风机安装船会成为海风发展的瓶颈吗

发布日期:2023-03-11

核心提示:海上风电安装流程主要包括单桩基础安装、风电机组安装和海缆安装三部分,涉及运输、吊装、敷设等多种施工方式,耗时长,施工流程
海上风电安装流程主要包括单桩基础安装、风电机组安装和海缆安装三部分,涉及运输、吊装、敷设等多种施工方式,耗时长,施工流程复杂,需依 靠运输船、海缆敷设船、风机安装船等多种船体协同作业。
 
单桩基础安装流程可分为设置稳桩平台、钢管桩运输及起吊、锤击沉桩、附属构件安装几个阶段,根据风电场水深情况,又可分为深水区、浅水区单 桩基础安装。 深水区单桩基础:海底高程较大,全天候水深条件均可满足大型施工船只吃水需要,可采用常规起重船、风电安装船、自升降式平台船施工。 浅水区单桩基础:水深条件不满足或仅在特定时间段内满足大型船只吃水需要,需采用可座滩船只施工,并依靠锚链和起抛锚艇辅助移船定位。
 
 
风电机组安装流程可分为风机安装平台起升、塔筒吊装、机舱/叶轮及叶片吊装几个阶段,绝大多数海上风电项目采用分体式安装,基础安装和运输由 数量相对较多的起重船和甲板驳来承担,塔筒、机舱、叶轮及叶片等核心组件则交由风机安装船完成。
 
海缆安装流程可分为接缆、敷设主牵引钢缆、登陆准备、始端登陆、敷埋段施工几个阶段,所需的主要船体为配备海底电缆敷设机(CLM)和动态定 位系统(DP)的电缆敷设船。 截至2021年底,据公开资料不完全统计,我国共有电缆敷设船56艘,其中具有220KV海缆敷设能力的敷设船共25艘(信息源自东方电缆公告),目 前具备这类海缆敷设施工船只数量较少,依旧处于卖方市场。
 
船体类型:风机安装船作用凸显
 
根据作业特点,可将风电安装船分为浮式、坐底式、自升式、自升自航式、半潜式五类,各类风机安装船在作业水深、效率、稳定性方面差异明显; 浮式安装船适用于不同水域安装,移动速度快,但稳定性较差;坐底式安装船在浅水海域稳定性表现较好,但转移速度慢,也不适于深水海域安装; 自升(自航)式安装船兼具转移方便、作业水深高、稳定性优异等多方面优点,已成为风机安装船的主流船型; 半潜式安装船各方面表现均较为优异,但建造和使用成本过高。
 
船体类型:海缆以敷设船为核心,配备DP系统与CLM
 
海缆施工船中,核心船体为配备布缆机的海缆敷设船,配合检修船、运输船共同完成海缆敷设。 海缆敷设船并无明确种类区别,主要差异在船载设备、船体规模等,设备方面差异包括是否具备DP系统及海底电缆敷设机CLM的种类: DP系统是一种由计算机控制的船舶自动操纵系统。通过采集精确定位、气象、潮流速度等数据,计算机可控制DP系统自动调节不同推进器(螺旋 桨、横向推进器、舵机)的推力,实现精确的动态定位。 海底电缆敷设机(CLM)可分为鼓形和直线形,前者在甲板上所占空间小,张力大,运行状态稳定,后者适用于长距离作业,以较小的张力占用较大 的空间。
 
船体类型:国内运维船以交通艇为主,存在升级空间
 
风电运维船种类多样,我国现存海上风电运维船仍以传统交通艇为主,优势是成本低、数量多,但在航速、功能丰富性上有明显不足。此外,海外运 维船已开始采用低碳燃料(甲醇、电力等)为动力系统。
 
行业现状: 船体建设加速,技术指标持续迭代
安装船建设加速,预计2023年将迎集中投运
 
据不完全统计,我国现有风机安装船(含在建)共112艘,其中在运营中船体72艘,在建船体40艘。从船体投运情况看,安装船建设速度呈加速态势。2011-2018年共计投运船体20艘;受海风抢装年刺激,2021年风机安装船需求高增,单年新增船 体达26艘,同比增长超200%;2022年新增安装船数量有所减少。 根据已有订单情况,我们预计2023年风机安装船新投运交付数量将恢复到2021年左右的水平,并且未来有望保持较快的投运速度。
 
造船厂家高度集中,船东格局相对分散
 
国内主要船厂包括振华重工、韩通重工、大津重工、招商局重工等,前五名船厂建造风机安装船比例达52%。 国内主要船东包括海洋水建、中交三航、瓯洋海工、中国铁建等,前五名船东持有风机安装船比例达29%。
 
自升船体为安装船主力,最新代自航比例提升
 
整体看,112艘风机安装船中(含在建),自升与自升自航式船体为绝对主力,合计数量达74艘,占比达66%;其次是浮式船(21艘,占比19%); 坐底式与半潜式船体数量较少,分别为6艘、2艘,且全部为运营中船体,尚无新建规划。 相较于运营中船体,在建船体中主要为自升与自升自航式、浮式船体,占比分别达70%、30%;其中自升自航、浮式的占比均较在运营安装船中有提 升,这两类船体均具备优秀的机动性,我们认为一定程度反映了现有海风安装对船只性能的最新需求。
 
新建船体技术指标优越,满足大风机安装需求
 
风机安装船的核心技术指标包括吊重、最大起升高度、桩腿长度、作业水深等,前两者决定了安装船可安装的最大容量机组及安装速度,后两者决定 了风机安装船适用的海域范围。目前,海上风电呈现机组大型化和深远海化特点,对风机安装船的相应指标也提出了更高要求。 从平均数据看,在建风机安装船在各项指标上全面优于运营中船体,可满足最新一代大容量风机的安装需求。以GE Haliade-X 12MW风机为例,安 装要求吊重>600吨并且最大起升高度>150米,在建船体可完全满足。 从各年度船体中位数据看,最大起升高度、桩腿长度、作业水深均呈现逐年提升趋势。
 
浮式船侧重吊重和水深,自升船起升高度更优
 
对比各技术类型船体的技术指标可见,浮式船均表现出吊重、作业水深方面的优势,而自升、自升自航式船则在最大起升高度方面表现较优,这一差 距于在建船体中体现更为明显。 我们认为原因系浮式船可用于基础安装,对吊重需求多于起升高度需求所致。在建船体差距扩大或可反映新一代安装船建造更倾向于专业化分工。
 
改建主流为适应性改造,平均用时约5个月
 
改建分为适应性改造、升级改造和全面改造三类。如此前只为平板驳,则涉及甲板安装、缆机平台、起重机安装等工作,且只能改造为浮式船(全面 改造);自升平台、半潜船的改造都需要在原船体本身具备相应条件的情况下进行(适应性改造)。若原船体即为风机安装船(升级改造),往往只 需对起重机、桩腿等进行替换。已交付的改建船体中,大部分为适应性改造,原船体多来自海上石油钻井或重型运输领域,本身即具备自升/半潜能 力。 按已交付的改建船体进行统计,改建的平均用时约为5个月,用时较短。
 
未来展望: 大型化趋势下,结构化特征愈发明显
过往安装船租赁价格波动大,供需关系为核心影响因素
 
风机安装船租金与船只供需关系密切相关。2019年我国风机安装船单月租金水平在400万元/艘,2020、2021年受海风抢装影响,安装船供给紧张, 船只单月租金最高涨至1800万元/艘。 一般风机安装费用中约30%是船舶租赁成本,以一艘船每月安装4-5台风电机组的速度计,对应此前安装船租金高峰时施工单位的单台机组安装费用 需要增至1000万元/台以上才能覆盖安装成本。 抢装结束后,海风机组安装进入短暂低潮期,船只租金明显回落, 2022年下半年部分报价已降至约300万元/艘。
 
供需测算:船只数量与安装能力均为重要因素
 
对于海风安装船未来供需的测算,我们分别通过计算船只安装能力(风电安装船数量*单年安装能力*船只利用率)和需安装的海风机组台数(海风装 机规模/海风机组平均容量),最终来计算海风安装船安装能力对需求的覆盖程度。
 
安装能力:安装船新建周期约1年左右
 
风机安装船建设主要包含船体建造、甲板建筑建造、起重机安装、桩腿及升降系统建造(自升式船体)等。 以2023-2024年交付的新建船体进行统计,风机安装船从开工到建成的平均用时在13.1个月。
 
安装能力:2023年末运营中风机安装船预计达95艘
 
结合建设周期和现有订单情况,我们预计2023年新增船体达23艘(在建船体中约23艘计划在2023年投运交付),到2023年末运营中风机安装船预计 合计共95艘,2019-2023年CAGR达33%;同时,预计2024、2025年累计运营船数量保持20%-30%的较快增长。
 
安装能力:2023年单船单年安装能力有望达32台
 
风机安装船安装能力受船只类型、起重能力、机组规模、气候情况等多种因素影响。相较于欧洲,我国海域面临淤泥层厚、东南沿海受台风影响大等 问题,对插拔桩速度、作业窗口期长度都有限制。考虑新代安装船逐步投运以及海上风电场容量扩大后的规模化效应,我们预计风机安装船安装能力将持续提升。同时,国内不同地区全年安装时长存 在差异,我们综合预计2023年风机安装船单年安装能力将达32台/艘,2024、2025年分别达34、35台/艘。
 
安装需求:海风迈入平价,2023年预计超10GW
 
对于国内海风行业,我们认为随着海风建设成本不断下降,国内海风装机需求有望持续快速增长。根据沿海各省海风十四五规划,2021-2025年海风 规划总量接近60GW,考虑部分省份装机规模的超预期,我们预计在2022年招标规模支撑下2023年国内海风装机规模有望达12GW,实现翻倍以上增 长;并且2024-2025年有望继续保持约年化复合30%的较快增速,2025年国内海风装机规模达20GW左右。
 
安装需求:机组大型化方兴未艾,单机容量快速提升
 
单机容量方面,海风风机机组大型化是降本的重要途径,目前各风机企业已普遍推出13-18MW海风机组。我们认为海风机组大型化将保持较快推进 速度,单机容量上限存在超预期可能(目前16-18MW产品陆续发布或下线,未来有望达到甚至突破20MW)。根据2022年招标情况,2023年海风 机组主流单机容量有望达8-10MW,2024-2025年有望继续提升。
 
供需测算:短缺已过,未来整体安装能力存在冗余
 
整体来看,我们对国内风机安装船供需进行了综合测算,按照50%船只利用率(悲观假设)和65%利用率(乐观假设)进行估计,结果显示:2019- 2021年国内风机安装船曾出现短缺,2021年供需矛盾达到高峰,主要系海风抢装大年需求激增,风机安装船建设周期较长,供不应求所致。 2022年后,风机安装船集中投产,供给紧张明显缓解,预计未来数年内安装能力将超过装机需求,部分老旧船体可能面临闲置或淘汰。
 
供需测算:大MW风机对起重与抬升能力要求更高
 
具体结构上,随风机单机容量增加,机组轮毂高度和机舱重量也会显著提升,对风机安装船的抬升和起重能力提出更高要求; 据我们统计,10MW、12-15MW、15MW以上风机要求抬升高度分别达115、160、180m;而机舱重量受零件重量和数量影响较大,以Siemens Gamesa 14-15MW风机为参照,我们将起重能力门槛设置为600t。据此我们发现,新建安装船越来越多偏向满足更大MW风机的安装条件。 按上述假设标准统计,我们判断到2023年末国内可安装15MW及以上风机的安装船数量预计将达16艘。
 
供需测算:23年暂未短缺,24年重点关注12MW+
 
我们假设船只单年安装台数沿用综合测算数据,船只利用率按60%估算。 从两种维度进行测算,最终结果来看:1)2023年国内海风风机单机容量 预计以8-10MW为主,对应风机安装船安装能力充足;2)2024、2025年 若风机大型化速度较快或安装船新建速度较慢,有可能会出现结构性趋紧, 尤其是2024年需要重点关注12MW及以上风机占比,后续仍需进一步跟踪 海风安装船的建设交付情况和国内海风风机大型化发展速度。
 
海外市场: 船体建设平稳,当前安装产能较充足
海外安装船建设速度稳定,2022-2024平均年增8艘
 
据我们不完全统计,海外现有风机/基础安装船(含在建)共65艘,其中运营中船体35艘,在建船体30艘;27艘船体仅具备基础安装能力,38艘船体 可同时完成基础和风机安装。 从船体投运情况看,海外安装船建设较为稳定,2021年及以前共计投运船体30艘,22年新增船体10艘,根据已有订单情况,预计未来数年新船体投 运速度将保持稳定,2023、2024年预计新增船只6、8艘(海外船体建设周期大约2-3年)。 与国内相比,海外安装船数量较少,且超4成只具备基础安装能力,投建速度也相对较慢。
 
自升船体为安装船主力,未来趋势将更加明确
 
整体看,65艘风机/基础安装船中(含在建),55%-56%为自升/自升自航式船体;半潜式船体、浮式船体占比分别为14%、18%。此外,海外坐底 式安装船目前已退出应用。 相较于运营中船体,在建船体中自升式船体比例明显提升,占比达到72%;浮式与半潜式船体占比明显下降。我们认为可能因为海外半潜式船体多由 石油钻井平台施工船改造而来,建造时间较早,起重能力等技术指标远超风机安装需求,性价比相对较低;并且浮式、半潜式多为基础安装专用船, 新建船体中仍以风机安装船为主。
 
新建船体安装能力提升,2025年预计累计投运33艘
 
从中位数据看,海外在建风机安装船在最大起升高度上同样将持续提升,桩腿长度、作业水深整体呈增长趋势(2023年预计因样本数较少导致结果有 所偏差),吊重相对平稳,我们预计可能系风机大型化下重量提升速度慢于轮毂高度。 与国内相比,海外船只在吊重、最大起升高度方面存在一定程度优势,桩腿长度、作业水深等指标基本持平。 结合建设周期和现有订单情况,我们预计海外2023年将新增风机安装船达5艘,2023年末运营中风机安装船合计共22艘,2025年增至33艘。

 
 
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