【風電】大型化趨勢下風電行業路在何方?

 隨著風電行業進入平價時代,度電成本降低的最有效手段就是不斷擴大風電機組的單機容量,由此也帶來風電葉片長度的不斷增加。因此,平價時代機組大型化是風電發展的必然趨勢,開發“大型化、輕量化和低成本”葉片是推動機組度電成本降低的較為有效手段。

 

大型化趨勢下

風電行業路在何方?

風電大型化是風電降本、平價上網的重要方式。風機兆瓦數上升20%,可以降低度電成本LCOE 30%。當海風成本下降至1.1萬/KW時,IRR就可以達到7%。當前平價海上風電項目的投資成本差別很大,以1.1-1.7萬/KW為主,部分地區已經率先實現平價。

海纜是風電大型化趨勢下,不可多得的“通脹”環節。遠?;透唠妷旱燃壥呛@|快于行業增長的主要原因,單GW的海纜價值量將提升至現在的2-3倍。另外,海上風電平價將略滯后于陸地風電平價,預期在今明兩年達成,成為驅動海上風電裝機的重要因素。

海外風電高速增長的紅利主要由鑄件、鍛件、主軸、法蘭廠享受,更加看好鑄軸和法蘭零部件的出口。這些零件小型、輕量、技術難度較低,目前已經形成了較高的出口占比,鑄件和鍛件的出口占比30%-40%,主軸、法蘭的出口占比在40%以上。

大型化趨勢下,輕量化、高強度成發展方向。長葉片就會用碳纖維,目前來看陸地風電,主流葉片很快到70m以上,功率邁進6MW以上,在研的都是90米以上。海上風電主流的都在6-8MW、90m以上,在研10MW以上、葉片100m以上,對于碳纖維的使用是剛性的。

 

來源:興業證券研究所

2021年風電碳纖維需求為3.3萬噸,占總需求的28%。而同期碳纖維價格漲幅約為50%,這體現出批量供應的不穩定性。盡管風電已經成為了碳纖維的主要應用領域,但實際上也只是國際風電巨頭VESTAS的一枝獨秀,僅其一家公司的碳纖維用量就達到2.5萬噸,中國作為全球較大的風電裝機國家,用量僅0.5萬噸左右,可以說風電碳纖維在國內市場還處于孕育期。

 

來源:國信證券研究所

目前碳纖維葉片使用的主要制約因素是成本,其成本是玻纖的10-20倍。風電的碳纖維主流產品是T300-25K/50K,產品的技術壁壘不高但成本要求高。大絲束碳纖維現價約150元/kg,價格中樞在110-120元/kg。相對其上一代葉片材料玻璃纖維的價格是6-10元/kg,碳纖維的成本劣勢太大。

盡管VESTSAS的碳梁風電葉片的專利已經于2022年7月19日到期,后續其他風電葉片制造商將可以不受限制地推出應用碳梁的風電葉片產品,但短期內可能影響不大。國內風電企業中標的價格都不是很高,基本上都是每千瓦在2000元上下,這個價格不足以支撐用碳梁工藝做葉片的成本,單純從中標價格和采購價格來衡量風電,還需要很長一段時間來消化成本。

碳纖維的運用會提高葉片成本,從單一環節看并沒有經濟優勢,但從全設備的角度看,整體效益提升,綜合成本反而下降,行業需要引領、整合產業鏈的巨頭。采用碳纖維后對于單體葉片而言,重量減輕25%,葉片成本增加20%。但從全設備周期測算,更換碳纖維葉片后實際對主設備成本還是便宜了10%。風電葉片的重量減輕,對葉輪,主機,塔筒的質量、強度要求有所降低,因此也就意味著大型化對這些行業造成的通縮,勢必存在阻力。

風電碳纖維市場存在7-20倍的巨大空間,成長性無虞。按照十四五期間中國年均65GW的裝機量以及VESTAS的口徑算,中國的理論需求量為10.7萬噸,而21年的需求僅0.5萬噸。若以上海艾朗6MW、72m單葉片碳纖維用量為3噸測算,未來2-3年主流6MW風機,對應的風機(含葉片)需求量為1.1萬臺,對葉片碳纖維需求為3.3萬噸。

風電葉片需求從高速增長轉為平穩增長,

呈現大型化、輕量化、高性能趨勢

全球風電裝機量持續增長。2016-2021年,全球風電裝機容量從517GW增至837GW,CAGR為10%。同期中國風電裝機容量從149GW增至328GW,CAGR達17%。2020年,全球新增裝機容量93GW,同 比增長54%,主要原因是中美兩國風電裝機容量的快速提升,其中中國的新增容量占比超過 50%。步入2021年,中國陸上風電補貼優惠政策結束,美國風電行業的生產稅收抵免也逐步到期, 一輪風電搶裝潮結束,但在碳中和目標推動下,全球風電行業發展持續向好,2021年全球新增風電裝機容量93GW,與2020年基本持平。據全球風能協會預測,2021-2025年全球新增裝機量 CAGR將保持4%,五年內新增裝機量超過469GW,行業呈現穩定發展趨勢。

海上風電裝機量增速將遠超陸上風電,發展空間較大。在全球及國內,海上風電占比都出現了快速提升,2016-2021 年全球及國內海上風電裝機量 CAGR分別為31%和75%,遠超陸上風電裝機量增速。2021年是我國海上風電享受國家補貼的最后一年,與2020年陸上風電搶裝的情況相同,年內我國海 上風電高度景氣,新增裝機容量16.9GW,接近2020年累計裝機容量的2倍。相比于陸上風電,海上風電的前期準備工作時間較長,建設期中的設備費用、施工安裝費用顯著增加,且運行期的維護成本也遠高于陸上風電,目前其發展還處于初級階段。但是海上風電具有風力資源豐富、運行效率高、不占用土地、適合大規模建設等優點,發展前景較好。

據全球風能協會預測,2021-2025年,全球海上風電新增裝機量 CAGR 接近30%,年新增裝機容量在2025年將超過20GW。我國海上風電資源優渥, 據《中國“十四五”電力發展規劃研究》,我國將在廣東、江蘇、福建、浙江、山東、遼寧和廣西等沿海地區開發海上風電,2035年、2050年總裝機規模分別達到71GW、132GW。

 

考慮風電數據輪動,預計2022年下半年我國風電需求回暖:風電數據主要包括“招標-投資-裝機”,招標與投資的增長率峰值早于裝機,三個環節之間峰值時滯一般4個季度。從過去兩年的數據來看, 風電招標與投資分別在2019Q4 和 2020Q3達到峰值;而 2020Q4風電裝機量仍然保持高速增長,2020Q4增速就達到177%。2021Q4 風機招標出現新一輪高峰,海上風電需求旺盛,我們預計 2022 年下半年 風電投資與新增裝機將回暖。價格戰導致的風機招標價格大幅下滑對部分核心零部件盈利形成較大挑戰,2022 年下半年零部件價格有望提升以傳導原材料價格壓力。

 

規模效應有效降低風力發電成本。據國際可再生能源署(IRENA)發布的可再生能源成本報告, 2010-2019年間,陸上風電成本下降39%,海上風電成本下降29%。規模效應對風電降本增效的作用顯著,提高單機功率、達到規模經濟可以幫助均攤前期成本、裝機成本、維修成本等可變費用。

 

風電葉片大型化趨勢明顯。葉片越大,其受風面積越大,發電效率越高。葉片越大要求風電機組越高,據中國風能協會調研報告,保持0.5的風切變不變,塔架高度從100m增加到140m,年平均風速將從5.0m/s 增加到5.53m/s,年滿發小時數將提升20%。因此,風電葉片大型化能有效提高風電機組利用率,降低度電成本。據全球風能協會數據,2014 年,葉輪直徑在91-110米的風機占到當年全球 新增裝機的49.5%,而2019 年,該直徑范圍的風機占比已經下降到10.7%,而葉輪直徑為121-140米的風機占比52.5%,葉片大型化趨勢明顯。

我國2018年新增風電裝機的平均葉輪直徑為120米,而2020年新增項目中,葉輪直徑 160 米以上已經成為主流。2021 年 9 月,中國海裝大連公司下線 10 兆 瓦機組,葉輪直徑達 210 米,是目前國內風輪直徑最大、全球單位千瓦掃風面積最高的10兆瓦級別海上風電機組。據全球風能協會預測,未來五年,陸上風機葉片長度 150-170米,海上風機葉片長度185-220 米將成為行業主流。

風電葉片的壁壘涉及三個方面:

葉片設計能力、葉片材料技術以及生產制造工藝

風電葉片的設計需要大量專業知識及經驗積累。風電葉片的設計是從飛機的機翼引申而來,其中涉及到空氣動力學、流體力學等專業領域知識及經驗,葉片的結構設計會直接影響到風電機組的發電效率、安全性、使用壽命等,而行業龍頭企業往往擁有數十年的相關經驗積累。

葉片材料技術對葉片性能、生產成本都有重要影響。目前風電葉片主流的材料體系是玻纖和環氧樹脂。盡管碳纖維的模量和強度都更高,且重量更輕,但因其成本過高,且碳纖維葉片的生產工藝更為復雜,目前的應用局限在海上風電的大型機組,行業中大批量運用的還是玻纖為基礎材料的葉片。玻纖葉片的性能提升及碳纖維葉片的成本控制都是行業技術進步的方向。

葉片大型化趨勢對模具的更新換代提出更高要求。葉片的生產制造需要用到模具,在葉片大型化、輕量化發展趨勢下,產品的更新換代頻率較快,需要企業及時更換模具以實行擴產或產品結構調整, 而模具的設計和生產要求其具有長期的復合材料生產工藝的積累。

葉片大型化趨勢提高了風電葉片行業的競爭壁壘。葉片長度的不斷增大帶來了自重增重的問題,對葉片材料、氣動結構設計、制作工藝等要求進一步提升。風機成本結構中,葉片成本約15-20%,而葉片材料成本占葉片成本70%。碳纖維葉片重量較傳統的玻纖復合材料更輕,且強度和模量更高,但是目前由于碳纖維成本高且工藝難度較大,在葉片中廣泛運用的還是玻纖復合材料。未來,葉片行業將會延續大型化、輕量化、以及高性能的趨勢。

受益于風機大型化的趨勢,

風電葉片材料迎來行業發展契機

在國家大力支持新能源發展,推進“雙碳”目標達成背景下,風電和光伏等新能源產業將加速發展,受益于風電行業的發展,以及風機大型化的趨勢,風電葉片材料也迎來了行業發展契機。

葉片大型化趨勢明顯,大絲束碳纖維迎來產業大發展

隨著風力發電機功率增大,特別是在海上風機的需求刺激下,全球風機大型化的趨勢日益明顯,對材料輕質、高強、高剛、耐疲勞等特性需求也越來越明確,而碳纖維恰好兼顧這些特性。根據中復神鷹招股說明書,采用碳纖維的120m風輪葉片可以有效減少總體自重38%,成本下降14%。

大絲束碳纖維打破了碳纖維高價帶來的應用局限,在風電葉片領域具備廣闊的發展前景,賽奧碳纖維預計,2025年全球葉片碳纖維需求量將達到9.34萬噸,2020-2025年CAGR高達25%。國內企業布局大絲束碳纖維產業鏈,有望受益于風電葉片大型化趨勢。受益標的:上海石化、吉林碳谷、吉林化纖、光威復材。

碳纖維搭上風電葉片“大型化”快車

1.風電葉片是中國碳纖維需求快速增長的主要引擎:

從需求情況來看,2020年,國內風電葉片碳纖維需求約20000噸,約占總需求的40.9%,為第一大需求板塊。從國內外對比來看,國內市場增長明顯高于國際增長。2017-2020年中國僅風電葉片碳纖維用量分別為0.3、0.8、1.4、2.0萬噸,四年間的復合增長率為88%。同時,國內風電碳纖維需求占全球需求量比例由15%提升至65%,證明了國內市場增速顯著高于國際市場。

 

碳纖維主要用在風電葉片的橫梁等關鍵部位:由于碳纖維比玻纖昂貴,百分百采用碳纖維制造葉片并不合算,目前主要是碳纖維和玻纖混合使用,碳纖維主要用在一些關鍵部位如橫梁(尤其是梁帽)、前后邊緣、葉片表面等,其中梁帽為目前碳纖維的最主要應用,作用為減輕重量、提升剛度。

 

2.風機葉片中必須應用碳纖維嗎?

碳纖維的應用在風電葉片中是否為必須?回答這個問題繞不開風電的變化趨勢——風機的大型化。

從主機廠金風科技的銷售情況可以看出,原本占據絕對比例的3MW機組(圖中的2S)的份額正在明顯地下降,同時根據近期陸風項目的招標要求,單機組功率要求4MW以上趨勢逐漸明顯。

海風方面,根據我們的統計,2022年以來已經陸續啟動了約4GW海風項目的招標,機組功率要求基本在8MW以上,10MW以上的要求也屢見不鮮。

 

風機功率與葉片長度關系基本固定,大型化趨勢下,葉片長度必然增加。

根據推導,風機功率與葉片長度的平方成正比關系,或者說與掃風面積呈正比關系,即P=1/2ρπr2V3Cp(對于這一結論我們 已經根據現有風機數值進行了驗證)。反推過來,在假設海風風機額定風速在11m/s的情況下(參考現有風機設計標準),我們計算出當風機功率到達8MW時,葉輪直徑在180m左右,功率達到10MW時,葉輪直徑在200m左右,所以我們判斷,未來海風主流機型葉輪直徑在180m甚至200m以上。

 

葉片長度增加后對于“重量”和“剛度”提出要求,碳纖維的重要性凸顯。

剛度方面:對于大型葉片 ,剛度成為主要問題,為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架,葉片必須具有足夠的剛度。風吹到葉片做功的時候,葉片旋轉時會彎向塔架,碳纖維復合材料的彈性模量是玻纖的2~3倍,更不容易發生形變。

重量方面:葉片重量對運行 、疲勞壽命 、能量輸出有重要的影響。全玻璃鋼葉片重量比較大,而碳纖維復具有更低的密度, 可以保證風電葉片在增加長度的同時,重量降低。

 

葉片長度增加后碳纖維的滲透率在明顯提升。根據美國桑迪亞國家實驗室報告,盡管隨著工藝的進步玻纖目前仍適用于任何長度的風機葉片,但碳纖維的應用隨著葉片長度的增加明顯地提升,當葉片長度大于70m時,碳纖維的滲透率達到了55%,根據前文表述,未來海風主流機型在8MW以上,葉片長度在90m以上,這為碳纖維提供了廣闊的舞臺。

 

10MW以上機型碳纖維滲透率有望達到百分百。桑迪亞實驗室預計,碳纖維的主要發力機型在于3-5MW和8-10MW區間,其中10MW以上機型有望100%使用碳纖維梁帽。同時參考國內海風葉片的發展情況,東方電氣、上海電氣等公司陸續推出10MW以上的海風葉片,根據目前的情況,功率10MW且葉片90米以的風機都使用了碳纖維,與SANDIA預計情況基本一致。

 

碳纖維葉片

受益于風機大型化,滲透率有望上升

風機大型化對葉片強度、剛性、性價比提出高要求,碳纖維提供材料端新方案。大型化趨勢下,更大的風輪、更高的輪轂需要更長且強度更高的葉片支持。2021年來, 國內外廠商陸續加快百米級大型葉片開發與下線。2022年8月,中復連眾123米葉片下線(中復連眾此前已下線102米、110米、112米葉片),適配16MW海風機組,而東方風電(113米)、明陽智能(118米)、中材葉片、雙瑞風電等國產廠商均在2022年以來密集推出百米級風電葉片。

葉片的大型化發展帶來重量的幾何級增長,在載荷、成本持續增加下,目前主流的玻璃纖維已難以充分滿足大型化、輕量化的要求。輕質高強的碳纖維是超大型葉片的增強材料的必然選擇,據《碳纖維在風電葉片中的應用進展》,以122米長葉片為例,使用碳纖維帶來的葉片重量減輕可減少輪轂、機艙、塔架和樁基等結構部件15- 20%的重量,有效降低10%以上的風機成本。同時,碳纖維葉片強度、剛度進一步提升,可減少葉片變形、改善性能并提升發電效率,其良好的抗疲勞性能還可延長葉片生命周期并降低日常維護的綜合成本。

2025年全球葉片用碳纖維的需求有望達到8.1萬噸,2021-2025年CAGR+25.0%。據賽奧統計,2021年全球碳纖維需求量約11.8萬噸,其中風電葉片需求量達3.3萬噸, 市場規模達到5.5億美元。賽奧預計2025年碳纖維風電葉片需求將達到8.1萬噸, 2021-2025年CAGR+25.0%,據賽奧估算,由于碳纖維葉片的專利壟斷,2021年維斯塔斯的碳纖維葉片需求占約2.5萬噸,中國風電企業消耗約4500噸,歐美其他企業 消耗約3500噸。隨著碳纖維葉片的專利到期,限制碳纖維使用的最大壓制因素消除。

 

大功率海上機組持續推出,碳纖維葉片使用頻率預計將大幅增加。2021年以來宣布下線的碳纖維葉片基本都達到百米級,均面向10MW及以上的海上大功率機型。由于目前碳纖維價格仍然較高,將高強度、高剛度、輕質化的碳纖維材料用于大功率機型是更具性價比的方案。2002年,維斯塔斯首次在葉片中應用碳纖維并申請專利。2022年7月,隨著維斯塔斯碳梁專利的到期,國內碳纖維葉片的發展將進一步加快。我們認為,由于海風風機大型化迅速,碳纖維葉片短期內的主要市場在大型海上風機,未來隨著碳纖維規?;?、國產化以后成本的降低,碳纖維的應用將逐漸向陸上滲透。

相關參與企業主要包括材料端、葉片端兩類,產能布局、產品優化、材料降本將成為行業發展的主要驅動因素。從材料端看,2021年碳纖維材料理論產能超過5000噸的企業有吉林化纖、中復神鷹、寶旌碳纖維、新創碳谷、江蘇恒神和光威復材。但是,較國外的東麗、三菱等企業,現階段國產碳纖維的力學性能、產品質量和穩定性仍有較大的提升空間。從葉片端上市公司看,中材科技和時代新材的龍頭優勢較為明顯。中材科技的122米海上葉片已經采用碳纖維拉擠技術,時代新材自主研發的TMT110A海上葉片也已采用碳纖維拉擠板。我們認為,碳纖維在葉片的進一步滲透需要產品優化與材料降本的推動,有技術積累和自有產能的公司將獲得更大優勢。

風電葉片:

占整機成本比例較高,為降本增效重點

風電葉片行業集中度較高,產品單價隨裝機需求波動大。我國風電葉片生產廠商主要為中材科技和時代新材,兩者2021年葉片收入分別為70億元和51億元,較裝機大年2020年有較為明顯的下滑。從量看,中材科技葉片銷量達到11.4GW,時代新材葉片銷量8.7GW(均對應2021年),若以47.65GW的年度裝機量計,兩家企業合計市占率將超過42%。從價看,中材科技單MW價格和單MW毛利均在2020年出現大幅的 上升,2021年又出現快速回落。2021年,中材科技單MW價格和毛利分別為61萬元 和10萬元,毛利率水平較低。

 

葉片企業具有明顯的運輸半徑,區域屬性明顯,各家持續布局海上。葉片企業產能布局的行業集中度較高,從中材科技、時代新材的產能布局看,兩者均以生產基地的地理定位向周邊風電產業區輻射。海風發展、部件出海都需要葉片基地的高效布局,就現有產能而言,時代新材在南方沿海區域具有一定優勢,同時時代新材的其他業務線在海外布局更廣且時間更久,國際化程度較高,風電葉片業務有望受益。(未來智庫)

碳纖維:

大絲束供需研判,風電葉片提振需求

大絲束碳纖維——民用工業新材料佼佼者。碳纖維具有除一般碳素材料耐高溫,耐磨擦,導電,導熱及耐腐蝕等特性,還可表現出穩定的化學性能及物理性能。將每束碳纖維中所含單纖維的根數作為標準進行分類,24K以上的為大絲束,與小絲束相比大絲束受到制作工藝的限制其模量與強度稍顯遜色,但是制作成本與售價具備高性價比,在泛工業領域尤其是風電領域得到了較為廣泛應用。

需求方面:

1、工業領域應用繁多,風電葉片為需求提振主力。無論是全部碳纖維類別還是大絲束碳纖維的應用領域中,風電葉片需求應用均排名第一。其中,2021年我國大絲束需求中風電葉片需求占比超過70%。風電葉片在技術與材料的不斷變革中,尺寸更大、質量更輕、性能更強成為核心訴求,能夠滿足上述訴求的增強材料屈指可數,碳纖維走進人們視野。

2、海風的發展為碳纖維在風電葉片上的應用提供機遇?!?ldquo;十四五”可再生能源發展規劃》提供政策支撐,重點建設山東半島、長三角、閩南、粵東和北部灣五大海上風電基地。2021年中國累計海上風電裝機容量為26.39GW。海風葉片大型化趨勢相比陸風更加明顯,目前最長葉片已經超過120米,且大型葉片運輸相比陸地便捷。加之維斯塔斯碳梁拉擠工藝專利到期,我國在拉擠工藝上已實現技術突破,后續拉擠碳梁規模應用將會進一步推動碳纖維在葉片應用滲透率提升。

3、大絲束碳纖維在2023年總需求為4.75萬噸,同比增長48.38%。其中風電領域碳纖維需求為3.8萬噸,同比增加61.31%。其中海風貢獻了1.4萬噸需求。按照正文測算在2025年我國風電領域碳纖維需求量達到7.82萬噸,復合增長率超過40%。若碳纖維制造成本逐漸降低,碳纖維風電領域需求釋放節奏將進一步加快。

需求端:

風電葉片為目前我國大絲束需求核心增量

1.風電葉片核心訴求:更強、更輕、更大

風電葉片為風機的關鍵構件,主梁為葉片的核心。葉片的尺寸、形狀決定了能量轉化效率,也直接決定了機組功率和性能,所以葉片在設計中處于核心地位。同時葉片在風電整體成本體系中占比最高,可達 20%-30%。葉片是由復合材料制成的薄殼 結構,主要分為三部分:根部圓柱段、中部氣動翼型段、尖部段,根部圓筒段結構簡單,主要是純玻璃鋼,中部氣動翼型段內部結構復雜,尖部段外形為氣動翼型, 一般僅為玻璃鋼薄殼。

風電葉片主梁起到關鍵的支撐作用,其由增強材料構成。除了主梁部分,腹板等重要部件一般采用夾芯結構將葉片所受的剪切力從表層向內部傳遞,以提高葉片的承載能力?;w樹脂則是整個葉片的材料“包裹體”,包裹了纖維材料和芯材。目前,國內葉片總成本的 80%源于原材料,其中增強纖維與基體樹脂占比超過60%,粘接膠與芯材占比各超過10%。構成葉片主梁的增強材料主要有碳纖維增強復合材料(CFRP)和玻璃纖維增強復合材料(GFRP)。風電葉片傳統以玻璃纖維增強復合材料為主材制造,但玻璃纖維材料密度大于碳纖維,同時力學性能尤其是模量遠低于碳纖維復合材料。為了避免大尺寸風電葉片在受力變形后與支撐柱產生碰撞,就需要采用質量輕、強度高、模量高的碳纖維增強復合材料來制造葉片。

未來隨著技術發展,高性能玻纖提質降本,葉片的生產成本進一步降低,將助力風電行業更多參與到平價時代。在風電葉片大型化趨勢下,碳纖維物理性能優勢凸顯, 但是短期來看,碳纖維仍難以完全替代玻纖。在風電葉片的發展過程中,為了達到更高的發電效率,滿足葉片更大更強更輕的訴求,葉片的制作工藝和材料也隨著技術和科技的發展不斷進步。

 

選擇適合的制造工藝,制造出低成本、高性能的產品是風電產業永恒的話題。風電葉片的制造工藝總共有七種,但是當下主流的工藝為預浸料和灌注工藝。灌注工藝被普遍認為是低成本的工藝,因為其原材料價格較低。而預浸料制造的葉片擁有更好的性能、更輕的質量,同時保證了生產工藝和成品質量穩定性。隨著風電事業的蓬勃發展,未來復合材料風機葉片將向復雜化,大型化的方向發展, 各種工藝在風力機葉片制造中都會得到應用。但是葉片的制造工藝最終都會向著能夠制造出質量更強、長度更長、發電效率更高的方向發展。

在材料的選擇演變上,葉片材料的演變經歷三個時期:木質材料→金屬材料→復合材料。葉片成本中,材料占大頭,最開始的葉片材料為木質葉片,但是由于木質葉片不易扭曲成型,強度不高,在潮濕環境下也容易被腐蝕。隨著大、中型風力發電機的發展,木質葉片越來越無法滿足葉片尺寸增加的要求,因此逐漸被淘汰;金屬葉片雖然克服了木質葉片的缺點,但由于金屬葉片對于葉跟到葉尖漸縮的部分加工特別困難,因此也逐漸被淘汰。

隨著葉片制造技術的不斷發展與提升,纖維增強復合材料原材料體系被逐步開發。其潛在性能優勢不斷被發掘,隨著應用技術的積累,長纖維增強聚合物基復合材料以其優異的力學性能、工藝性能和耐環境侵蝕性能,成為當今大型風力發電機葉片材料的首選。這種復合材料主要分為玻璃纖維與碳纖維。

 

我國玻璃纖維的葉片長度已經能夠達到 110 米,但是根據專家描述這種長度已然達到上線。由于我國對于風電葉片長度的需求將會只會更大,因此 110 米長度的玻璃纖維已經無法滿足國內對于風機發電效率以及葉片長度的訴求。在這種情況下,具備高強高模、低密度的碳纖維復合材料,成為了人們的重點考慮的對象。碳纖維復合材料是一種新型的材料,將其應用在風電葉片的制造中,可以很好的滿足風力發電裝置的大功率需求,其突破了玻璃纖維復合材料的性能極限,而且可以保證風電葉片在增加長度的同時,重量大大降低。因此,玻纖復合材料能夠提供足夠的剛度與強度,而碳纖維復合材料密度低,更適合大型風電葉片生產制造。

使用碳纖維后,葉片質量的降低和剛度的增加改善了葉片的空氣動力學性能,減少了對塔架和輪轂的負載,從而使風機的輸出功率更平滑更均衡,提高了風能利用效率。同時,碳纖維的輕質高強特性可使葉片能夠設計成更薄更有效的結構形式,葉片更長,提高了能量的輸出效率。相同葉片長度下, 采用碳纖維復合材料制作的重量遠遠低于玻璃纖維復合材料制作的重量。葉片質量的減小和剛度的增加, 可以有效改善葉片的空氣動力學性能,降低葉片對機塔和輪軸的負載,風機的輸出功率更平滑更均衡、運行效率更高,更有利于風機的風力收集。因此,碳纖維在風電葉片中的應用快速增長,在2021年中國風電葉片領域對碳纖維的需求量達到2.25萬噸,全球風電葉片領域對碳纖維的需求量達到3.3萬噸。

全球風電葉片需求量快速增長推動海上風電葉片的增長。隨著世界各國對環境問題認識的不斷深入,以及可再生能源綜合利用技術的不斷提升,風力發電作為新型能 源在許多國家的戰略能源結構中扮演著重要角色,近年來全球風力發電行業高速發展,風電裝機容量呈現不斷上升的趨勢,根據 iFinD 數據顯示,2021年全球風電累計裝機容量達到57176兆瓦,增長率達到 58.5%,可見近年增勢較快。

全球風電累計裝機容量的不斷增大,拉動對于風電葉片的大型化、輕量化的發展要求,而大型葉片的風電裝機尤其以海上風電使用量較高。近年來,由于我國陸上風電的建設技術已逐漸成熟,同時海上風電資源更為廣闊,國家風電發展政策的重心逐漸向海上發電轉移。海上風電作為我國可再生能源發展的重點領域,“十四五”期間進入到了新的發展時期,多地相繼出臺規劃,海上風電規模有望大幅提升。2022年6月,國家發改委等九個部門聯合印發《“十四五”可再生能源發展規劃》,提出要有序推進海上風電基地建設,加快推動海上風電集群化開發,重點建設山東半島、 長三角、閩南、粵東和北部灣五大海上風電基地。風電葉片領域中,海上風電葉片的應用未來將逐步加強。

風力發電葉片大型化輕量化發展帶動海上風電對碳纖維需求增長。風力發電葉片是風力發電機實現能量轉化功能的關鍵部件,葉片的尺寸大小直接影響風力發電機對風能的捕捉。葉片在經過多年的發展后,有一個最為明顯的變化——葉片大型化。20世紀80年代國內外風電葉片長度是17m,而現在的葉片最長則已經超過 120m。葉片不斷往大型化發展是必然趨勢,為了能在有限的土地面積上實現大規模發電,提高風力發電效率,葉片需要往大型化的方向發展。葉片的尺寸、形狀直接決定了能量轉化效率,也直接決定了機組功率和性能,因此,大葉片意味著直徑越長,掃風面積越大,發電量就越大,實現規模發電的同時,還可以降低成本,在總發電量相同的情況下需要安裝的風機數量將會減少,從而使分攤下來的原材料、運輸、吊裝和土地資源等成本就得以降低。

 

風機大型化意味著風機需要更大的占地面積,因此海上風電逐漸成為全球風電發展的新趨勢。2016年以來,低風速風場和海上風電共同推進了葉片的大型化發展。另外,海上風機功率普遍高于陸上風機,海風的快速發展,將進一步加強風機大型化 趨勢。海風相對陸風存在多方面優勢。從分布區域和占地方面來看,海上風電場機組傳輸損耗更低,占地面積更小。因此,近年來,海風領域應用更為廣闊,2021 年中國風電累計裝機量為328.5GW,累計海上風電裝機容量為26.39GW。未來風電葉片在海上風電的占比也將進一步提升。

全球海上風電葉片的增長及葉片呈大型化輕量化的發展趨勢正逐步擴大海上風電在未來的發展空間。隨著葉片的大型化輕量化,使用高剛性、高比強度、高比拉伸模量的材料制造作為葉片剛性的主梁非常必要。傳統的葉片制造材料玻璃纖維復合材料無法滿足這些要求,而碳纖維復合材料密度更低、強度更高,是風電葉片大型化、輕量化的首選材料。并且,隨著葉片復合材料工藝得到創新,風電領域對碳纖維等輕質高模高強增強材料用量劇增,因此,未來海上風電葉片對于碳纖維的需求不斷增長。

新變量:維斯塔斯專利到期帶動碳纖維需求向好。今年 7 月 19 日,全球風電整機巨頭維斯塔斯碳纖維葉片核心專利拉擠工藝到期。維斯塔斯通過核心專利技術解決了碳纖維板應用在風電葉片上的工藝問題,將拉擠碳板成功運用到風電葉片,通過這一拉擠工藝,大幅提高了碳纖維體積含量,減輕了主體承載部分的質量,且降低了碳纖維成本。由于專利的保護,風電葉片用碳纖維主要集中于維斯塔斯。

風電葉片大絲束碳纖維最大的下游應用,且近幾年風電葉片對碳纖維的需求量不斷增加。維斯塔斯專利正式到期意味著國內其他風電葉片廠商可以不受限制地推出應用碳梁的風電葉片產品,其他風電葉片制造商碳梁葉片將更多地推向市場,未來將 帶動碳纖維需求增加。

碳纖維價格走高、平價上網時代的到來

制約碳纖維在風電領域的應用

碳纖維雖在性能上具有顯著優勢,但其在風電領域的應用受到高成本的制約,目前碳纖維處于高位,碳纖維價格每公斤 140-150元,碳纖維單價遠高于玻璃纖維,且工藝要求更高,導致芯材及碳梁耗用的成本金額持續上升,這會使得很多廠家對于使用碳纖維望而卻步,制約碳纖維在風電葉片領域的應用。但由于碳纖維本身制造成本并不高以及國內碳纖維供給量的提升,在未來,風電葉片廠商對于碳纖維的使用量會進一步改善。

 

自2018年以來,我國風電產業相關政策密集出臺,通過取消財政補貼、風電資源競爭性配置等方式,推動風電平價上網。2021年發改委發布公告,對海上風電新建項目實施平價上網政策,上網電價自2021年起由當地省級價格主管部門制定。我國風電上網電價的持續走低,平價上網的不斷推行,以及我國海上風電成本目前仍處于較高水平,實現平價上網較難,因此降本成為推動實現平價上網的關鍵。小型發電機組采用玻纖更具性價比,而大型風電機組使用碳纖維可在保持葉片強度的同時減重20%,但成本上升80%,因此我國風電廠商使用小型機組為主,碳纖維應用較少。這在一定程度上制約了碳纖維在風電葉片領域中的應用,但在未來,隨著廠商降本增效取得一定效果后,碳纖維的應用會進一步擴大。

大絲束碳纖維

2023年需求增速超45%

風電領域碳纖維需求有望快速釋放,2025年或達到7.8萬噸。根據過去風電裝機情況,我們對未來裝機情況以及相關參數進行以下假設:

1、 陸風平均單機容量每年上升0.4MW,海風平均單機容量 2025年上升至10MW;

2、 葉片平均長度按照下表長度增長;

3、 葉片長度與重量關系按照y(重量)=0.527*x2.473 公式計算;(公式來源:《基于 工程經濟學評估的風力及葉片長度設計》)

4、根據北極星電力網以及公開資料收集整理,假設碳纖維占葉片重量的 1/4;

5、海外方面:2021年國內維斯塔斯碳纖維用量1.8萬噸左右,參考GWEC數據,假設其增長率維持4%左右。

海上風電的快速發展,碳纖維在風電尤其是大葉片制造領域全面替代玻纖的將成為現實。預計2022年我國風電領域碳纖維需求同比2021年增長5.84%,2023年我國風電領域碳纖維需求為3.8萬噸,同比增加61.31%,其中海風貢獻了1.4萬噸需求。按照上表測算在2025年我國風電領域碳纖維需求量達到7.82萬噸,復合增長率超過40%。若碳纖維制造成本逐漸降低,碳纖維風電領域需求釋放節奏將進一步加快。

全部大絲束領域需求2023年由于風電發展迅速,若混配模成器、建筑、傳播、電纜芯領域按照復合增長率10%計算,其他應用按照15%計算,則大絲束碳纖維在2023年總需求為 4.75萬噸,同比增長48.38%。

供給方面——

產能加速投放,價格下行推動應用拓展

1、預計2023年我國大絲束碳纖維產能為8.2萬噸,同比增加超過70%。有效產能(考慮到公司產線的投產日期,以及歷年來的產能利用率)為4.46萬噸,至“十四五”末的2025年,預期共20.8萬噸產能投放。

2、供給創造需求的動態平衡有望是未來常態。若隨著產能提升——規模效應體現——成本下降,而帶來的價格下降,則下游應用領域的滲透率將會得到提升,未來大絲束碳纖維價格將會呈現:供給增加——價格下降——需求增加——價格上升——供給增加的動態平衡中,整體價格趨勢將波動式下降。

作為有成本優勢、有韌性、有較大脫碳潛力的電力品種,風電能夠成為綠色復蘇及碳中和的重要基石。

根據國家能源局數據,2022年我國風電新增裝機量為 37.63GW,同比下降21.0%,僅完成上一年招標量的 69.49%。而根據每日風電的不完全統計, 2022年國內風電開標規模已達到103.27GW,疊加部分2021年已招標的 裝機需求在2022年內未并網,或遞延至2023年,中銀國際判斷當前已招標未并網風電項目存量空間至少接近120GW,足以支撐2023年風電新增裝機量實現快速提升。

 

風電產業鏈

風電產業鏈共包含三個部分:

上游原材料:整機和風塔各類零部件所使用的原材料,主要有鋼材類、玻纖/樹脂/膠粘劑類、發電機所需元器件。

中游風機零部件:包括結構件、葉片、齒輪、發電機、變流器等;發電零部件:塔筒、風機、海纜等;

下游運營商:國有發電集團為主的風電投資運營商,負責包括風電場的開發、建設、運營、銷售服務。

風電產業鏈多環節涉及金屬材料,短期大宗商品價格波動直接影響產業鏈景氣度,傳導至股價表現。中下游環節除葉片外,諸如整機、塔架、塔筒、齒輪箱都離不開鋼材,鋼材價格直接影響產業鏈景氣度。

 

葉片

目前全球風電巨頭為了降低風電的度電成本,提升產品盈利能力,均采用了風電葉片大型化、輕量化的發展目標。

2010到2019年,葉片的長度從100米逐步增長到125米,預計未來葉片尺寸還將進一步增大到150米甚至更高。

 

行行查 | 行業研究數據庫資料顯示,風電葉片產業鏈主要由上游原材料供應商,中游風電葉片生產商、下游整機廠商和風電場運營等環節構成。生產葉片的主要原材料包括芯材及碳梁、環氧樹脂、纖維布等,國內代表企業有澳盛科技、光威復材、上緯新材、康達新材等。

風電葉片制造企業可分為兩類,一類是以迪皮埃為代表的獨立葉片生產企業,中材科技和時代新材均屬于此類企業;另一類是以艾爾姆(LM)為代表的風電整機廠配套生產企業。葉片制造企業與下游整機廠商關系密切,通常雙方一旦達成合作將形成長期穩定的供貨關系。

 

風電葉片

制造行業集中度高

風電葉片制造商處于產業鏈的中游。葉片制造商上游為葉片原材料供應商,包括環氧樹脂、玻璃纖維、結構膠、芯材等。葉片產品下游客戶為風電機組整機商,終端客戶為風電場開發商。風電葉片制造在產業鏈中位于中游,面臨上游原材料供應商和下游風電機組整機商兩方面的壓力,其毛利率水平在 20%左右,處于產業鏈中下游水平。

全球風電機組整機商集中度較高。據能源調研機構Wood Mackenzie 數據,2020年全球風電機組整機商CR5為58%,CR15為96%,行業集中度較高。排名前五的廠商為維斯塔斯,金風科技,GE,遠景科技,以及西門子歌美颯,其市占率分別為15%,13%,12%,10%及8%。在世界前15大風電機組整機商中,中國公司占據10席。

 

國內風電機組整機商集中度呈上升趨勢。2017-2021年間,中國風電新增裝機容量CR5從63%上升至71%,CR10 從81%上升至97%,行業集中度較高且總體呈上升趨勢。下游整機商集中度高也致使葉片制造商客戶資源壁壘升高,呈現寡頭競爭格局。

公司風電葉片產能規模全球第三。根據全球風能協會的統計,截至2020年12月,全球葉片產能前十大公司分別為通用電氣、維斯塔斯、中材科技、時代新材、艾朗風電、西門子歌美颯、中復連眾、 中科宇能、明陽智能及洛陽雙瑞,其中維斯塔斯、西門子歌美颯、明陽智能自身為風電機組整機商, 且 10大公司中有7家為中國公司。中材科技年產能達 10GW,與時代新材并列,在全球排名第三, 在國內排名第一。

擁有海上風電葉片生產能力的企業較少。全球范圍內,擁有海上風電葉片生產能力的企業主要集中在中國。截至2020 年12 月,國外廠商中只有維斯塔斯、西門子歌美颯以及通用電氣已有相關葉片產品,而國內企業中整機廠商明陽智能、東方電氣,以及葉片廠商中材科技、中復連眾、時代新材、 艾朗風電、中科宇能、洛陽雙瑞、天順風能、上海玻璃鋼研究院、天力離岸風電科技等都已有海上風電葉片的生產能力。

風電葉片供需平衡存在地區性、產品結構性差異

目前風電葉片總體供大于求。據全球風能協會測算,全球風電機組整機商自產風電葉片及獨立風電葉片廠商2020年末的總產能約為125GW,遠超全球葉片2020年及2024年的總需求??紤]到由于新冠疫情影響工廠停工及原材料運輸問題(拉丁美洲巴沙木以及意大利PVC)、落后葉片產能逐步淘汰、工廠逐步升級大型葉片模具及產線等原因,實際的產能離最大值有較大程度的偏離,供需平衡會好于測算值。

全球各地區的供需平衡存在差異。2020年,歐洲地區的葉片產能過剩,風電機組整機商的自產葉片產能約為13,700兆瓦,基本可以覆蓋本地區的需求,因此獨立葉片廠商的市場空間較小。而隨著歐洲風電行業的持續快速發展,其葉片需求在2024年預計會增至19,100兆瓦,供需有望達到平衡。

在北美地區,維斯塔斯和西門子歌美颯的自產葉片產能大約為 4,500兆瓦,可以覆蓋該地區約35%的需求量。此外,北美整機商還通過整機商在其他地區的外包產能、其他當地獨立葉片廠商以及從墨西哥、巴西、印度等地區進口來滿足需求。由于當前中美貿易關系緊張,北美地區從中國進口的葉片 數量有限。2020年,亞太地區的最大產能超過需求的2倍,行業競爭激烈。據全球風能協會報告,在中國,獨立風電葉片廠商產能合計約61,400兆瓦,整機商自有風電葉片產能約12,400兆瓦。盡管2020年出現一波風電搶裝潮,新增裝機量34GW,創下歷史新高,仍遠遠低于行業的供給量。因此,國內近幾年不斷有中小廠商停產出清,而龍頭企業正在積極尋找海外市場的機會。

總體而言,風電行業的景氣度持續向好,而供需存在結構性的不平衡。中小型葉片產能嚴重過剩,而能滿足大功率電機需求的大型高性能葉片仍存在缺口。擁有較強研發能力、生產技術積累的風電葉片廠商通過完善產業布局,推出高精尖產品,可以進一步提升其競爭優勢及市場份額,而缺乏核心技術和經驗的三四線企業的生存空間將會越來越狹窄。

中材科技葉片市占率持續提升,

龍頭地位穩固

公司風電葉片業務營收受行業政策變化影響較大。我國的風電行業受政策影響明顯,近年來出現過 兩次搶裝潮。2015 年風電上網標桿電價首次下調,當年國內新增風電裝機容量30GW;2019年發改委下發《關于完善風電上網電價政策的通知》,再次調低風電上網電價,并首次明確陸上風電平價上 網的時間表,開啟新一輪搶裝潮,2020年國內新增風電裝機容量52GW,公司葉片收入89.8億元,同比增長78%。2021年,受益于雙碳政策的推動,國內新增風電裝機容量48GW,未發生明顯下滑,但 是由于風電整機招標價格大幅下降,疊加樹脂、結構膠、拉擠板材原材料成本上升,葉片企業盈利能力普遍受到挑戰。公司2021年葉片業務營收 69.8億元,同比下降22.3%。

公司風電葉片產銷率保持高位。2021年公司風電葉片產銷量分別為11877GW和11424GW。2016-2021年公司玻璃纖維及制品銷量、產量CAGR分別為 15.5%、16.6%,產銷率始終保持高位。盡管行業景氣度受政策影響出現多次波動,公司通過及時調整產品結構及產能布局,且堅持以銷定產的銷售模式,在行業低谷時能夠潛心研發、降本增效,在行業需求回復時能夠快速釋放產能,進一步擴大市場優勢。

 

公司風電葉片業務毛利率處于行業中上游水平。我們選取了風電葉片企業中復連眾、時代新材與中材科技進行比較。2015-2020年間,公司葉片業務毛利率呈先下降后上升趨勢,與市場景氣度變化一 致,毛利率水平始終處于行業中上游,盈利能力較好。2021年上半年公司葉片業務毛利率為 21.8%, 較中復連眾、時代新材分別高出1.1pct、13.0pct;全年葉片業務毛利率為15.8%,同比下降8.2pct。

公司產能持續擴張。截至2020年末,公司葉片年產能4,300套。公司擁有江蘇阜寧、江西萍鄉、河北邯鄲、北京延慶、甘肅酒泉、吉林白城、內蒙錫林等七個生產基地。2021年12月,公司公告計劃投資2,878萬美元在巴西建設年產260套風電葉片制造基地項目,是公司海外布局的標志性一步。2022年3 月,公司公告計劃分別投資4.9 億元和3.8億元,在廣東陽江建設年產200套海上風電葉片制造 基地項目以及在陜西榆林建設年產300套風電葉片制造基地項目,實現公司在沿海區域的海上葉片產能布局并進一步提高市場份額。

公司風電葉片業務市占率穩步提升。公司風電葉片市占率從 2009年的7%提升至 2021 年的 30%,且已連續 12 年保持全國第一。2020年,行業出現第二輪搶裝潮,中材科技等頭部企業達到滿產滿銷, 下游客戶不得不使用二線風電葉片企業的產品,因此市占率出現暫時的下滑。在搶裝潮結束后,中 材科技市占率再次回升,葉片行業集中度提高。在平價上網政策以及對葉片性能、安全性要求逐漸 提高的趨勢下,三四線風電設備企業將因為成本、技術、客戶資源劣勢而逐步淘汰出局,龍頭企業市場占有率有望進一步提升。

 

公司與主要競爭對手同屬中建材集團。國內主要葉片廠商有中材科技、時代新材、中復聯眾、明陽 智能等,其中中材科技與中復聯眾同屬中建材集團。2020年12月15日,中材科技公告公司并購中復聯眾交易終止,集團內同業競爭問題尚待解決。

公司葉片業務在原材料、生產技術、產品研發上都有明顯競爭優勢

公司葉片玻纖原材料50%從子公司泰山玻纖采購,有較強的協同效應。公司葉片生產中的原材料主要是玻璃纖維和樹脂,在成本中占比約為70%。公司2016年收購泰山玻纖,在擴展公司主營業務的 同時實現了產業鏈上下游的協同。公司葉片生產所需的玻璃纖維主要從泰山玻纖采購,2021 年自供 比例約60%,玻纖采購均價、供應穩定,且泰山玻纖自主研發的THM高模玻纖能夠匹配葉片大型化的趨勢。2020年和2021年,風電業務板塊從泰山玻纖采購原材料的金額分別約為 7 億、10億元。

公司葉片擴產及調整靈活性較高。生產技術方面,中材科技子公司北京玻鋼院是行業中領先的模具生產企業,賦予中材科技的葉片業務強大的擴產能力和結構調整能力。2021 年,公司完成26項模具 更新,產能向80米及以上產品升級,快速響應行業葉片大型化需求。公司目前在研產品包括 12MW、 14MW100 米以上的葉片,且預計 2022 年能實現 90 米平臺葉片的批量供應。公司對葉片生產進行了精細化管理,實現銷售、生產、采購計劃聯動,2020年已能穩定實現80米級大葉片 24小時脫模、72小時流轉、8天交付客戶的高效運營。

公司單套葉片輸出功率持續提升。產品研發方面,公司擁有豐富的經驗積累及專業人士儲備,技術研發能力領跑行業。為順應風電行業風電機組單機功率提升、風電葉片大型化的趨勢,公司經營過 程中不斷優化產品結構、提高產品性能。公司實行“研發一代、儲備一代和批產一代”的策略,比同業公司領先1-2年推出大型化產品。經測算,2015-2021年間,公司單套葉片平均輸出功率持續上升, 從2015年的1.77MW提升至2021年上半年的3.3MW,提升幅度為87%。2021年,公司推出的新產品 中海上風電的葉片已經能達到100米/10MW 以上,屬于行業頂尖水平。公司的葉片產品結構調整順應葉片大型化發展及海上風電快速發展的趨勢,有助于穩定并持續提升葉片業務的盈利能力。

公司葉片產品線豐富,且參與制定風電行業標準,有較強競爭力和國際影響力。公司目前擁有全系列80余款產品,產品開發覆蓋1.0-14.0MW。2020 年公司自主研發的海上全玻纖葉片Sinoma85.6在福建興化灣順利完成吊裝,首次實現了國內海上低成本大葉片量產;2021年公司推出SI85.8、SI84、 SI9X-100等大葉片新品。此外,2020 年公司參與編制的國家標準《風力發電機組運行及維護要求》(編 號:GB/T 25385-2019)正式開始實施,參與制定的國際首個IEC61400-5葉片標準發布。

‍公司國內葉片銷售穩中有進,同時積極拓展海外市場

公司與國內龍頭風機企業深度綁定。擁有龍頭風機企業客戶資源的風電葉片企業在銷售穩定性方面有較大的優勢。據全球風能協會資料,公司葉片的主要客戶為金風科技、遠景能源、Windey和GE等。2014年-2020年間,公司前五大客戶銷售額占比有明顯提升,從 2014 年的 49%提升至 95%的水平并保持穩定,其中最大的客戶金風科技銷售額占比保持50%左右。擁有優質客戶資源將助力中材科技葉片業務的市場份額持續提升。

 

國際化布局穩步推進。公司以江蘇阜寧國際化工廠及海外研發中心為依托,開拓國際客戶。同時,公司是金風科技、遠景科技的核心葉片供應商,承擔其海外項目的葉片供應。截至2021年6月,公司已向海外24個國家銷售葉片 4386.1MW;2021年葉片海外銷售同比增長106.4%。2021年12月,中材科技公告將在巴西建設年產260套風電葉片制造基地,該項目建成后將有助于中材科技實現葉片產能國際化布局戰略,使其能夠快速響應巴西及周邊美洲國家的市場需求,并進一步提升其國際競爭力及市場份額。

風電葉片業務

總結與展望

風電需求進入穩健增長階段,葉片大型化趨勢明顯,行業集中度提升。2014-2020年,國內外風電市場都取得了年復合增速超過10%快速發展。受益于新能源、綠色環保的大趨勢,全球風電市場仍將 保持穩健的發展,其中海上風電增速明顯高于陸上風電。風電機組的大功率化、風電葉片大型化、 以及海上風電占比逐漸提升的趨勢明顯,對風電葉片、風電整機商提出了更高的技術及資金要求, 落后產能不斷淘汰,行業集中度不斷提升,利好競爭能力更強的龍頭企業。

公司是國內最大的葉片生產企業,龍頭地位穩固,在葉片生產的三大壁壘:設計能力、材料技術以及生產制造工藝上均有明顯競爭優勢。公司在國內葉片市場的占有率接近30%,且已連續十余年保持行業第一,葉片業務毛利率始終穩定在行業中上游。子公司北京玻鋼院先進的模具生產技術賦能公司擴產和產品結構及時調整的能力,子公司泰山玻纖為公司提供了穩定的原材料來源,且公司研發能力領先同業,擁有自主研發、目前已經量產的的大型海上玻纖葉片,并于2021年推出了100米以上的海上風電葉片產品。

公司采取“兩海”戰略,發力海上風電及海外市場,作為葉片龍頭在未來仍具有較好的成長性。為順 應行業結構性供需不平衡及海上風電未來增速遠高于陸上增速的行業趨勢,公司發力高端產品,不斷優化產品結構,單套葉片平均輸出功率持續上升,且自主研發Sinoma85.6海上葉片等產品,有利 于在未來增速更快的海上葉片領域占據更大市場份額。國內葉片行業整體產能過剩,公司作為龍頭 企業正在積極布局海外市場。通過承擔國內整機商的海外項目葉片供應以及建設國際化工廠及海外研發中心,開拓國際客戶,公司的業務已經遍布24個國家,累計在全球裝機約10,000套。2021年12月,公司公告將在巴西建設年產260套葉片生產基地,有助于公司開拓美洲市場并提升國際影響力。

 

‍不建議對退役風電葉片及復合材料進行焚燒

2020年9月《固體廢物污染環境防治法》實施后,生產企業產生的邊角廢料及應用領域服役期滿的復合材料固體廢物,已經無法通過填埋來處置,基本上是通過電廠焚燒處置。但是將復合材料固體廢物進行焚燒發電,也存在著諸多的問題。

第一,《固體廢物污染環境防治法》第三十六條明確規定,工業固體廢物與生活垃圾不能混合處理,而焚燒發電則是將復合材料固體廢物交到垃圾發電廠進行摻燒處置。

第二,復合材料固體廢物中含有大量的玻璃纖維,在經過1000多度的高溫后,玻璃纖維將會融化成玻璃液態,在重力作用下向下流淌,容易堵塞焚燒爐的篦子,極易造成爆炸。近年來因企業焚燒行為,已經發生過兩次鍋爐爆炸事故。

第三,復合材料邊角廢料及制品中樹脂含量不一致,有機成分在燃燒過程中所提供的熱量不穩定,無法保證爐體內溫度的穩定性,有機物會出現燃燒不充分現象,將會產生大量的有毒有害有機小分子物,極易造成玻璃纖維及高分子物小分子溢出,形成飛灰和VOCs排放嚴重超標,導致排放不達標。

第四,復合材料的基體樹脂是有機高分子,相當于燃料油的碳排放系數,其碳排放系數約3.1705kgCO2/kg。這種處理方式大大增加了碳排放量,不利于“雙碳”目標的實現。

第五,復合材料固體廢物包含了樹脂有機高分子成分和玻璃纖維成分。焚燒后,有機高分子將通過能量得到釋放,無法實現再次利用;而玻璃纖維將成為無法利用的廢物,只能進行填埋,再次占用土地資源。若通過重復利用或者機械粉碎法,保留其功能性能,繼續應用到相關領域,可節約資源能源。當化學降解技術產業化后,樹脂的高分子成分將會被降解成新的高分子材料,降解后得到的纖維強度損傷小,繼續作為增強材料應用相關領域,將大大節約化石資源和礦產資源,同時對“雙碳”目標的實現作出貢獻。

目前,以風電葉片為代表的復合材料固體廢物通過電廠焚燒的處置成本低;而綜合利用技術在現階段成本較高,導致正規回收綜合利用企業面臨無法收集到固體廢物材料的局面,從源頭上扼殺了風電葉片等復合材料固體廢物資源化利用產業發展,無法實現資源化利用、無害化處置。

纖維復合材料再生產業的發展,資源化的關鍵是回收物的綜合利用,隨著粉碎添加應用面的擴張,高值化應用具備了實現的條件。同時,以化學降解為代表的各種技術發展,也使有機高分子和玻纖固體廢物“吃干榨凈”模式的實現成為可能。(張榮琪)

 

首屆風電葉片復合材料應用研討會

 

首屆風電葉片復合材料應用研討會將于3月20-22日在深圳召開,同期舉辦葉片試驗測試損傷和風場失效研討會。本次會議探討風電葉片新技術、新材料、新方法及新裝備推薦,引導風電葉片相關技術的加速突破,實現復合材料在風電領域的降本增效促進產業鏈上下游企業的合作與交流。會議誠邀風電、復合材料產業鏈上下游企業、專家學者和行業同仁蒞臨本次大會,進行學術交流和商務合作!誠摯邀請您蒞臨!

1聯合主辦單位

陽江市風能協會

復材網

北京鑒衡認證中心

2支持單位

明陽智慧能源集團股份公司

新疆金風科技股份有限公司

東方電氣風電股份有限公司

三一重能股份有限公司

株洲時代新材料科技股份有限公司

連云港中復連眾復合材料集團有限公司

江蘇長海復合材料股份有限公司

鎮江西斯工業有限公司

廈門市豪爾新材料股份有限公司

連云港唯德智能自動化設備科技有限公司

3

報告嘉賓

 

報告題目

長柔葉片根部連接設計分析研究

報告嘉賓

雷志敏

株洲時代新材料科技股份有限公司葉片部件實驗主管。畢業于武漢理工大學復合材料與工程專業,從事風電葉片工作14年,先后參與開發了節圓直徑2.5m-4.8m等4個產品平臺的葉片結構設計,共計13余款葉型。主持參與多項企業標準編制,申報專利10余項。

 

報告題目

風電葉片用拉擠板的開發進展和一些思考

報告嘉賓

王志偉

高工,中國電機工程學會輸電線路專家委員,拉擠專委會委員,中復碳芯電纜科技有限公司副總經理。連云港市521人才、五一勞動獎章、優秀科技人才、十大最美科技之星獲得者。研究方向:新型復合材料在橋梁、風力發電、電力傳輸工程中的應用。工作期間,參加國家重點專項、國家863計劃、省市科技計劃、國家電網科技項目等13個;擁有發明專利9件,實用新型專利31件;參與起草國家標準1項;作為主要完成人的“碳纖維復合芯導線”等14個成果獲得省、市、行業科技進步獎;在《復合材料科學與工程》等核心期刊發表等論文數篇;參編《架空導線應用技術》一書。

 

報告題目

風電葉片用拉擠復合材料技術要求及未來發展趨勢

報告嘉賓

胡聰良

北京鑒衡認證中心葉片認證部部長,一級建造師(機電)、注冊設備監理工程師、產品認證高級檢查員(CCAA)、國家注冊服務認證審核員(CCAA),中國設備監理協會會員。主要從事風電葉片工藝和質量評價,風電葉片失效分析,風電葉片技改評價,風電葉片后市場服務認證等。先后完成30多個葉片廠(基地)的制造能力評估;完成40多個葉片型號的工藝評估;參與科技部“風電機組全過程質量評價技術研究”課題;參與國家重點研發計劃“大型海上風電機組及關鍵部件的可靠性與標準規范體系研究”課題等。

 

報告題目

風電葉片制造用輔助裝備分析與展望

報告嘉賓

王海濤

艾郎科技股份有限公司機械主管。2016年畢業于蘭州理工大學機械設計制造及其自動化專業,2016年入職艾郎科技股份有限公司技術中心,建立集團公司機械設計團隊,團隊技術能力得到行業客戶認可,具備完全自主開發現用的所有裝備能力。

 

報告題目

風電葉片超聲無損檢測與損傷監測技術

報告嘉賓

馬超群

南京玻纖院標準認證技術研究院評價研究所負責人。畢業于西南交通大學光學專業,同期取得德國德累斯頓國際大學無損檢測碩士學位。主要從事玻纖、碳纖及其復合材料性能表征、無損檢測與壽命評價研究工作,作為項目骨干參與了國家重點研發計劃、配套規劃等各級科技攻關項目10余項,近3年授權專利3項,錄用和發表論文8篇。

 

報告題目

風電葉片的新選擇——聚氨酯基復合材料拉擠板

報告嘉賓

侯學杰

隆華科技集團(洛陽)股份有限公司研究院副所長,兼任洛陽科博思新材料科技有限公司研發工程師,從事樹脂基復合材料產品研究開發應用領域涉及風能、軌道交通、軍工裝備等。

 

報告題目

傳統與創新——新材料在風電葉片上的應用

報告嘉賓

許丹杰

豪爾新材料有限公司風光電產品線總經理,從事風光電行業領域15年,為顯示、光伏、半導體、風電等行業客戶提供材料及解決方案,助力行業發展,技術革新,降本增效是我們不變的使命!

 

報告題目

風電葉片打磨技術研究及裝備研發

報告嘉賓

周慶貴

連云港唯德智能自動化設備科技有限公司科技副總,江蘇海洋大學教授,1984年畢業于東北重型機械學院(燕山大學)自動化專業,2003年獲南京理工大學計算機應用技術專業碩士學位。就職于江蘇海洋大學,從事機電系統工程與一體化技術、自動化測試與控制系統等方面的教學與科研工作。現擔任連云港唯德智能自動化設備科技有限公司科技副總,開展產學研項目合作和技術支持。

 

報告題目

復合材料葉片固廢回收資源再利用產業發展

報告嘉賓

張榮琪

中國物資再生協會纖維復合材料再生分會/發泡材料再生專業委員會秘書長 高級工程師。2020年國家重大技術專項:《廢棄纖維增強復合材料高值化回收利用關鍵技術》組內專家 ,國家標準化技術委員會SAC/TC39/SC1委員、建材工業綜合標準化技術委員會委員、中國物資再生協會纖維復合材料再生分會專家工作組副主任委員、河南省特種防護材料重點實驗室學術委員會副主任委員、中國合成樹脂供銷協會標準化技術委員會委員、中國玻璃纖維工業協會第二屆專家委員會委員 、軌道交通復合材料專業技術委員會委員。

工作業績:曾編制復合材料國家標準7項,行業標準5項,團體標準2項;獲得復合材料專利,發明專利4項,實用新型3項,復合材料領域論文6篇,其中《應急擋水子堤防洪板的研制與開發》項目,獲得中國建材工業協會以及硅酸鹽學會科技進步三等獎 ,2010年被評為建材領域全國標準化先進工作者。