❖ 基本概念:多船协同,风机安装船重要性凸显

安装流程:从管桩、风机到海缆,多种船体协同作业

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。