财富研究产业掘金——海上风电系列5：技术密集造就高壁垒，经济性助力国产铸件企业出海

能源产业愈发成为铸件下游应用重要场景。在上游原材料使用上，铸件生产所需的主要原材料为生铁和废钢，占生产成本的比重较大，市场供应整体充足；在下游应用上，随着近年来国家对可再生能源的重视和“双碳”目标的提出，风电领域飞速发展，进而拉动铸件需求，愈发成为铸件应用重要场景。在2020年铸件下游行业需求结构中，风电所属的发电设备及电力需求占4.8%，约250万吨，同比增长19%。 风电行业高景气，铸件需求上涨。全球风电装机容量持续增加，风电铸件市场规模随之扩张，我国风电铸件市场规模于2020年达到237亿元，2013年到2020年复合增速25.6%；全球风电铸件市场规模于2020年达到307亿元，2013年到2020年复合增速14.5%。同时，据GWEC预测，2022年全球风电新增装机为100GW，其中海风新增装机8.2GW；2026年全球新增装机量将达到128.8GW，其中海风新增装机31.4GW，2022-2026年复合增速8.3%。在此基础上，我们预计2022年全球风电铸件总需求量达到230万吨，2026年或将达到245万吨。 进入壁垒较高，先发优势显著。1）风机应用的高耐用性、稳定性和定制化需求使能源和电力企业建立了自身严苛的供应商评审机制，以筛选出合格铸件供应商建立长期稳定合作关系，形成市场壁垒；2）铸件生产各环节均有较高的技术和生产经验要求，且自动化程度低，熟练工人需求高，经验积累和工人培养所需时间较长，形成经验壁垒； 3）企业需通过技术创新提高产品迭代速度，进行高端产品研发保证利润空间和创造核心竞争力，研发费用率维持在较高水平，形成技术和资金壁垒；4）风机大型化趋势之下，原有的小兆瓦产线无法向上适配继续生产大兆瓦铸件，厂房设备需更新，行业固定资产投资规模较大特点进一步放大了所需资金投入规模，形成资金和设备壁垒。 成本控制成为盈利核心，性价比优势助力国内企业出海。1）龙头企业通过规模化生产和规模化采购节约生产过程的能源成本，并提高议价能力节约原材料采购成本。当前良品率较低（行业工艺出品率约为75%-80%，合格品率约95%），企业可通过技术升级压低良品率，进而进行成本控制。2）铸件企业生产成本中占比较高的分别为材料成本（59.4%），人工成本（10.4%）和能源成本（8%）。相较于海外竞争者，国内用工成本整体较低，具有人工成本优势；废钢价格相较海外具有约10%价差，国内头部企业（日月股份）产品合格率达99%左右，与海外龙头持平，具有材料成本优势；国内企业用电成本一般为0.6-0.7元/度，而作为欧洲电力基准的德国批发电价已达到0.17欧元/度，合人民币约1.2元/度，国内企业具有显著用电成本优势。 风险提示：海上风电装机不及预期；产品出口受到政策影响。 1.风电产业发展为铸件行业提供增量需求 1.1.能源领域是铸件产业链的重要应用场景 在上游原材料使用上，铸件生产所需的主要原材料为生铁和废钢，占生产成本的比重较大，并与钢材价格具有一定程度的联动；辅助材料主要为树脂、球化剂、孕育剂、固化剂等。主要与辅助原材料市场供应均整体充足。 在下游应用上，大型重工装备铸件被广泛应用于重工装备制造的各细分领域，主要有能源、通用机械、海洋工程和轨道交通领域。其中，随着近年来国家对可再生能源的重视和“双碳”目标的提出，风电领域飞速发展，进而拉动铸件需求，愈发成为铸件应用重要场景。在2020年铸件下游行业需求结构中，风电所属的发电设备及电力需求占4.8%，约250万吨，同比增长19%。 图1铸件上下游产业链 图2 2019年铸件下游行业需求结构 精加工环节构成铸件生产投入主体。风电铸件生产主要包括铸造和精加工两个环节，装配环节主要交由企业负责。铸造环节将废钢、生铁等材料制造成毛坯，精加工环节则根据毛坯形状和特定产品需求进行细致加工，完整工序涉及熔炼、浇注、机械加工等多个工艺环节。下游行业对铸件需求各异，且常有特定的技术和性能需求，因此精加工环节占据了较高的设备和人力投入。 图3风电铸件工艺流程 1.2.铸件在风电整机成本中占比约一成 风电铸件主要包括轮毂、弯头、偏航支座、机架、定轴、转轴、风轮锁定法兰等部件产品，约占风电整机成本的8%～10%。 图4铸件约占风电整机成本8%-10% 1.3.风机大型化带动铸件需求迅速增长 风电装机规模扩大拉动风电铸件需求上涨。在“双碳”目标引领和国家政策支持之下，我国风电装机容量不断上升，其中2022年一季度总新增装机790万千瓦，同比上升50%。得益于风电产业不断发展，风电铸件行业市场规模也不断扩大，我国风电铸件市场规模于2020年达到237亿元，2013年到2020年复合增速25.6%；全球风电铸件市场规模于2020年达到307亿元，2013年到2020年复合增速14.5%。 图5我国陆海风电装机规模高速增长 图6 2020年全球风电铸件市场规模同比增长54.3% 据中国铸造协会对风电设备行业平均水平进行测算，风电整机单MW铸件用量约为20-25吨，其中轮毂、底座、轴及轴承座、梁等合计约需15-18吨，齿轮箱部件约需5-7吨。随着风机大型化，单个风机铸件用量上升，而单MW铸件用量将有所下降，预计于2026年单MW铸件用量达到19吨。 据GWEC预测，2022年全球风电新增装机为100GW，其中海风新增装机8.2GW，预计2022年全球风电铸件总需求量达到230万吨。同时GWEC预计2026年全球新增装机量将达到128.8GW，2022-2026年复合增速6.6%，其中海风新增装机31.4GW，2022-2026年复合增速8.3%，在此基础上预计2026年全球风电铸件需求量或将达到245万吨。 图7风电铸件需求预计于2026年达到245万吨 2.风电铸件是资本密集型行业，进入壁垒高 2.1.定制化产品，客户认证周期长 高性能要求提高客户供应商审核标准。风机运行环境多为高原和海边等风能资源丰富但气候恶劣地区，需承受高温差和水浪侵蚀。同时风机维修难度大，成本高，特别随着风机大型化趋势加深，高度的增加也带来维修难度进一步上升。因此，为保证风机在20-30年的设计安全运行时间内平稳运行，能源和电力企业建立了自身严苛的供应商评审机制，以筛选出技术、工艺、环境保护、质量控制方面均有出色表现的铸件供应商，获得具有高耐用性和稳定性的风电铸件。 定制化需求促进长期合作关系建立，提高进入壁垒。风电铸件产品具有定制化生产以适应不同客户需求和客观风资源环境的特点，针对特定种类铸件需求进行生产的熟练度会影响铸件最终质量，因此铸件生产企业通常可以与客户建立长期稳定合作关系，先进入者可优先进入头部企业供应链，先发优势显著。 2.2.扩产难度大，资金投入高 经验积累耗时长，环保要求限制扩产。风电铸件生产各环节均有较高的技术和生产经验要求，并且铸件生产环节多，自动化程度低，这就导致扩产时需要增加较多熟练工人，而熟练工培养所需时间较长，不可一蹴而就。风电铸件定制化生产需进行模具制备，进一步延长扩产所需时间。 同时，多环节污染物排放使铸件生产企业面临严格环保政策约束，扩产受到政策限制，需通过环境测试，扩产难度大。 表1:铸件生产受到严格环保政策限制 产品研发投入水平稳中有增，资金需求大。行业整体技术创新进度加快和低端产品同质化竞争加剧，使企业需通过技术创新提高产品迭代速度，进行高端产品研发保证利润空间和创造核心竞争力。这导致企业研发费用率维持在较高水平，以龙头企业为例，呈现略有波动或逐年上升态势，其中广大特材研发费用率从2018年3.28%增长至2021年4.78%，2022年一季度维持这一趋势增长至5.54%，同比上升73.42%。 风机大型化促使厂房、设备更新。风机大型化趋势之下，原有小兆瓦产线无法向上适配继续生产大兆瓦铸件，企业扩产之前需要进行厂房和设备更新，而铸件行业所需设备种类多且单位价值高，固定资产投资规模较大的特点进一步放大了所需资金投入规模，增加扩产难度。 图8龙头企业研发费用率稳中有增 图9风电机大型化引导厂房设备升级 3.成本控制至关重要，经济性优势助力出海 3.1.成本控制是盈利关键 风电铸件的竞争主要体现在产品价格，但龙头企业产品价格相近，因此盈利的关键是成本控制。 规模化经营助力成本控制。企业可通过规模化生产和规模化采购节约生产过程的能源成本，并提高议价能力节约原材料采购成本。同时风电铸件生产环节众多，实现规模化经营所需的厂房设备和人员技术积累需要大量资金投入，非规模化企业消化订单能力有限，形成了进入壁垒，有助于龙头企业巩固现有优势。 技术差异体现为成本差异。风电铸件生产上的技术差异通过工艺出品率和合格率体现，而此二者又最终通过成本差异反映出来。当前行业工艺出品率约为75%-80%，合格品率约95%，仍有一定提升空间。 3.2.龙头公司毛利率有望维持稳定 风机企业招标价下降引致铸件成交价降低。铸件定价通常通过年度闭口框架协议，整机企业会每年和铸件生产企业商定框架协议，约定铸件价格和供应份额，以保证自身毛利率相对稳定。当前风机招标均价逐渐下降，据金风科技披露，2022年3月均价为1876元/kW，同比下降35%。 这一整机企业招标价的下降传导至铸件生产企业，结合2021年抢装潮后风电装机量下降的背景，铸件生产企业出货量和售价略有下降。 原材料价格上升推高生产成本。风电铸件主要原材料生铁和废钢的价格在2021年均出现了不同幅度的上涨。其中生铁价格每吨价格自3500元左右提升至4000元以上；废钢价格自2020年1月2600元/吨上涨至2021年5月高点4040元/吨，此后于2021年10月短暂波动后，于2022年5月回归3850元/吨。 图10风机招标均价下降 图11生铁、废钢价格上涨 2021年和2022年一季度由于产品价格受抑制而原材料成本增加，龙头企业毛利率略有回落，但随着2022年陆风和海风预计新增装机量的增加，若后续原材料价格回归合理区间，龙头企业毛利率有望维持稳定或恢复原有水平。 图12龙头企业毛利率有望维持稳定 受制于2021年原材料大幅上涨，铸造企业毛利率出现回落。若后续原材料价格回归合理区间，预计未来行业龙头公司毛利率会稳定在25%-30%。 3.3.经济性优势助力国内企业走向全球 成本优势铸就出海机遇。风电铸件生产企业生产成本中占比较高的分别为直接材料（约60%），直接人工（约10%）和能源成本（约8%），相较于主要海外市场欧洲，国内用工成本整体较低，且具有材料和能源成本优势。并且当前我国贡献了全球80%左右的风电铸件产能，剩余产能则主要集中于欧洲和印度，预计未来成本优势将成为我国风电铸件企业出海推力。 1）材料成本方面，国内废钢价格整体较低，近期相较海外具有约10%价差，具有成本优势。并且国内头部企业（日月股份）产品合格率达99%左右，与海外龙头持平。 2）能源成本方面，风电铸件生产所用能源通常为电力和焦炭，国内企业用电成本一般为0.6-0.7元/度，而欧洲欧洲电价近期呈上升趋势，作为欧洲电力基准的德国批发电价已达到0.17欧元/度，合人民币约1.2元/度，国内企业具有显著用电成本优势。 图13龙头企业成本结构 图14 2019中国主要企业风电铸件产量（万吨）