新能源风电行业专题(一)：海底电缆-东证期货.pdf-solarbe文库

资源描述：

有色金属重要事项本报告版权归上海东证期货有限公司所有。未获得东证期货书面授权，任何人不得对本报告进行任何形式的发布、复制。本报告的信息均来源于公开资料，我公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证，也不保证所包含的信息和建议不会发生任何变更。我们已力求报告内容的客观、公正，但文中的观点、结论和建议仅供参考，报告中的信息或意见并不构成交易建议，投资者据此做出的任何投资决策与本公司和作者无关。有关分析师承诺，见本报告最后部分。并请阅读报告最后一页的免责声明。 [Table_Title]新能源风电行业专题（一）海底电缆[Table_Rank]报告日期 2022年 8月 16日[Table_Summary]★ 海上风电的未来发展短期来看，随着沿海地区疫情得到控制，产能释放，下半年海风装机有望发力，预计中国下半年海上风电装机规模在8GW 左右，需求提升将带动海缆行业在下半年高速增长。中长期来看，随着 “ 双碳 ” 政策的持续推进，国家投资基建力度的加大，以及欧美国家海上风电装机计划的不断落地，未来 10年，海上风电仍将在全球范围内维持高景气度。★ 海底电缆行业的市场竞争作为海上风电的核心部件，需求端的持续增长以及深海远海化带来的单位价值量增加将助力海缆行业量价齐升。从企业竞争角度看，我们认为海缆企业未来将维持强者恒强的格局，行业龙头中天科技，东方电缆，亨通光电，这三家企业无论是在业绩经验，码头资源还是高端技术上都具备了一定的先发优势，后进入玩家短期内难以突破。★ 海上风电的市场规模2021 年全球海上风电市场规模约为 0.96 万亿元，根据模型测算， 2026 年全球海上风电的市场规模将达到 2.54 万亿元，CAGR21.48。若海风降本速度超过预期， 2026年市场规模将达到 2.23万亿元， CAGR18.36。★ 海缆行业的市场规模目前欧洲海缆在海上风电项目中成本占比约为 18，中国占比海缆占比约为 10，我们认为随着高压化，深海远海化趋势，中国海缆市场的单位价值量将进一步提升，海缆投资成本占比在 2026 年将达到 14。欧洲则相反， 2026 年预计降低到 16。 2021 年全球海缆市场规模约为 1373.2 亿元， 2026 年预计将达到 3781.1亿元，未来五年或迎来 200的增长。★ 风险提示海上风电项目装机速度不及预期。 [Table_Analyser][Table_An r]曹洋首席分析师（有色金属）从业资格号 F3012297投资咨询号 Z0013048Tel 8621-63325888-3904Email yang.caoorientfutures.com[Table_Report]专题报告新能源风电专题报告 2022-08-16 2 期货研究报告【行业研究】目录1、海上风电行业概述 . 51.1、海上风电的发展历史及现状 .51.2、中国海上风电发展情况 .51.3、欧洲海上风电发展情况 72、海缆的发展历史及现状 . 82.1、海缆种类 .92.2、海缆材料 .12 2.3、海缆生产工艺 .132.4、海缆技术趋势 .143、海缆行业的现状 153.1、海缆产业链 .153.2、行业壁垒 .163.3、竞争格局 .173.4、驱动海缆行业发展的因素 .193.4.1、需求因素 193.4.2、技术因素 20 4、海上风电及海缆市场规模预测 224.1、海上风电发展预测 .224.2、海上风电市场规模预测 .224.3、海缆市场规模预测 .244.4、投资机会 .265、风险提示 27 专题报告 2022-08-16 3 期货研究报告图表目录图表 1 2011-2021全球海上风电新增装机及同比 5图表 2 2011-2021全球海上风电累计总装机及同比 5图表 3 2011-2021中国海上风电新增装机及同比 6图表 4 2011-2021中国海上风电累计总装机及同比 6图表 5 2011-2021欧洲海上风电新增装机及同比 7图表 6 2011-2021欧洲海上风电累计总装机及同比 7图表 7 2020年底欧洲各国海上风电场及装机情况 .8图表 8 海底电缆发展历程 .9 图表 9 海底电缆根据不同用途分类 .10图表 10 海底电缆根据电压等级分类 .10图表 11 海上风电集电海缆与送出海缆 .11图表 12 高压交流海缆电路输电过程 .11图表 13 高压直流海缆电路输电过程 .11图表 14 海缆输电方式对比 .12图表 15 单芯交联聚乙烯绝缘海缆结构图 .13图表 16 三芯交联聚乙烯绝缘海缆结构图 .13图表 17 XLPE海缆生产工艺对比 13图表 18 中天科技交流海缆生产工艺流程图 .14 图表 19 中天科技柔性直流海缆生产工艺流程图 .14图表 20 海底电缆产业链导图 .15图表 21 2021年海缆规模企业材料成本占比及市占率 .16图表 22 66kV集电海缆和 220kV以上送出海缆中标项目整理 16图表 23 部分海缆项目招标要求 17图表 24 部分海缆企业码头资源 .17图表 25 2020年欧洲阵列海缆市场份额 .18图表 26 2020年欧洲送出海缆市场份额 .18图表 27 中国海缆企业市场份额 .18图表 28 中国规模海缆企业毛利率 .19 专题报告 2022-08-16 4 期货研究报告图表 29 驱动海缆行业增长的逻辑 .19图表 30 国内 “ 十四五 ” 各省海上风电政策不完全整理 .20图表 31 全球其他国家海上风电装机计划 .20图表 32 2001-2020海缆敷设深度和距离变化趋势 21图表 33 离岸距离超过 50km海上风电项目 .21图表 34 部分海风项目海缆价格对比 .22图表 35 2022-2026年海上风电装机成本（元 /kW） .23图表 36 2021-2026年我国海上风电累计装机量 23图表 37 2021-2026年全球海上风电累计装机量 23图表 38 2021-2026E全球海上风电市场规模（万亿元） . 24 图表 39 各省海上风电成本拆分 .24图表 40 中国海缆市场规模（亿元） .25图表 41 2020年 NREL机构 600MW海上风电项目成本拆分 .25图表 42 NREL2017-2020年 600MW海上风机海缆成本占比 . 26图表 43 全球及海外海缆市场规模（亿元） .26 专题报告 2022-08-16 5 期货研究报告 1、海上风电行业概述1.1、海上风电的发展历史及现状2015 年 12 月 12 日，近 200 个缔约国在巴黎气候大会上签署了巴黎协定，各国在利用清洁能源取代传统能源，减少温室气体排放方面达成了共识。这也意味着风力发电作为绿色发电手段将得到越来越广泛的应用，是未来推进能源转型的重要路径。在取代煤炭发电方面，海上风电的减排效果更加显著，中国 1GW 的海上风电项目，每年可节省标煤消耗 46.7 万吨，减少二氧化碳排放约 124 吨。根据世界银行集团测算，全球海上风电技术可开发潜力为 71TW，海上风能储备资源达到全球电力需求的十倍以上。近几年，全球海上风电的装机量持续增长，根据 GWEC 数据统计， 2021 年全球海上风电新增装机量 21.1GW，创造了历史记录，全球海上风电装机总容量达到 57.2 GW。可以预计，在碳中和背景下，海上风电将成为未来低碳发展的主线之一。图表 1 2011-2021全球海上风电新增装机及同比图表 2 2011-2021全球海上风电累计总装机及同比资料来源 GWEC 资料来源 GWEC1.2、中国海上风电发展情况中国蕴藏着丰富的海上风力资源，根据发改委能源研究所发布的中国风电发展路线图 2050 报告，中国水深 5-50 米海域， 100 米高度的海上风能资源可开发量为 5 亿千瓦，总面积 39.4 万平方千米。另外近岸潮间带、深远海也具备较丰富的风能资源。与陆上风电相比，中国海上风电具有运行效率高，风力资源丰富，发电稳定的特点，同时中国用电主要集中在东南沿海地区，发展海上风电可以更靠近用电中心，就近消纳。专题报告 2022-08-16 6 期货研究报告随着国家政策的大力支持以及海风成本的降低，近几年中国海上风电高速发展，已经成为了全球装机规模最大的海上风电市场。根据 GWEC 统计， 2021 年中国海上风电新增装机量 16.9GW，约占全球新增装机量 80，累计总装机量 27.68GW，占全球总装机 48.4。中国海上风电发展历程大致分为四个阶段 1）初期探索阶段（ 2010-2014 年）中国海上风电相较于欧洲发达国家起步较晚， 2010 年 6 月，中国同时也是亚洲首个大型海上风电场东海大桥 100MW 海上风电场并网发电，标志着中国海上风电产业迈出了第一步。但是受制于海上风电发展初期资本投入较大，发电成本较高，风场运营维护经验不足等因素限制， 2010-2014 年期间海上风电发展速度较为缓慢，这一阶段，主要采用特许权招标方式招标海风项目，截至 2014 年底，中国海风累计装机量654MW。 2）稳步发展阶段（ 2015-2018 年）在此期间，国家发改委发布了关于海上风电上网电价政策的通知，规定了 2017 年投运的潮间带海上风电和近海海上风电项目上网电价分别为 0.75 元 /千瓦时和 0.85 元 /千瓦时。这一阶段，随着地方政府层面的政策支撑，海风项目的经验积累，以及技术设备逐渐成熟等因素驱动，海上风电累计总装机量迅速增长，从 2015 年 1035MW 增长到 2018 年 4443MW， CAGR 达到 62.5图表 3 2011-2021中国海上风电新增装机及同比图表 4 2011-2021中国海上风电累计总装机及同比资料来源 GWEC 资料来源 GWEC3）三年抢装阶段（ 2019-2021 年）专题报告 2022-08-16 7 期货研究报告随着国家宣布 2019 年 1 月 1 日至 2020 年底前核准的海上风电项目， 2021 年底前仍未完成并网的，不再享受国家补贴，中国迎来了为期三年的海上风电 “ 抢装潮 ” 。 2019-2021 年海上风电累计装机从 4.44GW 增长到 27.68GW， CAGR 为 84。这三年由国家政策驱动的海上风电规模跨越式发展，也同时带动了风电产业链上下游的需求，进一步完善了产业链的结构，部分零部件如高端海缆，轴承等逐步实现国产替代。4）平价上网阶段（ 2022 年 -至今）随着国补取消，部分省份用省补接力国补，海上风电迈进平价时代。相较于去年整年海上风机招标的冷淡，根据国际风力发电网统计， 2022 上半年海上风机公开招标量达16.1GW。山东和广东的海风总招标数占 69。其中，山东 2204.5MW，广东1696MW。在海风平价上网阶段，海上风电产业链持续的降本增效将是驱动行业发展的关键因素。 1.3、欧洲海上风电发展情况欧洲是世界上最早落地海上风电项目的地区。 1991 年，丹麦 Vineby 海上风场安装了世界上第一台海上风机。欧洲的海上风电距今已有 30 年发展的历史，无论技术上还是规模上都保持世界领先水平。过去的十年中，欧洲海上风电装机量 CAGR 达到18.88，保持高速增长的同时成为了全球最大的区域海上风电市场。 2021 年欧洲海上风电新增装机量为 3.3GW，截至 2021 年底欧洲海上风电累计总装机量 28.2GW。图表 5 2011-2021欧洲海上风电新增装机及同比图表 6 2011-2021欧洲海上风电累计总装机及同比资料来源 GWEC 资料来源 GWEC欧洲海上风电发展主要分为三个阶段专题报告 2022-08-16 8 期货研究报告 1）萌芽期（ 1991-2001 年），在这一时期，大部分政府和企业都不认可海上风电的发展前景。安装的容量很少，缺乏可靠的产业链。风机的容量一般在 0.5-1MW，风场的规模较小，一般在 20MW 以内。 2001 年，欧洲海上风电累计装机不到 100MW，平均安装成本 2600USD/kW，平准化度电成本 LCOE 约为 0.12USD/kWh。由于此阶段风场的规模较小，因此限制了海上风电的社会影响和经济效益。2）上升期（ 2002-2011 年），在这一阶段，海上风电得到了政府政策支持，施工安装技术进一步完善，融资规模大幅增加，海上风电进入高速增长期，单一项目规模也达到 100MW 以上， 2002 年丹麦建设了一个有现代规模的风电场 Horns Rev 1，装机容量为 160 MW，离岸距离在 1420 km。 2011 年欧洲海风平均安装成本 4658USD/kW，平准化度电成本达到 0.159USD/kWh，累计海上风电装机量达到 3.8GW。3）市场化（ 2012-至今），这一时期在技术可行性证明后，海风成本降低，政府进一步减少补贴，海上风电市场化成为主题。风机的设计容量不断增大，离岸距离也不断增加。截至 2021 年，欧洲海上风电总装机量达到 28GW。平均安装成本在 2013 年达到最高峰 5740USD/kW 后，开始逐步下降， 2019 年下降到 4094USD/kW，平准化度电成本达到 0.117USD/kWh。 2018 年，欧洲出现了 “ 零补贴 ” 海上风电项目，可再生能源开发商 Vattenfall 获得了荷兰 Kust Zuid 两个海上风电场的开发权，随后，德国、丹麦、荷兰等国也有多个 “ 零补贴 ” 的海上风电项目相继落地。 2021 年 12 月，丹麦出现了首个中标的 “ 负补贴 ” 海上风电项目，标志着欧洲海上风电已经走向市场化。图表 7 2020年底欧洲各国海上风电场及装机情况英国德国比利时丹麦荷兰欧洲其他国家风电场数量 40 29 11 14 9 13风机并网数量 2294 1501 399 559 537 112累计装机量 MW（ 2021） 12522 7728 2262 2308 3003 331装机规模占欧洲比重 44 27 8 8 11 1 资料来源 GWEC，欧洲风能协会2、海底电缆的发展历史及现状海缆分为海底通信电缆和海底电力电缆。电力海缆是海上风电的核心零部件之一，其特点是在绞合的导体外用绝缘层包覆，并辅以屏蔽、护套、铠装等特殊结构使其具有良好的绝缘、机械、电气性能，主要应用于电力系统中输配电网电力传输，安装方式以水下敷设为主。根据技术迭代和发展历史，我们把海缆发展分为以下三个阶段。1）实验期（ 1850-1961 年）专题报告 2022-08-16 9 期货研究报告 1850 年，法国和英国之间敷设了世界上第一条海底电缆，随着这一阶段自然科学的迅速发展，海缆的绝缘材料也在不断迭代，黄麻沥青，聚氯乙烯，聚乙烯，交联聚乙烯等材料先后应用。这一时期的海缆技术尚未成熟，还停留在实验阶段。 2）商业化（ 1962-1999 年）这一时期，欧洲国家海缆技术已经相对成熟，迎来了大规模商业化。 1988 年，中国建成了第一条海底电缆。共有两条，一条是福州川石岛与台湾沪尾（淡水）之间，长177 海里；另一条由台南安平通往澎湖，长 53 海里。 1999 年，世界上首条商业化直流 XLPE 电缆敷设完成。3）发展期（ 2000 年 -至今）随着海上风电从近海到深海远海不断探索，海缆的技术趋势进一步从低压到高压，从交流到直流。 2009 年，中国首条 500kV 高压交流海缆电路建成， 2014 年，中国首条柔性直流电缆投入运行。这一时期，欧洲海缆无论是技术研发还是商业化应用，始终领先于中国。 2.1、海底电缆种类海缆的种类繁多，根据电压等级，传输形式，输电作用，绝缘材料不同，我们可以把海缆分为四类图表 8 海底电缆发展历程资料来源公开资料整理，东证衍生品研究院专题报告 2022-08-16 10 期货研究报告图表 9 海底电缆根据不同用途分类资料来源公开资料，东证衍生品研究院1）根据电压等级分类根据电压等级的不同，可以分成低压电缆，中压电缆，高压电缆，超高压电缆，特高压电缆五类。低压电缆常用于住宅间或小型商业客户到公用事业的配电线，中压电缆常用于市区及郊区的电力分配，高压及以上电缆通常用于远距离或高效能电力传输。图表 10 海底电缆根据电压等级分类电压交流电压（直流）低压电缆 U≤ 1kV 中压电缆 1kV≤ U≤ 33kV U± 30kV高压海缆 33kV≤ U≤ 230kV ± 30kV≤ U≤ ± 800kV超高压电缆 230kV≤ U≤ 1000kV特高压电缆 U⩾1000kV U⩾± 800kV资料来源公开资料，东证衍生品研究院2）根据输电作用不同可以分为集电海缆和送出海缆。集电海缆一般用于海上风力发电机的连接，送出海缆用于风机并网使用。在海上风电输电过程中，风力机组发电通过集电海缆送到海上升压站，将电压升高后，再由送出海缆传到岸上接入电网。在综合考虑经济性，输电效率，海上风电场容量的情况下，国内常见的集电海缆通常为交流35kV，送出海缆为交流 220kV，根据不同需求也会采取更高电压等级。专题报告 2022-08-16 11 期货研究报告图表 11 海上风电集电海缆与送出海缆资料来源公开资料整理3）根据电路传输形式不同可以为交流海缆输电和直流海缆输电交流海缆输电发展较早，技术相对较为成熟，生产成本较低，早期海上风电多采用高压交流输电方式。高压交流输电过程中，先由海风驱动风机转动，带动发电机发电，通过变压器在机舱内部提高电压，再由集电海缆传输到海上升压站二次升压，最后由送出海缆输送至陆上变电站。高压直流输电系统是在输电线路的始端，风电机组输出的交流电经过升压变压器，再通过集电海缆至海上换流站转换为直流，最后通过直流线路传输到陆上换流站转换为符合要求的交流电并进行并网。图表 12 高压交流海缆电路输电过程图表 13 高压直流海缆电路输电过程资料来源海上风电外送及电能输送技术综述资料来源海上风电外送及电能输送技术综述专题报告 2022-08-16 12 期货研究报告柔性直流输电系统是在传统直流输电系统的基础上引入了可关断电子器件的一种新型可换流的直流输电技术，能够对电压提供稳定的支撑，还具有可控性强等优点，是在大规模且远距离海上风电场中输电并网的首要选择，随着远海风电场的不断开发，柔性直流输电已逐步变为海上并网的核心技术。图表 14 海缆输电方式对比高压交流海缆输电高压直流海缆输电柔性直流海缆输电缺点 1）交流有电容损耗，需加装无功补偿装置。2）远距离多回风电场，需要增加回路满足需求，增加经济成本。 3）一旦故障影响整个系统，稳定性无法保障 1）增加了无功补偿设备和滤波器成本。2）谐波污染电网，连接交流电网易发生换相失败。3）平台占用面积较大。 1）直流输电需进行多次交直流变换，而换流器成本较高。2）海上风电场不能直接对陆上交流系统频率变化做出响应、进行主动频率支撑。3）技术尚不成熟应用情况近海风电场远海风电场远海风电场电力损耗由于临近效应和集肤效应，电容和电感产生的阻抗损耗较高直流导体电阻损耗和绝缘介质损耗，损耗较低直流导体电阻损耗和绝缘介质损耗，损耗较低长度长度受限长度不受载流量影响，适合深海远海输电长度不受载流量影响，适合深海远海输电安全程度相对直流较低适中高投资成本电站投资较少，电缆较高电站投资较高，电缆较少电站投资最高，电缆较高资料来源公开资料，东证衍生品研究院4）根据绝缘材料的不同，我们把海缆分为油纸绝缘海缆，橡胶绝缘海缆，塑料绝缘海缆。交联聚乙烯（ XLPE）绝缘电缆，是一种适用于配电网等领域的电缆，它结构简单、重量轻、耐热好、负载能力强、不易熔化、耐化学腐蚀，机械强度高，已经是应用最广泛的海缆产品。但是从高压直流输电海缆的市场来看，传统的油纸绝缘输电海缆仍然是主流产品。2.2、海底电缆材料海缆原材料主要包括金属材料和化工原材料，其中金属材料包括铜杆（电解铜）、铝杆、合金铅锭、铝带、钢丝等；化工原材料包括绝缘料、护套料、半导电屏蔽料等。专题报告 2022-08-16 13 期货研究报告在海缆的结构中，最外层的外被层用来抵御海水腐蚀；下一层是钢丝铠装，用来加强海缆的机械强度，防止外力破坏；铅护套用来抵御海水腐蚀和强大的水压；阻水层可以阻止当铅护套损坏时，海水渗入铅护套并沿轴向扩散；海缆绝缘层和陆缆绝缘层没有区别，用来传送能量；内外屏蔽层用来均匀电场分布，提高绝缘寿命。根据海缆导电芯数量的不同，可以分为单芯海缆和三芯海缆。单芯海缆便于敷设，敷设长度一般为三芯电缆的三倍，总体施工时间较长。同时，单芯海缆要敷设在三根非磁性管道中，而三芯海缆敷设在同一根管道中，单芯管材根数相比三芯需求较多，变电站多回进出线不方便布置。高压电力海缆因为相间绝缘问题通常使用单芯海缆，中压电缆因为电压较低，相间绝缘问题可以忽略，一般采用三芯形式。2.3、海缆生产工艺目前国际上用来生产中高压海缆和 110～ 500kV 高压 XLPE 电缆的工艺装备主要有立塔交联（ VCV 与 GCP 法）、 MDCV、 CCV、 FZCV 等生产方法。图表 17 XLPE海缆生产工艺对比立塔法（ VCV）卧式长承模具交联法（ MDCV）全干式悬链线法（ CCV）硅油交联悬链线法（ FZCV）设备投资较低，但建筑产品质量好，占地面积比悬链线由于交联管长度可不受立塔高由于硅油成本高，采用者不图表 15 单芯交联聚乙烯绝缘海缆结构图图表 16 三芯交联聚乙烯绝缘海缆结构图资料来源中天科技海缆招股书资料来源中天科技海缆招股书专题报告 2022-08-16 14 期货研究报告特点费用大。采用这种方法，生产过程中质量容易控制，由于不偏心，生产的电缆内电场强度分布均匀，电气性能好，击穿电压高。小，土建