海上风电加速建造风电传动系统乘“双碳”东风8股深耕

发表时间:2022-10-07 01:05:05 | 作者:爱游戏app登录 | 来源:爱游戏官方网站入口

  前言:在国家大力支持新能源发展,推进“双碳”目标达成背景下,风电和光伏等新能源产业将加速发展,受益于风电行业的发展,风电传动系统也迎来了行业发展契机。先去分享过其他风电设备的相关内容,本篇就介绍一下风电传动系统这一风电重要设备。

  近日三峡能源公告,拟投资建设三峡阳洲五海上风电场项目、三峡阳洲六海上风电场项目、三峡阳洲七海上风电场项目,三个项目动态投资金额分别为140.53亿元、137.61亿元、133.56亿元,投资金额合计411.69亿元。在碳中和背景下,海上风电将成为未来新能源发展重心之一,各沿海省份陆续出台海上风电发展“十四五”规划。

  传动系统是使叶片动能转换为电能的关键装置,通常包括轮毂、主轴、齿轮箱、减速器、发电机、轴承等零部件。零部件的类型与风力发电机的结构息息相关,例如在直驱式风机中,没有齿轮箱结构,主轴尺寸也比较小;半直驱机型各有特色,有的厂家没有主轴或者主轴只起到传动的作用而不承受负载。

  经过多年的发展,我国风电机组主要零部件大部分已经实现了国产替代,零部件的国产化也不断推动了风电成本的下降。根据伍德麦肯兹官网的数据,2019年我国机舱、发电机、塔筒的国产化程度已经非常高,均达到80%以上的水平,叶片、齿轮箱、转换器等零部件国产化率也已经达到了70%以上。轴承作为传动系统的主要组成部分,是我国风机完全国产化的最后一块拼图,2019年我国主轴轴承、偏航变桨轴承的国产化率分别只有33%和50%,侧面体现风电轴承的较高技术壁垒。

  根据三一重能招股说明书,2020年公司齿轮箱、发电机、回转支承成本分别为12.32/3.26/3.06亿元,分别占当年总成本的22.64%、6.00%、5.62%。特别地,齿轮箱是公司总成本中占比最高的部件,发电机与回转支承按照价值量,在总成本中分别排第三位与第四位,传动系统在风机成本中的重要性不言而喻。

  供求关系、技术壁垒、竞争格局等直接影响整机及零部件的毛利率,2018-2020年,除发电机外,风机主要零部件毛利率均有所上涨,20年受抢装因素影响,零部件厂商毛利率与整机厂商毛利率出现背离。在风电整机及主要零部件中,轴承、主轴、制动器等传动系统的组成部分毛利率处于较高水平,2020年轴承、主轴、制动器环节的平均毛利率分别为35.27%、35.99%、40.21%,印证了传动系统在风电产业链当中的重要地位。

  轴承在风机中应用广泛,双馈式风机与半直驱式风机中运用的轴承主要有主轴轴承、偏航轴承、变桨轴承、齿轮箱轴承与发电机轴承。在实际应用中,不同厂商对风机传动链的技术积累与侧重有所不同,因此在考虑轴承性能基础上,各个厂家的轴承选择设计较为灵活。

  轴承国产化率在风机部件中国产化率最低,根据伍德麦肯兹,2019年我国风机主轴承和偏航变桨轴承国产化率分别为33%和50%,而叶片、塔筒、齿轮箱等其他零部件国产化率皆已超过70%,由此可见轴承是我国风机完全国产化的最后一环,国产替代仍有较大空间。

  风电主轴在风电整机中用于连接风叶轮毂与齿轮箱,将叶片转动产生的动能传递给齿轮箱,是风电整机的重要零部件。风电主轴使用寿命约20年,使用中更换成本高、更换难度大,因此风电整机制造商对其质量要求非常严格。按产品应用的机型不同,风电主轴可分为双馈异步式主轴与半直驱主轴,双馈异步式风电整机用主轴目前依然占据市场主导地位。

  配套风机大型化, 大MW 主轴产能具有一定稀缺性 。风机大型化趋势演变加速,根据CWEA,2020年我国3.0MW及以上风机装机占比已经达到38%。目前,金雷股份与通裕重工都可以生产最大8MW的风电主轴,但由于设备、技术、产能等因素制约,其大功率风电主轴的生产仍多处于小规模阶段。

  原材料在主轴生产成本中占比较高,布局原材料有利于提高企业毛利率。风电主轴的主要原材料为生铁、钢锭等,原材料在公司营业成本中占比较高,且原材料价格波动容易对公司毛利率造成影响,布局原材料生产成为大型主轴生产商增强竞争力的重要选项。

  齿轮箱是风力发电机组的功率传输部件,通过提升传动系统转速、降低扭矩,从而把叶轮吸收的风能传递到发电机,以满足发电机使用性能需求。齿轮箱主要应用在半直驱式风电机组和双馈式风电机组中,风电机组中的齿轮箱通常对产品质量要求十分严格。齿轮变速主要有两种形式,一种是平行齿轮变速,一种是行星齿轮变速,其中行星齿轮的增速效率更高,体积更小,在风电机组中应用也更为广泛。

  风电大型化,多级行星轮的中速传动系统有望成为行业主流。根据Winergy,风电齿轮箱发展经历了一级行星轮、二级行星轮到三级行星轮的变化过程;现有传动系统仍以高速传动为主,未来随着风机大型化以及海上风电的发展,中速系统由于齿轮箱发生故障概率更低,占比有望上升。

  发电机是风电机组传中将机械能转换为电能的重要部件,风力发电机组中发电机主要有鼠笼异步电机、双馈异步电机、直驱永磁同步电机、半直驱永磁同步电机四类。

  发电机行业竞争激烈, 毛利率持续下降。发电机是风电机组中国产化率最高的部件,2017年之前,风力发电机的毛利率处于较高水平,2018年后随着风电行业的快速发展,行业竞争激化,毛利率不断下滑。

  我国发电机企业在大兆瓦技术上已经相对成熟,在半直驱永磁同步发电机方面,中车永济、湘电股份、汾西重工均已完成10MW以上大兆瓦发电机的研发与生产,可满足未来海上大兆瓦风电机组的需求;在双馈异步发电机方面,由于该机型主要应用于陆上,相对海上机组其容量较小,目前,湘电股份已实现1.55-8.4MW双馈异步发电机产品全覆盖,中车永济和汾西重工也具有5.XMW级产品的生产能力,可以满足市场需求。

  制动器是使运动部件减速、间断或坚持间断情况等功能的设备,根据制动系统,制动器可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等多种;按制动件的结构形式又可分为外抱块式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器、盘式制动器等。 在大型风力发电机组中,偏航系统,主轴制动以及风轮锁定等功能的实现依赖于小体积、大功能的液压系统,液压技术在风力发电领域得到了广泛的应用。

  国产化不断加速,华伍股份是国内市场绝对龙头。2010年之前,我国国内风电制动器行业尚处于起步阶段,市场基本被外资品牌占据,2010年之后随着国内主机厂商崛起,风电制动器行业国产替代比例不断提高。

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  新的一年中,海上风电成为风光两大赛道少数确定性比较强的赛道,其中细分的机会自然不会少。以下是我「可再生能源专题系列」的第44篇,目前进度如下:

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