2021年风电叶片产业现状,轻量化背景下玻纤和碳
资料来源:公司公报,华经产业研究院整理
作为风电产业链中关键组成,我国风电叶片整体产业相对简单,上游主要各原材料的生产,包括玻纤、碳纤维和新材等,中游主要为风电叶片生产企业,包括中材科技、时代新材、中复连众和艾郎科技等。下游主要应用风电电站。
3、下游端
中材科技体量较大,盈利表现突出:作为国内市场龙头,2020年中材科技风电叶片出货量达到12.34GW,毛利率保持平稳增长,到2020年毛利率达到23.93%,较18年累计上涨10pct。2021销量和营收小幅度下降,但市占率有所回升。时代新材叶片营收从2019年的23.25亿元增长至2020年的68.33亿元,规模快速扩张。2017年天顺风能开始自主研发、生产和销售风电叶片,发展迅速,2019年叶片业务实现销售收入7.52亿元,同比增加近200%,由于天顺18~19年主要以模具销售为主,因此毛利率显著高于平均水平。
1、成型工艺比较
风电叶片大梁所用碳纤维存在大克重预浸料、碳纤维织物真空导入、拉挤成型3种工艺,2015年之前全球碳纤维工艺以预浸料和真空灌注为主,价格高使风电叶片采用碳纤维比例偏低;近年来Vestas大丝束碳纤维(主流供应商为ZOLTEK)拉挤梁片成为主流。拉挤工艺先将碳纤维制成拉挤板材,叶片制作时在设定位置内把拉挤板材黏贴在蒙皮上制成大梁。其设计理念是把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效率、高质量、低成本的拉挤梁片标准件,然后把标准件一次组装整体成型。拉挤工艺碳纤维板材体积含量达69%,明显高于预浸料和真空灌注,纤维含量高使拉挤法碳纤维高强高模轻质效果更好,能应用于刚度要求非常高、主梁疲劳富余量非常大的叶片。
叶片是风机的核心零部件,是决定风能利用率的关键,以某企业双馈式风电机组为例,在风机成本中,叶片、齿轮箱、发电机是成本占比最高的三种零部件,分别为23.6%、12.7%和8.7%。就利润情况而言,零部件制造商的毛利率水平通常高于中游整机厂,零部件中的主轴、轴承、法兰、电缆、变流器毛利率较高,塔筒、叶片其次。
随着风电持续发展,我国风电叶片整体需求持续增长。根据数据显示,2019年我国风力发电叶片需求达到14589套,预计2020年将达到22977万套。目前国内政策推动海上发电建立,预计风电叶片整体需求有望进一步增长。
中国风电叶片原材料成本结构占比分布情况
资料来源:公开资料整理
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2020年中国风电叶片主要企业产能一览
相关报告:华经产业研究院发布的《2021-2026年中国风电叶片行业市场调研及投资战略规划报告》
2、基本结构
风电叶片是风电机组将风能转化为机械能的关键核心部件之一,也是风机获取更高风电机组利用小时数和实现经济效益的基础。在风电抢装背景下,2020年,风电机组的产能和交付很大程度上将受到叶片制约。就我国风电叶片市场规模而言,随着2020年风电装机量大幅度增长,我国风电市场规模大幅度增长至521亿元左右。
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,预制后粘接在主梁上;蒙皮形成叶片气动外形用于捕捉风能,通常在形成主梁结构后,上下蒙皮通过前、后缘与主梁结构粘接成为叶片;叶根增强层将主梁上载荷传递到主机处。目前叶片主体主要用玻纤材料,主梁部分采用碳纤维复合材料。
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注:以国内某主流1.5MW机型叶片为例
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叶片主要由复合材料组成,包括环氧树脂、玻纤、碳纤维等,目前80-90米长的叶片玻纤用量在25-40吨,在风机大型化轻量化背景下,玻纤和碳纤维占比有望继续增长。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。