(報告出品方/作者:國泰君安證券,徐喬威,曾大鵬)
1. 全球軸承市場規模超千億美元,我國五大産業集群各具特色1.1. 軸承曆史悠久,是機械設備中的重要零部件
軸承是當代機械設備中一種重要零部件。它的主要功能是支撐機械旋轉 體,降低其運動過程中的摩擦系數,并保證其回轉精度。按運動元件的 摩擦性質不同,軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類,其中滾動軸承最 為常見。滾動軸承一般由内圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成,内 圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉;外圈作用是與軸承座相配合, 起支撐作用;滾動體是借助于保持架均勻的将滾動體分布在内圈和外圈 之間,其形狀大小和數量直接影響着滾動軸承的使用性能和壽命;保持 架能使滾動體均勻分布,引導滾動體旋轉起潤滑作用。
世界軸承的發展經曆了三個階段。 第一階段:世界軸承工業的初創階段,時間是十九世紀末期至二十世紀 初期。主要特點是生産規模極小、設備簡陋、技術落後,屬于手工作坊 式生産;材料以碳鋼為主,精度不高,價格卻昂貴;品種極少,用途十 分有限。當時軸承生産技術隻掌握在英國、德國、瑞典、美國等少數企 業手中。
第二階段:世界軸承工業的成長階段,時間大約是在第一次世界大戰結 束至第二次世界大戰以後。兩次世界大戰刺激了軍事工業的發展,軸承 在軍事工業中的地位日益提高,加之科學技術飛速發展,一戰後的短暫 穩定和二戰中的軍火急需,促使世界軸承工業迅速發展。主要特點是: 生産規模急劇擴大,産量迅速提高,主要軸承生産國家年産量超過 3500 萬套;生産設備完善,技術手段先進,普遍采用了機群式批量生産;軸 承材料發展到以鉻鋼等合金鋼為主,産品質量大為提高;軸承品種增加, 廣泛用于汽車、飛機、坦克、裝甲車、機床、儀器、儀表、縫紉機等衆 多領域。
第三階段:世界軸承工業的發展階段,時間是二十世紀五十年代至今。 經過二次世界大戰以後,人們迎來了和平時代,國際經濟複蘇繁榮,使 人類開創了和平發展的新紀元。伴随航空航天、核能工業、電子計算機、 光電磁儀器、精密機械等高新技術的飛速發展,體現當代科學技術水平 的世界軸承工業進入一個全面革新制造技術,迅速發展品種,軸承精度、 性能、壽命日益成熟完善的曆史新時期。
這個時期的特點是:軸承企業 規模超級化、集團化,形成了大型企業集團和跨國公司,如日本的 NSK軸承、NTN 軸承,瑞典的 SKF 軸承,德國的 FAG 軸承、INA 軸承等;軸 承産量猛增。軸承品種繁多,用途日益廣泛,既有傳統的單列、雙列、 多列球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承等,又有萬向節 軸承、超薄壁軸承、空氣軸承、各種在高速/高溫/低溫/防磁/耐腐蝕等 特殊工況下使用的專用軸承等等;設備先進,自動化程度高,測試手段 完善,工序間電腦管理,技術水平高,生産效率高。軸承材料高級化、 複合化、多樣化,因而軸承質量有較大提高。軸承材料不僅包括高碳鉻 鋼、滲碳鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、工具鋼等金屬材料,而且還有陶瓷、塑 料、石墨和碳纖維等非金屬材。軸承國際貿易空前發展。可以說世界軸 承工業促使所有使用軸承的工業、行業,領域發展繁榮起來,對于整個世 界經濟和人類社會進步做出了巨大貢獻。
1.2. 全球軸承市場規模超千億美元,八大集團占據主要市場
1.2.1. 全球軸承市場規模超千億美元,亞洲為主要消費市場
全球軸承行業規模超千億美元。2019 年全球軸承市場規模為 1075 億美 元,2020 年全球軸承市場規模達 1187 億美元/ 10.5%。預計未來軸承市 場規模将持續增長。
亞洲為主要消費市場。以中國、日本為代表的亞洲地區,占據了全球軸 承消費的半壁江山,成為了全球最大的軸承消費市場。歐洲和北美地區 緊跟随後,分别為 25%和 20%。
1.2.2. 八大集團占據主要市場,疫情下收入增速放緩
全球八大跨國軸承企業占據全球 70%的市場。世界八大軸承企業包括斯 凱孚(SKF)、舍弗勒(Schaeffler)、恩斯克(NSK)、 捷太格特(JTEKT)、 恩梯恩(NTN)、鐵姆肯(TIMKEN)、日本美蓓亞(NMB)、 不二 越(NACHI)。其中斯凱孚軸承行業市場占有率為 7.6%,為第一大軸 承供應商。舍弗勒市場占有率為 4.4%。
全球八大跨國軸承企業體量大,近年來增速放緩。全球八大跨國軸承企 業體量巨大,多數企業營收在 300 億以上,近年來合計營收增速放緩甚 至轉負,源于疫情對于跨國公司生産、貿易造成的負面影響。
1.2.3. 軸承應用廣泛,幾乎涵蓋所有工業闆塊
軸承應用領域幾乎涵蓋所有工業闆塊。軸承制造是我國體量較大的高端 裝備零部件市場,從産業鍊環節來看,軸承制造産業的上遊産業鍊包括 原材料、設備供應商等,上遊原材料主要是軸承鋼以及少部分的非金屬 材料,軸承粗鋼産量逐步上升。中遊市場的大多數軸承廠商會選擇采購 部分零部件以生産軸承,零部件主要包括内圈外圈、滾動體、保持器和 密封圈。全球軸承中遊市場幾乎被瑞典、德國、日本、美國四個國家的 八家大型軸承企業壟斷,市場占有率合計達到 70%以上,而國内企業主 要占據中低端市場。下遊應用與汽車行業、重型機械行業、家電和電機 行業、工程機械行業等相關聯。汽車、電工、機床為軸承的前三大應用 領域。整體來看,軸承制造産業上下遊所涉及的領域範圍非常廣泛。
1.3. 中國軸承市場突破 2000 億,五大産業集群各具特色
1.3.1. 中國軸承市場突破 2000 億,行業集中度偏低
2021 年中國軸承市場規模突破 2000 億。自 2006 年以來我國軸承市場規 模逐步擴大,據中國軸承工業協會,2021 年中國軸承市場規模為 2278 億元/ 8%。無論是從市場規模還是銷售收入來看,我國都已經是世界第 三大軸承生産大國。
中國軸承出口金額高于進口金額。自 2011 年以來中國軸承出口金額超 過軸承進口金額,出口金額穩步提升。2021 年進、出口滾動軸承金額為 43.9 億美元/ 21.1%、51.5 億美元/ 42.0%,均創曆史新高。價格上看, 出口均價約為進口均價的一半,代表我國(出口)主要占據中低端市場, 整體看進口價格差距有縮小的趨勢。
汽車是軸承最大的下遊應用。2020 年占比 37.4%。2015 年新能源車産量 中國占比整體保持在 50%以上,全球汽車産業,尤其是新能源車産業重 心正在移向中國,利好中國軸承産業。
國内軸承頭部企業體量偏小,但增速較高。軸承行業集中度低,CR10 僅為 28.0%。2021 年中國規模以上軸承企業營收合計 2278 億元,行業 規模較大,但參與者衆多、同質化現象嚴重,行業集中度低,CR6 僅為 24.1%。2021 年中國軸承企業僅有人本和萬向産值超過 100 億,産值分 别為 200 億和 130 億元左右,體量分别與鐵姆肯和不二越相近,前十大 軸承企業平均産值約 60 億,整體體量較小。2021 年前十大産值合計增 速在 17%,增長較快。
1.3.2. 中國已形成五大軸承産業集群,集中于東北和中、東部
從區域競争來看,我國軸承行業已經形成了産業集群。包括遼甯瓦房地 區、河南洛陽地區、浙東地區、山東聊城地區和長三角地區,每個地區 産業集群都各有特色,如遼甯瓦房地區軸承産業基地是中國最大的軸承 産業基地,基地依托中國最大的軸承生産企業——瓦軸;河南洛陽軸承 産業聚集區是我國技術積澱最深厚的軸承産業集聚區,是中國軸承行業 規模最大的綜合性軸承制造企業之一;長三角是我國軸承生産主要地 區,軸承生産主要分布于蘇州、常州、無錫、上海等地;浙東軸承産業 基地以常山縣、杭州、甯波、紹興為核心,北部與江蘇軸承産業基地相 鄰。聊城軸承産業基地以山東聊城為中心,是我國最大的軸承保持架生 産基地和最大的軸承貿易基地。
2. 風電軸承:市場規模超 300 億,大兆瓦機型逐步實現進口替代2.1. 裝機需求:風電裝機量逐季提升,風機軸承市場廣闊
2021 年全球風電裝機新增 94GW,風電下遊市場廣闊。近年全球風電産 業進入快速發展階段,拉動風電軸承市場規模提升。GWEC 調查顯示, 2021 年全球新增風電裝機量達 93.6GW/-1.8%,2018-2021 年 CAGR 為 22.2%,中國新增風電裝機量 55.8GW/-3.46%,新冠疫情和海風退補壓力 下,風電行業顯現強大韌性和上升态勢。2021 年風電招标旺盛,全球風 電招标量達 88GW/ 153%,陸風和海風分别為 69GW 和 19GW,加快風 電配置仍然是衆多國家的重要部署戰略。
預計未來 5 年全球将新增 557GW 裝機量,即每年新增超 110GW。據 GWEC 調查顯示,雖然過去 2 年風電增量處于曆史高位,但目前裝機增 量遠不足以實現本世紀末全球升溫<1.5℃及 2050 年淨零排放目标。為實 現上述目标,預計未來 5 年全球新增風電裝機量年均超 110GW,2030 年風電裝機量翻 4 倍。2022 年海風裝機量将回歸正常水平,全球新增海 風裝機量 2022-2026 年 CAGR 為 37.8%,未來 5 年全球新增海風裝機 90.6GW,整體裝機量占比 16.3%。全球和國内風電新增裝機容量的穩定 增長,将拉動風電軸承需求穩定增長。
中國是全球最大的風電市場,中國和北美風電增長放緩。2021 年中國是 全球最大的風電裝機市場,整體風電新增裝機量為 47.6GW/-13%,全球 占比 51%,補貼滑坡導緻風電增長放緩;中國海上風電裝機占全球 (21.1GW)的 80%,趕超英國成為全球海上風電累計裝機最多的國家。 歐洲新增裝機量 17.4GW/ 18% ,全球占比 19% ,趕超 北美地區 (12.7GW/-21%)成為全球第二大風電市場。拉丁美洲、非洲和中東地 區的風電裝機創下曆史新高,分别為 6.5GW/ 17%和 1.8GW/ 120%,反 映全球市場的強勁增長。
全球多國積極推出陸風和海風建設規劃,政策扶持利好風電增長。 2022-26 年風電裝機熱潮仍将延續,随着中國黑龍江、内蒙古各省陸續 出台“十四五”可再生能源發展規劃,未來 5 年中國陸風和海風新增裝 機将達 244GW 和 47.3GW,海風邁入平價改革時代。全球沿海國家和地 區海上資源豐富,發展潛力大,海上風電将是其能源産業的重點之一, 是建設海洋強國的重要舉措。例如,德國大力發展海上風電,改革氣候 變化法案,計劃 2026 年起每年風電裝機超 10GW;美國能源部出台《海 上風能戰略》延長海風稅收抵免,計劃到 2030 年海風裝機容量達 30GW。
中國風電裝機需求旺盛,2025 年新增裝機容量有望超過 80GW。受益于 各省十四五新能源規劃,預計 2022-25 年風電裝機繼續升溫,截至 2025 年累計風電裝機容量達 629.7GW。搶裝潮後海風進入平價改革時代,海 風裝機短期滑坡、長期增長,預計 2022-2025 年新增海風裝機量 CAGR 為 30%,截至 2025 年累計海風裝機容量達 91.3GW,海風裝機量占風電 整體裝機量達 14.5%。
中國風電招标向好,2022-2025 年有望高增。招标一般領先裝機約 1 年, 2022Q1 全國公開招标量 17.6GW/ 24%,判斷 2022、2023 年裝機量有望 超過 60GW。
中國主要省份十四五規劃海風裝機量達 65GW。雙碳目标指引下,福建、 山東、廣東、浙江等沿海省份多省出台“十四五”海風發展規劃,加強海 上風電政策補貼,着力建設海上風電新能源基地,廣東省到 2025 年底 力争達到 18GW,在全國率先實現平價并網;江蘇省到 2025 年新增海上 風電 8GW,新增投資 1000 億元海風裝機規劃。十四五期間海風裝機容 量合計有望達 65GW。
2.2. 價值量:大型化下軸承難度更高,單 GW 價值量有望提升
軸承在風電機組中價值量占比約 10-15%,屬于毛利率較高的環節。綜 合三一重能、運達股份、電氣風電、明陽智能公告,我們判斷軸承(含 主軸、偏航變槳、齒輪箱、發電機四類軸承)價值量占比約 10-15%,其 中,由于齒輪箱軸承國産化率較低,價值量占比仍較高,國産價格比進 口價格低 40%,随風電軸承國産化推進,軸承成本占比有望進一步下降。 葉片、齒輪箱、主軸、法蘭毛利率 21%、15%、39%、37%,主軸軸承毛利率達 48%,屬于毛利率較高的環節,偏航變槳軸承毛利率較低,約 22%。
風機平價加快風電機組大型化,提高整體技術要求。近年國内風電機組 招标價格快速下降,3MW 機組均價從 2021 年 1 月 3043 元/kW 到 2021 年 6 月 2616 元/kW,下降 17.3%,從 2021 年 10 月 2524 元/kW 到 2022 年 3 月 2241 元/kW,下降 11.2%。風機平價推動機組大型化,2020 年中 國起機組基本皆為 2MW 以上機型,3MW 以上機組裝機量占比提高至 37.9%。全球新增陸風機組平均功率達到 2.9MW,新增海風機組突破 6MW。風電機組大型化不但要求風電軸承按比例擴大尺寸,對軸承徑向 負載、穩定性提出更高的要求。海上風電規劃快速增加,對風電軸承耐 腐蝕性、密封性帶來更大考驗。
預測 2026 年 8MW 以上機型占比達 45%。根據金風科技出貨量變化趨 勢,2020 年 3-5MW 機型占比 11%,2021 年占比 42%,風機大型化進展 十分迅速。假設 2021 年 3MW 以下機型占比 39%,2025 年 3MW 以下 機型停産,2022 年 8MW 以上機型占比 10%,2026 年 8MW 以上機型占 比達到 45%。
各類軸承單 MW 價值量随風機大型化增加。風電機内部使用的軸承包 括主軸軸承 1-2 個、偏航軸承 1 個、變槳軸承 3 個、發電機軸承 1 套和 齒輪箱軸承 1 套。據三一重能公告和新強聯公告,主軸承、齒輪箱、偏 航變槳軸承等單 MW 價值量随風機功率增加而增加,主要由于大兆瓦風 機軸承技術壁壘高,軸承耐損耗性能要求更高。
海外風電軸承廠商加速并購擴産,研發大兆瓦風電軸承。為應對風機大 型化壓力,海外軸承廠商正在加速并購和擴産能,研發适應大兆瓦風電 機組的軸承工藝。例如,2022 年 4 月 SKF 最新研發的高耐久性風電齒 輪箱軸承,采用量身定制的鋼材和熱處理工藝優化組合,将軸承壽命提 高到行業标準的 5 倍以上,這對新一代大兆瓦多級風電機組設計至關重 要。在 6MW 風電齒輪箱行星級中,SKF 高耐久性齒輪箱軸承尺寸縮小 多達 25%,可降低打滑擦傷風險,顯著減少齒輪箱停機和維護時間,降 低風能的能源均等化成本(LCOE)。
2022 年中國風電軸承市場預計超 180 億。主機廠商正在加快風機大型化 和海上風電規劃,我們假設: 1)據三一重能招股書、新強聯公告,2021 年主軸軸承、偏航變槳軸承、齒輪箱軸承、發電機軸承加權均價分别是 8.1 萬元/MW、11.2 萬元/MW、9.9 萬元/MW、2.3 萬元/MW;2)量産技 術成熟帶來的規模優勢下,單位容量風電軸承價格年降 5%。基于此, 我們預計 2022 年中國風電軸承市場規模超 180 億,2021-25 年 CAGR 為 15.2%。
2.3. 競争格局:大兆瓦軸承為海外廠商壟斷,國産軸承正在崛起
風電整機廠商有直驅、半直驅和雙饋 3 條技術路線。直驅風機不使用齒 輪箱,采用永磁發電機。直驅路線原是國際公認最可靠的路線,近年由 于永磁材料價格大幅上漲超 10 倍,直驅機型成本比雙饋機型成本高 5%~10%。受制于雙饋風機齒輪箱的國産化難度,國内部分風電廠商(如 金風科技)正在考慮采取降本增效措施,從直驅向半直驅風機轉型,即 采用介于直驅和雙饋之間、僅有低速齒輪的機型。
風電軸承是風機所有運動部位的樞紐結構件,技術壁壘高。苛刻的載荷和惡劣的運行條件下,風電軸承需要承受的溫度、濕度和載荷變化範圍 很大,是風電機組中的薄弱環節。風電軸承對于軸承的精度保持性、性 能穩定性、壽命和可靠性要求高。在風機大型化背景下,風機軸承是少 有的單位價值量提升的零部件。
風電軸承分為 4 類應用類型,大型化推動滾子軸承逐步取代球軸承。風 電機組涵蓋 1 套主軸軸承、1 個偏航軸承和 3 個變槳軸承、1 套發電機 軸承、1 套齒輪箱軸承。雙饋風機、半直驅風機有齒輪箱軸承,直驅電 機發動機有多級變速功能,無需齒輪箱。偏航變槳軸承在 4MW 以下小 型機組以球軸承為主,5MW 以上獨立變槳軸承以三排圓柱軸承為主。 由于滾子軸承受力優越、體積小、重量輕,圓錐、圓柱滾子軸承未來會 占據主導,除偏航軸承外,其餘部位将逐漸被滾子軸承取代。
全球風電軸承市場集中,為海外軸承廠壟斷。風電軸承是我國風機完全 國産化的最後一環,我國高端市場被瑞典 SKF、德國舍弗勒、日本 NTN、 日本 KOYO、美國 Timken 等海外軸承廠上壟斷,2019 年德國舍弗勒、 瑞典 SKF、日本 NTN 的全球市占率分别達 29%、24%、12%,市場競争格局集中。國産軸承廠僅瓦軸、洛軸合計市占率 8%。
風電軸承國産化率低,國産廠商進口替代空間較大。由于我國軸承行業 與國際企業存在技術差距,我國需進口大量高端軸承,軸承零部件國産 化率低。據中軸協統計,2020 年全國風電機組裝機 20401 台,共需配套 軸承 479424 套,天馬、洛軸、新強聯等國内軸承企業共産銷風電軸承 77975 套,占比 16.3%,海外軸承供應商占比 83.7%。風電軸承國内供需 差距大,國産軸承多為變槳軸承,價值量較低,主軸軸承、齒輪箱、發 電機軸承幾乎全部依賴進口,國内企業隻有瓦軸批量供應少量齒輪箱軸 承,風機平價背景下風機廠商降本意願強烈,國産替代需求旺盛。
海外廠商先發優勢明顯,軸承企業具備訂單示範效應。海外廠商在軸承 零配件的加工與檢測、高端冶金技術、熱處理工藝等具備數十年技術積 累,如 SKF、舍弗勒等,供貨經驗較為豐富,目前大功率機型的主軸軸 承幾乎被海外品牌壟斷。我國軸承生産制造設備和産品質量相對落後, 未來主機廠的技術扶持對軸承廠商進口替代非常重要。一旦軸承廠商大 規模供前三家風電主機廠,則更容易拿到其他主機廠訂單,發揮訂單示 範效應。
2.4. 主軸軸承:軸承技術壁壘較高,大兆瓦進口替代進程加速
各類風電軸承有特殊技術要求。風力發電機在野外陣風環境下工作,工 況條件惡劣,風速低于切入風速(發電所需最低風速)時,主軸怠速低 負載運行,風速高于切入風速時,風速可達 23m/s,主軸在額定轉速以 上運行。由于主軸軸承會不規則重複啟動、加速、減速和停止操作,常 處于負載和轉速波動環境,需針對最小載荷、平均載荷、最大載荷測試 出最佳規格。在小體積、大扭矩的偏航系統内,偏航變槳軸承需緊湊且 具有高負載能力,需具有對潤滑油所含污染物的高耐受性和高抗剝離 性。發電機軸承應當有較強的絕緣性能,防止電化腐蝕。
單列圓錐軸承是大兆瓦主軸軸承的未來主流。承載性能上,滾子的線型 接觸面優于鋼球的點型接觸面,可承受海嘯震動時側風 3~10°的擺動, 滾子優勢明顯。單列圓錐軸承有 3 點優勢:1)比雙列圓錐軸承體積更 小、成本更低、适用範圍更廣;2)比三排圓柱軸承遊隙更小,徑向承 載力(單向)更強;3)比調心滾子軸承的徑向承載能力、剛性更強; CWEA 預計 3~5 年後圓錐滾子軸承占 80%,調心滾子軸承縮減至 10%~15%,調心滾子在大兆瓦風機上的使用将存在局限性。一旦單列圓 錐軸承安裝困難的缺點被克服,未來單列圓錐軸承在 5MW 以上機型會 逐步占據主導。
單點式支承越來越多應用于大兆瓦風機主軸承。目前風機主軸承支撐方 式依據支承數量分為三種:三點式支承、兩點式支承、單點式支承。其 中,三點式支承多用于小兆瓦風機;兩點式支承選用單列圓錐、雙列圓 錐為主,廣泛用于中兆瓦機型;單點式支承選用雙列圓錐滾子軸承,能 承受較大的徑向和軸向載荷,越來越多應用于大兆瓦風機主軸承。未來 軸承支承方式的選擇會向更低應力的支承軸承結構、更高自調控能力的 智能化軸承、更優載荷分布的柔性化系統發展。
2022 年國内主軸軸承市場規模約 50 億元。根據新強聯中标公告,并考慮到大功率 軸承存 在一定技 術溢價,2021 年<3MW、3-5MW、 5-8MW、>8MW 主軸軸承均價分别是 7.8 萬元/MW、7.8 萬元/MW、9 萬元/MW、16.7 萬元/MW,據此估算 2022 年國内主軸軸承市場規模約 50 億元。
主軸軸承國産化率逐年提高。據 CWEA 數據,國産品牌市場份額(陸 上風電)逐步提高至 32%,洛軸等軸承廠商已批量供貨 3~6.25MW 主流 機型主軸軸承,10MW 以下的海風主軸軸承進入研發、樣機試用階段。 國産調心軸承價格較進口産品低 40%~50%,三排滾子軸承價格低 20%~30%,故障率也更低。由于國産軸承具備價格優勢、物流運輸距離 更短、交付能力受保障,2022 年國産陸風主軸軸承國産化率有望突破 40%,3~5 年内與國外品牌并駕齊驅。
國内企業已經逐步掌握無軟帶淬火技術。主軸軸承的熱處理方式主要有 兩種:1)滲碳淬火,主要是國外廠商采用,将軸承在滲碳介質中加熱 并保溫,使工件獲得一定深度的硬化層,增強韌性,可提高軸承的耐磨性和抗壓強度,缺點是變形大、生産工期長、能耗高。2)無軟帶淬火, 國内軸承廠商以感應淬火為主,新強聯等廠商采用無軟帶淬火技術,即 改良的感應淬火,配備預熱感應器和加熱感應器 2 個感應器,能耗更低、 生産工期更短。該技術有望克服傳統感應淬火的回火軟帶缺陷,替代傳 統滲碳工藝,提高國産設備和産品的滲透率。
國産軸承廠商推進大兆瓦主軸軸承進口替代進程,有望填補國産空白。 主軸軸承是風電機組中技術壁壘最高、最難突破國産化的軸承,5MW 以上的風電軸承尺寸放大帶來技術難度幾何級增加,對主軸軸承的熱處 理變形、滾動體修形、滾道凸度等提出了全面升級的要求。目前新強聯 5.5MW 主軸軸承處于樣機交付;洛軸自 2005 年起完成 2.8 萬套主軸配 套,7.0MW、8.0MW 配套風電主軸軸承研發成功,預計 2022 年供貨數 量超過 6000 套,裝機量全國第一;瓦軸、大冶軸陸續參與大兆瓦主軸 軸承的研發,國内主軸軸承與國外産品的差距正在縮小。
部分國内軸承廠商綁定頭部風電主機廠,未來 2-3 年有望誕生國内龍頭。 風電軸承測試嚴格,需在風機上長時間試裝測試,打入供應鍊需十數年。 一旦公司獲取頭部整機廠認可,則會發揮先發優勢,持續吸引新客戶。國内新強聯等頭部廠商技術研發投入力度較大、産能擴張激進、産品進 入主機廠的驗證環節。随着市場認可度提升,頭部軸承廠商有望在未來 2-3 年内搶占可觀的市場份額,加快國産市占率,開拓市場空間。
2.5. 齒輪箱軸承:所需軸承數量多,國産化進程開啟
齒輪箱運行條件苛刻,内部結構複雜,所需軸承數量多。2020 年齒輪箱 軸承國産化率為 0.58%,亟需國産化。齒輪箱軸承載荷會突然變化、溫 度變化範圍大,運行條件比較苛刻。每個齒輪箱内部均需要齒輪箱軸承 支承,以 3-6MW 的風電齒輪箱精密零部件為例,一個齒輪箱中需要約 20 個齒輪箱軸承,9 個齒輪和 1 個輸出軸。外徑基本均在 0.5 米以内, 以 3-6MW 的風電齒輪箱精密零部件為例,20 個齒輪軸軸承中,10 個外 徑為 0.31 米,7 個外徑為 0.48 米,2 個外徑為 0.95 米,1 個外徑為 1.64 米。齒輪箱軸承外徑小,轉速快以及精度高,對軸承有更高的技術要求, 關鍵生産設備需要國外進口。
齒輪箱軸承增速快、外徑小,技術壁壘較高。齒輪箱的主要作用是将低 速的葉輪增速,傳遞給發動機使之運轉。由于齒輪箱軸承外徑小、轉速 快、精度高,齒輪箱軸承加工車床的規格尺寸和精度與其他風電軸承的 加工設備均不同,大部分關鍵設備需要國外進口。 2022 年中國齒輪箱軸承市場規模超 50 億元。據新強聯公告,齒輪箱零 部件在風電機組價值量中的占比為 18.87%,陸風、海風齒輪箱零部件均 價 60 萬元/套、127 萬元/套,而齒輪箱軸承在零部件中的占比為 71%, 據此測算,陸風、海風齒輪箱零部件單 MW 價值量為 9.5 萬元/MW、11.3 萬元/MW,2022 年全球齒輪箱軸承市場規模約 90 億元,其中,中國齒 輪箱軸承市場超 50 億。
齒輪箱市場集中度高,CR3 占比約 70%。風電齒輪箱行業集中度較高, 三大齒輪箱供應商南高齒、采埃孚和 Winergy 已占全球齒輪箱市場份額 的近 70%。軸承生産商不會直接供貨給風電主機廠,而是供貨給齒輪箱 廠商,風電機主機廠則會向齒輪箱廠商采購整個齒輪箱。伴随大兆瓦風 機和海上風電的發展,配套風電齒輪箱的研發和批量化生産難度進一步 提高,頭部供應商搶先積極布局大兆瓦産品開發,目前中國高速傳動能 夠提供涵蓋 1.5MW-11.XMW 的全系列風電齒輪箱産品。
齒輪箱軸承市場被國外廠商壟斷,開啟國産化進程。國内軸承廠商在高 端技術方面相較海外廠商仍有不小差距,國内齒輪箱軸承基本依賴進 口,齒輪箱軸承市場被舍弗勒、斯凱孚等國際軸承巨頭企業占據。國内 廠商方面,瓦軸于 2015 年實現齒輪箱軸承的小規模銷售,2021 年研發 并配套 5MW 海風齒輪箱軸承;新強聯于 2022 年 4 月拟募集資金,将業 務橫向擴展至齒輪箱軸承及精密零部件業務,軸承年産量 37500 個。
2.6. 偏航變槳軸承:國内技術成熟,獨立變槳大勢所趨
偏航、變槳軸承國内技術成熟,毛利率較低。偏航軸承:2020 年國産化 率為 63.3%,位于塔筒頂端,常使用雙排球軸承,主要功用為将機艙與 塔筒連接在一起,并允許機艙相對于塔筒旋轉。變槳軸承:2020 年國産 化率為 86.6%,有 3 個,位于輪毂和葉片根部的交接處,常使用三排圓 柱軸承,用于控制主軸的旋轉速度。據新強聯 2021 年募集說明書,偏 航與變槳軸承的毛利率約為主軸軸承的一半。偏航變槳軸承技術含量比 主軸軸承更低,國産化率較高,天馬、瓦軸、洛軸、新強聯等廠商已具 備相關技術經驗。
獨立變槳系統可平衡不均勻風場帶來的不對稱負載,大風機顯著受益。 不同高度風速不同,貼近地表的風速低,遠離地表的風速高,這就形成 了不均勻的風場。大型化下風電葉片更長,不均勻風場影響更大。為降 低不均勻風場的影響,獨立變槳系統應運而生。普通變槳系統是集中控 制,所有葉片角度都是相同角度,從而不均勻風場會使風機上下部承受 不同的力,産生較大的傾覆力矩。獨立變槳系統的特征是每個葉片均可 動态而獨立地調節角度,使處于不同位置的葉片受力均衡,平衡由于不 均勻風場引起的不對稱負載,進而降低葉片、輪毂、主體框架和塔架的 疲勞負載。
使用獨立變槳系統有實現輕量化設計和延長風機使用壽命兩點優勢。風 機的重要部件一般根據疲勞負載來設計,獨立變槳系統降低疲勞負載可 顯著節省葉片和塔筒的成本和材料,而葉片和塔架是風機中成本最高的 部件。同時,不對稱負載造成的載荷沖擊減輕後,風機壽命得以延長。
獨立變槳系統成本更高,但整個生命周期看經濟性更好。獨立變槳系統 投資成本更高,源于控制方案更複雜,變槳電機要求更高,同時為了對 抗高空區的高速風,獨立變槳系統所使用的變槳軸承和齒輪疲勞負載要 提升。因而獨立變槳軸承結構為三排滾子結構,同直徑情況下承載能力 是鋼球結構軸承的 1.5 倍,由此價格更貴,6MW 機型獨立變槳軸承價格 約 50 萬元/套,比集中變槳軸承更高,其批量供貨時淨利率有望接近 20%,高于普通變槳軸承的利潤率(毛利率約 20%)。但考慮獨立變槳 系統的使用可在風機的整個生命周期節省更多的成本,例如設計階段借助獨立變槳系統降低負載,主機廠其餘部分可沿用以往設計,縮短産品 上市時間。同時使用獨立變槳系統的風機由于負載更低,在運行維護成 本上也更具有優勢。整體上,随着風機大型化加速,獨立變槳系統優勢 愈發突出,其滲透率有望快速提升。
2022 年國内偏航變槳軸承市場規模約 60 億元。據三一重能公告,單 MW 偏航變槳軸承價值量平均 11.23 萬元/MW,不同功率的偏航變槳軸承單 MW 價值量區别不大。據新強聯公告,獨立變槳軸承使用三排圓柱軸承, 比傳統變槳軸承價值量高 15%-30%,21Q1-Q3 獨立變槳軸承在 5MW 以 上機型的滲透率從 0%提升到 7%。假設同等功率軸承價格年降 5%,獨 立變槳軸承滲透率每年提升 10%。據此估算 2022 年中國偏航變槳軸承 市場規模約 60 億元。
可生産獨立變槳軸承的國産廠商較少。目前獨立變槳軸承滲透率較低, 隻有新強聯、成都天馬少部分廠商将三排圓柱軸承應用在變槳軸承上。 随着遠景、金風、新強聯等主機廠成功研制、量産獨立變槳軸承,2022 年獨立變槳軸承滲透率預計上升10%,國産廠商競争力有望進一步提升。
2.7. 發電機軸承:海外企業壟斷,市場規模較小
主機廠多完整采購發電機,發電機軸承由海外企業壟斷。主機廠傾向完 整采購發電機,主要發電機供應商有南汽輪、湘電股份、江蘇中車電機 等,部分風電主機廠采購西門子等進口品牌發電機。三一重能等部分廠 商選擇自産發電機。國内發電機軸承基本被舍弗勒、SKF 壟斷,兩家合 計市占率 90%以上。
發電機軸承價值量較小,市場規模約 10 億元。發電機是将機械能轉換 為電能的部件,有鼠籠異步電機、雙饋異步電機、直驅永磁同步電機、 半直驅永磁同步電機四類。據三一重能招股書,風電機組中發電機軸承 用量較小,價值量偏低,判斷國内發電機軸承市場規模約 10 億元。
2.8. 軸承滾子:屬于軸承核心部件,高端滾子市場超 30 億
滾子是軸承的核心部件,影響軸承性能。軸承滾動體是軸承的核心零件, 其産品性能指标影響軸承轉速、負載、穩定性、摩擦損耗等重要性能。
國内風電滾子市場空間随裝機量增長。據中軸協,2022 年國内風電軸承 銷售額有望達 200 億元,軸承滾動體約占軸承成本 10%-15%,其中約 80%使用風電滾子,預計 2022 年風電滾子國内市場空間約為 20 億元。
海風和大型化趨勢推動滾子單 MW 價值量提升。風電機組大型化推動 大尺寸軸承需求增加,大功率風機和海風機組對軸承有更高的負載要 求,軸承材料、機械加工工藝和密封、防腐、潤滑方案進一步提升,據 此判斷海風、大型化将使滾子生産更加複雜,單 MW 價值量提升。
風電滾子的技術優化主要依賴第三梯隊。滾子市場競争格局分四大梯 隊,第一梯度為外資品牌,技術力強,可以自制但成本較高,部分企業 開始國内采購;第二梯度為國内頭部軸承企業,可以生産滾子匹配公司 主軸、齒輪箱等産品,但是滾子成本占軸承總成本的 10-15%,而滾子研 發投入大,設備與軸承套圈等設備不匹配,因此國内頭部軸承廠商投資 效率不高,投資積極性低;第三梯隊為專業滾子生産廠,滾子研發投入最有效率。第四梯隊為普通工業軸承滾子廠,規模小,數量多,國内超 1050 家,工藝技術無法達到一、二級滾子的技術要求。
國産滾子部分技術達國際領先水平,加速滾子大兆瓦進口替代進程。五 洲新春優化表面輪廓、熱處理工藝,滾子産品達到 1 級精度,達到國際 領先水平;五洲新春、力星可供貨 4MW 以上風電滾子,加速推動大兆 瓦國産化進程。
滾子與套圈尺寸相差較大,國内軸承廠商改進滾子工藝的積極性不高。 風電軸承滾子尺寸在 15-30cm,風電軸承套圈直徑超 1m,而這尺寸差距 顯著,在熱處理、磨加工環節上設備不可共用,且風電滾子輪廓線加工、 磨加工工藝要求 高,需要企業投入大量研發精力,國内軸承廠商進入 積極性不高,未來國内風電滾子市場預計主要被專業滾子廠壟斷。
高鐵動車組軸承性能要求高。目前國内高鐵軸承多為國外進口。高鐵 CRH1 和高鐵 CRH5 使用 SKF 軸承,高鐵 CRH2 使用 NTN 和 NSK軸承, 高鐵 CRH3 使用 FAG 軸承。高鐵軸承主要是在高速重載運動狀态下工 作,服役條件極為惡劣,對軸承要求高。以 CRH5 為例,平均值估算每 套軸承載荷約為 68.7kN,最大滾動體載荷約為 7.6kN,内圈滾道與滾子 的接觸應力約為 810MPa,軸承轉速約為 1730r/min。
高鐵軸承為存量替換市場。對于最高運營速度不大于 200km/h 的軸承, 質保期為 90 萬公裡(或 4 年),最高運營速度大于 200km/h 的軸承, 有定期檢修,240 萬公裡後必須報廢。 高鐵軸承滾子有近 7 億市場空間。
盾構機軸承要求較高。刀盤是盾構機的關鍵部件,在隧道掘進過程中發 揮着重要作用。刀盤系統中的主軸承是傳遞掘進動力和運動的核心零 件,在工作中承受着巨大的軸向力、傾覆力矩和一定的徑向力,其性能、 壽命和可靠性直接影響盾構機的施工進度、安全和掘進裡程。盾構機主 軸承最主要技術指标為:10000h(或累計掘進 10 km 以上),軸向跳動 不大于 0.1 mm,使用轉速 1~3 r/min。
盾構機主軸滾子年需求量約 1.4 億元。國内地鐵用盾構機需求量約 2000 台,年需求量約 400 台(其中國産約 300 台)。另有國内在役的盾構機約 1800 餘台,在役盾構機主軸承超過設計壽命後均需要維修和更換。盾構 機主軸價值兩大,一套價格約 300 萬元。預計盾構機主軸承年需求量達 400 套、約 12 億元,滾子占比 10-15%,以 12%計,盾構機主軸滾子年 市場需求量約 1.4 億元。
3. 汽車軸承:全球産銷重心移向中國,利好國内軸承産業鍊汽車軸承的類型因其安裝部位、車輛類型及生産廠家的不同而不同。同 一生産廠家、同一類型的車輛也會因車型的變化在同一部位使用的軸承 型号也會有所差異。其類型與型号的選擇主要是依據軸承承受的負荷性 質、方向、大小,軸承安裝部位的工作環境,以及對軸承的剛性、極限 轉速、壽命、精度等方面的要求。
中國是汽車軸承收入第二大市場。歐洲目前是全球領先者,其次是中國。 歐洲是最大的區域市場,按價值計算的份額接近 24%,未來中國将成為 最大的汽車軸承區域市場。
汽車發動機軸承市場占比最大。2020 年中國軸承市場約為 2000 億元, 其中下遊汽車行業占據 37.4%,約為 748 億元。汽車軸承主要分為發動 機、傳動部分以及行使系軸承。根據汽車發動機、傳動部分以及行使系 的成本可以估算其軸承成本比例為 16:10:3。由此可得汽車發動機、傳動部分、行使系軸承市場分别為 413 億元、257 億元、78 億元。
3.1. 全球汽車産銷重心移向中國,車型數量快速增長
中國汽車産量在全球占比整體提升。中國汽車産量居世界連續 13 年具 世界首位,且自 2014 年起,占比呈上升趨勢,特别是在 2020 年新冠疫 情對制造業企業影響最大的一年,該占比提高到 32.50%,由此可見,世 界汽車行業産業鍊逐步向中國遷移。 中國新能源汽車銷量整體在全球銷量中占比超 50%。自 2014 年,中國 市場新能源汽車銷量激增,此後,除 2020 年受疫情影響而導緻中國廠 商的停工停産外,其餘年份中國市場新能源汽車銷量占全球銷量的半數 以上,2021 年其占比再度恢複至 50%以上,由此可見,無論是傳統汽車 還是新能源汽車,其産業鍊及市場都在一步步向中國遷移,未來世界汽 車産銷活動都将以中國為主要基地,利好中國汽車軸承及零配件廠商。
中國每月申報新能源車生産型号數量平均超 250 種,利好國内汽車零部 件廠商。軸承供應商送樣、配套的最佳時期是主機廠研發、生産新車型 期間,這期間軸承廠可以(通過一級供應商)和主機廠共同研發,在主 機廠的台架試驗和路試中測試産品性能。一旦通過測試,其産品就可綁 定某款車型并具有較高的客戶黏性。新能源汽車時代車型井噴式增長, 據工信部,每月新增申報新能源車生産型号的數量平均在 250 種以上, 給了國産汽車零部件更多的配套機會。
中國汽車軸承銷量逐年上升。2016-2020 年中國汽車軸承銷量逐年增加, 2019 年中國汽車軸承銷量為 23.2 億套,2020 年中國汽車軸承銷量約為 25 億套,同比增長率 7.8%。未來中國汽車軸承銷量将持續增長。
3.2. 電動化顯著改變零部件需求,而驅動模塊軸承價值量變化較小
電動化使得汽車核心零部件明顯改變。汽車的電動化導緻發動機需求減 少,用于發動機的軸承市場也将萎縮。但汽車所需要的軸承數量總體不 會有太多變化,大部分變化基于軸承類型的改變——由于多數純電動車 省去了變速箱配置,且增加了電機,故原有用于變速箱的軸承将會被替 換為滿足電機需要的産品。對于電動汽車上增加的新的軸承産品需求, 汽車軸承供應商必須進行有針對性的創新研發。
電動化對軸承提出新的挑戰。與傳統汽車相比,新能源汽車要求電機具 有很高的極限轉速,同時适應-40℃低溫要求和 150℃以上高溫要求,并 且要求軸承具有維護功能,适應頻繁啟停造成的軸向沖擊。總體上,汽 車驅動電機的調速範圍寬、啟動轉矩大、功率密度高、效率高的特性, 使其對軸承的高轉速、高低溫、耐久性、穩定性、低摩擦、低振動、可 靠性提出了更高的要求。
新能源汽車軸承配置數量減少,但價值量幾乎不變。傳統燃油車發動機 到輪胎這一條驅動鍊上的軸承主要包括變速箱、輪毂軸承等,軸承數量 在 20-30 個,整體價值量在 500-600 元,據光洋股份,新能源汽車這一 驅動鍊被大大簡化,軸承數量變為 10-20 個,但單車價值量依然在 600 元左右,軸承價值量幾乎不變。傳統汽車上老牌軸承廠商的地位難以被撼動。相比于世界八大軸承企業 (全球汽車軸承市占率超 70%),中國企業在技術、市占以及成本方面 都具有不小的劣勢。
具體地,1)資金及生産規模壁壘,汽車軸承行業 擁有較高的資金進入門檻,企業規模成為其發展成敗的關鍵因素,隻有 具有較強的資金實力才有可能進一步提升生産銷售規模、生産效率并降 低生産成本。2)客戶資源以及營銷渠道,軸承作為與汽車安全性能相 關的部件,傳統汽車軸承生産企業獲得經銷商的認可需要很長的一段時 間,對于新進入者十分不友好,其難以在短期内形成大量下遊客戶群。 此外,雖然銷售渠道的建立成本高,但是維護成本極低,這就造成後進 企業難以與先入企業競争市場份額。3)技術壁壘,随着客戶對汽車軸 承的性能、精度、外觀的要求越來越高,沒有深厚的技術研發水平的積 累,就無法拓展新的業務。對于整車制造商而言,其對供應商往往會提 出很高的新技術和新産品研發能力,從而能夠參與到整車産品的同步開 發或超前研發中去,以保證汽車軸承等零部件能與整車産品同步推出和 升級。
3.3. 人工成本及産業集群驅動,汽車軸承産業鍊轉向中國是大勢所趨
全球經濟一體化下,汽車軸承産業鍊向中國轉移是大勢所趨。一個典型 的案例就是八大軸承廠商正将軸承的生産制造環節逐步向中國轉移,驅 動力包括: 1)中國人工成本優勢顯著。中國軸承制造業人均月工資在 7600 人民币 左右,約為歐美的 1/4-1/6,而相比墨西哥、越南等發展中國家約為其 2-4 倍,但考慮到工人受教育程度和工作效率,同時考慮軸承制造業配套及 物流成本因素,中國在全球範圍内有望凸顯出軸承制造業成本優勢。
2)中國軸承産業集群靠近汽車産銷中心。經過多年發展,中國形成長 三角、珠三角、中部、東三省、京津冀、川渝等汽車産業集群地區。同 時,中國也形成了瓦房店(東北)、洛陽(中部)、蘇錫常(華東)、 浙東(華東)、柳城等軸承産業集聚區,珠三角雖未形成規模較大的集 聚區,但附近仍有相關的軸承企業。整體上,中國軸承産業集群和汽車 産業集群重合較大,特别是長三角地區貢獻了約 1/5 的汽車産量,而兩 大軸承産業集聚區也坐落于此,有利于相關軸承供應商就近配套。
4.1. 風電軸承
風電裝機高增下,軸承是綜合國産化率最低的關鍵零部件,國産化對降 本的效果顯著,内資風電軸承及配件份額有望快速提升。我們測算出 2022 年主軸軸承、偏航變槳軸承、齒輪箱軸承、發電機軸承加權均價分 别是 8.5 萬元/MW、11.1 萬元/MW、9.1 萬元/MW、2.2 萬元/MW。考慮 到同等功率軸承價格逐年降低,大功率趨勢下各類軸承單 MW 價值量上 升,結合風電裝機量預測,測算出 2022 年全球和國内風電軸承市場約 310 億元、180 億元,到 2025 年預計将達到約 350 億元/22-25 年 CAGR 為 4.5%、270 億元//22-25 年 CAGR 為 15.2%。
(1)風電軸承是克服“通縮”的環節,大型化驅動風電軸承單 MW 價 值量提升。大型化趨勢下各類風電軸承單 MW 價值量呈幾何量級提升, 據三一重能數據,3-6MW 和 6-10MW 風機齒輪箱國産化零部件價格分 别在 60 萬和 128 萬,單 MW 價格呈上升趨勢。随高毛利率的獨立變槳 軸承、主軸軸承産品放量,産品結構持續改善。風電軸承公司拓展風電 設備産業鍊,如新強聯上遊子公司聖久鍛件投産,公司掌握鍛件自制技 術,有望持續降本、提高盈利能力。
(2)部分廠商掌握無軟帶淬火工藝,産品已獲大型主機廠認可。技術 上,新強聯是國内唯一一家掌握無軟帶淬火技術的廠家,感應淬火工藝 國内領先。客戶方面,新強聯、五洲新春等軸承廠商已進入東方電氣、 遠景能源和哈電風能等客戶,新強聯研制成功 5.5MW 和 6.25MW 等大 兆瓦主軸軸承産品,并開始為明陽智能批量供貨。風電軸承測試嚴格, 打入供應鍊需十數年,且國産軸承可降本 30%-40%,一旦公司獲取頭部 整機廠認可,則會發揮先發優勢,持續吸引新客戶。
(3)持續補全風電軸承産品,軸承募投項目助力打開新增長極。新強 聯拟募資 15 億元,募投項目包括齒輪箱軸承及精密件業務,技術壁壘 較高,為國産化率 1%的部件,整體齒輪箱零部件市場規模約 100 億, 國産替代空間巨大。3MW 以上大功率主軸軸承、偏航變槳軸承募投項 目已落地,預計 2023 年 100%達産後,公司将有 1500 個 3MW 以上主軸 軸承産能。未來伴随公司 3MW 以上大功率各類風電軸承産品放量,公 司業績有望踏上新台階。
(4)國産化下滾子性價比優勢突顯,利好國内專業滾子廠商。風電軸 承滾子技術難度不亞于軸承整體,國産風電滾子價格較外國品牌便宜 30%以上,在風機降本壓力下,國外風電軸承廠商計劃将滾子産能轉移 到國内,五洲新春、力星股份等專業滾子廠有望深度受益。2021 年五洲 新春、力星股份滾子收入分别在 6000 萬和 5000 萬,相較于高端滾子超 過 30 億的市占率仍小,份額提升空間巨大。
以上可比公司僅從風電零部件産業鍊中選取,并未充分反映風電軸承企 業當前及未來 2-3 年的行業地位以及風電軸承标的的稀缺性。我們認為 在考慮風電軸承企業估值時選取的可比公司應具備以下特征:1)公司 實現了某一特定環節的國産化,且行業規模在百億級别;2)行業景氣 度預計向上,公司市占率快速提升,且在未來 2-3 年都将有望保持較高 的市占率。基于此,我們選取 HJT 設備整線設備國産化龍頭邁為股份、 工業機器人國産化領先企業埃斯頓、諧波減速器國産化龍頭綠的諧波及 工程機械油缸和泵閥國産化龍頭恒立液壓。2022 年機械設備/零部件國 産化領域的頭部可比公司的平均市盈率是 48.8 倍,考慮到工程機械目前 暫時處于行業低谷,拉低了整體均值,若剔除則 2022 年可比公司平均 市盈率為 56.8 倍。
4.2. 汽車軸承
傳統燃油車軸承市場約千億,但因具有較高的認證壁壘,中國軸承企業 鮮有配套且難以切入。随着新能源車普及,全球汽車産銷重心向中國轉 移,尤其是特斯拉上海工廠有望擴産一倍,帶來較大的示範效應,降本 壓力下,零部件本地化及勞動力密集環節的外包趨勢讓中國軸承企業擁 有了切入全球汽車産業鍊的機會。考慮到中國人工的性價比及靠近産中 心,我們判斷這種轉移趨勢具有可持續性,國内汽車軸承供應商有望長 期、充分受益。
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精選報告來源:【未來智庫】未來智庫 - 官方網站
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