2022年9月29日

我国风电行业整体可分为成长期与波动期。第一个阶段是 2010 年及以前年份,在政 策的带动下,国内风电行业从起步探索到快速增长,尤其是 2006 年之后增速提升,归因 于我国从 2006 年开始大幅加快风电规模化建设,新增装机也迈入 GW 时代,根据 GWEC 的数据,此阶段我国累计装机量从 2006 年的 253.7 万 Kw 增长至 2010 年 4473.4 万 Kw。第二个阶段是波动期,风电发展进入调整,在行业快速增长的情况下,出现了供应、需 求不相匹配的矛盾情况。2015-2016 年,我国弃风率在 15%以上,监管趋紧,行业出现 波动。2018 年以来,风电弃电逐渐降低,我国风电发展在波动后继续上扬。

风电补贴对新增装机形成重要影响,行业内出现两次抢装潮。2014 年 12 月 31 日, 发改委发布《关于适当调整陆上风电标杆上网电价的通知(发改价格[2014]3008 号)》, 开启风电标杆电价的退坡机制。政策适用于 2015 年 1 月 1 日以后核准的陆上风电项目以 及 2015 年 1 月 1 日前核准但于 2016 年 1 月 1 日以后投运的陆上风电项目。为了避免上 网电价下调,开发商将 2015 年 1 月 1日以前核准的陆上风电项目在 2015 年底实现并网, 导致 2015 年抢装潮出现。第二次抢装潮出现在 2020 年。2019 年 5 月 21 日,发改委发 布新政策,明确提出 2018 年核准的陆上风电项目,2020 年底仍未完成并网的,国家不 再补贴。在此背景下,存量项目快速推进,2020 年新增装机量出现历史新高,2020 年 12 月底单月装机 4705 万千瓦,2020 年总装机量达到 7167 万千瓦。

风电抢装退潮,政策因素趋弱,碳中和趋势成为启明星。“双碳战略”下,我国 2025 年非化石能源占一次能源消费比重将达到 20%左右。根据《国家能源局关于 2021 年风 电、光伏发电开发建设有关事项的通知》,我国将建立保障性并网、市场化并网等并网多 元保障机制,2021 年非水可再生能源保障性并网规模不低于 9000 万千瓦,对于保障性 并网范围以外的风电、光伏项目,可通过自建、合建共享或购买服务等市场化方式落实 并网条件后,由电网企业予以并网。碳中和大背景下,风电加快发展趋势较为明确。

国内海上风电在政策支持下快速发展,产业链逐步成熟。据 GWEC 数据,中国在 2020 年实现了 3 GW 以上的海上风电新增并网,连续第三年成为全球最大的海上风电市 场。2020 年全球新增海上风电中国占比最高,达到 50.4%,全球海上风电总装机量为 35.3GW,中国占比为 28.3%。

预计 2021 年风电新增装机量为 35-40GW。《风能北京宣言》发布,提出在“十四五” 规划中,为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间,保证年均新增装机 50GW 以 上;2025 年后,中国风电年均新增装机容量应不低于 60GW。国家能源局数据显示,2021 年 1-8 月国内新增风电装机 14.63GW,加之 2021 年风电抢装潮,预计 2021 年风电装机 量约为 35-40GW。

风机大型化标志着风电机组功率提升。由于高塔筒意味着能够捕获更高高度处的风 速,长叶片意味着风轮的受风面积更大,能够捕获更多的能量,风轮直径扩大,风机可 捕捉更多的风能,从而提高发电量,有助于风电在风速较低的地方打开市场。风机大型 化趋势下,单机功率逐渐提升。CWEA 统计我国新增装机各类机型容量占比,2-2.5MW 功率风机市场份额逐步扩大,2MW 功率设备或将逐渐退出市场。

海上风电叶片相较于陆上风电更大。海上风电运输、安装与维护等成本较陆上风电 高,需要采用相对更大的叶片以降低单位容量的发电成本,海上风电采用相对陆上风电 单机容量更大的机组,例如,明阳批量交付的海上风机单机容量超过 5.5MW、叶轮直径 超过 155 米。

风电零部件中,叶片的技术迭代速度最快。大型化风机需求更长的叶片、强度更高 的传动装置、功率更高的发电装置。核心零部件迭代需要跟进,其中叶片的技术迭代速 度最快。2.0MW 机型最早使用的是 93 米叶片,到 2017、2018 年已经使用 121 米叶片, 2019 年则一般会配置 140 米以上直径叶轮的叶片。

风电叶片经历发展,目前完全使用复合材料。风电叶片材料早期使用木材、布蒙皮、 铁蒙皮、铝合金蒙皮,随着风电叶片长度增长,需要使用更高强度的材料,复合材料能 够满足叶片大型化的轻量化、高模量、高强度的需求,风电叶片是世界上最大的复合材 料部件之一。

核心基体:环氧树脂体系是风电叶片生产的核心材料之一 环氧树脂是风电叶片生产过程中最为核心的原材料之一。环氧树脂是指分子中含有 两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚 A 或多元醇的缩聚产物。

由于环氧基的化学活性,可用多种含有活泼氢的化合物使其开环,固化交联生成网状结 构,因此它是一种热固性树脂。环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的 粘接性能以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的,它能制成涂料、复合 材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料。我国环氧树脂主要应用于涂料和电 子电气领域,复合材料领域用量可观。

树脂传递模塑工艺是大型叶片一次性成型主要工艺。小型风电叶片往往采用手糊成 型工艺,质量不稳定。在风电叶片大型化的趋势下,对叶片质量提出较高的要求,目前 风电叶片中通过树脂传递模塑成型工艺实现复合材料的成型,通过将树脂注入到闭合模 具中浸润增强材料并固化,此工艺设备昂贵但是节约劳动成本、树脂浸渍性能好、成型 周期短。

环氧树脂自身为热固性的线形结构, 加入固化剂交联后才能表现出优良的性能。胺 类化合物是环氧树脂重要的固化剂。一般胺类 (如乙二胺, 二乙烯三胺, 三乙烯四胺等) 固化剂在常温下具有挥发性大、刺激皮肤和呼吸道、毒性大、韧性低、强度低等缺点导 致其使用范围受到限制。而聚醚胺的出现克服了上述传统环氧固化剂的缺点, 将含有醚键 的胺类化合物应用于环氧树脂固化剂中, 不但能提高固化物的柔韧性, 还克服了简单多 胺固化剂毒性大的缺点。

聚醚胺是环氧树脂体系的固化剂,改善环氧树脂的耐酸碱性、耐水性和电性能。聚 醚胺(PEA)是一类以聚醚为主链结构,末端以胺基为官能团的聚合物。聚醚胺主要应 用于聚氨酯反应注射成型材料、聚脲喷涂、环氧树脂固化剂以及汽油清净剂等领域。聚 醚胺采用离去基团法和催化胺化法生产,催化胺化法是工业主要方法。聚醚胺因其优异 性能广泛应用于风力发电、纺织印染、铁路防腐、桥梁船舶防水、石油及页岩气开采领 域。

我国环氧树脂产能产量基本保持稳定,行业饱和度较高,2020 年产量有所增长。根 据卓创资讯的数据,2016-2020 年我国环氧树脂产能及产量基本保持稳定,2020 年产量 相比 2016-2019 年有较大的提升。行业产能利用率在 2020 年也有较大的提升,达到 61%。

风电叶片所用环氧树脂供应商的主要供应商有欧林(OLIN)、瀚森(HEXION)、亨 斯迈等,上纬、惠柏新材料等。从市场份额来看,瀚森化工和欧林占据着主导地位,我 国主要有道生天合、上纬新材、惠柏新材料供应风电叶片所需的环氧树脂,瀚森、欧林、 亨斯迈总市场份额从 2016 年的 39.76%下滑到 2019 年的 35%,但是地位稳定,主导供 应格局。

我国高端环氧树脂进口量需求大,进口替代势在必行。我国环氧树脂特种产品及固 化剂开发不足,如电子级环氧树脂、功能性粉末涂料、汽车底漆和风电叶片等对适用性 及稳定性较高的高性能环氧树脂供不应求,依赖进口,制约高端下游产品的国产替代化 进程。以艾郎科技为例,其 2018-2020 年的环氧树脂供应商为瀚森化工、OLIN 公司和道 生天合(OLIN 的国内树脂代理商),进口依赖度较高。

聚醚胺固化剂中美国亨斯曼、德国巴斯夫公司市占率高,中国企业市占率逐渐提升。亨斯曼装置在欧洲、美国、新加坡,产能约 12 万吨/年。巴斯夫装置主要集中在美国和帝 国,中国地区有少量产能。我国聚醚胺生产企业包括无锡阿科力603722)、扬州晨化、烟台民生、 山东正大、万华化学600309)。其中,山东正大聚醚胺产能为 3.5 万吨,居国内首位;晨化股份300610)生 产聚醚以及聚醚胺,聚醚胺产品产能为 1.8 万吨,在建产能为 1.3 万吨;阿科力聚醚胺产 能为 2 万吨,2021 年定增计划开展 1 万吨聚醚胺项目。

2020 年风电行业需求旺盛,带动聚醚胺以及原材料聚醚的价格提升。聚醚的产品价格与原料 PO(环氧丙烷)直接相关。2020 年在风电抢装潮的带动下,环氧丙烷价格从 2020 年初 9500 元/吨均价攀升至 2020 年 9 月份 19000 元/吨高点,实现翻倍的涨幅,国 内“PO-聚醚-聚醚胺-风电”产业链中聚醚产品同时实现了量价齐升。

根据阿科力公司往 年报表分析,聚醚胺价格在 2019 年达到低点后,2020 年相较于 2019 年有近 30%的提 升。考虑到原材料端的涨价趋势,2021 年聚醚胺价格仍保持高位。国际巨头巴斯夫也宣 布涨价,2021 年 4 月 1 日起,巴斯夫宣布将在北美地区提高以 Baxxodur 品牌销售的聚 醚胺的价格,以聚醚胺 D230 为例,调涨幅度为 4300 元/吨。

风电行业快速发展带动结构胶需求增长。我们预计“十四五”期间,我国年均风电 装机量为 55GW 左右,CAGR 为 11.8%,保持高速增长态势。根据康达新材002669)招股书中的 计算,以 1.5MW 机组为例,单个叶片结构胶用量为 350kg,单机用量为 1.05 吨,推算 得到结构胶用量为 0.7 吨/MW。2010 年我国风电主力机型为 1.5MW,2020 年风机功率 主要为 2-4MW,风机叶轮直径从约 80 米提升至 150 米以上,叶片长度实现了翻倍,将 提升单只叶片结构胶的需求。假设结构胶单位用量不变,我们预计“十四五”期间,结 构胶的年均市场需求为 3.85 万吨。

国内结构胶竞争格局中,康达新材市占率第一。风电结构胶属于结构胶的高端类型, 需要通过德国劳氏船级社(GL)认证方可应用于风电叶片制造之中。风电结构胶的主要 市场参与者为美国瀚森、陶氏化学与康达新材,目前康达新材国内市占率为约 70%,成 为当之无愧的行业龙头。

结构胶原材料成本高,技术溢价提升价格。据康达新材年报,结构胶原材料成本占 据 80%以上。风电结构胶技术难度较大,毛利率较高,根据康达新材营收数据进行计算, 2019 年公司环氧胶毛利率为 31.8%,2020 年风电结构胶的平均售价为 4 万元/吨,环氧 树脂均价为 2 万元/吨,具备较好的盈利水平。

2021-2025 年预计风电用环氧树脂需求将保持高速的增长。风电叶片尺寸增大,其 质量将出现三次方的同步变化,对于基体材料的用量需求将有保障。预计风电叶片专用 环氧树脂受益于风电装机的高景气度将实现稳定的增长。我们以聚合科技招股书(申报 稿)中披露数据计算得到 2018-2020 年我国风电环氧树脂的需求量为 13.9、19.1、35.5 万吨,2020 年因风电装机量的大幅增加,风电环氧树脂需求出现明显的增长。在风电大 型化的趋势下,碳纤维用量提升,在碳纤维高性能的支持下,预计单位装机容量环氧树 脂将持续下降,但随装机量的高速增长,预计环氧树脂需求也将呈现出高速的增长。(报告来源:未来智库)

碳纤维复合材料发展,树脂体系化适配。不同的碳纤维复合材料成型工艺存在较大 差异,因此所选环氧树脂体系与成型工艺的匹配性成为影响碳纤维复合材料性能和实现 产业化的关键。在风电用碳纤维材料中,拉挤成型是主要的成型工艺。根据拉挤成型工 艺的特点,所用环氧树脂体系应具有较长的可使用期、黏度低、加热反应速度快、浸渍 效果好等特点,如酸酐环氧树脂体系等。需要对环氧树脂进行增韧,提升其玻璃化转变 温度以改善耐高温性能;对环氧树脂填料进行研究,探索降低成本、缩短凝胶时间、提 升耐温性能同时保持力学性能的最佳体系。

芯材是风电叶片的主要材料。风电叶片中壳体、剪切腹板等重要部件一般采用夹芯 结构,通过此结构将叶片所受的剪切力从表层向内部传递,提高叶片的载荷能力。

轻木, 又称南美轻木、巴尔沙木, 它是由紧密排列的细胞结构组成的, 经过烘焙, 杀 菌处理, 具有轻质高强等特点。其具备高强度、低密度、抗压缩性能好、良好的面板粘接 性能、操作简单、良好的绝热性能、高抗冲击性及抗疲劳性、良好的阻燃性、优良的耐 水性能、操作温度范围宽、可再生的优点。

巴沙木存在一定的生长周期,供应与风电叶片高速发展的需求不匹配。巴沙木主要 产自于南美,由于 2018 年以前风电设备行业不景气,种植者选择转投其他作物,加上 巴沙木 4-5 年的生长周期,导致产量下降,供求关系推高进口价格,导致风电行业采购 价格持续走高。随着叶片大型化发展,如果使用巴沙木作为芯材,将进一步加剧供需不 平衡。

轻木生长周期结束可能会使得价格下降,短期内轻木价格高企,风电叶片供应商应 及时转换生产模式。轻木生长周期结束可能会导致轻木价格回落,在此之前,风电叶片 制造企业需要承受高昂的价格,加之原先生产技术按照轻木适配,短时间内技术迭代成 本较高。风电叶片制造厂商应及时切换生产模式,采取合成材料作为芯材以减轻轻木供 应紧张的局面。待轻木价格回落,风电叶片制造厂商对芯材的使用将会有更多的选择。

三明治结构的夹芯复合材料是一种结合工字梁的结构设计特点,是材料和结构共同 优化的一种材料结构设计。玻璃钢夹芯复合材料一般采用树脂/纤维复合材料做面板层, 轻质多孔材料作为芯材。这种结构受到弯曲载荷时,其整体刚性主要取决于面板层的性 能和两面板间的距离,距离越大其弯曲刚性越大,而芯材主要承受剪切作用,支持面板 不失去稳定性。结构泡沫材料目前市场上主要有 PVC 结构泡沫材料和 PET 结构泡沫材 料。其中 PVC 结构泡沫材料由于行业应用比较成熟,是目前使用量最大的一种结构泡沫 材料。

风电叶片泡沫芯材种类较多,主要分为热塑性和热固性泡沫材料。泡沫主要有聚氯 乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-苯乙烯(SAN)、聚甲基丙烯酰胺(PMI)、聚对 苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。PS 和 PET 为热塑性泡沫,PVC、SAN、PMI 为热固性 泡沫。

聚氯乙烯(PVC)泡沫质量轻、强度高,是一种热固性材料,硬质交联 PVC 泡沫材 料主要应用于风力发电叶片。交联 PVC 泡沫是由 PVC 树脂和热固性的交联网络组成, 具有互穿或者半互穿网络结构的泡沫,强度高,阻燃隔热性能好,水汽透过率低,但是 制作工艺复杂,成本较高。《配方组成对交联 PVC 结构泡沫泡孔结构额影响》(薛俭)中 表示,硬质交联 PVC 泡沫中 80-85%应用于风电叶片,其他应用领域有轨道交通、船舶 舰艇、航空航天以及建筑节能等行业。风电叶片大型化发展要求重量减轻,交联 PVC 泡 沫主要是闭孔结构,可以有效防止树脂进入到泡沫内部增加叶片的重量。

PVC 泡沫存在耐高温性能较差的特点,成型工艺中存在烧焦可能。《风电叶片 PVC 芯材的耐温性研究》(江一杭)介绍到,在风电叶片成型过程中,由于环氧树脂必须经过 高温后固化,才能达到设计强度要求,一般会将模具温度加热到 70℃以上。同时,环氧 树脂材料固化过程中还会释放出热量,导致产品温度进一步上升(局部会达到 100℃)。高 温后固化工艺对 PVC 泡沫的耐温性提出了较高的要求。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种热塑性材料,强度高,质量轻,电绝缘性优 越。PET 是乙二醇与对苯二甲酸的缩聚产物,用于生产纤维、各类容器、包装材料之外, 可以通过发泡技术生产 PET 发泡材料。PET 泡沫塑料的发泡方式为超临界二氧化碳挤出 发泡法,通过将挤出机的螺杆旋转和料筒加热熔融,物料被不断地混合剪切,在机头处 由高压瞬间变为低压而使得溶于物料的气体膨胀发泡。

泡沫 PET 综合性能优于泡沫 PVC,可以避免 PVC 泡沫耐高温性能差的问题。《PET 泡沫的性能评估及其在风机叶片上的应用探讨》(汪鹏)中采用 100 密度的 PET 泡沫与 60 密度的风电常用 PVC 泡沫塑料进行性能对比,PET 泡沫的各项力学性能均达到风机 叶片的设计要求,与 PVC 泡沫性能相当。除此之外,PET 泡沫的耐高温性能优越,避免 PVC 泡沫叶片经常发生烧糊或鼓包的问题。

经封孔处理的 PET 泡沫平板的吸胶量低于 PVC 泡沫,在十几吨的叶片中,假设叶片在腹板中应用 PET 泡沫 2m3,仅有 60kg 的重 量增量,是可以接受的重量变化。根据艾郎科技招股书披露,PET 价格低于 PVC 价格, 在 PET 替代 PVC 后可以降低叶片成本,为风电叶片企业提供更多的选择,避免单一芯 材的供应波动问题,利好行业更加稳定的发展。

PET 泡沫芯材为热塑性芯材,符合环保趋势。热塑性塑料材料还可以改进风机叶片 的可持续性能。如今,如何对此类尺寸巨大、复杂程度较高的零配件进行回收再利用也 是风电产业高度关注的问题之一。目前,多数废旧叶片会被直接送到垃圾填埋场进行处 理。采用热塑性 PET 发泡材料制造的风机叶片非常容易进行循环回收。PET 发泡材料解 决方案还具有供应稳定、性价比高、材料特性一致等多种优势。发泡工艺改进,孔径减小,吸胶量减小,进一步减少叶片重量。戴铂在其 Divinycell PY PET 发泡芯材系列的生产工艺中,应用了 SABIC 这款极具突破性的改性料,而非标 准成核剂产品。(报告来源:未来智库)

LNP COLORCOMP 改性料在将泡孔尺寸缩小至二分之一的同时,可以 保持同等密度并降低泡孔尺寸分散度,从而实现成品部件的轻量化并改进应用效率,显 著缩减泡孔尺寸、确保均匀的泡孔尺寸分布,有助于在复合材料生产过程中减少发泡材 料的树脂摄取量,树脂含量减少是实现风机叶片轻量化的重要因素。泡孔尺寸缩减的另 一项潜在优势是无需进行用于闭合泡孔、减少树脂摄取量的二次发泡或表面处理操作。此外,更小的泡孔尺寸和更窄的泡孔尺寸分布还有助于改进剪切强度和应变特性。此类 性能改善无法通过传统发泡技术或低密度发泡材料来实现。

芯材套件应用比例提升。芯材一般都是直接根据设计图纸、板材原料来加工,这样 加工出来的芯材块数多,再加上加工偏差、铺放偏差,在铺放时就出现拼接质量不高、 修补量大的问题。通过预先将部分芯材进行模块化设计,按一个整体进行预制形成模块 件,然后主模具铺放时直接应用模块件,可以减少修补、提高铺放精度、提高效率和提 升产品质量。随着叶片尺寸的增加及工艺要求的提升,大尺寸叶片更多的使用芯材套材。

玻璃纤维是一种无机非金属材料,具有质量轻、强度高、耐高低温、耐腐蚀等优异 性能。玻璃纤维以叶腊石、石英砂、石灰石等主要矿物原料和硼酸、纯碱等化工原料进 行生产,经过拉丝、络纱、织布等工艺制备成纤维。

玻璃纤维增强材料是风电叶片最主要的增强材料。玻璃纤维在作为增强材料时,最 突出的性能是抗拉强度大。玻璃纤维增强叶片的受力特点是在玻璃纤维方向能够承受很 高的拉应力,而其他方向承受的力相对较小。风电叶片由蒙皮和腹板组成,蒙皮采用夹 芯结构,中间层是轻木、PVC 泡沫芯材,上下面层为玻璃纤维复合材料。面层铺设玻璃 纤维,以承受离心力和气动弯矩产生的轴向应力,两种作用力的方向沿叶片指向转轴, 恰好是玻璃纤维的拉伸方向。腹板结构也采用夹芯结构。腹板与蒙皮结合的梁帽位置需 要承受较大的应力,需要使用实心玻璃纤维增强结构。

我国是全球玻璃纤维最大的生产国,行业集中度较高。2020 年中国玻璃纤维产量超 过 540 万吨,占据全球玻璃纤维产量的 60%以上。我国玻璃纤维行业企业较为集中,中 国巨石、泰山玻纤(中材科技002080)子公司)、重庆国际合计占据玻纤行业产能的 60%以上。

适用于风电叶片的玻璃纤维为 E-玻纤系列。E-玻璃亦称无碱玻璃,系一种硼硅酸盐 玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分,具有良好的电气绝缘性及机械性 能,广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维,也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维。因为风电叶 片较高,需要考虑到避免雷击损坏叶片,风电需要采用主体为电绝缘材料制作。

碳纤维是近年来研究比较热门的新型纤维材料,具有耐高温、耐腐蚀、超高强度、 高模量和比重小等优点,广泛应用于航空航天、交通运输、建筑等领域。根据碳纤维原料的来源可以分为:以沥青为原料的沥青基纤维、以黏胶为原料的黏 胶基纤维和以聚丙烯腈为原料的聚丙烯腈基纤维。

聚丙烯腈基纤维是碳纤维中用途最广、 用量最大、性能最好的纤维种类。约 90%以上的商用碳纤维都由聚丙烯腈(PAN)原丝 纤维碳化得来。其制备工艺包括:聚合、纺丝、预氧化、碳化、表面处理、碳纤维形成、 成品加工。沥青基纤维的再利用可以将沥青价值提高,尺寸稳定性好,沥青基碳纤维与 氰酸酯树脂复合材料热膨胀系数小,可以用作人造卫星材料和其他精密材料。黏胶基碳 纤维由含纤维素的粘胶纤维组成,具备石墨化程度低,导热系数小,是理想的隔热材料, 密度小,生物相容性好。

中国大陆碳纤维行业集中度较高,跨越低达产率历史阶段,趋近国际水平。中国大 陆碳纤维及原丝产能集中度较高,主要集中在吉林碳谷、中复神鹰、恒神股份、光威复 材四家制造商,其中吉林碳谷主要研发低成本大丝束碳纤维原丝,产能位居我国首位。

碳纤维复合材料是以碳纤维作为增强材料,与其他基体材料进行复合制成,风电叶 片成为碳纤维复合材料最大的消费端。碳纤维复合材料在风电叶片中得以应 用, 2020 年全球风电碳纤维需求为 3.06 万吨,预计于 2025 年将达到 9.34 万吨,复合增长率为 25%,保持着快速的增长。2020 年我国树脂基碳纤维复合材料需求中风电叶片 是最大的需求端,需求量为 3.08 万吨,占比为 40.9%。(报告来源:未来智库)

风电装机量的提升将给上游原材料带来较大的需求。风电装机量在经过抢装潮后预 计将继续保持高速的增长,带动上游原材料中玻璃纤维和碳纤维复合材料的需求增长。玻璃纤维有效新增产能有限,下游需求的快速增长将维持玻纤景气度。玻璃纤维增 强复合材料作为风电叶片的主体材料,其风电需求将持续放量。玻纤行业在 18 年出现产 能新增高峰,21 年和 22 年产能新增有限,多为龙头企业扩产。2020 年因风电抢装导致 玻纤需求明显回升,伴随疫情好转经济复苏,下游汽车、电子、建筑等行业需求也逐步 回弹,玻纤行业料将继续出现新的景气周期。

碳纤维复合材料应用占比将继续得到提升,采用碳纤维复合材料可减轻叶片质量。大型风电叶片对材料性能提出更高的要求。碳纤维具有高模量、高强度等优异性能,能 够给有效提高叶片刚度,降低重量,从而降低机组载荷,使得整机部件轻量化。碳纤维 的密度比玻璃纤维小约 30%、强度大 40%,尤其是模量高 3~8 倍, 因此大型叶片采用碳 纤维增强可充分发挥其高弹、轻质的优点。

《复合材料风电叶片技术的现状与发展》(高 克强)中显示,一个旋转直径为 120m 的风机叶片,梁结构采用碳纤维与采用全玻璃纤 维相比,质量可减轻 40%左右;碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的 2 倍。据分析, 采用碳/玻混杂增强方案,叶片质量可减轻 20%~30%,同样是 34m 长的叶 片,采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为 5200kg,而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只 有 3800kg。使用碳纤维后,叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能, 从而减少了塔筒和轮轴的负载。

风电场气候恶劣,不同环境腐蚀因素不同。我国东北、华北、西北地带多风沙,昼 夜温差大,气候相当恶劣。环境大气中磨损应力(磨蚀),可能因为风挟带的颗粒(例如 砂砾)摩擦钢结构,风电机组表面极易产生破坏,另外是冰雹、沙尘暴甚至飞鸟等较大 物的撞击破坏。

这在沙漠戈壁风电场塔架迎风面及底部、风电叶片表面、箱式落地变压 器迎风侧面比较明显。我国东北、华北、西北地带多风沙,昼夜温差大,气候相当恶劣。环境大气中磨损应力(磨蚀),可能因为风挟带的颗粒(例如砂砾)摩擦钢结构,风电机 组表面极易产生破坏,另外是冰雹、沙尘暴甚至飞鸟等较大物的撞击破坏。这在沙漠戈 壁风电场塔架迎风面及底部、风电叶片表面、箱式落地变压器迎风侧面比较明显。

风力发电设备受到腐蚀会影响风电机组的安全运行,风电设备至少使用 20 年,必须 用涂层保护。叶片涂层主要用于保护叶片免于强光、风沙、腐蚀以及高低温的影响。叶 片防护涂料的性能对叶片本身质量和寿命有重要的影响。不同于叶片是使用的复合材料, 塔筒主要是钢结构件,的钢结构件相对来说更容易发生腐蚀,钢结构件如果受到破 坏,整个风电设备将失去支撑倒塌。对于叶片来说,叶片前缘由于长期受到风力摩擦以 及沙粒、盐雾及雨水的冲击,是风电叶片中最容易出现腐蚀的部位。

特别是叶片的叶尖 前缘部分比较薄而且线速度大,该部位的腐蚀最为严重。风电叶片前缘出现腐蚀将影响 风电叶片的气动,增加运行阻力,降低发电量,因此对于风电叶片的防护是非常必要的。我国工业防腐涂料产量基本上维持稳定增长。2010-2019 年,中国防腐涂料供给整 体呈现较快增长趋势,仅 2018 年产量有所下滑。2018 年,我国防腐涂料总产量 452 万 吨,占涂料总产量的 25.7%;2019 年,我国防腐涂料总产量 535 万吨,同比增长 18.4%, 占涂料总产量的 22.2%。

风电叶片设备中使用最多的是聚氨酯涂料。树脂是叶片用涂料的成膜基体,其性能 将很大程度决定叶片涂料的性能。叶片用涂料的主要成膜树脂包括:聚氨酯树脂、丙烯 酸树脂和环氧树脂以及一些功能性树脂如氟树脂和有机硅树脂。其中,聚氨酯树脂涂料 是一种具有高弹性和耐用性的材料,受到冲击时能起到吸收能量的作用,且聚氨酯涂料 相比于其他树脂基体涂料具有优异的附着力、优异的耐磨性、良好的耐高低温性以及低 固化温度等优点,且相同固含量下成本较低,是风电叶片中使用最多的树脂材料。

对于 叶片防护体系来说,通常使用聚氨酯体系,包括弹性聚氨酯修补腻子、聚氨酯底漆以及 聚氨酯面漆组成。如 PPG 公司的 HSP7401 型聚氨酯底漆、AUE5000 型聚氨酯面漆体 系以及 Selemix DTM 系列底面合一聚氨酯体系等。

环氧富锌底漆用于塔筒钢结构防止电化学腐蚀。环氧富锌底漆是以环氧树脂、锌粉 为主要原料,增稠剂、填料、助剂、溶剂等组成的特种涂料产品,该漆具有自然干燥快, 附着力强,防腐蚀能力强等特点。国标环氧富锌底漆含锌量是 70%,更有非标环氧富锌 底漆含锌量为 30% 、50%。

作重防腐涂层的配套底漆,有阴极保护作用,适用于储罐、 集装箱、钢结构、钢管、海洋平台、船舶、海港设施以及恶劣防腐蚀环境的底涂层等。环氧云铁中间漆用于涂层力学性能提供。环氧云铁中间漆是以环氧树脂、鳞片状云 母氧化铁、复合缓蚀剂、改性固化剂等组分的双组份环氧漆,具有良好的力学性能,漆 膜耐冲击,涂层耐水耐盐,抗渗透屏蔽性能,在涂层体系中起到承上启下的作用。富锌 涂层中大量锌粒的存在使得涂层中存在较多的孔隙,单涂时不能有效阻挡电解质的渗透, 再施涂环氧云铁中间漆因云母氧化铁使得水分子路径增长,阻碍了电解质的渗透。

氟碳涂料(FEVE)提升风电机组的免维护周期。氟碳涂料的主体是含氟树脂,氟碳 涂料由于氟原子及螺旋结构,使得涂膜具有较小的表面张力,同时保护树脂免受紫外线 和化学品的侵蚀,在涂膜的固化过程中,氟原子发生迁移富集至涂膜表面,使得氟碳涂 料具有优异的耐候性和表面自洁性能。一般的聚氨酯配套涂层的保护寿命不超过 8 年, 小于风电机组的 20 年使用寿命,期间需求 3 次以上的重涂和维修工作,维修成本高。氟 碳涂料的保护年限可达 20 年,在风电机组的正常使用寿命期间,至多进行一次维修即可 满足使用要求。同时氟碳涂料的漆膜年损失量低,其设计膜厚低于聚氨酯配套体系,在 涂装过程中减少 VOC 排放,符合环保理念。

国外涂料公司话语权重,国内企业进行追赶。风电叶片用涂料供应企业基本上都是 国外公司,例如德国美凯威奇、美国 PPG、德国巴斯夫等。我国相关企业也对其进行探 索,例如西北永新、湘江涂料、海隆涂料、麦加芯彩、渝三峡、飞鹿股份300665)等。

水性涂料体系是所有涂料体系的发展方向,现阶段水性涂料无法完全替代溶剂型涂 料。随着我国对于环保问题的日益重视,制定较为严格的 VOC(气相有机)管控措施及 法律法规。2015 年国家对涂料征收 4%的涂料消费税,但是对于施工状态下 VOC 含量≤ 420g/L 的涂料可以免征消费税。水性风电叶片涂料以水为溶剂,VOC 低。

不过,水性 风电叶片涂料对施工环境的要求相对较高,水性风电叶片涂料中的溶剂为水,水的汽化 温度相对溶剂较高,会导致涂料施工后水不易蒸发,水的蒸发受湿度影响大,只能通过 环境湿度调整。显然,现阶段水性风电叶片涂料无法完全取代溶剂型风电叶片涂料。而 溶剂型风电叶片涂料的性能方面,特别是耐磨性、防腐蚀性比水性风电叶片涂料更优。针对环保问题,溶剂型风电叶片涂料可在具有优异性能的前提下,进一步转换为高固体 分涂料和无溶剂涂料,以便降低 VOC 而达到环保的要求。塔筒高性能涂料替代传统方案,氟碳面漆的渗透有望加快。

塔筒底漆一般为环氧富 锌漆,采用电化学防腐方法进行钢结构的防护。麦加芯彩塔筒防护涂料新方案中使用聚 氨酯富锌涂料替换环氧富锌涂料,一般环氧富锌需要 80 微米膜厚,而聚氨酯富锌涂料只 需要 40 微米就可以大大超过其防腐性能,聚氨酯漆成本较低,加之漆膜厚度大大降低, 进一步降低塔筒防护成本。对于高性能环氧涂料来说,喷涂快干性能优异,甚至可以水 下施工,附着力优异,固含量高,可以满足单道厚涂要求,缩短施工周期。涂料成本在 风电叶片中占比约 4-5%。在设计涂层体系时,将风电设备外表面替换为氟碳涂料面漆, 与原先底漆和中涂漆配套使用,可在较为合理的成本下延长涂层的有效使用寿命。

风电行业经历抢装退潮后,在双碳战略背景下仍借东风之势维持高景气度,风电叶 片大型化趋势推动核心材料供给端出现变革,叶片技术迭代提升对于材料性能需求。风 电叶片制造关键材料进口依赖较高,部分企业在加速布局,国产化势在必行。

针对风电材料中的基体、芯材、增强材料与涂层,我们进行了市场需求测算。2020 年风电抢装退潮之后,市场需求有明显的降低,但是在“十四五”规划与碳中和国家战 略的保障下,预计风电年均新增装机在 50GW 以上,仍能保持高确定性的高增长趋势, 带来上游材料端的需求迅速增长。在市场需求测算中,我们依据风电新增装机量增长与 单位装机量各材料的消耗比例与渗透率进行测算,预计各材料都将保持高速的年均增长 率,相关材料生产企业具备良好的增长基础。目前我国风电设备中部分制造材料中进口 依存仍然较高,部分企业加速布局,国产替代在路上。

热门评论网友评论只代表同花顺网友的个人观点,不代表同花顺金融服务网观点。

投资者关系关于同花顺软件下载法律声明运营许可联系我们友情链接招聘英才用户体验计划涉未成年人违规内容举报算法推荐专项举报

不良信息举报电话举报邮箱:增值电信业务经营许可证:B2-20090237

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。