海上風電及海底電纜行業分析1、海上風電行業概述1.1、海上風電的發展歷史及現狀2015年12月12日，近200個締約國在巴黎氣候大會上簽署了《巴黎協定》，各國在利用清潔能源取代傳統能源，減少溫室氣體排放方面達成了共識。這也意味著風力發電作為綠色發電手段將得到越來越廣泛的應用，是未來推進能源轉型的重要路徑。在取代煤炭發電方面，海上風電的減排效果更加顯著，中國1GW的海上風電項目，每年可節省標煤消耗46.7萬噸，減少二氧化碳排放約124噸。根據世界銀行集團測算，全球海上風電技術可開發潛力為71TW，海上風能儲備資源達到全球電力需求的十倍以上。近幾年，全球海上風電的裝機量持續增長，根據GWEC數據統計，2021年全球海上風電新增裝機量21.1GW，創造了歷史記錄，全球海上風電裝機總容量達到57.2GW。可以預計，在碳中和背景下，海上風電將成為未來低碳發展的主線之一。1.2、中國海上風電發展情況中國蘊藏著豐富的海上風力資源，根據報告，中國水深5-50米海域，100米高度的海上風能資源可開發量為5億千瓦，總面積39.4萬平方千米。另外近岸潮間帶、深遠海也具備較豐富的風能資源。與陸上風電相比，中國海上風電具有運行效率高，風力資源豐富，發電穩定的特點，同時中國用電主要集中在東南沿海地區，發展海上風電可以更靠近用電中心，就近消納。隨著國家政策的大力支持以及海風成本的降低，近幾年中國海上風電高速發展，已經成為了全球裝機規模最大的海上風電市場。根據GWEC統計，2021年中國海上風電新增裝機量16.9GW，約占全球新增裝機量80%，累計總裝機量27.68GW，占全球總裝機48.4%。中國海上風電發展歷程大致分為四個階段：1）初期探索階段（2010-2014年）中國海上風電相較于歐洲發達國家起步較晚，2010年6月，中國同時也是亞洲首個大型海上風電場——東海大橋100MW海上風電場并網發電，標志著中國海上風電產業邁出了第一步。但是受制于海上風電發展初期資本投入較大，發電成本較高，風場運營維護經驗不足等因素限制，2010-2014年期間海上風電發展速度較為緩慢，這一階段，主要采用特許權招標方式招標海風項目，截至2014年底，中國海風累計裝機量654MW。2）穩步發展階段（2015-2018年）在此期間，國家發改委發布了《關于海上風電上網電價政策的通知》，規定了2017年投運的潮間帶海上風電和近海海上風電項目上網電價分別為0.75元/千瓦時和0.85元/千瓦時。這一階段，隨著地方政府層面的政策支撐，海風項目的經驗積累，以及技術設備逐漸成熟等因素驅動，海上風電累計總裝機量迅速增長，從2015年1035MW增長到2018年4443MW，CAGR達到62.5%3）三年搶裝階段（2019-2021年）隨著國家宣布2019年1月1日至2020年底前核準的海上風電項目，2021年底前仍未完成并網的，不再享受國家補貼，中國迎來了為期三年的海上風電“搶裝潮”。2019-2021年海上風電累計裝機從4.44GW增長到27.68GW，CAGR為84%。這三年由國家政策驅動的海上風電規模跨越式發展，也同時帶動了風電產業鏈上下游的需求，進一步完善了產業鏈的結構，部分零部件如高端海纜，軸承等逐步實現國產替代。4）平價上網階段（2022年-至今）隨著國補取消，部分省份用省補接力國補，海上風電邁進平價時代。相較于去年整年海上風機招標的冷淡，根據國際風力發電網統計，2022上半年海上風機公開招標量達16.1GW。山東和廣東的海風總招標數占69%。其中，山東2204.5MW，廣東1696MW。在海風平價上網階段，海上風電產業鏈持續的降本增效將是驅動行業發展的關鍵因素。1.3、歐洲海上風電發展情況歐洲是世界上最早落地海上風電項目的地區。1991年，丹麥Vineby海上風場安裝了世界上第一臺海上風機。歐洲的海上風電距今已有30年發展的歷史，無論技術上還是規模上都保持世界領先水平。過去的十年中，歐洲海上風電裝機量CAGR達到18.88%，保持高速增長的同時成為了全球最大的區域海上風電市場。2021年歐洲海上風電新增裝機量為3.3GW，截至2021年底歐洲海上風電累計總裝機量28.2GW。歐洲海上風電發展主要分為三個階段：1）萌芽期（1991-2001年），在這一時期，大部分政府和企業都不認可海上風電的發展前景。安裝的容量很少，缺乏可靠的產業鏈。風機的容量一般在0.5-1MW，風場的規模較小，一般在20MW以內。2001年，歐洲海上風電累計裝機不到100MW，平均安裝成本2600USD/kW，平準化度電成本(LCOE)約為0.12USD/kWh。由于此階段風場的規模較小，因此限制了海上風電的社會影響和經濟效益。2）上升期（2002-2011年），在這一階段，海上風電得到了政府政策支持，施工安裝技術進一步完善，融資規模大幅增加，海上風電進入高速增長期，單一項目規模也達到100MW以上，2002年丹麥建設了一個有現代規模的風電場HornsRev1，裝機容量為160MW，離岸距離在14~20km。2011年歐洲海風平均安裝成本4658USD/kW，平準化度電成本達到0.159USD/kWh，累計海上風電裝機量達到3.8GW。3）市場化（2012-至今），這一時期在技術可行性證明后，海風成本降低，政府進一步減少補貼，海上風電市場化成為主題。風機的設計容量不斷增大，離岸距離也不斷增加。截至2021年，歐洲海上風電總裝機量達到28GW。平均安裝成本在2013年達到最高峰5740USD/kW后，開始逐步下降，2019年下降到4094USD/kW，平準化度電成本達到0.117USD/kWh。2018年，歐洲出現了“零補貼”海上風電項目，可再生能源開發商Vattenfall獲得了荷蘭KustZuid兩個海上風電場的開發權，隨后，德國、丹麥、荷蘭等國也有多個“零補貼”的海上風電項目相繼落地。2021年12月，丹麥出現了首個中標的“負補貼”海上風電項目，標志著歐洲海上風電已經走向市場化。2、海底電纜的發展歷史及現狀海纜分為海底通信電纜和海底電力電纜。電力海纜是海上風電的核心零部件之一，其特點是在絞合的導體外用絕緣層包覆，并輔以屏蔽、護套、鎧裝等特殊結構使其具有良好的絕緣、機械、電氣性能，主要應用于電力系統中輸配電網電力傳輸，安裝方式以水下敷設為主。根據技術迭代和發展歷史，我們把海纜發展分為以下三個階段。1）實驗期（1850-1961年）1850年，法國和英國之間敷設了世界上第一條海底電纜，隨著這一階段自然科學的迅速發展，海纜的絕緣材料也在不斷迭代，黃麻瀝青，聚氯乙烯，聚乙烯，交聯聚乙烯等材料先后應用。這一時期的海纜技術尚未成熟，還停留在實驗階段。2）商業化（1962-1999年）這一時期，歐洲國家海纜技術已經相對成熟，迎來了大規模商業化。1988年，中國建成了第一條海底電纜。共有兩條，一條是福州川石島與中國臺灣滬尾（淡水）之間，長177海里；另一條由臺南安平通往澎湖，長53海里。1999年，世界上首條商業化直流XLPE電纜敷設完成。3）發展期（2000年-至今）隨著海上風電從近海到深海遠海不斷探索，海纜的技術趨勢進一步從低壓到高壓，從交流到直流。2009年，中國首條500kV高壓交流海纜電路建成，2014年，中國首條柔性直流電纜投入運行。這一時期，歐洲海纜無論是技術研發還是商業化應用，始終領先于中國。2.1、海底電纜種類海纜的種類繁多，根據電壓等級，傳輸形式，輸電作用，絕緣材料不同，我們可以把海纜分為四類。1）根據電壓等級分類。根據電壓等級的不同，可以分成低壓電纜，中壓電纜，高壓電纜，超高壓電纜，特高壓電纜五類。低壓電纜常用于住宅間或小型商業客戶到公用事業的配電線，中壓電纜常用于市區及郊區的電力分配，高壓及以上電纜通常用于遠距離或高效能電力傳輸。2）根據輸電作用不同可以分為集電海纜和送出海纜。集電海纜一般用于海上風力發電機的連接，送出海纜用于風機并網使用。在海上風電輸電過程中，風力機組發電通過集電海纜送到海上升壓站，將電壓升高后，再由送出海纜傳到岸上接入電網。在綜合考慮經濟性，輸電效率，海上風電場容量的情況下，國內常見的集電海纜通常為交流35kV，送出海纜為交流220kV，根據不同需求也會采取更高電壓等級。3）根據電路傳輸形式不同可以為交流海纜輸電和直流海纜輸電。交流海纜輸電發展較早，技術相對較為成熟，生產成本較低，早期海上風電多采用高壓交流輸電方式。高壓交流輸電過程中，先由海風驅動風機轉動，帶動發電機發電，通過變壓器在機艙內部提高電壓，再由集電海纜傳輸到海上升壓站二次升壓，最后由送出海纜輸送至陸上變電站。高壓直流輸電系統是在輸電線路的始端，風電機組輸出的交流電經過升壓變壓器，再通過集電海纜至海上換流站轉換為直流，最后通過直流線路傳輸到陸上換流站轉換為符合要求的交流電并進行并網。柔性直流輸電系統是在傳統直流輸電系統的基礎上引入了可關斷電子器件的一種新型可換流的直流輸電技術，能夠對電壓提供穩定的支撐，還具有可控性強等優點，是在大規模且遠距離海上風電場中輸電并網的首要選擇，隨著遠海風電場的不斷開發，柔性直流輸電已逐步變為海上并網的核心技術。4）根據絕緣材料的不同，我們把海纜分為油紙絕緣海纜，橡膠絕緣海纜，塑料絕緣海纜。交聯聚乙烯（XLPE）絕緣電纜，是一種適用于配電網等領域的電纜，它結構簡單、重量輕、耐熱好、負載能力強、不易熔化、耐化學腐蝕，機械強度高，已經是應用最廣泛的海纜產品。但是從高壓直流輸電海纜的市場來看，傳統的油紙絕緣輸電海纜仍然是主流產品。2.2、海底電纜材料海纜原材料主要包括金屬材料和化工原材料，其中金屬材料包括銅桿（電解銅）、鋁桿、合金鉛錠、鋁帶、鋼絲等；化工原材料包括絕緣料、護套料、半導電屏蔽料等。在海纜的結構中，最外層的外被層用來抵御海水腐蝕；下一層是鋼絲鎧裝，用來加強海纜的機械強度，防止外力破壞；鉛護套用來抵御海水腐蝕和強大的水壓；阻水層可以阻止當鉛護套損壞時，海水滲入鉛護套并沿軸向擴散；海纜絕緣層和陸纜絕緣層沒有區別，用來傳送能量；內外屏蔽層用來均勻電場分布，提高絕緣壽命。根據海纜導電芯數量的不同，可以分為單芯海纜和三芯海纜。單芯海纜便于敷設，敷設長度一般為三芯電纜的三倍，總體施工時間較長。同時，單芯海纜要敷設在三根非磁性管道中，而三芯海纜敷設在同一根管道中，單芯管材根數相比三芯需求較多，變電站多回進出線不方便布置。高壓電力海纜因為相間絕緣問題通常使用單芯海纜，中壓電纜因為電壓較低，相間絕緣問題可以忽略，一般采用三芯形式。2.3、海纜生產工藝目前國際上用來生產中高壓海纜和110～500kV高壓XLPE電纜的工藝裝備主要有立塔交聯（VCV與GCP法）、MDCV、CCV、FZCV等生產方法。2.4、海纜技術趨勢隨著海上風電的風機大型化，向深海遠海發展的趨勢，對與其配套的海纜行業也提出的更高的要求。未來海纜的技術將向高壓化，直流化，軟接頭方向發展。高壓化同輸電功率的情況下，電壓越高電流就越小，高壓輸電能減少輸電時的電流從而降低因電流產生的熱損耗和降低遠距離輸電的材料成本。目前市場上的送出海纜從傳統的220kV交流海纜，逐漸過渡到電壓等級更高的330kV三芯交流海纜和500kV三芯交流海纜。直流化交流電纜絕緣結構中的等效電容隨著電纜長度的增加而增加，在電能傳輸過程中，等效電容與電源不斷進行充電、放電，其充電電流可達到極大值而影響正常有功負荷的傳輸，因此交流電纜理論上存在極限傳輸距離，超過極限傳輸距離后使用交流電纜傳輸電力經濟性將顯著下降。柔性直流電纜長度不受充電電流的限制，介損和導體損耗較小，適宜遠距離電能傳輸。由于換流站的造價和運行費用均比交流變電所要高，但直流輸電線路的造價和運行費用比交流輸電低，因此對于同樣輸電容量，輸送距離越遠，直流相比交流輸電的經濟性就越好。實際應用中，直流海纜和交流海纜的等價距離一般在40千米左右，超過40千米以上的遠海輸電，采取直流輸電的方式更具有經濟性。軟接頭在長距離海纜應用中，受現有生產技術、能力的限制，通常單根無接頭海纜長度無法達到使用距離，此時可以使用軟接頭將多根海纜進行接續，從而實現一次性敷設的應用需求，但兩段電纜之間的接頭處是性能最薄弱的地方，因此需要著力提升接頭處的性能，確保海纜整體的穩定性和可靠性。海纜軟接頭涉及焊接，高分子、絕緣多工種，比較復雜。重點在于通過控制各種工藝參數，盡可能實現接頭處的性能和本體保持一致，且隨著電壓等級的提高，相應的技術難度也不斷增加。3、海底電纜行業的現狀3.1、海底電纜產業鏈海纜產業鏈由上游的原材料金屬（銅，鋁，鋼，鉛等），非金屬（絕緣材料，護套等），中游的海纜制造企業（中天科技、亨通光電、東方海纜等），以及下游海上風電投資建設企業構成。在上游原材料中，金屬銅占比最高，約占70%。海纜行業成本原材料占比高達85%以上，利潤空間受原材料價格變化直接影響。我們選取三家規模海纜企業，中天科技，東方電纜，亨通光電的海纜業務材料成本占比，根據市占率做加權平均后，得到海纜行業原材料占比為86.2%。3.2、行業壁壘海纜行業是資金和技術主導的高科技行業，生產工藝復雜，生產線和技術迭代較快，敷設難度大，行業的壁壘較高。從生產技術，業績經驗，碼頭資源三個方面形成了行業壁壘，給后進入的企業造成巨大的難度。生產技術壁壘：風機大型化的需求，使得海纜的技術不斷迭代。常見的35kV集電海纜和220kV送出海纜，已經難以滿足發電廠的輸電需求。目前66kV的集電海纜，330kV和500kV的送出海纜已經在國內的海風項目投入運行。高電壓海纜對于企業的研發能力，材料選擇，工藝水平，生產線改進，質量檢測，運營維護等方面要求都非常高，目前具有220kV以上海纜技術儲備的只有中天科技，東方電纜，亨通光電三家龍頭企業。業績資質壁壘:海纜敷設屬于重大工程，在項目招投標階段，海纜企業的過往業績和安裝經驗是下游客戶重要的考察部分，近兩年的海上風電項目招標時普遍對企業過往三年內有項目經驗要求。同時海纜企業產品需要通過CCC認證，認證周期長達一年。海纜項目的歷史業績要求較高且資質認證周期較長，對于新進入玩家來說，很難與現有規模企業形成競爭。碼頭資源壁壘:由于海纜需要專門的海纜敷設船進行運輸，而且海纜器件重量較大，通常可達千噸以上，生產商都是一邊生產一邊裝船，因此需要海纜企業具備千噸級別以上的碼頭資源。隨著碼頭審批難度加大，碼頭已經屬于稀缺資源，已有碼頭的海纜企業進一步鞏固了護城河優勢。3.3、競爭格局歐洲的海纜市場，2020年歐洲4家公司供應了集電海纜。TFKGroup繼續成為集電海纜(41%)的主要供應商，在德國、葡萄牙、比利時和英國擁有145根電纜。Nexans位居第二(27%)，負責Borssele1&2的渦輪機連接。PRYSMIAN排名第三(21%)，其在Borssele3&4的渦輪機連接。NSWTechnology排名第四(11%)。2020年歐洲市場送出海纜的由四家公司供應，NKTGroup和NEXANS分別占據33%市場份額，HellenicCables(22%)和PRYSMIAN(11%)緊隨其后。海纜行業在歐美發達國家起步較早，經過多年的發展，已經形成了穩定的競爭格局。行業利潤受上游原材料價格直接影響，在原材料價格波動中，小企業被逐漸淘汰，同時行業壁壘較高，給新進企業造成很巨大難度，因此頭部幾家企業占據了絕大多數份額。中國海纜行業具有較高的行業集中度。規模最大的三家企業中天科技（37%），東方電纜（33%），亨通光電（17%）占據了接近90%的市場份額，其余10%左右份額屬于漢纜股份，萬達電纜和寶勝股份。中國較歐洲市場起步較晚，未來國內海纜行業的發展趨勢也將是幾家頭部企業市場份額進一步提高，由于海纜行業有較高的壁壘，新進玩家很難有機會挑戰“三足鼎立”的格局。海纜敷設難度大，因此具有很強的屬地優勢。例如東方電纜在廣東省投放了產能，在廣東省中標的屬地優勢明顯。目前國內只有中天科技，東方電纜，亨通光電三家公司有能力生產220V以上的海纜。三家公司均采用“研發設計，生產制造，安裝服務”的模式為客戶提供定制化產品，提供EPC總包服務及系統解決方案。目前三家企業毛利率均在40%左右，具有較強的盈利能力，市場競爭格局相對較為穩定。3.4、驅動海纜行業發展的因素全球市場需求的不斷提升，給海上風電的發展帶來了較強的確定性，同時技術的不斷升級，降本增效，也將助力海上風電的發展。3.4.1、需求因素國內海上風電市場需求中國在“雙碳”目標的指引下，沿海省份也出臺相關政策，加快布局海上風電。目前已出爐的沿海省市海上風電“十四五”規劃總產能共計100GW，根據GWEC數據，2021年底中國總裝機量26.38GW，因此可以預估2022-2025年期間中國新增海上裝機將增加超過70GW。海纜作為海上風電的重要組成部件，將受益于海上風電的巨大增長，需求量同步提升。全球海上風電市場需求為了實現《巴黎協議》2050年凈排放歸零的目標，全球許多國家出臺發展海上風電的政策，加快海上風電布局。美國、日本、英國、德國等世界主要經濟體已經明確了海上風電遠期裝機計劃。其中美國，日本目前海上風電規模還處于起步階段，可以預期到2030年之前，美日兩個國家海上風電將迅速增長，進一步擴大對海纜的需求量。受益于國內和海外海上風電市場需求的齊頭并進，給海纜的高速增長帶來了較為確定的空間。我們預計直到2030年，海纜行業都將迎來持續不斷的強勁需求。3.4.2、技術因素深海遠海化提升海纜需求海上風電逐漸向深海遠海邁進，一方面遠海深海的風力資源較為豐富穩定，有助于海風降本增效；另一方面，近海風電制約因素較多，開發能力有限，深海遠海蘊藏著更大的開發空間。根據IRENA的數據，2001年投入使用的海上風力發電場距離海岸約5公里，水深7米。2020年，海上風電場與海岸的加權平均距離和水深分別為30公里和38米。中國近兩年的海上風電招標項目中,射陽100萬千瓦海上風電項目，粵電陽江青州一、二海上風電場項目，明陽陽江青州四海上風電項目，離岸距離均達到50km以上。在深度方面，目前中國海上風電項目的平均深度為20-30m，而受制于深遠海特點不同，不同地區的發展潛力也不同。以浙江和江蘇為例，浙江距離海岸線60-70公里范圍就可以達到50米水深，而江蘇則距離海岸線200公里才能達到同樣深度。海上風電場離岸距離越來越遠的趨勢下，單一海風項目的海纜需求量也將同步提升。高壓輸電、柔性直流輸電技術，將提升海纜單位價格。隨著海上風電的深海化，遠海化發展趨勢，為了減少輸電損耗和運維成本，遠距離輸電多采用高壓輸電，歐洲則廣泛采用柔性直流輸電技術。根據招標數據顯示，220V電壓等級的海纜成本一般在400-500萬元/千米,而500V的海纜項目，招標價格通常在1000萬元/千米以上。海風輸電電壓提升，海纜單位價格也隨之提升。4、海上風電及海纜市場規模預測4.1、海上風電發展預測經過幾十年的發展，全球海上風電技術已經日臻成熟，歐洲海上風電已從實驗和驗證階段進入到規模化商業開發階段，國內海上風電雖然起步較晚，但在國家政策支持下，目前已在近海風電技術開發、裝備研制等方面達到國際領先水平。我們認為，未來海上風電將向以下方向發展。隨著近海開發逐漸達到飽和，為了進一步發揮海上風電在綠色能源替代中的關鍵作用，未來的海上風電項目將向深海遠海探索。柔性直流輸電技術將成為主要技術發展方向，±525kV以上的直流海纜會在海風項目中得到廣泛應用。而漂浮式風機可在深水區域獲得豐富的風力資源，其海面空間至少是固定式風機的四倍，可大大增加海上風電場選址的靈活性，根據DNV預測，至2050年，全球漂浮式海上風電項目裝機量將高達264GW，漂浮式風機未來的大量運用將增加對于動態海纜的需求。中國海上風電產業也正處于向實現平價上網過渡的重要階段，結合國家對可再生能源開發的重大需求，海上風電一旦實現平價上網，將帶來產業的規模化發展，從而支撐產業鏈相關行業長期全面規模化可持續發展，中國海上風電將進入一個全新的發展階段。4.2、海上風電市場規模預測機構預測根據GWEC預測，2022-2026年期間，全球范圍內預計將增加90GW海上裝機，預計每年海上平均裝機容量為18.1GW，CAGR達到8.3%；中國將增加39GW，平均每年增加7.8GW，CAGR達到19.9%。模型預測我們根據各省公布的“十四五”期間產能，在GWEC的