投研笔记9——风电产业链概览

最近开始思考如何快速的看一个行业并且挖掘出其中最具有价值、最具有成长性的公司,首先必须要对该行业有一个整体的了解,分析其发展历史与未来趋势,然后对产业链进行切分,找出其中议价能力、壁垒最强的一环,最后再同一领域内横向比较,再下沉至企业本身。重新梳理了一下风电产业链。

Part1

风力发电产业链概览

风电产业链可以简单分为上游的原材料,中游零部件和整机厂商及下游的运营商。

上游原材料方面主要指风电叶片的原材料,主要为树脂、玻纤、夹芯材料。

中游包含零部件和整机。零部件主要包括叶片、齿轮箱、发电机、塔架、主轴和制动系统等,风电最核心的零部件是发电机组。发电机组包括风轮、发电机等;风轮由叶片、轮毂、加固件等组成。风电整机制造企业在制造业务板块通常采取总装方式,对主材部件采取定制外购方式。

产业链的下游是风电运营。前期投入高、项目周期长,以大型新能源发电集团为主,主要是“五大四小”,“五大”是华电集团、华能集团、国电集团、大唐集团和国家电投,“四小”是华润电力、国华电力、国投电力、中广核,合计占比在70%左右。

Part2

风力发电原理&风机构成

▍风力发电原理

风力发电的原理是利用风力带动风机叶片旋转,再透过增速装置也就是齿轮箱来提升转速,驱动发电机发电,将风能转化为机械能源,然后利用变流器把直流电转换成交流电。

▍风机构成

一套风电机组(风机)由叶片、齿轮箱、电机、轴承、风塔、机舱罩、控制系统等部件组成,风塔是整套风机的支撑,如下图所示:

(1)叶片:叶片是吸收风能的单元,用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。叶轮的转动的风作用在叶片上产生的升力导致。由叶片、轮毂、变桨系统组成。每个叶片有一套独立的便将机构,主动对叶片进行调节。这里要提到风力感应器(又称风向标/测风仪),风力感应器感应风力大小和风向,传导至变桨系统对叶片进行调整,使之与风向形成最佳角度。控制系统也会根据风力大小进行调节使整体风机处于最佳运行效能状态。

叶片风机叶片尺寸呈上升趋势。据分析,叶片直径增加27.5%可使得度电成本下降30%,大型叶片的技术壁垒较高,要求叶片大、重量轻、强度高,目前前五的市占率达70%左右。中材科技,叶片市场连续九年市场占有率第一,主供金风科技

(2)变桨系统:变桨系统通过改变叶片的桨距角,使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态,当风速超过切出风速时,使叶片顺桨刹车。

(3)齿轮箱:齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机,并使其得到相应的转速。

齿轮箱位于机舱内部,是目前兆瓦级风机传动链中的薄弱环节,属易过载和过早损坏率较高的部件。分为半直驱和双馈机型两种技术路线,各有优势。

(4)发电机:发电机是将叶轮转动的机械能转换为电能的部件。分为双馈异步发电机与同步发电机。转子与变频器连接,可向转子回路提供可调频率的电压,(金属加工真不错)输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。

(5)偏航系统:偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式,与控制系统相配合,使叶轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩,以保障机组安全运行。

(6)轮毂系统:轮毂的作用是将叶片固定在一起,并且承受叶片上传递的各种载荷,然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。

(7)底座总成:底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。通过偏航轴承与塔架相连,并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。

(8)风电轴承:轴承是国产化程度最低的风电结构件。配套大功率机型的高端轴承主要依赖进口,国内洛轴、瓦轴、新强联等企业虽然已经实现相关产品出货,但合计市占率不到10%。变桨偏航轴承主要用于调整风机朝向及叶片桨距角,已经实现了相对较高的国产化率。

(9)塔架:风电塔架主要原料是钢板,主要指标是稳定性,客户壁垒大于技术壁垒。国内由天顺风能泰胜风能大金重工以及天能重工四家占据,四家在沿海及三北地区冯风场均有多个生产基地。

(10)控制系统:控制系统是用于监视电网、风况和机组的运行参数。对机组进行并网、脱网控制,以确保运行过程的安全性和可靠性。同时还要根据风速、风向的变化,对机组进行优化控制,以提高机组的运行效率和发电量。

(11)风电整机:风电整机制造厂商负责风电机组的研发、主要核心部件叶片等的制造、整机组装和调试以及投标、销售,风电机组的其他配套零部件由供应商按照公司提供的技术标准进行生产。风电整机制造国内竞争力强,全球前10大有6家是中国公司,国内前10没有国外的,金风科技、远景能源和明阳智能三足鼎立。

▍风机三种主流技术路线

从技术路线来看,风电机组按照传动链划分可分为双馈型、半直驱型、直驱型。双馈与直驱路线同时出现,主要区别在于有无齿轮箱

相比双馈风机,永磁直驱风机取消了增速齿轮箱,风轮轴直接和发电机轴直接相连,转子的转速随风速的变化而改变;

半直驱风机综合了直驱与双馈风机的优势:相比双馈风机,半直驱风机采用的中速齿轮箱避免了前者的多级齿轮箱导致故障率偏高的问题,可靠性更强;与直驱风机相比,半直驱风机体积和重量减少,更易运输和吊装,且半直驱风机更易实现紧凑型设计,减少风机单千瓦原材料的用量,制造与运输成本更低。

主流风电机组技术路线梳理:

同MW不同厂商不同路线机型对比:

Part3

风机成本占比、毛利情况

齿轮箱、叶片、发电机、塔筒、轴承是风机成本中占比较高的环节。主轴轴承是风电产业链中国产化程度最低的环节,主要原材料为钢锭。

▍产业链利润分配情况(毛利率)

下游投资运营商>上游零部件制造商>中游整机商。

风电产业链的制造端,零部件中的主轴、轴承、法兰、电缆、变流器毛利率较高,塔筒、 叶片其次,整机环节处于制造端最低。随着风电平价、原材料价格上涨、产业竞争加剧,风电产业链各环节利润受到压缩,近两年毛利率大幅下降。

【叶片】

风电叶片市场集中度较高,国内头部企业为时代新材中材科技。中材科技叶片2021年毛利率15.76%,时代新材叶片毛利率9.76%。

风电叶片制造成本中原材料成本达 70%以上,增强纤维和基体树脂合计占总成本价格 60%以上,芯材、结构胶占比均超过 10%。

【塔筒】又名塔架 

国内CR4合计不到30%市场份额,主要代表企业是大金重工泰胜风能天顺风能

大金重工风电塔筒2021年毛利率22.32%,泰胜风能塔架2021年毛利率14.48%,天顺风能塔架2021年毛利率12.07%。

【塔筒法兰】

恒润股份2021年毛利率33.07%。

【齿轮箱】

全球CR3合计66%。南高齿(港股:中国高速传动)的产能占比为23.72%,为全球第一,采埃孚份额22%左右。中国高速传动毛利率14%~20%。

【发电机】

成本占比7.5%。中电电机发电机毛利12%~25%

【铸件(轮毂、底座)】

全球CR5合计60%,集中度较高。日月股份市占率20%以上,大兆瓦铸件市占率50%。单兆瓦机组消耗20吨铸件,机组大型化带来技术壁垒,大小兆瓦机型单吨存在2000-3000元的价差;铸件大型化有利于保持厂商的定价优势和盈利水平。

日月股份风电行业2021年毛利率20.24%。

【轴承】壁垒高,国产替代进行时。

轴承的主要功能是支撑机械旋转体,降低其运动过程中的摩擦系数,并保证其回转精度。

全球CR3合计64%,主要是国外厂商为主。在风电轴承环节,偏航和变桨轴承国产化程度已经较高,而风电主轴轴承主要由国外垄断。

目前国内厂商主要集中在2MW及以下风电轴承,对于3MW及以上风电轴承,由于技术难度高,国内生产还处于起步阶段。新强联处于国内领先地位。新强联回转支承业务2021年毛利率32.15%。

【主轴】壁垒性不高,原材料成本控制是关键

全球CR2合计50%以上,金雷股份份额全球第一,份额30%以上,其次是通裕重工。金雷股份2021年风电主轴毛利率39.73%。

【机舱罩】

A股相关公司是双一科技。双一科技风机配套业务2021年毛利率26.5%

【变流器】

A股相关公司是阳光电源禾望电气

阳光电源风能变流器毛利24%,禾望电气新能源电控业务(风电变流器+光伏逆变器)毛利率32.72%

【海缆】

代表企业中天科技东方电缆。中天科技新能源材料业务2021年毛利率15.13%。

【风电整机】

代表企业为金风科技明阳智能电气风电。金风科技2021年整机毛利率为22.58%,明阳智能风电整机业务2021年毛利率为19.16%。电气风电2021年毛利率为16.4%。

【风电运营】

代表企业为中国电建、银星能源节能风电

银星能源风力发电业务2021年毛利率为38.31%,中国电建新能源发电业务2021年毛利率为58.14%。

接下来会对产业链的每个环节进行横向分析。

- END -


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全部评论

四七投研笔记2022-10-04 10:15

因为有些公司半年报没有披露细分业务板块的毛利率,为了能对比采用2021年报数据

中小微股东2022-10-01 21:16

2021金风整机业务毛利率17%

默默守护Zz2022-09-24 17:36

每天收盘,来心里按摩.

假装在投资v2022-09-24 11:41

采用21年年报指标是不是有些过时了?今年产业链利润整机应该超过零部件了,明阳毛利25%了。