國內風電大葉片技術格局變化 2023年國內風電葉片裝機未來展望

• 2023年1月27日 來源：新浪 656 38
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風電葉片傳統(tǒng)以玻璃纖維增強復合材料為主材制造，但玻璃纖維 材料密度大于碳纖維，同時力學性能尤其是模量遠低于碳纖維復合材料。為了避免 大尺寸風電葉片在受力變形后與支撐柱產生碰撞，就需要采用質量輕、強度高、模 量高的碳纖維增強復合材料來制造葉片。

風電葉片為風機的關鍵構件，主梁為葉片的核心。葉片的尺寸、形狀決定了能量轉化效率，也直接決定了機組功率和性能，所以葉片在設計中處于核心地位。同時葉 片在風電整體成本體系中占比最高，可達 20%-30%。葉片是由復合材料制成的薄殼 結構，主要分為三部分：根部圓柱段、中部氣動翼型段、尖部段，根部圓筒段結構 簡單，主要是純玻璃鋼，中部氣動翼型段內部結構復雜，尖部段外形為氣動翼型， 一般僅為玻璃鋼薄殼。

風電葉片主梁起到關鍵的支撐作用，其由增強材料構成。除了主梁部分，腹板等重 要部件一般采用夾芯結構將葉片所受的剪切力從表層向內部傳遞，以提高葉片的承 載能力?；w樹脂則是整個葉片的材料“包裹體”，包裹了纖維材料和芯材。目前， 國內葉片總成本的 80%源于原材料，其中增強纖維與基體樹脂占比超過 60%，粘接 膠與芯材占比各超過 10%。 構成葉片主梁的增強材料主要有碳纖維增強復合材料(CFRP)和玻璃纖維增強復 合材料(GFRP)。

風電葉片傳統(tǒng)以玻璃纖維增強復合材料為主材制造，但玻璃纖維 材料密度大于碳纖維，同時力學性能尤其是模量遠低于碳纖維復合材料。為了避免 大尺寸風電葉片在受力變形后與支撐柱產生碰撞，就需要采用質量輕、強度高、模 量高的碳纖維增強復合材料來制造葉片。

國內風電大葉片技術格局變化

從2008年我國第一片38米長的兆瓦級風電葉片下線，到2022年12月全球最長葉輪直徑260米海上抗臺葉片下線，不足15年時間國內風電葉片長度增長近3倍之多。近年來，圍繞風電葉片的技術創(chuàng)新此起彼伏，在大型化、材料、設計生產等領域屢獲突破，技術的跨越使葉片無論從長度還是性能都獲得了前所未有的提升。

在這個過程中，國內風電葉片產業(yè)的技術格局也悄然變化。在產業(yè)降本增效壓力，以及高質量發(fā)展需求下，由風電整機企業(yè)主導的技術與材料創(chuàng)新，橫向刷新著風電葉片的長度，縱向刷新著葉片成本與設計能力，成為引領國內風電葉片技術變革的中堅力量，加快風電產業(yè)的創(chuàng)新速度。

在國內大兆瓦機組的持續(xù)迭代下，為了捕獲更多的風能，大葉片需求陡增。另一方面，大功率風機是風電降本的主要手段，作為風機三大關鍵部件之一，大葉片自然也成為配合整機技術進步、推動風電成本下降的必要技術創(chuàng)新手段。

可以說，步入平價后的2021-2022年是我國葉片技術迭代最具代表性的階段。在這兩年的時間內，我國海上風電風電葉片不但快速進入百米時代，更是問鼎全球葉片最長記錄。

2023年國內風電葉片裝機未來展望

國家能源局統(tǒng)計數據顯示，2022年1~11月，國內風電新增發(fā)電裝機容量22.52GW，同比下降8.83%;其中，11月份新增裝機1.38GW，同比降幅達到75%。新增裝機量不及預期，風機招標火熱依舊。

2023年，將是中國風電不同尋常的一年，“首先是風電造價將會迎來歷史第一個低點，其次是風電裝機規(guī)模將會迎來歷史第一個最高峰，或達到80GW?！?/p>

2022年高招標量為2023年風電裝機快速增長打下堅實基礎，風電即將開啟新的高增長周期。預計2023年風電新增裝機規(guī)模有望達到80GW以上，同比增長57%。

我國海上風電裝機容量持續(xù)增長，截至2022年累計裝機容量預計達3250萬千瓦，持續(xù)保持海上風電裝機容量全球第一。我國海上風電加速向深遠海發(fā)展。

我國海上風能資源非常豐富，我國擁有1.8萬公里的海岸線，近海水深5—50米范圍內，風能資源技術開發(fā)量為5億千瓦，而我國深遠海風能可開發(fā)量則是近海的三到四倍以上。深遠海風電機主要以漂浮式為主，不僅可以就地消納，還可以為遠海設施供電。我國浮式風電起步較晚，目前，我國浮式風電裝機容量排名全球第四，預計到2026年，累計裝機容量有望突破50萬千瓦。

根據世界海上風電論壇發(fā)布的最新報告，2022年上半年，全球海上風電裝機容量新增6.8吉瓦，其中，中國占5.1吉瓦?！笆奈濉逼陂g，我國規(guī)劃了五大千萬千瓦海上基地，各地出臺的海上風電發(fā)展規(guī)劃規(guī)模已達8000萬千瓦，這將推動海上風電實現更高速發(fā)展，到2030年累計裝機將超過2億千瓦。

根據中研普華研究院《2022-2027年中國碳纖維風電葉片行業(yè)市場深度分析及投資戰(zhàn)略研究報告》顯示：

當前，國內陸上風電葉片以玻纖為主，十幾年的發(fā)展已經使國內葉片供應鏈實現了樹脂、玻纖的全部國產化，平價前夕瘋狂漲價的巴沙木當前也已回落至穩(wěn)定水平。但國內高性能碳纖維材料仍然嚴重依賴進口，而在海上超長葉片領域，碳纖維已經成為葉片技術迭代的必選材料。

碳纖維的相對密度約比玻纖小30%，抗壓強度卻高出40%。研究表明，相同葉片長度下, 引入碳纖維的葉片重量比玻纖可降低約15%的重量。且碳纖維韌性更大，采用碳纖維的葉片彎曲剛度提升，可有效改善葉片的空氣動力學性能，降低葉片對傳動系統(tǒng)和塔筒的負載，從而進一步提升捕風能力和運行穩(wěn)定水平。

生產中，碳纖維一般應用于葉片主梁，主梁占比葉片總重量1/3左右。中國建材集團董事長周育先曾在一檔節(jié)目中表示，實現主梁等關鍵部分的碳纖維替代可以降低葉片重量20%左右，這對風電系統(tǒng)成本下降、性能穩(wěn)定將是巨大的貢獻。

但對于風電葉片而言，碳纖維140-150元/公斤的價格明顯還過于昂貴。昂貴的原因，一方面是國內高性能碳纖維材料嚴重依賴進口，另一方面是國內尚未形成足以支撐我國制造業(yè)升級轉型的產能規(guī)模。

2021年國內風電行業(yè)使用碳纖維約3萬噸，雖然只是部分葉片用到了碳纖維，但這個使用量已經占全球的30%。在海上風電的發(fā)展推動下，預測到2025年，行業(yè)對碳纖維的需求將達9萬噸，到2030年可能要增長到20萬噸?？梢哉f，碳纖維應用必將成為推動風電葉片產業(yè)升級的下一個重要突破口。

碳纖維具有諸多優(yōu)秀性能，除2020年受疫情影響增速放緩，全球碳纖維需求一直穩(wěn)步上升。以2021年為例，國內36%的碳纖維材料應用于風力發(fā)電中的風電葉片(36%)，其次應用于體育休閑(28%)、碳/碳復合材料(11%)、壓力容器(5%)以及其他領域。其中，新能源領域的快速發(fā)展直接拉動了碳纖維的需求。

根據業(yè)內預計，到2025年，國內風電用碳纖維這一細分市場的需求總量將達到5.2萬噸，2021-2025年的年復合增長率達84.3%，遠期理論空間有望達13.1萬噸;此外還有光伏發(fā)電領域，碳碳復材的碳纖維需求量將達到1.3萬噸，2021-2025年的年復合增長率達38.4%;同時，氫能、航空航天、國產大飛機、新能源車等行業(yè)的碳纖維需求也在高速增長中。

未來隨著技術發(fā)展，高性能玻纖提質降本，葉片的生產成本進一步降低，將助力風 電行業(yè)更多參與到平價時代。在風電葉片大型化趨勢下，碳纖維物理性能優(yōu)勢凸顯， 但是短期來看，碳纖維仍難以完全替代玻纖。在風電葉片的發(fā)展過程中，為了達到 更高的發(fā)電效率，滿足葉片更大更強更輕的訴求，葉片的制作工藝和材料也隨著技 術和科技的發(fā)展不斷進步。

總體來看，受益于下游應用領域的多維發(fā)展與滲透率的提升，風電、光伏、氫能、航空航天等領域都將合力推升碳纖維的需求擴張，從中長期維度來看，碳纖維供需缺口預計將持續(xù)存在。

《2022-2027年中國碳纖維風電葉片行業(yè)市場深度分析及投資戰(zhàn)略研究報告》由中研普華研究院撰寫，本報告對該行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現狀、行業(yè)發(fā)展變化等進行了分析，重點分析了行業(yè)的發(fā)展現狀、如何面對行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競爭力，以及行業(yè)的投資分析和趨勢預測等等。報告還綜合了行業(yè)的整體發(fā)展動態(tài)，對行業(yè)在產品方面提供了參考建議和具體解決辦法。

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