風(fēng)電深遠(yuǎn)海已成產(chǎn)業(yè)趨勢，打開海上風(fēng)電發(fā)展天花板

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1.陸風(fēng)經(jīng)歷快速發(fā)展后增速趨緩，海風(fēng)成為風(fēng)電領(lǐng)域新增長點(diǎn)

公開信息顯示，目前國家規(guī)劃未來近海100GW，深遠(yuǎn)海300GW。據(jù)國家能源局委托水電總院牽頭開展的全國深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，全國共將布局41個(gè)海上風(fēng)電集群，預(yù)計(jì)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電總?cè)萘考s達(dá)290GW。我們認(rèn)為十五五期間深遠(yuǎn)海風(fēng)市場空間將進(jìn)一步打開，有望開發(fā)150-200GW，海風(fēng)年均新增裝機(jī)規(guī)模將由十四五期間年均15GW向十五五期間年均30-40GW進(jìn)發(fā)。

我國目前海風(fēng)累計(jì)裝機(jī)量約30GW，若考慮近海遠(yuǎn)?？傆?jì)400GW未來發(fā)展空間（這部分預(yù)計(jì)規(guī)劃到十五五、十六五），則還有10倍的廣闊成長空間。

2.從行業(yè)空間成長彈性來看，錨鏈、塔筒樁基、海纜環(huán)節(jié)彈性較大

風(fēng)電向深遠(yuǎn)海發(fā)展已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)趨勢，深遠(yuǎn)海發(fā)展將為海上風(fēng)電裝備制造帶來新的發(fā)展機(jī)遇，我們推薦關(guān)注以下環(huán)節(jié)：漂浮式風(fēng)電錨鏈、基礎(chǔ)；海纜、塔筒、柔性直流送出工程。我們對深遠(yuǎn)海風(fēng)發(fā)展帶來的增量設(shè)備環(huán)節(jié)進(jìn)行彈性測算，分析各環(huán)節(jié)增長情況做出以下核心假設(shè)（1）全國2023-2025年、2030年海風(fēng)新增裝機(jī)分別為10、15、20、45GW；（2）全國2023-2025年、2030年柔性直流海纜占比分別為8%、10%、20%、80%；（3）全國2023-2025年、2030年海風(fēng)葉片碳纖維滲透率分別為40%、45%、50%、100%。

產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)分析：錨鏈、浮體、樁基、電纜彈性大

1.錨鏈：漂浮式市場從0到1，空間大、格局好

許多海域受風(fēng)能資源、海水深度、海床條件限制，固定式海上風(fēng)電發(fā)展受限，必須利用漂浮式海上風(fēng)電開發(fā)深遠(yuǎn)海資源；漂浮式技術(shù)能夠把可開發(fā)的海上風(fēng)電資源總量放大10倍。一般而言，我們認(rèn)為水深超過50~60m即需要使用到漂浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，全球80%的海風(fēng)資源潛力均在水深超過60m的海域；隨著近海資源逐步開發(fā)結(jié)束、深遠(yuǎn)海推進(jìn)節(jié)奏加快，漂浮式將是未來深遠(yuǎn)海的主要技術(shù)之一。不同于傳統(tǒng)的固定式海上風(fēng)電機(jī)組，漂浮式形式使得風(fēng)電機(jī)組“漂”在水面上。風(fēng)機(jī)通過塔筒立于浮體上，而浮體下方通過系泊系統(tǒng)起到固定作用。

從海外的情況來看，海外已率先進(jìn)入漂浮式商業(yè)化階段，“十四五”期間開始放量。

我國漂浮式海風(fēng)發(fā)展相對較慢，當(dāng)前已正式進(jìn)入商業(yè)化開發(fā)階段，預(yù)計(jì)十五五將迎來更大發(fā)展。2012~2017年處于技術(shù)研究階段；2018~2022年推進(jìn)單臺漂浮式樣機(jī)掛機(jī)運(yùn)行，2022年12月海南萬寧100萬千瓦漂浮式項(xiàng)目開工啟動，是全世界最大的商業(yè)化漂浮式項(xiàng)目，標(biāo)志著我國漂浮式項(xiàng)目進(jìn)入下一個(gè)商業(yè)規(guī)?；_發(fā)階段。

根據(jù)GWEC測算，2021~2025年全球漂浮式海風(fēng)項(xiàng)目新增裝機(jī)量將從57.1MW提升至1048MW（GlobalOffshoreWindReport2022最新預(yù)測版本，較2021年預(yù)測數(shù)值均有上調(diào)），年均復(fù)合增速79%，其中我國0→200MW（此處對GWEC預(yù)測進(jìn)行修正，預(yù)計(jì)海南萬寧漂浮式項(xiàng)目并網(wǎng)200MW），海外57.1→848MW；2026~2031年全球裝機(jī)量將從1166MW提升至9900MW，年均復(fù)合增速53%，其中我國0→1100MW，海外1166→8800MW。

從固定式風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)向漂浮式風(fēng)電機(jī)組，由于其基礎(chǔ)形式發(fā)生變化，漂浮式機(jī)組改為由浮體承載漂浮在海面上，因此需要系泊系統(tǒng)將漂浮式機(jī)組的位置與運(yùn)動進(jìn)行約束，由此增加了系泊系統(tǒng)環(huán)節(jié)（包括錨鏈、配重塊、吸力錨本體、張緊器等）。我們判斷，隨著漂浮式項(xiàng)目規(guī)?；ㄔO(shè)，以及機(jī)組大型化攤薄錨鏈?zhǔn)褂昧?，錨鏈價(jià)值量將有所下降以滿足經(jīng)濟(jì)性要求；而隨著水深提升，錨鏈長度繼續(xù)加長，所需的錨鏈價(jià)值量將繼續(xù)提升。

我們根據(jù)GWEC對全球漂浮式項(xiàng)目的預(yù)測，核心假設(shè)水深：海外漂浮式風(fēng)電項(xiàng)目水深幾乎為國內(nèi)的2倍，假設(shè)價(jià)值量60億元/GW，我國漂浮式風(fēng)電海域相對較淺，假設(shè)價(jià)值量30億元/GW，后續(xù)隨著向深水區(qū)開發(fā)價(jià)值量繼續(xù)提升。據(jù)此我們測算得到2021~2025年錨鏈?zhǔn)袌隹臻g從3億元增長至59億元，復(fù)合增速104%；2025~2030年市場空間從59億元增長至555億元，復(fù)合增速57%。

此外，錨鏈行業(yè)壁壘高，對應(yīng)企業(yè)亞星錨鏈、巨力索具擁有錨/索相關(guān)經(jīng)驗(yàn)

漂浮式風(fēng)電系泊系統(tǒng)傳承于海洋油氣平臺系泊系統(tǒng)，對抗拉強(qiáng)度要求為至少R3及以上，當(dāng)前隨著機(jī)組變大、對經(jīng)濟(jì)性的要求，抗拉強(qiáng)度要求有提升至R4及以上的趨勢。等級強(qiáng)度提升需要長期的技術(shù)積累以及嚴(yán)苛的當(dāng)?shù)卣J(rèn)證，目前能夠量產(chǎn)R4級及以上錨鏈的企業(yè)僅亞星錨鏈、西班牙Vicinay。

2.風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)：水深提升/大型化提升基礎(chǔ)用量，導(dǎo)管架/漂浮式浮體難度提升

目前投產(chǎn)、在建的海風(fēng)項(xiàng)目風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式以單樁和導(dǎo)管架為主。其中單樁基礎(chǔ)是目前應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)形式，適用于淺、中等水深場址，是近海淺水區(qū)不嵌巖情況下的首選基礎(chǔ)。而導(dǎo)管架是適用范圍最廣的基礎(chǔ)形式，可滿足10~50m水深要求，適用于大部分地質(zhì)條件。隨著水深提升和風(fēng)機(jī)大型化，風(fēng)電基礎(chǔ)用量提升，同時(shí)漂浮式浮體有望成為新的應(yīng)用形式。

固定式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)有望從單樁逐步轉(zhuǎn)向?qū)Ч芗?。兩個(gè)核心變化：①水深提升。行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為單樁、導(dǎo)管架分別適合于40m以內(nèi)、50~80m水深；隨著深遠(yuǎn)海推進(jìn)，固定式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式有望逐步向?qū)Ч芗軆A斜。②風(fēng)機(jī)大型化。據(jù)測算，14MW風(fēng)機(jī)疲勞載荷約為6MW風(fēng)機(jī)的2~3倍，疲勞問題異常突出，從單樁過渡到導(dǎo)管架可有效解決這一問題。當(dāng)前單樁形式重量約1000~2000噸，而使用導(dǎo)管架后單機(jī)導(dǎo)管架重量將提升至2000~4000噸，我們判斷單MW重量將伴隨基礎(chǔ)形式變化而提升。從固定式項(xiàng)目走向漂浮式項(xiàng)目，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式改為浮體。漂浮式的發(fā)展將帶來風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式轉(zhuǎn)向浮體，當(dāng)前常見浮體結(jié)構(gòu)包括張力腿、半潛式、立柱式，適合不同的水深。

從國內(nèi)外典型漂浮式項(xiàng)目風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)重量來看，當(dāng)風(fēng)機(jī)大小位于5~6MW范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)浮體單位重量接近60萬噸/GW，大型化風(fēng)機(jī)（如Kincardine項(xiàng)目9.5MW風(fēng)機(jī)，華能清能院17MW風(fēng)機(jī)）能夠攤薄部分浮體重量，單位重量位于30~40萬噸/GW。而根據(jù)中國電建對于海南萬寧100萬千萬漂浮式項(xiàng)目（使用16.6MW風(fēng)機(jī)）的測算，單臺風(fēng)機(jī)使用的浮體重量約6000噸，對應(yīng)單位重量36萬噸/GW。

據(jù)此我們測算得到塔筒+風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的市場空間：2022~2025年塔筒+風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)市場空間從63億元增長至528億元，復(fù)合增速103%；2025~2030年市場空間從528億元增長至2179億元，復(fù)合增速60%。

我們認(rèn)為，基礎(chǔ)形式變化考驗(yàn)基地與碼頭能力，提前布局的企業(yè)將占據(jù)優(yōu)勢。隨著風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式的變化，單樁一般重量達(dá)1000~2000噸，導(dǎo)管架則為2000~4000噸，浮體重量達(dá)到5000~6000t，且導(dǎo)管架與浮體的高度將顯著提升，這對于碼頭的運(yùn)輸能力以及生產(chǎn)基地的設(shè)計(jì)提出了較高要求，一般認(rèn)為具備浮體運(yùn)輸能力的碼頭應(yīng)達(dá)到泊位水深大于15m，且盡量接近風(fēng)場，縮短拖航距離。因此我們認(rèn)為具備提前布局導(dǎo)管架、漂浮浮體的企業(yè)將在未來占據(jù)優(yōu)勢，如海力風(fēng)電、天順風(fēng)能、大金重工、泰勝風(fēng)能、潤邦股份。

3.海纜：十四五、十五五期間單GW價(jià)值量整體穩(wěn)定，十四五后期產(chǎn)能緊張

考慮深遠(yuǎn)海項(xiàng)目將成為遠(yuǎn)期主流，未來在海纜應(yīng)用方面，柔性直流海纜的占比將持續(xù)提升。我們考慮柔直海纜占比從2023年8%提升至2025年80%，來測算海纜環(huán)節(jié)的遠(yuǎn)期空間擴(kuò)大、單GW價(jià)值量整體有保持穩(wěn)定。

我們對2022-2025年海纜行業(yè)整體的供需情況進(jìn)行測算，測算顯示，2024、2025年，海纜供給將呈現(xiàn)緊張局面?？偣┙o略低于總需求，且海纜擴(kuò)產(chǎn)周期較長，通常要1.5-2年時(shí)間，短期內(nèi)行業(yè)產(chǎn)能剛性較強(qiáng)。區(qū)分海纜頭部企業(yè)和二線企業(yè)來看，2024、2025年，頭部企業(yè)的海纜產(chǎn)能將無法滿足行業(yè)需求，由于海纜招標(biāo)距離海風(fēng)并網(wǎng)通常1年左右時(shí)間，因此，在招投標(biāo)層面，2023年，二線企業(yè)就會開始享受到一線企業(yè)外溢的海纜訂單。

我們認(rèn)為，海纜系統(tǒng)市場規(guī)模2022-2025年復(fù)合增速超100%，2025-2030年復(fù)合增速15%（主要是基數(shù)提升的原因）；十四五、十五五期間仍然具備較強(qiáng)的抗通縮屬性。我們對2022-2025年海纜行業(yè)整體的供需情況進(jìn)行測算，測算顯示，2024、2025年，海纜供給將呈現(xiàn)緊張局面。2024、2025年，頭部企業(yè)的海纜產(chǎn)能將無法滿足行業(yè)需求，在訂單層面，2023年，二線企業(yè)就會開始享受到一線企業(yè)外溢的海纜訂單。

4.碳纖維：行業(yè)高增長+國產(chǎn)替代雙輪驅(qū)動，規(guī)?；髮⒂瓉砜焖侔l(fā)展

全球碳纖維需求的前三大應(yīng)用領(lǐng)域依次為風(fēng)電葉片、休閑體育、航空航天。根據(jù)2021年全球碳纖維需求應(yīng)用市場情況來看，風(fēng)電葉片市場占比29%、休閑體育市場占比16%、航空航天市場占比14%。

我國碳纖維進(jìn)口量近年來快速增長，2021年，我國碳纖維進(jìn)口量5791噸，2022年增長至1.03萬噸；碳纖維國產(chǎn)化比例從2016年20%提升至2021年47%，我們預(yù)計(jì)2022年我國碳纖維國產(chǎn)化率將達(dá)到50%，未來國產(chǎn)化率也將持續(xù)提升。

5.柔性直流：深遠(yuǎn)海風(fēng)的標(biāo)配，隨開發(fā)量、滲透率提升市場空間有望迅速增長

柔性直流可以避免交流長電纜導(dǎo)致的電容升壓效應(yīng)，經(jīng)濟(jì)上也更適合深遠(yuǎn)海風(fēng)

由于交流電下電容效應(yīng)的存在，一段交流線路空載時(shí)也有電流通過，為電容電流，電容電流提供無功功率，將導(dǎo)致線路末端電壓升高。根據(jù)電容計(jì)算公式=4可知，海纜由于其極板間距離較?。╠值較?。?，絕緣材料較空氣介電常數(shù)為高（ε值較大），因此其單位長度的電容值遠(yuǎn)較架空導(dǎo)線為高，因此帶來的無功升壓效應(yīng)也較架空導(dǎo)線嚴(yán)重得多，且線路越長、電壓等級越高，該現(xiàn)象越嚴(yán)重。

柔性直流不但沒有交流長電纜的電容升壓效應(yīng)，且由于采用了基于IGBT的VSC電壓源型換流器，可以獨(dú)立調(diào)節(jié)有功、無功輸出，因而不需要交流電網(wǎng)提供電壓支撐，可以向無源系統(tǒng)供電。因此柔性直流特別適合海島供電、海上風(fēng)電送出等場景。從經(jīng)濟(jì)上看，交流海纜由于趨膚效應(yīng)等因素的存在，在同等截面積的情況下輸送容量較直流電纜為低。因此，采用直流送出可以減少用纜量，從而減少了銅等金屬的使用，降低造價(jià)。因此雖然采用柔性直流時(shí)換流站設(shè)備造價(jià)更高，但與交流相比，線路越長，造價(jià)越省。

6.柔直海外已有批量應(yīng)用、我國目前僅一個(gè)建成項(xiàng)目但前景廣闊

目前歐洲部分國家的海上風(fēng)電項(xiàng)目離岸距離較遠(yuǎn)，采用柔直海纜進(jìn)行輸送。截至2021年底，德國已投運(yùn)及在建海上風(fēng)電工程共9個(gè)，其中已投運(yùn)7個(gè)，調(diào)試及在建工程2個(gè)。2021年11月8日并網(wǎng)發(fā)電的三峽如東海上風(fēng)電項(xiàng)目是我國首個(gè)柔性直流海風(fēng)項(xiàng)目，也是世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔直海風(fēng)送出工程。該項(xiàng)目采用±400kV電壓等級，匯集如東三峽H6、H10、中廣核H8共1100MW裝機(jī)并入江蘇電網(wǎng)。

海上風(fēng)電柔性直流送出工程的核心在于換流站。根據(jù)《江蘇如東1100MW海上風(fēng)電項(xiàng)目陸上換流站工程環(huán)境影響報(bào)告書》，陸上換流站工程主要設(shè)備包括1100MW柔性直流單元（柔性直流閥廳、啟動回路室、戶內(nèi)直流場等）、(3+1)×410MW聯(lián)接變（單相雙繞組），以及500kV母線、出線間隔等，工程總靜態(tài)投資10.4056億元。

7.換流閥為柔直換流站最核心的設(shè)備，IGBT為換流閥最核心的零部件

柔性直流換流站最核心的設(shè)備為換流閥，根據(jù)2019年9月28日《許繼電氣股份有限公司關(guān)于控股股東項(xiàng)目中標(biāo)的公告》，三峽如東海上風(fēng)電柔性直流輸電示范項(xiàng)目換流閥設(shè)備采購中標(biāo)價(jià)為3.75億元，考慮換流容量為1100MW，折合單GW價(jià)值量約3.41億元/GW，由于陸上、海上換流容量相同，設(shè)備參數(shù)近似，因此陸上換流閥價(jià)值量也約為3.75億元?？紤]目前我國已將海上柔直工程電壓等級做到±500kV（建設(shè)中的三峽陽江青洲五、七海上風(fēng)電項(xiàng)目），隨電壓等級的提高，對換流閥組件耐壓、參數(shù)要求會有所提高，因此可合理假設(shè)海上風(fēng)電柔直項(xiàng)目換流閥價(jià)值量（海上+陸上）在6.8-7億元/GW之間。

換流閥的基本結(jié)構(gòu)為基于IGBT全控型器件的VSC電壓源型MMC多電平換流器，IGBT器件在換流閥總價(jià)值量中占比40%-50%，其次為電容器（25%-30%），其他為旁路開關(guān)、閥控系統(tǒng)、閥冷卻系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)件、絕緣件等。

8.換流閥格局穩(wěn)定，IGBT國產(chǎn)化崛起

多年來我國的直流換流閥（包括常規(guī)閥、柔直閥）由國電南瑞、許繼電氣等電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)老牌電力設(shè)備生產(chǎn)商所掌握，由于換流閥電壓等級高、輸送容量大、在電網(wǎng)中地位重要，因此格局較為穩(wěn)定。統(tǒng)計(jì)我國第三輪特高壓周期（2019-2021年）中標(biāo)結(jié)果，金額上國電南瑞、許繼電氣、中國西電占比較高，其他公司包括榮信匯科、特變電工等。

（圖片來源：veer圖庫）

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