詳解風(fēng)電的基產(chǎn)業(yè)鏈概況、技術(shù)路線以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

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2020年可謂是新能源“風(fēng)光”無(wú)限的一年，而且是字面意思的風(fēng)光。

根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2020年全年，國(guó)內(nèi)風(fēng)電新增容量達(dá)7161萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)178．7％；光伏新增容量4820萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)81．7％，均是歷史新高，大幅超越往年數(shù)據(jù)［1］。

這甚至僅僅是個(gè)開始。

在“碳中和”的指導(dǎo)下，直到2030年，乃至2060年清潔能源都是有著清晰增長(zhǎng)軌道和明確增量空間的好行業(yè)。這自然也帶動(dòng)了清潔能源概念在資本市場(chǎng)的大熱——在A股隨便找個(gè)龍頭，那股價(jià)都是大牛股走勢(shì)，一倍剛剛好，兩倍不嫌多的那種。

此前，放大燈已經(jīng)在《光伏也不難，一篇全看完》一文中詳細(xì)介紹過(guò)光伏產(chǎn)業(yè)。本文將聚焦風(fēng)電的基產(chǎn)業(yè)鏈概況、技術(shù)路線以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，為讀者解讀新能源領(lǐng)域中的另一位明星選手。

所以，太陽(yáng)都曬了，不來(lái)吹吹風(fēng)嗎？

陳悶雷 ｜ 作者

放大燈團(tuán)隊(duì) ｜ 策劃

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產(chǎn)業(yè)鏈聚焦整機(jī)

總體來(lái)看，風(fēng)電行業(yè)不算特別復(fù)雜，它依照上下游關(guān)系可分為三個(gè)環(huán)節(jié)

上游零部件制造主要包括葉片、鑄件、軸承、齒輪箱等產(chǎn)品，負(fù)責(zé)為中游的整機(jī)環(huán)節(jié)制造各類零部件。由于不同零部件之間的差異比較大，行業(yè)分化程度高；

中游整機(jī)制造該環(huán)節(jié)主要負(fù)責(zé)將上游零部件組裝為風(fēng)電機(jī)組，是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)最重要的一環(huán)，也是本文的核心關(guān)注點(diǎn)；

下游運(yùn)營(yíng)商即風(fēng)電場(chǎng)的管理與經(jīng)營(yíng)者，也包括投資方與電廠施工方，本文不會(huì)過(guò)多涉及這一環(huán)節(jié)。

整機(jī)是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)最核心的一環(huán)。從成本構(gòu)成看，即使是海上風(fēng)電項(xiàng)目，風(fēng)機(jī)投入在電場(chǎng)總成本中的占比也要達(dá)到40％以上，而陸風(fēng)項(xiàng)目則在60％左右，在施工成本較低的年份甚至可達(dá)70％水平（下文對(duì)此有詳述）。從產(chǎn)出端看，風(fēng)機(jī)性能直接決定了風(fēng)電場(chǎng)最終的發(fā)電能力，是影響經(jīng)濟(jì)效益的核心因素。

整體上，風(fēng)機(jī)制造是一個(gè)受上游原材料價(jià)格支配的行業(yè)，原材料在總成本中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，例如三一重能風(fēng)機(jī)的原材料支出可達(dá)80％以上。這導(dǎo)致整個(gè)行業(yè)受大宗價(jià)格波動(dòng)影響非常明顯，觀察行業(yè)整體盈利能力的難度不大，例如近兩年受上游材料價(jià)格普漲影響，整個(gè)風(fēng)電中上游的盈利均有明顯承壓。

不同技術(shù)路線的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)差異比較大，導(dǎo)致各企業(yè)的風(fēng)機(jī)成本構(gòu)成存在較大差異，例如齒輪箱是一個(gè)在部分技術(shù)路線中成本占比較高，但有些技術(shù)路線完全沒(méi)有的零部件?？傮w上，風(fēng)電機(jī)組的主要零部件包含葉片、軸承、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等，還包括整機(jī)裝配環(huán)節(jié)的風(fēng)機(jī)塔筒、電纜等。

葉片

葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，風(fēng)電基本原理決定了葉片的設(shè)計(jì)、材料和工藝直接影響發(fā)電裝置的性能和功率。一般來(lái)說(shuō)，葉片是風(fēng)電整機(jī)成本中占比最高的零部件，通常在20％以上。

從風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要由增強(qiáng)材料（梁）、夾芯材料、基體材料、表面涂料及不同部分之間的結(jié)構(gòu)膠組成［2］。

葉片的80％成本來(lái)自于原材料，而60％的原材料成本來(lái)自于纖維材料增強(qiáng)纖維（玻璃纖維）與基體樹脂。同時(shí)由于近年的葉片大型化趨勢(shì)明顯，為了生產(chǎn)更大葉片，纖維材料的選擇有向碳纖維這類新型強(qiáng)度材料轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)。

大型葉片技術(shù)難度較高，存在技術(shù)門檻，龍頭企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)起到了重要作用，國(guó)內(nèi)葉片行業(yè)在向頭部加速集中。2020年，風(fēng)電葉片行業(yè)CR5市占率已達(dá)68％以上［3］，且伴隨著大型化趨勢(shì)的深入，行業(yè)落后產(chǎn)能將面臨加速出清，行業(yè)集中度還可能會(huì)進(jìn)一步提升。

CRConcentration Ratio，行業(yè)集中度，CR5即是指某行業(yè)排名前5家企業(yè)的市占率之和。

軸承

軸承作為風(fēng)電整機(jī)的核心零部件之一，有著比較高的技術(shù)壁壘，是國(guó)產(chǎn)化程度最低的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)件。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)高端軸承的精度保持性、性能穩(wěn)定性、尤其是壽命和可靠性與國(guó)際先進(jìn)水平存在一定差距。

風(fēng)電軸承主要分為兩大類，即變槳偏航軸承和傳動(dòng)系統(tǒng)軸承（主軸、增速器及電機(jī)軸承）。其中變槳偏航軸承主要用于調(diào)整風(fēng)機(jī)朝向及葉片槳距角，保證風(fēng)機(jī)垂直迎風(fēng)、輸出功率穩(wěn)定在安全高效的范圍內(nèi)，目前該類軸承的國(guó)產(chǎn)化率比較高。

風(fēng)機(jī)的主軸軸承主要用于支撐風(fēng)機(jī)主軸，用于連接輪轂和齒輪箱，將葉片產(chǎn)生的動(dòng)能傳遞給齒輪箱。這一部件直接承受整臺(tái)風(fēng)機(jī)的震動(dòng)，對(duì)產(chǎn)品性能要求十分嚴(yán)格，加工難度大，技術(shù)壁壘很高，整個(gè)市場(chǎng)基本被海外企業(yè)壟斷，本土企業(yè)市占率很低。

鑄件

鑄件主要用于風(fēng)機(jī)輪轂制造，是比較典型的勞動(dòng)與能源密集型產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)自動(dòng)化程度較低，產(chǎn)能受工具模組、人員熟練度、環(huán)評(píng)等因素影響較大，擴(kuò)產(chǎn)周期長(zhǎng)。鑄件行業(yè)的整體格局比較穩(wěn)定，全球80％以上產(chǎn)能集中在中國(guó)，且頭部企業(yè)市占率很高，CR5在2019年達(dá)到了64％水平 ［8］。隨著近年國(guó)內(nèi)制造業(yè)對(duì)能耗與環(huán)評(píng)的持續(xù)收緊，以及原材料價(jià)格飛漲等原因，中小企業(yè)的產(chǎn)能被逐漸淘汰，未來(lái)行業(yè)集中度有望進(jìn)一步上升。

塔筒

風(fēng)機(jī)塔筒是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)吸收機(jī)組震動(dòng)，負(fù)責(zé)機(jī)組和基礎(chǔ)環(huán)（或樁基、導(dǎo)管架）間的連接構(gòu)建，支撐上部數(shù)百噸重的風(fēng)電機(jī)組重量，也是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組維護(hù)、輸變電等功能所需重要部件。其內(nèi)部有爬梯、電纜梯、平臺(tái)等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以供風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)使用。

塔筒的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，準(zhǔn)入門檻很低，產(chǎn)能充分，行業(yè)集中度不高。塔筒的體積極為巨大，運(yùn)輸成本非常高，為了降低運(yùn)輸成本，在電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中往往選擇地理位置上更近的制造商，這還為塔筒帶來(lái)了地域?qū)傩?，進(jìn)一步分散了市場(chǎng)。

2

整機(jī)業(yè)態(tài)加速、集中

需要注意，本段存在一定的數(shù)據(jù)不一致現(xiàn)象，這主要與不同機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)口徑差異有關(guān)，并非數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

根據(jù)彭博社公布的市場(chǎng)數(shù)據(jù)，2020年，在中美兩國(guó)爆發(fā)式增長(zhǎng)的裝機(jī)需求的推動(dòng)下，全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量為96．3GW，相較于2019年增長(zhǎng)59％。通用電氣與金風(fēng)科技憑借本土市場(chǎng)強(qiáng)勁需求超過(guò)了位居第三的維斯塔斯，三家制造商的裝機(jī)容量均超過(guò)12GW，第四位遠(yuǎn)景能源以超過(guò)10GW的裝機(jī)容量緊隨其后。在前十大整機(jī)制造商中，中國(guó)企業(yè)占有其中的七個(gè)名額，分別是金風(fēng)科技（第二）、遠(yuǎn)景能源（第四）、明陽(yáng)智能（第六）、上海電氣（第七）、運(yùn)達(dá)股份（第八）、中車風(fēng)電（第九）、三一重能（第十） ［4］。

風(fēng)電市場(chǎng)一個(gè)比較有趣的現(xiàn)象是，國(guó)內(nèi)與海外形成了一定隔離。

根據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)正式發(fā)布《2020年中國(guó)風(fēng)電吊裝容量統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)報(bào)》，2020年我國(guó)新增裝機(jī)20401臺(tái)，容量5443萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)105．1％ ［5］。

注該處裝機(jī)量是指吊裝容量，指統(tǒng)計(jì)期內(nèi)風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)發(fā)貨到風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)，施工單位完成風(fēng)電機(jī)組所有部件吊裝完畢，且完成安裝驗(yàn)收或靜態(tài)調(diào)試后的裝機(jī)容量，和國(guó)家能源局的統(tǒng)計(jì)口徑有所區(qū)別。

然而一個(gè)如此繁榮的市場(chǎng)，卻和海外企業(yè)關(guān)系很小排名最高的Vestas在國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)市場(chǎng)的裝機(jī)容量占比也僅有2．1％，位列第十一，這還是在一定程度上受益于需求過(guò)于旺盛導(dǎo)致了缺口，分散了市場(chǎng)集中度［5］。

相應(yīng)的，海外市場(chǎng)也并未對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)打開。2020年，國(guó)內(nèi)出口風(fēng)機(jī)容量合計(jì)1188兆瓦，僅占海外裝機(jī)總量的約2～3％左右，同樣沒(méi)有展示出特別強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

國(guó)內(nèi)的風(fēng)電整機(jī)行業(yè)集中度很高，頭部企業(yè)資金、技術(shù)積累、產(chǎn)業(yè)鏈完整度都更為領(lǐng)先，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中有著明顯優(yōu)勢(shì)，龍頭地位十分穩(wěn)固。金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源以及明陽(yáng)智能三家風(fēng)機(jī)制造商自2016年起就一直把持著行業(yè)前三的位置。

從發(fā)展趨勢(shì)看，國(guó)內(nèi)風(fēng)電整機(jī)制造企業(yè)歷年新增裝機(jī)市占率持續(xù)向頭部集中。2016～2019年期間，CR5從60％提升至73％，CR10由84％提升至92％。在2020年受搶裝現(xiàn)象影響，下游需求巨量增加導(dǎo)致產(chǎn)能大量釋放，非龍頭企業(yè)獲得了更多訂單在一定程度上稀釋了行業(yè)集中度，但其影響在2021年已經(jīng)逐漸消退，行業(yè)集中度在年內(nèi)重新回升 ［6］。

數(shù)據(jù)來(lái)源興業(yè)證券，放大燈制圖

風(fēng)電行業(yè)在2020年的搶裝潮與巨量需求釋放，基本是國(guó)家補(bǔ)貼取消引起的。2019年5月21日，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知（發(fā)改價(jià)格〔2019〕882 號(hào)）》，明確規(guī)定2018年底之前核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目，2020年底前仍未完成并網(wǎng)的，國(guó)家不再補(bǔ)貼。受此影響，大量獲批風(fēng)電項(xiàng)目加速建設(shè)，為在2021年前并網(wǎng)而掀起了前文所說(shuō)的“搶裝潮”。不過(guò)在進(jìn)入“無(wú)補(bǔ)貼”時(shí)代后，再有此種規(guī)模的搶裝潮可能性已經(jīng)不大，整機(jī)需求將會(huì)趨于平穩(wěn)。

目前風(fēng)電最大的優(yōu)點(diǎn)，是整個(gè)行業(yè)在雙碳目標(biāo)的支撐下，有著極強(qiáng)的確定性。

根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》中明確指出，至2030年風(fēng)電光伏裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到12億千瓦以上（約合 1200GW）。截至2020年底，全口徑風(fēng)光發(fā)電設(shè)備容量則為6．3億千瓦 ［1］，在風(fēng)光裝機(jī)量基本平齊的情況下，這一目標(biāo)意味著2022～2030年期間，需要至少新增約3億千瓦風(fēng)電，年均裝機(jī)量至少要超過(guò)30吉瓦。對(duì)風(fēng)電而言，在政策變化不大的情況下，至少到2030年，行業(yè)增量都是有保障的。

同時(shí)，2020年10月北京風(fēng)能大會(huì)中，400余家風(fēng)能企業(yè)聯(lián)合發(fā)布《北京風(fēng)能宣言》，保證“十四五”期間年均保證風(fēng)電新增裝機(jī)50GW以上，2025年后年均新增風(fēng)電裝機(jī)60GW以上，至 2030年裝機(jī)總量達(dá)到800GW。這是風(fēng)電行業(yè)未來(lái)增量的又一重保障——至少賬面的需求有了。

3

四大技術(shù)路線轉(zhuǎn)向在即

相較于光伏，風(fēng)電的發(fā)電原理比較簡(jiǎn)單，不同技術(shù)路線的差異主要集中在核心傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)上，但除此之外的其他部分差異并不大，也不存在光伏的硅－非硅路線這種根本性差異。

從結(jié)構(gòu)上看，風(fēng)電機(jī)組可分為高速傳動(dòng)、中速傳動(dòng)（或稱半直驅(qū)）和直驅(qū)三大類，其中高速傳動(dòng)路線又可分為雙饋異步和鼠籠異步兩種主要形態(tài)。從結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度上看，可大致認(rèn)為直驅(qū)永磁＜半直驅(qū)永磁＜高速鼠籠異步＜雙饋異步。

雙饋機(jī)組

雙饋機(jī)組的葉輪通過(guò)增速齒輪箱與雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通過(guò)變流器連接電網(wǎng)，定子繞組直接聯(lián)網(wǎng)。

機(jī)組可以在不同的轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)恒頻發(fā)電，調(diào)速范圍較寬、有功和無(wú)功功率可獨(dú)立調(diào)節(jié)，具有轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小，尺寸較小、重量小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，通常適用于小型電機(jī)；但由于其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，故障率偏高，且高轉(zhuǎn)速（1500轉(zhuǎn)／分鐘）導(dǎo)致維護(hù)成本也比較高。

勵(lì)磁即向發(fā)電機(jī)或者同步電動(dòng)機(jī)定子（電動(dòng)機(jī)靜止不動(dòng)的部分，主要作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）提供定子電源，為發(fā)電機(jī)提供工作磁場(chǎng)的機(jī)器。

同步電動(dòng)機(jī)（synchronous motor）由直流供電的勵(lì)磁磁場(chǎng)與電樞的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的交流電動(dòng)機(jī)。

轉(zhuǎn)子通俗的說(shuō)就是電機(jī)中旋轉(zhuǎn)的部分，主要作用是在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中被磁力線切割進(jìn)而產(chǎn)生（輸出）電流。

直驅(qū)永磁機(jī)組

永磁直驅(qū)機(jī)組的葉輪與發(fā)電機(jī)直接相連，省去了增速齒輪箱，轉(zhuǎn)子為永磁體勵(lì)磁，無(wú)需外部提供勵(lì)磁電源，同時(shí)也減少了勵(lì)磁損耗。永磁直驅(qū)機(jī)組的發(fā)電機(jī)通過(guò)全功率變流器并網(wǎng)，具有效率高、噪音低、低電壓穿越能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；不過(guò)此類機(jī)組的最顯著問(wèn)題是體積及重量較大，生產(chǎn)耗費(fèi)原材料多，吊裝難度高。

半直驅(qū)機(jī)組

半直驅(qū)機(jī)組的葉輪通過(guò)中速齒輪箱與永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，發(fā)電機(jī)的定子繞組通過(guò)全功率變流器連網(wǎng)。與直驅(qū)相比，半直驅(qū)增加了中速齒輪箱，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比直驅(qū)高，有利于減小發(fā)電機(jī)的體積和質(zhì)量，同時(shí)保留了直驅(qū)式容量大、低電壓穿越能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。與雙饋和直驅(qū)相比，半直驅(qū)是折中方案，齒輪箱制造難度較雙饋低，發(fā)電機(jī)制造難度比直驅(qū)低，是目前綜合經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的技術(shù)路線。

高速鼠籠異步

鼠籠異步是一種不太常見(jiàn)的技術(shù)路線。與雙饋異步相比，鼠籠異步的主要區(qū)別在于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為封閉式籠型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單?；\型異步發(fā)電機(jī)沒(méi)有專門的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，通過(guò)定子側(cè)變換器為其提供勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制?；\型異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有可靠性較高、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。

市占率方面，從往年數(shù)據(jù)看，2018年，全球采用半直驅(qū)傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)占比3．7％，傳統(tǒng)的高速齒輪箱傳動(dòng)占比69．7％，直驅(qū)占比26．6％［7］。但近年在風(fēng)機(jī)大型化與海風(fēng)崛起的雙重推動(dòng)下，針對(duì)技術(shù)路線的選擇正在發(fā)生一些變化。

數(shù)據(jù)來(lái)源中泰證券，放大燈制表

盡管雙饋是最多企業(yè)采用的一條技術(shù)路線，但其單機(jī)容量小的設(shè)計(jì)并不契合當(dāng)下風(fēng)機(jī)大型化的主流趨勢(shì)，且故障率以及維護(hù)成本也比較高，不符合海上風(fēng)電的需求，該路線在未來(lái)的發(fā)展前景一般。

直驅(qū)式的問(wèn)題則在于，盡管其發(fā)電能力強(qiáng)，但機(jī)組成本偏高且降本難度很大。同時(shí)機(jī)組的大體積也給運(yùn)輸和吊裝帶來(lái)了一定影響，這一缺陷在單機(jī)容量越來(lái)越大的當(dāng)下還會(huì)被放大。

此前相對(duì)罕見(jiàn)的半直驅(qū)則是當(dāng)下趨勢(shì)最大的受益者。由于半直驅(qū)兼具了直驅(qū)與雙饋兩方的優(yōu)點(diǎn)，在成本優(yōu)化與容量大型化上都有著不錯(cuò)表現(xiàn)，且其故障率低、維護(hù)少的特點(diǎn)，也比較適合海上風(fēng)場(chǎng)。目前許多國(guó)內(nèi)企業(yè)，如運(yùn)達(dá)股份、金風(fēng)科技等都開始采用半直驅(qū)設(shè)計(jì)，而出貨排名第三的明陽(yáng)智能更是全面轉(zhuǎn)型半直驅(qū)，可以說(shuō)該路線前景十分樂(lè)觀。