海上风电，基础先行

海上风电加速启动，建设初期，基础先行，行业成长性高。 海风开工加速，而在海风建设周期中，海风基础需要最先交付，海风基础环节交付量有望大爆发。预计2023年全球海风基础需求达687万吨，其中海塔需求137万吨，导管架需求达202万吨，单桩需求达349万吨。到2025年，全球需求有望达到1045万吨，其中海塔需求238万吨，导管架需求达387万吨，单桩需求达420万吨。 海风走向深远海是必然趋势，水深越深，基础越重，海风基础抗通缩能力强。 随着海上风电建设往远海、深海区域去走，对基础的需求更为刚性。水深越深，基础越重。在风机机组功率数不变的情况下，以山东为例，我们推算水深每增加10m ，对应每GW基础用量增加3-4万吨。海风基础整体抗通缩能力强。 海风基础分导管架、大单桩、海上塔筒等类型，厂房设计、港池/码头资源限制产能节奏。 目前海上风电基础主要分为固定式和漂浮式，而漂浮式目前还尚未成熟，固定式中主要考虑导管架、大单桩和海上塔筒。由于当前海风基础在2000吨左右，管桩的环缝焊接工序需要更大的生产车间；导管架是分片预制、站立焊接、合拢组装，主要在露天场地组建，需要搭建大型手架/龙门吊组装。厂房设计影响海风基础产能类型。同时海风基础均是通过船运，码头运输能力决定生产基地实际产出上限。 厂房设计和港池/码头是企业核心竞争力。 行业需求旺盛，钢材价格下行，年内海风基础单位盈利有望提升。 由于海风作业窗口期短，项目对基础交付能力、交付速度要求高。今年行业进入开工旺季，短期内基础供需或紧张。同时海风基础中大部分原材料以钢材为主，中厚板价格自3/15起，价格呈现下行趋势，3/15-5/15，中厚板价格已下降9%。 基础环节单位盈利或有提升可能。 国内钢材成本优势明显，海风基础出口盈利水平高。 2021年开始我国、欧盟、美国中厚板价格差距拉大，截至2023年5月12日，美国中厚板价格为1740美元/吨、欧盟1010美元/吨，中国604美元/吨，美国/欧盟中厚板价格是中国的2.88、1.67倍。国内外中厚板差距大，相比之下，中国海风基础更具竞争优势，促进海风基础出海。 投资建议：首推天顺风能，公司海上风电产能覆盖广东和江苏，在广东汕尾、在江苏射阳南通均有码头产能，且产品以导管架为主，具备强竞争实力。其次推荐泰胜风能、大金重工、海力风电、天能重工等。 风险提示：海上风电需求不及预期；海上风电降本速度不及预期；数据假设值与实际出入导致的测算风险。 重点标的 股票代码 一、海风基础是深入海底的“桩钉”，走向深水区 1.1海风基础是海风主要支撑结构，“钉”入海底实现风机稳定运行 海风基础是海风三大系统之一，为海上风电提供至少25年关键支撑。单座风力发电系统包括风电机组、风电基础以及输电控制系统三大部分。风电支撑环节为风电机组提供至少25年的关键支撑，包括海上塔筒、管桩、导管架等，决定风机安全性、可靠性、稳定性，主要受风电场地质情况、水深、离岸距离等因素影响。以江苏单个海上风电场装机容量为300MW项目测算，江苏海上风电场主要集中在离岸距离 40m 、水深 20m 附近的区域，风电机组采用单桩基础，关键设备总成本约为11362元/kW，占比最高的部分是风电机组，达到52.81%。其次是水下海风基础结构和登陆送出海缆，分别为24%和9%，塔筒占比7%。 图表1：海上风电单桩式支撑基础侧剖面 图表2：江苏区域海上风电项目成本测算占比 海风基础主要包括海塔、管桩、导管架。海风和陆风均需要塔筒，由于海上环境和陆上环境温度、湿度、风力大小等区别，塔筒一般分为陆塔和海塔。海风与陆风最大区别在于海风多出水面以下连接海底的海风基础。目前水面以下海风基础按照是否连接海床，主要分为固定式和漂浮式，一般深远海（60m+）适用漂浮式风机。海风固定式基础主要是管桩、导管架。 陆塔：塔筒就是风力发电的塔杆，陆上风电塔筒连接基础环，垂直地面支撑风力发电机组起支撑作用，同时吸收机组震动。 海塔：海上风电塔筒向下连接管桩/导管架，向上支撑风力发电机组。 管桩：桩基的一种，主要指钢管桩，根据海风基础类型不同，管桩可分为单管桩（单桩）和小钢管桩。单桩直接作为支撑主体支撑海上风机，而小钢管桩多与导管架配对。随着海上风电兴起，管桩的需求提升。海上风电具体管桩具体是单桩还是小钢管桩，须由风力发电机所处的海域水深、海底土质环境决定。 导管架：是一种空间桁架结构，向上支撑风力发电机组，向下连接小钢管桩，通过多根小钢管桩（通常3-4根）将导管架结构固定于海底，导管架与小钢管桩的连接通过灌浆来实现。 图表3：海上风电单桩基础的海上风电场成本拆分 图表4：塔筒、管桩、导管架在风力发电场示意图 海风基础随海域水深、海床条件等因素趋于多样化。海上塔筒在隔海/水深差距小，因此本文后续阐述，海风基础主要指单桩、导管架等。近海海域，单桩基础为主要类型。影响基础类型主要有四大因素：海床条件、水深条件、建设成本、安装难易程度。目前国内外海上风电基础型式可分为：固定式（单桩基础、多桩承台基础、导管架基础、多脚架式基础、重力式基础、吸力式基础）、漂浮式基础。 固定式基础：即处于大海固定位置不变动。 单桩基础：是目前海上风电工程中应用最广泛的一种基础型式，主要由钢管桩构成，由桩腿插到海床以下实现固定。单桩基础由于其结构简单、易于建造、无需过多前期准备等特点，是目前中国海上风电应用最广泛的基础类型。 多桩基础：由钢筋混凝土承台和一组小钢管桩（不同数量）构成；为中国首创，在应用于风电机组基础之前，是海岸码头和桥墩基础的常见结构，由港口工程基础结构发展而来。多桩不仅在柔软的海床条件下足够稳定，而且能够在航线附近的风电场发挥独特优势。 图表5：单桩基础示意图 图表6：多桩基础示意图 导管架基础：通常有3-4个桩腿，桩腿之间用撑杆相互连接，形成一个有足够强度和稳定性的空间桁架结构。桩腿主要使用小钢管桩，根据小钢管桩和导管架结构施工的先后顺序，分为先桩导管架和后桩导管架两种。是除单桩基础外，使用最多的类型，适用于20-50米水深海域。 多脚架式基础：由主筒体、桩套管、斜杆结构、管桩组成，根据桩数不同可分为三脚和多脚架式基础。以三脚架式为例，将3根直径中等的管桩以等边三角形均匀地定位在海底，利用钢套管对上部三脚的桁架结构进行支撑，进而形成较为稳定的组合式基础；优点是基础自重较轻，整个结构稳定性较好。 图表7：导管架基础示意图 图表8：三脚架式基础示意图 重力式基础：通过自身重量及较大的底部面积获得来自海床的垂向承载力及水平摩擦力，优点是造价成本低，并且无需在海底钻孔和打桩。但重力式固定基础结构要求海底地面平整，土质硬度大，受冲刷影响较小的海床，因此重力式固定基础机构的安装需要较多的准备工作（如海床夯实、基槽挖泥、基床抛石等），这就限制了安装速度并增加了成本。因而重力式固定基础及结构一般仅限于水深＜ 10m 的区域，更适合潮间带地区。 吸力筒基础：构通过将水从桶中吸出产生真空，利用负压将结构固定到海底，具有运输安装成本低、用时少、无需提前海底准备等优点。但负压桶式固定基础结构在易受冲刷海床安装的风险较大，安装过程中必须保证海域环境有足够的负压。 图表9：重力式基础示意图 图表10：吸力筒基础示意图 漂浮式基础：漂浮在海面上的平台，利用系泊或锚针在海底进行位置的固定，通过三力的平衡来维持海上风电机组基础结构的稳定性。适用于深远海域风电发展。 图表11：漂浮式基础结构 水深及海床要求决定海风基础类型选择。由于单桩2/3须深入海底土层中，因此海床需要是砂性土/软粘土层，以方便打桩，一般适用于＜30米水深的海域，水深加深，需要的单桩长度加长，因此单根单桩的重量会加大。而导管架基础结构刚度较高，因此对海床地质要求相对较低，一般适用于20-60米水深的海域，同理，随着水深加深，所需的导管架高度价高，因此重量也会加大。 图表12：海风基础结构适用条件及优点、局限性 当下单桩市场市场份额高，海风走向深水区，导管架占比预计提高。 欧洲单桩及导管架当前应用最多，市场占有合计约90%。单桩和导管架适用于浅海区域。而欧洲海上风电所在海域基本以砂质海床为主，承载力高，且由于欧洲人工成本高昂，为了减少成本，风机的基础结构形式都较为简单，所以更适宜单桩。据CWEA统计，在欧洲海域，截至2019年共安装了4258个海上风电单桩，所占份额高达81%。导管架相对而言，刚性高，能提高抵抗自然荷载的能力，但相对而言造价较高，施工较为繁琐，更适合近海海域离岸距离偏远的地方，导管架市场份额约10%。 图表13：2019年欧洲海上风电基础累计安装类型及数量 图表14：单桩基础、导管架基础、漂浮式基础适用海域示意图 广东、福建近海海域水深偏深，江苏、浙江近海水域偏浅。我国海岸线长，沿海地区的海床结构与水深差异明显。从北至南，近海海域水深加深。辽宁、山东接壤的渤海、黄海海水平均深度约18-44米；浙江、江苏、福建接壤的东海海水平均深度约370米； 广东、福建接壤的南海海域海水平均深度约1212米。离岸距离越远，水深加深。以现有海上风电场项目所处水深看，广东、福建项目整体水深偏深，浙江次之，其次江苏项目整体水深较浅。 图表15：江苏、浙江、福建、广东地区海上风机现有的项目距离与水深分布图 水深决定基础类型，单桩、多桩适宜上海、辽宁、江苏、浙江，导管架适宜福建、广东两省海域。 辽宁、江苏、广东基础形式以单桩为主，分别占比68%、92%、55%。 上海、浙江、福建基础形式以多桩为主，分别占比75%、63%、49%。 导管架在福建、广东两省占比较高，分别占比为15%、34%，这是因为导管架适宜安装在水深＞ 20m 的海域，东海和南海平均水深较深，适宜安装导管架结构。 图表16：辽宁、江苏、上海、浙江、福建、广东地区海上风机基础类型及其占比 海风项目水深加深，导管架水深优势显著，30米以上水深占主导。单桩的直径、桩长也因入土埋深和水深同时增加而大幅提高，例如中广核象山涂茨海上风电场项目，同一片海域下入土埋深63米单管桩直径8.3米，单台重量1494.52t，远低于同一项目入土埋深66.5米对应的单管桩对应直径9.3米、重量1700.35米。导管架为多腿结构，所需的小钢管桩只有 2.5m 左右，水深增大时小钢管桩埋深和直径变化不大，仅是上部桁架结构体积有所增大。因此单桩、多桩结构数量随着水深的增加而逐渐降低；吸力桶式、导管架式结构数量随着水深的增加而逐渐增加。随着近岸资源开发趋于饱和，海上风电产业将逐步走向深远海，单桩的占比将会进一步降低，导管架基础结构因其在深水海域的优势，占比将会逐渐增多，预计＞ 30m 水深占主导。 图表17：中广核象山涂茨海上风电场项目三种尺寸单管桩对应重量 图表18：不同水深范围海上风机基础结构类型占比 1.2海风走向深水区，海风基础单台价值量显著提升 水深是影响海风基础用量最关键因素。针对不同风机容量，在单桩和导管架的用钢量都会随着距离大幅提升，从《多场景海上风电场关键设备技术经济性分析》测算中，预计水深提高 20m ，基础结构单台用钢量会提高400-600t的用量。而一个采用5MW风电机组300MW海上风电场在不同水深（浅水 20m 、深水 80m ）和不同离岸距离（近海40km、远海80km）环境下测算关键设备投资组成；会发现基础成本随水深提高而显著提高，离岸距离影响低。 图表19：单台风电机组基础结构用钢量 图表20：不同环境下300MW海上风电场关键设备投资组成 单桩和导管架基础大小/重量虽不相同，现有的海风基础整体用量均超千吨。 单桩：通过单桩垂直插入海床+自身重力实现基础固定，因此所需的单桩更大，目前海上风电项目单桩基础管桩重量超1000t，以中广核惠州港口二75万千瓦海上风电项目为例，风电场场址水深31- 40m ，其海风基础选用单桩的单根管桩已重达2000t，直径9 .4m ，桩长度 106m 。 导管架：用的小