中金 | 风电新技术系列01：关注轴承“以滑代滚”新趋势|轴承_新浪财经

　　炒股就看金麒麟分析师研报，权威，专业，及时，全面，助您挖掘潜力主题机会！

风电零部件多以渐进式技术创新为主，我们试图寻找新技术变化带来的非线性增长机会，通过新技术渗透率提升抵御行业降本压力。滑动轴承相比滚动轴承具有性价比优势，顺应风机大型化趋势。我们看好具备技术优势、产业化进度领先的国产自润滑轴承企业。

Abstract

摘要

目前风电轴承以滚动轴承为主，滑动轴承有希望形成替代。本质上，风电领域滑动轴承替代滚动轴承的主要原因在于通过新的结构式创新可以帮助下游降本增效，海风大型化和集约化的要求加速了这个技术趋势。从结构上看，滑动轴承没有滚动体，改点接触为面接触，结构更简单，承载力更稳定，这种结构更能适应海上作业时复杂恶劣的工况。

“以滑代滚”的优势在于降本增效。1）降本：我们测算风电轴承“以滑代滚”可以降低购置成本30%，降低运维成本约60%；2）增效：市场对滑动轴承最先在齿轮箱轴承的前两级替代滚动轴承已达成共识，确定性较高进展较快，理论上可以替代全部双馈机型齿轮箱和双馈机型齿轮箱前两级；能否替代主轴轴承市场有分歧，通过对工况要求、运行效果、安装与维护和额外风险失效因素四个维度进行分析，我们认为滑动轴承在主轴领域可以全部替代，未来变桨轴承领域内滑动轴承与独立变桨两条技术路线并行。综上从理论角度，我们认为滑动轴承在风电领域的替代比例为：齿轮箱轴承70%、主轴轴承100%、偏航变桨轴承50%，实际替代比例须观察下游客户推进节奏。

市场空间测算：我们测算理论上全球潜在风电滑动轴承市场空间超过200亿元，2025年中国和全球市场规模分别约52和83亿元。我们认为到2025年，滑动轴承在新增装机齿轮箱、主轴、独立变桨领域的渗透率将达到30%、10%和10%，在存量改造市场齿轮箱、主轴、独立变桨领域的渗透率将达到15%、5%和5%，单MW对应价值量约为7、10、7万元。我们测算：1）新增市场：2025年国内和全球市场空间约36亿元和59亿元；2）存量市场：2025年国内和全球市场空间约15亿元和23亿元。

风险

风电滑动轴承产业化进度不及预期；铜材等原材料价格波动

Text

滑动轴承优点：结构简单，适用于低速重载场景

风电轴承概念及分类：滚动轴承为主，滑动轴承崭露头角

轴承是承载轴的零件，被称为“机械的关节”，是现代机械设备中不可缺少的一种基础零部件，主要功能是支撑旋转轴或其它运动体，引导转动或移动并承受由轴或轴上零件传递而来的载荷。

► 按照摩擦性质分类：可分为滚动轴承和滑动轴承两大类，自润滑轴承是滑动轴承的重要分支。滑动轴承根据工作时轴套和轴颈表面间呈现的摩擦状态不同，可分为流体润滑轴承、非完全流体润滑轴承和无润滑轴承，一般后两者属于自润滑轴承。目前风电轴承以滚动为主，我们认为滑动轴承中的自润滑轴承有望成为新趋势。

图表1：轴承可以分为滑动轴承与滚动轴承两大类

资料来源：长盛轴承、崇德科技招股书，《滚动轴承与滑动轴承的比较与选用》（李程辉，2013），中金公司研究部

► 按在风机中的位置分类：主要分为主轴轴承、偏航轴承、变桨轴承、齿轮箱轴承和发电机轴承五大部分。其中，偏航轴承和变浆轴承的技术门槛相对较低，主轴轴承和齿轮箱轴承的技术含量较高，发电机轴承为技术成熟的通用产品。

图表2：风机各轴承位置及功能

资料来源：《我国风电轴承发展现状与展望》（曲楠楠，2022），新强联公告，中金公司研究部

滚动轴承与滑动轴承核心区别在于结构性能与制备工艺

结构性能：滑动轴承结构简单，广泛应用于低速重载领域

滑动轴承与滚动轴承相比具有结构简单和适用于低速重载两大特点。

► 结构：滑动轴承结构简单，可以设计成剖分式。滚动轴承通常由外圈、内圈、滚动体和保持架组成，结构相对复杂。滑动轴承无滚动体，本身仅由轴瓦和轴承衬构成，径向空间占用小，结构简单。为适应不同的应用场景，按构造还可以分为整体式和剖分式，其中剖分式滑动轴承得到了广泛应用。滑动轴承更小的体积和多变的结构为整个传动体系内提高扭矩密度，优化传动链开辟了空间。

► 性能：滑动轴承重载轻量、适应恶劣工况、低振动和噪音小，适用于低速、重载场景。1）重载轻量：滑动轴承为面接触，单位重量或尺寸下可以承受更高的载荷，所以相同载荷要求下滑动轴承的重量较轻。此外，复合塑料、粉末冶金、高强度复合纤维等新型轻量化材料的使用也进一步减轻了重量。2）适应恶劣工况：滑动轴承可以通过在轴套表面电镀抗腐蚀镀层来提高耐腐蚀性，在极端温度和真空条件下运转性能出色，自润滑轴承还具有免润滑和免维护的特点，适合在恶劣工况下使用。

图表3：滑动轴承具有结构简单和适用于低速重载两大特点

资料来源：长盛轴承招股书，中华轴承网，机械工程文萃《一文读懂：滑动轴承结构设计和材料选用原则》（2022），中金公司研究部

制备工艺：主要体现在原材料、核心工艺与核心设备

滑动轴承技术路线众多，我们认为其中有望应用于风电领域的主要为自润滑轴承，在本节中我们主要选取自润滑轴承来代表滑动轴承与滚动轴承进行分析比较。

► 原材料：滚动轴承为轴承钢，技术要求严格；滑动轴承主要为铜材、钢材和减摩材料，技术要求相对较低。轴承钢是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一，其化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等都有严格的要求，随着轴承应用场景的演变至今已经发展了四代，目前主要的应用材料为GCr15和42CrMo。滑动轴承原材料中铜材价值占比最高，价格体系透明，产品供应量充足。

图表4：轴承应用场景的演变导致对轴承钢的要求不断提高

资料来源：《滚动轴承钢冶金质量与疲劳性能现状及高端轴承钢发展方向》（俞峰等，2020），中金公司研究部

► 核心工艺：滚动轴承为高精度机加工和热处理，壁垒较高，成本昂贵；滑动轴承为减摩材料的改性复合和材料烧结，均已自主掌握。

滚动轴承分为滚子和套圈，均有较高的技术要求。滚子具有大尺寸、高可靠性（超过20年）、高转速、高精度（I级或II级）的技术要求，对轮廓对数曲线和端面球基面R散差等指标均有限制，生产难度较高。轴承套圈经过高精度机加工和反复热处理才能满足承载和寿命要求，其中无软带淬火技术引自德国，壁垒较高、成本昂贵，是限制国内企业轴承质量的关键工艺。

滑动轴承为多层结构，一般采用烧结工艺进行生产。目前已发展出铜合金、PTFE、石墨等多种减摩材料，而单一的减摩材料各有优缺点，实际应用中需要对材料进行反复的改性复合才能达到工况要求。

风电轴承尺寸较大，无法采用传统烧结工艺生产，目前主要有离心浇铸和激光熔覆两种技术路线，其中激光熔覆难度更高。自润滑铜套轴承原材料为铜合金，通过离心机将铜水离心浇铸而成。激光熔覆工艺采用激光焊接机，将铜粉通过激光熔覆到基体上，再通过车加工等工序制造而成。

图表5：滑动轴承为多层结构，核心工艺为减摩材料的改性复合和材料烧结

资料来源：长盛轴承招股书，中金公司研究部

► 核心设备：滚动轴承依托于高精尖的淬火和机加工设备；滑动轴承对设备要求较低，核心设备多为国产。滚动轴承对于核心设备的需求多依赖于进口，价格昂贵。以新强联为例，2020年IPO募投项目中公司采购一台萨伊全数控无软带淬火机床，单价高达1600万元；滑动轴承以长盛轴承为例，仅有全自动轴套成型设备引自德国，单价较高，其余主要采购设备价格相对低廉，核心工艺依托的设备均为国产。

图表6：滚动轴承对于原材料、制造工艺与设备的要求均高于滑动轴承

资料来源：新强联招股书，长盛轴承招股书，《滚动轴承钢冶金质量与疲劳性能现状及高端轴承钢发展方向》（俞峰，2020），中金公司研究部

产业化逻辑：降本增效，顺应海风大型化需求

风机大型化+集约化趋势推动滑动轴承应用

大型化和集约化是风机和风电技术的主要发展趋势：

► 大型化：我国风电行业补贴政策逐渐退坡，风电企业面临开发成本和平价上网的双重压力。根据朱才朝《滑动轴承在风电齿轮箱中的应用现状与发展趋势》，风轮直径每增加10%，整机发电量将提高8%以上。因此，加速开发大型化、长叶片、高塔筒风电产品成为了风电技术的发展趋势。根据全球风能理事会数据，过去十年全球风电单机容量较十年前平均增长了72%。

► 集约化：目前风力发电机流行的趋势是在保证强度的同时，重量更轻，传动链的设计更紧凑。随着功率的提升，越轻和越紧凑的结构设计不仅带来了更小的机舱容量，还降低了成本。

图表7：陆上风电产品发展趋势

资料来源：《风力发电设备技术现状与发展趋势》（刘平，2022），中金公司研究部

我们认为目前风电场建设正在向海风转移，海上机型正在向半直驱机型发展。

► 选址方面：海风已经成为未来风电场建设选址的优先选择。海上风电场与陆上风电场相比，不占用土地资源，相同高度下的风速高、湍流强度低，可以获得更多风能资源。海上机组的单机容量更大、年利用小时数更高，可以提高发电效益。

► 机型方面：半直驱机型折中融合了双馈和直驱机型低成本、高可靠性的特点，是适应陆上和海上机组大型化的重要发展方向和选择。风电机组类型主要有双馈、直驱和半直驱，其中直驱和半直驱机型传动链较短，符合风机大型化和集约化的发展趋势。双馈机型成本较低但可靠性较差，直驱机型可靠性高但成本较高，半直驱机型折中融合了低成本和高可靠性的优点，我们认为未来有望在海上大规模应用。

图表8：半直驱机型是大型化趋势下风力发电机的重要发展方向

资料来源：《海上风电机组机型发展的技术路线对比》（黄子果， 2019），《风力发电设备技术现状与发展趋势》（刘平，2022），《双馈、直驱风力发电机特点分析》（张胜男 & 潘波，2012），中金公司研究部

滑动轴承结构简单，符合风机集约化发展趋势，适应低速重载和恶劣工况场景，我们认为适合应用于风电领域。根据黄子果《海上风电机组机型发展的技术路线对比》，大型风电机组的风轮转速通常为5-25r/min，双馈机型的发电机转子转速通常在1500r/min左右，而半直驱机型仅在150/min左右，双馈机型和半直驱机型会通过齿轮箱进行增速再与发电机进行连接。风电轴承承受多种载荷，工况复杂，海上还要面对恶劣的气候环境，对风电机组风载荷承受力、抗盐雾腐蚀和易维护性等要求更高。

从底层技术路线看：我们认为齿轮箱、主轴和偏变轴承均可由滑动轴承替代

目前风电轴承主要为滚动轴承，纯技术角度考虑滑动轴承的替代需要从以下四个维度出发：

► 满足工况需求：轴承配置是否满足当前设备的工况需求？

► 提高运行效果：是否改进了轴承的运行效果，提高了整体运行效率？

► 便于安装维护：在安装和维护上是否带来了好处？

► 额外风险因素：有没有引入额外的风险或失效因素？

下面我们将从这四个维度对主轴轴承、齿轮箱轴承、偏航变桨轴承的滑动轴承替代可行性进行分析，主要结论为：滑动轴承将最先在齿轮箱轴承的前两级替代滚动轴承，之后应用于主轴轴承，偏航变桨系统国产化率高，已具有成熟的结构设计，成本压力小，如果应用滑动轴承将会改变主机设计，因此将最后逐步替代。

图表9：从性能上看，齿轮箱、主轴和偏变轴承均可由滑动轴承替代

注：“√”指滑动轴承在该技术考量维度下满足要求

资料来源：《滑动轴承在风电齿轮箱中的应用现状与发展趋势》（朱才朝等，2021），《风机机组主轴承选型与设计分析》（俞黎萍等，2015），《兆瓦级风电机组主轴轴承选型及分析》（程林志等，2016），《我国风电轴承发展现状与展望》（曲楠楠，2022），《浅析滑动轴承式偏航制动系统在大型风力发电机组中的应用》（苏凤宇等，2010），《风电机组变桨系统原理与维护》（丛智慧，2016），中金公司研究部

齿轮箱轴承：我们认为滑动轴承可应用于双馈机型齿轮箱的前两级和半直驱机型

风电齿轮箱是双馈和半直驱风电机组中传递兆瓦级功率的关键部件，工况复杂，失效率高。由于风电机组主轴的转速较低，而发电机的转速较高，齿轮箱的作用就是在主轴和发电机之间传递扭矩、提高转速。因工况复杂，齿轮箱轴承需要具有承载能力强、精度高、抗恶劣环境、径向尺寸小的特点，而传统的滚动轴承是齿轮箱运行中的重要失效点。

图表10：齿轮箱的运行结构、工况要求和失效因素

资料来源：《齿轮箱轴承选型与维护》（王勇等，2022），《滑动轴承在风电齿轮箱中的应用现状与发展趋势》（朱才朝等，2021），新强联公告，中金公司研究部

我们认为滑动轴承可以替代滚动轴承运用于半直驱风机齿轮箱和双馈型风机齿轮箱的前两级。根据朱才朝《滑动轴承在风电齿轮箱中的应用现状与发展趋势》，相较于采用滚动轴承的风电齿轮箱，采用滑动轴承的风电齿轮箱扭矩密度可提升25%，传动链长度能减少5%，齿轮箱重量可降低5%：

► 满足工况需求：齿轮箱轴承的工况环境为典型的低速、重载。半直驱机型的齿轮箱需要把主轴端传来的5-25r/min转速经过二级传动增速到150r/min左右，双馈机型需再经第三级增速到1500r/min。前两级中轴承运行工况是典型的低速、重载场景，适合滑动轴承的应用。

► 提高运行效果：滑动轴承尺寸小，可提高扭矩。滑动轴承重量轻、径向空间占用小的特点为齿轮箱进一步轻量化、集约化设计和提高扭矩密度创造了条件。

► 便于安装维护：滚动轴承是导致齿轮箱乃至风机失效的重要原因，其整体式设计导致失效轴承的替换需要部署吊车，将整个机头吊下塔筒才能完成替换，费用昂贵且减少发电收益。滑动轴承可以设计成剖分式结构，具有免润滑、免维护的特点，可以灵活安装，现场维修，保障长时间安全可靠运行。

► 额外风险因素：滑动轴承不存在热失效问题，通过改进工艺和设计可以提高耐磨性。大兆瓦风机本身相对较低的环境温度和齿轮箱的整体油浴润滑可以起到一定的散热作用，结合改进工艺和设计，我们认为滑动轴承不会带来额外的风险或失效因素。

图表11：通过改进工艺和设计，滑动轴承可以应用于风电齿轮箱

资料来源：《滑动轴承在风电齿轮箱中的应用现状与发展趋势》（朱才朝等，2021），中金公司研究部

双馈和半直驱机型数量占绝对优势，我们认为滑动轴承理论替代比例为70%。根据北极星风力发电网数据，目前全球60%以上的在役机型为双馈机组，国内也以双馈为主，根据CWEA数据，2020年国内新增陆风装机中双馈、直驱和半直驱机型分别占比61%、31%和8%。随着风机大型化，半直驱机型的占比会逐渐升高，根据Wood Mackenzie预测，2029年半直驱机型将在全球陆风和海风中分别占比45%和34%。综上，历史风机机型以双馈为主，半直驱机型占比逐渐提高，总体而言我们预计双馈和半直驱机型数量占风机总量70%以上，滑动轴承可以大面积应用。

主轴轴承：我们认为滑动轴承理论上可以完全替代

主轴轴承是风电机组中技术壁垒较高的轴承，在大兆瓦风机中的发展方向为单点式支承。主轴轴承除了需要承受风力载荷，还要承受主轴、叶轮、齿轮箱的重力载荷，工况复杂。随着风机大型化、轻量化和集约化趋势的发展，单点式支承是大兆瓦风机的发展方向。

图表12：主轴轴承工况及支承方式

资料来源：《风机机组主轴承选型与设计分析》（俞黎萍等，2015），《兆瓦级风电机组主轴轴承选型及分析》（程林志等，2016），中金公司研究部

我们认为滑动轴承可以完全替代滚动轴承作为风机主轴轴承，理论替代比例为100%。

► 满足工况需求：主轴轴承的工况特点为低速、重载。根据朱才朝《滑动轴承在风电齿轮箱中的应用现状与发展趋势》，主轴端转速并不高，仅为5-25r/min，承受轴向力、径向力等多种载荷，载荷较高，适合滑动轴承应用。

► 提高运行效果：滑动轴承噪音小、低振动、耐腐蚀，可以提高运行效果。滑动轴承运行时轴瓦与轴颈紧密集合，没有对硬摩擦配件进行机械式滚动以及滚动体的相互碰撞，可以使主轴系统平稳运行。此外滑动轴承还可以在轴瓦表面电镀抗腐蚀层，耐腐蚀性强，能够进一步提高运行效果。

► 便于安装维护：滑动轴承安装灵活，维修简单，可以免润滑和维护。传统滚动轴承在长时间运行期间会出现不同程度概率的失效，滑动轴承剖分式的设计和易于安装、便于维护的特点具有显著优势。

► 额外风险因素：滑动轴承不会引入额外风险或失效因素。滑动轴承相比于滚动轴承的劣势在于摩擦系数较大，由此可能会带来高功耗和散热问题。但是主轴端转速较低，产生的摩擦和热量较小，且大兆瓦机组的机舱本身环境温度较低，因此我们认为滑动轴承不会引入额外风险或失效因素。

偏航、变桨轴承：我们认为滑动轴承可部分替代

偏航、变桨系统应用的滚动轴承属于特大型转盘轴承，分别用于连接塔架和叶片，要求具有高承载能力的同时还能对抗恶劣环境。偏航系统中还需要安装刹车盘来实现锁紧，增加了装配难度，液压装置也存在泄漏隐患。

图表13：偏航、变桨轴承的结构、作用和工况要求

资料来源：《我国风电轴承发展现状与展望》（曲楠楠，2022），《浅析滑动轴承式偏航制动系统在大型风力发电机组中的应用》（苏凤宇等，2010），《风电机组变桨系统原理与维护》（丛智慧，2016），中金公司研究部

风机大型化对变桨轴承性能提出更高要求，独立变桨技术有望降低机组负载，实现风机轻量化并延长风机使用寿命。当风机大型化导致叶片变长后，风湍流、风剪切、偏航偏差、塔影效应等因素会对风电机组的叶轮产生不均衡载荷。独立变桨技术的革新良好的解决了传统变桨风轮面内载荷不平衡的问题。传统变桨技术应用的偏航变桨轴承固定在一个平面，对叶片进行统一调节；独立变桨技术所应用的独立变桨轴承可以实现立体旋转，具备更强的力推能力和更大的受力面积，通过对每个叶片的桨距角进行单独控制，使得各个叶片受力状况趋于一致。

图表14：独立变桨系统工作原理示意图

资料来源：《独立变桨控制及其对风电机组设计、性能与运行的影响》（Sherif El-Henaoui，2014），中金公司研究部

目前部分偏航轴承已经实现滑动轴承的应用。偏航系统的偏航轴承可以分为滚动型和滑动型：1）滚动轴承的外圈固定于塔架上，轴承内圈通过高强度螺栓装配在主机架上，通过固定在主机架上的电机带动外圈，从而带动主机架旋转，实现对风。2）滑动轴承的润滑是垫片干摩擦下的自润滑，相对运动件之间的摩擦力矩由垫片的粗糙度决定，因而滑动衬片上的固体摩擦材料经过摩擦需保证自润滑，具有合适的摩擦力矩，同时还要控制磨粒材料磨损速度不能过快而造成滑动衬片寿命减少，所以对偏航齿圈表面粗糙度有更高的技术要求。

图表15：滚动偏航轴承与滑动偏航轴承

资料来源：《风力发电偏航轴承发展综述》（蔡勇，2016），中金公司研究部

偏变轴承“以滑代滚”可使系统更加轻量化、集约化，我们预计滑动轴承后续可以逐步替代滚动轴承。目前偏航、变桨系统已形成成熟的结构设计，用滑动轴承作为偏航、变桨轴承会造成整体设计的改变，但重新设计后的结构更紧凑，重量更轻，符合风机发展集约化的趋势。

► 满足工况需求：偏航变桨轴承的工况特点为高负载，适合滑动轴承的应用。

► 提高运行效果：使用滑动轴承可以更加轻量集约。应用滑动轴承可以改善整体结构，相比于滚动轴承省去了刹车盘与刹车钳及液压装置，同时也避免了出现液压泄露的情况。

► 便于安装维护：滑动轴承安装灵活，维修简单，可以免润滑和维护。

► 额外风险因素：应用滑动轴承会对偏航齿圈的表面粗糙度要求较高。滑动轴承摩擦片与偏航齿圈之间的润滑需要偏航齿圈具有恰好的粗糙度，既可以保证能够将摩擦片上的固体润滑颗粒摩擦出来，又不能摩擦的过快而减少摩擦片的使用寿命。

我们认为偏航变桨轴承内滑动轴承的理论替代比例为50%。独立变桨技术成本相对较高，滑动轴承成本相对较低，我们认为未来变桨系统内独立变桨和滑动轴承两条技术路线并行，各占50%。我们认为滑动轴承可以应用于偏航轴承，考虑到变桨轴承在数量和价值量上约占偏航变桨轴承总体的75%，则滑动轴承的理论替代比例为62.5%（75%×50%+25%），我们保守假设为50%。

我们预计“以滑代滚”有望使轴承购置成本下降约30%，运维成本下降约60%

#购置成本：我们预计轴承端原材料和制造费用有望降本20.67%和57.78%，陆上和海上风电场建设成本有望降低0.91%和0.45%

购置成本方面，我们分两个角度进行分析：1）轴承端：我们以滑动轴承的购置成本为滚动轴承的70%为基础，通过轴承各成本要素价值占比来测算得到各成本要素的降本幅度；2）建设成本端：我们分陆风和海风，根据风机占建设成本比例和轴承占风机价值比例对“以滑代滚”后风电场建设成本降低比例进行测算。

轴承端：我们认为“以滑代滚”可以使轴承原材料降本20.67%，制造费用降本57.78%。

► 核心假设：1）根据长盛轴承公告，我们假设陆风和海风滑动轴承购置成本均为滚动轴承的70%；2）根据长盛轴承和新强联所披露成本占比数据，我们假设滚动轴承成本要素占比为：原材料60%，人工费用8.5%，制造费用31.5%，滑动轴承成本要素占比为：原材料68%，人工费用13%，制造费用19%。

图表16：风电“以滑代滚”购置成本轴承端降本幅度计算过程

资料来源：长盛轴承、新强联公告，中金公司研究部

建设成本端：我们认为“以滑代滚”可以使陆上风电场建设成本降低约0.91%，海上风电场建设成本降低约 0.45%。

► 核心假设：1）根据长盛轴承公告，我们假设滑动轴承购置成本为滚动轴承的70%；2）根据我们已发布的《风电零部件：基于量价模型测算下的研究框架》[1]，我们假设陆风中风电机组占建设成本价值占比为55%，海风中为25%；3）我们以三一重能披露的零部件成本占比作为陆上风机成本构成的代表、电气风电披露的零部件成本占比作为海上风机成本构成的代表，假设陆风中轴承占风机价值比例为5.5%，海风中为6%。

需要注意的是：三一重能披露的轴承口径为回转支承，未包括齿轮箱轴承；电气风电披露的轴承口径为偏航变桨轴承，未包括主轴和齿轮箱轴承，因此我们计算得到的降本幅度偏小，详见《风电零部件：基于量价模型测算下的研究框架》。

图表17：风电“以滑代滚”购置成本建设成本端降本幅度计算过程

资料来源：三一重能、电气风电公告，中金公司研究部

敏感性测试：我们从影响降本幅度的风机占建设成本价值比例和轴承占风机价值比例两个要素出发，对“以滑代滚”后风电场建设成本降低幅度进行双维度敏感性测试。结论为：降本幅度对轴承占风机价值比例这一指标的敏感性最高，当其上浮5%时，降本幅度上升了约一倍。当风机占建设成本价值比例上下浮动5%，轴承占风机价值比例向上浮动5%时，陆风的降本幅度在0.83-1.89%范围内，海风的降本幅度在0.36-0.99%范围内。

图表18：陆风“以滑代滚”风电场建设降本敏感性测试

资料来源：三一重能、电气风电公告，国际能源网，中金公司研究部

图表19：海风“以滑代滚”风电场建设降本敏感性测试

资料来源：三一重能、电气风电公告，国际能源网，中金公司研究部

#运维成本：我们预计滑动轴承相比滚动轴承有望降低约60%

风机运维成本一般分为固定维护支出和故障维修支出。目前风电场一般采用预防性维护与故障修复相结合的策略。固定维护支出即为预防性维护的支出，是依据事先制定的维护计划进行风机预防性检查与维护，对风机各部件进行状态检查与功能测试。故障维修支出是故障修复产生的支出。

海风机组的固定维护支出和故障维修支出均高于陆风机组。海洋环境条件恶劣，一方面，海上盐雾浓度高、湿度大、且时常可能伴有台风、海冰等灾害性天气，不利于机械与电气设备的长期运行；另一方面，风机伫立海中，受到海面与海底各种风、涌、浪、流的影响，与陆上大多数系统相比，海上风机运行环境复杂多变、受非定常载荷影响显著；最后，海上风机可及性差，出海与海上作业对交通工具及天气条件有严格要求，不仅耗费时间长、造成的停机损失大，而且海上船只或直升机等交通工具花费的成本也远远高于陆上。

► 第一步，计算故障维修支出。我们对风机故障次数和单次故障维修费用做出假设，相乘即可得到故障维修支出。核心假设：1）根据《海上风电机组运行维护现状研究与展望》，我们假设前五年陆风机组年故障次数为0.4次，海风为0.5次。随着运行年限的增长，故障概率提高，我们假设第6-20年陆风机组故障次数为0.6次，海风为0.75次。滑动轴承机组年故障次数均为滚动轴承机组的一半；2）我们假设滚动轴承机组单次维修费用为陆风400元/kw，海风1428.57元/kw，滑动轴承机组为滚动轴承机组的70%，即为陆风280元/kw，海风1000元/kw。

► 第二步，计算固定维护支出。我们假设陆风年固定维护支出在第1-5年为建设成本的1%，随着风电场运行年限的增加，预防性维护的次数随之提高，第6-20年为建设成本的2%。海上风电机组工作环境恶劣，相比陆上风电场维护次数更多，我们假设固定维护支出为建设成本的1.5%（第1-5年）和3%（第6-20年）。滑动轴承机组可靠性高，所需的维护成本和人工费用减少，我们假设固定维护支出为滚动轴承机组的50%。

► 第三步，计算运维成本。我们将故障维修支出和固定维护支出加和得到当年运维成本，按5%的贴现率贴现，计算得到滚动轴承机组的运维成本现值为陆风3983.24元/kw，海风15822.13元/kw；滑动轴承机组的运维成本现值为陆风1594.94元/kw，海风6140.15元/kw。“以滑代滚”后陆风运维成本可降低59.96%，海风运维成本可降低61.19%。

图表20：风电“以滑代滚”运维成本计算过程

资料来源：《海上风电机组运行维护现状研究与展望》（黄玲玲等，2016），金风科技公告，中金公司研究部

产业化进度：2023年有望成为量产元年

产业化条件：滑动轴承厂商与主机厂深度合作

风电滑动轴承的研发采用滑动轴承厂商与风机主机厂联合研发的模式，主机厂是核心推动力。风电滑动轴承的研发和测试需要搭建试验台架来模拟运行工况，通过加速疲劳，同时监测温升、油脂清洁度、加载受力等情况，对轴承进行测试。最后拆解检验轴承磨损情况，验证其是否与设计目标相同。风电轴承的运行工况复杂，滑动轴承厂商自身难以掌握，需要与风机主机厂合作联合研发。

风电滑动轴承从技术验证到大规模量产大约需要6个月至1年。我们认为风电滑动轴承产业化大约需要经过五个步骤：1）滑动轴承企业与风电企业接洽，对技术参数和生产图纸进行沟通确认；2）滑动轴承企业生产样品；3）滑动轴承企业对样品进行台架试验；4）样品被送至齿轮箱厂商进行台架试验；5）轴承样品送至主机厂风电场进行挂机试验。

图表21：我们认为风电滑动轴承从技术验证到大规模量产大约需要6个月至1年

资料来源：中金公司研究部

产业化进度：2H23有望看到批量订单落地

► 为什么当前开始推广风电滑动轴承？

风机大型化下滚动轴承成本下降空间相对有限，降本压力下风电企业寻求“以滑代滚”。单机容量的增加使机组主轴系承载情况更加复杂、设计难度增加，技术壁垒较高导致传统滚动轴承是大型化中的“通胀”环节，单MW价值量随单机容量提升而提升。同时，2021年我国逐渐取消风电行业补贴，而滑动轴承在性能可以胜任的情况下还具有显著的成本优势，降本压力促使风电企业寻求“以滑代滚”。

图表22：滚动主轴承单MW价值量递增

资料来源：三一重能公告，中金公司研究部

图表23：滚动回转支承单MW价值量递增

资料来源：三一重能公告，中金公司研究部

► 产业化第一步：滑动轴承从0到1有序研发

我们预计齿轮箱轴承或最先实现替代。滑动轴承齿轮箱已在海外有成熟应用。国内滑动轴承风电齿轮箱研发与国外并跑，处于样机开发与测试阶段，长盛轴承已获得小批量测试订单。国外风电和齿轮箱主机厂对滑动轴承齿轮箱探索较早，国内齿轮箱主机厂对该技术也越发重视，引入了RENK等企业的滑动轴承技术。以金风科技、上海电气（维权）、远景能源为代表的风电主机企业也开始关注滑动轴承，开始和上游滑动轴承厂商合作研发，各家企业均积累了相关专利。

图表24：国内外主机厂、齿轮箱和滑动轴承企业风电“以滑代滚”方案进展

资料来源：各公司公告，中金公司研究部

► 产业化第二步：滑动轴承从1到10逐步应用

我们预计主机厂向轴承厂家下批量订单，替代环节向主轴轴承和偏变轴承拓展。我们预计从2023年下半年开始，经过样机开发与测试，齿轮箱用滑动轴承方案确定，主机厂正式向轴承厂家下订单，滑动轴承正式在风电齿轮箱中应用。随着研发进度的推进，主轴滑动轴承和偏变滑动轴承方案也逐步确定。

► 产业化第三步：滑动轴承从10到100实现替代

我们认为未来5-10年风电滑动轴承有望占据重要地位。结构性能更佳、成本更低的风电滑动轴承方案得到所有风电主机厂采用，滑动轴承在风机中占比越来越高。

潜在市场空间：全球超过200亿元

风电滑动轴承2025年潜在市场空间：我们预计国内和全球分别为156亿元和234亿元

我们的主要测算思路如下：

► 第一步：计算滑动轴承单MW价值量，2025年滑动齿轮箱轴承、滑动主轴轴承、滑动偏航变桨轴承分别为7.03万元、10.36万元、6.96万元。我们分齿轮箱、主轴和偏航变桨三类轴承计算滚动轴承单MW价值量，再将其分别乘70%（滑动轴承购置成本为滚动轴承的70%）即可得到滑动齿轮箱、主轴、偏航变桨轴承的单MW价值量。

核心假设：1）根据新强联和三一重能披露数据，我们计算得到2021年齿轮箱轴承、主轴轴承、偏航变桨轴承的单MW价值量分别为9.68万元，13.18万元，11.95万元。主轴和齿轮箱轴承技术壁垒较高，偏航变桨轴承技术壁垒相对较低，我们假设主轴和齿轮箱轴承价值量按每年5%增长，偏航变桨轴承按每年5%下降；2）我们认为新增市场中滑动轴承将在23年开始应用于齿轮箱前两级，24年开始应用于主轴和偏变系统；存量市场中滑动轴承将在24年开始应用于齿轮箱前两级、主轴和偏变系统。3）根据长盛轴承公告，我们假设风电滑动轴承的价格为滚动轴承的70%，价值量按每年3%下降。

► 第二步：计算2025年滑动轴承新增与存量潜在市场空间。我们认为差异化的技术路线会制约滑动轴承理论替代比例，我们对齿轮箱、主轴、偏航变桨三类滑动轴承的理论替代比例做出假设，用装机量与理论替代比例及单MW价值量相乘，即可得到滑动轴承潜在市场空间。

核心假设：1）根据中金风光公用环保组数据，我们假设22-25年国内新增风电装机量约为50、75、85、95GW，全球约为101、122、133、155GW；2）根据崇德科技招股书和WindEurope数据，我们假设国内老旧风机容量为80GW，国外约为40GW。3）基于前文分析结果，我们假设双馈和半直驱机型在新增市场中占比70%，在存量市场中占比80%，则滑动轴承在齿轮箱轴承中理论替代比例为新增市场70%，存量市场80%；4）基于前文分析结果，我们假设主轴轴承中滑动轴承的理论替代比例约为100%，偏航变桨轴承中滑动轴承的理论替代比例约为50%。

图表25：2025年国内及全球风电滑动轴承潜在市场空间测算过程（单位：亿元）

资料来源：三一重能、新强联公告，GWEC，WindEurope，中金公司研究部

2025年市场规模：我们预计国内和全球分别约52亿元和83亿元

我们预计2025年国内和全球风电滑动轴承市场规模分别为51.7和82.5亿元。

核心假设：1）我们假设新增市场中23-25年滑动轴承在齿轮箱轴承中的渗透率为1%、15%、30%，在主轴轴承和偏航变桨轴承中的渗透率为0%、5%、10%。2）我们认为滑动轴承将在2024年开始在存量技改市场中应用，假设24和25年滑动轴承在齿轮箱轴承中的渗透率为10%和15%，在主轴轴承和偏航变桨轴承中的渗透率为1%和5%。

图表26：2022-2025年国内及全球风电滑动轴承市场规模测算过程（单位：亿元）