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碳纖維板塊的逆勢走強(qiáng)源于市場對其下游需求即將放量的預(yù)期，而促使投資者作出此判斷的關(guān)鍵事件，是一則保護(hù)到期的信息。
據(jù)了解，20多年前，風(fēng)電巨頭維斯塔斯通過核心技術(shù)解決了碳纖維板應(yīng)用在風(fēng)電葉片上的工藝問題，將拉擠碳板運(yùn)用到了風(fēng)電領(lǐng)域。同時，2002年7月19日，維斯塔斯向知識產(chǎn)權(quán)局、歐洲局、知識產(chǎn)權(quán)局等國際性知識產(chǎn)權(quán)局申請了以碳纖維條帶為主要材料的風(fēng)力渦輪葉片的相關(guān)，保護(hù)期為20年。
7月19日，風(fēng)電巨頭維斯塔斯（Vestas）碳梁保護(hù)期正式到期。這意味著其他風(fēng)電葉片制造商從此可以不受限制地推出應(yīng)用碳梁的風(fēng)電葉片產(chǎn)品。
風(fēng)電葉片企業(yè)內(nèi)部人員表示，“雖然碳纖維性能更優(yōu)，但因?yàn)槌杀締栴}，相比碳纖維，玻璃纖維在葉片中的應(yīng)用仍是主流。”
根據(jù)業(yè)內(nèi)測算，當(dāng)碳纖維成本降到80元~100元/公斤水平時，碳纖維在葉片領(lǐng)域的大規(guī)模利用場景或?qū)⑼耆蜷_。
01 擺脫推廣障礙
作為風(fēng)電機(jī)組重要的大部件，風(fēng)電葉片決定著風(fēng)電機(jī)組的捕風(fēng)能力。
在風(fēng)電行業(yè)發(fā)展之初，風(fēng)電葉片制造方法主要為預(yù)浸料、碳布真空灌注工藝，這種方式不僅成本高，而且效率低。
后來，丹麥風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商Vestas采用全新的葉片設(shè)計(jì)，將風(fēng)機(jī)葉片整體成型的主梁主體受力部分拆解為高效、低成本高質(zhì)量的拉擠梁片標(biāo)準(zhǔn)件，然后采用相對更經(jīng)濟(jì)的大絲束材質(zhì)，把標(biāo)準(zhǔn)件一次組裝、整體成型。在這一工藝中，葉片的碳纖維體積含量大幅提高，因此可以在成本增加不多的情況下，令葉片減重40%的同時效率提高100%。
自此開始，Vestas便成為了風(fēng)電行業(yè)巨頭，并引領(lǐng)風(fēng)電葉片從玻璃纖維進(jìn)入到碳纖維時代。
2002年7月19日，Vestas分別向、丹麥等知識產(chǎn)權(quán)局，歐洲局、知識產(chǎn)權(quán)局等國際性知識產(chǎn)權(quán)局申請了以碳纖維條帶為主要材料的風(fēng)力渦輪葉片的相關(guān)，保護(hù)期為20年，自此阻斷了包括在內(nèi)的大部分風(fēng)電廠商仿用的可能性。
在此背景下，其他風(fēng)電廠商要么就得花費(fèi)大量資金使用Vestas的，要么就嘗試?yán)@過該自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)碳纖維風(fēng)電葉片。但終的結(jié)果是，這兩種方法都難以實(shí)施。因此諸多風(fēng)電廠商不得不繼續(xù)使用傳統(tǒng)的玻璃纖維，而這就是我國風(fēng)電葉片制造難以有革命性發(fā)展的主要原因。
有業(yè)內(nèi)人士告訴華夏能源網(wǎng)/華夏風(fēng)電：“到期將有效降低相關(guān)企業(yè)進(jìn)入行業(yè)的門檻，國內(nèi)風(fēng)電制造廠商可以不受限制地推出應(yīng)用碳梁的風(fēng)電葉片產(chǎn)品，為碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域貢獻(xiàn)非常大的增量市場。”
據(jù)了解，在國內(nèi)，包括明陽智能、中材科技、時代新材在內(nèi)的多家企業(yè)都布局了碳纖維拉擠產(chǎn)線。中材科技表示：這一消息對公司比較積極。Vestas過去有給公司授權(quán)，公司有成熟的產(chǎn)品，未來這個不受限制之后，推廣便再沒有障礙。
02 開啟增量市場？
僅僅是一項(xiàng)限制的解除，何以引得碳纖維板塊大動？答案似乎顯而易見：投資者看中了即將開啟的增量市場。
中信建投研報顯示，碳纖維是由聚丙烯腈、瀝青基等有機(jī)纖維（原絲）在高溫環(huán)境下裂解碳化形成的碳主鏈結(jié)構(gòu)高性能纖維材料，具有質(zhì)輕、高強(qiáng)度、高模量、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有高比強(qiáng)度和比模量的纖維。
基于其優(yōu)異的性能，碳纖維在航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、交通建設(shè)等多領(lǐng)域均獲得廣泛應(yīng)用。值得注意的是，在下游的眾多應(yīng)用市場中，風(fēng)電葉片市場 “獨(dú)占鰲頭”。
根據(jù)風(fēng)能理事會（CWEA）數(shù)據(jù)，2015年~2021年，在風(fēng)電領(lǐng)域內(nèi)，碳纖維需求量逐年上升，從1.8萬噸增長到了3.3萬噸。2021年，風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維需求量在其總需求中占比達(dá)到30%。同時，百川盈孚數(shù)據(jù)顯示，2022年，風(fēng)電葉片為國內(nèi)碳纖維下游應(yīng)用中的大市場，需求量占比達(dá)35%。
在風(fēng)電葉片碳纖維需求不斷提升的背后，是不斷增長的葉片長度和穩(wěn)定發(fā)展的風(fēng)電市場。
可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會（CWEA）數(shù)據(jù)顯示，2021年，風(fēng)電裝機(jī)創(chuàng)新高，新增裝機(jī)容量達(dá)到5592萬千瓦，同比增長2.7%。其中，陸上風(fēng)電新增裝機(jī)4144萬千瓦；海上風(fēng)電新增裝機(jī)1448萬千瓦，同比增長276.59%。
與此同時，風(fēng)機(jī)大型化趨勢愈發(fā)明顯。2021年，新增裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為3514千瓦，同比增長31.7%，其中，陸上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量同比增長20.7%，海上風(fēng)電機(jī)組同比增長13.9%。
伴隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的提升，葉片的長度也不斷創(chuàng)新高。中信建投研報顯示，2014年，風(fēng)電新增裝機(jī)中88%的機(jī)型葉輪直徑小于110米，而到了2019年，葉輪直徑為110米以上的風(fēng)機(jī)占比已達(dá)到86.5%。2020年，主流機(jī)型的葉輪直徑已達(dá)到131米~150米。
某風(fēng)電整機(jī)企業(yè)人士告訴記者，“在風(fēng)機(jī)大型化，尤其是海上風(fēng)機(jī)越做越大的背景下，葉片的大型化和輕量化是必然趨勢。由于碳纖維具備高比強(qiáng)度及高比模量的特殊性能，其在葉片中的應(yīng)用可以在保證葉片強(qiáng)度的同時降低重量，實(shí)現(xiàn)更大掃風(fēng)面積和更小的機(jī)組負(fù)荷，提升機(jī)組的發(fā)電效率。因此，相比玻璃纖維，碳纖維是更為理想的葉片材料。”
03 碳纖維在風(fēng)電葉片的應(yīng)用
當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組朝著大功率、大型化、輕量化、低成本化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的葉片制造材料主要為玻璃纖維復(fù)合材料，而當(dāng)葉片長度超過一定值后，全玻璃鋼葉片重量比較大，性能上也有較多不足，已經(jīng)無法滿足風(fēng)電葉片大型化，輕量化的要求。而碳纖維復(fù)合材料比玻璃纖維復(fù)合材料具有更低的密度，更高的強(qiáng)度，更高的剛度，其突破了玻璃纖維復(fù)合材料的性能極限，而且可以保證風(fēng)電葉片在增加長度的同時，重量大大降低了。
目前，碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用在葉片的主梁部分。光大證券研報顯示，碳纖維在風(fēng)電葉片大梁上的應(yīng)用主要有三種方式，分別是預(yù)浸料鋪貼、多軸織物灌注以及拉擠碳板工藝，其中拉擠成型工藝制備的碳纖維復(fù)合材料具有長度不受限制、截面形狀穩(wěn)定和成本相對低廉等優(yōu)點(diǎn)。利用拉擠成型工藝制作碳梁，再進(jìn)一步制作葉片，適合大批量、大型的風(fēng)電葉片的生產(chǎn)。
然而，此前由于維斯塔斯碳梁風(fēng)電葉片的保護(hù)在一定程度上限制了拉擠板在風(fēng)電葉片上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，該項(xiàng)到期后，資本市場普遍預(yù)期碳纖維在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的滲透率將進(jìn)一步增長。
根據(jù)國際能源署IEA數(shù)據(jù)，陸上風(fēng)電機(jī)組較為常見的為2-3MW 機(jī)型，風(fēng)機(jī)葉片相對較短；而海上風(fēng)電普遍新增裝機(jī)機(jī)組功率大于 5MW，主流的機(jī)組功率為 6-8MW，在研制的大型機(jī)組達(dá)到10MW 或以上，葉片普遍長于陸上風(fēng)電，海風(fēng)葉片大型化趨勢日趨明顯，近幾年更有加速之勢。若使機(jī)組功率保持在8-10MW甚至以上，則未來海風(fēng)葉片主流機(jī)型葉輪直徑須達(dá)到180米甚至200米以上。
根據(jù)美國桑迪亞實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，碳纖維在風(fēng)電葉片的需求主要應(yīng)用在3-5MW和8-10MW功率機(jī)型，其中10MW以上機(jī)型更是有望100%使用碳纖維梁帽，或者隨著葉片長度增加而使用需求明顯提升，當(dāng)葉片長度大于70米時，碳纖維的滲透率達(dá)到55%，隨著葉片大型化發(fā)展，未來葉片平均長度大概率超過90米甚至100米，碳纖維的滲透率將進(jìn)一步提高，這為碳纖維提供了廣闊的市場空間。
04 性價比的考量
實(shí)際上，早在碳梁風(fēng)電葉片的技術(shù)尚在保護(hù)期內(nèi)之時，業(yè)內(nèi)就已經(jīng)對到期后，碳纖維的需求放量翹盼望。
彼時，市場分析曾預(yù)判，碳纖維主梁葉片的到期或?qū)⒊蔀槿~片設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)程中的里程碑事件，若再疊加碳纖維材料的價格下降，碳纖維在葉片中技術(shù)迭代與大規(guī)模應(yīng)用或?qū)⒂|手可及。
然而，目前，成本問題仍是橫亙在碳纖維葉片規(guī)模化道路上的大“攔路虎”。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，風(fēng)電用大絲束碳纖維成本為12萬元/噸，制成織物的成本將進(jìn)一步升至18萬元/噸，是玻纖織物價格的12倍。
在成本高企的情況下，企業(yè)想要實(shí)現(xiàn)成本與收益平衡難度加大。根據(jù)測算，若將碳纖維用于葉片主梁，替換原先主梁中的單軸向玻纖布，替換后可有效減重20%，但成本將上升82%。
海上風(fēng)電龍頭企業(yè)明陽智能（601615.SH）風(fēng)能研究院副院長李軍向曾在“風(fēng)電葉片大型化技術(shù)論壇”上表示，“葉片終究是妥協(xié)的產(chǎn)物，妥協(xié)其實(shí)就是平衡。雖然目前大型化、輕量化的方向已經(jīng)明朗，但葉片的制造仍需要在低成本、優(yōu)設(shè)計(jì)、高效率、低制造難度等方面不斷權(quán)衡。”
這意味著，盡管碳纖維在葉片中的應(yīng)用擺脫了保護(hù)的束縛，但若想要在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，仍然任重道遠(yuǎn)。
更重要的是，在風(fēng)電行業(yè)國補(bǔ)已退，但海上風(fēng)電距平價尚有距離的背景下，大規(guī)模、高成本的使用碳纖維幾乎不可想象。據(jù)了解，葉片為風(fēng)電機(jī)組核心部件，其成本約占風(fēng)機(jī)價格總成本的20%左右，而在葉片的成本構(gòu)成中，葉片材料占比超80%。
自2020年底開始，風(fēng)電整機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)“降價潮”。目前，陸上風(fēng)機(jī)的價格已降至2500元/千瓦左后，海上風(fēng)機(jī)價格跌破4000元/千瓦，其價格相比搶裝時的歷史高點(diǎn)均已“腰斬”。在這樣背景下，產(chǎn)業(yè)降本壓力勢必沿著產(chǎn)業(yè)鏈傳導(dǎo)至上游葉片環(huán)節(jié)。
“因?yàn)槌杀締栴}，相比碳纖維，玻璃纖維在葉片中的應(yīng)用仍是主流。”某風(fēng)電葉片企業(yè)內(nèi)部人員告訴記者，“目前，公司生產(chǎn)的葉片大比例還是采用玻璃纖維，而且通過技術(shù)迭代，玻璃纖維也可以滿足大型化的要求。”
根據(jù)業(yè)內(nèi)測算，當(dāng)碳纖維成本降到80元~100元/公斤水平時，碳纖維在葉片領(lǐng)域的大規(guī)模利用場景或?qū)⑼耆蜷_。同時，李軍指出，“葉片是一個非常系統(tǒng)性的工程，從前期的設(shè)計(jì)到中間的生產(chǎn)制造，以及后期葉片運(yùn)維，涉及方方面面。一定要做到精細(xì)化設(shè)計(jì)，只有這樣才可能在低成本的情況下，把葉片做到輕量化。”