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。
图3：风机叶片材料成本情况
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。
图4：直驱式风力发电机示意图
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。
注：累计装机容量指的是截至2022年9月底，中国地区的累计装机容量；新增装机容量指的是2022年前三季度新增装机容量。
参考文献：《新强联招股说明书》《IRENA：2021年可再生能源发电成本报告》《复合材料结构设计对风电叶片成本的影响》
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作者 ｜ 火石创造 魏欢欢
原文标题 : 产研发布 | 海上风电产业链图谱分析
