我国风电叶片材料行业：风电持续发展下市场长期向好高性能复合材料成主流选材

2024-11-25 09:41

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一般来讲，风电叶片材料是制造风电叶片过程中所使用的材料统称，主要有改性环氧灌注树脂系统料、改性环氧树脂手糊系统料、叶片芯材和高性能风电结构胶等。近年随着我国风电行业的快速发展，风电装机容量不断提升，市场对于风机和风电叶片的需求巨大，进而带动了风电叶片用材料需求规模的增长。与此同时，随着叶片尺寸的增加，叶片重心不断向外移动，对于叶片材料的刚性、均匀程度、材料密度，以及叶片的尺寸精度都提出了更高的要求。当前风电叶片的制造材料多种多样，主要包括基体材料、增强材料、夹芯材料等几大类。其中基体材料占比最大，在风电叶片原材料成本中占33%。另外在风电叶片大型化、轻量化下，高性能复合材料因其独特的性能优势成为风电叶片的主流选材。

一、风电行业持续发展，风电叶片材料行业市场前景长期向好

根据观研报告网发布的《中国风电叶片材料行业发展深度分析与投资前景预测报告（2024-2031年）》显示，风电是清洁能源和新能源中的重要的组成部分。大力发展风电产业，对于调整能源结构、推动能源生产和消费变革有着重要意义。在此背景下，风电叶片材料行业拥有广阔的发展前景。

自21 世纪以来，在全球气候变暖和减少碳排放的大背景下，全球风电行业总体快速发展。根据 GWEC 统计， 2023年全球风电新增装机量116.6GW ，创历史新高,比2022年增长了50%。在2015—2023年期间年复合增长率达 7.83%。其中陆上风电新增装机量 105.8GW，海上风电新增装机量 10.8GW。截止2023年，全球风电累计装机容量突破了1TW，同比增长13%。这一数据表明，目前全球风电行业正处于快速发展中，也将带动风电叶片材料市场发展。

数据来源：公开数据，观研天下整理

我国也不例外。风电作为中国的战略性新兴产业，装机量一直在高速增加。并且在产业政策引导和市场需求推动这两方面的作用下，风电产业已经成为中国能参与国际竞争并且占据领先优势的产业了。到目前我国已是世界第一风电大国，装机容量占全球的38.1% ‌。这也为风电叶片材料市场提供了良好的发展机遇。

数据来源：公开数据，观研天下整理

根据国家能源局数据显示，2024年1-6月，我国风电行业新增装机容量为1410万千瓦；全国风力发电累计装机容量46671万千瓦，同比增长19.9%。其中，陆上风电累计装机容量43690万千瓦，占全部累计装机容量的92.1%；海上累计装机容量3770万千瓦，占全部累计装机容量的7.9%。

数据来源：国家能源局，观研天下整理

二、风电叶片市场步入“快车道”，市场规模不断扩容带动风电叶片材料需求持续增长

随着我国风电行业的快速发展，风电装机容量不断提升，市场对于风机和风电叶片的需求巨大，进而带动了风电叶片用材料需求规模的增长。风电叶片是风电机组中将自然界风能转换为风力发电机组电能的核心部件，是风电最基础的关键零部件之一，是衡量风电机组设计和技术水平的主要依据，是影响风力发电效率的关键因素之一。

近年在风电行业快速发展带动下，我国风电叶片行业也步入发展“快车道”，市场规模不断扩容，从而也带动了风电叶片用材料需求持续增长。数据显示，2023年我国风电叶片市场规模约为442亿元，较上年增长19.14%。预计到2024年我国风电叶片市场规模将增长至476亿元。

数据来源：国家能源局，观研天下整理

三、当前风电叶片制造材料种类多样，基体材料在整个叶片材料里成本占比最大

自风电产业诞生以来，人们便不断探索更高性能的风电叶片和机组材料。风电叶片用材料经历了由木质叶片、金属叶片到复合材料叶片的过程。目前，行业普遍采用高分子聚合物，如环氧树脂、不饱和树脂等，通过与玻璃纤维或碳纤维的复合灌注固化来制造风电机组叶片。

整体来看，当前风电叶片的制造材料多种多样，主要包括基体材料、增强材料、夹芯材料等几类。其中基体材料占比最大，在风电叶片原材料成本中占33%；其次为夹芯材料、增强材料，占比分别为25%、21%。

数据来源：公开数据，观研天下整理

基体树脂在整个叶片材料里就像个“包裹体”。在叶片当中，纤维材料和夹芯材料是被基体树脂包裹着的，它能起到粘结、支撑、保护增强材料以及传递载荷的作用，还能给予韧性和耐久性，在风电材料里它的成本占比是最大的。

目前用来生产风电叶片的基体材料包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、尼龙66还有生物基尼龙56等。其中环氧树脂为主流，而聚氨酯和尼龙56材料因性能优势明显，能替代环氧树脂复合、尼龙66，使得未来发展可期。

增强材料是用来提升制品力学性能或者其他性能的材料。而在风电叶片中，就是用增强材料来保证刚度和强度。当前玻璃纤维和碳纤维是风电叶片主要采用的增强材料。其中玻璃纤维属于新型无机非金属材料，是现在用得最多的增强材料。根据中国玻纤协会的统计数据，风电用玻璃纤维在玻璃纤维总产能里占20% - 25%左右。

夹芯材料是风电叶片的关键材料，一般用在叶片的蒙皮和腹板上，通过做成夹层结构来增加结构的刚度，避免局部失稳，增强整个叶片的承载能力。目前常用的主要有巴沙木、PVC 泡沫、PET 泡沫等几种材料。据技术邻消息，在风电叶片的夹芯材料里，Balsawood（巴沙木）的使用比例是38%，PVC泡沫的使用比例是31%，PET泡沫的使用比例是25%。

风电叶片材料主要类型及其发展情况

类型		相关情况
基体材料	环氧树脂	基础环氧树脂加上固化剂、助剂、稀释剂等进行深加工就成了环氧树脂，它的好处是对玻璃纤维和碳纤维的浸润性好，力学性能和耐疲劳性能也很出色。目前我国环氧树脂的产能和产量都比较稳定。2019- 2021年期间，国内环氧树脂产能大概保持在230万吨上下，到了2022年就增长到283万吨了。环氧树脂产量是在140 - 160万吨这个范围里，整个行业相对稳定。
	聚氨酯	聚氨酯有粘度低、韧性佳、灌注和固化速度快这些优势，这有助于缩短成型周期，而且聚氨酯的强度比环氧树脂高。不过，聚氨酯的电阻率高，综合电性能不好，配方体系还得继续优化。另外聚氨酯和环氧树脂比起来，灌注时间能少一半，韧性也不错，以后说不定能做出性能比环氧树脂复合材料高很多的高性能聚氨酯复合材料。
	尼龙66	“卡脖子”瓶颈有望被突破。尼龙66有耐高温、耐水解、耐磨、阻燃性好、密度适中这些性能，在各个领域广泛应用，但它的关键原料“己二腈”是中国的“卡脖子”产品，这限制了整个产业的发展。不过2020年以来，好几家公司宣布新建己二腈装置，规划的产能达到100万吨，建成之后或许能在一定程度上缓解中国己二腈供应紧张的状况。
	乙烯基酯树脂	乙烯基酯树脂是环保又高性能的耐腐蚀主打产品，在重防腐领域有着不可替代的优势，所以在海水环境里它的耐腐蚀性也很好。
	不饱和聚酯树脂	不饱和聚酯树脂的力学性能比不上环氧树脂和乙烯基酯树脂，而且它固化的时候收缩率比较大，在贮存的时候粘度和凝胶时间容易发生变化。
	生物基尼龙56	生物基尼龙56的生产有可能做到零碳甚至负碳，对减少碳排放作用很明显。尼龙56是种可以替代尼龙66的新材料，这有助于打破尼龙66在供给方面的限制。生物基材料的生产很环保，对达成“碳中和”意义重大。现在有不少企业参与生物基尼龙56的生产，像凯赛生物、阳煤化工、伊品生物等企业都有布局。
增强材料	玻璃纤维	玻璃纤维属于新型无机非金属材料，性能特别好，绝缘佳，机械强度高，又轻又结实，还耐高温、耐腐蚀，是现在用得最多的增强材料。据中国玻纤协会的统计数据，风电用玻璃纤维在玻璃纤维总产能里占20% - 25%左右。 2012年到2021年期间，中国玻璃纤维的产量和表观消费量一直在增长。产量从288万吨涨到了624万吨，复合年均增长率（CAGR）是8.97%；表观消费量从187万吨涨到了471.3万吨，复合年均增长率（CAGR）为10.82%。目前在玻璃纤维领域，集中度挺高的，是寡头竞争那种格局。2021年的时候，中国巨石、泰山玻纤、国际复材这三家企业，在中国市场占的份额超过了60%。单是中国巨石这一家企业，就占了33%。预计在能耗双控和双碳目标的大环境下，行业里领先的企业竞争优势会更突出，市场的集中度可能还会接着提高。
增强材料	碳纤维	碳纤维是丝状碳素材料，被叫做材料领域的“黑色黄金”，是基础新材料，其比模量高，比重低，用它做增强体的复合材料增强、减重效果很棒。而且碳纤维耐腐蚀、耐高温、膨胀系数低、导电，化学稳定性、热稳定性和电性能都不错，在高压、高温、高湿、高寒、高腐蚀这些恶劣工况环境下都能用。国际碳纤维市场还被日本和美国的企业垄断着。国际碳纤维行业的集中程度比较高，技术壁垒高、资金投入大，所以参与竞争的企业比较少。日本东丽、东邦和三菱丽阳现在占了全球丙烯腈碳纤维一半以上的市场份额。据中简科技的招股说明书讲，在小丝束碳纤维市场，日本企业占全球产能的49%；在大丝束碳纤维市场，日本和美国的企业占了绝大部分份额，处于主导地位。
夹芯材料	巴沙木	Balsawood（巴沙木）也叫轻木，是木棉科的热带速生树种，全球超过90%的轻木都产自厄瓜多尔。风电领域里，Balsawood（巴沙木）的市场需求一直在增加。全国能源信息平台百家号消息显示，每个风电叶片会消耗3 - 4立方米巴沙木，而且由于每个叶片发电容量大概是0.5MW，所以每MW风电叶片差不多要用6立方米巴沙木。另外，技术邻的数据表明，巴沙木在风电叶片芯材里的使用比例是38%。
	PVC 泡沫	PVC泡沫已经实现国产化。PVC泡沫以乙烯基聚合物为基础，包含PVC、发泡剂、交联剂等塑料助剂，要经过投料、共混、模压、后处理、再模压这些复杂工序才能制成。PVC泡沫的综合机械性能很好，化学性质稳定，性价比非常高，在风电和水上船艇这些领域应用很广泛。目前我国PVC的供应比较稳定。在2018 - 2022年期间，我国PVC的产能大概保持在2500万吨上下，产量大约在2000万吨上下，表观消费量差不多在1900万吨上下。产能的利用率在80%左右，整个行业比较稳定。
	PET 泡沫	PET泡沫是这几年用来替代PVC的主要芯材，PET泡沫质地比较脆，其力学强度、耐热性和生物降解性能都很优异，在环保建材、汽车内饰、屋顶隔热、运动器材、风力发电和航天工业等领域都有广泛应用。PET泡沫的力学性能比PVC泡沫好，除了能在叶片局部替代PVC，还能代替一部分轻木。另外PVC泡沫在生产、使用和废弃处理的时候，都会造成一定的环境污染，而PET泡沫是可以回收的环保材料。 PET泡沫生产主要有发泡配方、专用设备、发泡工艺这几个壁垒。现在，国外厂商垄断了PET泡沫产业化的生产技术。中国的PET泡沫行业发展得比较晚，做产品研发和生产的企业没多少，整个行业的技术水平比较落后，和欧美发达国家比起来，仍有很大的差距。

资料来源：公开资料，观研天下整理

四、风电叶片大型化、轻量化下，高性能复合材料需求不断增长

风电叶片有大型化、轻量化的发展走向。随着最近几年来，国内陆上风机、海上风机逐渐大型化的趋势，风电叶片的叶轮直径也在不断增长，同时叶片的叶型、结构、材料也在随之不断进行迭代和更新。从技术上看，风电叶片尺寸越大，可增大风机的扫风面积，从而捕获更多的风能，提升风机机组的发电效率，同时增加机组的竞争力，降低风电度电成本。风机叶片自问世以来，风机叶片的尺寸在不断提升。数据显示，截至 2022 年末陆上风电主流的叶轮直径已经达 166 米，极大地提升了风机机组整体的发电效率。

数据来源：公开数据，观研天下整理

随着叶片尺寸的增加，叶片重心不断向外移动，对于叶片材料的刚性、均匀程度、材料密度，以及叶片的尺寸精度都提出了更高的要求；同时，随着风场建设区域的不断扩大，特别是海上风电装机规模的快速增加，对于风机叶片材料的耐候性和抗腐蚀能力的要求也在不断提升。

例如风电叶片大梁作为叶片竖向荷载的主要支撑部件，其选材和工艺也在不断变化。当前，风电叶片大梁的生产工艺主要有灌注工艺和拉挤工艺；其中运用拉挤工艺制作的风电叶片大梁，在拉伸、弯曲、层间剪切、压缩性能方面呈现最优的效果。随着风电装机发电效率提升，叶片不断加长，对于大梁力学性能的要求日趋严格，采用拉挤工艺制作的风电叶片大梁占比将逐步提升，进而拉动上游对于拉挤树脂系统料等叶片用材料的需求增长。

在大型化、轻量化下高性能复合材料需求不断增长。以风电叶片专用环氧树脂为例，2023 年全球及中国风电叶片专用环氧树脂销售额为 16.15 亿美元、9.45 亿美元，折合人民币分别为 114.48 亿元、66.98亿元。2023年全球及中国风电叶片专用环氧树脂全球市场实现销售 497701 吨、343064 吨，预计到2030 年将分别实现销售 786123 吨、548290 吨。2024 -2030 年，全球和中国的复合增长率分别为 6.56%、6.45%。可见不管是在全球市场上还是国内市场上，风电叶片专用环氧树脂市场整体呈长期景气态势。

到目前，高性能复合材料因其独特的性能优势成为当前风电叶片的主流选材。预计随着风电机组高功率和叶片大型化的发展，风电叶片对于高性能复合材料的性能要求不断提升，促进相关技术不断发展，对其依赖程度也随之加强。（WW）

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