(報告出品方/作者:長江證券)
01、現(xiàn)狀:未來趨勢明確,當(dāng)前尚處試點階段
海風(fēng)深遠海發(fā)展是未來行業(yè)確定性趨勢
近海海風(fēng)資源隨著不斷開發(fā)趨于緊張,而深遠海由于生態(tài)限制性因素較少且風(fēng)資源條件優(yōu),能通過規(guī)?;_發(fā)降本增效,未來開發(fā)潛力較大。因此,發(fā)展 深遠海海風(fēng)是未來海風(fēng)行業(yè)的趨勢。 中國近海(5-50m水深)的風(fēng)能資源開發(fā)潛力為500GW,深遠海(50m以上水深)的風(fēng)能資源開發(fā)潛力為1268GW,未來深遠海風(fēng) 電資源開發(fā)空間廣闊。
漂浮式方案在深遠海具備綜合優(yōu)勢
在近海風(fēng)電開發(fā)中,水深0-30m常用單樁、重力式基礎(chǔ)方案,水深30- 60m常用導(dǎo)管架、多樁基礎(chǔ)方案,然而其缺陷在于隨著水深增加,在 其他子結(jié)構(gòu)成本不變的情況下固定基礎(chǔ)的成本將顯著增加。 當(dāng)水深大于60m,固定基礎(chǔ)的成本急劇提高,導(dǎo)致經(jīng)濟性較差,而漂 浮式依靠系泊系統(tǒng)與海床連接,水深增加帶來的邊際成本增幅較小, 更具邊際成本優(yōu)勢。同時由于采用錨鏈固定、便于拆除,對海床地質(zhì) 的限制條件較少、對環(huán)境的影響較小,具備優(yōu)勢。
歐洲較為成熟,且處于商業(yè)化前期階段
從空間分布看,目前已建成(含退役和投運)的項目共140MW;其中,歐洲124.9MW(占79.2%)、日本21.1MW(占13.4%)、中國11.7MW(占7.4%)。 但從未來建設(shè)容量(進行中+規(guī)劃中)看,亞洲9961MW(占48.4%)、北美4912MW(占23.9%)、歐洲4551MW(占22.1%),未來漂浮式海風(fēng)呈現(xiàn)重心 往亞洲、北美轉(zhuǎn)移的趨勢。
歐洲較為成熟,且處于商業(yè)化前期階段
同時,國外部分項目已經(jīng)初步形成規(guī)模效應(yīng),建設(shè)成本相比國內(nèi)試點項目較低。 目前已部分投運的Hywind Tampen風(fēng)電場能夠?qū)崿F(xiàn)在260-300米深遠海為海洋油氣平臺輸電,且能形成95MW的規(guī)?;L(fēng)電場運營。同時,風(fēng)機的單機容 量較國內(nèi)的樣機項目大,且能夠使用混凝土方案制造漂浮式基礎(chǔ)。從成本端看,Hywind Tampen的造價約為3萬元/KW,低于國內(nèi)試點項目。
漂浮式基礎(chǔ)技術(shù)路線多樣化,各有優(yōu)劣
漂浮式海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)的設(shè)計主要借鑒自深海油氣平臺,但由于漂浮式海上風(fēng)電平臺與深海油氣平臺的應(yīng)用場景、基礎(chǔ)尺寸、海域水深均不盡相同,且 漂浮式海上風(fēng)電的動力性能要求高,因此技術(shù)路線目前較為多樣化。當(dāng)前漂浮式海上風(fēng)電主要有半潛式、立柱式、張力腿式、駁船式四種技術(shù)路線,另有多種技術(shù)路線組合而成的混合式。多個技術(shù)路線之間各有優(yōu)劣,比如 在適應(yīng)水深方面,半潛式、駁船式更具優(yōu)勢,能夠較好適應(yīng)30-50m水深區(qū)域;運動性能適應(yīng)性方面,立柱式、張力腿式更具優(yōu)勢;安裝難度方面,半潛 式、駁船式相對方便等。從漂浮式發(fā)展歷程看,半潛式、立柱式技術(shù)相對更為成熟,過往項目和在 建項目中占比較高;張力腿和半潛式建成項目較少,在建項目中逐步開始 出現(xiàn)。分區(qū)域看,不同技術(shù)使用海域、海況不同,由于半潛式適應(yīng)水深范圍更 廣,覆蓋30m以上水深,并且技術(shù)成熟度較高,因此國內(nèi)目前基本選擇半 潛式技術(shù)。
十四五多處試點階段,十五五有望商業(yè)化推廣
從建設(shè)時間看,2009-2020年為樣機試驗階段(20MW以下項目為主), 2021-2025年為小規(guī)模風(fēng)場試驗階段(20MW以上項目增多)。2026年以 后預(yù)計以100MW以上項目為主,預(yù)計開始步入大規(guī)模商業(yè)化推廣階段。規(guī)模方面,若以目前正在推進的漂浮式海風(fēng)做不完全統(tǒng)計,預(yù)計到2025 年、2030年全球漂浮式累計裝機分別有望達0.6GW、20.0GW, 對應(yīng) 年復(fù)合CAGR分別約65%、99%。 若按照主要國家和地區(qū)對于自身中期漂浮式海風(fēng)裝機目標(biāo)估算,2030年 全球漂浮式海風(fēng)累計裝機規(guī)模有望進一步擴大,超出20GW。
02、動因:經(jīng)濟性系主要矛盾,降本為核心
漂浮式海風(fēng)造價貴,浮體、系泊及施工成本占比高
目前國內(nèi)近海風(fēng)電場建設(shè)成本約1-1.4萬元/KW,當(dāng)前已投運的漂浮 式海風(fēng)試點項目造價為3.8-4萬元/KW,為前者的3倍左右。 從成本拆分看,漂浮式海風(fēng)中浮式基礎(chǔ)、系泊系統(tǒng)、施工安裝的成本 占比較高,均在20%左右或以上水平;而固定式海風(fēng)中風(fēng)機及塔筒、 基礎(chǔ)及安裝、海纜成本占比相對較高。
當(dāng)前國內(nèi)漂浮式海風(fēng)試點項目較難盈利
目前國內(nèi)已投運的漂浮式海風(fēng)項目有“引領(lǐng)號”、“扶搖號”,其設(shè) 備成本占比較高,風(fēng)電機組、浮式基礎(chǔ)、系泊錨鏈的成本合計超 60%。 我們假設(shè)項目生命周期為20年,考慮70%的貸款比例,電價為0.75元 /kwh的補貼電價,以此進行敏感性分析可以看出,僅建設(shè)總成本接近 3萬元/KW,發(fā)電小時接近3500h時,項目IRR為正;因此目前試點項 目離平價階段仍有較長距離。
半潛式全生命周期成本具備優(yōu)勢,成本構(gòu)成有所分化
技術(shù)路線方面,目前國內(nèi)漂浮式海風(fēng)基本采用半潛式路線。我們分別對半潛式、立柱式、張力腿式進行成本拆分,根據(jù)對漂浮式海風(fēng)全生命周期成本的測 算:三種漂浮式技術(shù)在125MW項目中的造價,半潛式最低(約37.8億元)、立柱式適中(約39.5億元)、張力腿式最高(約42.4億元)。 從成本比較看,浮式平臺(半潛式<張力腿<立柱式)、系泊系統(tǒng)(張力腿式<立柱式<半潛式)、風(fēng)機及浮式平臺安裝(半潛式<立柱式<張力腿式)。
降本路徑1:大兆瓦、定制化風(fēng)機
全球2022年已投運的漂浮式項目平均單機容量為5.2MW,基于目前規(guī)劃 的項目看,個別年份會有15MW甚至更大容量項目投運,單機容量整體呈 上升趨勢。 相較5MW風(fēng)機,使用10MW大容量風(fēng)機預(yù)計帶來LCOE下降16%-18%。 在風(fēng)場發(fā)電量不變時,LCOE下降主要來源于:1)減少風(fēng)機數(shù)量,從而減 少浮式基礎(chǔ)的數(shù)量以實現(xiàn)降本;2)大兆瓦風(fēng)機的發(fā)電效率更高。 目前行業(yè)內(nèi)也針對漂浮式海風(fēng)定制大兆瓦風(fēng)機,以實現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。
降本路徑2:浮式基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化
優(yōu)化浮式基礎(chǔ)設(shè)計,能夠降低造價成本,主要路徑包括:1)優(yōu)化浮式基礎(chǔ)尺寸設(shè)計:New Concept平臺(簡化版Hexafloat)用料最省因而比其他方案造價更便宜。2)材料體系的選擇:目前部分項目考慮使用混凝土替代鋼材或者與鋼材混用,主要因混凝土單價相較便宜;但因混凝土生產(chǎn)加工費用較高且原料用量較大,所以部分方案中目前具備一定成本優(yōu)勢。
從浮式基礎(chǔ)材料看,鋼材方案仍是主流,已建成(退役+投運)項目中純鋼 方案為主流(合計119MW、10個,占比分別為95%、71%),從未來建 設(shè)容量(進行中+規(guī)劃中)看,混凝土方案應(yīng)用比例有所提升(合計 663MW、6個,占比分別為38%、30%)。 使用混凝土方案,成本方面具備一定優(yōu)勢;但也存在著應(yīng)用局限、生產(chǎn)過 程及質(zhì)量控制復(fù)雜、批量化生產(chǎn)需要更大的占地面積等不足。
降本路徑3:施工安裝優(yōu)化
目前行業(yè)內(nèi)采取的施工安裝降本路徑,主要路徑包括: 1)提高運輸效率:通過將浮體設(shè)計成可使用駁船批量運輸?shù)慕Y(jié)構(gòu),實現(xiàn)單 次運輸多個浮式基礎(chǔ); 2)減少濕拖環(huán)節(jié):國際海工巨頭Heerema推出Floating to Floating 漂浮 式安裝方法,在海上現(xiàn)場吊裝風(fēng)機,具有:對港口需求低、解決濕拖、系泊 安裝對天氣敏感等問題; 3)整裝解決方案:中國電建采取移動碼頭、靠樁系泊、承臺坐底等方案, 解決漂浮式風(fēng)電碼頭條件不成熟等問題。
降本路徑4:系泊系統(tǒng)優(yōu)化
優(yōu)化系泊系統(tǒng),能夠帶來成本的下降,主要路徑包括: 1)共享錨固方案:多條系泊線共享錨固,能減少漂浮式風(fēng)場的錨固數(shù)量, 從而實現(xiàn)降本。對規(guī)?;_發(fā)的漂浮式風(fēng)場,使用“3線1錨”和“6線1 錨”的方案,較“1線1錨”分別節(jié)約67%、83%的成本。 2)材料體系變化:根據(jù)Ideol 2MW Floatgen漂浮式試驗風(fēng)機的運行數(shù) 據(jù),采用尼龍制系泊系統(tǒng),能夠節(jié)約40%的系泊繩制造成本和20%的安裝 成本。
漂浮式海風(fēng)提高經(jīng)濟性的其他途徑
漂浮式海風(fēng)項目還可以通過其他途徑,以提高經(jīng)濟性: 1)為深遠海油氣平臺供電:目前挪威國家石油公司Equinor投資建造Hywind Tampen是第一座為海上油氣平臺供電的浮式海上風(fēng)電場,已經(jīng)實現(xiàn)為海上油 氣供電平臺輸電,在實現(xiàn)解決方案產(chǎn)業(yè)化和降低未來海上風(fēng)電項目成本具有重要意義。 2)與網(wǎng)箱養(yǎng)殖融合:龍源電力漂浮式漂浮式風(fēng)電項目,通過安裝一臺4兆瓦漂浮式海上風(fēng)電機組,同時在浮體平臺上安裝光伏板,平臺中間取正六邊形作為 養(yǎng)殖區(qū)域,養(yǎng)殖水體約1.2萬立方,將形成“以漁養(yǎng)電、以電養(yǎng)魚”的發(fā)電新模式,實現(xiàn)風(fēng)、光、漁融合,開創(chuàng)“海上糧倉+藍色能源”融合發(fā)展的新業(yè)態(tài)。
03、產(chǎn)業(yè):供應(yīng)鏈已具雛形,優(yōu)質(zhì)企業(yè)有望勝出
風(fēng)機:當(dāng)前主流風(fēng)機企業(yè)仍是參與主體
各主機廠商積極推進漂浮式海風(fēng)項目研發(fā),明陽智能、中國海裝均已成功推出漂浮式風(fēng)機下海試驗。其中,明陽智能此前發(fā)布的16.6MW藍色能動 號機型,成為全球容量最大、重量最輕的雙轉(zhuǎn)子抗臺風(fēng)漂浮式風(fēng)機,并擇機安裝于中國南海海域。 據(jù)不完全統(tǒng)計,2022年至今海風(fēng)風(fēng)機中,明陽智能、遠景能源、電氣風(fēng)電、中國海裝、金風(fēng)科技份額靠前。
浮式基礎(chǔ):涉足主體包括樁基企業(yè)、海工企業(yè)
漂浮式基礎(chǔ)主要用于支撐風(fēng)電機組及塔筒,由浮筒、浮艙、壓載艙、桁架等部分構(gòu)成。 現(xiàn)有的漂浮式風(fēng)電浮體制造商多為海上油氣供應(yīng)商或涉及海洋工程業(yè)務(wù)的造船廠,部分塔筒管樁企業(yè)亦積極進行相關(guān)技術(shù)儲備。其中,惠生海工、黃埔文沖 造船廠分別為三峽“引領(lǐng)號”、中船“扶搖號”漂浮式風(fēng)電示范項目提供半潛式浮式基礎(chǔ)建造;天順、大金、海力等頭部樁基企業(yè)也均有涉足和儲備。
系泊系統(tǒng):新增產(chǎn)品環(huán)節(jié),技術(shù)壁壘較高
系泊系統(tǒng)主要由起鏈機、系泊線(系泊鏈段、重塊段、單股鋼絲繩段、錨端 系泊鏈段)和錨固裝置等構(gòu)成,主要分為懸鏈?zhǔn)?、張緊式、張力腱式。從適用場景看,懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)主要使用鋼鏈結(jié)構(gòu),適用于淺海、中等水深 海域;張緊式系泊系統(tǒng)主要使用鋼纜或其他符合材料,適用于深水、超深水 海域;張力腱式系泊系統(tǒng)主要使用合成纖維材料,適用于超深水海域。錨固方面,類型較多,選擇錨固類型需要綜合考慮土壤和巖土特性、嵌入 要求精度、安裝船能力、系泊系統(tǒng)的類型和成本等因素。 從適用土質(zhì)條件看,重力錨在各種土質(zhì)條件中表現(xiàn)較弱,樁基錨、鉆孔灌 漿錨的適用范圍較廣,且在各種土質(zhì)條件中表現(xiàn)較好。從定位精度看,拖 曳嵌入錨、垂直裝載錨表現(xiàn)較其他類型錨固弱。
動態(tài)海纜:源于油氣領(lǐng)域,頭部企業(yè)具備出貨業(yè)績
目前國內(nèi)浮式風(fēng)電動態(tài)纜主要基于油氣行業(yè)經(jīng)驗進行研發(fā),但與油氣動態(tài)纜 有區(qū)別。浮式風(fēng)電動態(tài)纜離岸距離較近,水深較淺,主要用于輸電,且輸電 容量高于單個油氣平臺,因而高壓、大截面為浮式風(fēng)電動態(tài)纜主要設(shè)計趨 勢。 目前頭部三家海纜企業(yè)具備較深厚生產(chǎn)技術(shù)積累,其中:東方電纜、亨通光 電分別在“引領(lǐng)號”、“扶搖號”漂浮式風(fēng)電項目中具備供貨業(yè)績。 招標(biāo)價格方面,估算中海油試點漂浮式風(fēng)電項目動態(tài)纜單公里價格約604萬 元/公里。
直流海纜:有望成為深遠海大容量風(fēng)場輸電的最優(yōu)解
漂浮式海風(fēng)項目離岸距離較遠,我們預(yù)計直流海纜有望成為漂浮式送出海纜的 主流輸電解決方案。 根據(jù)歐洲目前海風(fēng)項目情況看,離岸100km以上的項目均選擇直流海纜方 案。主要原因在于直流送電能力顯著強于交流,離岸距離變長后,整體輸電系 統(tǒng)性價比更優(yōu)。 直流海纜技術(shù)壁壘進一步提升,目前國內(nèi)僅一線頭部海纜企業(yè)具備相關(guān)技術(shù)實 力和項目實際交付經(jīng)驗。直流輸電系統(tǒng)中,除了直流海纜外,換流站同樣至關(guān)重要,尤其是其中的換流閥是交流、直流轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。 一般海風(fēng)直流輸電系統(tǒng)需 要新建海上、陸上2個換流站。 柔性直流換流閥主要零部件采用IGBT,并且高壓換流閥技術(shù)壁壘較高,參照國內(nèi)特高壓換流閥市場格局看,具備相關(guān)技術(shù)和項目交付經(jīng)驗的 企業(yè)較少,多為頭部大型電力設(shè)備企業(yè)。
海纜:格局穩(wěn)定,屬地資源、業(yè)績及技術(shù)壁壘較高
目前海纜行業(yè)市場格局較為集中,2018-2022年頭部三家企業(yè)的市場份額接近90%,主要因為海纜行業(yè)具有屬地資源、業(yè)績背書、技術(shù)要求等壁壘,頭部企業(yè)在 爭取訂單時具備明顯優(yōu)勢,而其他企業(yè)短期內(nèi)難以改變當(dāng)前競爭格局。頭部企業(yè)東方電纜、亨通光電、中天科技均在積極布局動態(tài)海纜相關(guān)技術(shù),我們預(yù)計頭部企業(yè)憑借屬地資源優(yōu)勢、深厚的技術(shù)積累,有望率先受益于未來漂浮式 海風(fēng)的增長放量。