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im体育网页版:2021年中国风电叶片产业现状分析轻量化背景下玻纤和碳纤维需求持续增长

发布时间:2022-04-19 00:52:14 来源:im体育网站 作者:im体育下载

  原标题:2021年中国风电叶片产业现状分析,轻量化背景下玻纤和碳纤维需求持续增长

  风电叶片主要原材料包括树脂基体、增强材料以及粘接剂、芯材等,而增强材料主要有玻璃纤维和碳纤维两种。增强材料(如玻纤)嵌入热固性树脂基体(如环氧树脂)中形成纤维增强复合材料,基体材料提供韧性与耐久度,增强纤维材料则主要提供结构足够的刚度与强度。实现纤维增强复合材料嵌入过程的工艺包括湿法手糊成型(Hand Lay-up)、预浸料成型(Prepreg)、真空导入成型(RIM),前两者因环境污染、成本较高不适用于大型叶片,目前主流工艺为真空灌注导入。

  主流风电叶片结构包括主梁系统、上下蒙皮、叶根增强层等:主梁系统包括主梁与腹板,主梁负责主要承载,提供叶片刚度即抗弯和抗扭能力。腹板负责支撑截面结构,预制后粘接在主梁上;蒙皮形成叶片气动外形用于捕捉风能,通常在形成主梁结构后,上下蒙皮通过前、后缘与主梁结构粘接成为叶片;叶根增强层将主梁上载荷传递到主机处。目前叶片主体主要用玻纤材料,主梁部分采用碳纤维复合材料。

  作为风电产业链中关键组成,我国风电叶片整体产业相对简单,上游主要各原材料的生产,包括玻纤、碳纤维和新材等,中游主要为风电叶片生产企业,包括中材科技、时代新材、中复连众和艾郎科技等。下游主要应用风电电站。

  叶片主要由复合材料组成,包括环氧树脂、玻纤、碳纤维等,目前80-90米长的叶片玻纤用量在25-40吨,在风机大型化轻量化背景下,玻纤和碳纤维占比有望继续增长。风电风机材料成本占比在95%以上,其中叶片占风机材料成本20%左右,而玻纤又占风电叶片材料成本28%。成本占比高,叶片厂家在选择复合材料时同样会重点考虑性价比。过去近10年缠绕直接纱2400tex价格中枢在4000-7000元/吨,而OC高端风电纱1200tex高模量直接纱(H玻纤)价格大约在10000-12000元/吨,价格位于钢材与铝合金之间,风电叶片大规模使用玻纤不会大幅提升成本。

  根据《数据,风电用大丝束碳纤维成本为12万元/吨(约1.8万美元/吨,其他可参考数据区间在1.4-1.8万美元/吨),制成织物成本则需18万元/吨,是玻纤织物价格的12倍。当前碳纤维主要用于叶片主梁,即替换原先主梁中的单轴向玻纤布(单轴向玻纤布占叶片成本14%),替换后可有效减重20%,但成本上升82%。

  风电叶片是风电机组的重要组成部分,约占风电总成本的24%左右,是最关键的零部件组成。根据数据,在风电装机容量方面,截至2021年我国风电装机容量为32848万千瓦,同比2020年增长16.68%,2016-2021年复合增长率为17.2%。预计随着终端电力需求持续增长,能源需求仍是未来关键,将带动风电叶片产业整体需求持续上升。

  叶片是风机的核心零部件,是决定风能利用率的关键,以某企业双馈式风电机组为例,在风机成本中,叶片、齿轮箱、发电机是成本占比最高的三种零部件,分别为23.6%、12.7%和8.7%。就利润情况而言,零部件制造商的毛利率水平通常高于中游整机厂,零部件中的主轴、轴承、法兰、电缆、变流器毛利率较高,塔筒、叶片其次。

  相关报告:华经产业研究院发布的《2021-2026年中国风电叶片行业市场调研及投资战略规划报告》

  随着风电持续发展,我国风电叶片整体需求持续增长。根据数据显示,2019年我国风力发电叶片需求达到14589套,预计2020年将达到22977万套。目前国内政策推动海上发电建立,预计风电叶片整体需求有望进一步增长。

  风电叶片是风电机组将风能转化为机械能的关键核心部件之一,也是风机获取更高风电机组利用小时数和实现经济效益的基础。在风电抢装背景下,2020年,风电机组的产能和交付很大程度上将受到叶片制约。就我国风电叶片市场规模而言,随着2020年风电装机量大幅度增长,我国风电市场规模大幅度增长至521亿元左右。

  风电叶片大型化成为趋势。由于风电机组走向大型化,对叶片的材料、尺寸等要求也越来越高。风电机组单机功率的提升主要依靠叶片大型化,通过增加叶片直径扩大扫风面积,进而提升发电量。从叶片直径来看,2016年,45-55米以内的叶片是绝对主力叶型;到2018年,55-60米左右叶片占领了大部分市场,60-65米叶片也开始批量生产。预计2021年55米以上的风电叶片将成为市场主流,占据60%左右的份额。

  目前中国风机叶片市场已经形成外资企业、民营企业、研究院所、上市公司等多元化的主体投资形式。外资企业主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等,国内企业以时代新材、中材科技等为代表。根据数据,目前中材科技和时代新材产能都达到10000MW。

  终端的风电叶片已基本完成国产化。其中(2019年数据),中材科技占据30%份额,时代新材20%,中复连众15%,CR5在70%以上,并且依赖庞大的中国市场,国内厂商在全球的市场份额逐渐扩大,中材科技已进入全球前三之列。整体来看,叶片市场CR5超过60%,市场集中度高。

  中材科技体量较大,盈利表现突出:作为国内市场龙头,2020年中材科技风电叶片出货量达到12.34GW,毛利率保持平稳增长,到2020年毛利率达到23.93%,较18年累计上涨10pct。2021销量和营收小幅度下降,但市占率有所回升。时代新材叶片营收从2019年的23.25亿元增长至2020年的68.33亿元,规模快速扩张。2017年天顺风能开始自主研发、生产和销售风电叶片,发展迅速,2019年叶片业务实现销售收入7.52亿元,同比增加近200%,由于天顺18~19年主要以模具销售为主,因此毛利率显著高于平均水平。

  风电叶片大梁所用碳纤维存在大克重预浸料、碳纤维织物线年之前全球碳纤维工艺以预浸料和真空灌注为主,价格高使风电叶片采用碳纤维比例偏低;近年来Vestas大丝束碳纤维(主流供应商为ZOLTEK)拉挤梁片成为主流。拉挤工艺先将碳纤维制成拉挤板材,叶片制作时在设定位置内把拉挤板材黏贴在蒙皮上制成大梁。其设计理念是把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效率、高质量、低成本的拉挤梁片标准件,然后把标准件一次组装整体成型。拉挤工艺碳纤维板材体积含量达69%,明显高于预浸料和真空灌注,纤维含量高使拉挤法碳纤维高强高模轻质效果更好,能应用于刚度要求非常高、主梁疲劳富余量非常大的叶片。

  叶片技术变化主要体现在尺寸增加和轻量化、高强度材料的使用。风机大型化趋势显著,意味着需要更长的叶片,更大的受风面积,可以捕捉更多的风能,也有助于在低风速的地方打开市场。海上风机容量更大,所需要的叶片比陆上风电叶片更大,但尺寸更大的叶片就需要减重,这样也加大了重量更轻、强度更高的材料在风电叶片上的使用。在风机大型化轻量化背景下,玻纤和碳纤维占比有望继续增长。

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