风电变桨系统，头豹词条报告系列

风电变桨系统行业分类 目前，在全球商业运行的兆瓦级主流风力发电动机组中，根据变桨执行机构的不同变桨系统分为电动变桨距 系统和液压变桨距系统。从实现的功能上讲，两种变桨系统并没有明显的优劣之分。从性能上讲，两种变桨系统由于执行机构的不同各有特点。采用电动变桨系统，不存在液压油泄漏的风险，因此系统不会有液压系统固有的 环境污染问题，同时其能源损耗较少。同时电动变桨系统也比液压变桨系统更加节能，因为液压变桨系统需要液压油泵时刻运转，以使系统保持高油温和足够压力随时准备变桨。此外，电动变桨系统相对于液压变桨系统来说 传动结构简单，变桨同步性、准确性更高，耐严寒能力较强，易于维护。液压变桨系统则具有响应速度快、扭矩大、便于集中布置和集成化、占用空间较小等优点。液压变桨系统中无需变速机构而且元器件寿命也较电动变桨 系统的长，在失电时系统由于采用蓄压器为备用动力来源而无需设计备用电源。 变桨系统分类 电动变桨是由伺服电动机作为动力来源，通过减速机、输出轴齿轮与桨叶根部回转支承的内侧齿轮的共同啮合旋转，带动桨叶旋转，从而实现变桨控制调节。由变桨控制器、伺服电机和备用电源系统组成，能实现3个桨叶独立变桨距，给风力发电机组提供功率输出和足够的刹车制动能力，从而避免过载对风机的破坏。 电动变桨系统 风电变桨系统分类 液压变桨系统是由液压泵为工作动力来源，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过活塞杆的径向运动实现桨叶角度变化。液压变桨系统有两种结构方案，一种是通过安装在轮毂内的3套液压执行机构独立控制3个叶片；另一种是采用液压缸为原动机放置在机舱内，通过一套曲柄连杆装置同步驱动3个桨叶旋转，但由曲柄连杆同步驱动3个叶片的方案由于变桨力有限，且无法进行单独叶片的控制，已无法满足兆瓦级风力发电动机组的需求，所以现在采用液压变桨系统的风力发电动机组多采用独立变桨机构。 液压变桨系统 [2] 1：沈阳鼓风机集团风电有… [3] 风电变桨系统行业特征 规模稳步增长 中国风电累计建设规模保持稳步增长，风电利用持续较高水平 根据国家能源局统计数据，2022年风电新增并网装机约3,763万千瓦，较2021年同比下降21.2%。2022年全国累计风电装机容量约3.7亿千瓦，同比增长11.2%。其中陆上风电累计装机3.35亿千瓦，海上风电累计 装机3,046万千瓦。2022年，全国风电发电量为7,624亿千瓦时，同比增长16.3%；全国并网风电设备平均利用小时数为2,221小时，同比减少9小时。全国风电平均利用率96.8%，与去年基本持平。 陆上扎实推进，海上有序过渡 陆上风光大基地建设扎实推进，海上风电向平价化有序过渡 作为能源转型的重要支撑之一，中国风光大基地建设进一步提速。今年以来，中国以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点，加快推进建设进度，第一批9,705万千瓦基地项目已全面开工、部分已建成投产，第二批基地部 分项目陆续开工，第三批基地已形成项目清单。2022年，各沿海省市相继出台“十四五”时期海上风电发展规划，广东、山东、浙江、上海等地亦推出海上风电补贴政策，为海上风电向平价化时代有序平稳过渡 提供了支撑。 研发制造能力突破 在零部件方面，中国自主品牌风电变桨系统零部件生产厂商的制造技术亦逐步成熟，研发能力不断实现突破 “十一五”时期，中国风电装备制造产业实现了单机容量向兆瓦级的跨越发展，研发设计和制造水平与世 界先进水平的差距迅速缩小，风电设备关键零部件的技术能力迅速提高。中国企业通过这几年的努力，已经在控制系统主要部件的开发上取得了积极进展，已基本形成了自主的技术开发能力，实现了变桨核心部 件自主化。国产风电变桨系统具有更强过载能力，更高电网和更强环境适应性，相比同类进口产品，可为客户降低成本。 技术进入门槛高 风电变桨系统算法复杂、产业链长，属于复杂的重工业行业 风机控制系统是与风机特性高度结合的系统，包括主控、变桨和变频器在内的控制软件不仅算法复杂，而且其各项参数的设定与风机本身联系紧密，风机控制系统的任务不仅仅是实现对风机的高度自动化监控以 风电变桨系统发展历程 作为大型风电机组控制系统的核心部分之一，风电变桨系统的发展历程与风电行业发展历程紧密相连。新中 国的风力发电始于20世纪50年代后期，初期主要是为了解决海岛和偏远农村牧区的用电问题，重点在于离网小 型风电机组的建设。70年代末，中国开始进行并网风电的示范研究，并引进国外风机建设示范风电场，1986 年，中国第一座风电场-马兰风力发电场在山东荣成并网发电，成为了中国风电史上的里程碑，2015年马兰风力 发电场机组全部退役，运行时间29年。在马兰风电场后，中国风电才真正进入其发展阶段，中国风电行业发展经历了早期示范、产业化探索、产业化发展以及大规模发展的四个阶段。风电变桨系统是风力发电机的大脑和心 脏，风电进入全面平价时代，降低度电成本成为风电行业可持续发展的必由之路。风电变桨系统等关键电控系统 [5] 器件核心技术上的创新和突破，将成为下一个风电时代抢占的制高点。 萌芽期 1986~1993 利用国外赠款及贷款，建设小型示范风电场，政府的扶持主要在资金方面，如投资风电场项目及支持风电机组研制。中国主要利用丹麦、德国、西班牙政府贷款，进行一些小项目的示范。欧洲风电大国 利用本国贷款和赠款的条件，将他们的风机在中国市场进行试验运行。 积累了大量的经验。同时国家“七•五”“八•五”设立的国产风机攻关项目，取得了初步成果。 启动期 1994~2003 首次探索建立了强制性收购、还本付息电价和成本分摊制度，由于投资者利益得到保障，贷款建设风 电场开始发展。科技部通过科技攻关和国家863高科技项目促进风电技术的发展，原经贸委、计委分别通过双加工程、国债项目、乘风计划等项目促进风电的持续发展。 在第一阶段取得的成果基础上，中国各级政府相继出台了各种优惠的鼓励政策。但随着1998年电力 体制向竞争性市场改革，政策不明确，发展又趋缓慢。 高速发展期 2004~2007 高速发展期 在特许权招标的基础上，颁布了陆地风电上网标杆电价政策；在风能资源初步详查基础上，提出建设八个千万千瓦风电基地，启动建设海上风电示范项目。根据规模化发展需要，修订了《可再生能源 法》，要求制定实施可再生能源发电全额保障性收购制度，以应对大规模风电上网和市场消纳的挑战。 无数企业参与进新能源的进程中，特别是在国家双碳目标的助力之下，取得了亮眼的成绩。逐渐解决了长期被国外企业所把控的风电卡脖子技术，实现了国产精品驱动器替代。 风电变桨系统行业产业链的上游环节是零部件供应商，主要包括叶片、塔筒/桩基、铸锻件、轴承、海缆、 锚链、轴承等零部件。代表性的参与方有中材科技、新强联、金雷股份、亚星锚链等。产业链中游是风机整机厂商，代表性的参与方有明阳智能，金风科技、盘古智能等。产业链下游是风场运营商，代表性的参与方有节能风 电、中国电建等。 产业链上游大型化趋势明显、环保原因扩产受限，较难有新进入者出现，龙头企业具有资本方面的优势。零 部件环节业绩如期修复拐点，并向整个产业链其他环节蔓延。随着装机需求的逐步释放，产业链中交付靠前的塔筒、铸锻件等零部件业绩修复迹象明显。在产业链中游，中国风机厂商出海将迎来历史性机遇。截至2023年6 月，全球风机产能合计约为163GW，其中中国风机产能占比达到60%，具有进一步推进出口的基础。风电液压变桨系统将成为行业未来发展方向。包括盘古智能、金风科技、明阳智能等在内的风电变桨系统头部企业已经开 始液压系统的关键核心零部件的自主研发生产。在产业链下游，风机大型化持续推进，价格基本触底。长期来 看，海风景气度仍较高且装机量有望于明后年实现快速增长。 产业链上游 生产制造端 零部件供应商 上游厂商 中材科技股份有限公司 株洲时代新材料科技股份有限公司 洛阳新强联回转支承股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 零部件环节业绩如期修复拐点逻辑逐步兑现，并向整个产业链其他环节蔓延。随着装机需求的逐步释 放，产业链中交付靠前的塔筒、铸锻件等零部件业绩修复迹象明显。叶片、塔筒和其他环节的同比增速均超过20%，其中塔筒环节收入同比增长39.49%，铸锻件环节收入同比增长8.10%。塔筒和铸锻 件环节的净利润增速修复最为明显，其中塔筒环节归母净利润同比增长46.48%，铸锻件环节归母净 利润同比增长68.82%。 叶片是风电降本增效的关键突破点。叶片在风机零部件成本中占比最高，占总成本超过20%，因此叶 片环节的盈利空间也相对更大。目前大型化趋势明显，而大型叶片技术难度较高，需兼具叶片大、重量轻、强度高的特点，只有少数厂商具备量产能力。 风电叶轮的轮毂、机舱底座等基本上都是铸件，行业是重资产行业，产能的扩张需要有大量资金投入、且其为重污染行业，因环保原因扩产受限，较难有新进入者出现，龙头企业具有资本方面的优 势。 风力发电机回转支承为一种大型轴承，属于风电机组的核心零部件。主要用于变桨和偏航系统，受载 复杂，且拆装维护困难，因此风电回转支承的设计和制造要求严格。一旦回转支承发生故障，将直接影响风力发电机的工作性能，甚至造成停机。 中 产业链中游 品牌端 风机整机厂商 中游厂商 新疆金风科技股份有限公司 远景能源有限公司 明阳智慧能源集团股份公司 查看全部 产业链中游说明 陆风、海风装机需求迎来共振，中国产业链有望加速出海。根据GWEC预测，预计到2027年全球装机 将达到157GW，cagr15%，其中陆风装机将在2023-2024年迎来显著修复，预计2024年陆风装机达到106GW。海风装机2027年超33GW，未来五年cagr31%，2024、2025年中国、欧洲市场将相继 迎来快速增长。需求快速增长背景下，海外供应或迎瓶颈，有望加快中国风电产业链出口。 风电景气度回升，风电项目建设进度较去年加快。2022年全年风电新增装机37.63GW，其中陆上风 电33.56GW，海上风电4.07GW；全国风电累计建设投资完成额为1,960亿元，全国风电利用小时数为2,221h；全国风电发电量为7,624亿千瓦时。2023年1-8月全国风电新增装机容量28.92GW，同比 增长79.2%；全国风电累计建设投资完成额为1,149亿元，同比增长38.8%；全国风电利用小时数为1,538h，同比增长5.3%。2023年8月全国风电新增装机2.61GW，同比增长115.7%，环比下降 21.4%。 关键核心零部件自研自制，构筑“护城河”优势。液压系统具有体积小、重量轻、精度高、响应快、 驱动力大等特点，中国中高端液压部件长期依赖进口。包括盘古智能、金风科技、明阳智能等在内的 风电变桨系统头部企业已经开始液压系统的关键核心零部件的自主研发生产。风电液压变桨系统将成为行业未来发展方向。 下 产业链下游 渠道端及终端客户 风场运营商 渠道端 中国电力建设股份有限公司 中国国电集团有限公司 国家能源集团国源电力有限公司 查看全部 产业链下游说明 风机大型化持续推进，价格基本触底。2023年1-8月中国风电新增主机招标43.76GW（-35%），海 风招标5.37GW。分业主来看，国家能源集团、华能集团、大唐集团、蒙能集团、中国电建排名前 五，1-8月累计招标规模均超4GW，其余主要能源央国企招标规模均在2GW左右。 2023Q2前期海风开发进度滞缓，6月以来多省重启竞配/招标工作，未来两年有望迎来建设高峰期。 陆风方面，2023H1招标量达41.5GW，同比下降1.2%；其中2023Q2招标22.4GW，同比下降 1.3%，环比增长17.3%。海风方面，2023H1招标量为5.8GW，同比下降36.5%；其中2023Q2受审 批流程暂缓等因素影响，4月至5月招标停滞，二季度共招标2.6GW，同比下降30.