【前瞻系列】我国风电产业的核心竞争力风电叶片占据全球六成份额产业链再梳理

admin2年前 (2024-09-21)产业地产资讯73

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　　前言：央视蕞近专门报道了国产风电产业的情况，其中提到了我国风电的核心竞争力——风叶。所以有乡亲希望我能梳理下叶片的情况，安排！

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　　据央视报道，凭借着“稳重”的硬实力，中国风力发电设备牢牢地站稳了海外市场。从2017年到2021年，我国风力发电机组出口量从不到2万台增长到超过4万台，出口金额更是从近30亿元增长到了超90亿元。飞速增长的数字背后，是我国风电行业不停前行的脚步。风电大叶片则是其中的佼佼者。

　　叶片是风电蕞基础的关键零部件之一，是影响风力发电效率的关键因素之一，为满足复杂工况下的高效率发电，风电叶片要求外型设计、密度轻、强度高、韧性强，除外形设计以外的力学性能要求都直接与风电叶片的结构和材料有关。

　　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。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。

　　风电叶片的原材料成本结构来看，增强纤维、树脂（基体材料）、芯材、结构胶、金属及配件和其他材料的成本占比分别为21%、33%、25%、8%、6%、7%，主梁材料和芯材占原材料成本达79%。

　　玻璃纤维增强复合材料是指用玻璃纤维作为增强纤维材料，不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂作为基体材料，也称为玻璃钢，强度高、重量轻、耐老化，表面可再缠玻璃纤维及涂环氧树脂。

　　玻璃纤维目前仍是主流增强材料，根据中国巨石公开披露，公司玻纤产品约有20%用于风电叶片。玻璃纤维经过多年的大规模应用，工艺早已成熟，短期来看玻璃纤维仍将是主流材料，不过随着风机大型化趋势推进，碳纤维增强复合材料占比有望提升。

　　碳纤维的密度比玻璃纤维低30%-35%，应用碳纤维可使叶片减重20%以上；碳纤维的拉伸模量比玻璃纤维高3-8倍；碳纤维拥有更强的抗疲劳性能，能够延长叶片的使用寿命。

　　国内主流的碳纤维供应商在“十四五”期间开始提高碳纤维产能和批量化生产供应，并通过提升技术、改进设备和减少能耗来降低成本。从2020年开始，碳纤维产能大幅上升，且2021年较2020年在数量和增幅方面，有较大提升，2020年碳纤维产能从2019年的2.69万吨提升至3.62万吨，2021年产能增至6.34万吨，增幅高达75.14%。

　　随着海上风电市场的不断扩大，碳纤维的应用占比有望提升。对于海上大叶片来说，通常会在其承载的关键部位主梁上应用碳纤维以提高叶片刚度和强度，以减少传递到主机和塔底的载荷，进而优化整机系统造价来降低度电成本。应用碳纤主梁设计的叶片一般比全玻纤叶片减重20%-30%，虽然碳纤叶片成本上升，但其带来的传动链上相关部件以及塔筒的优化减重，使得风电机组的整体成本降低10%以上。

　　树脂基体材料在复合材料中起着粘结、支持、保护增强材料和传递载荷的作用，要求缺陷低、高效成型，同时成本占比高，成本也是重要考虑方面。

　　基于行业对叶片提质增效的需求，不仅树脂对纤维织物要有更好的浸润性以提高灌注速度，也要根据升温曲线来减少固化时间。目前在树脂基体材料方面，环氧树脂是主流，2021年环氧树脂市场价格受疫情影响走高，2022年价格有所回落。其他树脂基体材料还包括聚氨酯材料、DCPD树脂、热塑性树脂和碳纤维增强乙烯基树脂等。

　　风力发电叶片是大型结构件，芯材是叶片的关键增强材料，芯材作为夹层结构来提升结构刚度，提高整个叶片的抗载能力。目前用于风力发电叶片芯材的材料主要有巴沙木、聚氯乙烯（PVC）泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫（PET）和聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫等，其中质量轻、强度高的PVC泡沫由于其行业应用比较成熟，较为广泛。

　　PVC(聚氯乙烯)泡沫是以聚氯乙烯树脂为主体，加入发泡剂及其它添加剂制成的一种泡沫材料；

　　巴沙木生长速度快，木质密度低，每立方米的重量仅为0.1吨，但在2019年至2020年，受风电抢装以及疫情的影响，巴沙木供应较为紧张，2020年价格曾突破2万元/立方米，接近于2019年的3倍；

　　PET价格也从2020年的4000元/吨提高至目前的8000元/吨以上。