齿轮箱市场集中度高,CR3 占比约 70% 。风电齿轮箱行业集中度较高,三大齿轮箱供应商南高齿、采埃孚和 Winergy 已占全球齿轮箱市场份额 的近 70% 。轴承生产商不会直接供货给风电主机厂,而是供货给齿轮箱 厂商,风电机主机厂则会向齿轮箱厂商采购整个齿轮箱 。伴随大兆瓦风 机和海上风电的发展,配套风电齿轮箱的研发和批量化生产难度进一步 提高,头部供应商抢先积极布局大兆瓦产品开发,目前中国高速传动能 够提供涵盖 1.5MW-11.XMW 的全系列风电齿轮箱产品 。
齿轮箱轴承市场被国外厂商垄断,开启国产化进程 。国内轴承厂商在高 端技术方面相较海外厂商仍有不小差距,国内齿轮箱轴承基本依赖进 口,齿轮箱轴承市场被舍弗勒、斯凯孚等国际轴承巨头企业占据 。国内 厂商方面,瓦轴于 2015 年实现齿轮箱轴承的小规模销售,2021 年研发 并配套 5MW 海风齿轮箱轴承;新强联于 2022 年 4 月拟募集资金,将业 务横向扩展至齿轮箱轴承及精密零部件业务,轴承年产量 37500 个 。
2.6. 偏航变桨轴承:国内技术成熟,独立变桨大势所趋
偏航、变桨轴承国内技术成熟,毛利率较低 。偏航轴承:2020 年国产化 率为 63.3%,位于塔筒顶端,常使用双排球轴承,主要功用为将机舱与 塔筒连接在一起,并允许机舱相对于塔筒旋转 。变桨轴承:2020 年国产 化率为 86.6%,有 3 个,位于轮毂和叶片根部的交接处,常使用三排圆 柱轴承,用于控制主轴的旋转速度 。据新强联 2021 年募集说明书,偏 航与变桨轴承的毛利率约为主轴轴承的一半 。偏航变桨轴承技术含量比 主轴轴承更低,国产化率较高,天马、瓦轴、洛轴、新强联等厂商已具 备相关技术经验 。
独立变桨系统可平衡不均匀风场带来的不对称负载,大风机显著受益 。不同高度风速不同,贴近地表的风速低,远离地表的风速高,这就形成 了不均匀的风场 。大型化下风电叶片更长,不均匀风场影响更大 。为降 低不均匀风场的影响,独立变桨系统应运而生 。普通变桨系统是集中控 制,所有叶片角度都是相同角度,从而不均匀风场会使风机上下部承受 不同的力,产生较大的倾覆力矩 。独立变桨系统的特征是每个叶片均可 动态而独立地调节角度,使处于不同位置的叶片受力均衡,平衡由于不 均匀风场引起的不对称负载,进而降低叶片、轮毂、主体框架和塔架的 疲劳负载 。
使用独立变桨系统有实现轻量化设计和延长风机使用寿命两点优势 。风 机的重要部件一般根据疲劳负载来设计,独立变桨系统降低疲劳负载可 显著节省叶片和塔筒的成本和材料,而叶片和塔架是风机中成本最高的 部件 。同时,不对称负载造成的载荷冲击减轻后,风机寿命得以延长 。
独立变桨系统成本更高,但整个生命周期看经济性更好 。独立变桨系统 投资成本更高,源于控制方案更复杂,变桨电机要求更高,同时为了对 抗高空区的高速风,独立变桨系统所使用的变桨轴承和齿轮疲劳负载要 提升 。因而独立变桨轴承结构为三排滚子结构,同直径情况下承载能力 是钢球结构轴承的 1.5 倍,由此价格更贵,6MW 机型独立变桨轴承价格 约 50 万元/套,比集中变桨轴承更高,其批量供货时净利率有望接近 20%,高于普通变桨轴承的利润率(毛利率约 20%) 。但考虑独立变桨 系统的使用可在风机的整个生命周期节省更多的成本,例如设计阶段借助独立变桨系统降低负载,主机厂其余部分可沿用以往设计,缩短产品 上市时间 。同时使用独立变桨系统的风机由于负载更低,在运行维护成 本上也更具有优势 。整体上,随着风机大型化加速,独立变桨系统优势 愈发突出,其渗透率有望快速提升 。
2022 年国内偏航变桨轴承市场规模约 60 亿元 。据三一重能公告,单 MW 偏航变桨轴承价值量平均 11.23 万元/MW,不同功率的偏航变桨轴承单 MW 价值量区别不大 。据新强联公告,独立变桨轴承使用三排圆柱轴承,比传统变桨轴承价值量高 15%-30%,21Q1-Q3 独立变桨轴承在 5MW 以 上机型的渗透率从 0%提升到 7% 。假设同等功率轴承价格年降 5%,独 立变桨轴承渗透率每年提升 10% 。据此估算 2022 年中国偏航变桨轴承 市场规模约 60 亿元 。
可生产独立变桨轴承的国产厂商较少 。目前独立变桨轴承渗透率较低,只有新强联、成都天马少部分厂商将三排圆柱轴承应用在变桨轴承上 。随着远景、金风、新强联等主机厂成功研制、量产独立变桨轴承,2022 年独立变桨轴承渗透率预计上升10%,国产厂商竞争力有望进一步提升 。
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