海上風(fēng)電的主要開發(fā)運營商為大型電力央企

海上風(fēng)電的主要開發(fā)運營商為大型電力央企。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電的技術(shù)壁壘更高，開發(fā)商較為單一，國電集團(tuán)、中廣核、魯能、申能、中水電、三峽新能源等傳統(tǒng)電力風(fēng)電企業(yè)占據(jù)海上風(fēng)電主要份額。

2016年，海上風(fēng)電運營開發(fā)商前三的分別為國能投、中廣核以及三峽新能源，累計裝機(jī)容量分別為534.5MW、208MW、202MW;占比分別為33%、13%、12%。

核心零部件和原材料是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部分

風(fēng)電機(jī)組在海上風(fēng)電項目中成本占比最高，占單位總投資約 32%。按照目前海上風(fēng)電平均開發(fā)投資造價 14000 元/KW 計算，2018-2020 年對應(yīng)市場空間為約為 580 億元。

風(fēng)電機(jī)組主要由葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、電控系統(tǒng)、塔架等組成。涉及關(guān)鍵原材料有鋼、鋁、銅、混凝土、玻璃纖維、碳纖維、環(huán)氧樹脂、永磁材料等，其中鋼材、碳纖維復(fù)合材料和永磁材料有望得到更多關(guān)注。

風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵核心部件之一，關(guān)注碳纖維復(fù)合材料。葉片設(shè)計、制造及運行狀態(tài)的好壞直接影響到整機(jī)的性能和發(fā)電效率，對風(fēng)電場運營成本影響重大。

從零部件價值量的角度來看，葉片價值量極大，其成本約占風(fēng)機(jī)總成本的 22.2%，2018-2020年對應(yīng)的市場空間約為 130 億元。

隨著風(fēng)電機(jī)組尺寸的增大及海上風(fēng)電的發(fā)展，葉片將越來越長且擁有更高葉尖線速度(至 120 米/秒)，未來風(fēng)電機(jī)組葉片的大型化和輕質(zhì)化將成為葉片發(fā)展主要方向。

目前，風(fēng)電葉片主要以玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，但為滿足風(fēng)電機(jī)組葉片的大型化和輕質(zhì)化要求，未來中國在風(fēng)電葉片的生產(chǎn)中將更多使用碳纖維。

按《中國風(fēng)電發(fā)展路線圖 2050》規(guī)劃， 2020 年、2030 年、2050 年應(yīng)用碳纖維的風(fēng)電機(jī)組市場份額預(yù)計將達(dá)到 22.16%、35.45%、61.70%。

齒輪箱的可靠性對風(fēng)機(jī)的壽命起著決定性的作用，尤其是海上大功率風(fēng)電齒輪箱。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱位于機(jī)艙內(nèi)部，是目前兆瓦級風(fēng)機(jī)傳動鏈中的薄弱環(huán)節(jié)，屬易過載和過早損壞率較高的部件，其成本占風(fēng)機(jī)總成本約 12.91%，2018-2020 年對應(yīng)的市場空間約 80 億。

發(fā)電機(jī)約占風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成本的 6%左右，其核心部件為轉(zhuǎn)子及支架、定子及支架、動定軸等。

目前雙饋式風(fēng)力機(jī)組采用的發(fā)電機(jī)包括同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)較同步發(fā)電機(jī)而言，需要的維護(hù)較少，更適合海上風(fēng)電場。相比雙饋式發(fā)電機(jī)，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)為低速多級發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)數(shù)低，磁極數(shù)多，體積和重量均比雙饋式風(fēng)機(jī)要大。

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)成本占風(fēng)電系統(tǒng)總成本的 15%左右，包括控制系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、油冷系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、變頻器、變槳系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、安全鏈等。

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)，用于監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運行參數(shù)。對機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)、脫網(wǎng)控制，以確保運行過程的安全性和可靠性。

同時還要根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向的變化，對機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，以提高機(jī)組的運行效率和發(fā)電量。

鋼材、永磁材料等關(guān)鍵原材料影響風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。鋼材用量約占機(jī)組總重量的 90%，鋼材的供給需求及價格波動將直接影響風(fēng)電成本。

永磁材料是影響直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵原材料，其需求將隨著直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組市場規(guī)模的擴(kuò)大而快速增加，這兩類材料的供應(yīng)應(yīng)得更多關(guān)注。

以目前中國已探明的稀土資源儲量(約 9030 萬噸)和產(chǎn)量增長趨勢來判斷，未來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)所需的永磁材料供應(yīng)量充足。

整機(jī)制造商市場份額集中，國內(nèi)外技術(shù)水平逐步縮小

風(fēng)電制造商紛紛布局大兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組。

隨著海上風(fēng)電裝機(jī)需求增長，風(fēng)電制造商積極布局海上風(fēng)電，研發(fā)大兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組。

5MW及以上風(fēng)電機(jī)組已逐漸成為國內(nèi)外主要風(fēng)電廠商的發(fā)展重點，國外8MW機(jī)組已完成商業(yè)化應(yīng)用，10MW機(jī)組也已經(jīng)到實驗樣機(jī)階段，其中維斯塔斯8MW風(fēng)電機(jī)組、Enercon7.5MW風(fēng)電機(jī)組、西門子7MW風(fēng)電機(jī)組、通用電氣6MW風(fēng)電機(jī)組、歌美颯5MW風(fēng)電機(jī)組等均得到了廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)風(fēng)機(jī)廠商如華銳風(fēng)電6MW、聯(lián)合動力6MW、金風(fēng)科技6MW、東方 電氣5.5MW、海裝風(fēng)電5MW等海上風(fēng)電機(jī)組陸續(xù)下線安裝，處于樣機(jī)試驗階段。

國內(nèi)海上發(fā)電機(jī)組面臨著技術(shù)缺乏有效驗證、標(biāo)準(zhǔn)缺失等明顯短板，與海外技術(shù)差距明顯。

我國海上風(fēng)電機(jī)組容量以3MW-4MW為主，5MW-6MW風(fēng)電機(jī)組多處于小批試驗階段，自主研發(fā)有所突破，但技術(shù)缺乏有效驗證，核心技術(shù)仍依賴于海外成熟技術(shù)。

同比之下，歐洲6MW海上風(fēng)電機(jī)組已形成產(chǎn)業(yè)化能力并批量安裝，8.5MW及9.5MW海上風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入樣機(jī)試運行階段，12MW的海上風(fēng)電機(jī)組也已經(jīng)開始進(jìn)設(shè)計，與國外技術(shù)水平仍有較大的差距。國內(nèi)海上風(fēng)電機(jī)組受限于規(guī)模生產(chǎn)及技術(shù)水平，國產(chǎn)替代有望降低高成本。

國內(nèi)機(jī)組一般由陸上風(fēng)電機(jī)組經(jīng)過防腐等適應(yīng)性改造后下海或是引進(jìn)海外成熟技術(shù)，國內(nèi)整機(jī)制造商并不掌握核心技術(shù)，尤其是大功率海上風(fēng)電機(jī)組。

由于無法實現(xiàn)國產(chǎn)化，受限于規(guī)模生產(chǎn)及技術(shù)水平，國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組造價成本較高，為5000-8000元/KW。

目前國內(nèi)陸上風(fēng)電機(jī)組由于完全國產(chǎn)化，使得造價成本全球最低，因此，只有針對中國海域海床條件和風(fēng)資源特點，自主研制具有核心技術(shù)的國產(chǎn)化海上風(fēng)電機(jī)組才是國內(nèi)海上風(fēng)電發(fā)展的出路。

海上風(fēng)電機(jī)組制造商數(shù)量較少，市場份額集中。

截至2017年底，海上風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)商共11家，其中累計裝機(jī)容量達(dá)到150MW以上的機(jī)組制造商有遠(yuǎn)景能源、金風(fēng)科技、華銳風(fēng)電等，市場份額高度集中。

2017年，中國海上風(fēng)電新增裝機(jī)319臺，容量達(dá)到1160MW，同比增長89.8%，共有8家制造企業(yè)有新增吊裝，主要有金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源和重慶海裝。

風(fēng)電塔架及樁基技術(shù)含量高，行業(yè)具有較高毛利率

風(fēng)塔是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈中風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分。

風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電項目的核心部分，風(fēng)塔成本約占風(fēng)電整機(jī)總成本的20%左右，約占海上風(fēng)電項目投資成本8%，為整套風(fēng)機(jī)提供支撐力。

其主要功能是支承風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械部件，發(fā)電系統(tǒng)(重力負(fù)載)，承受風(fēng)輪的作用力和風(fēng)作用在塔架上的力，具有足夠的疲勞強(qiáng)度，能夠承受風(fēng)輪引起的振動載荷，包括起動和停機(jī)的周期性影響、突風(fēng)變化、塔影效應(yīng)等。

除塔體外，其內(nèi)部通常有爬梯、電纜、電纜梯、平臺等結(jié)構(gòu)。

海底電纜是海上風(fēng)電項目開發(fā)重要環(huán)節(jié)

海底電纜是海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電較為主要的區(qū)別所在，海上風(fēng)電投資占比約為5-7%。

海上環(huán)境惡劣，對于海纜的制作工藝、運輸安裝、后期維護(hù)等提出很高要求。相較于陸上風(fēng)電，海纜廠家相比于陸纜廠家可選性少，海纜施工難度較大，需要專業(yè)的敷纜單位來完成，后期維護(hù)費用較高。

陸纜單公里費用約25~70萬元，相較于陸上電纜，35kV海纜單公里費用在70~150萬元(考慮不同截面)，220kV海纜單公里費用在400萬元，電纜投資增加較多，同時海纜投資規(guī)模同海上風(fēng)電投資規(guī)模同比增加。

海底線纜目前廣泛運用的是海底光電復(fù)合纜，直接降低了項目的綜合造價和投資，并間接地節(jié)約了海洋調(diào)查的工作量和后期路由維護(hù)工作。

海底光電復(fù)合纜即在海底電力電纜中加入具有光通信功能及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的光纖單元，使其具有電力傳輸和光纖信息傳輸?shù)碾p重功能，完全可以取代同一線路敷設(shè)的海底電纜和光纜，節(jié)約了海洋路由資源，降低制造成本費用、海上施工費用和路岸登陸費用。

我國近兩年建設(shè)的近海試驗風(fēng)電場全部采用海底光電復(fù)合纜實現(xiàn)電力傳輸和遠(yuǎn)程控制。

海上風(fēng)電安裝船及運維市場開啟，發(fā)展前景廣闊

海上風(fēng)電機(jī)組安裝專用船的短缺是導(dǎo)致海上風(fēng)電場開發(fā)成本高昂的關(guān)鍵因素之一。

海上風(fēng)電安裝船是高度精密的海上設(shè)施，能將風(fēng)機(jī)和基礎(chǔ)安裝設(shè)備運輸至風(fēng)電場址，并配備適合各種安裝方法的起重設(shè)備和定位設(shè)備。

早期的安裝船舶都是借用或由其他海洋工程船舶改造而成，但隨著風(fēng)機(jī)的大型化，起重高度和起重能力的要求提高，海上風(fēng)機(jī)安裝的專用船舶需求增長。

海上風(fēng)電安裝船的建造周期較長，需要2-3年時間，需要提前訂購來滿足預(yù)期的市場需求。

目前，我國海上風(fēng)電技術(shù)支撐相對薄弱，對海上風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計施工、研究試驗不足，海上風(fēng)電安裝專用船舶短缺，這些因素直接導(dǎo)致海上風(fēng)電開發(fā)成本過高。專用安裝設(shè)備需求顯現(xiàn)，發(fā)展前景驅(qū)動企業(yè)布局。

隨著海上風(fēng)電全面提速，對專業(yè)船舶需求日益增長。國內(nèi)船舶制造企業(yè)積極布局海上風(fēng)電安裝設(shè)備及平臺。

中船重工(重慶)海裝風(fēng)電設(shè)備公司投重金用于海上風(fēng)電設(shè)備研制，其中重要一項就是要建造海上風(fēng)電安裝船;中船集團(tuán)708所也自主研發(fā)，為南通海洋水建設(shè)計了我國首艘自升式海上風(fēng)電安裝船“海洋38”號。

龍源振華大力發(fā)展海上風(fēng)電安裝設(shè)備，目前擁有世界最大安裝船“龍源振華三號”。此外，也有諸如江蘇盛裕風(fēng)電設(shè)備有限公司等民營企業(yè)提前布局，希望搶占海上風(fēng)電安裝的先機(jī)。大規(guī)模海上風(fēng)電項目投運，海上運維市場開啟。

海上風(fēng)電風(fēng)險較大，機(jī)組故障率高，維修工作大，需要定期或不定期的對海上風(fēng)機(jī)及升壓平臺進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，海上運維市場前景廣闊。

由于國內(nèi)海上風(fēng)電處于初步發(fā)展階段，國內(nèi)海上風(fēng)電尚無長期運營經(jīng)驗和成本數(shù)據(jù)積累，海上運維市場尚處于起步階段。根據(jù)目前國內(nèi)已建成的海上風(fēng)電場運維情況看，海上運維工作量是陸上的2-4倍，費用遠(yuǎn)超陸上風(fēng)電。

盡管海上運維門檻高、起步晚，但隨著我國海上風(fēng)電的發(fā)展，未來將形成陸上運維和海上運維市場的細(xì)分格局