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

• 吳澳燕 2023年10月11日 來源：中國能源報 501 27
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快速大型化給風機葉片材料性能帶來全新考驗，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”。

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

國家能源局最新數(shù)據(jù)顯示，今年前7個月，國內(nèi)風電新增裝機量達2631萬千瓦，累計裝機量達3.9億千瓦。而隨著平價時代到來，風機大型化趨勢尤為凸顯，陸上風機單機容量最高突破10兆瓦，海上風機單機容量突破18兆瓦，葉片長度也在不斷刷新行業(yè)紀錄。

快速大型化給風機葉片材料性能帶來全新考驗，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”。

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

以碳纖維作為玻璃纖維的替代新材料則更加受到關(guān)注。在風機葉片輕量化的要求下，碳纖維以其高強度材料性能獲得了行業(yè)青睞。就在今年，國內(nèi)廠商中，金風科技、運達股份、明陽智能等主流風機制造商推出的風機都采用了以碳纖維為增強纖維的葉片。

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

碳纖維在國防軍工、航空航天、軌道交通、體育休閑等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。無論是從材料科學發(fā)展的趨勢上看，還是從碳纖維應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟、進步上看，未來碳纖維的需求會不斷增長，尤其是在風電、壓力容器、光伏、軌道客車、無人機等領(lǐng)域都會有不俗的表現(xiàn)。

國內(nèi)碳纖維的總需求量達到75028噸，增長約19.3%。特別在體育休閑領(lǐng)域、風電葉片領(lǐng)域，碳纖維保持20%—30%的高增長態(tài)勢。其中，體育休閑領(lǐng)域約23000噸，較2021年增長30.9%;風電葉片用量約17500噸，較2021年增長23.5%;碳碳復(fù)材、壓力容器、建筑補強等領(lǐng)域用量分別約為6800噸、6000噸、3100噸，均實現(xiàn)小幅增長。

2022年，全球風機葉片對碳纖維的需求量占到全球碳纖維需求總量的25.7%，我國風機葉片碳纖維需求量也占碳纖維整體需求的23.5%。

碳纖維風電葉片行業(yè)投資前景分析

2021年，中國風電裝機創(chuàng)新高，新增裝機容量達到5592萬千瓦，同比增長2.7%。其中，陸上風電新增裝機4144萬千瓦;海上風電新增裝機1448萬千瓦，同比增長276.59%。與此同時，風機大型化趨勢愈發(fā)明顯。2021年，中國新增裝機的風電機組平均單機容量為3514千瓦，同比增長31.7%，其中，陸上風電機組平均單機容量同比增長20.7%，海上風電機組同比增長13.9%。

碳纖維在風電葉片大梁上的應(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)合材料具有長度不受限制、截面形狀穩(wěn)定和成本相對低廉等優(yōu)點。利用拉擠成型工藝制作碳梁，再進一步制作葉片，適合大批量、大型的風電葉片的生產(chǎn)。

然而，此前由于維斯塔斯碳梁風電葉片的專利保護在一定程度上限制了拉擠板在風電葉片上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，該項專利到期后，資本市場普遍預(yù)期碳纖維在風電葉片領(lǐng)域的滲透率將進一步增長。

在風電葉片碳纖維需求不斷提升的背后，是不斷增長的葉片長度和穩(wěn)定發(fā)展的風電市場。風機大型化是風電長期降本的有效途徑，通過使用長葉片來擴大風輪的受風面積，有助于提高發(fā)電量及單機功率。大型化風機對于葉片提出了更高的要求，而碳纖維材料能夠滿足大型化所需輕量化、高強度、高模量的要求。

風機葉片成本結(jié)構(gòu)中，原材料成本占總生產(chǎn)成本的75%，而在原材料中，增強纖維和樹脂基體成本占比分別達到21%和33%，是風機葉片原材料成本的主要部分。同時，葉片在風機成本中占比約為25%，葉片材料的降本將在很大程度上推動風機制造成本的下降。

中國風機葉片市場已經(jīng)形成外資企業(yè)、民營企業(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，國內(nèi)企業(yè)以時代新材、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，風機葉片所需的碳纖維產(chǎn)品標準有所不同，技術(shù)成本相對更低，生產(chǎn)過程中，可根據(jù)不同性能、工藝和成本，設(shè)計不同應(yīng)用性能和生產(chǎn)工藝參數(shù)，相對快速實現(xiàn)碳纖維量產(chǎn)。

目前，明陽智能、上海電氣、東方電氣、金風科技等國內(nèi)主流整機商都已開啟碳纖維葉片的試驗及生產(chǎn)應(yīng)用。有數(shù)據(jù)顯示，2022年以來，國內(nèi)新開發(fā)、新批量生產(chǎn)的海上風電機組中，超過70%都應(yīng)用了碳纖維葉片，即使在陸上風電機組中，部分企業(yè)也已經(jīng)開始小批量實測應(yīng)用碳纖維葉片。

在“雙碳”政策的驅(qū)動下，風電裝機高速增長，風電葉片增強材料的滲透率持續(xù)提升，碳纖維風電葉片需求有望快速增長。

更多行業(yè)詳情請點擊中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年碳纖維風電葉片行業(yè)市場深度分析及發(fā)展策略研究報告》。

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