风电行业投资策略：从技术进化和终端需求中寻找风电投资机会

新技术的不断赋能保证了风电的生命力。回顾利用风能的历史，可以发现每一次技术的进步与利用，实现了风能利用方式和效率的提升，未来风电的趋势是大型化、智能化和更优的并网技术方案，需着重关注。 风电增长预期的三大空间。沙戈荒大基地是风电装机预期的压舱石；海上风电是风电装机的重要增长点；分散式风电借政策利好有望提速。 投资建议：建议关注市占率较高，在手订单充足，积极开发大兆瓦机组的整机企业，如：金风科技、运达股份等。建议关注市占率较高，积极扩展大兆瓦铸锻件产能，积极拓展海外市场的铸锻件企业，如：日月股份、金雷股份等。建议关注长叶片开发中相关的重要化工原料企业，如：晨化股份、上纬新材等。 风险提示：宏观经济增速不及预期；大宗原材料价格大幅波动；疫情反复散发及扩撒；行业政策改变等风险。 1.不断进化的风电相关技术 1.1风电技术发展回顾 因地表接受的太阳辐射强度不同，地球自转，地表地貌差异等因素，引起大气层中的压力梯度，促使空气的水平方向运动，空气流动所形成的动能即为风能。 人类对风能的利用已有数千年的历史，最早的利用方式为风帆船。我国对风车的明确记载最早源于宋代，而对其广泛使用并有完善记载始于明代，《天工开物》记载“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”。在12世纪的欧洲，风车的利用和发展较为迅速，并出现了第一台水平轴风力机。那时人们利用风车作为机械动力源，用于提水、碾磨谷物等。 直到1888年，第一台实现风能转化为电能的风机才由美国人CharlesBrush发明出来，功率为12kW，叶轮直径为 17m 。到1908年，首批较为成熟的商业化风机在丹麦诞生并得到初步推广，单机容量为20-35kW；大约50年后，现代风机的雏形“丹麦范式”基本确定——三叶片、上风向、失速调节型风机。 图1：古代风车结构示意图 图2：现代风机结构示意图 究院 图3：第一台风力发电机 图4：现代典型兆瓦级风机 风机从机械动力源转变为电源，跨越了700多年的历史；从第一台风力发电机发展为现代风机，跨越了约70年。正是新技术的不断应用，使得风能这一传统能源不断焕发新的活力，成为全球“碳中和”背景下最重要的新能源之一；风机的结构与外观在长期发展中不断演化，已经发生了根本性的改变，这正是不断应用新技术对风机赋能的自然结果。 1866年，西门子在法拉第电磁感应原理的基础上发明制作了第一台大功率直流发电机，为实现风能转化为电能提供了前提条件。19世纪末，丹麦气象学家PoullaCour对风机叶轮开展空气动力学研究，并进行相关实验，发现了更为科学有效的设计方法，减少叶片数目，增加转速。1935年，英国科学家Glauert应用统一的叶素-动量理论指导了叶片气动外形设计，评估叶片载荷以及风轮输出功率，奠定了风电机组设计的基础。进入20世纪80年代，随着计算机技术的发展，数值仿真与模拟越来越多的应用于工业设计中，叶片的气动外形更加完善，传动系统的载荷更加明晰。随后，更多新技术的赋能，如树脂增强纤维复合材料、大型铸锻件工艺、更加可靠的电气与工控设备等，助力风机单机功率、安全可靠性、发电效率、经济性等不断提升。 图5：近十年陆上风电安装成本、容量因数及平准化电价趋势 图6：近十年海上风电安装成本、容量因数及平准化电价趋势 图7：全球风机保有量增长趋势 随着技术的不断完善和成本的不断下降，全球风电机组保持了较为稳定快速的增长，海上风电占比逐渐提升。在2021年，陆上及海上风电安装成本、平准化电价继续下降；容量因数有较大提升。 1.2风电技术发展展望 越来越长的叶片对轻量化与可靠性的要求更高。单机大型化是风机的发展趋势，这就同时伴随着需要更长的叶片捕捉更多的风能，特别对于海上风电，国内外多家公司正在开发15-16MW及以上的风电机组。2022年以来，国内多家风机厂商纷纷推出百米及以上的风机叶片。叶片主要由玻璃纤维或碳纤维、夹芯材料、树脂、结构胶、油漆涂料等构成；从成本构成来看主要为增强纤维、基体树脂和芯材。 表1：近期国内成功下线的百米及以上风机叶片 图8：陆上风机加权平均风轮直径及铭牌功率增长对比，2010-2021 玻璃纤维的应用支撑了近年来长叶片的发展，但随着其性能提升的空间越来越小，亟需新材料新工艺的革新。碳纤维比模量比玻璃纤维高3-8倍，比重小约30%，百米以上长叶片通常会在其承载的关键部位主梁上应用碳纤维以提高叶片刚度和强度，并减少传递到主机和塔底的载荷，进而优化整机系统造价来降低度电成本。目前碳纤维较高的价格制约了其在风机叶片上的大范围应用，随着国内相关公司的技术进步与产能提升，有望得到更经济的碳纤维应用于风机叶片。 芯材是叶片的关键增强材料，作为夹层结构提升结构刚度，包括巴沙木、PVC（聚氯乙烯）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）和HPE（高性能聚氨酯）等。轻木主要依靠进口，其树木生长周期也限制了供应，并且吸胶量较大不利于轻量化。PET和HPE相比PVC和轻木性能更优，有一定的替代可能，但还需要进行全尺寸测试验证与经济性测评。 树脂基体材料在复合材料中起着粘结、支持、保护增强材料和传递载荷的作用，大多使用环氧树脂，需要对纤维织物要有更好的浸润性以提高灌注速度，也要根据升温曲线来减少固化时间。随着风电装机量的增大，越来越多的人开始关注废旧叶片的回收问题，热塑性复合材料具有可循环使用、废料可回收、产品可熔融再加工、可焊接等优点，也顺应绿色环保的发展要求，是未来风电叶片应用的重要方向。 图9：风电叶片各原材料成本占比 监控预警、故障诊断、智慧运维等数字化与智能化管理。风电场智能监控技术主要包括风电机组和风电场综合智能化传感技术，风电大数据收集、传输、存储、整合及快速搜索提取技术，风电场不同制造商风电机组间通信兼容解决方案，大型风电场群远程通信技术。风电智能运维技术主要包括风电运维与信息技术的深入融合，以可靠性为中心的风电场维修理论，基于云计算平台的风电大数据挖掘及智能诊断技术。风电机组故障智能诊断和预警技术主要结合机组主控制系统、SCADA数据、CMS数据，开展风电机组状态预测与故障诊断方法研究、振动信号检测与分析研究，对风电机组关键部件故障进行特征提取与精确定位，并结合疲劳载荷分析和智能控制技术，对风电机组进行健康状态监测、故障诊断、寿命评估及自动化处置。 图10：故障预测与健康管理系统 图11：新能源智慧运营平台 适宜规模化、集约化的远海海上风场并网技术方案。参考欧洲海上风电开发的情形，我国海上风电也将呈现离岸越来越远、水深越来越深、规模化、集约化的趋势。海上风电并网技术方案凸显重要性，需确保电力安全高效的送往我国东部用电负荷中心；根据不同的离岸距离与风电场规模需选用不同的并网技术方案。柔性低频输电技术，可以通过降低输电频率来降低电抗、缩短电气距离，减小了电缆中的充电电流，提高了电缆的有效负荷能力，大大延长了电能传输距离；无海上换流站，建设和维护成本都大幅降低，且具有交流电网易于海上组网的优势；基于模块化多电平矩阵式变换（M3C）的交/交变频技术，主要一次设备有工频/低频变压器、低频线路、M3C换流阀等。全直流海上风电并网系统技术，海上风电汇集环节，直流电缆取代交流电缆，损耗更低、单位面积传输容量更大，同时解决了交流电缆充电功率带来的诸多技术问题；海上风电传输环节，全直流海上风电并网可以通过磁性设备的高频化来省去大容量工频变压器，进而降低设备和海上平台的尺寸、重量与投资造价。 图12：柔性低频输电技术方案 图13：全直流海上风电并网系统技术 图14：海上风电场开发离岸距离、水深及规模趋势 另外，还有滑动轴承、分片式塔筒等新技术新产品也值得关注。 2.风电的三大市场空间 2.1沙戈荒大基地是压舱石 2021年11月，国家能源局、国家发改委印发《第一批以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电、光伏基地建设项目清单的通知》，第一批风光大基地规划97GW，投产时间为2022-2023年，其中2022年前完成45GW，2023年完成剩余的52GW。目前第一批大基地项目已基本全面开工。 2022年02月，国家能源局、国家发改委发布关于印发《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》，第二批风光大基地规划455GW，其中“十四五”时期规划建设200GW，“十五五”时期规划建设255GW。目前项目清单已印发。 第二批大基地项目，以四大沙漠为代表的沙戈荒地区及采煤沉陷区，优先以风光互补形式进行布局，集中连片开发，综合考虑配套电源的调节性能，统筹考虑电力系统方案，匹配送受两端出力负荷特性，增加新能源输送电量占比，外送输电通道可再生能源电量比例原则上不低于50%，通道配置新能源利用率原则上不低于90%。 图15：四大沙漠风资源示意图 图16：“十四五”配套输电通道示意图 2.2海上基地是重要增长点 2022年起所有海上风电项目不再享受国家补贴。为了保持产业可持续发展，地方政府出台相关政策接力“国补”，助力海上风电有序走向平价上网。 根据北极星电力网的统计，我国沿海各省规划的“十四五”期间海上风电开发目标增量超过50GW，其中广东、山东、浙江、江苏体量较大。海上风资源丰富，且靠近我国沿海经济较为发达的负荷中心，具有消纳优势。 表2：海上风电各省级政策补贴方案 图17：我国陆上清洁能源基地和海上风电基地布局 2.3分散式风电借政策利好有望提速 2022年5月，《乡村建设行动实施方案》提出实施乡村清洁能源建设工程，发展太阳能、风能、水能、地热能、生物质能等清洁能源，结合乡村振兴战略，实施风电下乡“整县推进”。随后吉林省发布了《吉林省能源局2022年度推进新能源乡村振兴工程工作方案》，是第一个省级落实的风电下乡相关政策文件。 同月，国家发改委、能源局发布《关于促进新时代新能源高质量发展实施方案》，提出推动风电项目由核准制调整为备案制，风电项目审批流程简化，利好分散式风电充分发挥其开发灵活、建设周期短的优势。 根据中国风能委测算，全国69万个行政村，其中10万个村可以有 200m2 零散土地用于风电装机，即可有1000GW的容量空间，十分可观，但土地性质、产权划分等问题需要相关政策进一步明确。分散式风电就近接入电网，具有消纳优势，2021年装机同比大幅增长700%，累计装机达1GW，主要在我国中东南部地区。 图18：国内分散式风电年度新增和累计装机（MW） 3.投资建议 2022年8月工业和信息化部等五部门联合印发《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》。关于风电装备，重点发展8MW以上陆上风电机组及13MW以上海上风电机组，研发深远海漂浮式海上风电装备；突破超大型海上风电机组新型固定支撑结构、主轴承及变流器关键功率模块等；加大基础仿真软件攻关和滑动轴承应用，研究开发风电叶片退役技术路线；加强深远海域海上风电勘察设计及安装，推动12-15MW级超大型海上风电装备应用，推进远海深水区域漂浮式风电装备基础一体化设计、建造施工与应用。关于培育应用新模式新业态，在偏远孤岛等输电线路建设成本较高的地区，发展风电+电解水制氢技术；在淡水资源短缺岛屿等地区，培育风电+淡化海水模式；在偏远地区，推广分布式风电+智能微电网；在适宜的海上风电场，推进风电+渔业+旅游模式。鼓励结合沙漠、戈壁、荒漠等场景，围绕重点用电企业，探索风光储一体化装备应用试点。 建议关注市占率较高，在手订单充足，积极开发大兆瓦机组的整机企业，如：金风科技、运达股份等。建议关注市占率较高，积极扩展大兆瓦铸锻件产能，积极拓展海外市场的铸锻件企业，如：日月股份、金雷股份等。建议关注长叶片开发中相关的重要化工原料企业，如：晨化股份、上纬新材等。 4.风险提示 宏观经济增速不及预期；大宗原材料价格大幅波动；疫情反复散发及扩撒；行业政策改变等风险。