证券研究报告 电力设备及新能源行业/行业深度报告 领先大市（维持） 2023年11月11日 风机大型化推动行业降本，关注齿轮箱与叶片技术升级 分析师：张文臣 S0910523020004 周 涛 S0910523050001 联系人：申文雯 S0910123030032 本报告仅供华金证券客户中的专业投资者参考 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 核心观点 u 风机大型化叠加国产化持续推动行业降本增效，齿轮箱与叶片是关键。风力发电机组是传统的机电产品，降本难度较大，机组大型化是很 好的路径，更是风电综合降本的路径。随着海上风电装机规模的增加，机组大型化发展加速，风机大型化趋势明确。同时，在行业降本压 力和大型化趋势下，风机成本占比最高的叶片、齿轮箱同样面临降本需求和创新压力。 u 风电行业增长潜力巨大，全球化有望加速推进。当前，我国风电项目备案制落地，陆上“大基地+风电下乡+老旧风机改造”需求支撑中长 期装机景气，根据GWEC《2021-2025全球风能市场展望》，预期全球海上风电容量将由2020年的6.1GW增长至2025年的23.9GW，年均复合增 长率达31.41%。在海外能源价格高企，新能源转型需求迫切的环境下，国产风机已具备绝对价格优势，迎来良好的出口契机。 u 齿轮箱时代来临，齿轮箱轴承市场容量可观。半直驱技术兼顾直驱的稳定、高效率和双馈的低成本、小体积优势，近年占比有所提升。当 前陆上双馈、海上半直驱机组逐渐成为行业主流，中国整机企业都已进入齿轮箱时代。作为风电机组的核心部件，齿轮箱当前发展具有四 大趋势：（1）变速比齿轮箱趋势；（2）多输出轴趋势；（3）行星级功率分流趋势；（4）轴承关联设计与滑动轴承趋势。同时，根据我 们测算得出，假定2025年滑动轴承市场渗透率为20%，则2025年全球齿轮箱滑动轴承市场空间为20.04亿元，市场空间可观。 u 碳纤维叶片应用有望迎拐点。随着风电机组大型化，叶片长度明显加长，而叶片长度几乎与重量成几何关系，因此轻质高强的碳纤维是超 大型叶片增强材料的必然选择。近两年主流叶片企业陆续发布使用碳纤维或碳玻混合拉挤大梁叶片，此外Vestas数项专利到期，碳纤维叶 片国产化有望加速。对57米（3MW）、90米（10MW）叶片进行减重和叶片材料成本角度的经济性测算，得出主梁采用碳纤维的叶片重量分 别减少27.0%、32.5%，而单个叶片材料成本分别增加28.2%、20.0%。我们看好碳纤维叶片在海上风电领域的规模化应用。 u 投资建议：随着机组大型化与风机减重，综合考虑性价比，齿轮箱的应用越来越多，叶片碳纤维的应用有望提速，建议关注相关产业链技 术升级带来的投资机会，建议关注威力传动、新强联、广大特材、恒润股份、中复神鹰、中简科技、光威复材、时代新材等。 u 风险提示：宏观经济波动风险、风电政策波动风险、原材料价格波动风险、新技术研发不及预期。 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 2 目录 01 风电产业链：国产化+大型化推动行业降本，齿轮箱与叶片是关键 02 风电行业：从周期走向成长，成长潜力巨大 03 齿轮箱：齿轮箱时代来临，齿轮箱轴承市场容量可观 04 叶片：碳纤维应用有望迎来拐点，碳纤维需求呈稳定上升态势 05 投资建议和风险提示 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 3 1.1 风电产业链梳理 u 风力发电原理：利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。 u 风电行业产业链主要包括三个环节：（1）原材料和零部件厂商处于产业链上游，风机核心零部件包括齿轮箱、发电机、轴承、叶片、 轮毂等，这些零部件的生产专业性较强，国内企业技术较为成熟，一般由整机企业定制采购。（2）风机制造企业处于行业中游，塔 筒、海缆多为业主招标，市场集中度趋于集中。（3）风机制造企业的下游客户是以大型国有发电集团为代表的投资商。 u 海风产业链与陆风产业链区别不大，主要在于中游塔筒、海缆以及由于海风大型化趋势下使得产业链各环节技术特点和格局的变化。 风电机组基本结构 资料来源：《风电装备故障诊断与健康监测研究综述》，百度图片，华金证券研究所 风电行业产业链示意图 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 4 1.2 风电机组成本构成 u 风机内部的部件主要包括叶片、齿轮箱、发电机、轴承、铸件、变流器、减速机等；外部部件包括塔筒、法兰，其中，叶片和齿轮 箱是风电机组成本构成中占比较大，价值量较高的环节。 u 叶片是决定风能利用率的关键因素，直接影响风电机组的性能和效率，风电叶片技术壁垒相对较低，国产化率高，产业化程度高。 叶片在风电机组成本中占比最高，达到23%左右。 u 齿轮箱在风电机组成本中占比仅次于叶片，是通过大小齿轮组合，实现变速的装置。齿轮箱的性能质量对于风机的重要性极大，在 风电机组成本中占比在12%左右。 风机零部件成本占比 资料来源：电气风电招股书，华金证券研究所 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 5 1.3.1 上游关键零部件：齿轮箱 u 风机驱动链的技术路线几经变化目前主流的有三种：双馈、直驱、半直驱。三种技术各有优劣，半直驱技术兼顾直驱的稳定、高效 率和双馈的低成本、小体积优势，近年占比有所提升。当前，陆上风电方面，双馈仍占主导地位；对于海上风机或容量较大的陆上 风机，半直驱优势愈发明显，而受制于电机铜、稀土永磁等原材料成本与大尺寸运输压力，直驱风机近年略有式微。因此齿轮箱需 求有望提升，南高齿、德力佳、威能极等厂商有望受益。 风电三种典型驱动链结构 资料来源：《威能极半直驱在海上风电的应用》、华金证券研究所 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 6 1.3.2 上游关键零部件：叶片 u 叶片：风能转换为机械能的重要零部件，大叶片和轻质化是趋势。风机叶片对于提升风能利用率至关重要，海上风电大功率对叶片 尺寸要求提升，以明阳智慧正在研发1.6万千瓦的海上风机为例，其叶片长度预期为118米。大型叶片技术难度较高，需兼具叶片大、 重量轻、强度高的特点，只有少数厂商具备量产能力。国内风电叶片头部企业市占率不断攀升，2019年，风电叶片行业CR5市占率达 68%以上。全球来看，风机叶片市场玩家较多，外资品牌有LM、TPI等，国内厂商包括中材科技、中复连众、上海艾郎、天顺等，此 外，部分主机厂如明阳也自主生产叶片。 u 大叶片和轻质化趋势下，碳纤维叶片占比或增长。一般来讲，发电功率在3-5MW之间的风电机组相对应的叶片长度在45-60m之间，随 风机大型化需求增加，叶片进一步延长，未来大叶片、轻质化成为叶片发展趋势。海上风电叶片通常采用玻璃纤维或碳纤维，当前 以玻纤为主。碳纤维密度仅占玻纤的一半不到，但成本较为昂贵。大叶片和轻质化驱使下，预计未来占比将会进一步提升。 叶片尺寸随单机容量增加不断增大 资料来源：中国能源网，国际风力发电网，IRENA，GE，华金证券研究所 叶片直径增加27.5%可带来度电成本下降30% 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 7 1.4.1 国内风电受补贴政策的变迁 资料来源：国家能源局，华金证券研究所 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 8 1.4.2 标杆电价的递减及退出，推动风电机组大型化降本 u 我国风电发展较早，但是早些年机组大型化的进程较慢，尤其是陆上多年都维持在2MW范围内。随着海上风电装机 规模的增加，机组大型化加速发展，几乎呈现跳跃式，从5.5MW到10MW仅用3年，这也同步带动了陆上机组的发展， 目前陆上新建的机组在4.5MW左右，新增招标6-8MW之间，极大地推动了行业的发展。 u 风力发电机组是传统的机电产品，降本难度较大，机组大型化是很好的路径，更是风电综合降本的路径。我们看 到过去多年，除2020年陆上风电抢装周期，其余时间机组价格持续下降，一是竞争加剧，二是机组大型化带来技 术性降本，这为风电平价及风电运营的高额利润保驾护航。 采用不同单机容量机组的项目经济指标 2012-2022中国新增陆上和海上风电机组平均单机容量 6600 6400 25.00% 6200 20.00% 6000 5800 15.00% 5600 5400 10.00% 5200 5000 2.0 2.2 2.3 静态投资（元/千瓦） 资料来源：中国能源网，北极星电力，CWEA，《平价时代风电项目投资特点与趋势》，华金证券研究所 2.5 3.0 4.0 全投资IRR 4.5 5.00% 资本金IRR 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 9 1.4.3 国内风电装机量与标杆电价的变化吻合 u 国内风电装机规模与标杆上网电价的变化密切相关，每到标杆电价调整年份均会出现抢装，2020年以后，陆上风 电平价，不再有补贴，导致了2020年装机量创历史高点。目前，风电依然是最赚钱的新能源电力，陆上大基地和 海上风电是核心装机来源。 80 250.00% 72.55 70 204.45% 200.00% 60 150.00% 46.83 50 100.00% 40 36.96 34.1 69.31% 39.07% 30 16.66 20 11.98 50.00% 33.47% 28.91% -0.66% 20.14 -8.82% 15.19 15.09 16.75 16.5 -1.49% 21.27 26 23.83 12.04% 0.00% 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 年度装机容量 GW 资料来源：Wind， 华金证券研究所 -21.08% -35.45% -50.88% 10 0 76% 2018 2019 2020 2021 -50.00% 2022 2023H1 -100.00% 同比 % 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 10 1.4.4 风机大型化趋势明确，持续推动降本增效 u据CWEA统计，在2022年新增吊装的风电机组中，3.0MW以下(不含3.0MW) 新增装机容量占比为3%，同比下降约17pct； 3.0MW至4.0MW(不含4.0MW)新增装机容量占比21.5%，同比下降约18.5pct；4.0MW至5.0MW(不含5.0MW)新增装机容量占 比24.8%，同比去年增长约8.3pct；5.0MW至6.0MW(不含6.0MW)新增装机容量占比22.9%，同比去年增长约14.8pct； 6.0MW至7.0MW(不含7.0MW)新增装机容量占比20.1%，同比去年增长约8pct；7.0MW至8.0MW(不含8.0MW)新增装机容量