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风电产业链包括上游的风电设备零部件制造,中游的风电整机总装和大型风电场施工,以及下游的风电场投资运营、维护。上游领域由包括风电机组、风电支撑基础以及输电控制系统等,因其生产技术性较强,多由中游的风电整机厂商或风电场施工商向专业生产商定制采购。风电整机厂商、风电场施工商领域的参与者多为央企、国企和大型民企等规模以上企业,因而中游领域集中度较高,国内主要风机整机企业包括中国海装、上海电气、金风科技、远景能源,主要风电场施工商包括中国交建、华电集团、龙源振华等。下游的风电场运营商主要由大型国有发电集团投资运营,包括国家能源集团、中国华能、中国大唐、国家电投、中国华电、华润电力、中广核、国投电力等。
中金企信国际咨询公布《2021-2027年中国风电设备制造行业市场发展战略分析及投资前景专项预测报告》
(1)风电设备制造业发展概况:我国风力发电设备制造技术起步较晚,1996年前我国风电设备全部从国外直接引进,而后才开始风电技术引进和规模化发展。1996年至2006年,我国风力发电设备制造商基本依靠引进国外成熟风电技术,国外风电设备制造商在我国风机市场占据优势地位,2006年新增装机市场份额仍超过半数。2006年以来,我国风电设备制造行业进入规模化发展阶段,风电机组单机容量持续增大,陆上风电主流机型逐步向3.0MW以上级别发展,海上风电主流机型也已达4MW以上。而风电机组大功率化趋势,也带动叶片和塔筒向大型化发展,叶轮直径和塔筒高度均持续提高;同时,变桨距功率可调节型机组发展迅速,近年来在风电机组特别是大型风电机组上也得到广泛应用。
伴随着我国风电设备制造行业的发展与成熟,国内风电设备制造商已成为国内风电设备市场主力,国内风电整机厂商在2019年新增装机容量中的市场份额已超过85%;同时,海上风电市场上述趋势更为显著,2019年海上风电新增装机容量中国内厂商的市场份额超过95%,上海电气、远景能源、金风科技及明阳智能也成为全球第三至第六大海上风电制造商,发展态势良好。国内风电整机国产化程度的大幅提高,也为国内上游风电零部件厂商带来良好发展机遇,风电产业链各环节处在快速上升通道。
整体来说,我国风电设备技术最近20年的发展一直处于追赶状态。目前,整机制造、齿轮箱等大型组件国内已能规模化生产,并占据了一定市场份额。但在自主研发能力、检测认证体系、特别是关键零部件制造方面,国内仍与国外先进产能具有一定差距;且公共技术平台建设也相对落后,例如大型叶片试验、传动系统试验、整机测试场环节,滞后于风电装机规模扩大速度。预计到2020年,我国陆上风电度电成本将下降至0.30元-0.40元,海上风电度电成本也将下降至0.56元4;通过风力发电设备技术进步带来降低风电成本、提升发电效率,进而实现经济效益与环境效益的平衡,已成为实现风电平价上网最为重要实现途径。
(2)风电设备制造业发展空间及方向:
①风电设备制造业潜在市场价值巨大:基于世界各国对风电领域的不断投入及风电技术的进步创新,预计全球风电设备制造业市场规模仍将持续增长。据测算,2018-2027年间,全球风机供应链潜在市场价值高达5,400亿美元。其中,叶片与塔筒的市场潜力最大,分别超过1,000亿美元。此外,技术进步推动下一代风机机型将更多选择4~6MW的机型。
2019-2027年全球风机供应链市场空间分析
数据统计:中金企信国际咨询
2018年全球主要部件供应商市场份额分析
数据统计:中金企信国际咨询
②风电设备大功率趋势显著:因平价上网、竞争性配置等需要,风电降本增效的需求日益增长,风电设备大功率化作为解决方案之一,已成为风电产业重要发展趋势,我国风电快速发展带动风电机组等风电装备制造产业的发展。截至2019年底,累计装机的风电机组平均功率为1.8兆瓦,同比增长3.7%。2019年新增装机的风电机组平均功率为2.5MW,同比增长12.4%;其中,2.0-2.9MW风电机组新增装机容量市场占比由2009年的8%增长至2019年的72%,3.0-3.9MW风电机组新增装机容量市场占比由2017年的3%增长至2019年的18%,4.0MW以上风电机组新增装机容量市场占比由2015年的1%增长至2019年的9%,风电机组单机容量逐年增长。
海上风电机组方面,我国海上风电整机厂商积极推动大容量海上风电机组。当前国内海上机组单机容量主要集中在2.5MW-4MW。根据中国风能协会统计,截至2019年底,在我国所有吊装的海上风电机组中,单机容量为4MW的风电机组累计装机容量达到293.0万千瓦,占海上总装机容量的41.7%;4.0-4.9MW、5.0MW及以上机组,占海上总装机容量的比例分别为55.5%、17.0%,较2018年,新增了单机容量为4.5MW、7.0MW、7.25MW的机组。
目前,我国整机厂商已积极布局8MW以上产品。上海电气已于2018年从西门子Gamesa可再生能源公司引进SG8MW-167海上风电机组,并计划与浙江大学合作对10MW量级以上机组进行攻关。金风科技也在2018年发布了GW168-8MW机型,并计划在福建三峡兴化湾二期海上风场安装两台8MW样机。此外,中国海装、湘电风能、明阳智能等诸多整机厂商也在开展大容量机组的研发。
③风电机组、支撑基础、海底电缆及升压站已成为海上风电行业主要增长点:海上风电项目在硬件方面主要包括风电机组、海上风电支撑基础、海底电缆等。在海上风电的总投资中,上述硬件投资占比超50%,按照目前海上风电平均开发投资造价每千瓦1.4万元计算,“十四五”期间面向整机制造商以及周边部件供应商如风电塔筒及桩基、海底光缆等的市场规模将超3,500亿元。
风电机组方面,海上风电机组大多是在陆上风电机组的基础上,通过升容、加强防腐等手段升级设计而来,其关键设备的组成与陆上机组总体一致。在目前技术水平下,单机容量4MW以上的风电机组整机造价与单机容量呈正相关,单位造价区间多在5,051-7,300元/kW范围。6MW以上的风电机组由于没有大批量应用,研发成本较高,相对来讲单位造价较高。
风电支撑基础方面,海上风电支撑基础包括风电塔筒、桩基等,受风电场地质情况、水深、离岸距离等因素影响,单台套海上风电支撑基础的造价(含施工)约为1,000万元-3,000万元,占海上风电投资成本的24%-33%。以4MW风电设备为例,其单桩基础造价(含施工)约为950万元到1,350万元,导管架基础造价(含施工)约为1,000万元到1,400万元,高桩承台基础造价(含施工)约为1,200万元到1,500万元。此外,由于广东和福建由于地质条件复杂,单台基础的造价(含施工)在2,000万元左右6。
海底电缆及升压站方面,35kV的海底电缆造价在60万元每公里到150万元每公里范围内,220kV海缆造价在每公里450万元到600万元范围内;海上升压站的造价成本主要与建设规模大小呈正相关修改性,施工安装、电气设备等成本在20,000-30,000万元之间,单位造价随着规模提升显著下降。
通过近十年来我国海上风电开发经验的逐步积累,以及各环节设备国产化的持续推进,海上风电的开发成本持续下降;风机运行稳定也持续加强,发电成本不断下降,海上风电投资回报率逐步进入相对理想区间,未来我国海上风电装机量将呈现快速平稳增长,海上风电设备市场前景广阔。
(3)风电设备市场供需前景分析:
(1)总体供需态势:随着各国政府和产业界对风电行业的持续投入,风电技术得以不断进步,推动效率提升和成本下降,风电市场仍将保持平稳增长。陆上风电方面,因发展时间较长、技术储备丰富、施工难度较小,市场上能够生产陆上风电塔筒等风电设备零部件的生产厂商较多,能够满足市场需求,整体呈现供求平衡的稳定态势;海上风电方面,近年来海上风电市场规模增长迅速,但因技术标准较高、工作环境复杂、单机容量较大等因素,市场上能够提供稳定可靠海上风电塔筒、桩基等风电设备零部件的生产厂商相对较少,主流厂商产能相对饱和,整个市场仍处于供不应求的状态。
(2)市场需求状况及变化原因:近年来,国内外风电行业尤其是海上风电市场发展持续增长,直接带动了风电塔筒、桩基等风电设备零部件市场的发展。根据全球风能理事会统计,2001年至2019年全球风电累计装机容量从23.9GW增至650.6GW,年复合增长率达20.15%。而海上风电作为风电的重要组成部分,因其风源稳定、利用率高、单机装机容量大等特点,近年来总装机容量增长速度高于陆上风电。全球风电尤其是海上风电装机容量的快速增长,势必将扩增对风电塔筒、桩基等风电设备零部件的市场需求量。
预计2020-2024年全球新增风电装机容量355.0GW,年复合增长率约4%,亚洲市场、北美市场的市场成长性将较为强劲;尤其是中国,经济快速发展的趋势将为电力需求和风电设备市场的持续增长提供动力。而在海上风电方面,预计新增装机容量50.8GW,年复合增长率超过19%,中国、英国和德国三大主要市场需求依然强劲;其中,中国近期在海上风电方面出台多项鼓励政策,引导海上风电更好、更快地发展,市场需求上升十分迅猛,国内海上风电设备制造商迎来了良好发展机遇。
(3)市场供给状况及变化原因:伴随国家政策大力推动以及风电市场快速增长,风电设备行业经历过一段高速的发展,不同类型、不同区域的风电零部件市场供给状况存在一定差异,具体就风电塔筒、桩基方面,从陆上风电、海上风电两个维度进行分析。
陆上风电方面,开发时间较长的早期机型技术较为成熟,低功率市场竞争较为充分,整体供给相对充足;而大功率、高塔筒等趋势影响下的新兴机型市场,对工艺创新、生产加工、质量控制、交货履约、售后服务等方面都提出了更高要求,市场供给集中在上市公司等龙头企业,设备投入高、工艺难度大、技术设计复杂,市场供给相对集中。
海上风电方面,因在吊装出运设备、焊接疲劳强度控制、材料无损探伤检测、工程设计经验储备等方面都有着比陆上风电更高的标准,导致生产设备及技术门槛相对较高,且对设备厂商的产品设计、质量控制、生产基地位置等亦有较严要求。一般来说,海上风电设备需求方主要为知名风电整机厂商和大型风电场施工商,该等下游客户在对上游风电设备零部件厂商的设备场地、经营规模、历史业绩等方面进行考量并确认满足要求后,方才建立合作关系且不会随意更换供应商。此外,较高的技术要求和质量标准也要求上述公司在选择上游风电零部件供应商时更为谨慎严格,符合要求的零部件供应商相对较少,已处于供不应求的状态。