风电是新能源中不可缺少的一块，也值得我们去了解学习。一个行业三言两语肯定说不清楚，建议收藏慢慢阅读~

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正如标题所述，依照之前跟大家介绍的认识一个行业的思路，本文首先会介绍风力发电的技术原理，然后了解这个行业的历史和发展前景，最后再详细学习产业链及产业链上每个环节的情况。

1、风力发电技术原理

风力发电的原理是利用风力带动风机叶片旋转，当风吹向叶片时驱动风轮转动，风能转化成动能，进而来推动发电机发电。

风力发电的过程和火电、水电类似，都是通过其他能量来推动发电机发电。发电机的物理原理就是我们初中学过的电磁感应定律，即导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，在风力发电中，推动这个导体运动的是风吹动叶片产生的动能，在火电中是煤炭燃烧使水变成水蒸气后推动电动机发电，而水电中是水流动的动能使电动机发电。

光伏发电就显得不一样的，光伏发电是基于光电效应，1954年贝尔实验室研制成功第一个实用价值的硅太阳能电池，而早在19世纪发电机就已经投入使用，人类从蒸汽时代进入电气时代。与光伏相比，风力发电算是核心技术相对成熟的传统行业，在投资市场中，光伏的关注度也比风电更高，估值也当然更高了。

新能源发电面临着降本增效的考验，光伏近些年伴随着转换效率提升与成本下降而快速发展，而风力发电有一个贝兹极限定律，即不管如何设计涡轮，风机最多只能提取风中59%的能量，现今正在运作的风力发电机所能达到的转化效率极限约为40%，因此风力发电在核心技术上没有太大的改进空间，基本上只剩下降本这一条路了。

相对于光伏的PERC、TOPCon、HJT，风电的技术路径显得很简单，但是在可持续能源快速发展的今天，风电和光伏都是不可缺少的一环，只要需求够大，即便是技术成熟，也是一个值得我们去研究学习的行业。

前面我们简单介绍了风力发电的原理，现在我们来看一台实际的风力发电机是如何构成的。

风电机组零部件众多，核心可以简化分成三部分：风轮、发电机和塔筒。

风轮一般由3只叶片组成，当风吹向叶片时驱动风轮转动，风能就转化成机械能。叶片的材料要求强度高、重量轻，多用玻纤或其它复合材料（如碳纤维）来制造。由于风力大小多变导致风轮转速不稳定，在带动发电机之前，需附加把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速结构使转速保持稳定，然后再连接到发电机上。为了保证风轮始终对准风向以获取最大功率，风轮后面需装一个类似风向标的尾舵（偏航系统）。

发电机的作用就是将动能转换成电能的机器。

塔筒是支承风轮、尾舵和发电机的构架，它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。塔筒高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，现在能做的100多米。

前面我们说到风力发电在增效上没有太多的空间，于是重点放在了降本上面。一个典型的趋势就是风机容量越做越大。我国陆上风电机组平均单机容量从2011年的1.5MW上升至 2021年的3.1MW，海上风电机组平均单机容量从2013年的1.9MW上升至2021年的5.6MW。

如果一个风电场的总装机容量固定的情况下，现在所需的风机台数是10年前的一半，对应的土地、建设、运维成本减少。同时叶片越来越长，增大了扫风面积，塔筒越来越高，越高风速越大，这样即便是转换效率没有增加，但是捕获的风能增加了，发电量也会提升，从而度电成本也会下降。

风机大型化应用带来的对降本影响也很显著，据金风科技统计，4S机组风机招标均价从2020Q3的3,000元/kw以上降到2021Q4的2,300元/kw左右。

持续的降本是风电脱离政策补贴走向平价的关键要素，根据IRENA数据，受益规模效应下零部件和安装维修成本下降，2020年陆上风电已成为全球成本最低的可再生能源。

2、风电行业发展情况

复盘我国风电行业发展历史，伴随着补贴和电网消纳能力几经波动。

2010年以前，在政策持续推进下，风电行业高速增长，在2010年新增装机量达到18.9GW，同比增长37.1%，达到第一阶段性峰值，但是风电场大多建在三北地区，远离电力消耗大的东南沿海地区，而且风电也不稳定，发电量时大时小，再加上当时配套的储能及特高压也不完善，于是就出现了严重的弃风现象，风电场花钱建了但是没用。这样政策肯定就收紧了，既然修建了却没有投入使用就不鼓励建了，在新增装机下降之后弃风率反而改善了，再加上风机成本下降的因素，装机量又开始回升。

伴随着补贴与弃风，我国的风电行业发展呈现出周期波动的特点：补贴刺激装机爆发—消纳能力不足—政策限制装机—消纳好转—新增装机恢复—补贴退坡—抢装爆发。直到2021年陆上风电的国补彻底退出，我国陆上风电已实现平价上网，风电投资逐步进入市场化发展阶段。

虽然陆上风电已经走出来了，但海上风电还在降本的路上继续前进，虽然2022年海上风电国补也彻底退出，但是地方补贴开始接棒，广东、山东等地出台地方补贴政策以支持海上风电行业发展。

相较陆上风电，海上风电天然优势显著。首先海上风速普遍较大，而且风速平稳，风机利用率高；其次前文我们说到风机大型化趋势下，叶片越做越长，塔筒越做越高，陆地交通难以运输，而海运限制就比较少，因此海上风电的单机容量要做得更大；最后就是海上风电靠近东南沿海用电地区，便于能源消纳。还有一个无法量化的生态因素，风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，陆地上成排的风机可能会误伤鸟类，欧洲一些国家对这个问题看得比较重，减少了风电的装机量，但是海上风电可以缓解对鸟类的影响。

然而，受海上复杂环境、维修成本等限制，机组设计需考虑盐雾腐蚀、海浪载荷、台风等众多制约因素，安装维修成本也比陆地上要高，同时还要考虑航运、军事管理的影响，目前全球海上风电发展仍处起步阶段。但越是起步阶段代表潜力越大，关键在于能不能发展起来，可别在起步阶段就凉凉了，反正不管怎样，目前大家对海上风电发展前景还是很看好的。

据GWEC预测，未来五年（2022-2026）全球风电新增装机量557GW，年均复合增长率为6.6%。其中海上风电增速为28.12%，占风电新增装机量的不到10%上升到24%，如果只看海上风电，是一个可以值得关注的高增长行业。

我国的风电产业起步晚于欧洲，在成本特别是技术方面并不占优势，总体来看，我国的风电制造企业业绩主要来自于国内市场，国外市场占有率非常有限，海外市场需求主要靠欧洲几大风电厂商满足。因此我国风电市场的需求比全球需求更值得关注，况且预测的数字当然有点虚，我们来看相对实在一点的政策。

2022年3月1日，我国各沿海地区海上风电规划及支持政策陆续出台，“十四五”期间主要省份海上风电新增装机合计达到 73.45GW，大约是“十三五”期间的8倍，我国海上风电装机量占了全球一半，增速有望更高。

3、风电产业链介绍

讲完风电技术以及这个行业，我们再来看看风电产业链有哪些投资机会。

首先来了解产业链的上下游：

上游原材料：包括玻纤、碳纤维、钢材等材料。

中游零部件及整机制造：根据前面提到的风机结构，零部件主要包括叶片、主轴、铸件、轴承等，风机制造商将这些零部件组装整合成风机整机，再出售给风电厂运营商，而塔筒、电缆等零部件一般由风电运营商直接采购。

下游风电厂运营投资：主要参与者以取得风电场投资建设资格的国企、央企为主。

了解完风电产业链上下游之后，我们更想知道的是谁在产业链中的话语权最强，通常我们会看毛利率，发现风电产业链毛利率呈现一个两边高，中间低的趋势，上游原材料和下游运营的毛利率相对较高，中游零部件只有主轴、轴承和电缆还可以，后面的分析我们也会去弄明白为什么这些环节的毛利率会高一些。

在风电产业链中，运营是毛利率最高的，毕竟人家是甲方嘛，而且补贴取消后当然要疯狂的压榨整机厂商了。但是毛利率高不一定代表投资价值高，因为风电建设的投资也很大，不像光伏找个空置的屋顶就能装了。

在投资一家公司时我们经常看投资回报率，比如ROE、ROIC等指标，简单点说就是每年收益占公司的投入资本的比例，ROE的只看股权投入资本，ROIC除了看股权投入之外，还要加上债权投入资本，因为风电运营商的负债也很多，为了统一比较，我们来看风电产业链各环节的ROIC，这个时候运营环节的投资回报率就很低了，所以风电运营商类似于金融性质，要不停的扩大资本去投资，有点类似于水电等公用事业了，但是又没水电公司那么稳定，如果真的求稳还不如买水电股了，因此风电产业链的运营商我们后面就不详细介绍了。

通过观察ROIC，我们发现零部件中毛利率较高的轴承、海缆、主轴以及上游原材料的玻纤的ROIC依旧很高，因此在后面分析产业链每个环节时值得重点关注一下，接下来就和大家一起学习一下风电产业链的几个主要环节。

1.上游原材料

风电叶片主要原材料包括主要由增强材料（大梁）、夹芯材料、基体材料、表面涂料等。基体材料成本占比达到36%，风电主要用的是环氧树脂，但是树脂是传统化工产品，境外公司比较强势，境内公司市占率不高。

其次是增强纤维，材料成本占比达到 28%，主要有玻璃纤维和碳纤维两种，其中玻纤价格较低，而碳纤维质量更高。

碳纤维主要用在航空航天、风电叶片、体育休闲等领域，2021年风电叶片碳纤维需求量占全球总需求的27.97%，但是相对其他行业所需要的碳纤维质量和价格都是最低，市场总需求金额占全球16.29%，风电叶片目前不是碳纤维最重要的市场，预计随着风电装机量的增长，需求量占比会逐渐变大。

玻璃纤维是重要的增强材料，用于风电领域的玻纤被称为“风电纱”。2018年，在中国风电纱市场中，中国巨石以37%的占有率排名第一，但即便如此，2020年，风电纱产品也只占公司玻纤产品总产量的20%。

在塔筒、铸件、电缆等零部件中会大量用到钢铁和铜，但不用我说大家也知道，风电并不是这些金属的主要市场。

也就是说市场上的原材料公司大多并不是很纯正的风电公司，相关标的的业绩与风电关系不大，即便是跟着风电涨也很大程度上是在炒估值，因为风电行业的需求对他们的业绩影响并不起主导作用。

2.叶片

风电叶片是构成风电机组的核心零部件，叶片在风电机组成本中占比最高，达到24%。

图：2020年风电机组原材料成分拆分

而叶片的原材料成本占叶片成本的 80%，因此生产成本受原材料价格影响较大，行业毛利率水平波动较大，基本维持在 10%-30%之间。

叶片行业集中度较为分散，行业CR3为34%，竞争较为激烈。除了传统的叶片厂商之外，一些主机厂如明阳智能，三一重能都建立也自己的叶片厂，同时其他零部件环节也切入叶片环节，如塔筒厂家天顺风能，单纯的叶片厂商壁垒并不高。

图：2020 年我国叶片行业企业市占率

3.齿轮箱

齿轮箱在风电机组成本中占比仅次于叶片，通过大小齿轮组合，实现变速的装置。

图：齿轮箱结构示意图

由于风轮的转速很低，通常需要依靠齿轮箱来增加转速，但是故障率较高，若风机齿轮箱出现质量问题，更换维修涉及吊装和运输，工程浩大、成本较高，更换维修成本甚至高于齿轮箱本身的价值。风机有三种技术路线，其中齿轮箱是双馈风机的核心部件，而直驱风机不使用齿轮箱，故障率更低。

风电齿轮箱行业集中度较高，三大齿轮箱供应商南高齿（中国高速传动）、采埃孚和永能捷已占全球齿轮箱市场份额的近70%。

图：2019年全球风电齿轮箱行业市占率

虽然齿轮箱行业集中度高，但专业齿轮制造商在产业链中话语权不强，因为齿轮箱的性能质量对于风机的重要性极大，整机厂倾向于自主研发齿轮箱的结构，再外采齿轮、轴承等配件进行自主装配，行业市占率第一的中国高速传动（南高齿）的毛利率只有15.8%，在风电零部件中最低。

4.主轴

风电主轴在风电整机中用于联接风叶轮毂与齿轮箱，将叶片转动产生的动能递给齿轮箱。风电主轴使用寿命约20年，使用中更换成本高、更换难度大，风电主轴的成本在风机中成本占比较低，因此风电整机制造商对其质量要求很严格，对其产品价格敏感度远低于其他成本较高的风电零部件。

风电主轴在风机零部件中较早实现国产化，行业形成双寡头竞争格局。国内风电主轴行业双寡头企业是金雷股份和通裕重工，2021 年两者合计占全球风电主轴市场份额的 50%以上，在风电零部件中主轴的国产化程度最高。

图：2021年风电主轴市场份额

风电主轴生产工艺复杂，需要人工操作的工序较多，目前无法完全实现自动化生产，这使得国内风电主轴生产商在人力成本上更有优势，出口的希望相比其他零部件更大。

风电主轴稳固的双寡头竞争格局，再加上生产工艺技术壁垒，使得其盈利能力在产业链中处于领先水平。

图：风电产业链龙头公司毛利率

5.轴承

轴承是现代化机械设备中一种重要的精密部件，根据下游应用领域的不同可以分为风电轴承、汽车轴承、工程机械轴承、盾构轴承等类别。风机的轴承主要用于支撑风机叶轮的旋转，降低旋转过程中的摩擦系数，保证旋转精度和平滑度。

我国轴承行业大而不强，国内高端轴承产品主要依赖进口市场，出口轴承多为中低端产品。2020 年国内轴承应用领域占比最高的行业为汽车、家用电器、电机和风电，分别占比 37.4%、12.4%、10.6%、5.8%，风电行业应用占比相对较低。

风电轴承是国产化程度最低的风电零部件，轴承市场被海外厂商高度垄断，德国舍弗勒、瑞典 SKF、日本 NTN、日本 KOYO、美国 Timken 这五家轴承集团占据了全球 83%的市场份额，国内企业市场份额不达 10%。我国风电轴承行业龙头瓦轴、洛轴都是国企，民营企业代表有新强联率先实现3MW 主轴轴承的进口替代，目前，公司正在研制 5MW 海上风电机组主轴承、6MW海上风电机组变桨和偏航轴承，有望率先实现国产替代。

图：2019年全球风电轴承市占率情况

据中轴协统计，2020 年全国风电机组装机20401台，共需配套轴承479424套。国内轴承企业 2020 共产销风电轴承 77975 套，占比 16.3%，风电轴承国内供需差距大，且国内自产轴承多为价值量较低的偏航和变桨轴承，风电轴承行业最大的看点在国产替代的市场空间。

6.铸件

铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，说得直白点就是打铁。把冶炼好的液态金属浇注到预先准备好的模具中，冷却后经打磨等得到的金属物，原材料主要是生铁和废钢。

风电铸件主要包括轮毂、底座、轴及轴承座、梁、齿轮箱部件（主要包括齿轮箱箱体、扭力臂、行星架)等这些“铁疙瘩”。

图：风电铸件示意图

铸件这种行业技术含量不高，很难被新技术颠覆，成本是最重要的竞争要素，在不考虑原材料价格的情况下，成本下降主要依靠工艺水平和产能规模，产能规模最大的龙头企业是日月股份。在有足够需求和钱的前提下，龙头公司不停的扩产就能赚到需求增长的钱，但是也得注意同行的扩产进度，预防产能过剩的风险。

7.风机

学习了主要的零部件之后，将他们组装起来得到风机。

我国风机行业起步较晚，早期外资品牌市占率比较高，后来许多整机企业从欧洲引进技术，再自己吸收研发，构建自主风机品牌，例如金风科技的直驱技术就是2004年与德国Vensys联合开发，明阳智能从2008年开始与欧洲风机公司Aerodyn展开合作。在我们的风机企业逐渐发展起来后，外资品牌市占率逐渐下降，份额让给中国厂商，但是国外风机技术不比我们差，中国风机厂商很难出海，份额又难以在全球范围内进一步提升。

于是从全球风机竞争格局来看是比较分散的，前五位的维斯塔斯、金风、GE、远景、西门子歌美飒市占率分别为 15%、13%、11%、10%和 8%，CR5 为 57%。

我国风电整机厂竞争激烈，CR3在补贴快结束的抢装行情中下降剧烈，二线厂商通过低价抢占头部厂商份额，说明风机的护城河不够深。

图：国内风机市场份额变化

在风电步入平价时代后，产品的竞争力在于优质且低价，风机承受的降本压力较大。目前风电整机厂的改善盈利的思路主要有三条：一是风机大型化摊薄单瓦成本；二是优化供应商管理；三是其他高毛利业务对于盈利的提升，主要是风电场开发运营业务，近年来，整机厂商纷纷下沉布局风电场建设领域。至于最后头部厂商能否保住地位，二线厂商谁能崛起抢占市场就不好说了。

8.塔筒

风电塔筒就是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。

风电塔筒说简单点就是个钢柱子，成本构成中直接材料占到 82%，运费占据 7%，人工费用约为 6%，制造费用约为 5%，原材料对风电塔筒的价格影响占据主导地位。

风电塔筒的招标通常和主机分开招标，采用成本加成模式，签订单价为签订合同时的中厚板钢材价格加上稳定的单吨毛利额，因此钢价的涨跌可以顺畅的传导到下游客户，盈利能力相对稳定，盈利增长主要靠产能增长。

由于塔筒重量和体积庞大，运输费用高昂，存在运输半径限制，一直以来行业竞争格局比较分散。按出货量来看，2021年出货量最高的公司是天顺风能，全球市占率12.4%。

按产能布局来看，天顺风能陆上产能优势明显，22 年全球市占率约 17%。大金重工海上塔筒+基础产能优势显著，22 年全球市占率约 24%，大金重工生产基地在山东蓬莱，并在当地自己的专用码头，海上塔筒运输成本更低，竞争对手中只有泰胜风能和海力风电有码头，且码头条件比大金重工的要差一些。

图：蓬莱大金港

聊完了塔筒，不得不提一下法兰。考虑到运输问题，单段塔筒的理想长度不超过30米，而现在风电机组的高度有一百多米，因此要将几段塔筒连接在一起，这个用来连接的零部件就是法兰。

风电法兰已经趋于成熟，行业整体集中度不高，市占率第一的公司恒润股份在我国风电法兰市场的市占率也只有10%左右，但是公司在海上风电市场的竞争力更强一些。相比于陆地，海上环境风大，装机容量也更大，因此对于连接几段塔筒的法兰工艺质量要求更严格。以海力风电采购情况为例，2020年公司占到海力风电法兰采购金额的43%，公司市场竞争力可见一斑。

图：2020年海力风电法兰采购金额占比

9.电缆

电缆就是电线啦，作用都不用我说了，按照产品用途的不同，电线电缆可以分为电力电缆、裸导线、电气装备用电缆、绕组线及通信电缆、光缆等五个大类。

我国电线电缆企业数量较多，普遍规模较小，行业市场集中度低，2020年我国电线电缆市场份额最大的宝胜股份市占率也只有3.14%，行业CR10只有11.11%。

电力电缆根据使用环境的不同又可以分成陆缆和海缆，陆缆下游非常广，包括电力系统，轨道交通，以及同样很受投资者喜欢的特高压，而海缆最大的应用就是海上风电了。

海缆是海上风电传输过程必备的。由于海缆敷设于海底，需长期耐受海水腐蚀、洋流及海洋生物冲击，技术上比陆缆更加复杂，机械强度、耐腐蚀性及防水性要求都极高。同时，海缆敷设在海底后，维护及修理难度极大，因此海缆可靠性要求极高。

实际上海缆的需求增长会高于海上风电装机增长，因为海上风电越建越远，从潮间带到近海，目前正朝远海发展，目前投运的海上风电场离岸距离大多 30km以内，但已经开始有项目达到 50km，对应海缆的长度会越来越长。

海缆根据使用环节可分为两类，用于连接风机之间的阵列海缆，以及输送到陆地上的送出海缆，目前以35kV阵列海缆和220kV送出海缆组合为主，随着海上风电场越建越远，还会有330kV/500kV等更高电压海缆的需求。

海缆的市场集中度在风电产业链中应该算是最好的了，根据中商情报网数据，海缆行业CR3达到了87%。海缆和风机一样存在地方保护，浙江、莆田项目是东方电缆的，广东、汕尾项目是中天科技的。

产业链内容的介绍了这么多，我们简单做个总结：

本文从介绍了风电行业的情况以及产业链各环节的一些特点，但是再好的行业也有作死的公司，本文算是抛砖引玉，如果大家有感兴趣的产业链环节，可以去深入研究相关公司，以后也会继续给大家分享一些行业和公司的分析，请多多支持~

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