(报告出品方/作者:民生证券,李阳)
1什么是风电灌浆料?
什么是风电灌浆料?以海风为例,海上风机的立柱和叶片位于海平面以上,海平面以下的支撑柱则多采用套筒灌浆工艺,起到支撑叶片旋转、稳固海床的作用。根据《DesignofOffshoreWindTurbineStructures》的定义:灌浆连接是由两个同心管状部分组成的结构连接件,外部和内部管之间的环形区域被填充灌浆。风电灌浆料是一种高性能聚合物改性的水泥基灌浆材料,采用多种无机添加剂,常被用于海上风机灌浆连接施工。陆上风机灌浆料生产厂家较多,竞争较为激烈。与海上风机相比,陆上风电机组所处的自然环境较为温和,对材料的性能要求、用量不高,技术门槛较低,竞争较为充分,产品单价较低,约为元/吨左右。根据《一种高性能风电机组基础灌浆料配制试验研究》,目前国内生产灌浆料的商家达几百家,年产量近百万吨。
海上风机主要形式可分为桩基础、重力式基础、吸力桶基础和浮式基础等,其中,单桩、多桩导管架、高桩承台基础等是桩基础最常用的形式。导管架基础,由于重量轻、海床地质条件适应性好、稳定性好、适合较深海域,广泛应用于欧洲海上风电场,是海上风机塔筒与水下桩基的重要连接段。灌浆连接是导管架结构的关键部分,决定导管架整体的稳定性。灌浆连接可以减少焊接结构带来的应力集中和疲劳,起调平作用,是海上风机支撑结构与桩基础连接的典型方法,灌浆连接段是海风导管架基础结构承上启下的关键部位。因此,灌浆质量直接影响到导管架的整体稳定性能、安全性能。
海上风电导管架基础,多采用先桩法导管架基础,步骤分为沉桩作业→安装导管架→灌浆连接,采用泵送压浆的方式将灌浆料自下而上灌注到海平面以下的连接段。对于灌浆材料而言,则需要具备较强的可靠性、安全性和耐久性,在保证较高强度的同时,还要维持较高的流动黏稠性和高度稳定性。
2风电灌浆料的市场空间
2.1风电前景是决定性因素
全球风电装机容量持续提升,海上风电结构性优化。-年全球风电装机容量从40.9GW提升至93.6GW,10年CAGR达8.62%;其中,海上风电装机容量占比从1.4%提升21.1pct至22.5%。根据GWEC预测,-年,全球风电装机容量CAGR将保持在6.6%,到年提升至.8GW,其中海上风电占比将达到24.4%。
欧洲新增风电装机创历史新高。年,欧洲新增风电装机17.4GW,同比+17.6%,创年度新增纪录,风电累计装机容量GW。其中,海上风电年新增装机3.3GW,占比19.5%(3.3/17.4=19%),累计装机容量为28GW,占比13.5%(28/=13.5%)。
欧洲各国加速布局海风装机进程。由于天然气、电价的急剧上涨,欧洲各国为摆脱对俄罗斯的能源制约,计划上规模建设海上风场。年5月,丹麦、德国、比利时与荷兰的政府在“北海海上风电峰会”共同签署联合声明文件,计划将北海打造成欧洲的“绿电中心”,承诺到年,四国的海上风电装机增加10倍,从目前的16GW提高至GW,其中,到年达到65GW。
未来5年欧洲海风装机年复合增长率预计达14.8%。根据欧洲风能协会(WindEurope)发布的《欧洲风能:年统计与―年展望》(WindenergyinEurope:Statisticsandtheoutlookfor-),-年,欧洲预计新增风电装机GW,其中,海上风电合计新增装机27.9GW(占比约24%),对应5年分别新增海上风电装机容量3.5GW、4.4GW、4.1GW、5.4GW、10.4GW,年均新增5.6GW,较年的海上风电年新增装机量提升65%。按国家来看,-年海风装机新增方面,英国增装机容量10.8GW、德国(5.4GW)、荷兰(4.3GW)、法国(3.3GW)、丹麦(1.3GW)、波兰(0.7GW)、爱尔兰(0.6GW)、意大利(0.5GW)和比利时(0.5GW)。
-年,国内风电新增装机容量从14.5GW增长至47.6GW,8年CAGR达16.02%,其中新增海风占比从0.3%提升至35.5%,增速超过全球。陆风“抢装潮”:新增海风装机量占比呈现稳步提升,但年大幅下降,主因年是陆风最后的补贴年限,带来陆风抢装潮,年同比增长%,年高位回落。海风“抢装潮”:年是海风补贴电价最后一年,全年海风新增装机量达16.9GW,同比增长.3%,海风累计装机规模26.4GW,居世界第一。
2.2海风灌浆料市场空间测算
根据我们的测算,到年全球海风灌浆料需求量达到59万吨,对应29.4亿元市场空间,中国市场空间为14.7亿元。(1)假设年全球海风装机量31.4GW(见前文),中国装机量按占比50%测算为15.7GW(不考虑年海风“抢装潮”影响,年中国海风新增装机占全球比重为45%,年假设提升至50%);(2)考虑自然环境及施工类型不同,单个海上风电机组使用灌浆料50-吨,取平均值75吨/个;(3)假设单个海风机组装机量平均值4MW,每GW海风装机量对应个机组;(4)国产厂家海风灌浆料价格为外资企业的80%(即元/吨)左右,测算得到年全球、中国海风灌浆料市场空间分别为29.4亿元、14.7亿元。(报告来源:未来智库)
3风电灌浆料的行业格局
3.1第一个阶段:外资主导
海上复杂环境带来更严格的灌浆料要求。灌浆连接部分不仅要承担风机自身叶片、风机自身旋转以及塔筒造成的负载,还要承受来自环境的波浪力、潮流力、船舶撞击力,需要解决防潮水、防海浪、软弱地基、海水腐蚀、快速施工等问题,因此,在材料选择、制备工艺、设备要求、施工质量方面,都具备更严格的要求。技术壁垒高,供应较为集中。灌浆料的特点包括:大流动性、抗离析可靠性和稳定性、高早期强度、高最终强度、高弹性模量、高体积稳定性、高抗疲劳性能、低水化热等。由于国外技术封锁,导管架灌浆连接技术无法直接引入中国,主要市场份额由外资龙头德国巴斯夫(Basf)、瑞士西卡(Sika)、丹麦迪西脱(Densit)占据。
年10月,巴斯夫化学建材被LoneStar(孤星基金)收购后,正式变更为迈伯仕集团(MBCCGroup),总部位于德国曼海姆,旗下的主品牌包括MasterBuildersSolutions,PCI,Thermotek,Wolman,Colorbiotics和WatsonBowmanAcme,业务聚焦建筑系统、外加剂系统领域,覆盖60多个国家,在全球建立多个生产工厂。其中,MasterBuildersSolutions主要提供高性能地板、混凝土修复和保护、高性能灌浆等产品,为建筑施工、地下工程,地坪、维护、修复和翻新项目提供材料和解决方案。
西卡成立于年,聚焦特殊化学品领域,产品涵盖混凝土外加剂、防水卷材、防水涂料、涂料、加固与修补材料、密封胶以等,广泛应用于建筑、汽车等领域。年11月,西卡以52亿欧元收购前巴斯夫建筑化工公司迈伯仕集团,提升西卡在建筑领域的地位,预计在H2正式接管MBCC集团。
丹麦Densit成立于年,专注于近海和陆上基础灌浆,主要产品包括高性能灌浆料,广泛用于风能、船舶、石油和天然气等多个行业。年,Densit品牌被美国ITWPerformancePolymers收购。公司的Ducorit产品是一种可泵送的超高性能胶凝材料,专为海上灌浆而开发,通过添加石英砂或铝土矿等,产品被分为五个种类:S1、S2、S5R、S5和D4,具备较高的强度和出色的疲劳性能、快速固化能力、有限收缩特性。
根据全国能源信息平台数据,年国内海上风电典型造价约为元/KW-元/kW,其中,海上风电机组及塔筒的造价占比最高,达到51%;其次是风机基础及施工,占比达到19%,约为元/kW-元/kW。
与陆上风电相比,海上风电运维难度较高、成本更高。海上风电机组运行条件较为恶劣,设备故障率较陆风更高,发生故障后需要进行海上作业,包括运维人员布置、设备补充、船只供应等,不但需要支付昂贵费用,还受海上风速、风向、潮汐等气候条件影响。此外,海风机组发生故障甚至停机后,必须等待适合的气候条件才能进行海上作业维修,被迫延长风电机组的停机时间,造成更大的发电量损失。根据年发布的《浅谈海上风电场运维成本管控》中对海风运维数据的统计分析,海风运维成本是陆上风电的2倍,在度电成本中占比高达25%-40%。
3.2第二个阶段:国产替代具备潜质
与陆风相比,海风基础灌浆的材料要求更高、施工特殊,例如,要求海风灌浆料无粗骨料、无纤维增强和常温养护,并且风机基础灌浆材料需要具备大流动性、高早期强度、高最终强度、水下不分散、高耐久性高抗疲劳等性能。根据年发布的《超高强水泥基灌浆材料力学性能尺寸效应》,国内海风项目起步较晚,灌浆材料市场被少数国外大的厂家垄断,材料采购、技术支持、售后服务均受限,风机基础灌浆料仍主要依赖进口,成本较高。对大部分国内企业而言,海上风机基础高强灌浆料研发和制备尚处在起步阶段,适用于海上海洋工程的超高强灌浆料寥寥无几,有相关工程应用经验的更少,研发设计大多参照国外品牌材料的性能、标准,而国内外