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風電海纜:抗通縮環節,產品迭代期看技術,長期看整套解決方案能力

本文來自:新能源前沿戰隊,作者:孫瀟雅

摘要

風電細分賽道的選擇,仍是遵循抗通縮原則,而海纜就滿足這一特性:海上風電大型化遠海化下ASP(單吉瓦)相對穩定。具體來説,高電壓、柔性直流等技術迭代對沖風機、風場大型化帶來的單價下降,而競爭格局上也有利於龍頭集中。

海纜:輸送海上風電的“血管”

  • 海纜作為輸送海上風電的“血管”,複雜性與重要性並存。海纜作為海上風電中的輸送環節,對海上電能傳輸的安全性和穩定性具有重要影響。海纜的應用環境決定其阻水及機械性能要求更高,同時海纜的故障尤其是送出海纜會影響整個風場的運營,產品質量至關重要。根據使用環節可將海纜分為用於【海上風場內集電線路的陣列海纜】和【輸送到陸上集控中心的送出海纜】,根據我們測算,兩者投資佔海風項目初始投資成本(包括風機、塔筒、風電基礎及施工、升壓站等)的比例約為10%。

海纜的技術趨勢和帶來的影響?

  • 短期向更高電壓等級發展:隨着風場及風機大型化,原有輸電能力無法滿足。更高電壓等級的海纜無論從輸電能力還是降低總體項目的投資成本方面均更有優勢,海纜高壓化成為趨勢。

    而由此帶來的變化:1)以價補量:根據我們測算,量上——66kV陣列海纜相比35kV長度減少30%~40%,價上——66kV海纜採購單千米造價比35kV海纜提升約36%。同時66kV高附加值將對應更高的毛利以緩解整個海風產業鏈降本帶來的壓力;2)競爭格局上,由於高電壓海纜的絕緣工作場強更為集中,絕緣材料的電氣性能是提升電壓等級的核心挑戰,因此技術壁壘提升,利好競爭格局優化。

  • 中長期柔直海纜併網佔比提升:風場遠海化趨勢下,柔直海纜相比交流海纜在輸送容量及長度方面的優勢凸顯,同時長距離攤薄柔直輸電系統增加的換流站成本。我們預計中長期柔性直流海纜在遠海項目的佔比會大幅提升。

    小結:1)量上:遠海化使得單項目送出海纜使用長度增加;2)利上:柔性直流海纜的技術要求更高,相比交流海纜擁有更高的價值。遠海化下量利齊升,使得送出海纜在整個海風項目中的投資佔比有望提升,是難得的風電抗通縮細分賽道。同時,柔直海纜絕緣加工及軟接頭要求更高,技術壁壘使得競爭格局更為集中。

我國海纜的中期市場空間及投資機會?

  • 核心假設:1)35kV海纜單千瓦價值21-25年同比變動3%/-1%/1%/1%/1%,66kV海纜單千瓦造價比35kV低5%;2)66kV海纜21/25年滲透率為0%/30%;3)21-25年新增風場規模CAGR為25%;4)21/25年我國海上風電項目平均離岸距離30/60km,單風場規模2021-2025年增速為20%,2021-2025年送出海纜單千米價格變動百分比分別為4%/1%/2%/2%/2%;5)海纜毛利率21/25年為45%/40%。

  • 市場空間:對比海風平價使得風機等環節被大型化嚴重攤薄,我國海纜ASP(單吉瓦)並未有大幅下降,甚至在2021-2025年有1%的增幅。預計我國海纜行業21-25年CAGR達26%,25年市場規模達322億元,其中陣列海纜及送出海纜市場規模分別為125、197億元。我國海纜利潤空間21/25年為58/129億元,21-25年CAGR為22%。

競爭優勢?

  • 競爭要素:

1)產品質量是決定中標的關鍵,表現為資質及業績門檻。海纜對海上電能傳輸的安全性和穩定性具有重要影響,維修及更換困難且成本較高,因此業主在招標時對資質及歷史業績有較高要求。

2)產品升級階段領先技術尤為重要。產品迭代的難度係數成倍增加,所需的研發生產週期較長,領先的技術儲備有利於廠商佔據先發優勢。

3)全生命週期的解決方案將成為長期增長點。海纜的採購與敷設總包趨勢明顯,集設計研發、生產製造、安裝敷設及運維服務於一體的產業體系將成為公司的長期競爭力。

4)碼頭資源帶來的屬地優勢。海纜廠商需建設專用的輸纜棧道來銜接碼頭和廠區,而碼頭岸線資源日益稀缺,對新進入企業或行業內原有企業擴產形成一定的壁壘。且各省市海上風電發展速度與規模均有較大差距,在海風項目當地擁有生產基地的海纜廠商在招標中將更有優勢。

  • 競爭格局:參考歐洲海纜市場,行業競爭格局比較集中,2020年國內CR3合計佔比超八成。目前新進入者由於技術、資質、業績等多方面壁壘短期難以突破,但長期來看若其建廠及技術積累週期快於技術迭代週期,且具有生產基地屬地優勢非頭部企業仍可能有機會。就廠商地區佈局截至2022.年4月2日已建成情況來看,山東漢纜股份、萬達電纜;江蘇中天科技、亨通光電(產能約40億)、寶勝股份;浙江:東方電纜(規劃產能60億);廣東汕尾:中天科技。

  • 投資機會:技術迭代期——國內市場正或將處於向更高電壓等級海纜及直流海纜產品迭代期,頭部廠商能夠憑藉持續的技術創新和自主研發鞏固其領先優勢。長期——海纜的採購與敷設打包招標將成為趨勢,而海纜定製化設計、生產、測試、集成、敷設、運維的全壽命整體解決方案也將成為企業在海纜業務綜合能力的體現。我們認為能夠提前進行技術儲備,並提供綜合解決方案的海纜廠商競爭優勢更大。

投資建議

  • 東方電纜:高純海纜標的,技術領先,多系統解決方案強化成長。

公司2018-2021年海纜業務營收佔比從35%提升至41%。海纜技術及產品質量方面——高壓交流海纜及直流海纜均有相應的技術儲備,且66kV與500kV海纜均已有項目中標。

海纜產能方面——在廣東陽江、浙江寧波擴產,22/23年規劃產能60/75億。

解決方案方面——公司積極打造集高端海洋纜產品設計研發、生產製造、安裝敷設及運維服務於一體的產業體系,形成多服務系統解決方案,強化其成長性。

  • 建議關注中天科技(通信組覆蓋):多板塊佈局形成海工全產業鏈,長期有望國內&國際雙開花。

海纜技術及產品質量方面——公司500kV交流海纜、±400kV柔性直流海纜均已有項目交付。

海纜產能方面——新建江蘇鹽城和廣東汕尾兩大海纜生產基地擴產以匹配需求。

解決方案方面——公司多家子公司佈局,目前已完成海纜--海底觀測、勘探--海纜敷設--海上風電基礎施工、風機吊裝於一體的海洋系統工程全產業鏈佈局並不斷鞏固完善,同時與歐洲電力供應商研發合作,有望逐鹿歐洲高端市場。

風險提示:海上風電項目需求不及預期;海纜技術迭代不及預期;測算具有主觀性,僅供參考。

一、海纜:輸送海上風電的“血管”

複雜性與重要性並存

1.1、海纜重要性:海上風電的輸送“血管”

海纜是海上風電至關重要的一環。海纜主要應用於海上風電、海洋油氣開採、陸地與島嶼間電力、通信傳輸等領域,而海上風電是主要應用場景。海纜作為海上風電中輸送電能的設備,對海上電能傳輸的安全性和穩定性具有重要影響。海纜的故障,尤其是送出海纜會影響整個風場的運營,且由於海纜的使用環境較為特殊,維修及更換困難且成本較高,因此其產品質量至關重要。

根據使用環節分為陣列海纜與送出海纜。海上風電用的電纜主要包括海上風電機組用電纜、風場內集電線路用電纜、海上升壓站用電纜和輸送到陸上集控中心用電纜。其中海上風電機組用和海上升壓站使用的電纜標準基本與通常陸上風場的相應電纜規定相同,但用於海上風場內集電線路(陣列海纜)以及輸送到陸上集控中心(送出海纜)的電纜與陸上風場相應電纜有明顯區別,其採用海底電纜標準,要求更高。

圖:海風項目中海纜輸送方案

海纜的傳輸電流電壓的類型取決於海洋輸電線路的容量、長度及成本等。目前陣列海纜一般為35kV,而送出海纜一般為220kV。

表:陣列海纜及送出海纜具體分類

數據來源:《中國海上風電用海纜系統標準體系研究》孫建生等,《海底電纜國內外研究綜述》邵森安等,中天海纜招股説明書,CSEE,天風證券研究所

1.2、海纜複雜性:應用環境決定性能要求更高

海底電纜的基本結構為:導體、絕緣、金屬屏蔽、金屬層及護套、填充、鎧裝、複合光纖、輔助材料等。

  • 導體:用於承載電流,通常由銅或鋁組成;

  • 絕緣:為內外電勢表面極高的電勢差提供了有效屏障,目前常用材料為交聯聚乙烯(XLPE);阻水護套:保護絕緣免受水分侵入的損害,保持絕緣強度;

  • 鎧裝:提供機械保護和張力的穩定性,是重要的結構元件;

  • 外披層:用以保護在運輸、深埋安裝過程中海纜鎧裝,通常是聚丙烯繩(PP繩)。

圖:三芯交聯聚乙烯絕緣海纜與陸纜對比

海纜主要應用於水下,除需要滿足基本的電氣性能外,對阻水性能、機械性能也具有更高的要求。

表:海纜與陸纜對比

數據來源:中天海纜招股説明書, 《淺析海底電纜的基礎知識與結構》張東,天風證券研究所

1.3、我國海纜絕緣材料多為交聯聚乙烯(XLPE)

充油電纜運維費用高,且可能造成海域環境污染。充油海纜中充入帶油壓的低粘度絕緣油,一方面可迅速消除由於負荷變化導致絕緣熱脹冷縮而形成的氣隙,另一方面可以平衡海水的壓力而避免鎧裝受到損害,但充油海纜受運行時附屬設施較多,需要供油系統的壓力油箱、油泵站以及相應的油系統報警設備,工程造價高,運行時需定時記錄、巡視,運維費用較高。同時,受到外力破壞後,電纜油會泄露,造成一定海域環境污染。

乙丙絕緣海纜不適用於高壓。乙丙絕緣海纜與交聯聚乙烯海纜結構相似,只是絕緣材料由交聯聚乙烯改為乙丙橡皮,由於該材料的乙丙絕緣電纜介損正切值和介電常數比較大,一般只用於低於138kV電壓的海纜,不適用高壓絕緣。

交聯聚乙烯絕緣海纜應用最為廣泛。XLPE交聯聚乙烯絕緣海纜具有良好的導熱性,輸送容量大,損耗低,我國海纜廠商已掌握其工藝,是目前應用最廣泛的海底電纜。

表:海纜絕緣材料對比

表:110kV充油海纜與交聯聚乙烯絕緣海纜電氣性能與機械性能對比

數據來源:電力設備技術服務公眾號,《廣東南澳110kV海纜選型》謝偉羣,《220kV交流OF海纜和XLPE海纜絕緣的優劣及國外生產應用情況》汪小清等,《海底電纜專利技術綜述》鄭玲玲等,天風證券研究所

1.4、海纜價值:佔海上風電總投資比約10%

海纜佔海上風電投資約10%,受各地海域條件影響有所差異。由於海底地質條件以及適合開發風電海域離岸距離不同,中國沿海各省海上風電造價有所差異。長江以北近海海域以灘塗、淤泥沉沙為主,工程造價偏低;長江以南海域海牀以巖石為主,工程造價偏高。根據我們測算,風電機組、風機基礎施工成本合計約佔海風項目總投資成本的45%、23%,而海纜投資約佔比為10%,單位投資總額約為16億元/GW。

表:各地海上風電項目初始投資成本構成

數據來源:北極星風力發電網微信公眾號, 《“十四五”中國海上風電發展關鍵問題》時智勇,天風證券研究所

二、海纜技術趨勢?

短期高壓化,長期向柔性直流發展

2.1、技術趨勢一:短期風場、風機大型化推動海纜高壓化

2.1.1、風機大型化帶來陣列海纜由35kV向66kV迭代。

目前國內海上風電場陣列海纜普遍採用35kV交流集電輸送方案。每颱風電機組都會通過一台就地升壓變壓器將機端電壓升至35k V,通過35k V交流電纜彙集多個風機的電能送至海上升壓站,再通過升壓變壓器的進一步升壓,由海底電纜將電力輸送至岸上,接入電網。其中,35kV海纜根據風力發電機輸出功率逐級增大其電纜或導線截面。

隨着風機大型化的趨勢,35kV海纜的侷限性凸顯。由於每根電纜上可以連接的風機數目隨着單颱風機容量的增大而減少,隨着海上風電場的不斷擴容,可互聯的風機數量越來越少,35kV海纜數目增加,同時也增加了相應的工程費用及海上升壓站的接線複雜度。

圖:35 kV交流陣列海纜

圖:66 kV交流陣列海纜

66 kV交流集電方案在歐洲風電市場已得到普遍應用。2016年耐克森通過了66kVXLPE海底絕緣電纜系統的認證,為VBMS海上風電場首次提供66kV陣列電纜。2020年歐洲已有1/3的海上風電項目使用66kV陣列海纜。基於目前風機大型化趨勢的加快,歐洲海纜龍頭JDR已經開始研發90kV海纜以謀求行業領先。

圖:歐洲海上風機單機容量變動趨勢

數據來源:《遠海大容量機組海上風電集電系統技術經濟研究》譚振龍等,《海底光電覆合纜在海上風電的應用研究》吳鍾博, 《66kV海上風電交流集電方案的研究與發展前景》王峯等 ,OffshoreWind Asia微信公眾號,WindEurope,北極星風力發電網,天風證券研究所

66kV相比35kV陣列海纜的經濟性優勢:投資成本及運維成本均降低。

  • 投資成本方面:更高的輸送容量使得可互聯風機數增加,總體投資成本降低。66kV高電壓等級的應用,提高了海纜的載流能力。等截面的66kV集電海纜在同等工況下輸送容量是同等截面 35kV集電海纜輸送容量的1.8倍以上,所需的海纜數量減少,也降低了海上升壓站接線的複雜程度。且電纜外徑相對於35kV集電海纜的外徑,尺寸變化並不大,對施工的影響有限。

  • 運維成本方面:低損耗降低運維成本。海纜在輸送同樣功率時,較高的電壓意味着較低的電流,同時也意味着較低的輸送損耗。

66kV海纜相比35kV單位價值量提升,可以緩衝由更高輸電容量帶來的長度減少。同時,風機/風場容量6/288→8/288→10/300MW,35kV海纜用量為0.43→0.33→0.34km/MW,即在風機及風場大型化進程中,風機數量減少,距離增大,海纜的數量隨之減少,但單根海纜長度增加,且中長期遠海化使得遠端風電機組與海上升壓站的距離增加,整體海纜在量上的降幅相比風機等其他環節並不明顯。

表:35kV及66kV陣列海纜方案CAPEX、OPEX及LOCE對比

注:僅考慮主要電氣設備及電纜的投資成本,以離岸距離40km為例。

上述方案中66kV陣列電纜比相應的35 kV長度減少30%~35%,年運維成本比減少1.3%~2.7%。

數據來源:《探究66kV集電海纜在我國大型海上風電項目中的應用》許新鑫等,《66kV海上風電交流集電方案的研究與發展前景》王峯等,《66kV海上風電交流集電方案技術經濟性研究》蔡蓉等,天風證券研究所

2.1.2、風場大型化使送出海纜高壓化成為趨勢。

國內目前主流的交流海纜電壓等級為220kV,一般採用單回三芯結構,輸電能力180~350MW,而220kV更大截面海纜(超過2500mm2)以及500kV海纜輸電能力可達到400MW以上。預計未來隨着風場大型化,目前主流的220kV送出海纜將會提升至330kV甚至500kV。

表:不同電壓等級、不同截面交流海纜輸送容量

單芯海底電纜與三芯海底電纜各有利弊。

  • 單芯海纜的優點:外徑小,單位重量輕,電纜的敷設及檢修難度小,同時,因為單位重量、彎曲半徑較小等因素,在相同的製造條件下單芯海纜的製造長度可以較長;缺點:佔用較大的海域面積, 敷設費用較高。

  • 三芯海纜的優點:具有平衡的負載,在鎧裝層中沒有感應的循環電流,敷設費用也低;缺點:外徑較大,單位重量大,電纜的敷設及檢修難度相對較大。

  • 一般中低電壓使用三芯,高壓使用單芯,但具體情況要根據路由狀況、安裝敷設和保護措施及製造技術水平等綜合考慮。

圖:單芯海纜與三芯海纜結構對比

數據來源:《海上風電場輸電方式研究》彭穗等, 《探究66kV集電海纜在我國大型海上風電項目中的應用》許新鑫, 《沿海風電場應用海底電纜選型探討》周厚強,中天海纜招股説明書,天風證券研究所

  • 提升電壓等級的核心挑戰:絕緣材料的電氣性能。更高電壓等級的海纜絕緣被擊穿的可能性更大,製造工藝要求更高,利好頭部企業。

工廠接頭絕緣恢復的硫化、冷卻和海纜本體擠包絕緣是兩個相對獨立的過程。不同的熱歷史造成了XLPE不同的晶相結構,進而導致工頻擊穿、電樹枝發展特徵存在一定差異。與220kV XLPE海纜相比,500kVXLPE海纜的絕緣工作場強更為集中,工廠接頭的恢復絕緣與本體絕緣的微小差異以及過渡絕緣的存在,都可能引起XLPE絕緣發生電樹枝劣化甚至絕緣擊穿。為了保障工廠接頭及近接頭海纜擠制絕緣性能的穩定性,找到XLPE絕緣電樹枝劣化甚至絕緣擊穿的根本原因,需要分析不同注塑方式下,不同區域LDPE(低密度聚乙烯)熔體密度差異導致的工廠接頭絕緣晶相結構差異,並在此基礎上進一步分析海纜工廠接頭及近接頭海纜的絕緣性能差異。

表:擊穿場強及其變化率

圖:典型電樹枝形態

數據來源:《高壓直流海纜工程應用現狀及展望》劉耀等,《交流500kV交聯聚乙烯海纜研製與工程應用的若干科學問題》周自強等,天風證券研究所

2.2、技術趨勢二:中長期遠海風電將以柔直併網為主

直流對比交流的技術優勢:輸電容量大、損耗低、長度無交流因電容電流的限制。

  • 載流量和輸電容量:在相同的電纜類型、導體截面和敷設安裝條件下,直流電纜比交流電纜具有大得多的載流量和輸電容量。

  • 損耗對比:直流海底電纜無任何交變電磁場引起導體、金屬套和鎧裝損耗,亦不存在絕緣的介質損耗,運行損耗遠低於交流海纜。

  • 長度對比:交流海底電纜由於電容電流按電纜長度正比增大,在電纜允許載流量限制下電纜線路長度受限;實際交流海纜系統為提高傳輸電流和減少線路的無功功率, 抑制線路中間和末端電壓過分升高, 在線路末端和中間(如有可能,如兩段海纜的中間島嶼) 需裝置並聯電抗器補償。而直流海底電纜沒有如交流海纜這樣的限制。

表:500kV XLPE直流海纜輸電功率與交流海纜輸電容量及損耗比較

相同標稱電壓,500kV三根直流XLPE電纜的輸電容量是交流海纜的2.89~4.41倍;相同傳輸電流條件下,500 kV直流XLPE電纜的輸電損耗約為XLPE交流電纜的11%~26%。

其中,直流三根電纜為兩根兩極,一根單極運行。

柔性直流對比傳統直流:柔性直流輸電在傳統直流輸電技術基礎上,使用了大功率IGBT替代了晶閘管,其可控性、靈活性遠優於傳統直流輸電技術。近年來IGBT逐步實現國產化,推動了柔性直流輸電技術的發展,預計未來在遠海風電、大規模可再生能源併網等方面具有非常大的優勢。

數據來源:《我國發展直流海底電力電纜的前景》應啟良,北極星輸配電網微信公眾號,電網頭條微信公眾號,天風證券研究所

交流海纜達到一定長度存在過電壓問題,需要安裝高抗,而直流海纜不存在過電壓問題,但需要安裝換流器。

  • 交流海纜結構投資成本:變電站+海纜+敷設+無功功率補償。海底電纜交流輸電中,當海纜線路達到一定長度需裝設高抗以抑制過電壓。參考一般工程經驗,當輸電距離達到40km時需在海纜一端裝設高抗,當超過40km但小於80km時需在兩端裝設高抗,如超過80km需要在海纜中間建設中繼站安裝高抗。

圖:高壓交流電纜海上風電結構

  • 直流海纜結構投資成本:換流站+海纜+敷設。直流輸電線路相比於交流線路來説要少用一根導線,使得線路造價較低;輸送容量大、使用壽命長,並且輸送距離基本上不受限制並且可以方便地進行分期建設和增容擴建,但需要為其搭建大的直流平台且需海上組裝換流器。

圖:柔性直流海纜海上風電結構

數據來源:《海上風電場輸電方式研究》彭穗等,《海上風電場輸電方式研究》鄭明等,天風證券研究所

經濟性方面:遠距離柔性直流海纜送出更具優勢。對於容量400MW及以上的海上風電匯集外送,交直流輸電方案對應的造價曲線交叉點對應的輸送距離為60~70km左右。當輸電距離在70km以內時,建議採用交流輸電方案;當輸電距離超過70km,應結合實際情況論證採用柔性直流輸電方案。

表:不同輸送容量和輸送距離下交直流方案的工程造價(億元) 

數據來源:《海上風電場輸電方式研究》彭穗等,天風證券研究所

柔性直流海纜的技術壁壘:絕緣加工及軟接頭技術。

  • 絕緣加工:相比交流海纜絕緣結構要求更高。區別於交流海纜,直流海纜在工作過程中出現温升後可能導致絕緣內最大場強由靠近導體屏蔽處向靠近絕緣屏蔽處遷移,因此對比交流海纜,直流海纜絕緣屏蔽與絕緣界面的完好要求更高,因此,以XLPE為代表的擠包絕緣直流海纜批量製造過程中絕緣結構的三層共擠(導體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽)是最關鍵的工序。三層共擠是通過3個獨立擠出機完成材料熔融塑化後推進至共擠機頭,再通過模具系統進行設計尺寸下的連續擠出。導體屏蔽和絕緣屏蔽均為半導電材料,與絕緣共擠後將形成內外兩個界面,光滑均一的界面對直流海纜電場分佈及長期電氣性能穩定性至關重要。

圖:南澳工程±160kV直流海底電纜結構示意圖

  • 軟接頭技術:受工人技術水平影響較大。連續長度是海纜的基本要求之一,如果製造設備有限制,將使得單根海纜長度滿足不了工程的需要,而軟接頭技術可以保證在接頭處海纜的各項性能與正常海纜的性能基本一致,可在製造廠內用軟接頭將電纜連接到所需要的長度;大長度海纜在運輸、敷設和運行過程中,發生故障是難免的,因此軟接頭又是修復海纜故障的重要手段。電纜與軟接頭匹配安裝主要靠手工完成,工藝複雜,安裝週期長,工人的技術水平對其質量的影響較大。

圖:軟接頭製作流程

直流海纜的技術要求比交流會更高,考慮到遠海項目的推廣程度,我國“十四五”期間遠海項目仍處於示範項目階段,隨着近海資源被逐步開發,我們預計“十五五”期間遠海項目將進入規模化階段,柔性直流海纜或將代替高壓交流海纜成為併網的主要海纜類型。

數據來源:《提高XLPE高壓直流海纜經濟性的研究展望》張洪亮等,《交聯聚乙烯絕緣海底電纜在中國海洋風電建設中的典型應用和發展前景》張建民等,《高壓直流海底電纜軟接頭的研發》祁登權等,東方電纜招股説明書,中國新能源網,國際風力電網,中國電力網,天風證券研究所

三、海纜行業市場空間?

海纜市場空間優於其他被大型化攤薄的環節。

3.1、我國陣列海纜市場空間預測:風電場規模化下21-25年單千瓦價值量穩定

我們預計我國陣列海纜單位價值量較為穩定,21-25年單千瓦價值穩定,CAGR為0.1%,陣列海纜整體市場規模CAGR為25%,其中66kV陣列海纜佔比2025年將達到30%。核心假設如下:

  • 假設1:根據上海勘測設計研究院有限公司的研究數據,在其他條件不變的情況下,風場規模每變動1%,陣列海纜單位功率造價同方向變動0.22%,考慮到陣列海纜價格下降趨勢,預計陣列海纜單位造價變動百分比是風場規模變動百分比的0.1倍。2021-2025年35kV海纜單千瓦價值同比變動3%/-1%/1%/1%/1%。

圖:陣列海纜造價與風場規模的關係 

  • 假設2:66kV陣列電纜相比35kV長度減少30%~40%。以2022年中廣核浙江象山塗茨項目66kV海底電纜採購單千米造價與華潤電力蒼南2#海上風電項目35kV海纜採購及敷設單千米造價對比(中標均為東方電纜)提升36%。綜上,我們預計66kV海纜單千瓦造價與35kV低5%。

  • 假設3:根據目前披露的招標信息,三峽能源陽江青洲五、六、七(3000MW)均採用66kV的陣列海纜方案。我們預計基於66kV的經濟性,未來隨着風機大型化,66kV海纜佔比會進一步提升。參考歐洲66kV海纜滲透率,預計2021-2025年66kV海纜佔比0%/5%/10%/20%/30%。

表:我國陣列海纜單千瓦造價變動預測

數據來源:《66kV海上風電交流集電方案技術經濟性研究》蔡蓉等,上海勘測設計研究院有限公司,中廣核官網,中國招標投標公共服務平台,浙江政務服務網,中國三峽官網,天風證券研究所

3.2、我國送出海纜市場空間預測:25年市場規模達197億元,21-25年CAGR達26%

我們預計2021/2025年我國送出海纜的市場規模有望達到77/197億元,21-25年CAGR達26%。核心假設如下:

  • 假設1:根據近海項目:廣東省2025年預計平均40km,遠海項目:江蘇省鹽城市2025年預計達80km,預計2025年我國海上風電項目平均離岸距離60km。

  • 假設2:參考歐洲風場近5年的規模變動趨勢,考慮到風場基地化帶來的多個項目共用送出海纜,實際單千米對應的風場容量增速更快,預計我國平均風場規模2021-2025年增速為20%;

  • 假設3:隨着後續送出海纜高壓化,我們預計其高附加值將使得單位價值量有所提升。2021年由於搶裝預計單價上漲,之後有所回落。預計2021-2025年送出海纜單千米價格變動百分比分別為4%/1%/2%/2%/2%。

表:我國送出海纜市場規模預測(億元)

數據來源:中國能源網,國際風力發電網,WindEurope,天風證券研究所

3.3、我國海纜行業相比海上風電其他被大型化攤薄的環節,ASP有1%的增幅

海纜行業的投資機會在於:隨着風電逐步進入“平價”時代,海上風電產業鏈各環節降本。對比海風平價使得風機等環節被大型化嚴重攤薄,海纜由於1)成本中原材料佔比接近90%,不具有可替代性,價格下降空間有限;2)風場及風機的大型化推動產品向着更高壓及更大截面發展在一定程度上縮窄了海纜單價的降幅;3)遠海化趨勢使得海纜所需長度增加。海纜ASP較為穩定,在2021-2025年有1%的增幅。我們預計我國2025年海纜行業市場規模322億元,2021-2025年CAGR達26%(海上風電新增風場規模CAGR為22%);2025年利潤空間為129億元, 2021-2025年CAGR達22%。

表:2020-2025年全球及中國海上風電海纜市場規模及預測(億元)

數據來源:北極星風力發電網,GWEC,《風能》,東方電纜2021年年報,中天海纜招股説明書,寶勝股份2021年年報,天風證券研究所

四、公司競爭優勢?

4.1、競爭要素:產品質量是決定中標的關鍵

4.1.1、競爭要素:產品質量是中標關鍵所在,表現為資質及業績門檻

業主基於長期經濟性對海纜質量有更高的要求。海纜對海上電能傳輸的安全性和穩定性具有重要影響,且其使用環境較為特殊,維修及更換困難且成本較高,且國內海上風電項目運行週期大多為25 年,所以業主往往會考慮項目長期的經濟性,在招標時對產品的安全性、可靠性和耐用性有更高要求,品質優於價格,多次海纜中標廠商並非最低報價。

  • 停運損失:如果一台風機出故障,停運的只是一台風機,而如果是送出海纜出故障,則停運的會導致整個系統。以三峽能源300MW海上風電項目估算,年發電量81698萬千瓦時,平均每天營業額約為184萬元。且一次動力輸出電纜的故障,可能需要3個月及以上的時間維修。

  • 維修難度:海纜埋在海底,維修難度大,且需要海況配合。

產品質量的重要性使得海纜項目具有資質門檻及業績門檻的限制。

  • 資格門檻:海纜企業生產相關產品需要除需要滿足普通電纜相同的條件,通常需要還就特定類型、應用領域的產品取得其他相應的資質、鑑定或通過客户認證。國內海纜在投用前完成型式試驗和預鑑定試驗一般需要花費一年以上的時間。

  • 業績門檻:客户在評估潛在海纜供應商時會將歷史業績作為重要參考指標,因此海上風電項目中對海纜進行招標時,往往需要歷史工程業績。例如需要提供同類產品一定時期、一定公里數的穩定運行數據,否則無投標資格。這樣的條件使得新競爭者進入時間成本顯著增高。

表:部分海上風電項目海纜招標業績要求

數據來源:北極星風力發電網,三峽能源招股説明書,中天海纜招股説明書,中國招標投標公共服務平台,《海上風電的發展與挑戰》樊天慧等,歐洲海上風電,財聯社,天風證券研究所

4.1.2、競爭要素:產品升級階段領先技術尤為重要

海纜生產流程更為複雜,高壓產品技術難度成倍增加。因海洋底部自然環境惡劣,以及不可預見性,將海底電纜的設計和製造難度大大提高,對電纜生產企業的製造能力和技術研發設計水平都是極大挑戰.。海纜的生產與同電壓等級的普通電線電纜技術相比,生產流程相比陸上高壓電纜的生產多了約40%的工藝流程,所需研發生產週期較長(東方電纜500kV海纜研發週期約為三年),需要技術積累及有經驗的生產運營團隊。

圖:海纜生產工藝流程

圖:高壓陸纜生產工藝流程

產品迭代的難度係數成倍增加。一方面,提升電壓等級對絕緣材料的工藝要求更高。根據上纜所在2009年中國電線電纜行業大會上提供的資料,以66kV電線電纜難度係數(主要指材料、製造工藝及配套技術等)為1,則132kV、220kV及400kV電線電纜的難度係數分別為3、6、26;另一方面,軟接頭作為輸電距離提升的主要挑戰,需要通過控制各種工藝參數,儘可能實現接頭處的性能和本體保持一致,且隨着電壓等級的提高,相應的技術難度也不斷增加。能夠在產品升級階段擁有相應技術儲備的廠商具有先發優勢,有利於率先獲得訂單,進行業績積累。

數據來源:中天海纜招股説明書,東方電纜招股説明書,天風證券研究所

4.1.3、競爭要素:整套解決方案將成為長期增長點

海外廠商服務營收佔比逐年提升,我國海纜項目承包能力有待發展。從NKT近三年的營收情況來看,其Service& Accessories營收佔比從2019Q1的12%提升至2021Q4的17%。相較海外海纜製造商耐克森、普睿司曼等,均能夠提供從海纜的設計,到製造和現場服務支持的交鑰匙解決方案,目前我國能夠提供全生命週期解決方案的海纜廠商在少數。而隨着風場規模化的發展以及企業出海,海纜的採購與敷設總包趨勢明顯,海纜系統設計研發、生產製造、安裝敷設及運維服務於一體的產業體系能夠更好地參與國際競爭。

圖:NKT2019Q1-2021Q4  Service & Accessories營收情況

數據來源:NKT公司官網,北極星風力發電網,天風證券研究所

4.1.4、競爭要素:碼頭岸線資源日益稀缺

碼頭是海纜廠商生產基地的必備條件。因海底光纜單件長度大,重量達千噸以上, 陸上運輸難以實現,所以需要專用的海纜敷設船運到指定海域敷設安裝。目前世界上海纜裝船均採用“邊生產、邊裝船“的方式,需建設專用的輸纜棧道來銜接碼頭和廠區。廠區儲纜池中的成品海纜通過提纜後直接送至輸纜棧道, 輸纜棧道上設有帶滾輪的托架,海纜通過該托架進行輸送。碼頭及引橋上需配備牽引系統,為海纜的輸送提供動力。海纜直徑大、強度高,輸送過程中需做好防範措施以減少自扭, 碼頭與後方廠區做好銜接,保證輸纜棧道的銜接。由於近年來環保力度不斷加強,碼頭岸線資源日益稀缺,從而對新進入企業或行業內原有企業擴產形成一定的壁壘。

碼頭資源帶來的屬地優勢。根據各省市十四五海上風電規劃,其海上風電發展速度與規模均有較大差距,廣東、福建、江蘇作為海岸線資源豐富區,十四五期間新增裝機量佔比接近70%。同時,同一省市不同區域,其海風項目規劃也有較大差異。根據《廣東省2022年重點建設項目計劃》,22年海風重點建設項目集中在陽江,而前期預備項目集中在揭陽及汕頭等。出於多重因素的考量,在海風項目建設當地擁有生產基地的海纜廠商在招標中將更有優勢。

圖:2020年中國海上風電區域競爭格局

圖:各省“十四五”海上風電裝新增裝機量佔比

注:山東新增裝機量為預測值

表:廣東省2022年海上風電項目所在地

圖:主要海纜廠商已投運生產基地(截至2022年4月2日)

數據來源:《海纜敷設船碼頭設計》鍾展興,中天海纜招股説明書,前瞻產業研究院,各省人民政府網,龍船風電網,中天科技官網,東方電纜公吿,環球網,青島日報,國家新材料測試評價平台複合材料行業中心,北極星風力發電網,天風證券研究所

4.2、行業格局?

對比海外,集中度高,強者恆強

歐洲海纜市場格局集中穩定。從全球海上風電的發展來看,歐洲始終是行業發展的領頭羊也是全球最大的海上風電市場。目前歐洲海纜市場競爭格局穩定,從2016-2020年歐洲海上風電項目海纜中標情況來看,整體市場高度集中,CR3約在80%以上。具體來看,陣列海纜中,JDR、Nexans(耐克森)、Prysmian (普睿司曼)三家廠商市佔率合計近90%,而在送出海纜中,主要廠商包括NKT、Nexans、Prysmian。

圖:2020年歐洲陣列海纜市場格局

圖:2020年歐洲送出海纜市場格局

JDR、Nexans、Prysmian等海外公司電線電纜應用領域廣泛在海纜領域均能夠提供海纜產品的設計、製造和現場服務支持,貫穿整個海纜系統生命週期的解決方案,客户黏性強。其中,JDR、NKT穩居陣列海纜、送出海纜市佔率第一,而Prysmian與Nexans在陣列海纜與送出海纜領域均衡發展。

表:歐洲海纜廠商情況

NKT海纜相關營收口徑:SolutionsService& AccessoriesPrysmian海纜相關營收口徑:ProjectsNexans海纜相關營收口徑:High Voltage & ProjectsIndustry& Solutions。相關數據均為Std. metal prices

數據來源:各公司官網,電纜網,WindEurope,天風證券研究所

產品特性決定競爭格局集中。海纜由於技術難度高,且下游客户對產品的質量要求較高,頭部企業的質量往往已經被驗證,從而使得整體行業競爭格局比較集中。目前國內市場主要製造商主要有中天科技、東方電纜、亨通光電、漢纜股份、寶勝股份、萬達電纜等。2020年中天科技、東方電纜、亨通光電合計市場份額超八成。

表:主要海纜廠商已投運海纜生產基地情況

從頭部廠商的高毛利率凸顯海纜產品質量的重要性。行業龍頭中天科技與東方電纜的海纜業務毛利率逐年提升,2020年均達到50%以上,遠高於陸纜產品毛利率(2020年分別為12.1%、10.4%)。

圖:2018-2020年中天科技、東方電纜海纜、陸纜產品毛利率對比

注:中天科技海纜業務毛利率採用中天海纜的海纜業務數據

新進入者短期內難以突破,長期有機會。儘管均為電線電纜製造企業,但常規電纜廠房建設、裝備要求、生產工藝和管理等和海纜是兩個體系,有明顯專業差異。海纜相比陸纜應用場景更為複雜,技術要求更高,需要技術、管理、團隊的積累。同時,海纜的資質、鑑定或認證具有風險大、投入大、難度大、時間長等特點,新進入企業難以在短期內完成;樹立自身品牌並積累一定規模的項目業績也會對新進入企業有一定的門檻,短期內難以突破。但長期來看,新進入者若具有建廠的地理優勢,建廠及技術積累、資質認證週期快於產品迭代週期,非頭部企業仍有機會。

數據來源:Wind,中天海纜招股説明書,中天科技官網,東方電纜公吿,環球網,青島日報,浙江日報,萬達電纜官網,天風證券研究所

4.3、競爭優勢?

產品迭代期看技術儲備,長期看整套解決方案能力

技術迭代期:大型化、遠海化背景下市場正處於向更高電壓等級海纜及直流海纜產品迭代期,頭部廠商能夠憑藉持續的技術創新和自主研發,擁有先進的技術及質量可靠的產品鞏固其領先優勢。目前中天科技、東方電纜等頭部企業對500kV及以下交流海纜、±535kV以下直流海纜均有相應的技術儲備,能夠滿足業主的需求。

長期:隨着海上風電建設規模化,海纜的採購與敷設打包招標將成為趨勢,而海纜定製化設計、生產、測試、集成、敷設、運維的全壽命整體解決方案,甚至是整個海上風電項目總承包能力也將成為企業在海纜業務綜合能力的體現。

我們認為能夠提前進行技術儲備,並提供綜合解決方案的海纜廠商競爭優勢更大。

表:部分使用更高電壓等級海纜及直流海纜方案的項目情況

數據來源:中國三峽官網,廣州公共資源交易中心,東方電纜公司公吿,天風證券研究所

東方電纜:高純海纜標的,技術領先,多系統解決方案強化成長

海纜業務佔比達40%以上。公司擁有500kV及以下交流(光電覆合)海纜、陸纜,±535kV及以下直流(光電覆合) 海纜、陸纜系統產品的設計研發、生產製造、安裝和運維服務能力,2018-2021年海纜業務營收佔比從35%提升至41%。

短期內憑藉技術優勢及優質的產品質量,訂單充足,並持續擴充產能。2019年公司提供了兩根500kV(含軟接頭)光電覆合交聯海底電纜的寧波—舟山500千伏聯網輸變電工程投運,是世界首個500千伏交聯聚乙烯海纜敷設完工的項目。22年3月公司為粵電陽江青洲一、二海上風電場項目提供500kV海纜及敷設工程,這是首個500kV三芯海底電纜(含軟軟頭)項目,驗證了公司技術的先進性。2022年截止3月17日,公司已中標海纜及海洋工程約22.1億元,在手訂單充足。同時,公司通過在寧波及陽江新建生產基地擴充海纜產能,預計2023年將達到75億。若當年能實現滿產,樂觀估計公司市佔率將達到35%(2021年為32%)。

中長期憑藉系統解決方案強化成長。公司積極打造集高端海洋纜產品設計研發、生產製造、安裝敷設及運維服務於一體的產業體系,擁有2艘國際級專業敷設安裝船:東方海工01、東方海工02,可提供220kV及以下海纜的敷設安裝服務,有利於公司實現海底電纜系統總承包。依託海陸工程服務技術提升與裝備研製,公司完成了從單一產品製造商向系統解決方案供應商的轉型升級,實現了先進製造業與服務業的融合,目前已形成深遠海臍帶纜和動態纜系統解決方案、超高壓電纜和海纜系統解決方案、智能配網電纜和工程線纜系統解決方案、海陸工程服務和運維繫統解決方案共四大產品/服務系統解決方案。

表:東方電纜海纜製造基地情況

數據來源:東方電纜官網,東方電纜微信公眾號,公司公吿,天風證券研究所

中天科技:多板塊佈局形成海工全產業鏈

公司技術儲備領先,高壓交流及直流海纜均有項目交付。海纜作為公司業務發展重點,主要包括交流海底電纜、柔性直流海底電纜、臍帶纜、動態海纜、海底光纜等類別。公司已具備交流500kV及以下海纜和陸纜、直流±400kV及以下海纜、直流±535kV及以下陸纜的研發製造能力,於2019年交付運行了共計35.65公里的500kV交流海纜,2020年圓滿交付的如東三峽±400kV柔性直流海纜項目,其直流海纜輸電距離約100公里,高壓交流海纜與直流海纜均有相應的技術儲備。

公司海纜業務快速發展,基地擴產匹配需求。公司設立江蘇南通、鹽城和廣東汕尾三大海纜製造基地,地理位置優越,且擁有1萬噸級的專用碼頭,有利於產品及時、高效運輸。子公司中天海纜的海纜業務2020年營收24.01億元(同增+61.50%),產能達1294km,根據目前基地規劃,預計2023年海纜產能將達到3394km。

多家子公司分板塊佈局形成整套解決方案,長期有望國內&國際雙開花。公司多家子公司佈局,目前已完成海纜--海底觀測、勘探--海纜敷設--海上風電基礎施工、風機吊裝於一體的海洋系統工程全產業鏈佈局並不斷鞏固完善,致力發展成為國際一流的海工項目EPC總承包商。公司先後參與歐洲領先的電力供應商荷蘭TenneT±525kV直流電力電纜系統及柔性直流海底電纜系統的研發合作,有望逐鹿歐洲高端市場。

表:中天科技海纜製造基地情況

表:中天科技海纜相關子公司佈局

注:中天科技為通信組覆蓋

數據來源:Wind,中天科技官網,中天海纜官網,中天科技2020年年報,中天海纜招股説明書,天風證券研究所

風險提示

海上風電項目需求不及預期:行業市場空間基於海上風電項目裝機量來測算的,2022年進入海風平價時代政策環境發生變化,可能導致產業投資放緩,海上風電發展節奏存在不確定性,海纜需求可能不及預期。

海纜技術迭代不及預期:海纜技術的迭代受到風場大型化、風機大型化的影響,如果上述發展不及預期,海纜的需求可能發生變化。

測算具有主觀性,僅供參考:本報吿測算部分為通過既有假設進行推算,僅供參考。

報吿來源:天風證券股份有限公司

報吿發布時間:2022年4月4日

 

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