船舶能量系统革命：电子化与环保指标升级推动综合电力推进系统.pdf

行业 报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 船舶制造 证券 研究报告 2020 年 06 月 16 日 投资 评级 行业 评级 强于大市 (首次 评级 ) 上次评级 作者 李鲁靖 分析师 SAC 执业证书编号： S1110519050003 lilujingtfzq 邹润芳 分析师 SAC 执业证书编号： S1110517010004 zourunfangtfzq 许利天 联系人 xulitiantfzq 资料 来源： 贝格数据 相关报告 行业走势图 船舶 能量 系统革命 ：电子化与环保 指标升级 推动综合电力推进系统 汽车与航空已 进行 机械到电子化的革命 ， 载具能量体系向电能 为核心切换 电能作为 一种 载具能量体系 ，具有 高 经济性 、低污染等 比较优势，逐渐成为 动力系统 发展 新趋势 ， 汽车与航空已 进行 机械到电子化 革命 。 其中， 汽车 由传统动力向 混动或 纯电动 切换 ，可有效降低耗油率， 提高 操控性与 舒适性， 且更易实现智能化。 飞机由传统机械控制系统向电子化飞控，乃至综合航电系统过渡， 可有效简化驾驶操控 、 降低 维护成本 、实现 更好的燃油效率 。此外，综合航电系统还可对飞机娱乐系统进行有效支撑， 大大 提升用户体验及舒适度，民航 737、 787 目前 已成功实现应用 ，与传统飞机相比电子化系统使用明显增加。 类比汽车、航空产业， 船舶动力电 力 化已开始 在多类船只 广泛应用 ， 其主要原因为舰船在升级舒适性、操控性、 经济性时，将更多 电子设备 投入使用，带动 了 电能需求的上升 ，引发了能量体系的变换 。 我们总结出舰船 使用 综合电力推进系统相较于传统动力系统的五大优势。 由燃料发电，电能高效驱动 船舶各大系统运转 ， 综合电力驱动系统 将 成为船舶动力发展新趋势，相关 系统供应商 有望进入快速 发展阶段 。 环保指标持续升级，预示 船舶 能量 系统革命 趋势 出现 ：综合电力推进系统 从行业发展来看，对于机械设备污染物排放的环保指标，往往会随着机械设备性能的提升而不断趋严 ，汽车、航空业均已得到验证 。 从 船舶行业具体政策来看，国际海事组织（ IMO）新标准于 2020 年强制生效，中国作为IMO 成员国，“限硫”步伐明显提速。 我们认为， 近期 趋严的船舶 环保标准在对企业提出更高技术要求的同时，也为对应行业带来了扩容机会。 从价格看，排放标准越高，满足其要求的产品越昂贵，动力系统的造价也会越高。 从具体发展路径看 ，船舶行业将围绕传统动力升级 /动力系统替代两大方向进行产业扩容。 一方面， 对 传统的蒸汽动力、燃气动力 等 进行系统升级 ，以满足环保指标。另一方面，通过 船舶 综合电力系统进行动力切换， 最终 达到排放要求。 我们认为，后者 相对于前者 经济效益更高 且 无需根据环保指标的变化重复更新 ，在长期看将成为船舶能量系统革命 大 趋势。 综合电力推进 系统 市场集中度高，揭示头部企业享受 千亿 产业空间 从市场格局来看，综合电力推进 市场具有集中度高的特点。 目前国际上 供应商以瑞典 ABB 集团、通用电气、西门子等为代表，占据全球 80%以上的市场份额。中国船舶综合电力推进系统国产企业也 呈现高集中度特点 ，以*ST 湘电、中国动力、中船重工第七一二研究所 为主。 目前 国内 2018 年该市场规模仅为 18.90 亿元 ，处于行业发展初期 。 军用船舶空间测算： 经测算 ， 2020-2030 年 我国军舰平均每年造价 129.6 亿美元对应 900.72 亿人民币，对应 每年 舰船动力系统总采购规模约为 180.14 亿元。民用船舶空间测算： 根据测算，民用市场综合电力推进产值或将具备约 35倍增长空间，未来年产值增量约 669.7 亿元。 核心标的推荐 ： 我们预计，军、民用舰船能量体系将因电子化革命与环保指标升级而向电能体系转变， 对于 种 大型船舶预计将以“混动“模式，以电能驱动但保留燃油机。小型水面舰艇预计将开启纯电动时代。 核心标的 -*ST 湘电 、中国动力 短期中大型民用船因环保指标升级或将带动传统动力的小型升级换代 。关注-中国动力 风险 提示 ： 1. 船舶行业发展不及预期； 2. 主要原材料价格波动风险 ； 3. 汇率波动风险； 4. 订单按期交付风险。 -19%-13%-7%-1%5%11%17%23%2019-06 2019-10 2020-02船舶制造 沪深 300行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录 1. 汽车与航空已进行电子化革命，船舶跟随进行载具能量向电能体系的切换 . 4 1.1. 汽车已进入混动与全电动时代：节能环保与智能化 . 4 1.2. 飞机进入电子化时代，能量体系向电能系统进化 . 5 1.3. 类比汽车与航空业，船舶也进入到电能能量体系 . 6 2. 环保指标持续升级，综合电力推进系统成为主要解决方案 . 7 3. 综合电力推进市场集中度高，揭示头部企业享受千亿产业空间 . 8 3.1. 军用舰船：美国航母作战群完备，我国 10 艘航母及配套舰队空间大 . 9 3.2. 民用船舶：全球民船供给端结构不断优化，动力系统产值占据重要位置 . 10 4. 核心标的推荐 . 11 4.1. *ST 湘电：风电剥离聚焦主业，舰船综合电推业务有望加速排产 . 11 4.2. 中国动力：破净值揭示低估，电子化 +节能环保趋势预示公司多板块进入快速放量期 . 12 5. 风险提示 . 13 5.1. 行业风险 . 13 5.2. 主要原材料价格波动风险 . 13 5.3. 汇率波动风险 . 13 5.4. 订单按期交付风险 . 13 图表目录 图 1：混动车与纯电动车 . 4 图 2：特斯拉纯电动车主要产品 “Model 3” . 5 图 3： 2019-2025 年全球电动车销量（万辆） . 5 图 4：波音 787 飞机航空电子结构与传统飞机对比 . 5 图 5：综合电力推进与传统机械推进空间占用示意图 . 6 图 6：未来舰载武器系统电力能量需求变化 . 7 图 7：未来军用舰船电力使用分配 . 7 图 8：美军 DDG-1000 驱逐舰 . 7 图 9：法国西北风两栖舰 . 7 图 10：传统汽车行业尾气治理技术路线 . 8 图 11：制造行业在环保指标趋严环境下的发展路径 . 8 图 12：船舶动力系统占全船造价 20% . 9 图 13：目前全球舰船综合电力推进 市场份额 . 9 图 14：未来我国航母作战群军用舰船综合电力推进系统投入预估 . 10 图 15： 2018 年我国舰船综合电力推进系统产值，及其与柴油动力系统产值的对比 . 11 图 16： 2016A-2020Q1 公司营业收入及增速 . 11 图 17：公司主营业务营业收入占比情况 . 11 图 18： 2016A-2020Q1 公司营业收入及增速 . 12 图 19：公司主营 业务营业收入占比情况 . 12 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 图 20：公司核电主要产品 “KRT 系统 ” . 13 图 21：公司核电主要产品 “ 爆破阀 ” . 13 表 1：国四至国六污染排放要求 . 8 表 2： IMO 新标准及我国政策规划时间线 . 8 表 3：美国福特级航母作战群配 置情况 . 10 表 4：公司军舰产品配套情况 . 12 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 1. 汽车与航空已进行电子化革命， 船舶跟随进行 载具能量向电能体系的 切换 综合电力推进系统（全电动力） 是以电力为核心， 通过电力网络为 载具 的推进、通信、导航等子系统提供电能，最终实现 载具 能源统一供应、分配和管理的动力 形式 。 相较于传统动力， 以 电能作为载具能量体系，具有高经济性、低污染等比较优势，逐渐成为动力系统发展新趋势，汽车与航空已进行机械到电子化 的 革命。 1.1. 汽车已进入 混动与 全电动时代 ：节能环保与智能化 前瞻产业研究院报告 2020 年中国智能汽车行业市场分析：发展战略正式实施 ， 汽车电子企业率先受益 称，“ 汽车电子占整车成本的比例正在持续升高。有数据显示，预计 2020年汽车电子占整车成本的比重提升至 34%左右， 2030 年将接近 50%。 ” 汽车由传统动力向混动或纯电动切换 ， 可有效降低耗油率，提高操控性与舒适性，且更易实现智能化 ，这一变化也成为趋势 。 据第一电动网相关报道， 混动车与 纯电动车 为代表的新能源汽车 相较于传统动力汽车， 具备三大比较优势： 1.通过可再生能源发电获取电力，有效 实现节能环保； 2.由于相对化石燃料， 能源 使用成本低廉， 综合使用成本更低； 3.具有更高的驱动效率，且电动化平台下 更易实现智能化 得到更佳的舒适性 。 图 1： 混动车与纯电动车 资料来源： ACKO， 天风证券研究所 可以看到，混动汽车与纯电动汽车均具备更低的排放，区别为 混动汽车具备内燃机和 发电机、电动机 ，由内燃机先进行热能向电能的转化， 行驶的 动能是来自于 电能 的 转化 ，本文船舶综合电力推进系统原理与此类似， 也分为“混动”与纯电动两类。 据中国产业信息网数据披露， 2019 年全球电动车销量约 220 万辆，同比增长 10%，市场份额由 2.1%提升至 2.5%，预计 2025 年全球电动车销量将达到 1188 万辆 ， 行业 正 处于快速 发展 期，发展前景 持续向好。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 图 2： 特斯拉 纯 电动车 主要产品 “ Model 3” 图 3： 2019-2025 年全球电动车销量（万辆） 资料来源： 特斯拉 官网， 天风证券研究所 资料来源： 中国产业信息网 ， 天风证券研究所 1.2. 飞机进入电子化时代，能量体系向电能系统进化 飞机由传统机械控制系统向电子化飞控，乃至综合航电系统过渡，可有效简化驾驶操控，降低维护成本，经济性凸显 。 据央视新闻报道， 我国新一代主战机型歼 -20 已成功列装综合航电系统，其高信息化集中度可有效降低飞行员脑力与体力劳动，实现飞行员由“操作者”到“决策者”的转变。 此外，综合航电系统还可对飞机娱乐系统进行有效支撑，大大提升用户体验及舒适度，民航 737、 787 目前已成功实现应用。 我们以 目前双通道 民用飞机 的明星型号 波音 787 为例， 787 具备相对传统飞机更复杂的电 气 系统 结构， 发电机数量从 3 个提升至 6 个 。 波音官网称， 787 飞机 在功能设计上 使用 了 更多的 电子 化 系统 ，这样的 设计优点包括 ： 更好的燃油效率 降低维护成本，减少维护任务 更少的阻力和噪音 相比前代飞机，更高效的电能收集与使用 因此我们可以从波音公司的新款民航客机看到航空工业的发展方向，即电子化系统代替机械化系统的电子化时代。 图 4： 波音 787 飞机航空电子结构与传统飞机对比 220 291.40 385.97 511.23 677.15 896.91 118802004006008001000120014002019A 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 资料来源： Boeing， 天风证券研究所 1.3. 类比汽车 与 航空业，船舶也进入到 电能 能量体系 据中国动力 2019 年报显示，目前全电动力 已 开始 广泛应用在海洋考察船、试验船、打捞船等各类船舶。 类比汽车、航空产业，结合中国产业信息网相关数据，我们总结出 舰船使用 电能作为核心能量体系，其所使用的综合 电力推进系统相较于传统 能量 系统的五大优势 ： 优势一： 综合电力推进系统控制灵活，舰船 使用后 机动性 将大幅提升 综合电力推进系统可使用多台原动机，在不同电力需求下维持较高的推进效率。电力推进所采用的电动机在 5%-100%额定功率范围内均具有较高的效率（约 95%），而内燃机只有在85%-90%额定功率范围内能达到最高效率。 优势二：采用综合电力推进能够降低舰船噪声和振动，满足舰船对于隐蔽性和舒适性的要求 优势三： 采用综合电力推进能够节省舰船内部空间，有利于扩大舱容 机械推进系统的大型主机及其轴系占据了巨大的空间，其刚性的连接制约了全船的布置，传统船舶的轴系长度往往占到船长的 40%左右。 反观 采用电力推进的船舶 将取消 传动轴系、减速齿轮箱 的使用 ， 有效 简化动力系统的结构，提高舰船总体布局的灵活性。 图 5： 综合电力推进与传统机械推进空间占用示意图 资料来源： 中国产业信息网， 天风证券研究所 优势四 ： 舰船采用综合电力推进系统能够降低燃料消耗、节省舰船运行成本 据中国产业信息网数据披露，机械推进 下 需燃油消耗 量将达到 11293 吨 /年 ， 而该指标在电力推进 下则为 9397 吨， 单年度可 节省燃油 1896 吨。据美国海军数据 披露 ， 若 驱逐舰采用全电力推进， 30 年全寿命期间 将 节省 16%以上的燃料费 用 。 优势五 ：舰船采用综合电力推进系统，能有效满足快速增长的能量与载荷需求 传统机械推进方式中，占总功率比重 80%的主机用于舰船动力推进，功率占比 20%的辅机用于其他舰载设备用电，仅有小部分的能量用于武器和探测设备。该配比情况将无法满足电磁轨道炮、激光武器等新概念高能武器的列装。未来武器电力需求预计将与推进电力需求持平，高需求将为综合电力推进系统提供强力牵引。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 图 6： 未来舰载武器系统电力能量需求变化 图 7： 未来军用舰船电力使用分配 资料来源： 中国产业信息网， 天风证券研究所 资料来源： 中国产业信息网， 天风证券研究所 从 具体 产品看， 美、英等西方发达国家自上世纪 80 年代开始进行综合电力系统研究， 综合电力推进已进入商用及军用阶段 。 世界上首艘采用中压交流综合电力系统的水面主战舰艇 英国 45 型驱逐舰 ，已于 2009 年 7 月 正式 服役 。此外，英国 CVF 航母、美国 DDG1000驱逐舰、法国“西北风”级两栖攻击舰等 舰船 均采用了中压交流综合电力系统。 民用船舶领域也实现了 综合电力系统 的 应用 ， 以中压交流和低压交流两种电制形式 为主 ，如美国 亚特兰蒂斯 号科考船、 海洋绿洲 号邮轮、荷兰 蓝色马林鱼 号半潜船等。 图 8：美军 DDG-1000 驱逐舰 图 9：法国西北风两栖舰 资料来源： 凤凰网， 天风证券研究所 资料来源： 凤凰网， 天风证券研究所 综上我们认为， 舰船能量系统将向电能转换，由燃料发电，电能高效驱动船舶各大系统运转，综合电力驱动系统将成为船舶动力发展新趋势，相关系统供应商有望进入快速发展阶段。 2. 环保指标持续升级， 综合电力推进系统 成为主要解决方案 从行业发展来看，对于机械设备污染物排放的环保指标，往往会随着机械设备性能的提升而不断趋严。 以汽车行业为例， 我国按照欧盟汽车排放标准体系相继制定了一系列中国的排放法规， 逐步 完成了从国一到国 六 的跨越。 从指标数据来看，相对于之前的标准，机动车国 V 标准以及即将到来的国 VI 标准对排放物的要求有了大幅提高。我们认为， 新的环保标准在对企业提出更高技术要求的同时，也为对应行业带来了扩容机会。从价格看，排放标准越高，满足其要求的产品越昂贵，动力系统的造价也会越高 。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 表 1： 国四至 国六污染排放要求 车型 污染物 国四 国五 国六 a 国六 b 轻型汽车 NOx（ mg/km） 80 60 60 35 PM（ mg/km） 25 4.5 4.5 3 CO（ mg/km） 1000 1000 700 500 HC（ mg/km） 100 100 100 50 PN（个 /km） - - 6.0*1011 6.0*1011 资料来源： 中华人民共和国生态环境部官网， 天风证券研究所 面对逐渐趋严的环保排放指标，机械制造行业往往会采取动力系统升级或替代两大发展路径。 仍以汽车行业为例， 一方面， 传统柴油车与汽油车可通过提高发动机内净化技术，或加装尾气后处理装置来达到污染物排放标准。另一方面，通过使用更加清洁高效的电动汽车进行传统动力替代，也 可 有效解决环保排放问题。 图 10： 传统汽车行业 尾气治理技术路线 图 11： 制造行业 在 环保指标 趋严环境下的 发展路径 资料来源： 中华人民共和国生态环境部官网， ， 天风证券研究所 资料来源： 中华人民共和国生态环境部官网 ， 天风证券研究所 综上所述我们认为，类比汽车行业，船舶动力有望受环保指标政策驱动，进行系统升级与替代，产业扩能可期。 从具体政策来看，据央视网相关报道披露，国际海事组织（ IMO）于 2016 年 10 月决定进一步降低全球航行船舶硫排放限额，全球船用燃料油的硫排放上限将由 3.5%降低至 0.5%。目前该标准已于 2020 年 1 月 1 日起强制生效。 国际海事组织（ IMO）新标准于 2020 年强制生效，中国作为 IMO 成员国， “限硫”步伐明显提速。 据中国交通部发布的相关实施方案要求， 自 2019 年 1 月 1 日起，对进入中国沿海排放控制区的海船率先强制推行 0.5%的限硫标准，上海港则从 2018 年 10 月 1 日起提前实施该排放控制措施。 表 2： IMO 新标准及我国政 策规划时间线 时间 事件 2016 年 10 月 IMO 决定降低全球船用燃料油的硫排放上限从 3.5%到 0.5% 2018 年 10 月 上海港提前实施该排放控制措施 2019 年 1 月 对进入中国沿海排放控制区的海船率先强制推行 0.5%的限硫标准 2020 年 1 月 IMO 限硫新标准正式强制实施 资料来源：央视网，天风证券研究所 从具体发展路径看，船舶行业将围绕传统动力升级 /动力系统替代两大方向进行产业扩容。一方面，对传统的蒸汽动力、燃气动力等进行系统升级，以满足环保指标。另一方面，通过船舶综合电力系统进行动力切换，最终达到排放要求。我们认为， 后者相对于前者经济效益更高且无需根据环保指标的变化重复更新，在长期看将成为船舶能量系统革命大趋势。 3. 综合电力推进市场集中度高，揭示头部企业享受千亿产业空间 中国产业信息网指出， 船舶动力系统 是船舶最主要和最重要的核心部分，主要由船舶主机行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 （柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等）、传动系统（轴系、齿轮箱、联轴节、离合器等）和推进器（螺旋桨、全向推进器、侧向推进器等）组成。船舶动力系统的 价值约占全船设备总成本的 35， 约占船舶总价的 20，我们预计新型的全电动力价格占比将有所提高。 图 12： 船舶动力系统占全船造价 20% 资料来源： 中国产业信息网， 天风证券研究所 从市场格局来看，综合电力推进市场具有集中度高的特点。 目前国际上供应商以瑞典 ABB集团、通用电气、西门子等为代表，占据全球 80%以上的市场份额 ， 2018 年全球船舶综合电力推进系统市场规模近 80 亿元。 图 13： 目前全球舰船综合电力推进市场份额 资料来源： 新思界， 天风证券研究所 中国船舶综合电力推进系统国产企业也呈现高集中度特点， 以 *ST 湘电、中国动力、中船重工第七一二研究所 为主 。根据观研天下数据，我国 2018 年全电动力市场规模仅为 18.897亿元，因此从产业规模比较来看，与欧美主要企业存在较大差距。 从 应用领域 来看 ，根据新思界数据， 截至 2018 年， 豪华游轮、破冰船、海工船新建船舶几乎全部采用综合电力推进系统，但依然 95%以上仍以柴油动力为主，综合电力推进系统目前处于起步替换阶段。 3.1. 军用舰船：美国航母作战群完备，我国 10 艘航母及配套舰队空间大 目前美国已建立了完备的航母作战群。 根据财经国家新闻网、 Naval Technology， Defense News 报道，美国航母作战群组成： 1 艘航母、 2 艘巡洋舰、 4 艘导弹驱逐舰、 2 艘护卫舰 、2 艘攻击型核潜艇、 2 艘后勤支援舰艇，总造价约为 324 亿美元 。 根据 CCTV-4 中文国际频道 报道 ， 我国 2049年前将建造 10艘航母，目前我国已造航母型号为 002， 后续 2020-2049年将建造 8 艘航母，若对标美航母作战群水面舰艇价格，则造价为 2592 亿美元 ，平均每年 129.6 亿美元对应 900.72 亿人民币 （按照 6.95 中美汇率计算 ）。 50%30%20%ABBGE西门子等其他行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 10 表 3： 美国福特级航母作战群配置情况 数量 单价 /亿美元 总价 /亿美元 航母 1 150 150 巡洋舰 2 20 40 导弹驱逐舰 4 17 68 护卫舰 2 8 16 攻击型核潜艇 2 20 40 后勤支援舰艇 2 5 10 总计（亿美元） 324 资料来源：财经国家新闻网， Naval Technology， Defense News，天风证券研究所 美英军用舰船多采用电力系统，我国望跟随转型。 央广网 2016 年报道， 英国 45 型 、美军DDG-1000 驱逐舰与法国西北风两栖舰均采用中压交流综合电力系统 均采用了中压交流综合电力系统。 按照 20%船舶动力系统造价占比计算，则未来我国航母作战群军用舰船动力系统总采购规模约为 180.14 亿元 ，若我国也建造非航母作战配套舰艇，则此为军用电力综合推进系统采购额的保守估计。 图 14：未来我国航母作战群军用舰船综合电力推进系统投入预估 资料来源： 财经国家新闻网， Naval Technology， Defense News， CCTV-4 中文国际频道， 天风证券研究所 3.2. 民用船舶：全球民船供给端结构不断优化，动力系统产值占据重要位置 我国船舶行业工业总产值近 3500 亿元， 2019 年船舶行业经济效应实现增长。 我国船舶行业工业总产值近 3500 亿元， 2019 年船舶行业经济效应实现增长。中国船舶工业协会数据显示， 2019 年 1-11月船舶行业 80家重点监测企业完成工业总产值 3443 亿元，同比 +3.1%；80 家重点监测企业实现主营收入 2596 亿元，同比 +2.2%，利润总额 21.3 亿元，同比 +23.8%。未来我国船舶行业有望向高端船舶制造发展，在全球现有供给侧改革下实现经济效应增长。 船舶动力系统是船舶行业的 技术 核心 ，电推动力系统具备诸多优势，将有望替代柴油动力系统 。 若按照动力系统占比 20%计算，我国 每年船舶动力系统产值在 688.6 亿元。目前我国综合电力推进系统产值约 18.9 亿元，仅占全国船舶动力系统总产值的 2.7%；我们认为，未来船舶动力将有望从传统机械柴油机全面切换至综合电力推进动力系统，民用市场综合电力推进产值或将具备约 35 倍增长空间，未来年产值增量约 669.7 亿元。 900.72180.1401002003004005006007008009001000我国航母作战群舰船建设年投入（亿元） 我国船舶动力系统年造价（亿元）