风电深远海已成产业趋势，打开海上风电发展天花板

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1.陆风经历快速发展后增速趋缓，海风成为风电领域新增长点

公开信息显示，目前国家规划未来近海100GW，深远海300GW。据国家能源局委托水电总院牵头开展的全国深远海海上风电规划，全国共将布局41个海上风电集群，预计深远海海上风电总容量约达290GW。我们认为十五五期间深远海风市场空间将进一步打开，有望开发150-200GW，海风年均新增装机规模将由十四五期间年均15GW向十五五期间年均30-40GW进发。

我国目前海风累计装机量约30GW，若考虑近海远海总计400GW未来发展空间（这部分预计规划到十五五、十六五），则还有10倍的广阔成长空间。

2.从行业空间成长弹性来看，锚链、塔筒桩基、海缆环节弹性较大

风电向深远海发展已经成为产业趋势，深远海发展将为海上风电装备制造带来新的发展机遇，我们推荐关注以下环节：漂浮式风电锚链、基础；海缆、塔筒、柔性直流送出工程。我们对深远海风发展带来的增量设备环节进行弹性测算，分析各环节增长情况做出以下核心假设（1）全国2023-2025年、2030年海风新增装机分别为10、15、20、45GW；（2）全国2023-2025年、2030年柔性直流海缆占比分别为8%、10%、20%、80%；（3）全国2023-2025年、2030年海风叶片碳纤维渗透率分别为40%、45%、50%、100%。

产业链各环节分析：锚链、浮体、桩基、电缆弹性大

1.锚链：漂浮式市场从0到1，空间大、格局好

许多海域受风能资源、海水深度、海床条件限制，固定式海上风电发展受限，必须利用漂浮式海上风电开发深远海资源；漂浮式技术能够把可开发的海上风电资源总量放大10倍。一般而言，我们认为水深超过50~60m即需要使用到漂浮式风力发电机组，全球80%的海风资源潜力均在水深超过60m的海域；随着近海资源逐步开发结束、深远海推进节奏加快，漂浮式将是未来深远海的主要技术之一。不同于传统的固定式海上风电机组，漂浮式形式使得风电机组“漂”在水面上。风机通过塔筒立于浮体上，而浮体下方通过系泊系统起到固定作用。

从海外的情况来看，海外已率先进入漂浮式商业化阶段，“十四五”期间开始放量。

我国漂浮式海风发展相对较慢，当前已正式进入商业化开发阶段，预计十五五将迎来更大发展。2012~2017年处于技术研究阶段；2018~2022年推进单台漂浮式样机挂机运行，2022年12月海南万宁100万千瓦漂浮式项目开工启动，是全世界最大的商业化漂浮式项目，标志着我国漂浮式项目进入下一个商业规模化开发阶段。

根据GWEC测算，2021~2025年全球漂浮式海风项目新增装机量将从57.1MW提升至1048MW（GlobalOffshoreWindReport2022最新预测版本，较2021年预测数值均有上调），年均复合增速79%，其中我国0→200MW（此处对GWEC预测进行修正，预计海南万宁漂浮式项目并网200MW），海外57.1→848MW；2026~2031年全球装机量将从1166MW提升至9900MW，年均复合增速53%，其中我国0→1100MW，海外1166→8800MW。

从固定式风电机组转向漂浮式风电机组，由于其基础形式发生变化，漂浮式机组改为由浮体承载漂浮在海面上，因此需要系泊系统将漂浮式机组的位置与运动进行约束，由此增加了系泊系统环节（包括锚链、配重块、吸力锚本体、张紧器等）。我们判断，随着漂浮式项目规模化建设，以及机组大型化摊薄锚链使用量，锚链价值量将有所下降以满足经济性要求；而随着水深提升，锚链长度继续加长，所需的锚链价值量将继续提升。

我们根据GWEC对全球漂浮式项目的预测，核心假设水深：海外漂浮式风电项目水深几乎为国内的2倍，假设价值量60亿元/GW，我国漂浮式风电海域相对较浅，假设价值量30亿元/GW，后续随着向深水区开发价值量继续提升。据此我们测算得到2021~2025年锚链市场空间从3亿元增长至59亿元，复合增速104%；2025~2030年市场空间从59亿元增长至555亿元，复合增速57%。

此外，锚链行业壁垒高，对应企业亚星锚链、巨力索具拥有锚/索相关经验

漂浮式风电系泊系统传承于海洋油气平台系泊系统，对抗拉强度要求为至少R3及以上，当前随着机组变大、对经济性的要求，抗拉强度要求有提升至R4及以上的趋势。等级强度提升需要长期的技术积累以及严苛的当地认证，目前能够量产R4级及以上锚链的企业仅亚星锚链、西班牙Vicinay。

2.风机基础：水深提升/大型化提升基础用量，导管架/漂浮式浮体难度提升

目前投产、在建的海风项目风机基础形式以单桩和导管架为主。其中单桩基础是目前应用最广泛的基础形式，适用于浅、中等水深场址，是近海浅水区不嵌岩情况下的首选基础。而导管架是适用范围最广的基础形式，可满足10~50m水深要求，适用于大部分地质条件。随着水深提升和风机大型化，风电基础用量提升，同时漂浮式浮体有望成为新的应用形式。

固定式风机基础有望从单桩逐步转向导管架。两个核心变化：①水深提升。行业内普遍认为单桩、导管架分别适合于40m以内、50~80m水深；随着深远海推进，固定式风机基础形式有望逐步向导管架倾斜。②风机大型化。据测算，14MW风机疲劳载荷约为6MW风机的2~3倍，疲劳问题异常突出，从单桩过渡到导管架可有效解决这一问题。当前单桩形式重量约1000~2000吨，而使用导管架后单机导管架重量将提升至2000~4000吨，我们判断单MW重量将伴随基础形式变化而提升。从固定式项目走向漂浮式项目，风机基础形式改为浮体。漂浮式的发展将带来风机基础形式转向浮体，当前常见浮体结构包括张力腿、半潜式、立柱式，适合不同的水深。

从国内外典型漂浮式项目风机基础重量来看，当风机大小位于5~6MW范围内，风机浮体单位重量接近60万吨/GW，大型化风机（如Kincardine项目9.5MW风机，华能清能院17MW风机）能够摊薄部分浮体重量，单位重量位于30~40万吨/GW。而根据中国电建对于海南万宁100万千万漂浮式项目（使用16.6MW风机）的测算，单台风机使用的浮体重量约6000吨，对应单位重量36万吨/GW。

据此我们测算得到塔筒+风机基础的市场空间：2022~2025年塔筒+风机基础市场空间从63亿元增长至528亿元，复合增速103%；2025~2030年市场空间从528亿元增长至2179亿元，复合增速60%。

我们认为，基础形式变化考验基地与码头能力，提前布局的企业将占据优势。随着风机基础形式的变化，单桩一般重量达1000~2000吨，导管架则为2000~4000吨，浮体重量达到5000~6000t，且导管架与浮体的高度将显著提升，这对于码头的运输能力以及生产基地的设计提出了较高要求，一般认为具备浮体运输能力的码头应达到泊位水深大于15m，且尽量接近风场，缩短拖航距离。因此我们认为具备提前布局导管架、漂浮浮体的企业将在未来占据优势，如海力风电、天顺风能、大金重工、泰胜风能、润邦股份。

3.海缆：十四五、十五五期间单GW价值量整体稳定，十四五后期产能紧张

考虑深远海项目将成为远期主流，未来在海缆应用方面，柔性直流海缆的占比将持续提升。我们考虑柔直海缆占比从2023年8%提升至2025年80%，来测算海缆环节的远期空间扩大、单GW价值量整体有保持稳定。

我们对2022-2025年海缆行业整体的供需情况进行测算，测算显示，2024、2025年，海缆供给将呈现紧张局面。总供给略低于总需求，且海缆扩产周期较长，通常要1.5-2年时间，短期内行业产能刚性较强。区分海缆头部企业和二线企业来看，2024、2025年，头部企业的海缆产能将无法满足行业需求，由于海缆招标距离海风并网通常1年左右时间，因此，在招投标层面，2023年，二线企业就会开始享受到一线企业外溢的海缆订单。

我们认为，海缆系统市场规模2022-2025年复合增速超100%，2025-2030年复合增速15%（主要是基数提升的原因）；十四五、十五五期间仍然具备较强的抗通缩属性。我们对2022-2025年海缆行业整体的供需情况进行测算，测算显示，2024、2025年，海缆供给将呈现紧张局面。2024、2025年，头部企业的海缆产能将无法满足行业需求，在订单层面，2023年，二线企业就会开始享受到一线企业外溢的海缆订单。

4.碳纤维：行业高增长+国产替代双轮驱动，规模化后将迎来快速发展

全球碳纤维需求的前三大应用领域依次为风电叶片、休闲体育、航空航天。根据2021年全球碳纤维需求应用市场情况来看，风电叶片市场占比29%、休闲体育市场占比16%、航空航天市场占比14%。

我国碳纤维进口量近年来快速增长，2021年，我国碳纤维进口量5791吨，2022年增长至1.03万吨；碳纤维国产化比例从2016年20%提升至2021年47%，我们预计2022年我国碳纤维国产化率将达到50%，未来国产化率也将持续提升。

5.柔性直流：深远海风的标配，随开发量、渗透率提升市场空间有望迅速增长

柔性直流可以避免交流长电缆导致的电容升压效应，经济上也更适合深远海风

由于交流电下电容效应的存在，一段交流线路空载时也有电流通过，为电容电流，电容电流提供无功功率，将导致线路末端电压升高。根据电容计算公式=4可知，海缆由于其极板间距离较小（d值较小），绝缘材料较空气介电常数为高（ε值较大），因此其单位长度的电容值远较架空导线为高，因此带来的无功升压效应也较架空导线严重得多，且线路越长、电压等级越高，该现象越严重。

柔性直流不但没有交流长电缆的电容升压效应，且由于采用了基于IGBT的VSC电压源型换流器，可以独立调节有功、无功输出，因而不需要交流电网提供电压支撑，可以向无源系统供电。因此柔性直流特别适合海岛供电、海上风电送出等场景。从经济上看，交流海缆由于趋肤效应等因素的存在，在同等截面积的情况下输送容量较直流电缆为低。因此，采用直流送出可以减少用缆量，从而减少了铜等金属的使用，降低造价。因此虽然采用柔性直流时换流站设备造价更高，但与交流相比，线路越长，造价越省。

6.柔直海外已有批量应用、我国目前仅一个建成项目但前景广阔

目前欧洲部分国家的海上风电项目离岸距离较远，采用柔直海缆进行输送。截至2021年底，德国已投运及在建海上风电工程共9个，其中已投运7个，调试及在建工程2个。2021年11月8日并网发电的三峡如东海上风电项目是我国首个柔性直流海风项目，也是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔直海风送出工程。该项目采用±400kV电压等级，汇集如东三峡H6、H10、中广核H8共1100MW装机并入江苏电网。

海上风电柔性直流送出工程的核心在于换流站。根据《江苏如东1100MW海上风电项目陆上换流站工程环境影响报告书》，陆上换流站工程主要设备包括1100MW柔性直流单元（柔性直流阀厅、启动回路室、户内直流场等）、(3+1)×410MW联接变（单相双绕组），以及500kV母线、出线间隔等，工程总静态投资10.4056亿元。

7.换流阀为柔直换流站最核心的设备，IGBT为换流阀最核心的零部件

柔性直流换流站最核心的设备为换流阀，根据2019年9月28日《许继电气股份有限公司关于控股股东项目中标的公告》，三峡如东海上风电柔性直流输电示范项目换流阀设备采购中标价为3.75亿元，考虑换流容量为1100MW，折合单GW价值量约3.41亿元/GW，由于陆上、海上换流容量相同，设备参数近似，因此陆上换流阀价值量也约为3.75亿元。考虑目前我国已将海上柔直工程电压等级做到±500kV（建设中的三峡阳江青洲五、七海上风电项目），随电压等级的提高，对换流阀组件耐压、参数要求会有所提高，因此可合理假设海上风电柔直项目换流阀价值量（海上+陆上）在6.8-7亿元/GW之间。

换流阀的基本结构为基于IGBT全控型器件的VSC电压源型MMC多电平换流器，IGBT器件在换流阀总价值量中占比40%-50%，其次为电容器（25%-30%），其他为旁路开关、阀控系统、阀冷却系统、结构件、绝缘件等。

8.换流阀格局稳定，IGBT国产化崛起

多年来我国的直流换流阀（包括常规阀、柔直阀）由国电南瑞、许继电气等电网系统内老牌电力设备生产商所掌握，由于换流阀电压等级高、输送容量大、在电网中地位重要，因此格局较为稳定。统计我国第三轮特高压周期（2019-2021年）中标结果，金额上国电南瑞、许继电气、中国西电占比较高，其他公司包括荣信汇科、特变电工等。

（图片来源：veer图库）

关键词： 海上风电 电压等级 许继电气