风电行业产业链各环节拆解（深度）

赶潮老兵 2022-09-25 发布于福建

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1.风电机组：

竞争格局：近年来，海外风机出货排名前三的企业为维斯塔斯、GE、西门子-歌美飒，国内则为金风科技、远景能源和明阳智能。整体看，国内风机市场主要由国内风机企业供应，海外风机市场主要由海外风机企业供应，2020年是国内风电抢装年，全球出货排名前15的风机企业中，有10家是中国企业。

毛利率：

壁垒：

（1）技术壁垒：虽然国内整机厂商原始的风机技术大多自海外引进，但整机厂商仍然需要根据国内不同的风资源条件进行定制，其中涉及的跨学科、跨行业技术整合能力要求很高。特别是当前整机迈向大型化或海上，更需要在大型化的过程中同时满足机型的轻量化进而降低成本，在原始技术基础上投入的研发要求更高。我们统计头部的整机企业金风科技和明阳智能分别累计在近5年投入了58亿元和18亿元的研发费用，包括其他一些市场份额常年保持前十的整机企业，均已经通过持续的研发投入构筑了明显的技术壁垒。以研发门槛更高的海上风机为例，截止目前国内也仅有5-6家企业有海风产品的实际安装。

（2）产业链配套壁垒：由于风电产品明显的定制性，风电整机企业在技术研发的过程中，需要不断与上游零部件厂商完善零部件的配套，零部件的批量供应能力也是考验整机企业的核心门槛之一，特别是现在风机大型化趋势下零部件环节中大型化产品供应不足的情况很普遍。为完善零部件供应体系，我们看到头部整机企业能够与各零部件环节领先的企业保持稳定的供应关系，也能看到一些整机企业在个别零部件环节（叶片、发电机等）采用了内部自建产能供应。

（3）品牌壁垒：一般情况下陆上风机单台售价在1,000万元附近（海上风机较陆上要高出几倍），如果后续运行中出现严重的质量问题将给运营商带来较大的维修费用和发电损失，且后续出质保期后的运维也需要整机企业协助，因此下游运营商对于整机产品和整机企业的品质要求较高。目前来看，头部的整机企业已经有多年机组运行、出质保期运维的历史，构筑了较高的品牌壁垒。

风电整机制造为轻资产模式。根据行业普遍情况，新建一个年产200台风机的整机组装产能的资本开支为1亿元以内，按照每台4MW的功率计算，新建单GW整机产能的资本开支仅略高于1亿元，小于大部分零部件环节的单GW资本开支。按照当前整机售价，单GW整机的收入规模高于20亿元，即整机环节的资产周转率很高。

风电机组分类：目前主流的风电机组技术路线主要包括双馈型、直驱型和半直驱型三大类。其中双馈技术路线起步最早，大面积应用于陆上风电且存量装机占比最大，早期双馈技术路线得到广泛应用的主要原因在于成本低廉、技术相对成熟，但随着对风电场并网性能和可靠性要求的不断提高，双馈机组并网性能差、故障率高的缺陷逐渐凸显。直驱型和半直驱型风电机组采用永磁同步电机，不需要更换碳刷、滑环，可靠性高，随着风电机组成本的快速下降，直驱型和半直驱型技术路线有望全面取代双馈技术路线。

（1）双馈机组：双馈机组的叶轮通过增速齿轮箱与双馈异步发电机转子相连，转子的励磁绕组通过变流器连接电网，定子绕组直接联网。转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变流器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，具有调速范围较宽、有功和无功功率可独立调节、转子励磁变换器的容量较小（约30%发电机额定容量）等优点；转速高、转矩小，尺寸较小、重量小；齿轮箱增速比大，发电机带滑环、电刷，一定程度影响可靠性。

（2）永磁直驱机组：永磁直驱机组的叶轮与发电机直接相连，省去了增速齿轮箱，转子为永磁体励磁，无需外部提供励磁电源，同时也减少了励磁损耗。永磁直驱机组的发电机通过全功率变流器并网，具有效率高、噪音低、低电压穿越能力强等优点；永磁同步发电机极对数多，体积及重量较大。

（3）半直驱机组：半直驱机组的叶轮通过中速齿轮箱与永磁同步发电机转子连接，发电机的定子绕组通过全功率变流器连网。与直驱相比，半直驱增加了中速齿轮箱，发电机转子转速比永磁直驱高，可以减少永磁同步发电机转子磁极数，有利于减小发电机的体积和质量，同时保留了永磁直驱风电机组容量大、低电压穿越能力较强等优点。与双馈和直驱相比，半直驱是折中的方案，齿轮箱制造难度较双馈低，发电机制造难度较直驱低。

2.塔筒：风电塔筒主要用于支撑风力发电机，除塔体外，其内部通常有爬梯、电缆、电缆梯、平台等结构。风电塔筒一般企业通过采购板材、法兰的主要原材料进行分段生产、分段组对，分段运输。塔筒法兰主要用于将分段制造的塔体连接起来。一般塔筒桩体用钢板卷制焊接而成,而法兰的制作安装难度更大,其制作精度、装配误差、焊接质量和表面平整度等方面都有很高的要求。目前国内主要塔筒生产商包括天顺风能、泰胜风电、天能重工、大金重工等，塔筒法兰主要生产商包括恒润股份、伊莱特等。

原材料及产业链：

竞争格局：国内风塔市场的主要厂商是天顺风能、大金重工、泰胜风能和天能重工，因受运输半径限制，市场格局比较分散，这四家在全球的市占率分别为6.3%、4.4%、3.4%和4.3%。

壁垒：由于风塔常年处在恶劣环境下，客户对塔筒的可靠性要求比较高，行业具有一定的技术壁垒和客户壁垒。塔筒的特殊性在于重，存在运输半径，因此塔筒比拼的核心就是产能布局，合理布局产能会摊薄运费，进而在盈利端拉开差距，单吨盈利最好的在1000元，而差的则在500元。陆上：500公里的运输半径，寻找最佳布局点，本质上是综合能力的考核。海上：考验的是码头资源获取能力。

头部企业产能布局策略不同，天顺和大金为东部沿海大基地布局，便于出口海外+布局海上，而天能和泰胜则为小基地全国布局。天顺是陆上老大，大金是海上老大。截至21年末，天顺风能约94万吨（纯陆上）、大金约84万吨（陆上40，海上44）、天能约59万吨（陆上31、海上28）、泰胜约53万吨（陆上33，海上20）、海力风电约47万吨（大部分为海）。

目前自有码头的企业有大金重工、海力风电和泰胜风能，从泊位数量和质量看大金最有优势。1）大金重工：蓬莱码头，水深10米～17米，是国内优质的深水码头，并配有起重能力1000吨的龙门吊。截至21年底，大金共有3个泊位：10万吨级对外开放专用泊位2个，3.5万吨级对外开放专用凹槽泊位1个，预计22年可以继续开放2个10万吨级泊位，总数达5个；

2）海力风电：截至21年底，共有1个5万吨级泊位，在江苏如东小洋口；预计22年在通州湾建设1个2万吨级泊位和1个5千吨级泊位，总数达3个；

3）泰胜风能：蓝岛码头，码头岸线长度490m，泊位数未知；

4）天能重工：与政府合作，租用政府的码头。

自有码头的大金重工和泰胜风能单吨运费在200-300元，而无码头的企业运费高100-200元。

塔筒法兰：风电法兰是连接塔筒各段或塔筒与基座的结构件,起支撑和连接作用，是风塔的重要零部件，一般每台风机需要7-9个法兰。由于风力发电要经受高温、高寒、高湿度、风沙和盐腐蚀等恶劣的运行环境，其质量直接影响着风电机组是否可靠运行。风机大型化导致机组质量不断增加，锻件法兰大型化趋势明显。一般而言，风机容量增加也将导致塔筒的高度与直径增加，从而需要更大的法兰来进行连接。随着法兰尺寸增加，对资金、设备、技术的要求也随之增加，相应产品的附加值也将提高。另外，相比于陆上风机，海上风机通常环境更加恶劣，对法兰产品抗腐蚀、抗台风、耐低温等性能提出了更高要求。

竞争格局：恒润股份（唯一上市）。

毛利率：

壁垒：风机大型化将带动零部件技术门槛提高，在塔筒方面表现在单根塔筒的高度、直径、厚度将直接提升，因此对于法兰的直径尺寸、承载负荷要求等方面要求更高；对海风塔筒法兰则需适应更为严苛的海上环境。大口径风塔法兰现多采用辗环技术生产，通过用液压机将锻件坯料镦粗、冲孔，然后在辗环机上辗制成环形，较其他锻造工艺具有加工余料小、材料利用率搞、内部质量优良、锻造震动和噪音大幅降低等优势。随着风机大型化的推进，辗环技术应用将更为广阔。

国内辗制环形锻件的生产厂商多由传统锻制法兰厂商发展而来，既有技术上的承袭性，又有行业经验的积累，但又与传统锻制法兰市场不同。由于辗制环形锻件生产需要大吨位液压机和大型辗环机、操作机、配套精加工设备，以及技术和人才储备，一般小企业无法进入。

辗环锻造：辗制环形锻件是指用液压机（油压机）将锻件坯料镦粗、冲孔，然后上辗环机辗制成环形，并根据需要进行热处理和精加工的锻件。辗制环形锻件毛坯的可塑性较强，通过数控机床等精加工设备将其加工成法兰、齿轮、回转支承套圈以及其他环形锻件成品。相较于其他锻造工艺，辗环锻造具有加工余量小，材料利用率高；加工环件的内部质量优良；锻造环境好，震动和噪音都大为降低；加工成本低等优点。

竞争格局：行业内主要玩家有恒润股份、中环海陆、海锅股份、伊莱特（未上市）等。

3.风机叶片：叶片是风机的核心零部件，是决定风能利用率的关键，叶片主要由复合材料组成，包括环氧树脂、玻纤、碳纤维等，目前80-90米长的叶片玻纤用量在25-40吨，在风机大型化轻量化背景下，玻纤和碳纤维占比有望继续增长。叶片技术变化主要体现在尺寸增加和轻量化、高强度材料的使用。风机大型化趋势显著，意味着需要更长的叶片，更大的受风面积，可以捕捉更多的风能，也有助于在低风速的地方打开市场。海上风机容量更大，所需要的叶片比陆上风电叶片更大，但尺寸更大的叶片就需要减重，这样也加大了重量更轻、强度更高的材料在风电叶片上的使用。

原材料：

竞争格局：行业集中度较为分散，中材科技5000套，时代新材4000套，行业CR3为34%，CR5为53%。目前叶片厂商分为三类，（1）传统的叶片厂商：中材科技、时代新材、艾朗风电；（2）主机厂商的叶片厂：三一、明阳智能、东电；（3）其他零部件厂商：天顺风能，整机厂商一体化趋势明显。

玻璃纤维：玻璃纤维是以叶腊石、高岭土、石灰石、石英砂等矿物原料按一定配比混合后经高温熔制等工艺制造而成，具有质轻高强等诸多优点。玻纤广泛应用于建筑建材、交通运输、电子电器、能源环保等产业，是国家重点鼓励发展的新材料。

竞争格局：中国巨石，泰山玻纤（中材科技全资子公司）

技术壁垒：玻纤行业的重资产属性决定了其较强的资金壁垒，具体体现在产能新建，技术路线和冷修技改等方面，而行业龙头无论是在资金方面还是在规模方面都具备优势。

（1）产能新建的资金壁垒：玻纤行业属于重资产行业，玻纤制品及其规模化生产需要在固定资产上有较高投入，主要体现为池窑、厂区的建设与拉丝机、铂铑合金等设备需要较大投入，以粗纱为例，每万吨玻璃纤维产能需要投资1-1.5 亿元左右。在进入智能制造生产阶段后，玻纤单位投资额未见下降。对于玻纤行业里的中小企业而言，资金壁垒较高。

（2）技术路线的资金壁垒：玻璃纤维的生产技术可分为三种:

1）陶土坩埚法是最原始的工艺方法，其原料主要为废碎玻璃，需要玻璃球二次加热熔化，该工艺方法能耗高，产品品质差，成型工艺不稳定，劳动生产率低，目前国家已明令淘汰。2）代铂炉法（铂金坩埚法）是传统的陈旧工艺方法，其原料为玻璃球。由于生产玻纤的过程中原料需先融化生产玻璃球，再二次融化进行拉丝，因而能耗高而被工业发达国家弃用，但是其产品方案调节灵活、投资小、技术要求不高，较适用于中小企业，我国目前代铂炉工艺的玻纤也仅占20%左右。

3）池窑拉丝法是目前最先进的工艺方法，把叶腊石等各种原料粉磨均化在高温窑炉中熔化制成玻璃熔液，直接经过通路送至专用的漏板，在高速运转拉丝机牵引下拉制成玻纤原丝，经涂覆浸润剂等深加工后，加捻、整经即可织成各种结构和性能的玻纤布，该生产工艺排污少，铂铑合金占用量少，能效高。玻纤作为重资产行业，规模效应十分显著，新技术的引入使得大产量的生产线能效更高，但也意味着单次的大额投资，龙头企业全部采用池窑拉丝法生产玻璃纤维。

（3）冷修技改的资金壁垒：此外，玻纤生产相对具备刚性，点火投产后需连续高温生产，不能轻易停止，工作7-8年左右停火冷修进行，一般伴随技改，冷修技术改造后的产线方可继续生产，冷修后的产线一般产能会有提升，同时拥有更高的生产效率和更低的单位能耗，但同时也意味着大量的资金投入。

碳钎维：碳纤维“刚柔并济”，具有出色的力学性能和化学稳定性，密度不到钢的1/4、强度是钢的5-7倍，具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热及湿膨胀系数低、X光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽效应等特点，广泛应用于军工、航空航天、体育用品、汽车工业、能源装备、医疗器械、工程机械、交通运输、建筑及其结构补强等领域。

原材料及产业链：

竞争格局：日本和美国掌握着世界碳纤维的大多数产能，在产品种类、性能指标、生产成本、开发技术以及应用技术上始终主导着全球碳纤维，并对高端碳纤维技术和生产形成垄断。

国内竞争格局：集中度相较海外更高，2020年中国碳纤维行业的产能CR3和CR5分别为63.2%和81.3%。产能靠前的厂商主要为中复神鹰、碳谷+宝旌（吉林宝旌使用吉林碳谷的原丝）、江苏恒神（新三板）、光威复材等。

毛利率：

技术壁垒：高性能碳纤维生产工艺复杂，以丙烯腈为主要原材料聚合形成聚丙烯腈（PAN）纺丝液，将其制作加工成为PAN原丝，使原丝预氧化后再进行碳化、表面处理制成聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，以碳纤维织物生产碳纤维预浸料，最终制作成为碳纤维复合材料及制品，任何一道工序出现问题都会影响稳定生产和碳纤维产品的质量，整个过程流程长，工序多，生产壁垒非常高。

另外，碳纤维生产技术上也存在配方壁垒、工艺壁垒及工程壁垒，并且难度逐渐增加。其中工艺需要在拥有配方的基础上，配合生产装备、技术人员进行不断的调试，最后才能工业化生产出合格的产品，比如高质量的PAN原丝是制备高性能碳纤维的基础和技术关键，工艺壁垒突破时间就长达3-5年，合计时间更是超过10年，这也使得高性能碳纤维产品的研发周期较长，需要大量的资本性投入，因此碳纤维行业属于典型的资本和技术密集型行业，具备较高的行业壁垒。

齿轮箱：齿轮箱是双馈风机的核心部件，主要用于将风轮的转动传递给发电机使之运转。由于风轮的转速很低，通常需要依靠齿轮箱来增加转速。风电机组安装之处往往自然条件较为恶劣，若齿轮箱发生故障，修复很困难，所以其可靠性要求比一般机械高很多。不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。行星齿轮的增速效率更高，体积更小，在风电机组中应用也更为广泛。一级行星两级平行轴多应用于2MW及2MW以下的风电机组，用一组平行轮代替行星轮，可靠性更高，但体积也相应更大；两级行星一级平行轴主要用于2.5MW以上的风电机组，具有承载力强、变速效率高、体积小的优点。

当前，无论海外市场占主导的西门子-歌美飒、三菱-维斯塔斯、GE等风机企业，还是国内市场占主导的金风、明阳、上海电气等风机企业，均采用直驱或半直驱的技术路线。国内陆上风电方面，目前排名第一的金风科技以及第三的明阳智能分别采用直驱和半直驱的技术路线，未来风机市场集中度有望提升，可能削弱对齿轮箱的需求。相比省去了齿轮箱的直驱传动系统，半直驱虽然还带有齿轮箱，但齿轮箱传动比相对双馈机组大幅下降，在相同功率等级下，齿轮箱的传动比越低，往往对应着更小的齿轮箱重量。

风电大型化，多级行星轮的中速传动系统有望成为行业主流。风电齿轮箱发展经历了一级行星轮、二级行星轮到三级行星轮的变化过程；现有传动系统仍以高速传动为主，未来随着风机大型化以及海上风电的发展，中速系统由于齿轮箱发生故障概率更低，占比有望上升。

产业链及原材料：

竞争格局：2019年全球风电齿轮箱的年产能大约为75GW，排名前三的风电齿轮箱供应商（中国高速传动、采埃孚、威能极）合计市占率达68%，其中中国高速传动（港股）占比24%，全球龙头地位较为稳固。

主轴：用于联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，是风电整机的重要部分。主轴体积小、重量轻、技术简单，也容易运输。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严格。

原材料及产业链：风电主轴的上游原材料为钢锭，将钢锭通过锻压、热处理、机械加工、涂装等工序制造而成风电主轴。钢锭主要以生铁、废钢为基础材料冶炼而成。直接材料一般占风电主轴制造商营业成本约60-70%。

竞争格局及毛利率：国内风电主轴行业双寡头企业是金雷股份和通裕重工，2020年两者合计占全球风电主轴市场份额的60%以上，在风电零部件中主轴的国产化程度最高。

未来发展趋势：

（1）从锻件向铸件转变，价格可下降30%；

（2）直驱不需要用主轴，半直驱可用可不用；

（3）主轴已经实现国产替代，且重量小，易于运输，未来有望出口。

轴承：风电轴承是连接机组中偏航、变桨和传动等系统转向的重要部件，分别对应偏航轴承、变桨轴承和主轴轴承。一般来说，一组风电机组中需要偏航轴承1套（连接机舱和塔筒）、变桨轴承3套（连接叶片和轮毂），主轴轴承（支撑主轴）的数量根据技术路线的不同，一般为1-3套。

分类：

主轴轴承：风电机主轴轴承主要用于支撑主轴、承载轴向径向载荷和力矩的作用。风电机组对主轴轴承的寿命、可靠性、强度和承载能力要求很高，需要无故障运行20年、可靠度达到95%以上，因此风电主轴轴承的技术含量较高。

偏航轴承、变桨轴承：偏航轴承连接机舱和塔筒，主要用于跟踪风向的变化，使风机的迎风角度始终处于90度，以确保最大的发电量。变桨轴承连接叶片和轮毂，主要用于改变叶片的桨距角，改变叶片和机组的受力情况，确保发电机组输出功率的稳定。偏航、变桨轴承需要具有低摩擦、高灵敏度等特性。

这几种轴承中，单价更高、难度更大的是主轴轴承，主轴轴承主要用于支撑风机主轴，需要同时承担三重载荷。1）轮毂、叶片以及主轴自身重量产生的重力载荷；2）轮毂、叶片带动主轴转动而引起的惯性载荷；3）风力外载而引起的气动载荷等等。主轴轴承需要应对更大，更复杂的负载，所以需要足够高的强度、硬度、抗冲击性能，而且为预防过早疲劳，轴承加工缺陷（如软带等）也需要被更好地避免。此外，风机主轴轴承常常应对着复杂的工况，并有着严苛的使用寿命要求。据电气制造期刊披露，行业要求风机主轴轴承一般需无故障运转达13×104h以上，使用寿命达20年，并具有99%以上的可靠度。综合来看，相较其他轴承风机主轴轴承技术要求相对较高。

竞争格局：全球轴承市场目前呈现垄断竞争的格局，龙头企业包括瑞典SKF、德国Schaeffler(INA+FAG)、日本的NSK、NTN、Minebea、NACHI、JTKET和美国TIMKEN等，这八大龙头企业占据了全球70%以上的市场份额，我国的轴承制造商的全球市场份额约20%。