风电滑动轴承经济性及市场空间分析

机组成本与风电全生命周期成本均有下降。

风电持续大型化与降本背景下，滑动轴承为颇具潜力的降本增效方案。风电行业正朝着 更大功率、更低成本的方向发展，使用滑动轴承代替滚动轴承是风电行业未来重要的技 术发展方向。风轮直径每增加 10%，整机发电量将提高 8%以上，因此发展超大型风电 机组是实现风电平价上网的有效措施之一。随着风电机组超大型化发展，近年来新建的 10MW 以上超大功率风电齿轮箱若仍采用滚动轴承，会使其轴承径向尺寸过大，导致轴 承内外圈、滚道和滚珠的疲劳剥落、磨损等故障率持续增加，严重制约齿轮箱的性价比 与可靠性。

滑动轴承具有径向尺寸小、承载能力强、成本低等优点，可应用于风电主轴 承、齿轮箱轴承等部位，显著提高轴承扭矩密度，降低单位扭矩成本。2021 年 10 月， 金风科技新型轴系样机在新疆达坂城风电场成功实现并网发电。金风科技新型轴系采用 滑动主轴承，其轴系承载密度提升超过 20%，有力支撑了大功率机型的开发；滑动轴承 分瓣式设计，可实现局部更换，使维护成本下降超过 60%。

由于风电滑动轴承的制造成本和后续维护成本均显著低于滚动轴承，因此滑动轴承方案 有望助力实现风电行业降本增效。对于主机厂而言，滑动轴承带来的风机制造成本下降 将有助于其降低投标价格，提升竞争力；对于风电运营商（业主方）而言，滑动轴承带 来的风电场全生命周期成本下降，也将提升风电项目收益率，带来正面经济效益。以下 我们将逐步推导出滑动轴承风机的全生命周期成本下降空间，验证滑动轴承方案的经济 性：

风电机组中轴承成本占比较高，主流 5MW 机型预计在 10%-15%之间。风电轴承一 般包括变桨轴承、偏航轴承、传动系统轴承（主轴轴承、齿轮箱轴承、发电机轴承）。目 前风电机组轴承大多采用滚动轴承，由于滚动轴承为点接触或线接触，单位重量或尺寸 的承载能力有限，为满足风机承载要求与寿命要求，滚动轴承需经历渗碳淬火或无软带 淬火等复杂热处理工艺以及高精度机加工，因此成本居高不下，滚动轴承在风电大型化 趋势下成本溢价越来越高。

以三一重能和电气风电为例，2018 年以来两家主机厂轴承采 购成本占原材料成本比重均逐年上升，2020 年电气风电采购轴承占原材料成本比重为 8.0%，2021H1 三一重能采购轴承占原材料成本比重为 5.72%，均持续上升。考虑到三 一重能等主机厂在部分项目中同时提供风电机组及塔筒，并且多为 4MW 以下机型，我 们预计目前主流 5MW 风电机组（不包含塔筒）中轴承价值量占比在 10%-15%。同时由 于塔筒占全部风电设备成本比例通常在 25%左右，因此预计风电轴承成本占全部风电设 备成本的比例约为 7.5%-11%。

海上风电设备购置费约占风电场建设成本的 52.5%。我国海上风电项目成本的地域性 差异较大，主要原因在于每个海上风电项目所在海域的海床地质、水文条件不同。海上 风电项目中的风电机组和海上升压站平台的支撑结构设计比较复杂，一般需要根据水深、 水位变动幅度、土层条件、海床坡率与稳定性等一系列要求进行综合考虑后再设计。江 苏省是我国海上风电产业起步最早、产业链相对较完善的地区，其海上风电项目的单位 建设成本约为 15000 元/kW，而广东省和福建省两个地区的海上风电项目建设成本约在 17000~18000 元/kW。平均来看，在江浙地区和闽粤地区海上风电项目的建设成本中， 设备购置费占比约为 52.5%、建筑工程费占比约为 28.5%，安装工程费占比约为 8.0%。

陆上风电设备购置费约占风电场建设成本的 67.9%。根据立鼎产业研究院对某 50MW 风电场的成本拆分数据，陆上风电场约 67.9%的成本来自于设备费；设备费中 94%的成 本来自于发电设备；发电设备中 80%来自风电机组成本，17%来自塔筒成本，因此风电 机组费用及塔筒费用是陆上风电场建设的主要成本。

风电单位运维成本逐年稳定提升，2020 年质保期外运维成本约为 41.5 元/千瓦，同比 提升 1.2%。风电运维的主要包括设备管理、技术管理、安全管理及运维人员管理四个 方面，其中设备管理可进一步划分为设备运行管理和设备维护管理。设备运行管理是指 包括了风电设备的日常运行管理、输变电设备的日常运行管理、定期和特殊的巡查检视； 设备维护管理包括定时检修、日常巡检和故障处理、大部件的改装升级和维修更换。根 据北极星电力网数据，2019 年我国风电运维质保期外均价为 41 元/千瓦，较 2018 年相 比增长了 1.5%；风电运维质保期内均价为 15.5 元/千瓦，较 2017 年相比增长了 1.97%， 预计 2020 年风电运维质保期外均价在 41.5 元/千瓦左右，风电运维质保期内均价为 15.8 元/千瓦左右。

从购置成本角度看，预计“以滑替滚”可使风电机组成本下降约 6.5%，投标价下降约 5.2%。降本增效是风电行业永恒主题，滑动轴承方案将显著降低风机传动系统成本，从 而带来整机成本下降。更低的制造成本意味着主机厂能以更低的价格竞标，因此降本增 效对主机厂来说至关重要。我们认为滑动轴承方案对于主机厂来说是革命性的技术路径， 为测算“以滑替滚”对风电机组成本的影响及对风机招标价的影响，我们做出如下假设：

（1）测算情形：风电滚动轴承 100%替换为滑动轴承；（2）轴承成本占比：根据上文论 述，预计风电轴承在风电机组（不含塔筒）中的成本占比约为 10%-15%。考虑到风电大 型化趋势下轴承价值量占比还将提升，以 15%的占比计算；（3）滑动轴承经济性：假设 相同兆瓦级别的风电滑动轴承价格较滚动轴承低 30%，同时由于滑动轴承方案可采用更 轻量化的风机设计，预计可使整机其他环节成本下降 2%；（4）主机厂要求毛利率：从 龙头主机厂来看，2022H1 金风科技、明阳智能、运达股份、电气风电的毛利率分别为 25.1%、25.7%、19.0%、18.1%，平均来看可以假设风机厂要求毛利率约为 20%。

若仅考虑滚动轴承，当前国内风电轴承市场规模约为 157 亿元，预计 2024 年达到 240 亿元。目前风电轴承仍以滚动轴承为主，为测算风电滚动轴承市场规模，我们对数据做 出如下处理与假设：1）假设 2022-2024 年风电新增装机量分别为 63/75/83GW；2）根 据新强联、三一重能披露的轴承价格数据，2021 年单个偏航变桨轴承/主轴轴承/齿轮箱 轴承的单 MW 价值量约为 3.61/4.91/0.45 万元。偏航变桨轴承技术难度较低，每年单 MW 价值量下降 3%，主轴轴承、齿轮箱轴承技术壁垒较高，考虑风电大型化带来的溢 价，其单 MW 价值量均每年上升 5%；

3）主轴根据支撑方式不同，可安装 1~2 个主轴 轴承，假设每台风机平均使用 1.5 个主轴轴承；4）双馈、半直驱机型配置了齿轮箱，两 种机型约占新增装机量的 70%，同时《风电产业和风电轴承》中统计每台双馈、半直驱 风机约使用 15~23 个齿轮箱轴承，此处假设平均使用 20 个。 根据我们测算，2021 年国内风电轴承市场规模约为 157.2 亿元，预计到 2024 年增长至 240.7 亿元，3 年 CAGR 约为 15.3%。

稳态条件下国内风电滑动轴承增量市场超 100 亿元。滑动轴承方案具备显著经济性，有 望在未来快速批量导入，助力解决风电降本难题。对国内风电滑动轴承市场规模进行敏 感性分析，在 100GW 新增装机量、50%新增风电机组使用滑动轴的稳态条件下，国内 风电滑动轴承每年增量市场规模可达 101 亿元。

老旧风机“以小改大”产生大量滑动轴承需求，50%渗透率下潜在存量市场空间逾 300 亿元。老旧风机技改升级是提高风电机组发电量、保障风电机组安全运行、降低风电度 电成本的另一有效举措。根据崇德科技招股书数据，全国现有 1.5MW 及以下老旧风电机 组装机近 80GW，数量超 5,000 台，预估轴承数量超 90,000 套。大部分老旧风机位于风 资源优异地区，但由于设备老化，普遍存在发电能力差、故障率高、安全隐患多等问题。 若通过对齿轮箱、控制系统等综合技改升级，将 1.5M 及以下老旧风机转换成 4MW 以上 的大功率风电机组，则可增加 4 倍的风电场装机容量，同比降低 72%故障率。滑动轴承 性价比、功率密度均占优势，有望在该市场得到大批量应用，若 80GW 的 1.5MW 及以 下老旧风机全部替换为 4MW 风机，并且假设其中 50%的风机采用滑动轴承，则存量老 旧风机“以小改大”将带来约 309 亿元的潜在存量市场空间。