风能、天能重工、大金重工、海力风电等。
国内塔筒行业市场份额:
资料来源:华泰研究风机主轴承轴承在发电机组中发挥核心作用,且仍然有国产发展替代的空间。
主轴承需要负担整个风机的内外部冲击,材料上有防腐防潮的要求,对寿命也有要求,因此存在很高的技术壁垒。
据《风电机组主轴承选型与设计分析》,按照支承点的个数分类,风电机组主轴承的布置选型可分为三点支承、两点支承和单轴承。
三点支承即“主轴轴承+齿轮箱中的轴承”,是双馈机组的常用布置形式。
三点支承的轴承结构一般为在风轮侧设计为独立轴承室,轴承室内安装1个调心滚子轴承,主轴与齿轮箱采用胀紧套连接,2个圆柱滚子轴承安装在齿轮箱内,而齿轮箱采用扭力臂进行支承。该布置形式轴承室通常使用调心滚子轴承。
目前的主轴承市场呈现垄断竞争的格局,国产轴承商场市场份额呈提升趋势。
全球轴承行业市场集中度较高,主要厂商集中于德国、瑞典、日本等国家,其中德国舍弗勒、瑞典SKF、日本NTN、日本KOYO、美国Timken的市场份额分别为29%、24%、12%、9%、9%。
总体来看,海外厂商仍占据大部分市场,国产替代率有待提高。
国产轴承厂商主要以以洛轴和瓦轴为代表,相关布局厂商还包括天马股份、宝塔实业齐重数控、大连冶金轴承、新光圆成等。
风电整机从整机商角度来看,4月共11家整机商中标。其中,明阳智能、三一重能、中车风电、运达股份排名前四,中标规模分别为2.9GW、1.8GW、1GW、0.8GW,占比28.9%、18.2%、9.8%、8.5%。
地区分布方面,4月,三北地区中标陆风项目5.4GW,占比达63.4%,且以内蒙古为首,规模为1.4GW,占比16.6%;当月中标海风项目均位于山东、浙江、辽宁,占比分别为60.5%、21.8%、17.8%。
从风电行业整体发展趋势来看,风电叶片的绿色循环利用势在必行,相关产业将迎来发展机遇。不仅是项目开发企业,风电装备企业及其上下游也将积极参与进来。宁夏“十四五”期间的风电项目建设规划万千瓦,加上改造规模万千瓦以上,相当于设备需求量增加了一倍。
目前面临“三北”地区严峻的弃风限电形势和市场上优质集中式风电资源逐步开发殆尽两大突出问题,可再生能源集中式、大规模开发和远距离输送的模式存在一定的弊端,分散式风电市场也正在开启。
在风机大型化及原材料降本带动下,十四五期间单位千瓦风电投资有望持续下在风机大型化及原材料降本带动下,十四五期间单位千瓦风电投资有望持续下降,考虑风电资源、建设规划和技术发展空间,三北和海上风电或成十四五期间风电发展主体。