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风电轴承市场规模超300亿,大兆瓦机型逐步实现进口替代

文章来源:国泰君安 作者:和仕咨询整理 阅读量:589 发布时间:2023-02-14

2. 风电轴承:市场规模超 300 亿,大兆瓦机型逐步实现进口替代

2.1. 装机需求:风电装机量逐季提升,风机轴承市场广阔

2021 年全球风电装机新增 94GW,风电下游市场广阔。近年全球风电产 业进入快速发展阶段,拉动风电轴承市场规模提升。GWEC 调查显示, 2021 年全球新增风电装机量达 93.6GW/-1.8%,2018-2021 年 CAGR 为 22.2%,中国新增风电装机量 55.8GW/-3.46%,新冠疫情和海风退补压力 下,风电行业显现强大韧性和上升态势。2021 年风电招标旺盛,全球风 电招标量达 88GW/+153%,陆风和海风分别为 69GW 和 19GW,加快风 电配置仍然是众多国家的重要部署战略。

预计未来 5 年全球将新增 557GW 装机量,即每年新增超 110GW。据 GWEC 调查显示,虽然过去 2 年风电增量处于历史高位,但目前装机增 量远不足以实现本世纪末全球升温<1.5℃及 2050 年净零排放目标。为实 现上述目标,预计未来 5 年全球新增风电装机量年均超 110GW,2030 年风电装机量翻 4 倍。2022 年海风装机量将回归正常水平,全球新增海 风装机量 2022-2026 年 CAGR 为 37.8%,未来 5 年全球新增海风装机 90.6GW,整体装机量占比 16.3%。全球和国内风电新增装机容量的稳定 增长,将拉动风电轴承需求稳定增长。

中国是全球最大的风电市场,中国和北美风电增长放缓。2021 年中国是 全球最大的风电装机市场,整体风电新增装机量为 47.6GW/-13%,全球 占比 51%,补贴滑坡导致风电增长放缓;中国海上风电装机占全球 (21.1GW)的 80%,赶超英国成为全球海上风电累计装机最多的国家。 欧洲新增装机量 17.4GW/+18% ,全球占比 19% ,赶超 北美地区 (12.7GW/-21%)成为全球第二大风电市场。拉丁美洲、非洲和中东地 区的风电装机创下历史新高,分别为 6.5GW/+17%和 1.8GW/+120%,反 映全球市场的强劲增长。

全球多国积极推出陆风和海风建设规划,政策扶持利好风电增长。 2022-26 年风电装机热潮仍将延续,随着中国黑龙江、内蒙古各省陆续 出台“十四五”可再生能源发展规划,未来 5 年中国陆风和海风新增装 机将达 244GW 和 47.3GW,海风迈入平价改革时代。全球沿海国家和地 区海上资源丰富,发展潜力大,海上风电将是其能源产业的重点之一, 是建设海洋强国的重要举措。例如,德国大力发展海上风电,改革气候 变化法案,计划 2026 年起每年风电装机超 10GW;美国能源部出台《海 上风能战略》延长海风税收抵免,计划到 2030 年海风装机容量达 30GW。

中国风电装机需求旺盛,2025 年新增装机容量有望超过 80GW。受益于 各省十四五新能源规划,预计 2022-25 年风电装机继续升温,截至 2025 年累计风电装机容量达 629.7GW。抢装潮后海风进入平价改革时代,海 风装机短期滑坡、长期增长,预计 2022-2025 年新增海风装机量 CAGR 为 30%,截至 2025 年累计海风装机容量达 91.3GW,海风装机量占风电 整体装机量达 14.5%。

中国风电招标向好,2022-2025 年有望高增。招标一般领先装机约 1 年, 2022Q1 全国公开招标量 17.6GW/+24%,判断 2022、2023 年装机量有望 超过 60GW。

中国主要省份十四五规划海风装机量达 65GW。双碳目标指引下,福建、 山东、广东、浙江等沿海省份多省出台“十四五”海风发展规划,加强海 上风电政策补贴,着力建设海上风电新能源基地,广东省到 2025 年底 力争达到 18GW,在全国率先实现平价并网;江苏省到 2025 年新增海上 风电 8GW,新增投资 1000 亿元海风装机规划。十四五期间海风装机容 量合计有望达 65GW。

2.2. 价值量:大型化下轴承难度更高,单 GW 价值量有望提升

轴承在风电机组中价值量占比约 10-15%,属于毛利率较高的环节。综 合三一重能、运达股份、电气风电、明阳智能公告,我们判断轴承(含 主轴、偏航变桨、齿轮箱、发电机四类轴承)价值量占比约 10-15%,其 中,由于齿轮箱轴承国产化率较低,价值量占比仍较高,国产价格比进 口价格低 40%,随风电轴承国产化推进,轴承成本占比有望进一步下降。 叶片、齿轮箱、主轴、法兰毛利率 21%、15%、39%、37%,主轴轴承毛利率达 48%,属于毛利率较高的环节,偏航变桨轴承毛利率较低,约 22%。

风机平价加快风电机组大型化,提高整体技术要求。近年国内风电机组 招标价格快速下降,3MW 机组均价从 2021 年 1 月 3043 元/kW 到 2021 年 6 月 2616 元/kW,下降 17.3%,从 2021 年 10 月 2524 元/kW 到 2022 年 3 月 2241 元/kW,下降 11.2%。风机平价推动机组大型化,2020 年中 国起机组基本皆为 2MW 以上机型,3MW 以上机组装机量占比提高至 37.9%。全球新增陆风机组平均功率达到 2.9MW,新增海风机组突破 6MW。风电机组大型化不但要求风电轴承按比例扩大尺寸,对轴承径向 负载、稳定性提出更高的要求。海上风电规划快速增加,对风电轴承耐 腐蚀性、密封性带来更大考验。

预测 2026 年 8MW 以上机型占比达 45%。根据金风科技出货量变化趋 势,2020 年 3-5MW 机型占比 11%,2021 年占比 42%,风机大型化进展 十分迅速。假设 2021 年 3MW 以下机型占比 39%,2025 年 3MW 以下 机型停产,2022 年 8MW 以上机型占比 10%,2026 年 8MW 以上机型占 比达到 45%。

各类轴承单 MW 价值量随风机大型化增加。风电机内部使用的轴承包 括主轴轴承 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。据三一重能公告和新强联公告,主轴承、齿轮箱、偏 航变桨轴承等单 MW 价值量随风机功率增加而增加,主要由于大兆瓦风 机轴承技术壁垒高,轴承耐损耗性能要求更高。

海外风电轴承厂商加速并购扩产,研发大兆瓦风电轴承。为应对风机大 型化压力,海外轴承厂商正在加速并购和扩产能,研发适应大兆瓦风电 机组的轴承工艺。例如,2022 年 4 月 SKF 最新研发的高耐久性风电齿 轮箱轴承,采用量身定制的钢材和热处理工艺优化组合,将轴承寿命提 高到行业标准的 5 倍以上,这对新一代大兆瓦多级风电机组设计至关重 要。在 6MW 风电齿轮箱行星级中,SKF 高耐久性齿轮箱轴承尺寸缩小 多达 25%,可降低打滑擦伤风险,显著减少齿轮箱停机和维护时间,降 低风能的能源均等化成本(LCOE)。

2022 年中国风电轴承市场预计超 180 亿。主机厂商正在加快风机大型化 和海上风电规划,我们假设: 1)据三一重能招股书、新强联公告,2021 年主轴轴承、偏航变桨轴承、齿轮箱轴承、发电机轴承加权均价分别是 8.1 万元/MW、11.2 万元/MW、9.9 万元/MW、2.3 万元/MW;2)量产技 术成熟带来的规模优势下,单位容量风电轴承价格年降 5%。基于此, 我们预计 2022 年中国风电轴承市场规模超 180 亿,2021-25 年 CAGR 为 15.2%。

2.3. 竞争格局:大兆瓦轴承为海外厂商垄断,国产轴承正在崛起

风电整机厂商有直驱、半直驱和双馈 3 条技术路线。直驱风机不使用齿 轮箱,采用永磁发电机。直驱路线原是国际公认最可靠的路线,近年由 于永磁材料价格大幅上涨超 10 倍,直驱机型成本比双馈机型成本高 5%~10%。受制于双馈风机齿轮箱的国产化难度,国内部分风电厂商(如 金风科技)正在考虑采取降本增效措施,从直驱向半直驱风机转型,即 采用介于直驱和双馈之间、仅有低速齿轮的机型。

风电轴承是风机所有运动部位的枢纽结构件,技术壁垒高。苛刻的载荷和恶劣的运行条件下,风电轴承需要承受的温度、湿度和载荷变化范围 很大,是风电机组中的薄弱环节。风电轴承对于轴承的精度保持性、性 能稳定性、寿命和可靠性要求高。在风机大型化背景下,风机轴承是少 有的单位价值量提升的零部件。

风电轴承分为 4 类应用类型,大型化推动滚子轴承逐步取代球轴承。风 电机组涵盖 1 套主轴轴承、1 个偏航轴承和 3 个变桨轴承、1 套发电机 轴承、1 套齿轮箱轴承。双馈风机、半直驱风机有齿轮箱轴承,直驱电 机发动机有多级变速功能,无需齿轮箱。偏航变桨轴承在 4MW 以下小 型机组以球轴承为主,5MW 以上独立变桨轴承以三排圆柱轴承为主。 由于滚子轴承受力优越、体积小、重量轻,圆锥、圆柱滚子轴承未来会 占据主导,除偏航轴承外,其余部位将逐渐被滚子轴承取代。

全球风电轴承市场集中,为海外轴承厂垄断。风电轴承是我国风机完全 国产化的最后一环,我国高端市场被瑞典 SKF、德国舍弗勒、日本 NTN、 日本 KOYO、美国 Timken 等海外轴承厂上垄断,2019 年德国舍弗勒、 瑞典 SKF、日本 NTN 的全球市占率分别达 29%、24%、12%,市场竞争格局集中。国产轴承厂仅瓦轴、洛轴合计市占率 8%。

风电轴承国产化率低,国产厂商进口替代空间较大。由于我国轴承行业 与国际企业存在技术差距,我国需进口大量高端轴承,轴承零部件国产 化率低。据中轴协统计,2020 年全国风电机组装机 20401 台,共需配套 轴承 479424 套,天马、洛轴、新强联等国内轴承企业共产销风电轴承 77975 套,占比 16.3%,海外轴承供应商占比 83.7%。风电轴承国内供需 差距大,国产轴承多为变桨轴承,价值量较低,主轴轴承、齿轮箱、发 电机轴承几乎全部依赖进口,国内企业只有瓦轴批量供应少量齿轮箱轴 承,风机平价背景下风机厂商降本意愿强烈,国产替代需求旺盛。

海外厂商先发优势明显,轴承企业具备订单示范效应。海外厂商在轴承 零配件的加工与检测、高端冶金技术、热处理工艺等具备数十年技术积 累,如 SKF、舍弗勒等,供货经验较为丰富,目前大功率机型的主轴轴 承几乎被海外品牌垄断。我国轴承生产制造设备和产品质量相对落后, 未来主机厂的技术扶持对轴承厂商进口替代非常重要。一旦轴承厂商大 规模供前三家风电主机厂,则更容易拿到其他主机厂订单,发挥订单示 范效应。

2.4. 主轴轴承:轴承技术壁垒较高,大兆瓦进口替代进程加速

各类风电轴承有特殊技术要求。风力发电机在野外阵风环境下工作,工 况条件恶劣,风速低于切入风速(发电所需最低风速)时,主轴怠速低 负载运行,风速高于切入风速时,风速可达 23m/s,主轴在额定转速以 上运行。由于主轴轴承会不规则重复启动、加速、减速和停止操作,常 处于负载和转速波动环境,需针对最小载荷、平均载荷、最大载荷测试 出最佳规格。在小体积、大扭矩的偏航系统内,偏航变桨轴承需紧凑且 具有高负载能力,需具有对润滑油所含污染物的高耐受性和高抗剥离 性。发电机轴承应当有较强的绝缘性能,防止电化腐蚀。

单列圆锥轴承是大兆瓦主轴轴承的未来主流。承载性能上,滚子的线型 接触面优于钢球的点型接触面,可承受海啸震动时侧风 3~10°的摆动, 滚子优势明显。单列圆锥轴承有 3 点优势:1)比双列圆锥轴承体积更 小、成本更低、适用范围更广;2)比三排圆柱轴承游隙更小,径向承 载力(单向)更强;3)比调心滚子轴承的径向承载能力、刚性更强; CWEA 预计 3~5 年后圆锥滚子轴承占 80%,调心滚子轴承缩减至 10%~15%,调心滚子在大兆瓦风机上的使用将存在局限性。一旦单列圆 锥轴承安装困难的缺点被克服,未来单列圆锥轴承在 5MW 以上机型会 逐步占据主导。

单点式支承越来越多应用于大兆瓦风机主轴承。目前风机主轴承支撑方 式依据支承数量分为三种:三点式支承、两点式支承、单点式支承。其 中,三点式支承多用于小兆瓦风机;两点式支承选用单列圆锥、双列圆 锥为主,广泛用于中兆瓦机型;单点式支承选用双列圆锥滚子轴承,能 承受较大的径向和轴向载荷,越来越多应用于大兆瓦风机主轴承。未来 轴承支承方式的选择会向更低应力的支承轴承结构、更高自调控能力的 智能化轴承、更优载荷分布的柔性化系统发展。

2022 年国内主轴轴承市场规模约 50 亿元。根据新强联中标公告,并考虑到大功率 轴承存 在一定技 术溢价,2021 年<3MW、3-5MW、 5-8MW、>8MW 主轴轴承均价分别是 7.8 万元/MW、7.8 万元/MW、9 万元/MW、16.7 万元/MW,据此估算 2022 年国内主轴轴承市场规模约 50 亿元。

主轴轴承国产化率逐年提高。据 CWEA 数据,国产品牌市场份额(陆 上风电)逐步提高至 32%,洛轴等轴承厂商已批量供货 3~6.25MW 主流 机型主轴轴承,10MW 以下的海风主轴轴承进入研发、样机试用阶段。 国产调心轴承价格较进口产品低 40%~50%,三排滚子轴承价格低 20%~30%,故障率也更低。由于国产轴承具备价格优势、物流运输距离 更短、交付能力受保障,2022 年国产陆风主轴轴承国产化率有望突破 40%,3~5 年内与国外品牌并驾齐驱。

国内企业已经逐步掌握无软带淬火技术。主轴轴承的热处理方式主要有 两种:1)渗碳淬火,主要是国外厂商采用,将轴承在渗碳介质中加热 并保温,使工件获得一定深度的硬化层,增强韧性,可提高轴承的耐磨性和抗压强度,缺点是变形大、生产工期长、能耗高。2)无软带淬火, 国内轴承厂商以感应淬火为主,新强联等厂商采用无软带淬火技术,即 改良的感应淬火,配备预热感应器和加热感应器 2 个感应器,能耗更低、 生产工期更短。该技术有望克服传统感应淬火的回火软带缺陷,替代传 统渗碳工艺,提高国产设备和产品的渗透率。

国产轴承厂商推进大兆瓦主轴轴承进口替代进程,有望填补国产空白。 主轴轴承是风电机组中技术壁垒最高、最难突破国产化的轴承,5MW 以上的风电轴承尺寸放大带来技术难度几何级增加,对主轴轴承的热处 理变形、滚动体修形、滚道凸度等提出了全面升级的要求。目前新强联 5.5MW 主轴轴承处于样机交付;洛轴自 2005 年起完成 2.8 万套主轴配 套,7.0MW、8.0MW 配套风电主轴轴承研发成功,预计 2022 年供货数 量超过 6000 套,装机量全国第一;瓦轴、大冶轴陆续参与大兆瓦主轴 轴承的研发,国内主轴轴承与国外产品的差距正在缩小。

部分国内轴承厂商绑定头部风电主机厂,未来 2-3 年有望诞生国内龙头。 风电轴承测试严格,需在风机上长时间试装测试,打入供应链需十数年。 一旦公司获取头部整机厂认可,则会发挥先发优势,持续吸引新客户。国内新强联等头部厂商技术研发投入力度较大、产能扩张激进、产品进 入主机厂的验证环节。随着市场认可度提升,头部轴承厂商有望在未来 2-3 年内抢占可观的市场份额,加快国产市占率,开拓市场空间。

2.5. 齿轮箱轴承:所需轴承数量多,国产化进程开启

齿轮箱运行条件苛刻,内部结构复杂,所需轴承数量多。2020 年齿轮箱 轴承国产化率为 0.58%,亟需国产化。齿轮箱轴承载荷会突然变化、温 度变化范围大,运行条件比较苛刻。每个齿轮箱内部均需要齿轮箱轴承 支承,以 3-6MW 的风电齿轮箱精密零部件为例,一个齿轮箱中需要约 20 个齿轮箱轴承,9 个齿轮和 1 个输出轴。外径基本均在 0.5 米以内, 以 3-6MW 的风电齿轮箱精密零部件为例,20 个齿轮轴轴承中,10 个外 径为 0.31 米,7 个外径为 0.48 米,2 个外径为 0.95 米,1 个外径为 1.64 米。齿轮箱轴承外径小,转速快以及精度高,对轴承有更高的技术要求, 关键生产设备需要国外进口。

齿轮箱轴承增速快、外径小,技术壁垒较高。齿轮箱的主要作用是将低 速的叶轮增速,传递给发动机使之运转。由于齿轮箱轴承外径小、转速 快、精度高,齿轮箱轴承加工车床的规格尺寸和精度与其他风电轴承的 加工设备均不同,大部分关键设备需要国外进口。 2022 年中国齿轮箱轴承市场规模超 50 亿元。据新强联公告,齿轮箱零 部件在风电机组价值量中的占比为 18.87%,陆风、海风齿轮箱零部件均 价 60 万元/套、127 万元/套,而齿轮箱轴承在零部件中的占比为 71%, 据此测算,陆风、海风齿轮箱零部件单 MW 价值量为 9.5 万元/MW、11.3 万元/MW,2022 年全球齿轮箱轴承市场规模约 90 亿元,其中,中国齿 轮箱轴承市场超 50 亿。

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。

2.7. 发电机轴承:海外企业垄断,市场规模较小

主机厂多完整采购发电机,发电机轴承由海外企业垄断。主机厂倾向完 整采购发电机,主要发电机供应商有南汽轮、湘电股份、江苏中车电机 等,部分风电主机厂采购西门子等进口品牌发电机。三一重能等部分厂 商选择自产发电机。国内发电机轴承基本被舍弗勒、SKF 垄断,两家合 计市占率 90%以上。

发电机轴承价值量较小,市场规模约 10 亿元。发电机是将机械能转换 为电能的部件,有鼠笼异步电机、双馈异步电机、直驱永磁同步电机、 半直驱永磁同步电机四类。据三一重能招股书,风电机组中发电机轴承 用量较小,价值量偏低,判断国内发电机轴承市场规模约 10 亿元。

2.8. 轴承滚子:属于轴承核心部件,高端滚子市场超 30 亿

滚子是轴承的核心部件,影响轴承性能。轴承滚动体是轴承的核心零件, 其产品性能指标影响轴承转速、负载、稳定性、摩擦损耗等重要性能。

国内风电滚子市场空间随装机量增长。据中轴协,2022 年国内风电轴承 销售额有望达 200 亿元,轴承滚动体约占轴承成本 10%-15%,其中约 80%使用风电滚子,预计 2022 年风电滚子国内市场空间约为 20 亿元。

海风和大型化趋势推动滚子单 MW 价值量提升。风电机组大型化推动 大尺寸轴承需求增加,大功率风机和海风机组对轴承有更高的负载要 求,轴承材料、机械加工工艺和密封、防腐、润滑方案进一步提升,据 此判断海风、大型化将使滚子生产更加复杂,单 MW 价值量提升。

风电滚子的技术优化主要依赖第三梯队。滚子市场竞争格局分四大梯 队,第一梯度为外资品牌,技术力强,可以自制但成本较高,部分企业 开始国内采购;第二梯度为国内头部轴承企业,可以生产滚子匹配公司 主轴、齿轮箱等产品,但是滚子成本占轴承总成本的 10-15%,而滚子研 发投入大,设备与轴承套圈等设备不匹配,因此国内头部轴承厂商投资 效率不高,投资积极性低;第三梯队为专业滚子生产厂,滚子研发投入最有效率。第四梯队为普通工业轴承滚子厂,规模小,数量多,国内超 1050 家,工艺技术无法达到一、二级滚子的技术要求。

国产滚子部分技术达国际领先水平,加速滚子大兆瓦进口替代进程。五 洲新春优化表面轮廓、热处理工艺,滚子产品达到 1 级精度,达到国际 领先水平;五洲新春、力星可供货 4MW 以上风电滚子,加速推动大兆 瓦国产化进程。

滚子与套圈尺寸相差较大,国内轴承厂商改进滚子工艺的积极性不高。 风电轴承滚子尺寸在 15-30cm,风电轴承套圈直径超 1m,而这尺寸差距 显著,在热处理、磨加工环节上设备不可共用,且风电滚子轮廓线加工、 磨加工工艺要求 高,需要企业投入大量研发精力,国内轴承厂商进入 积极性不高,未来国内风电滚子市场预计主要被专业滚子厂垄断。

高铁动车组轴承性能要求高。目前国内高铁轴承多为国外进口。高铁 CRH1 和高铁 CRH5 使用 SKF 轴承,高铁 CRH2 使用 NTN 和 NSK轴承, 高铁 CRH3 使用 FAG 轴承。高铁轴承主要是在高速重载运动状态下工 作,服役条件极为恶劣,对轴承要求高。以 CRH5 为例,平均值估算每 套轴承载荷约为 68.7kN,最大滚动体载荷约为 7.6kN,内圈滚道与滚子 的接触应力约为 810MPa,轴承转速约为 1730r/min。

高铁轴承为存量替换市场。对于最高运营速度不大于 200km/h 的轴承, 质保期为 90 万公里(或 4 年),最高运营速度大于 200km/h 的轴承, 有定期检修,240 万公里后必须报废。 高铁轴承滚子有近 7 亿市场空间。

盾构机轴承要求较高。刀盘是盾构机的关键部件,在隧道掘进过程中发 挥着重要作用。刀盘系统中的主轴承是传递掘进动力和运动的核心零 件,在工作中承受着巨大的轴向力、倾覆力矩和一定的径向力,其性能、 寿命和可靠性直接影响盾构机的施工进度、安全和掘进里程。盾构机主 轴承最主要技术指标为:10000h(或累计掘进 10 km 以上),轴向跳动 不大于 0.1 mm,使用转速 1~3 r/min。

盾构机主轴滚子年需求量约 1.4 亿元。国内地铁用盾构机需求量约 2000 台,年需求量约 400 台(其中国产约 300 台)。另有国内在役的盾构机约 1800 余台,在役盾构机主轴承超过设计寿命后均需要维修和更换。盾构 机主轴价值两大,一套价格约 300 万元。预计盾构机主轴承年需求量达 400 套、约 12 亿元,滚子占比 10-15%,以 12%计,盾构机主轴滚子年 市场需求量约 1.4 亿元。

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