碳纖維風(fēng)電葉片應(yīng)用已成趨勢(shì) 碳纖維風(fēng)電葉片行業(yè)投資前景分析

• 吳澳燕 2023年10月11日 來(lái)源：中國(guó)能源報(bào) 501 27
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快速大型化給風(fēng)機(jī)葉片材料性能帶來(lái)全新考驗(yàn)，傳統(tǒng)玻璃纖維復(fù)合材料性能不足的情況下，碳纖維成為最新的“潛力股”。

碳纖維風(fēng)電葉片是指應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料的風(fēng)電葉片。碳纖維風(fēng)電葉片與使用傳統(tǒng)玻璃纖維增強(qiáng)材料相比，可以達(dá)到20%-30%的減重效果，同時(shí)剛性和強(qiáng)度更加優(yōu)異，通過(guò)采用氣動(dòng)效率更高的薄翼型和增加葉片長(zhǎng)度，能提高風(fēng)能利用率和年發(fā)電量，從而降低綜合使用成本。目前風(fēng)電機(jī)組正朝著大型化、輕量化的方向發(fā)展，超長(zhǎng)的葉片對(duì)材料的強(qiáng)度和剛度提出了更高的要求，使得碳纖維及其復(fù)合材料在風(fēng)電葉片領(lǐng)域使用廣泛。

國(guó)家能源局最新數(shù)據(jù)顯示，今年前7個(gè)月，國(guó)內(nèi)風(fēng)電新增裝機(jī)量達(dá)2631萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)量達(dá)3.9億千瓦。而隨著平價(jià)時(shí)代到來(lái)，風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)尤為凸顯，陸上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量最高突破10兆瓦，海上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量突破18兆瓦，葉片長(zhǎng)度也在不斷刷新行業(yè)紀(jì)錄。

快速大型化給風(fēng)機(jī)葉片材料性能帶來(lái)全新考驗(yàn)，傳統(tǒng)玻璃纖維復(fù)合材料性能不足的情況下，碳纖維成為最新的“潛力股”。

我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，更輕、更大、更加可持續(xù)已成為風(fēng)機(jī)葉片生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，除了聚氨酯樹(shù)脂外，聚酯樹(shù)脂、碳纖維等新興葉片材料更是不斷涌現(xiàn)，風(fēng)機(jī)葉片材料的創(chuàng)新進(jìn)程已明顯提速。

以碳纖維作為玻璃纖維的替代新材料則更加受到關(guān)注。在風(fēng)機(jī)葉片輕量化的要求下，碳纖維以其高強(qiáng)度材料性能獲得了行業(yè)青睞。就在今年，國(guó)內(nèi)廠商中，金風(fēng)科技、運(yùn)達(dá)股份、明陽(yáng)智能等主流風(fēng)機(jī)制造商推出的風(fēng)機(jī)都采用了以碳纖維為增強(qiáng)纖維的葉片。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年碳纖維風(fēng)電葉片行業(yè)市場(chǎng)深度分析及發(fā)展策略研究報(bào)告》顯示：

碳纖維在國(guó)防軍工、航空航天、軌道交通、體育休閑等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。無(wú)論是從材料科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)上看，還是從碳纖維應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟、進(jìn)步上看，未來(lái)碳纖維的需求會(huì)不斷增長(zhǎng)，尤其是在風(fēng)電、壓力容器、光伏、軌道客車(chē)、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域都會(huì)有不俗的表現(xiàn)。

國(guó)內(nèi)碳纖維的總需求量達(dá)到75028噸，增長(zhǎng)約19.3%。特別在體育休閑領(lǐng)域、風(fēng)電葉片領(lǐng)域，碳纖維保持20%—30%的高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。其中，體育休閑領(lǐng)域約23000噸，較2021年增長(zhǎng)30.9%;風(fēng)電葉片用量約17500噸，較2021年增長(zhǎng)23.5%;碳碳復(fù)材、壓力容器、建筑補(bǔ)強(qiáng)等領(lǐng)域用量分別約為6800噸、6000噸、3100噸，均實(shí)現(xiàn)小幅增長(zhǎng)。

2022年，全球風(fēng)機(jī)葉片對(duì)碳纖維的需求量占到全球碳纖維需求總量的25.7%，我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片碳纖維需求量也占碳纖維整體需求的23.5%。

碳纖維風(fēng)電葉片行業(yè)投資前景分析

2021年，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)創(chuàng)新高，新增裝機(jī)容量達(dá)到5592萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)2.7%。其中，陸上風(fēng)電新增裝機(jī)4144萬(wàn)千瓦;海上風(fēng)電新增裝機(jī)1448萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)276.59%。與此同時(shí)，風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)愈發(fā)明顯。2021年，中國(guó)新增裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為3514千瓦，同比增長(zhǎng)31.7%，其中，陸上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量同比增長(zhǎng)20.7%，海上風(fēng)電機(jī)組同比增長(zhǎng)13.9%。

碳纖維在風(fēng)電葉片大梁上的應(yīng)用主要有三種方式，分別是預(yù)浸料鋪貼、多軸織物灌注以及拉擠碳板工藝，其中拉擠成型工藝制備的碳纖維復(fù)合材料具有長(zhǎng)度不受限制、截面形狀穩(wěn)定和成本相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。利用拉擠成型工藝制作碳梁，再進(jìn)一步制作葉片，適合大批量、大型的風(fēng)電葉片的生產(chǎn)。

然而，此前由于維斯塔斯碳梁風(fēng)電葉片的專(zhuān)利保護(hù)在一定程度上限制了拉擠板在風(fēng)電葉片上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，該項(xiàng)專(zhuān)利到期后，資本市場(chǎng)普遍預(yù)期碳纖維在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的滲透率將進(jìn)一步增長(zhǎng)。

在風(fēng)電葉片碳纖維需求不斷提升的背后，是不斷增長(zhǎng)的葉片長(zhǎng)度和穩(wěn)定發(fā)展的風(fēng)電市場(chǎng)。風(fēng)機(jī)大型化是風(fēng)電長(zhǎng)期降本的有效途徑，通過(guò)使用長(zhǎng)葉片來(lái)擴(kuò)大風(fēng)輪的受風(fēng)面積，有助于提高發(fā)電量及單機(jī)功率。大型化風(fēng)機(jī)對(duì)于葉片提出了更高的要求，而碳纖維材料能夠滿(mǎn)足大型化所需輕量化、高強(qiáng)度、高模量的要求。

風(fēng)機(jī)葉片成本結(jié)構(gòu)中，原材料成本占總生產(chǎn)成本的75%，而在原材料中，增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂基體成本占比分別達(dá)到21%和33%，是風(fēng)機(jī)葉片原材料成本的主要部分。同時(shí)，葉片在風(fēng)機(jī)成本中占比約為25%，葉片材料的降本將在很大程度上推動(dòng)風(fēng)機(jī)制造成本的下降。

中國(guó)風(fēng)機(jī)葉片市場(chǎng)已經(jīng)形成外資企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)、研究院所、上市公司等多元化的主體投資形式。外資企業(yè)主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等，國(guó)內(nèi)企業(yè)以時(shí)代新材、中材科技、中復(fù)連眾為代表。

與航空航天、軍工科技等領(lǐng)域相比，風(fēng)機(jī)葉片所需的碳纖維產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有所不同，技術(shù)成本相對(duì)更低，生產(chǎn)過(guò)程中，可根據(jù)不同性能、工藝和成本，設(shè)計(jì)不同應(yīng)用性能和生產(chǎn)工藝參數(shù)，相對(duì)快速實(shí)現(xiàn)碳纖維量產(chǎn)。

目前，明陽(yáng)智能、上海電氣、東方電氣、金風(fēng)科技等國(guó)內(nèi)主流整機(jī)商都已開(kāi)啟碳纖維葉片的試驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用。有數(shù)據(jù)顯示，2022年以來(lái)，國(guó)內(nèi)新開(kāi)發(fā)、新批量生產(chǎn)的海上風(fēng)電機(jī)組中，超過(guò)70%都應(yīng)用了碳纖維葉片，即使在陸上風(fēng)電機(jī)組中，部分企業(yè)也已經(jīng)開(kāi)始小批量實(shí)測(cè)應(yīng)用碳纖維葉片。

在“雙碳”政策的驅(qū)動(dòng)下，風(fēng)電裝機(jī)高速增長(zhǎng)，風(fēng)電葉片增強(qiáng)材料的滲透率持續(xù)提升，碳纖維風(fēng)電葉片需求有望快速增長(zhǎng)。

更多行業(yè)詳情請(qǐng)點(diǎn)擊中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年碳纖維風(fēng)電葉片行業(yè)市場(chǎng)深度分析及發(fā)展策略研究報(bào)告》。

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