萬字長文解讀風電產(chǎn)業(yè)鏈

本文來自微信公眾號：放大燈（ID：guokr233），作者：陳悶雷，原文標題：《【萬字長文】如何從零造一臺風力發(fā)電機》，頭圖來自：視覺中國

2020年可謂是新能源“風光”無限的一年，而且是字面意思的風光。

根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年全年，國內(nèi)風電新增容量達7161萬千瓦，同比增長178.7%；光伏新增容量4820萬千瓦，同比增長81.7%，均是歷史新高，大幅超越往年數(shù)據(jù)[1]。

這甚至僅僅是個開始。

在“碳中和”的指導下，直到2030年，乃至2060年清潔能源都是有著清晰增長軌道和明確增量空間的好行業(yè)。這自然也帶動了清潔能源概念在資本市場的大熱——在A股隨便找個龍頭，那股價都是大牛股走勢，一倍剛剛好，兩倍不嫌多的那種。

此前，放大燈已經(jīng)在《光伏也不難，一篇全看完》一文中詳細介紹過光伏產(chǎn)業(yè)。本文將聚焦風電的基產(chǎn)業(yè)鏈概況、技術路線以及未來發(fā)展趨勢，為讀者解讀新能源領域中的另一位明星選手。

所以，太陽都曬了，不來吹吹風嗎？

一、產(chǎn)業(yè)鏈：聚焦整機

總體來看，風電行業(yè)不算特別復雜，它依照上下游關系可分為三個環(huán)節(jié)：

上游零部件制造：主要包括葉片、鑄件、軸承、齒輪箱等產(chǎn)品，負責為中游的整機環(huán)節(jié)制造各類零部件。由于不同零部件之間的差異比較大，行業(yè)分化程度高；

中游整機制造：該環(huán)節(jié)主要負責將上游零部件組裝為風電機組，是風電產(chǎn)業(yè)最重要的一環(huán)，也是本文的核心關注點；

下游運營商：即風電場的管理與經(jīng)營者，也包括投資方與電廠施工方，本文不會過多涉及這一環(huán)節(jié)。

整機是風電產(chǎn)業(yè)最核心的一環(huán)。從成本構成看，即使是海上風電項目，風機投入在電場總成本中的占比也要達到40%以上，而陸風項目則在60%左右，在施工成本較低的年份甚至可達70%水平（下文對此有詳述）。從產(chǎn)出端看，風機性能直接決定了風電場最終的發(fā)電能力，是影響經(jīng)濟效益的核心因素。

整體上，風機制造是一個受上游原材料價格支配的行業(yè)，原材料在總成本中占據(jù)絕對主導地位，例如三一重能風機的原材料支出可達80%以上。這導致整個行業(yè)受大宗價格波動影響非常明顯，觀察行業(yè)整體盈利能力的難度不大，例如近兩年受上游材料價格普漲影響，整個風電中上游的盈利均有明顯承壓。

不同技術路線的風機結構差異比較大，導致各企業(yè)的風機成本構成存在較大差異，例如齒輪箱是一個在部分技術路線中成本占比較高，但有些技術路線完全沒有的零部件。總體上，風電機組的主要零部件包含葉片、軸承、齒輪箱、發(fā)電機等，還包括整機裝配環(huán)節(jié)的風機塔筒、電纜等。

葉片

葉片是風力發(fā)電機組的關鍵部件，風電基本原理決定了葉片的設計、材料和工藝直接影響發(fā)電裝置的性能和功率。一般來說，葉片是風電整機成本中占比最高的零部件，通常在20%以上。

從風電葉片結構來看，主要由增強材料（梁）、夾芯材料、基體材料、表面涂料及不同部分之間的結構膠組成[2]。

葉片的80%成本來自于原材料，而60%的原材料成本來自于纖維材料：增強纖維（玻璃纖維）與基體樹脂。同時由于近年的葉片大型化趨勢明顯，為了生產(chǎn)更大葉片，纖維材料的選擇有向碳纖維這類新型強度材料轉型的趨勢。

大型葉片技術難度較高，存在技術門檻，龍頭企業(yè)的技術優(yōu)勢起到了重要作用，國內(nèi)葉片行業(yè)在向頭部加速集中。2020年，風電葉片行業(yè)CR5市占率已達68%以上[3]，且伴隨著大型化趨勢的深入，行業(yè)落后產(chǎn)能將面臨加速出清，行業(yè)集中度還可能會進一步提升。

CR：Concentration Ratio，行業(yè)集中度，CR5即是指某行業(yè)排名前5家企業(yè)的市占率之和。

軸承

軸承作為風電整機的核心零部件之一，有著比較高的技術壁壘，是國產(chǎn)化程度最低的風機結構件。當前國產(chǎn)高端軸承的精度保持性、性能穩(wěn)定性、尤其是壽命和可靠性與國際先進水平存在一定差距。

風電軸承主要分為兩大類，即變槳偏航軸承和傳動系統(tǒng)軸承（主軸、增速器及電機軸承）。其中變槳偏航軸承主要用于調(diào)整風機朝向及葉片槳距角，保證風機垂直迎風、輸出功率穩(wěn)定在安全高效的范圍內(nèi)，目前該類軸承的國產(chǎn)化率比較高。

風機的主軸軸承主要用于支撐風機主軸，用于連接輪轂和齒輪箱，將葉片產(chǎn)生的動能傳遞給齒輪箱。這一部件直接承受整臺風機的震動，對產(chǎn)品性能要求十分嚴格，加工難度大，技術壁壘很高，整個市場基本被海外企業(yè)壟斷，本土企業(yè)市占率很低。

鑄件

鑄件主要用于風機輪轂制造，是比較典型的勞動與能源密集型產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)自動化程度較低，產(chǎn)能受工具模組、人員熟練度、環(huán)評等因素影響較大，擴產(chǎn)周期長。鑄件行業(yè)的整體格局比較穩(wěn)定，全球80%以上產(chǎn)能集中在中國，且頭部企業(yè)市占率很高，CR5在2019年達到了64%水平 [8]。隨著近年國內(nèi)制造業(yè)對能耗與環(huán)評的持續(xù)收緊，以及原材料價格飛漲等原因，中小企業(yè)的產(chǎn)能被逐漸淘汰，未來行業(yè)集中度有望進一步上升。

塔筒

風機塔筒是風力發(fā)電機的支撐結構，同時吸收機組震動，負責機組和基礎環(huán)（或樁基、導管架）間的連接構建，支撐上部數(shù)百噸重的風電機組重量，也是實現(xiàn)風電機組維護、輸變電等功能所需重要部件。其內(nèi)部有爬梯、電纜梯、平臺等內(nèi)部結構，以供風電機組的運營及維護使用。

塔筒的生產(chǎn)工藝簡單，準入門檻很低，產(chǎn)能充分，行業(yè)集中度不高。塔筒的體積極為巨大，運輸成本非常高，為了降低運輸成本，在電場建設過程中往往選擇地理位置上更近的制造商，這還為塔筒帶來了地域屬性，進一步分散了市場。

二、整機業(yè)態(tài)：加速、集中

需要注意，本段存在一定的數(shù)據(jù)不一致現(xiàn)象，這主要與不同機構的統(tǒng)計口徑差異有關，并非數(shù)據(jù)錯誤。

根據(jù)彭博社公布的市場數(shù)據(jù)，2020年，在中美兩國爆發(fā)式增長的裝機需求的推動下，全球風電新增裝機容量為96.3GW，相較于2019年增長59%。通用電氣與金風科技憑借本土市場強勁需求超過了位居第三的維斯塔斯，三家制造商的裝機容量均超過12GW，第四位遠景能源以超過10GW的裝機容量緊隨其后。在前十大整機制造商中，中國企業(yè)占有其中的七個名額，分別是金風科技（第二）、遠景能源（第四）、明陽智能（第六）、上海電氣（第七）、運達股份（第八）、中車風電（第九）、三一重能（第十） [4]。

風電市場一個比較有趣的現(xiàn)象是，國內(nèi)與海外形成了一定隔離。

根據(jù)中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會正式發(fā)布《2020年中國風電吊裝容量統(tǒng)計簡報》，2020年我國新增裝機20401臺，容量5443萬千瓦，同比增長105.1% [5]。

注：該處裝機量是指吊裝容量，指統(tǒng)計期內(nèi)風電機組制造企業(yè)發(fā)貨到風電場現(xiàn)場，施工單位完成風電機組所有部件吊裝完畢，且完成安裝驗收或靜態(tài)調(diào)試后的裝機容量，和國家能源局的統(tǒng)計口徑有所區(qū)別。

然而一個如此繁榮的市場，卻和海外企業(yè)關系很小：排名最高的Vestas在國內(nèi)風機市場的裝機容量占比也僅有2.1%，位列第十一，這還是在一定程度上受益于需求過于旺盛導致了缺口，分散了市場集中度[5]。

相應的，海外市場也并未對國內(nèi)企業(yè)打開。2020年，國內(nèi)出口風機容量合計1188兆瓦，僅占海外裝機總量的約2~3%左右，同樣沒有展示出特別強的競爭力。

國內(nèi)的風電整機行業(yè)集中度很高，頭部企業(yè)資金、技術積累、產(chǎn)業(yè)鏈完整度都更為領先，在市場競爭中有著明顯優(yōu)勢，龍頭地位十分穩(wěn)固。金風科技、遠景能源以及明陽智能三家風機制造商自2016年起就一直把持著行業(yè)前三的位置。

從發(fā)展趨勢看，國內(nèi)風電整機制造企業(yè)歷年新增裝機市占率持續(xù)向頭部集中。2016~2019年期間，CR5從60%提升至73%，CR10由84%提升至92%。在2020年受搶裝現(xiàn)象影響，下游需求巨量增加導致產(chǎn)能大量釋放，非龍頭企業(yè)獲得了更多訂單在一定程度上稀釋了行業(yè)集中度，但其影響在2021年已經(jīng)逐漸消退，行業(yè)集中度在年內(nèi)重新回升 [6]。

數(shù)據(jù)來源：興業(yè)證券，放大燈制圖

風電行業(yè)在2020年的搶裝潮與巨量需求釋放，基本是國家補貼取消引起的。2019年5月21日，國家發(fā)改委發(fā)布《關于完善風電上網(wǎng)電價政策的通知（發(fā)改價格〔2019〕882 號）》，明確規(guī)定2018年底之前核準的陸上風電項目，2020年底前仍未完成并網(wǎng)的，國家不再補貼。受此影響，大量獲批風電項目加速建設，為在2021年前并網(wǎng)而掀起了前文所說的“搶裝潮”。不過在進入“無補貼”時代后，再有此種規(guī)模的搶裝潮可能性已經(jīng)不大，整機需求將會趨于平穩(wěn)。

目前風電最大的優(yōu)點，是整個行業(yè)在雙碳目標的支撐下，有著極強的確定性。

根據(jù)國家能源局發(fā)布的《關于2021年風電、光伏發(fā)電開發(fā)建設有關事項的通知》中明確指出，至2030年風電光伏裝機總容量將達到12億千瓦以上（約合 1200GW）。截至2020年底，全口徑風光發(fā)電設備容量則為6.3億千瓦 [1]，在風光裝機量基本平齊的情況下，這一目標意味著2022~2030年期間，需要至少新增約3億千瓦風電，年均裝機量至少要超過30吉瓦。對風電而言，在政策變化不大的情況下，至少到2030年，行業(yè)增量都是有保障的。

同時，2020年10月北京風能大會中，400余家風能企業(yè)聯(lián)合發(fā)布《北京風能宣言》，保證“十四五”期間年均保證風電新增裝機50GW以上，2025年后年均新增風電裝機60GW以上，至 2030年裝機總量達到800GW。這是風電行業(yè)未來增量的又一重保障——至少賬面的需求有了。

三、四大技術路線：轉向在即

相較于光伏，風電的發(fā)電原理比較簡單，不同技術路線的差異主要集中在核心傳動鏈的設計上，但除此之外的其他部分差異并不大，也不存在光伏的硅-非硅路線這種根本性差異。

從結構上看，風電機組可分為高速傳動、中速傳動（或稱半直驅）和直驅三大類，其中高速傳動路線又可分為雙饋異步和鼠籠異步兩種主要形態(tài)。從結構復雜程度上看，可大致認為直驅永磁＜半直驅永磁＜高速鼠籠異步＜雙饋異步。 

雙饋機組

雙饋機組的葉輪通過增速齒輪箱與雙饋異步發(fā)電機轉子相連，轉子的勵磁繞組通過變流器連接電網(wǎng)，定子繞組直接聯(lián)網(wǎng)。

機組可以在不同的轉速下實現(xiàn)恒頻發(fā)電，調(diào)速范圍較寬、有功和無功功率可獨立調(diào)節(jié)，具有轉速高、轉矩小，尺寸較小、重量小，成本低等優(yōu)點，通常適用于小型電機；但由于其結構十分復雜，故障率偏高，且高轉速（1500轉/分鐘）導致維護成本也比較高。

勵磁：即向發(fā)電機或者同步電動機定子（電動機靜止不動的部分，主要作用是產(chǎn)生旋轉磁場）提供定子電源，為發(fā)電機提供工作磁場的機器。

同步電動機（synchronous motor）：由直流供電的勵磁磁場與電樞的旋轉磁場相互作用而產(chǎn)生轉矩，以同步轉速旋轉的交流電動機。

轉子：通俗的說就是電機中旋轉的部分，主要作用是在旋轉磁場中被磁力線切割進而產(chǎn)生（輸出）電流。

直驅永磁機組

永磁直驅機組的葉輪與發(fā)電機直接相連，省去了增速齒輪箱，轉子為永磁體勵磁，無需外部提供勵磁電源，同時也減少了勵磁損耗。永磁直驅機組的發(fā)電機通過全功率變流器并網(wǎng)，具有效率高、噪音低、低電壓穿越能力強等優(yōu)點；不過此類機組的最顯著問題是體積及重量較大，生產(chǎn)耗費原材料多，吊裝難度高。

半直驅機組

半直驅機組的葉輪通過中速齒輪箱與永磁同步發(fā)電機轉子連接，發(fā)電機的定子繞組通過全功率變流器連網(wǎng)。與直驅相比，半直驅增加了中速齒輪箱，發(fā)電機轉子轉速比直驅高，有利于減小發(fā)電機的體積和質量，同時保留了直驅式容量大、低電壓穿越能力較強等優(yōu)點。與雙饋和直驅相比，半直驅是折中方案，齒輪箱制造難度較雙饋低，發(fā)電機制造難度比直驅低，是目前綜合經(jīng)濟性最優(yōu)的技術路線。 

高速鼠籠異步：

鼠籠異步是一種不太常見的技術路線。與雙饋異步相比，鼠籠異步的主要區(qū)別在于發(fā)電機轉子為封閉式籠型結構，結構比較簡單。籠型異步發(fā)電機沒有專門的勵磁結構，通過定子側變換器為其提供勵磁，實現(xiàn)變速恒頻控制。籠型異步風力發(fā)電系統(tǒng)具有可靠性較高、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點。

市占率方面，從往年數(shù)據(jù)看，2018年，全球采用半直驅傳動的風機占比3.7%，傳統(tǒng)的高速齒輪箱傳動占比69.7%，直驅占比26.6%[7]。但近年在風機大型化與海風崛起的雙重推動下，針對技術路線的選擇正在發(fā)生一些變化。

數(shù)據(jù)來源：中泰證券，放大燈制表

盡管雙饋是最多企業(yè)采用的一條技術路線，但其單機容量小的設計并不契合當下風機大型化的主流趨勢，且故障率以及維護成本也比較高，不符合海上風電的需求，該路線在未來的發(fā)展前景一般。

直驅式的問題則在于，盡管其發(fā)電能力強，但機組成本偏高且降本難度很大。同時機組的大體積也給運輸和吊裝帶來了一定影響，這一缺陷在單機容量越來越大的當下還會被放大。

此前相對罕見的半直驅則是當下趨勢最大的受益者。由于半直驅兼具了直驅與雙饋兩方的優(yōu)點，在成本優(yōu)化與容量大型化上都有著不錯表現(xiàn)，且其故障率低、維護少的特點，也比較適合海上風場。目前許多國內(nèi)企業(yè)，如運達股份、金風科技等都開始采用半直驅設計，而出貨排名第三的明陽智能更是全面轉型半直驅，可以說該路線前景十分樂觀。

四、不可阻擋的趨勢：大型化

我們在上文曾多次提及一個概念：風機大型化。這是現(xiàn)階段風電最重要的行業(yè)趨勢，即單機發(fā)電功率的持續(xù)提升。

全球范圍內(nèi)，全球風能理事會（Global Wind Energy Council，GWEC）給出數(shù)據(jù)顯示，2019年風電全球新增裝機的平均單機容量超過2.75MW，較2009年增長1.16MW，主流單機容量從早先的1.5~2.5MW向3.0MW以上型號過渡[8]。

這種趨勢在國內(nèi)風電領域也極為明顯。根據(jù)風能專委會（CWEA）數(shù)據(jù)顯示，2017年，過呢新增風機的平均功率首次超過2.0MW，而2020年的新增風機平均單機容量，增長顯著[5]。

圖片來源：CWEA

從具體機型看，2020年，國內(nèi)新增風電機組匯總，2.0MW（不含）以下的小功率機組的市場容量占比僅剩1%；2.0MW（含）至2.9MW的新增機組占比則為61.1%，仍是絕對主流，但相較于2019年有11%的大幅下滑；3.0至5.0MW的機組新增占比則達到了34%，其中值得一提的是，5.0MW以上的大功率機組占比，從2019年的3.0%，增長至了3.9% [5]。

數(shù)據(jù)來源：CWEA，放大燈制圖

從采購數(shù)據(jù)看，十四五期間的機組大型化趨勢不會放緩，反而在“雙碳目標”的啟動之下，將呈現(xiàn)更為跳躍式的進步。2020年，央企風電機組招標的約23GW項目中，平均單機功率已經(jīng)達到3.2MW，其中3.0MW及以上功率機型占比已經(jīng)超過70% [7]。2021年的部分招標數(shù)據(jù)顯示，國家電投2021年度第十二批集中招標采購的風電機組約2.4GW，其中單機容量4MW以上的容量占比達 63% [9]。

圖片來源：中泰證券

大型化趨勢同樣存在于全球范圍。從2015年到2020年，美國陸上風機單機容量提升37%，德國提升25%。可以看到相較于發(fā)達國家，國內(nèi)風電的增大甚至是相對較慢的。

特別值得一提的是，目前平均單機容量的提升，并不能十分全面的反映持續(xù)加速的大型化趨勢。這主要是由于，2020年大批搶裝上馬的陸風項目主要是2018年及以前核準的，所選擇的風機是較為老舊的型號，近三年加速推出的具備量產(chǎn)能力的大功率產(chǎn)品并未大規(guī)模吊裝。這意味著在未來幾年，隨著采購新型產(chǎn)品的項目陸續(xù)上馬，新增平均容量很可能將加速增長。

大型化風電機組，究竟帶來了怎樣的改變？最核心的仍是降本增效。

首先最為顯著的，大型機組可以攤薄風機的制造成本。受發(fā)電的基本原理影響，風機部件的材料用量不隨功率增長而線性放大。以運達股份的兩款風機為例，大風機的額定功率較小風機有80%的增長，但零部件的質量增長并沒有如此之高[9]。這意味著單機容量的提升，單W零部件的材料用量有所下降，進而攤薄了單W成本。

更進一步，大型化機組還可降低電場的其他成本。除了風機，包括土地成本、安裝費用以及建設費用等，也是電廠成本的重要組成部分。在同等裝機規(guī)模下，顯然大容量機組所需的風機總量更少，對應的運維費用、占地面積、輸電線路、施工費用、設計費用以及電廠基礎設施建設費用等靜態(tài)投資成本可顯著降低，進而帶動度電成本（LCOE，Levelized Cost Of Energy）下降。一些往期統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2.0MW機組的風電場LCOE約為0.35元/kWh，而4.5MW機組的風電場LCOE可達到0.30元/kWh水平，降幅可達13.6%，對平價上網(wǎng)有很大幫助[8]。

除了制造與建設環(huán)節(jié)外，大型風機相較于小型設備，利用小時數(shù)也比較高。由于更大的葉輪直徑有著更大的掃風面積，對最低風速的需求比較低，且塔架高度也比較高，更易獲取較為優(yōu)質的風能資源，使得大型風電機組的運行小時數(shù)較小型機組有著明顯優(yōu)勢，有效發(fā)電量也更高。這亦是攤薄整機發(fā)電成本的一種路徑。

風電大型化得以實現(xiàn)的基礎之一，是行業(yè)零部件制造能力的提升。

從基本原理看，葉輪接受風能的多少，與葉輪的掃風面積成正比，與風速的立方成正比，這意味著在相同的風速條件下，更大的葉片意味著更大直徑的葉輪，更大直徑的葉輪即可獲得更多的風能，更多的風能既代表著更大的單機容量。

換言之，風機大型化的核心就是葉片的大型化。

在2008年時，國內(nèi)風電機組的葉輪直徑平均值僅有65米，而在2021年的風電項目中，160米及以上尺寸的葉輪直徑已成主流，更有項目已采用170米以上直徑的設計（華潤廣東清遠佛岡高山49.9MW風電項目，華潤廣西賀州平桂大平80MW風電項目 ）[9]。

不過大尺寸葉片對制造商也提出了更高的要求：需要輕型化設計抵消大型化后的重量增加；大葉片對模具、成型工藝與生產(chǎn)場地的要求也比較復雜；目前風電行業(yè)正處于快速迭代時期，需要企業(yè)具有更強的研發(fā)能力才能滿足不斷變化的下游需求。

同時，更大的葉輪也意味著傳統(tǒng)裝置，包括軸承、齒輪箱以及發(fā)電機等在內(nèi)的核心零部件需要同步升級，對應的制造難度也有所上升，其他一些原本對技術要求不高，相對勞動密集型的零部件也開始需求更先進的生產(chǎn)工藝。

以塔筒為例，大容量機組需求更高的塔筒高度，對載荷強度要求也同步提升，部分塔筒已經(jīng)需要使用模塊化的分瓣、分段式設計，安裝工藝也更為復雜。即使是鑄件這樣典型的勞動密集型行業(yè)，也對產(chǎn)能與產(chǎn)品質量有了更高的要求，企業(yè)是否具有先進的生產(chǎn)管理經(jīng)驗，以及現(xiàn)有生產(chǎn)線的改進能力變得至關重要。

在機組大型化驅動供應鏈升級，提高零部件技術壁壘的大背景之下，中小企業(yè)相對落后的產(chǎn)能被淘汰，頭部企業(yè)憑借自身的技術優(yōu)勢、產(chǎn)能優(yōu)勢以及客戶積累，在風電產(chǎn)業(yè)的升級過程中啟動更快，擴產(chǎn)進度同樣領先，整個風電行業(yè)有進一步向頭部集中的趨勢。可以說，頭部企業(yè)是風電大型化趨勢下最大的受益者。

另一方面，行業(yè)去補貼也推動了技術加速迭代。在如今明確雙碳目標后，國內(nèi)企業(yè)對清潔能源的需求快速上升，但與此同時，發(fā)改委還明確了風電去補貼的最終時間。在此消彼長之下，設備制造商被迫加快技術革新的速度，以單機容量的大型化應對去補貼帶來的壓力，以此避免因電價過高導致風電競爭力不足。同時，近年光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣極為迅速，光電價格下降明顯，也給風電帶來了技術革新壓力。

從全球范圍看，目前國內(nèi)的風機大型化較海外還有一定差距，但伴隨著本土整機廠的自主研發(fā)與生產(chǎn)能力逐步提升，產(chǎn)業(yè)正在加速追趕。國內(nèi)風電的單機容量長期以來均低于歐美發(fā)達國家，目前已吊裝的最大容量機型為5.5兆瓦（東方風電的DEW-D5.5S-172型永磁直驅陸上風電機組），而發(fā)達國家風電機型則已主要集中在6兆瓦到8兆瓦之間。國內(nèi)海上目前主力交付機型為5MW，2020年招標機型則以6MW為主[10]。

海外進度最快的公司，在大兆瓦領域已實現(xiàn)14MW容量且量產(chǎn)在即，Vestas的15MW型號預計將在2022年安裝樣機，并于2024年實現(xiàn)量產(chǎn)；國內(nèi)領先量產(chǎn)進度為10MW，領先研發(fā)進度則已經(jīng)步入12MW以上領域。特別值得一體的是，明陽智能在2021年8月宣布其研發(fā)的一款16MW的的海上風機已獲設計認證，并計劃于2023年上半年樣機安裝，2024年上半年實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。若該機型能夠順利落地，意味著國產(chǎn)風機將實現(xiàn)對海外企業(yè)的反超[11][12]。

五、下一站：海上風電？

隨著碳中和目標而爆發(fā)的不只有大多數(shù)人熟悉，或者至少見過的陸上風電，同樣也有不那么出名的海上風電。

相較于陸風，海上可利用的風能資源更為豐富。海風機組的利用小時數(shù)很高，即使是較差的資源區(qū)也可實現(xiàn)2500小時以上的小時數(shù)，優(yōu)質地區(qū)甚至可以達到4000小時，遠超陸風平均水平。同時，海上風電場天然更為靠近沿海的電力負荷區(qū)，消納條件好。

從整體業(yè)態(tài)上看，海上風電領域由于較高的技術門檻，掌握更先進技術的龍頭企業(yè)優(yōu)勢會被放大，整個行業(yè)呈現(xiàn)“一超多強”的高度集中態(tài)勢。

2020年，海風的新增裝機量CR7直逼97%，西門子歌美颯一家企業(yè)占據(jù)43.7%的份額，遠超其他一切競爭對手；Vestas以13.8%的裝機量位居第二梯隊首位，緊隨其后的則是四家國內(nèi)海風整機廠商：上海電氣、遠景能源、金風科技、明陽智能，占全球新增裝機容量的比例分別為9.7%、9.0%、7.9%和7.4%[12]。

數(shù)據(jù)來源：行行查，放大燈制圖

不過盡管口號喊得很響，但海上風電的發(fā)展也只是剛剛起步。

據(jù)統(tǒng)計，2020年的全球海風新增裝機僅有6.1GW，恰好只是96.3GW的總新增裝機量的零頭兒[4]。雖說在2010~2020年期間的CARG有21.1%，遠超行業(yè)整體5%的增速，可這也僅僅是因為基礎很低而已。

國內(nèi)方面也基本保持著同樣的態(tài)勢。根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，2020年的海上風電新增裝機達到3.06GW——占全球新增海上裝機的一半以上，可相較于陸風68.61GW的數(shù)據(jù)仍然不高[12]。

為什么呢？因為貴。

根據(jù)國際可再生能源際署（International Renewable Energy Agency，IRENA）發(fā)布的報告顯示，在2020年，海上風電（Offshore）的度電成本高達0.084美元/千瓦時，比光伏的0.057美元/千瓦時的電價高得多，和陸上風電（Onshore）的0.039美元/千瓦時的全領域最低價格更是無法相提并論[13]。

從下降趨勢看，過去十年間，光伏/光熱/陸風/海風的度電成本降幅分別為82%/47%/39%/29%，海上風電降本之路的表現(xiàn)還是墊底[13]。

昂貴電價的背后，是海上風電場長期存在的如施工難度大，技術門檻高，前期投資巨大的特點。

現(xiàn)階段，一個標準的海風電廠建設成本在15000~17000元/KW，陸風電廠建設成本在5000~7000元/KW，差距可達2-3倍。一個海風電廠的投資回收周期可能長達十年，對開發(fā)商的資金、債務融資能力和融資成本均有不低的要求。這導致海風電價長期維持在相當高的水平，在補貼退坡的情況下競爭力不強。

從成本構成，由于涉及海洋工程，導致海風的成本構成與陸風存在顯著差異，且受水文環(huán)境（水深、風、浪、流等）和工程地質條件等因素影響，不同沿海地區(qū)也存在區(qū)別。以廣東為例，風機成本為43%，塔筒及輸電設備占22%，制造施工成本（包括樁基在內(nèi)）占35%[10]。

反觀陸風電廠，以一個典型的50MW項目為例，風電機組占比60%，塔筒及其他電力設備占比15%，其他包括土地成本、施工等一系列其他費用的合計占比也并不高[14]。

除了樁基這一海洋工程特有的成本，以及施工難度帶來的昂貴工程開銷外，海上風電與陸風最明顯的差距，是在負責電力傳輸?shù)木€纜上。

海纜是海風電力傳輸?shù)谋貍洚a(chǎn)品，但相較于普通的陸上線纜，海纜市場的準入門檻非常之高，其他企業(yè)想要進入非常困難。首先是由于海底復雜的環(huán)境以及海水的腐蝕性，導致海纜的生產(chǎn)工藝比較復雜，對企業(yè)的生產(chǎn)技術有著相當高的要求。同時出于產(chǎn)業(yè)鏈一體化考慮，海纜企業(yè)通常要求具有施工能力，需要配備相應的鋪纜船，這進一步加大了本就不低的資金投入。又由于海纜通常生產(chǎn)后直接繞于鋪纜船上，使得工廠選址也十分嚴格，必須緊鄰江河大海。

不過較高的行業(yè)門檻，也為海纜帶來了十分豐厚的利潤空間。相較于普通的陸纜，海纜毛利率可以實現(xiàn)30%以上水平，行業(yè)龍頭中天科技的海洋系列產(chǎn)品毛利率甚至突破了40%水平，是路上同類產(chǎn)品的2至3倍。

目前，國內(nèi)從事海纜生產(chǎn)的企業(yè)并不多。中天科技、東方電纜、亨通光電為三家龍頭企業(yè)。根據(jù)2017~2019年的中標情況，三家企業(yè)基本實現(xiàn)了對國內(nèi)海纜的壟斷，市占率達到98%水平，其中中天科技自2009年以來長期位居國內(nèi)海纜市場第一 [12]。

海上風電的降本之路比較清晰，首當其沖就是機組的大型化——根據(jù)CWEA給出數(shù)據(jù)，歷年的新增海風機組的平均單機容量皆顯著高于陸風數(shù)據(jù)，我們甚至可以說，海上風電產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，在一定程度上反過來促進了陸風機組的大型化進程[5]。

圖片來源：CWEA

我們已在上文詳述了為何大型化是風電降本最為行之有效的路線，這一點在海上風電領域并不會有任何改變。且由于海風更加高昂的建設費用，大型機組對風機以外支出的降本能力還可以被放大。

除了機組大型化之外，針對海風建設的其他環(huán)節(jié)，也有多維度的舉措可以實現(xiàn)綜合降本。不過這些舉措往往需要橫跨多個領域，是從設計到最終安裝的綜合性舉措，本文不再贅述，僅列出以供參考 [15]。

圖片來源：中信證券

宏觀方面，2020 年初《關于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》明確提出，2022年起中央不再對新建海上風電項目進行補貼，但鼓勵地方繼續(xù)補貼建設海上風電。受此影響，風電在2021年同樣迎來了一波搶裝潮：2021年1-9月，國內(nèi)的海風新增裝機3.8吉瓦，已經(jīng)大幅超越2020年全年數(shù)據(jù)，僅在Q3單季就實現(xiàn)了1.67吉瓦的新增，且在四季度的并網(wǎng)進度大概率會進一步加速[16][17]。

不過問題在于，目前海風的價格確實不具備特別強的競爭力，在失去國補后這一缺陷將會更加凸顯。而指望地方將財政從更為成熟的陸風、光伏轉移至海風項目也不太現(xiàn)實，至少目前推出相關補貼政策的省份力度并不強。只能說海風的平價上網(wǎng)路，還需要時間。

六、永遠的難題：不穩(wěn)定

遺憾的是，近年風電在諸多方面有了長足進步，但其根本性的發(fā)電能力不可控卻絲毫沒有改善，看天吃飯仍是風電以及它的好朋友光伏永遠繞不開的困境。

盡管近年風電設備的棄風問題已經(jīng)大幅改善，棄風率下降明顯，然而此前9月底的全國性能源危機，特別是東北地區(qū)的大規(guī)模限電，將對新能源發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性的質疑重新帶回了大眾視野。

當然，本次東北地區(qū)的能源危機其背后的因素比較復雜，但基本確定的是，誘因之一正是風電輸出驟降。

公開信息顯示，東北三省風電總裝機達到約3500萬千瓦，但在限電期間，風電出力遠不足裝機容量的10%。盡管這只是一次地理性因素引起的偶發(fā)事件，但之所以會對電力系統(tǒng)造成巨大影響在于，東北地區(qū)風力發(fā)電占比高，達到了18%，顯著高于全國平均水平[18]。這導致在風電出力下降的情況下，電網(wǎng)受到?jīng)_擊被放大。

而這種因氣象因素導致的能源危機，也不是我國獨有。

在2021年年初，美國得州也遭受了一輪極為嚴重的電荒，極寒天氣導致其能源結構中極為重要的風光發(fā)電量從42%驟降到8%，約4000萬千瓦機組停擺，停電與電價飛漲同樣異常突出[19]。

除此之外，根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2020年底，全國并網(wǎng)風電裝機2.81億千瓦，在全國全口徑發(fā)電裝機容量中的占比分別為12.79%；并網(wǎng)風電發(fā)電量為4665億千瓦時，占全國全口徑發(fā)電量的6.12%，不足裝機量的一半。

我們能夠明顯看到，風力發(fā)電的裝機量不匹配其發(fā)電量，當然，這與大量風電項目為享受政策補貼而在下半年集中上馬，真正投產(chǎn)時長有限有關，但也反映出了設備利用率不高的問題。

這種現(xiàn)象背后，正是新能源內(nèi)在的不可控性，且這種缺陷直接來自環(huán)境本身。風光資源本身是極不穩(wěn)定的，其天然的波動幅度就很大，現(xiàn)有的技術手段也不能人為干預，從根源上解決這些問題的可能性很小。

這種內(nèi)生性的缺陷反應在發(fā)電能力上，除了輸出的波動性外，也直接體現(xiàn)在設備的利用小時數(shù)。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，盡管近年的風力發(fā)電設備利用小時數(shù)較此前有一定提升，基本站穩(wěn)了2000小時以上（光伏數(shù)據(jù)更差），但總體的提升幅度并不大且與傳統(tǒng)的火電、水電相去甚遠，更無法與核電超過7000小時的利用數(shù)相提并論[20]。

數(shù)據(jù)來源：能源研究俱樂部

可以預見，伴隨著新能源系統(tǒng)在全球電力占比的持續(xù)上升，氣候異常導致的發(fā)電能力下降很可能成為全球性的長期挑戰(zhàn)。

目前針對這一問題，行業(yè)內(nèi)有著諸多解決方案，但落地可能性比較高，規(guī)模化前景好的路線可大致分為三類（這同樣牽扯數(shù)個較為復雜且廣泛的話題，本文僅做簡述，不再進一步展開）。

一是在電廠的建設階段，就采取復合型設計，將傳統(tǒng)火電或是光熱等新型發(fā)電系統(tǒng)與風光發(fā)電系統(tǒng)集成。這種更加多元化的電站設計提供更為穩(wěn)定的發(fā)電能力，在單一系統(tǒng)發(fā)電能力不足時，可借由其他設備補足缺口，即使罕見的風光資源全部不足，也可提高火力發(fā)電輸出，避免大量設備同時陷入停擺的狀況。

其次，為新能源電站配備儲能系統(tǒng)是關鍵方向。目前我國的儲能系統(tǒng)仍以抽水儲能為主，受環(huán)境因素制約嚴重，引入其他路線的儲能技術——如氫儲能、大型鋰電池儲能、壓縮空氣儲能等——并實現(xiàn)規(guī)模化，可大幅提高發(fā)電系統(tǒng)削峰填谷的能力，降低發(fā)電能力波動性等問題對電網(wǎng)的壓力。

最后，引入更為智能的電力管理系統(tǒng)也是目前受到重視的方向。通過更為先進科學的整體管理，可更加有效的平衡上游發(fā)電端與下游消納端，使得整個電力系統(tǒng)更加靈活，更好的適應持續(xù)提高的新能源綠電占比。

（本文觀點僅供參考，不構成投資建議。）

References：

[1]國家能源局：國家能源局發(fā)布2020年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù) 2021.01.20

http://www.nea.gov.cn/2021-01/20/c_139683739.htm

[2] 深度行業(yè)研究：風電葉片：風電上游核心材料，樂晴智庫精選 2021.10.19

https://mp.weixin.qq.com/s/rpi2VnqO5mEb60Eckuv9vQ

[3] 深度行業(yè)研究：風電產(chǎn)業(yè)鏈全景解析，樂晴智庫精選 2021.09.03

https://mp.weixin.qq.com/s/0mWgb85Qvg3B88cEFLFxLg

[4] 每日風電：重磅！2020年全球風電整機商新增裝機排名公布！7家中國整機商強勢入榜！GE奪得榜首！2021.03.11

https://mp.weixin.qq.com/s/GZXIfHykHQCwMCYiX-F5jw

[5] 風能專委會：2020年中國風電吊裝容量統(tǒng)計簡報發(fā)布，風能專委會CWEA 2021.10.25

https://mp.weixin.qq.com/s/DBqVPdj5Hm-_TjbxyGRUHg

[6] 興業(yè)證券：風電行業(yè)深度：興論碳中和系列7，淡化周期，邁向成長 2021.08.31

[7] 中泰證券：風電行業(yè)專題：經(jīng)濟性驅動高景氣，零部件再迎高增長 2021.07.27

[8] 中銀國際：風電行業(yè)深度報告：三重底有望確立，大型化或塑格局 2021.08.20

[9] 平安證券：電力設備行業(yè)深度報告：風電供給端變革，驅動行業(yè)內(nèi)生成長 2021.08.23

[10] 德邦證券：電氣設備行業(yè)風電系列深度一：風電平價需求起航，市場化競爭加速成本下降 2021. 07.27

[11] 席菁華：除了大型化迭代提速，中國風機的技術路線選擇有了大變化，界面新聞 2021.10.20

https://www.jiemian.com/article/6720258.html

[12] 深度行業(yè)研究：海上風電產(chǎn)業(yè)鏈深度解析，樂晴智庫精選 2021.09.06

https://mp.weixin.qq.com/s/DZ9oxieQ2PZZcQqqXnr5OA

[13] IRENA, RENEWABLE POWER GENERATION COSTS IN 2020 

https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2021/Jun/IRENA_Power_Generation_Costs_2020.pdf

[14] 華創(chuàng)證券：乘風系列報告一：風電平價到來，助推內(nèi)生發(fā)展 2021.10.13

[15] 中信證券：電力設備及新能源行業(yè)風電行業(yè)專題報告：大型化加速降本，成長性持續(xù)強化 2021.08.02

[16] 國家能源局：上半年風電成績單！陸上869.4萬千瓦+海上214.6萬千瓦，北極星風力發(fā)電網(wǎng) 2021.07. 29

https://news.bjx.com.cn/html/20210729/1166562.shtml

[17] 全國新能源消納監(jiān)測預警中心：權威數(shù)據(jù) | 2021年前三季度各省新能源裝機、發(fā)電量、消納情況一覽，北極星風力發(fā)電網(wǎng) 2021.11.01

https://news.bjx.com.cn/html/20211101/1185047.shtml

[18] 財經(jīng)十一人：三重因素導致東北居民停電，各級政府表態(tài)全力保民生 2021.09.27

https://mp.weixin.qq.com/s/l20vu89goMY67MPVxQCDxg

[19] 木頭觀察：世界多起電力危機，都由新能源引發(fā)，騰訊新聞 2021.02.25

https://new.qq.com/rain/a/20210225a0291000

[20] 能源研究俱樂部：年度重磅 | 中國能源大數(shù)據(jù)報告（2021）——電力篇 2021.06.16

https://mp.weixin.qq.com/s/WtI29qxR86iCiCkn5baATg

本文來自微信公眾號：放大燈（ID：guokr233），作者：陳悶雷