风电行业高景气,装机规模有望持续增长。
根据GWEC统计,2022-25年全球风电总装机为101/102/106/119GW,年复合增速6%,其中海风装机9/13/14/25GW,年复合增速41%。
我们预计2022-25年我国风电新增装机有望达50/80/88/100GW。
我们认为当下驱动风电行业持续成长的因素有三,因素一:双碳政策环境下“十四五”期间我国各省风电总装机规划达310GW,2021-22年我国风电新增装机仅100GW左右,未来三年风电年均新增装机有望超70GW;因素二:风机大型化协同降本推动行业周期转成长,收入端上升(风电平价,同时风机大型化带动发电效率、发电小时数提升)和成本端下降(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)驱动风电项目IRR上升,有望推动装机量持续提升;因素三:海上风电高景气,预计海风新增装机22-25年5/12/15/18GW,年复合增速达53%。
我们测算25年我国风电轴承市场空间有望达340亿元,2022-25年年复合增速可达31.6%。
风电轴承是连接机组中传动、偏航和变桨等系统转向的重要部件,位于风电行业产业链上游,行业整体毛利率约为30%左右,为高附加值环节。
风电轴承作为风电零部件国产化率较低的环节,在风机大型化趋势下,其单位价值量占比持续提升,具备较强成长性。
根据我们测算,2025年我国主轴轴承、偏航变桨轴承、齿轮箱轴承市场规模有望分别达到116/138/86亿元。
风电大型化趋势下,轴承环节成长属性较强,有望逐步实现国产化。
主轴轴承是风机中单价最贵、技术壁垒较高的轴承。
目前主轴轴承国产化率约33%,低功率机型虽已基本实现进口替代,而大功率机型主轴轴承市场仍由SKF、舍弗勒等外资厂商主导。
目前国内头部厂商开始掌握无软带淬火技术,同时在降本趋势下国产品牌价格普遍低于进口品牌。
当下国内企业处于大兆瓦主轴承的研发、样机试用阶段,我们判断主轴轴承将逐步实现国产化。
偏航变桨轴承技术含量略低于主轴轴承,毛利率约为主轴轴承的一半。
国内厂商的技术已较为成熟,瓦轴、洛轴、新强联、京冶、天马等厂商目前占据国内市场主导位置。
我们认为独立变桨轴承在大型化和海上风电高景气趋势下有望加速渗透,目前能够生产独立变桨轴承的厂商较少,仅有如新强联、天马等将三排圆柱滚子轴承应用于变桨轴承。
齿轮箱轴承技术含量较高,品类繁多,占齿轮箱总成本20%以上,当下基本依赖进口,目前国内只有极少数轴承厂商处于起步阶段。
投资建议22年风电招标量高景气下有望推动23年风电装机大年。
同时风机大型化协同海上风电发展趋势下,风电轴承作为国产替代属性较强的零部件环节,伴随上游原材料价格逐步企稳、下游需求扩大后,国内轴承厂商有望实现业绩高速增长。
风电轴承环节建议关注三个细分方向:1. 受益国产替代,具备高成长性的大功率主轴轴承;2. 大型化趋势下渗透率有望提升的独立变桨轴承;3. 有望应用在齿轮箱中实现从“0”到“1”的新产品轴承如滑动轴承。
建议关注:风电轴承国产化领头企业新强联、积极切入轴承领域的锻件龙头恒润股份、风电滚子核心供应商五洲新春以及自润滑龙头企业长盛轴承。
风险提示风电新增装机量不及预期风险;市场竞争加剧;原材料价格上涨风险。
目录►►►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