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风电轴承行业分析(风电轴承龙头企业)

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-02-09   来源:风力发电机   作者:风电叶片   浏览次数:221
核心提示:(报告出品方/作者:国金证券,满在朋)1. 三大驱动因素共筑风电赛道高景气1.1 驱动因素一:双碳政策推动能源转型,风电装机持续性强全球能源转型趋势明显,可再生能源规模实现十年翻倍。根据 IRENA 数据 显示,全球气候变暖大背景下,各国加快新能源开发利用,全球可再生能 源累计装机规模从 2010 年的 1222GW 提升至 2020 年的 2733GW,实现 十年规模翻倍。风力发电作为可再生新能源发电重要手段,行业发展确定 性强。风力度电成本下降显著,陆上风电已成为全球成本较低的能源形式。根据 IDEN

   

(报告出品方/作者:国金证券,满在朋)1. 三大驱动因素共筑风电赛道高景气1.1 驱动因素一:双碳政策推动能源转型,风电装机持续性强全球能源转型趋势明显,可再生能源规模实现十年翻倍。
根据 IRENA 数据 显示,全球气候变暖大背景下,各国加快新能源开发利用,全球可再生能 源累计装机规模从 2010 年的 1222GW 提升至 2020 年的 2733GW,实现 十年规模翻倍。
风力发电作为可再生新能源发电重要手段,行业发展确定 性强。
风力度电成本下降显著,陆上风电已成为全球成本较低的能源形式。
根据 IDENA 数据,全球陆风、海风成本十年来下降明显,2021 年陆上风电成 本仅为 0.033USD/KWh,低于其他所有能源形式的度电成本,为其持续发 展奠定基础。
风电行业高速发展背景下,全球风电装机量持续提升。
根据 GWEC 数据显 示,2021 年全球风电累计装机量达 837GW,同比增长 12.4%。
新增装机 量近两年持续保持较高水平,2021 年新增装机共 93.6GW,其中海上风电 新增装机 21.1GW。
各国对对能源安全和净零排放需求迫切,全球风电产业的未来发展预期日 趋积极。
根据 GWEC 预测,2022-2026 年全球风电装机容量将累计新增 556.93GW,年复合增长率 6.37%。
聚焦我国,政策层面上,在“碳达峰,碳中和”背景下,我国持续加大可 再生能源开发力度。
近年来,我国出台一系列政策鼓励支持风电产业持续 发展。
以 2021 年《“十四五”规划》为例,定下大力提升风电规模,加快 发展东中部分布式能源,有序发展海上风电。
我国风电装机需求增长,风力发电占总发电量比重持续提升。
根据国家能 源局数据显示,2021 年我国风电累计装机 328.5GW,占比国内发电装机 总量的 13.8%。
风电装机量持续上升的背景下,风电发电量占全国发电总 量比例持续上升,2021 年我国风力发电量占全国发电总量的 8.04%。
当下我国贡献风电装机市场主要份额。
根据 GWEC 数据显示,2021 年我 国风电新增装机占比全球总新增量的 50.91%。
目前我国已成为全球最大陆 上风电装机国家,累计装机容量占比全球 40%。
各省陆续出台“十四五”期间风电装机规划,十四五期间我国 29 个省份风 电新增装机规划容量合计达 310GW。
根据《电力增长零碳化(2020– 2030):中国实现碳中和的必经之路》报告预计,2030 年风电总装机容量 达 8.7 亿千瓦(对应 870GW),年均复合增速达 11.43%。
1.2 驱动因素二:风机大型化协同降本,推动风电行业周期转成长复盘风电装机历史,受政策补贴等影响,风电行业具备周期性。
2004 年开 始国家出台相关鼓励政策,风电行业开始快速发展,2008-2010 年经历跑 马圈地,我国风电新增装机量开始快速增长;2011-2013 年电网建设滞后, 国产风电机组质量不稳定,期间装机量增速放缓。
2013 年弃风率明显下降, 风电装机量开始回升。
2014 年国家首次下调风电上网标杆电价后,2015 年引发抢装潮。
2019 年“双碳”目标提出,国家再次下调风电上网电价, 补贴政策逐渐退坡使得陆风和海风在 2020、2021 年分别迎来抢装热潮。
政策补贴退坡后,大型化协同风机降价等因素有望推动风电行业周期转成 长。
风电项目 IRR 提升是风电装机的直接驱动因素,IRR 与发电收入与投 入成本有关。
收入端,风电平价,单瓦电价稳定,同时风机大型化带动发 电效率、发电小时数提升,电网测智能化等使得弃风率下降,发电收入端有望上升;成本端,风机大型化摊销成本,同时风机招标价格持续下降, 带动风电初始投资成本下降。
因此未来风电项目 IRR 有望持续上升,从而 带动装机量持续提升。
催化一:风电平价推动发电收入端维持稳定。
风电平价后上网电价稳定, 2021 年陆风进入平价时代,新建陆上风电项目上网电价按各省燃煤发电基 准价执行。
同时自 2022 年起,我国取消对新增并网海上风电的补贴, 2022 年或为海上风电平价元年。
风电平价后,上网电价稳定,发电收入端 有望维持稳定。
催化二:风机大型化是风电降本重要手段。
设备成本方面,规模化效应增 强,有望摊薄风机制造成本;非设备成本方面,相同装机容量下风机台数 减少,对应的建设、运维成本费用减少;此外,大型化风机对应高塔筒和 大叶片,风机容量增大提升扫风面积,有效提高发电小时数及发电量,间 接起到降本增效的作用。
当前风电机组持续大型化,单机容量功率明显提升。
根据 CWEA 数据统计, 截至 21 年国内陆风平均单机容量达到 3.1MW,海风平均单机容量达 5.6MW,目前陆上风电主流装机机型为单机容量 3MW 以上的风电机组, 单机容量 4-5MW 的风电机组开始小批量应用于部分陆上风电场
海上风 电方面,主流新增机型单机容量为 5MW 以上。
风电装机结构方面,高功率风机占比提升。
根据 CWEA 数据统计,我国风 机机组累计装机容量的功率主要集中在 2-2.9MW。
截至 2021 年,2.0MW 以下(不含 2.0MW)累计装机容量同比下降 6pcts;2.0-2.9MW 累计装机 容量同比下降 5pcts;3.0MW 及以上风电机组累计装机容量占比达 23%, 同比增长 1pct 左右。
根据《平价时代风电项目投资特点与趋势》可以看出,在仅考虑风电机组 点位影响的同一项目为例,当单机容量由 2MW 提升到 4.5MW 时,项目投 资成本降低,LCOE 可降低至 0.0468 元/kwh。
随着风电机组单机容量提升, 项目度电成本明显下降。
催化三:风机投标均价持续下降,单瓦投资成本降低。
近年来风机投标价 格呈现明显下降趋势,根据金风科技公开数据表示,2021 年年初陆风风机 中标均价为 3030 元/kw 左右,2022 年 9 月中标均价为 1808 元/kw,降幅 高达 40%,风机价格的持续下降将带动风电初始成本的下降。
催化四:弃风限电缓解,下游运营商对风电消纳能力提升。
2016 年我国平 均弃风率为 17%,部分“三北”地区由于配套电网规划建设滞后、部分地 区弃风限电现象严重,2016 年开始我国出台一系列针对可再生能源消纳的 政策推动,弃风限电情况持续好转,2020 年我国平均弃风率为 3%。
同时 伴随电网智能化,风电消纳比例近年持续提升,装机可持续性明显增强。
1.3 驱动因素三:海上风电需求高增,推动行业成长相较陆风,海上风电优势明显,整体风机利用率更高,单机容量更大,年 运行小时数最高可达 4000h 以上,海上风电效率相较陆上风电年发电量多 出 20%-40%。
同时,我国海风资源丰富、海上风力供给更充足、气流均匀 等使得风电机组运行更加平稳,海上风电是风电未来发展的重要方向。
海风平价已至,成长属性凸显。
2022 年前三季度,风电项目招标规模 73.6GW,已超过去年全年招标量,预计全年招标量有望达到 90-100GW 左右。
考虑到风机从中标到确认收入的周期需要半年到一年的时间,上一 年风机招标量基本决定当年新增装机规模,2023 年风机交付与并网有望大 幅增长。
根据国金电新组统计,2022 年海风招标 15.87GW。
我国海上风电发展迅速,2021 年新增装机创历史新高。
根据国家能源局数 据,2021 年我国海上风电新增装机量达 1690 万千瓦,同比 2020 年增长 452.29%,是此前累计建成总规模 1.8 倍。
截至 2021 年底,我国风电累计 装机规模达到 26.39GW,渗透率(即海上风电累计装机容量占比)从 2016 年的 1%提升至 2021 年的 8%左右。
随着陆风政策补贴转向海上补贴, 加之海上风电大叶片等趋势推进,预计我国海上风电渗透率将持续提升。
地方政府加快推进海上风电,“十四五”期间,部分省份针对海上风电项目 提出规划,目前根据各沿海省市发布的海风建设规划,2021-2025 年各省 市(不完全统计)新增海上风机约 52GW。
按照已发布规划,新增规模最 大的前三个省份是广东、山东和江苏,海上新增规模分别约为 17、10、 9GW。
政策推动下,海上风电降本有望继续。
2. 风电轴承环节:风机大型化驱动国产化步入深水区轴承作为“机械的关节”,其主要功能是支承旋转轴或其他运动体,引导转 动或移动运动并承受由轴或轴上零件传递而来的载荷。
根据轴承工作时运 转的轴与轴承座之间的摩擦性质,轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。
滚动轴承作为轴承工业的主要产品,一般由内圈、外圈、滚动体和保持架 四部分组成。
滚动轴承的外圈和内圈统称为轴承套圈。
滚动体一般分为球 和滚子两种,具有减少内圈和外圈在相对旋转过程中摩擦的作用。
轴承产业链上游原材料主要由轴承钢以及少部分非金属材料,轴承下游广 泛应用于各类工业领域,根据中国轴承工业协会数据统计,2020 年我国轴 承行业下游前三大应用领域分别为汽车、家用电器、电机,其他还包括工 程机械、风电、冶金、农机等领域。
轴承市场空间广阔。
根据 Grandview Research 数据,2020 年全球轴承市 场规模为 1187 亿美元,预计从 2021 年到 2028 年,年复合增长率 CAGR 为 8.5%,2028 年市场规模有望达 2280 亿美元。
根据中国轴承工业协会 数据显示,2021 年我国轴承行业市场规模约 2278 亿元左右。
目前,在全球范围内,轴承行业经过多年产业竞争后,形成集中在瑞典、 德国、日本、美国四个国家的八家大型轴承企业垄断竞争的态势。
世界八 大轴承企业包括瑞典 SKF(斯凯孚)、德国 Schaeffler(舍弗勒)、日本 NSK(恩斯克)、日本 JTEKT(捷太格特)、日本 NTN(恩梯恩)、美国 Timken(铁姆肯)、日本 NMB(美蓓亚)、日本 NACHI(不二越),“世界 八大轴承企业”在国际轴承市场的市场占有率合计达到 70%以上。
同时国 内厂商轴承市场份额较为分散。
我国轴承行业拥有五大产业群,浙东地区擅长精密中小型轴承。
我国轴承 产业主要集中在东北地区、河南洛阳地区、山东聊城地区、浙东地区和苏 南地区。
东北地区主要代表企业为哈尔滨轴承和瓦房店轴承两家国有企业, 优势产品为重大装备类轴承、调心滚子轴承等。
洛阳地区主要以国企洛阳 LYC 轴承为代表,优势产品为重大装备类轴承、特大型轧机轴承等。
随着 我国市场化程度的提高,浙东地区(慈溪、新昌、常山)及苏南地区(苏 州、无锡、常州)的民营轴承企业开始崭露头角,并逐渐成为我国轴承行 业的主力军,主要擅长制造精密中小型轴承。
2.1 风电轴承:轴承环节成长属性强 ,市场规模百亿级别风电轴承为风电设备的核心零部件,可分为变桨、偏航轴承和传动系统轴 承(主轴、增速器及电机轴承)两大类,通常由外圈、内圈、滚动体和保 持架四种零部件组成。
一般一台双馈式或半直驱风电机组由 1 套主轴轴承、 3 个变桨轴承、1 个偏航轴承以及变速箱(可达 20 个)和电机轴承(2 个) 组合而成。
直驱式风机没有齿轮箱结构,不需要齿轮箱轴承。
轴承在工作时会受到径向力和轴向力,不同工作位置上其力学特性和承载 能力各有不同,因此具有不同结构设计。
常见的主轴轴承有三种:调心滚 子轴承、圆锥滚子轴承和三排圆柱滚子轴承。
调心滚子轴承多用于双馈、 5MW 以下机型,其优点在于抗挠动性较强。
直驱和半直驱型风机主轴轴承 一般采用圆锥滚子轴承和三排圆柱滚子轴承,适用于更大单机容量机组。
同时三排圆柱滚子轴承可以用作独立变桨轴承,双排球轴承通常作为传统 的偏航变桨轴承使用,目前也有少部分偏航轴承采用滑动轴承技术。
轴承在风机中价值量占比方面约为 5%-7%。
根据电气风电招股说明书,叶 片、齿轮箱、发电机、轴承、铸件分别占比 19%、10%、8%、7%、5%。
根据三一重能招股说明书,在双馈的技术路线中,轴承成本占比约为 5%。
风电轴承在风电设备中国产化率较低。
根据 Wood Mackenzie 数据统计, 目前风电塔筒已基本实现 100%国产,发电机、机厂、齿轮箱等环节国产 化率较高,主轴轴承和偏航/变桨轴承国产化率较低,主要系风电轴承研发 制造需要较强技术积累以及长期验证,目前技术壁垒较高,国产替代亟需 突破。
盈利能力方面,轴承环节表现出较高毛利率水平,21 年毛利率达 31.6%; 整机、叶片、锻件/法兰毛利率水平较低,分别为 19.3%、11.7%、19.9%。
21 年受原材料成本上升影响,风电产业链各环节毛利率均有所下降。
大型化趋势下,轴承环节呈现明显抗通缩属性。
伴随机型容量增大,单兆 瓦容量对应机组部件重量会有所下降。
根据三一重能公告采购价格数据显 示,随着风电机组容量的提升,风电整机单位价值量下降明显下降,主轴 轴承、偏航变桨轴承环节未表现出明显通缩属性,价值量未随风机容量的 增加被摊薄。
在风机大型化趋势下,随着价值量占比提升,轴承环节在风 电行业更具成长性,有望扩大轴承市场空间。
我们认为未来风电装机量有较强成长性,通过测算,预计 2025 年风电轴 承新增市场规模有望达到 340 亿元。
其中主轴轴承市场规模约为 116.3 亿 元,偏航变桨轴承约为 137.8 亿元,齿轮箱轴承市场规模约为 85.6 亿元。
新增装机规模:预计 2022 年我国风电招标规模将达 90-100GW。
根据 现有招标水平以及“十四五”风电规划,预计 2022-25 年国内风电装 机分别为 50/80/88/100GW。
分功率新增装机比例:根据 CWEA 数据,21 年 3.0MW 以下、3.0- 4.9MW 、 5.0-6.9MW 、 7.0MW 及 以 上 新 增 装 机 量 占 比 分 别 为 19.9%/56.6%/20.3%/3.1%。
风机新增装机呈现出明显的大型化趋势, 预计未来 3.0MW 以下、3.0-4.9MW 容量的风机将逐渐出清,7.0MW 及以上容量有望成为主流机型。
轴承单位价值量:具体单位价值量主要参考新强联公告,考虑到 20 年 抢装潮后风电零部件价格下降,21 年价格有所下滑。
在当前风机大型 化趋势下轴承具备一定抗通缩能力,同时小功率轴承市场竞争激烈, 价格偏低,大功率轴承的技术壁垒较高,存在一定溢价。
当前风电轴承制造商主要包括舍弗勒、SKF、Timken、Rothe Erde 等海外 企业以及国内瓦轴、洛轴、新强联等企业。
从产品布局来看,外资舍弗勒、 SKF 实现从主轴轴承到齿轮箱轴承、发电机轴承全覆盖。
本土厂商目前受 限于技术水平和生产规模,主要发力中低端市场。
2.2 主轴轴承:技术壁垒较高,国产替代空间大主轴轴承作为风机主传动链系统的关键部件,不仅要承受风力载荷,还要 承受主轴、齿轮箱的重力载荷,工况复杂。
主轴轴承常见配置主要为三点 式支承、二点式支承和单点式支承。
一般双馈式风机主轴轴承采用调心滚 轴承,直驱和半直驱风机主轴轴承采用单列或双列圆锥滚子轴承。
主轴轴承工艺制造要求高,具备更高产品附加值。
根据新强联公告,主轴 轴承产品价格明显高于偏航变桨轴承。
同时伴随风机大型化趋势下,大功 率主轴质量要求更高,价格更贵,3MW~4MW 主轴承销售单价(不含税) 约为 50 万元,4MW~6MW 主轴承销售单价(不含税)约 60 万元。
当前主轴轴承、齿轮箱轴承以及发电机轴承国产化程度较低。
根据中轴协 轴承协会数据,2020 年我国风电轴承销量国产化率较低,仅为 16.3%,其 中主轴轴承国产化率 33%,齿轮箱轴承国产化率 0.6%,发电机轴承 0.22%。
分功率来看,在风机大型化趋势下,大功率主轴轴承工况载荷复 杂,工艺要求较高,同时研发、验收周期长,目前市场份额仍集中在舍弗 勒、SKF 等外资厂商手中。
根据 Wood Mackenzie 数据表明,高端市场被瑞典 SKF、德国舍弗勒、日 本 NSK、日本 JTEKT、日本 NTN、日本 NMB、日本 NACHI、美国 TIMKEN 这四个国家八家大型跨国轴承企业所垄断。
2020 年舍弗勒、SKF、 NTN 等外资厂商三家加总达 65%,我国本土厂商洛轴、瓦轴市占率仅 4%。
当前各厂商主轴轴承使用技术路径有所不同。
以国内厂商为例,洛轴主轴 轴承主要为调心滚子轴承,瓦轴主轴轴承包括双列调心滚子轴承和单列圆 锥滚子轴承,新强联主轴轴承包括双列圆锥滚子、三排圆柱滚子、单列圆 锥滚子轴承。
当前主轴轴承国产化水平较低主要在于技术壁垒较高,包括设计、材料、 冷热处理工艺以及设备方面。
同时大功率轴承研发周期、验收周期较长, 实现国产替代需要长时间模拟测试验证产品性能。
设计:除风力载荷外,主轴轴承还要承受主轴、叶轮的重力载荷,工 况复杂。
因此在设计时,要求轴承具备良好的抗冲击性能、灵活的调 心性能、优异的滚道抗疲劳性能。
材料:要求抗疲劳寿命长,脆性夹杂物以及大颗粒夹杂物对寿命造成 影响,因此需要提高轴承钢的洁净度,减小钢中夹杂物的含量与尺寸, 提高碳化物的均匀性。
此外,主轴轴承的硬度、强度、心部韧性与选 材关系密切。
为提高零件硬度、保证心表硬度一致,要求材料具有良 好的淬透性、淬硬性及工艺适应性。
目前,大兆瓦风电主轴轴承多采 用渗碳钢、高淬透性钢和中碳合金钢。
工艺:大兆瓦主轴轴承工艺制造难度增加较多,如冷加工尺寸精度、 热处理变形、滚动体修形、滚道凸度、材料内部组织控制,更优的表 面处理技术,包括如何解决边界摩擦以及外界污染物介入后的润滑问 题等。
国内企业开始掌握无软带淬火技术,国产替代有望加速。
轴承的工作条件 要求整个圆周环形辊道表面具有稳定的力学性能及均匀的淬硬层,而软带 的存在将导致该区域容易受到磨损。
无软带淬火设备可以实现轴承套圈中 频淬火无软带,淬火硬度均匀。
近年来以新强联等厂商采用先进无软带淬 火设备可提高轴承的承载能力和可靠性,提高轴承使用寿命,该技术的应 用有望推进国产主轴轴承替代进程。
国产品牌价格普遍低于进口品牌,更具价格优势。
根据 CWEA 表示,调心 滚子轴承由于应用时间较早,原材料和工艺加工较为成熟,价格因规格尺 寸不同大概在 9 万~15 万元,较进口产品低约 40%~50%。
圆锥滚子轴承 价格在 20 多万元,比进口产品低 20%~30%。
三排圆柱滚子轴承故障率低 于国外产品,可完全实现进口替代,价格比国外产品低 20%~30%。
根据 三一重能公司主轴采购数据,针对不同功率主轴轴承,外资 SKF 价格普遍 高于瓦轴、洛轴为主的国内供应商产品价格。
风电主轴轴承进入高速发展期,国内主要轴承企业持续推进风电主轴轴承 国产化进程,各家均在大功率轴承方面不断进行突破。
以新强联为例, 2022 年 7 月公司 12MW 海上抗台风型风力发电机组主轴轴承下线,实现 了 3-7MW 风机单列圆锥滚子轴承的小批量生产。
部分国内轴承厂商绑定 头部风电主机厂,一方面可以得到试装测试机会,通过实践经验积累提高 轴承产品技术水平,另一方面也为轴承订单

 
关键词: 风电叶片 风电塔筒
 
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