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风电轴承行业专题报告:风电轴承竞争力 市场空间几何?

发布日期:2022/4/3 9:03:21 浏览:202

来源时间为:2022-04-02

(报告出品方/作者:天风证券,李鲁靖、朱晔)

1轴承行业概况:本土企业规模较小,国内市场集中度低

1.1轴承:支撑机械旋转体,降低摩擦的部件

轴承的定义:轴承是在机械传动过程中起固定、旋转和减小载荷摩擦系数的部件,它的主要功能是支撑机械旋转体,并降低设备在传动过程中的摩擦。按运动元件的摩擦性质不同,轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类,其中滚动轴承最为常见。

滚动轴承的内部结构:滚动轴承由两个环组成,一个内部和一个外部,也即内圈和外圈,并且在这两个环之间装有支撑旋转部件的滚动体,以减少内圈和外圈在相对旋转过程中摩擦。此外,还装有起到固定和支撑作用的密封件和保持架。

1.2轴承根据内部结构的差异,有三种主要分类方式

轴承的分类:从内部结构来看,滚动轴承主要按以下三个维度来分类,按滚动体分类(球轴承圆柱轴承圆锥轴承),按滚动体列数分类(单列轴承、双列轴承、多列轴承),按是否可调心分类(调心轴承、非调心轴承)。

调心轴承的含义:指可以允许内圈和外圈轴心线有角偏差的轴承。能够抵消一定的安装误差以及主轴挠曲产生的倾斜,同时可以保证轴承的高承载性能和运转稳定性,常用作风力发电机的主轴轴承

1.3轴承下游应用领域几乎涵盖所有工业板块

上游:轴承的上游原材料主要是轴承钢以及少部分的非金属材料,大多数轴承厂商会选择采购部分零部件以生产轴承,零部件主要包括内圈外圈、滚动体、保持器和密封圈。

中游:全球轴承市场几乎被瑞典、德国、日本、美国四个国家的八家大型轴承企业垄断。瑞典斯凯孚、德国舍弗勒、日本恩斯克等八家轴承企业国际轴承市场的市场占有率合计达到70以上,而国内企业主要占据中低端市场。

下游:只要涉及旋转轴的机械结构就一定需要轴承来起到支撑和减小摩擦的作用,因此轴承广泛应用于几乎所有的工业领域,根据中国轴承工业协会相关数据,2020年汽车、电工、机床为国内轴承的前三大应用领域。

1.4高端市场被海外企业占据,国内企业规模小,行业集中度低

全球轴承市场几乎被八大跨国集团垄断。高端轴承领域技术壁垒较高,海外厂商先发优势明显,2020年全球轴承市场70以上的市场份额由八大海外厂商占据(瑞典SKF、德国Schaeffler、日本NSK、日本JTEKT、日本NTN、美国TIMKEN、日本NMB、日本NACHI)。

国内轴承市场近3000亿元,行业集中度低,CR10仅为28.6。2020年中国轴承市场为2890亿元,行业规模较大,但参与者众多、同质化现象严重,行业集中度低,CR6仅为20.3,各家厂商的规模较小,产品主要分布于中低端领域。

2风电轴承:高端产品依赖进口,风机大型化亟待国产替代

2.1轴承在风电机多个部件处均有应用,属于附加值较高的环节

风电机内部使用的轴承包括五类,分别是主轴轴承1-2个、偏航轴承1个、变桨轴承3个、发电机轴承1套和齿轮箱轴承1套。齿轮箱轴承只有在双馈式和半直驱式风电机上有应用,而直驱式风机是由主轴直接带动发电机轴旋转,省去了齿轮箱这一环节。

轴承在工作时会受到两个方向的力,径向力和轴向力,不同结构的轴承对径向载荷和轴向载荷的承载能力不同。不同轴承的内部结构和力学特性各不相同,被运用在不同的工作位置上。调心滚子轴承常被用作双馈式机型的主轴轴承,三排圆柱滚子轴承可以用作独立变桨轴承以及主轴轴承,双列和单列圆锥滚子轴承一般用于直驱和半直驱机型的主轴轴承,而双排球轴承通常作为传统的偏航变桨轴承使用。(报告来源:未来智库)

轴承在风电机中价值占比近8。根据电气风电招股书,2020年电气风电采购原材料中,价值占比前四的部件分别为叶片、齿轮箱、发电机、轴承,这四大部件价值量占比分别为20.45、10.61、8.51、8.00,轴承的价值量占比为8,在所有零部件中排名第四,是风电机成本中较为主要的元件。

轴承是风电机零部件中附加值较高的环节。根据各零部件厂商中的龙头企业最新年报中的数据,叶片、齿轮箱、主轴、法兰、塔筒的毛利率分别为21.29、15.80、39.73、37.35、21.39,而主轴轴承的毛利率达到48.83,属于附加值较高的零部件,偏航变桨轴承国内技术较为成熟,毛利率较主轴轴承低一些,为22.32。

2.2主轴轴承:大功率产品替代空间较大,国产替代蓄势待发

主轴轴承起到支承轮毂及叶片,传递扭矩到增速器的作用,常见的技术路径包括三点式支承、两点式支承和单点式支承,一台风机中往往需要1-2个主轴轴承。

主轴轴承:单价最贵、技术壁垒最高的轴承。风机运转过程中主轴在不断旋转,主轴轴承始终处于工作状态,且同时承受外部风载传输来的载荷与主轴、齿轮箱的重力载荷,工况载荷复杂。因此主轴轴承是风电机中单价最贵、技术壁垒最高的轴承。通常来讲,双馈式风机主轴轴承常用调心滚子轴承,直驱和半直驱风机主轴轴承常用单列或双列圆锥滚子轴承

轴轴承的国产化进程:海外厂商先发优势明显,技术路径较为丰富,国内厂商在技术水平和经验积累方面仍有不小的差距,尤其大功率机型的主轴轴承几乎被海外品牌垄断,存在较大的替代空间。

小功率机型主轴轴承:已实现国产替代,国内厂商主要包括新强联、洛阳LYC、瓦轴等。

大功率机型主轴轴承:国产替代程度很低,只有新强联、瓦轴等极少数厂商可以批量供应,新强联在国内优势明显。

主轴轴承价值随功率增加呈几何式增长,有望受益于风机大型化。直径越大的主轴轴承加工工艺就越复杂,生产难度就越高,随着风机功率的增大,主轴轴承的价格并非线性上升,而是呈几何式增长,即单MW的价值量在不断提升。根据三一重能采购数据,斯凯孚的主轴轴承单MW价值量,2.0MW为4.57万元,而4.0MW则是7.30万元,单MW价值量随着功率的增大有显著的提升,未来风机大型化极大可能会扩大主轴轴承的市场空间。

国产主轴轴承性价比优势明显。根据三一重能的主轴轴承采购数据,公司会采购斯凯孚的进口主轴轴承,而瓦轴和洛阳LYC则为主轴轴承的国内主要供应商。可以看出斯凯孚不同型号的主轴轴承价格要比国内产品贵20-70不等,国产产品性价比优势明显,这也是主机厂商努力寻求国产替代最主要的原因。

2.3偏航变桨轴承:本土企业技术成熟,独立变桨带来价值增量空间

偏航轴承:将机舱与塔筒连接在一起,可以允许机舱相对于塔筒旋转,以调整机舱迎风的方向,使机舱必须移动到面向主风面的位置。通常使用双排球轴承作为偏航轴承。

变桨轴承:位于轮毂和叶片的根部的交接处,可以允许桨叶相对于轮毂旋转,根据风速和风向等因素正确调整桨叶的迎风角度,以控制主轴的旋转速度,使发电效率最大化。通常使用三排圆柱滚子轴承或双排球轴承。

本土企业技术成熟,毛利率为主轴轴承的一半。风电机中的偏航变桨轴承技术含量略低于主轴轴承,国内厂商的技术已较为成熟,目前已实现全系列国产化,天马、瓦轴、洛轴、新强联等厂商目前占据国内市场主导位置。根据新强联公告,偏航变桨轴承的毛利率约为主轴轴承的一半。

独立变桨技术是是风机大型化背景下的未来趋势。独立变桨与传统的统一变桨不同,它是指每个桨叶的桨距角可以独立调整,因此可以更好地调节风机速度,使发电效率更高。2021年开始,独立变桨的概念逐渐被各大厂商提出,是风机大型化背景下的未来趋势,未来5MW以上的机型有望全部采用独立变桨技术。

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