船舶电力与电磁推进专题研究及投资机会分析实践报告「水力发电在我国的发展前景」

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一、船舶电推为军用舰船主要发展方向

1.1 船舶电力推进系统基本概念

船舶推进方式是指船舶从原动机到螺旋桨的功率传输方式，可分为机械推进和电力推进两大类。电力推进 系统的主要优点在于占用空间小、操作灵活、推进功率和服务功率可自由转换，因此在海军舰船、豪华邮轮、 海工船等特种船型应用较广，但由于其经济性较差，并没有在大型船舶上广泛应用。值得注意的是，不论机械 推进还是电力推进，其原动机没有改变，还是以柴油机、燃气轮机或者蒸汽轮机作为船舶的主功率源。

机械推进方式是当前大型船舶中最常见的推进方式，其推进系统和电力系统为两套分开的系统。当今大多 数商业和军用船舶都是采用机械推进方式，发动机的每分钟高转速通过一个刚性轴传递到减速齿轮，将转速降 低到与螺旋桨相适宜的水平，再通过另一个刚性轴将来自于减速装置的低转速传递给螺旋桨。带有多个螺旋桨 的船舶会配置多个发动机、减速装置和刚性轴。机械推进中推进系统和电力系统是分开的，用于船舶服务负荷 的电功率由专用的发电机提供。

电力推进根据不同维度可分为多种类型。根据电力推进占比可分为混合电力推进和全电力推进，根据电动 机的布局位置可分为吊舱式和非吊舱式，根据推进负载与非推进负载的电力管理和分配方式可分为综合电力推 进等。

混合电力推进：混合电力推进方式是在以大功率机械直接推动为主的推进系统中加入小功率电力推进。这 种方式中涡轮直接以高转速驱动发电机，将电功率通过电缆朝着船尾部传递给电动机驱动装置，该驱动装置可 以改变船舶推进电动机的电压和频率，使电动机得以低速运行，以低转速驱动螺旋桨。船舱底部装配多个发动 机、电动机驱动装置及多芯电缆，船舶服务负荷由分开的专用发电机供电。通常，船舶总功率的 75%~85%用于 船舶推进，在电力推进中这部分功率容量仅限使用于船舶推进，不可用于非推进的用途。

吊舱式电力推进：吊舱式电力推进与非吊舱式电力推进的区别在于电动机的布置位置。吊舱式电动机位于 船体外的水中，以相同的方式与螺旋桨直接连接，可以沿着其垂直轴进行 360 度旋转以给出任何方向上的推进 力。主要的优势在于以下几点：一是由于不再需要舵、船尾横向推进器或者船体内的长轴系，船舶各部件的布 局变得非常灵活，节省发动机与推进机械的空间，为船舶整体结构带来了最大的益处，也节约了成本；二是可 在全方向上提供更好的满推力操纵能力；三是由于没有传统意义上的螺旋桨轴，螺旋桨可以安装在船尾下面的 水流中，因此具有更高的水动力效率和机械效率；四是减少对拖船的需求；五是由于吊舱可以快速地拆除与维 修，减少了维护保养和维修工作量。

综合电力推进方式：与传统电力推进方式相比，综合电力推进系统的推进电力和非推进电力由同一个配电 盘统一调度配送。采用综合电力推进的船舶将发电机和发动机产生的电力通过电缆送到一个配电盘，供船舶推 进负荷和非推进负荷使用。配电盘可以时刻改变两个系统间的功率分配以满足船舶在推进与非推进上的需求。 这样在船舶高速运行时，电力可以即刻由推进系统转向需要高脉冲功率的武器系统，且不会带来船速的陡然下 降。综合电力推进的优势有以下方面：一是船舶服务功率和推进功率间灵活切换，可提供较高的冗余度、生存 性和可重构性；二是可以节省燃油，提高燃油效率，因为这种方式可以将船舶总负荷集中在较少的几台几乎满 载、高效运行的原动机上；三是由于每台涡轮机和发电机的累计运行时间较短，所需的维护保养量和备件也较 少。

1.2 船舶电力推进系统特点及应用船型

由于电力推进技术具备明显优势，广泛适用于各类军船，也适用于各种大型客轮（豪华邮轮、渡轮）、特殊 货轮（特别是 LNG 船、化学品船等）、海洋工程船（破冰船、铺缆船、挖泥船、测量船等）、海洋石油、天然气 开采装备以及油气运输船等。对于民船和军船而言，电力推进技术的共同优越性有十点：一是增加有效载荷； 二是降低振动；三是提高灵活性；四是增强可靠性；五是提高机动性；六是减少维护保养量；七是节省燃油； 八是提高自动化程度；九是延长设备寿命；十是技术升级。

由于经济性较低、全功率运营效率较低的劣势，目前电力推进没有在三大主流民用商船上广泛应用。一是 初始投资成本较高，经济性较差；二是对于一直运行在全额定航速上的船舶而言，例如货船和邮轮，其整体能 量效率较低。将机械能转换成电能及再将电能转换成机械能的过程中存在能量损耗，因此，电力推进系统在全 功率运行时的效率比机械推进系统要低。民用商船全功率运行时间占比较大，因此目前的技术不太适用于民用 商船，而海军舰船只有一小部分工作时间是全功率运行，通常大约有 80%的工作时间是用于半速航行，大概消 耗 1/8 的额定推进功率甚至更少，而在非全功率运行时，电力推进效率要高于机械推进，因此军舰应用电力推进技术较多。因此，对以恒定航速做长途运输的商业船舶而言，目前电力推进没有多少优越性，但是随着科技 和市场动态的发展，电力推进也有逐渐向民用商船普及的趋势。

对于海军舰船而言，电力推进还具有增加隐身性、提高生存能力、增加武器功率、提高对电磁设备的适配 性的优点。

与机械推进方式相比，综合电力推进方式更适合电磁弹射。因为电磁弹射耗电量巨大，对电力储备、瞬间 高功率电能释放要求较高。据测算，电磁弹射一架 30 多吨重的舰载机，大约需要输出 3000-4000KW 的功率， 采用机械推进方式很难满足电力需求。采用综合电力推进系统可以增加电站容量，而且能量转化效率很高，为 常规动力航母使用电磁弹射提供了条件，因此综合电力推进方式更适合电磁弹射。

船舶电力推进能够支持高能武器的上舰。综合电力推进可以让大量功率为非推进负载所用，而目前机械推 进 80%左右的功率需要推进舰船航行，发电功率达不到高能武器上舰的需求。高功率微波武器、电磁炮、自由 电子激光武器所需功率将更高，短时间内需要大量电能供应的装备，对电能分配要求很高，而全电动力推进系 统就是为它们量身定制的，而像无轴系泵喷推进和磁流体推进等未来潜艇发展的高新技术也都离不开全电动力 推进。

1.3 船舶电力推进系统构成

目前电力推进方式中最有发展前景的是综合电力推进系统，综合电力推进系统所需功率范围为 50-100MW， 主要系统包括供电系统、推进系统和监控系统三个分系统，主要的装置包括原动机，发电机，推进功率分配系 统，推进电动机驱动装置，推进电动机，螺旋桨，非推进功率分配系统。从价值量来看，不含原动机的船舶价 值量约为全船的 15%左右，整套系统套价值量在千万到亿不等。

军船和民船的电力推进系统架构有一定区别，进军用船舶对控制和监测功能要求更为严格。首先，集中式 监控要求能够实现对在舰船上分区布置的配电板、电源、电力转换模块以及相关互联网络的远程控制与监测。 其次，在因为发生战斗损伤或者电站事故导致一个区域内的综合电力系统与其他系统隔离时，系统必须能够从 区域控制站进行分布式控制，以便实现操作者对一个区域内的综合电力系统设备的操作。最后，分布式控制器 还必须能够自主的自动化动作，以便重新配置电站和确保在与监控控制系统失去通信联系时，综合电力系统能 够继续运行。

二、新型舰船主要发展方向，特种民用船舶渗透率较高

2.1 综合电力推进是新型舰船主要推进发展方向

在军船领域，电力推进系统最早主要应用于潜水艇，随后逐步向小型水面舰艇发展，2000 年以后开始逐步 应用于驱逐舰、航母等大型水面舰艇。美国、英国、法国等海军强国在电力推进技术上走在前列，新型舰船大 多采用电力推进。

美国电力推进技术广泛应用在潜艇、补给舰、驱逐舰和航空母舰上。目前采用电力推进的船舶（包括已经 建成和正在建造的）主要有 33 艘潜艇、13 艘补给舰、3 艘驱逐舰以及 3 艘航空母舰。美国采用电力推进系统现 役核潜艇共 21 艘，包括弗吉尼亚级攻击潜艇、海狼级攻击核潜艇，以及未来 12 艘哥伦比亚级核潜艇；美国于 2007 年开始建造的朱姆沃尔特级驱逐舰采用综合电力系统，该型号舰船计划建造 3 艘，首舰朱姆沃尔特号 2016 年 10 月正式服役，二号舰麦克蒙苏尔和三号舰林登约翰逊号正在建造；2008 年服役的“刘易斯和克拉克”级 弹药补给舰也采用了电力推进系统；美国最新一代航母福特级也将全面采用电推系统，预计建造 3 艘。

英国电力推进系统从登陆舰逐步应用到航母。“海神之子”级船坞登陆舰是英国海军首款采用综合电力推进 系统的水面舰艇，该级舰仅建造两艘，第一艘于 1998 年开工，2003 年服役；第二艘于 2000 年开工，2004 年交 付，2009 年，英国 45 型驱逐舰服役，是英国海军进入新世纪之后建造的一种新型导弹驱逐舰，采用综合电力 推进系统，搭载两台 Rolls Royce WR-21 燃气轮机，最大输出功率高达 40 兆瓦；随后电力推进技术也应用到航 空母舰上，2017 年，英国伊丽莎白女王级航母采用综合电推系统。

日本采用的舰船电力推进技术为 CODLAG（电力推进和燃气轮机并车使用联合），在低功率下，柴油机/燃 气轮机发电机组输出功率供船上用电和电力推进，在高速航行状态下，燃气轮机并车运行可提供更大的推进功 率。朝日级导弹驱逐舰是日本海上自卫队的一种通用型导弹驱逐舰，是海上自卫队首艘采用复合燃气涡轮电力 推进系统（CODLAG）的舰艇，此动力装置在低速航行或巡航时采用柴油发电机电力推进。除此之外，2020 年 3 月 19 日正式服役的摩耶级驱除舰也采用的燃电燃气联合型动力系统。

法国在潜艇和两栖攻击舰上采用电力推进系统，其中西北风级两栖攻击舰是法国海军现役最新一型两栖攻 击舰，亦为法国海军两栖作战与远洋投送主力，该级舰可以运载 16 架以上 NH-90 直升机或虎式武装直升机和 70 辆以上车辆其中包含 13 辆主战坦克的运载/维修空间，船上包含 900 名陆战队的运载空间。此外，凯旋级战 略核潜艇和红宝石级攻击核潜艇也采用电力推进。

我国军用舰船紧跟国际发展趋势，从潜艇开始向大型水面舰艇拓展。目前中船重工 712 所已完全掌握船舶 电力推进系统及核心设备的关键技术和研制能力，具备了中压、低压系列化产品的研制及供货能力。随着我国 国产产品技术水平的进一步提高，将有望逐步应用于驱逐舰、护卫舰等大型水面舰艇。

2.2 中国成为电力推进民用船舶市场最大的国家之一

民品领域，电力推进应用率逐步提高，整个市场呈扩张趋势。从 2010 年-2019 年完工船舶各类推进方式占 比图中可以看出，采用电力推进的完工船舶占比从 2010 年的 3.74%上升到 2019 年的 4.96%，其中，2017、2018 年船舶电力推进占比均超过 7%，2019 年有所下降主要因为整体船舶市场处于低谷，特别是油价持续低迷，海 工船舶等主要应用电力推进船型订单量较少。采用电力混合推进方式的船舶占比也有较大提升，从 2010 年的 0.33%提高到 2019 年的 0.73%。

从应用船型来看，船舶电力推进系统主要应用的船型为海工船、特殊船型和豪华邮轮。由于造价较高、全 功率效率较低等原因，电力推进系统在油船、散货船、集装箱船这三大主流船型应用较少，但由于其突出的操 作性优势，故在海工船、特殊船型和豪华邮轮等船舶上应用率极高。

从具体船型来看，2019 年完工的海工船中钻井船、地震探测船、科考船、ROV 潜水支持船等船型 100%都 是采用了电力推进系统，在其他的海工船型中应用占比也基本达到 50%以上；在特殊船型中，LNG 再气化船、 燃料船等船型 100%采用了电力推进系统，LNG 船舶中电力推进系统占比也达到了 67%；豪华邮轮是另一个电 力推进系统应用的主要船型，2019 年完工的豪华邮轮中，电力推进系统占比达到了 85.7%。

从建造国家来看，欧洲完工的船舶采用电力推进的比例较高。一方面由于欧洲生产的船型主要为豪华邮轮、 海工船以及特殊船型，这些船型较为适合应用电力推进系统，另一方面也因为全球主要的电力推进系统生产厂 商均在欧洲，技术和产业链较为成熟。2019 年中国完工的船舶电力推进占比仅为 3.94%，但从绝对量来讲，由 于基数较大，中国完工的电力推进船舶数量全球最高，占全球完工电力推进船舶的 23.36%。

从完工船型来看，中国完工船舶中采用电力推进的主要为海工船和特殊船型。2019 年我国完工的海工船中 有 25 艘采用了电力推进方式，特殊船型中有 19 艘采用了电力推进方式，3 艘采用了混合动力推进方式。

未来市场空间方面，军品方面，我们预计未来十年军船市场电力推进市场空间为 31.35 亿美元，约合人民 币 220 亿元，年均市场空间约为 22 亿元。民品方面，我们预计，2020-2021 年，市场进入快速增长期，年均增 长率为 30%，国产化率进一步提高到 80%，国内厂商市场空间进一步提高到 30 亿元左右。综合民品和军品，2020 年或将进入快速发展期，整体市场空间将在 52 亿元左右。

三、全球市场集中度提升，三大厂商占据半壁江山

市场向龙头集中，三大欧洲厂商全球市场占比接近 50%。目前主要的厂商有 ABB（瑞士）、劳斯莱斯(英国)、 肖特尔（德国）、瓦锡兰（芬兰）、斯迪舶（芬兰）、斯卡纳伏尔达（挪威）、川崎重工（日本）、Nakashima（日 本）等。ABB、劳斯莱斯和肖特尔凭借技术优势在电推市场中的份额一直保持领先地位，2019 年电推系统市场 中劳斯莱斯的份额为 28%，肖特尔占 10%，ABB 占 10%，合计占到全球市场 50%。

瑞士 ABB 公司是船舶电力推进系统的先驱者。ABB 是最早一批开发船舶电力推进系统的厂商，著名的 Azipod 即为 ABB 系列船舶电推系统的注册商标。1990 年，ABB 的 Azipod 全回转吊舱式电推系统成功在芬兰 海事管理局的“Seili”号航道破冰船上应用，这是该公司电推系统首次装船，目前 Azipod 推进系统广泛应用于 现代化大型豪华邮轮、破冰船和高冰级货轮上。截至目前，Azipod 推进系统已经应用 25 种船型，其中破冰船 达 80 余艘，豪华邮轮数量则超过 100 艘，总计工作时长超过 1600 小时，最高动力可达 45MW。

英国劳斯莱斯集团始终保持较高的市场占有率。劳斯莱斯的吊舱电力推进装置 2019 年民用船舶市场占有率 达到了 28%，位居全球第一。劳斯莱斯和科孚德机电共同研制的“美人鱼”吊舱电力推进装置可以提高螺旋桨 流体动力的效率，在船舶市场应用广泛。此外，劳斯莱斯在军用舰船主动力方面也有较高的市场占有率，目前 美国最新的“朱姆沃尔特”级驱逐舰上，使用的就是劳斯莱斯制造的 2 台 MT30 燃气涡轮发动机，该型发动机 的功率高达 36 至 40 兆瓦，号称世界上最高功率密度、功率最强大的船用燃气轮机，英国“伊丽莎白女王”级航空母舰也利用此发动机。

德国肖特尔公司是专业从事船舶推进系统的生产厂商。肖特尔专注于设计生产方位推进、操纵系统以及船 舶电力推进系统，开发出了功率额定值为 30MW 的推进系统，是全回转舵桨的发明者及业界领先的船用推进系 统制造商。在港口拖轮、海工支持船、商船及内河船舶等船舶上广泛应用。目前肖特尔在全球范围内已有 4 大 生产基地，生产覆盖了绝大部分的船用推进系统产品。

国内船舶电推市场份额波动较大。从 2014-2017 年，国外企业在中国电推市场份额逐步下降，但是近两年 国外厂商市场份额有所提升。一方面国内整体船舶市场处于低谷，电力推进完工船舶数量下降，造成市场份额 波动加剧。二是中国完工的电推船订单主要来自国外船东，选择国内电推品牌较少。从国内竞争格局来看，目 前国内的电推制造企业较为集中，主要厂商为中国动力和湘电股份，其中中国动力旗下长海电推依托 712 所的 技术优势提供电力推进整体系统（除原动机），湘电股份主要提供推进系统中的直流电机等配套产品。

中船重工 712 所是目前国内唯一具备船舶电力推进系统集成和自主核心设备供货的单位，形成了具有完全 自主知识产权的电力推进系统及变频器、推进电机、功率管理系统等核心设备系列化产品的硏制生产能力。712 所具备低压 690V/中压 3300V，30MW 及以下各类船舶电力推进系统集成能力，最高可配套的船舶吨位为 10 吨。 该产品可广泛地应用于采用电力推进方式的工程、海工、科考、游船、公务船等船舶。目前已为航道、海洋工 程、渔业等领域的用户提供了 100 余套船舶电力推进系统。2018 年 5 月，由 712 所提供的整套电力推进系统实 现在海工平台“海洋石油 791 号”上首次应用，将电力推进从船舶向海工平台应用拓展。

湘电股份主要生产电力推进系统中的关键配套发电机组，未来将逐渐从单一配套产品向综合系统产品转型。 近年受经济增长放缓和行业产能过剩影响，风力发电系统营业收入大幅下降，因此公司积极进行战略转型，将 军工产品作为主攻方向，聚焦综合电力系统的研制开发，确立了新的业绩增长点。2016 年，公司通过定向增发 募集资金 19.3 亿元投入舰船综合电力系统（全电推）系列化研究及产业化项目，项目于 2018 年建成并投产， 从生产配套向生产整体系统拓展，预计年产值可达 20 亿元。

四、投资逻辑和推荐标的

通过对电力推进产业和市场分析，我们认为，电力推进系统在军船领域应用前景较好，2020 年以后将进入 快速发展期，产业集中度高，由于技术壁垒强，目前国内竞争格局较好。建议关注*ST 湘电等。

*ST 湘电以大功率船舶综合电力及电磁发射两类核心技术为依托，加快拓展民船综合电力推进等民用领域， 打造成为最可信赖的武器装备供应商和湖南省军民融合发展典范。公司在巩固原有优势的同时，正在组建高端 技术研发平台，旨在强化技术创新，加快向民用卫星发射动力系统、船舶综合电力系统、大功率永磁电机、超 高功率密度电机、大功率智能海上风机、轨道交通牵引系统、新能源汽车电传动系统、特殊车辆电传动系统等 高端产品市场进军以及促进产品转型升级。

着力构建“电机 电控”系统集成、协同发展的格局，成为成套电气的主要供应商。在电机业务方面，公司 致力于大功率永磁电机、超高功率密度电机、高精密伺服电机及其控制系统的研发，实现产品的高端化和智能 化，努力拓展节能、环保等高端市场，持续做强做优电机业务。在电控业务方面，着力提升电控研制能力，专 注于发展好轨道交通牵引系统、船舶综合电力系统、风机变频及控制系统、新能源汽车电传动系统、特殊车辆 电传动系统等高端产品，着力构建“电机 电控”系统集成、协同发展的格局，成为成套电气的主要供应商。

船舶电力推进系统是我国军船推进系统的主要发展方向，军民两用市场空间广阔。船舶综合电力推进技术 以其空间小、灵活性高等特点是未来军船主要的发展方向，目前美国已经将船舶电力推进系统应用于福特级航 母、朱姆沃尔特驱逐舰、核潜艇等。我国相关技术正逐步走向成熟，正在从潜艇向水面舰艇拓展。电力推进因 为其突出优势，在民船中也有较高的应用价值，特别是对自动化程度要求高的船舶。随着电力推进效率和功率 技术的突破、经济性的提高，未来在民船中应用比例将持续提升。一是在传统应用船型中占比将不断扩大，在 海工船、特殊船型、豪华邮轮等的应用比例将进一步拓展。二是应用船型不断拓展，从海工船、特殊船型向主 流船型发展。三是应用吨位不断提高，从小型船舶向大中型船舶拓展。

电磁发射是目前航母舰载机最先进的弹射系统，也可应用于航天发射、轨道交通、海上风能等民用领域。 与蒸汽弹射器相比，电磁弹射器具有以下优势：一是准备时间短。二是推力均匀。三是效率高。四是顺应舰艇 全电化趋势。目前美国福特号航母已经应用电磁弹射系统。电磁发射系统中的电力电子技术除了在军用武器发 射形态领域的转化应用外，也可应用于民用相关领域，可广泛应用于航天发射、轨道交通、大规模智能海上风 机等民用领域，大大拓展其市场空间。

公司逐步剥离亏损资产，2019 年已经完成长沙水泵厂的剥离，预计随着湘电风能的剥离，公司盈利情况将 进一步好转。公司将长沙水泵厂有限公司 70.66%的股权通过湖南省联合产权交易所挂牌转让，2019 年 8 月 26 日，湖南省国资公司下属全资子公司——湖南省一方科技发展有限公司摘牌，并签订产权交易合同，至此公司 已不再持有长沙水泵厂有限公司股权。

公司为电磁相关先进技术龙头，剥离亏损资产后公司将聚焦船舶综合电力及电磁发射两类核心技术。通过 此次资本运作，公司剥离主要亏损资产，有效止住出血点，大幅提高公司盈利能力。同时引入兴湘集团改善公 司股本结构，降低公司资产负债率，降低公司运营风险。未来公司将以船舶综合电力及电磁发射两类核心技术 为发展重点，同时向民用船舶电力推进、卫星发射、轨道交通、海上风电等民用拓展。公司在相关业务上拥有 独特的技术优势，我们看好公司未来发展方向，预计公司 2020 年能够实现扭亏为盈，实现摘帽，考虑到电磁 行业的巨大发展空间和公司的竞争优势，维持增持评级。

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（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：中信建投）

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