11月23日，全球单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆瓦重量最轻的海上风电机组在福建下线，且该机组的主要部件基本实现国产化，这标志着我国在海上风电高端装备制造上实现重要突破，核心部件降本增效指日可待。近年来，海上风电被慢慢的变多的沿海国家所重视，欧洲计划到2030年实现160GW的海上风电装机；美国将2030年的海上风电装机目标定为30GW；我国在十四五期间的海上风电装机量目标为150GW，在各国海上风电建设目标的指引下，加上海上风电具有风力资源丰富、距离负荷中心近等优点，海电有望实现快速发展。

  风能是一种可再次生产的能源，其发电原理也相对简单，即利用风力带动风机叶片转动，将风的动能转化为风机的机械能，再借助增速器将机械能转化为电能。目前来说，风速达到3m／s时，就可以发电。其实，风能发电并不是一个新兴的领域，但在“碳中和”的背景下，风电凭借其成本优势，再次被推上时代舞台。

  风电可大致分为海上风电和陆上风电两部分，相比其他发电方式，海上风电前期准备耗费时间长，在建设中期，多出海底光缆和桩基等建设成本，施工费用明显地增加，建设后期所需要的运营维护成本也较高，存在一定的发展难度。

  根据火石创造产业数据中心，A股市场目前已有54家企业布局海上风电业务，且其中7家企业的前三季度利润实现了翻倍增长。为什么海风发电难度大、成本高，且似乎不比其他发电方式具有优势，还有这么多公司布局海上风电呢？这是因为目前主流的可再次生产的能源发电方式（如光伏发电、陆上风电）也都存在一定的弊端，而海上风电具有海风资源丰富、靠近电力负荷中心等优点，故对海上风电产业进行深入研究，探究整条产业链中的薄弱环节和发展难点，具有一定的现实意义。

  海上风电的发电成本约是陆上风电的2．3倍、光伏发电的1．6倍，目前海电距离整体平价仍有一段距离。但在过去十年中，海电成本降幅高达56％，随技术进步的推动，风机和项目施工还有一定的降本空间，海电平价道路曲折但前途光明。

  放眼全球，2021年我国海上风电新增装机量达到16．9GW，增速高达339．5％，遥居全球新增装机量首位。且在今年3月底，国家能源局和国家发改委联合发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出要大规模开发海上风电，此后，各个省份开始出台海上风电相关规划，并积极布局深海风电示范项目。据统计，十四五规划期间提到的海上风电装机量达150GW，截止今年9月底，我国累计装机量只有27．26GW，海上风电还有较大的市场增长空间。

  海上风电产业链由三部分所组成：上游材料端、中游风机总装及零部件制造、下游风电场投资和运营。材料端除了钢铁外，主要指制造风机叶片的原材料，包括环氧树脂、环氧树脂胶粘剂、碳纤维、玻璃纤维、夹层材料等；核心零部件包括海底光缆、叶片、轴承、发电机、齿轮箱等，相比来说，海底光缆的技术壁垒最高，国产化进程慢，而其他零部件的国内企业技术都较为成熟，国内供应充足；风电场的投资和运营是以大型国有发电集团为代表的投资商，这些集团在进行能源投资时，会给风电配备一定的比例，故海上风电产业总体需求较为稳定。

  风机叶片是风机的主要零部件，其约占总成本的22％。全球风能协会预测，未来海上风机叶片的长度将会加长，185－220米会成为主流叶片，故对材料端的需求也会增加。风机叶片中基体树脂（主要是环氧树脂）、增强纤维（碳纤维和玻璃纤维）、夹层材料、环氧树脂胶粘剂所占成本的比例约为36％、28％、12％、11％，故本文主要是针对这四类材料来介绍。

  环氧树脂泛指分子结构中含有环氧基团的高分子化合物，其在风机叶片中所占成本比例最高，约36％，1GW风电装机量约用4500吨环氧树脂。由于环氧基的化学活性，环氧树脂具有热固性，能与多种固化剂、催化剂形成性能优异的固化物。环氧树脂与芯材的粘合程度影响着风机叶片的发电效率和常规使用的寿命，国内主要生产商有回天新材、中化国际等。

  玻璃纤维是以石英砂、石灰石等天然矿石为原材料，在精细研磨后，按特殊的比例进入池窑。经过高温熔制、拉丝、 络纱等环节而制成，其主要运用在叶片主体上。考虑到成本因素，目前玻璃纤维在风机叶片上的运用多于碳纤维，但按照风机大型化、轻量化的发展的新趋势，碳纤维的发展的潜在能力更大。玻璃纤维的市场集中度比较高，国内主要厂商有中国巨石、泰山玻纤等。

  碳纤维性能优异、材料轻便，全部符合风机叶片大型化、轻量化的发展趋势。其是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量基本高于90％，具体含碳量随着种类的不同而有差异。随着风电行业发展向好，碳纤维的市场需求也持续不断的增加，目前我国碳纤维公司制作技术一直更新，国产化进程加快。国内领先企业有上海石化、吉林炭素、中恒材料等。

  夹层材料主要为巴沙木和结构泡沫材料，其主要使用在叶片的前缘、后缘及剪切肋等部位，目的是保证叶片的稳定性，同时降低叶片质量，提高叶片的抗载荷能力。巴沙木是世界上最轻的木材，其完美符合风机叶片所需的全部特性，但全球95％的巴沙木都产自于南美厄瓜多尔，单一地区的巴沙木产量难以满足全球风电产业的需要。随着风机朝着大型化、轻量化的方向发展，加上巴沙木产量减少，厂家开始将目光转向轻质、高强度的PVC、PET等结构泡沫。但PVC原板的技术壁垒高，国内厂家主要是依靠进口，国外主要供应商有瑞典DIAB、意大利Maricell、瑞士AIREX等，国内以天晟新材为代表的企业，也在加快追赶进程。

  环氧树脂胶粘剂主要用来粘结风机叶片上下壳体，对叶片力学和结构产生重要影响。由于海上风电环境恶劣，且胶粘剂要保证叶片在至少二十年内具有稳定且持续的机械性能，故其整体力学性能指标要高于通用性技术方面的要求。我国环氧树脂胶粘剂处于被寡头垄断的局面，其中回天新材和康达新材占据主要的市场规模。

  中游风机机组及零部件是海上风电与陆上风电的主要差别所在，一种原因是由于深海环境复杂，对关键零部件的质量发展要求更高；另一方面是在电力运输环节，要用海底电缆将电力传输到岸上升压站，而海缆具有成本大、技术壁垒高的特点。

  海缆是海上风电项目中的重要环节，也是海上风电与陆上风电的主要成本差异所在，其约占海上风电投资所需成本的10％。海缆环节的盈利能力在海上风电产业链中是最强的，毛利可达40－50％。海上风电通常离陆地较远，经常采取一次性运输大长度海缆的方式运输，而大长度的海缆对制造稳定性和一致性的要求非常高，故海缆行业存在较高的行业壁垒。我国海缆市场龙头厂商优势显著，且市占率较高，呈现东方电缆、中天科技、亨通光电三足鼎立的局面，CR3的市占率约78％。三家企业的海缆厂均布局在沿海地区，目前已形成华东和华南两大生产基地集聚区，用来满足不用海域用户的需求。

  风机整机是海上风电中最核心的环节，其占海上电场总成本的比例达40％以上。相比陆上机组来说，海上机组对零部件技术、质量的要求更高，专业性更强。麦肯锡的数据表明，今年上半年中，我国有七家风电整机商进入全球前十大风电整机商排名，其中金风科技、明阳智能订单总规模较高。

  叶片是风机的核心部件之一，其决定着风能发电的利用率，也直接影响风电机组的性能和使用效率。为兼顾转速效率和自身平衡，风机一般是三叶片形状。目前来说，风机叶片的国产化率较高，且国内有突出贡献的公司占据的市场占有率较大。2021年全国叶片出货约1．7万套，CR3占比46％，CR5占比超64％；整机厂自供比例约23％。国内有突出贡献的公司有中材科技、时代新材等，其中，中材科技市占率连续9年第一且持续提升。

  塔筒是风力发电的塔杆，在风机机组中起到支撑和吸收机组震动的作用。与叶片不同，塔筒受到运输半径的限制，行业格局比较分散，国内有突出贡献的公司市占率较低。但塔筒定价采用的是成本加成定价法，故就算原材料价格持续上涨，塔筒生产商受到的影响也较小。塔筒市场的参与者主要有专业风电塔筒厂商、大型央企下属子公司以及区域性厂商三大类。其中天顺风能塔筒销量居国内前列，到2023年，天顺风能有望形成60万吨的海上塔筒产能。

  铸件是指用于风机的特殊铸件，包括轮毂、箱体、壳体、底座等。值得一提的是，我国承包了全球80％以上的风电铸件产能，国内龙头铸件企业包括日月股份、永冠新材等。但由于环保政策趋严且铸件自身扩产周期长，近年来国内铸件产能增速降低，仅日月股份、广大特材等几家企业有扩产计划。

  齿轮箱的最大的作用是将风轮产生的动力传递给发电机，并得到相应的转速，其占整机成本约10％。齿轮箱的市场集中度较高，根据GWEC数据，中国高速传动（南高齿）的产能占据全球第一，GR3的市占率高达70％。由于风机大型化导致关键零部件制造难度增加，供给侧市场出清，有突出贡献的公司优势锐减，风电齿轮箱公司数锐减。

  风电机舱罩的作用是覆盖风力发电机组内部设备和电气组件，保护风电机组正常工作。其制作材料主要是玻璃纤维、树脂，少数机舱罩是由金属材料制造成。机舱罩在风电机组中的占比较低，大概只有1．3％，目前我国风电机舱罩的行业竞争格局较为分散，且占全球市场占有率的比例较低，国内有突出贡献的公司主要有双一科技、株丕特等。

  海上风电产业链的下游是风电场的投资和运营，主要是指以大型国有发电集团为代表的投资商，这些集团在进行能源投资时，会给风电配备一定的比例，故海上风电产业总体需求较为稳定。

  由于海上风电的运营难度更高，故与陆上风电相比，海上风电的运营商更加集中，其中大型央企占据的比例最多，地方能源集团由于具有利用当地能源的优势，占据少部分份额。

  大型央企在海上风电开发中具备技术优势、资金优势和资源优势，随着海上风电技术逐步成熟，地方能源集团也加大了在海上风电产业上的建设力度。目前装机量占比靠前的公司有国家能源集团、国家电投、大唐集团、中广核等。其中三峡能源、福能股份、华源电力在海上风电运营中成长的速度最快。

  与光伏产业、陆上风电产业一样，海上风电也在追求更低的发电成本，这样才可以提高海上风电的性价比，让开发商获得足够的投资回报率，推动海上风电产业不断发展。

  1、海电市场潜力巨大，降本增效成主旋律。据IRENA发布的2021年可再次生产的能源成本报告，2021年我国海上风电度电成本为0．079美元／kWh，相比2010年下降了56％。2021年我国海风度电成本折合约为0．47－0．55元／ kWh，已经接近沿海各省0．4元／ kWh左右的煤电标杆价，海上风电实现平价指日可待。十四五规划期间提到的海上风电装机量达150GW，截止今年9月底，装机量只有2．726GW，海上风电还有较大的市场增长空间。

  2、海上风机大型化、轻量化，轻质材料占比提高。为提升海风发电的效率和稳定能力，风机叶片会慢慢的长、质量会慢慢的轻，先用材料会进行迭代，碳纤维和结构泡沫的占比会慢慢的高，逐步取代玻璃纤维和巴沙木。

  3、海电深海化成必然趋势，海缆用量非线性增长。随着近海资源开发殆尽，海上风场将会离岸越来越远，对海缆的需求也会不断加大。但海缆尤其是高压海缆对技术、资质的要求比较高，同时头部厂商具有3－5年的先发优势，将会承担大部分的海缆订单。

  注：累计装机容量指的是截至2022年9月底，中国地区的累计装机容量；新增装机容量指的是2022年前三季度新增装机容量。

  参考文献：《新强联招股说明书》《IRENA：2021年可再次生产的能源发电成本报告》《复合材料结构设计对风电叶片成本的影响》