风电叶片成本分析、市场分析与玻纤/碳纤发展趋势分析

风电叶片成本结构分析

风力发电行业主要由上游原材料生产、中游零部件制造和风力机组制造、以及下游风电场运营和电网运营等环节构成。风力发电机主要由叶轮、机舱、塔筒三部分构成。由于风电场招标时塔筒一般单独招标，风力机组此时即指叶轮和机舱两部分。风机的叶轮负责将风能转化为机械能，它由叶片、轮毂、整流罩组成，其中叶片将空气的动能转化为叶片和主轴的机械能，继而通过发电机转化为电能。叶片的尺寸、形状直接决定了能量转化效率，也直接决定了机组功率和性能，因此风电叶片在风机设计中处于核心地位。风电叶片的成本占风力发电整个系统的总成本比重达到20%-30%。风电场建设成本可以分为设备费、安装费、建筑工程、其它费用等，以某50MW风电场为例，约70%的成本来自设备费；设备费中94%的成本来自发电设备；发电设备费中的80%来自风力机组成本，17%来自塔筒成本。如此计算则风力机组费用约占电站总投资的51%，塔筒费用约占总投资的11%，二者的购置费是风电场建设的主要成本。风电叶片需具备尺寸大、外形复杂、精度要求高、质量分布均匀、耐候性好等特点。目前，风电叶片每年的市场规模约为150-200亿元。国内目前叶片成本的80％来源于原材料，其中增强纤维、芯材、基体树脂与粘接胶，合计占比超过总成本价格的85％，增强纤维与基体树脂占超过60％，粘接胶与芯材各占比都超过10％。基体树脂是整个叶片的材料“包裹体”，包裹了纤维材料和芯材，被包裹的材料用量实际决定了基体材料的用量，即纤维材料。

风电叶片行业市场竞争格局分析

目前，全球风电叶片行业具备1000套以上产能的大型企业有十几家，其中外资企业以美国GE、迪皮埃TPI、丹麦LM为主（LM已于2017年被GE收购），国内风电叶片龙头企业包括中材科技、中复连众等专业叶片生产商和国电联合动力、明阳智能等具备自主生产叶片能力的整机生产商。由于受到运输半径制约，产能分布会影响叶片市场竞争格局，地方性厂商受益于地域性优势瓜分了一些区域市场份额。数据显示，国内排名前五的风电叶片企业市场份额已由2011年的10% 增加至2018年的50%。

风电叶片行业发展趋势

2021年，国家能源局要求风电平价上网发电，产业链对于降本增效的需求日益增强。因此，开发出具有放热温度低、低密度、快速建立脱模强度的灌注树脂、轻质高韧的胶粘剂，对于缩短叶片从灌注到合模的整体制程，进而达到降本增效的作用至关重要。风电叶片大型化发展的同时，兼顾整个产业链的成本降低，叶片设计会朝着模块化的趋势发展，在未来产品开发储备上必然要从降本增效来考量。风电叶片大型化、轻量化趋势

随着市场对风电叶片的利用效率要求越来越高，风电叶片向大型化发展成为了必然的趋势。在相同长度叶片下，使用玻璃纤维作为增强材料的叶片重量显著大于使用碳纤维作为增强材料的叶片重量，从而影响风电机组的运行性能和转换效率。传统玻璃纤维制成的复合材料已经逐渐暴露出了一定缺点, 例如弹性模量和层间剪切强度比较低, 长期耐温性差容易老化, 特别是材料的质量密度还比较大随着发电机组向大型化发展风机的叶片长度不断增加, 越来越重的叶片对发电机和塔座也提出了更苛刻的要求。相同叶片长度下, 采用碳纤维复合材料制作的重量远远低于玻璃纤维复合材料制作的重量。叶片质量的减小和刚度的增加, 可以有效改善叶片的空气动力学性能, 降低叶片对机塔和轮轴的负载，风机的输出功率更平滑更均衡、运行效率更高，更有利于风机的风力收集。技术发展趋势上，风电叶片未来将会着重于产品容量逐渐提升，无论是陆上风电与海上风电均会向大型化发展。现阶段风力发电机主流容量为2~4MW，未来小容量风力机将逐步淡出市场，朝向大型化风力机发展。风力机大型化的优点为对于风场土地利用效率大幅增加，缺点为单位建置成本将小幅上升。