风电材料行业专题研究：玻纤碳纤双骄_共享风电增量时代.docx

风电材料行业专题研究：玻纤碳纤双骄_共享风电增量时代1.风机大型化推动大丝束碳纤维需求1.1大功率风机占比明显提升HYPERLINK"http://quote.eastmoney.com/SH601615.html"\h风机厂商大功率机型占比明显提升。CWEA数据显示，国内风电新增装机平均单机功率从2010年1.45MW上升到2019年2.45MW，主流机型单机容量不断上升。观察整机厂金风科技、明阳智能的在手外部订单及产量结构，同样可以看出大功率机型是大势所趋，3MW及以上机型占比从2018年较低份额提升到当前主力机型。风机大型化能有效降低度电成本。（1）摊薄风机制造成本：国内整机厂提高关键部件输出功率，而在普通零部件端保持通用设计，因此零部件材料使用量与风机功率非固定值。参考Vestas不同单机容量机型耗用原材料数据，风机大型化能够降低单W原材料制造成本；（2）摊薄风机非制造成本：同等装机规模下，风电单机功率提升则所需风机数量下降，对应塔架、土地、道路等建设费用将随之摊薄；（3）提升发电效率：同等风速情况下风电机组发电量与扫风面积成正比，因此增加叶片长度能够有效提升发电量。叶片长度不断突破。一般风机功率越大、叶片长度越长，风机厂商大功率机型占比明显提升，带动主流新增装机叶轮直径从2014年90-110米提升到2018年110-130米（数据来源：CWEA）。我国风电发展初期，风机多装于陆上富风区域，随着富风区域市场逐渐饱和，以及低风速和海上风电技术发展，在低风速区域和海上建风电厂已具备经济效益。而在低风速区和海上风电场，风机叶轮直径是重要竞争力指标，因为叶轮直径越长，扫风面积越大，发电量越大，以弥补风速不足的缺陷，小叶片已不能充分匹配海上风电需求。海风未来发展前景较为乐观，近年来无论是全球还是我国，海上风电累积装机量增速持续高于整体，欧洲多国已制订计划，预备大规模开发利用海上风力资源。1.2叶片大型化带动碳纤维需求叶片大型化提高轻量化与强度刚度要求，从而带动碳纤维需求。（1）轻量化：叶片长度增加时，由于叶片重量增加与风叶长度立方成正比，而风机产生电能与风叶长度平方成正比，因此叶片重量增加快于能量提取。碳纤维由于其减重性能成为平衡叶片长度与重量的新型应用材料。（2）满足强度刚度要求：叶片长度增加同时也对增强材料的强度、刚度等性能提出更高要求，如为保证在极端风载下叶尖不碰塔架，叶片必须具有足够刚度，而碳纤维能够起到强度与刚度增强效果。2.风电叶片材料：玻纤vs碳纤维2.1玻纤为主流风电叶片增强材料2.1.1玻纤性价比高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(HandLay-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。密度、拉伸强度、模量为风电增强材料关键指标，玻纤为主流风电叶片增强材料。风电叶片增强材料经历早期木材、布蒙皮、铁蒙皮、铝合金蒙皮等材料后，目前已完全使用复合材料，主因玻纤性能优异且具备经济性。（1）密度满足轻量化需求。如何平衡叶片长度与重量是解决轻量化问题的核心，而材料密度越小单位体积质量越轻，因此选用低密度材料能满足风电叶片轻量化需求。（2）拉伸模量、拉伸强度满足刚度与强度性能需求。叶片由于发电环境艰难必须具备高刚度、强度，拉伸模量指受正应力时弹性模量，拉伸强度指静拉伸条件下最大承载能力。复合材料由于其可设计性，刚度和强度较钢材、铝合金等其他材料更适用于风电叶片。此外正因复合材料如玻纤的可设计性，玻纤厂家可不断优化生产工艺提升拉伸强度与拉伸模量，以重庆国际TM规格玻纤为例，较风电叶片常用E玻纤可提高25-35%力学性能、10-17%模量、20-40%动态疲劳性能等。（3）价格具备商业化经济性。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。2.1.2各类玻纤因性能差异应用于叶片不同结构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