请务必阅读正文之后的免责条款部分[Table_MainInfo][Table_Title]2022.07.01财富研究产业掘金——海上风电系列4：风机大型化推动技术迭代，国内轴承市场有望扩容本报告导读：轴承作为决定风机寿命和稳定性的核心部件，在风机大型化趋势下技术亟需迭代。目前行业中高端市场以国外为主导，具备深厚技术储备的国内厂商有望受益。摘要：[Table_Summary]风力发电机组核心部件，应用场景复杂技术壁垒高。风电轴承是连接机组中传动、偏航和变桨等系统转向的重要部件，主要分为变桨轴承、偏航轴承和传动系统轴承（主轴、齿轮箱及电机轴承）两大类。其上游为原材料供应商，下游方向为风机整机总装厂商和风电场投资运营商。由于风机工作环境非常恶劣，且维修成本较高、难度较大，因此对风机的质量和使用寿命要求极高，作为影响风机寿命和稳定性的关键部件，轴承的技术壁垒高，针对主轴轴承的要求更是需达到无故障运转达13104小时以上。八大海外厂商形成垄断，国内风电轴承市场有望持续扩容。目前轴承行业以国外为主导，全球70%以上的轴承市场份额由瑞典SKF、德国Schaeffler、日本NSK等八大厂商占据，国内主要占据中低端市场。我国风电轴承生产基地大多位于东北、洛阳地区等国有传统重工业基地。在行业政策的支持下，国内轴承企业积极进行轴承技术攻关和自主研发，现在已经实现大部分偏航轴承和变桨轴承的自产自用，仅有大功率主轴轴承的国产化程度较低。风机大型化趋势确定，国内厂商性价比凸显。风机大型化对轴承的配套能力提出了更高挑战。轴承单MW价值量随着风机功率的增加有显著的提升，国产品牌产品价格相比于进口品牌更具价格优势，而未来风机大型化极大可能会拓宽主轴轴承的市场空间。国内厂商中，偏航变桨轴承和3MW以下的主轴轴承已基本完成国产化，新强联3MW主轴轴承已实现批量生产，5.5MW主轴轴承也已进入样机交付阶段。轴承迎来技术迭代，独立变桨主流趋势渐显。随着风电机组大型化成为必然趋势，传统的统一变桨轴承已经不能满足要求，独立变桨技术采用三排圆柱滚子轴承，在相同条件下承载能力更高，有望驱动轴承市场扩容。未来5MW以上的机型有望逐步采用独立变桨技术。目前国内存在新强联、成都天马等少数厂商在生产独立变桨轴承，存在较大的市场潜力。风险提示：下游装机不及预期；产品技术方向发生改变。[Table_Report]作者:穆方舟(分析师)电话：0755-23976527邮箱：mufangzhou@gtjas.com证书编号：S0880512040003作者:鲁悦(研究助理)电话：021-38031651邮箱：luyue@gtjas.com证书编号：S0880121060025作者:周子奇(研究助理)电话：021-38038256邮箱：zhouziqi@gtjas.com证书编号：S0880121030024作者:王佳(研究助理)电话：010-83939781邮箱：wangjia025750@gtjas.com证书编号：S0880122010073财富研究产业掘金——电子测量仪器2：产品升级趋势明显，市场空间快速扩容2022.07.01财富研究产业掘金——电子测量仪器1：国家战略性新兴产业2022.06.28硅料厂检修供应偏紧，企业签订长单保供2022.06.27财富研究产业掘金——海上风电系列3：“省补”接力“国补”，助推平价上网2022.06.24宁德时代定增落地，募得资金448.7亿元2022.06.23财富研究主题财富研究主题相关报告财富研究团队财富研究证券研究报告请务必阅读正文之后的免责条款部分2of111.风电轴承地位重要，行业壁垒较高1.1.轴承主要包括偏变和传动系统轴承两类风电轴承是风力发电机组核心部件，被誉为机械装备的关节。其主要功能是连接机组中偏航、传动等系统，支撑旋转轴或其它运动体，并引导其转动或移动，同时需要承受由轴或轴上零件传递而来的载荷。风力发电机组一般分双馈式、直驱式和半直驱式等，应用轴承数量最多且类型最全的当属传统双馈式风机。图1双馈式风机内部结构数据来源：WindPowerEngineering&Development，国泰君安证券研究风电轴承主要分变桨、偏航轴承和传动系统轴承（主轴、齿轮箱及电机轴承）两大类。一般来说，一套风力发电机组的核心轴承含有主轴轴承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。其中，齿轮箱轴承只有在双馈式和半直驱式风电机上有应用，直驱式风机是由主轴直接带动发电机轴旋转，没有齿轮箱。表1:风电轴承主要分变桨、偏航轴承和传动系统轴承名称位置作用主轴轴承主传动链上，轮毂及齿轮箱之间承受径向力，高效传递扭矩到增速器偏航轴承风机机舱与塔筒连接处调整机舱朝向，保证风机垂直迎风变桨轴承叶片与轮毂之间调整叶片受风角度，使得风轮转速恒定在额度转速，稳定发动机输出功率数据来源：观研报告网，国泰君安证券研究在风力发电机的各个零部件成本构成中，轴承成本占整机总成本的8%，排名第四位。请务必阅读正文之后的免责条款部分3of11图2轴承成本占整机总成本的8%数据来源：电气风电招股说明书，国泰君安证券研究1.2.风电轴承是产业链中的重要环节风电轴承位于风电行业产业链上游。风电行业核心产业链由上游原材料供应商以及零部件生产商、中游风机整机总装厂商、下游风电场投资运营商构成。风电轴承的上游方向为原材料供应商，主要原材料包括轴承钢、陶瓷和塑料等非金属材料、用于保持器的钢板和黄铜等；下游方向为整机总装厂商和风电运营商，运营商包括中央电力集团、中央所属的能源企业、省市自治区所属的电力或能源企业以及港资、民营以及外资企业，四种开发商的市场份额占比分别为65%、15%、15%和5%。图3风电轴承位于产业链上游图4风电运营商多为国资背景企业数据来源：Wind，国泰君安证券研究数据来源：前瞻产业研究院，国泰君安证券研究在轴承的下游应用领域中，风电轴承需求占比排名第五位，占轴承总需求量的6.31%，前三位分别是汽车轴承、电工轴承和机床轴承。叶片,20%齿轮箱,11%发电机,8%轴承,8%铸件,6%变流器,5%钢件,4%机舱罩/导流罩,2%主轴,2%主控,3%液压,2%开关柜/控制柜,2%其他,27%中央电力集团,65%中央所属的能源企业,15%省市自治区所属的电力或能源企业,15%港资、民营以及外资企业,5%请务必阅读正文之后的免责条款部分4of11图5风电轴承需求占比排名第五位数据来源：华经情报网，国泰君安证券研究1.3.风电轴承使用场景复杂，技术壁垒高风机通常安装在风能资源比较丰富的地区，例如沙漠和海上等，风沙或者湿度较大，工作环境非常恶劣，风电轴承需要承受的温度、湿度和载荷的变化范围也很大。同时，由于风机通常安装在上百米的高空，日常检测和维护成本较高，一旦发生故障，装卸费用昂贵且修理不便，因此必须有非常高的可靠性，一般要求至少要有20年寿命。轴承作为风机的核心部件，结构复杂，对设计制造的要求极高，因此轴承对风电机组的安全稳定运行非常重要，其精度、寿命和可靠性对主机的性能和使用寿命起着决定性作用。由于每个轴承的类型和作用不同，所做出的具体技术要求也不同，其关键技术主要体现在设计、材料、防腐和密封等方面。表2:不同轴承的技术要求具有一定差异名称类型技术要求主轴调心滚子轴承、锥角双列圆锥滚子轴承主要原材料为钢锭，一般经过锻压、热处理、粗加工、精加工和涂装等五道工序制作而成；承受的载荷大，轴很长，容易变形，因此要求必须有良好的调心性能偏航、变桨轴承单排四点接触球转盘轴承、双排四点接触球转盘轴承一般都是总成设计；偏航轴承采用小游隙、变桨轴承采用零游隙或者“负游隙”设计的四点接触球轴承，沟道进行特别设计及加工，可以承受大的轴向载荷和力矩载荷；总成中的偏航齿轮选择合适的材料、模数、齿面轮廓和硬度，以保证和主动齿轮之间寿命的匹配；采取有针对性的热处理措施，提高齿面强度，使轴承具有良好的耐磨性和耐冲击性变速箱轴承深沟球轴承、圆柱滚子轴承、满滚子圆柱滚子轴承、双列圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、推力调心滚子轴承以及四点接触球轴承主要靠变速箱中的齿轮油润滑，润滑油中金属颗粒比较多，会明显影响轴承寿命，因此需要采用特殊的热处理工艺，使滚道表面存在压应力，降低滚道对颗粒杂质的敏感程度发电机轴承圆柱滚子轴承、深沟球轴承通过优化结构设计、改良加工工艺、控制生产过程清洁度以及优选组件来降低轴承振动的噪声数据来源：轴承百科公众号，国泰君安证券研究汽车轴承,40.19%电工轴承,14.70%机床轴承,10.33%工程机械轴承,6.89%风电轴承,6.31%冶金轴承,6.31%机器人轴承,3.79%农机轴承,3.23%其他,8.25%请务必阅读正文之后的免责条款部分5of112.海外企业占领高端市场，国产替代空间广阔2.1.海外企业起步较早，已形成深厚行业壁垒八大海外厂商占据全球七成以上轴承市场。全球70%以上的轴承市场份额，由瑞典SKF、德国Schaeffler、日本NSK、日本JTEKT、日本NTN、日本NMB、日本NACHI、美国TIMKEN这四个国家八家大型跨国轴承企业所占据，其中瑞典SKF是全球最大的轴承厂商。高端轴承市场更是被上述企业所垄断，我国目前主要占据轴承行业的中低端市场，本土厂商市场占有率仅20.3%。表3:八大海外厂商具有深厚积累国家品牌企业名称成立时间代表性产品2021年营业收入（亿美元）瑞典SKF斯凯孚1907中大型冶金矿山轴承、汽车轴承等95.29德国Schaeffler舍弗勒1946滚针轴承及液压顶杆、中大型圆锥圆柱滚子轴承等163.84日本NSK日本精工株式会社1916小型低噪音轴承等70.52NTN恩梯恩1918车用等万向节轴承、中型球轴承等53.09NMB美蓓亚集团1951办公自动化微型轴承等93.24NACHI不二越集团1928中小型球轴承等21.05JTKET捷太格特1921汽车轴承、滚针轴承等31.74(轴承业务）美国TIMKET铁姆肯1899英制圆锥滚子轴承等41.33数据来源：各公司公告，国泰君安证券研究图6八大海外厂商呈现垄断格局数据来源：华经情报网，国泰君安证券研究2.2.国内风电轴承市场有望持续扩容相比于海外厂商，我国轴承工业起步较晚。我国轴承工业始于1938年，风电轴承生产基地大多位于传统轴承、齿轮等机械加工工业基地，生产基地主要集中在江苏、河南和辽宁等地。2006年国家发改委提出“风电设备国产化率70%”的目标，在相关政策支持下，国内轴承企业积极进行轴承技术攻关和自主研发，现在已经实现大部分偏航轴承和变桨轴承的自产自用。70.7%20.3%9.0%八大轴承集团中国厂商其他请务必阅读正文之后的免责条款部分6of11图7国内风电轴承市场机遇不断数据来源：智研咨询，国泰君安证券研究目前，小功率变桨偏航轴承已实现本土品牌批量规模化生产，国产化程度极高。同时，大功率变桨偏航轴承也在逐步发展，国产化程度同样可观。而主轴轴承由于本身技术壁垒高，国内轴承厂商与国外仍存在明显差距，虽然国产小功率主轴轴承能满足国内市场需求，但大功率主轴轴承依旧不能实现高度自主国产。图8大功率主轴轴承国产化程度最低图9变桨轴承国产化率达到86.6%数据来源：新强联公告，国泰君安证券研究数据来源：新强联公告，国泰君安证券研究随着风机大型化演进，风电轴承的加工难度也将持续提升。目前国内厂家能够生产的风电轴承主要集中在2MW及以下，对于3MW及以上风电轴承，由于技术难度高，还处于国产化的起步阶段，进口依赖度较高，中大型轴承本土产量占比不足13%。2020年开始迎来风电抢装潮，加之欧洲疫情爆发导致风电主轴承供不应求，风电轴承的国产化进程明显加速，本土企业正积极打破国外垄断。新强联、瓦轴等企业已陆续取得大功率主轴轴承研发突破，并且陆续向齿轮箱轴承领域开拓。随着风机大型化趋势推进，国内风电轴承高端市场有望持续扩容。33.00%63.30%86.60%0.58%0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%主轴轴承偏航轴承变桨轴承齿轮箱轴承风电各类轴承国产化率请务必阅读正文之后的免责条款部分7of113.风机大型化推动技术迭代，价值量不断提高3.1.主轴轴承价值量持续提升，国产性价比更高主轴轴承是风电机组中单价最贵、技术壁垒较高的轴承。出于提高效率和降低成本的考虑，风电机组朝着大型化方向迅速发展，这为主轴轴承技术升级带来了挑战。大尺寸意味着更高的载荷，加上转速高、运行时间长，看似只是尺寸的放大，难度却呈几何级增加，同时单MW的价值量也在不断提升。以瑞典斯凯孚的双馈式机型上的调心滚子轴承为例，斯凯孚的主轴轴承单MW价值量，2.0MW为4.56万元，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，因此，未来风机大型化极大可能会扩大主轴轴承的市场空间。图20主轴轴承单MW价值量随功率增大而提升数据来源：三一重能公告，国泰君安证券研究国产品牌的价格普遍低于进口品牌，更具价格优势。常见的主轴轴承有三种：调心滚子轴承（SRB）、圆锥滚子轴承（TRB）、三排圆柱滚子轴承（CRB）。其中，调心滚子轴承因规格尺寸不同，价格范围大概在9万~15万元，较进口产品低约40%~50%。圆锥滚子轴承价格在20多万元，比进口产品低20%~30%。而三排圆柱滚子轴承故障率低于国外产品，可完全实现进口替代，价格也比国外产品低20%~30%。同样以瑞典斯凯孚的双馈式机型上的调心滚子轴承为例，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。加上运输成本的降低，以及随着专业服务团队技术的提升和经验的不断积累，服务也会占有一定的优势，因此国产产品的市场潜力不可小觑。2.673.054.594.984.565.065.527.30123456782.0MW2.5MW3.0MW4.0MW国内厂商平均（万元/MW）斯凯孚（万元/MW）请务必阅读正文之后的免责条款部分8of11图31国产主轴轴承平均价格显著低于海外价格数据来源：三一重能公告，国泰君安证券研究风电轴承行业进入了高速发展期，大兆瓦产品的国产化亟待突破。新强联3MW主轴轴承已实现大批量生产，并于2021年募资9.35亿元大规模扩产，5.5MW主轴轴承也已进入样机交付阶段。瓦轴的4.XMW主轴轴承也已实现批量生产。成都天马、洛阳LYC、京冶等厂商在风电主轴轴承领域也有一定的技术积累。表4:大功率风电主轴轴承国产化进展迅速公司名称大功率风电主轴轴承进展洛轴2016年为国家863重大科研配套项目国内首套6MW风电主轴轴承通过项目组人员初步验收瓦轴承担的辽宁省科技创新重大专项“5MW及以上大功率风力发电机组配套轴承”顺利通过专家组验收，成功研发6MW主轴轴承大冶轴2019年实现4.0MW级主轴轴承的批量交付新强联风电轴承产品已主要集中在3.0MW及以上型号，5.5MW风电轴承产品已批量供应数据来源：华经产业研究院，国泰君安证券研究3.2.独立变桨轴承技术应用预计将成为主流风机大型化趋势明确，变桨控制技术有望迎来革新。目前多数机组叶片桨距调节方式为统一变桨控制。传统的统一变桨轴承采用的轴承类别为双排四点接触球式结构，这是一种分离型轴承，可承受双向轴向载荷的角接触球轴承，其内、外圈滚道是桃型的截面，当无载荷或是纯径向载荷作用时，钢球和套圈呈现为四点接触。但是由于风机功率的增加直接导致了叶片长度、扫风面积和垂直高度差的增加，当叶片变长后，叶轮上的不均衡载荷会给变桨轴承等风电机组关键部件造成很大疲劳载荷，解决方法就是根据叶片具体情况对每个叶片进行独立变桨控制，从而减小叶轮上的不均衡载荷。独立变桨主流趋势渐显，采用独立变桨控制技术对轴承性能提出更高要求。独立变桨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。但是采用独立变桨控制技术增加了变桨执行机构的动作幅度，会加快变桨轴承的磨损，从而对轴承性能提出更高5.337.6313.7619.919.1412.6516.5729.2051015202530352.0MW2.5MW3.0MW4.0MW国内厂商平均（万元）斯凯孚（万元）请务必阅读正文之后的免责条款部分9of11要求。因此，独立变桨轴承的结构将从单排、双排、球轴承向承载力更强的三排圆柱滚子轴承转变，单套价值量也有所提升。图42独立变桨控制原理数据来源：《独立变桨控制研究》，国泰君安证券研究表5:国内厂商的独立变桨技术正逐步发展公司业务进度主要客户新强联2019年研制出三排圆柱滚子独立变桨轴承，2021年独立变桨轴承已实现批量销售远景能源、明阳智能、三一重能、海装风电、东方电气成都天马是国内较早研制出三排圆柱滚子变桨轴承的厂家,已批量供货GE、VESTAS、SIEMENS、GOLDWIND等恒润股份2022年轴承募投项目陆续投产，已开始小批量供货。尚未大批量供货数据来源：各公司公告，国泰君安证券研究独立变桨技术是未来风机大型化背景下的发展趋势，未来5MW以上的机型有望逐步采用独立变桨技术。目前只有新强联、成都天马等少数厂商在生产独立变桨轴承，存在较大的市场潜力。请务必阅读正文之后的免责条款部分10of11本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格分析师声明作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，本报告清晰准确地反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响，特此声明。免责声明本报告仅供国泰君安证券股份有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放，并仅为提供信息而发放，概不构成任何广告。本报告的信息来源于已公开的资料，本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌。过往表现不应作为日后的表现依据。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时，本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户，不构成客户私人咨询建议。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。在任何情况下，本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利，不与投资者分享投资收益，也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意，其据此做出的任何投资决策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域、部门或关联机构之间的信息流动。因此，投资者应注意，在法律许可的情况下，本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易，也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。在法律许可的情况下，本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事。市场有风险，投资需谨慎。投资者不应将本报告作为作出投资决策的唯一参考因素，亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在决定投资前，如有需要，投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。本报告版权仅为本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的，需在允许的范围内使用，并注明出处为“国泰君安证券研究”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。若本公司以外的其他机构（以下简称“该机构”）发送本报告，则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议，本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。评级说明评级说明1.投资建议的比较标准投资评级分为股票评级和行业评级。以报告发布后的12个月内的市场表现为比较标准，报告发布日后的12个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期的沪深300指数涨跌幅为基准。股票投资评级增持相对沪深300指数涨幅15%以上谨慎增持相对沪深300指数涨幅介于5%～15%之间中性相对沪深300指数涨幅介于-5%～5%减持相对沪深300指数下跌5%以上2.投资建议的评级标准报告发布日后的12个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期的沪深300指数的涨跌幅。行业投资评级增持明显强于沪深300指数中性基本与沪深300指数持平减持明显弱于沪深300指数国泰君安证券研究所上海深圳北京地址上海市静安区新闸路669号博华广场20层深圳市福田区益田路6009号新世界商务中心34层北京市西城区金融大街甲9号金融街中心南楼18层邮编200041518026100032电话（021）38676666（0755）23976888（010）83939888E-mail：gtjaresearch@gtjas.com请务必阅读正文之后的免责条款部分11of11