房地产行业仍处于深度调整期,2023-2028年中国预制菜行业市场深度分析及发展研究报告
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|(报告撰写/作者:中信证券、王哲)
1 风电:供给侧变化推动风电行业迭代,加速风电普及,碳中和推动风电稳步发展。日本风电产业整体可分为成长期和后期。变化时期。第一阶段是2010年及更早时期,国内风电产业在政策推动下经历了从初期探索到快速增长的阶段,尤其是2006年以后增速尤其高。 2006年以来风力发电大规模建设加速,新增装机进入GW时代。根据GWEC数据,日本累计装机容量从2006年的253.7万千瓦增至2010年的4473.4万千瓦。第二阶段是风电发展进入调整期的波动期,风电产业快速增长的背景下出现供需矛盾。 2015年至2016年,我国弃风率超过15%,监管收紧,行业出现波动。 2018年以来,弃风限电逐渐减少,日本风电开发虽反复波动但仍持续增长。风电补贴对新增装机影响显着,行业曾经历过两次装机高峰。 2014年12月31日,国家发展和改革委员会发布第《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)》号指令,启动降低风电标杆电价机制。本政策适用于2015年1月1日及以后批准的陆上风电项目,以及2015年1月1日之前批准、2016年1月1日及以后投产的陆上风电项目。为了避免降低电网电价,开发商计划在2015年底前将2015年1月1日之前批准的陆上风电项目并网,导致2015年出现装机热潮。第二次换装热发生在2020年。 2019年5月21日,国家发改委公布新政策,规定2018年批准但2020年底未并网的陆上风电项目,2020年底前不再并网。明确国家不给予补贴。在此背景下,现有项目快速推进,2020年新增装机容量再创新高。截至2020年12月底,月装机容量为4705万千瓦,2020年总装机容量达到7167万千瓦。千瓦。风电热潮已经消退,政策因素减弱,碳中和趋势已经显现。根据“双碳战略”,到2025年,非化石能源将占日本一次能源消费的20%左右。《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》,我国建立保障上网、市场化并网等多重上网保障机制,2021年非水可再生能源保障并网规模达到9000万户。超过一千瓦。对于不在并网保障范围内的风电、太阳能发电项目,电网公司在满足并网条件后,通过自建、共建、共享或购买等市场化方式并网。可以做。服务。碳中和背景下加快发展风力发电的趋势较为明显。国内海上风电在政策支持下快速发展,产业链逐渐成熟。根据GWEC数据,2020年中国新增海上风电并网容量超过3GW,连续第三年成为全球最大的海上风电市场。 2020年,中国新增海上风电发电量占比最高,达到50.4%,全球海上风电总装机容量35.3GW,其中中国占比28.3%。
预计2021年风电新增装机容量为35-40GW。《风能北京宣言》公布,“十四五”规划提出,设定与国家碳中和战略相一致的风电发展空间,确保年均新增装机容量50GW或更多。做了。 2025年后,中国年均新增风电容量不应低于60GW。国家能源局数据显示,2021年1-8月全国风电新增装机容量为14.63GW,加上2021年风电抢装,2021年风电发电量将增加预计装机量在35-40GW左右。大型风力涡轮机正在推动风电供应侧的变化,叶片的重复化加速了风力涡轮机的尺寸并增加了风力涡轮机的输出。塔越高意味着可以捕获更高高度的风速,而叶片越长意味着风轮的扫风面积越大,可以捕获更多的能量,这意味着风轮的直径变大,可以让风力机捕获更多的能量。活力。捕获更多风能的能力提高了风力涡轮机的效率,而功率输出有助于风力发电在风速较低的地区找到市场。随着风力发电机大型化的趋势,单机出力逐渐增大。据CWEA统计,22.5MW风机的市场份额正在逐渐增加,2MW发电设备可能会逐渐退出市场。海上风力涡轮机叶片比陆上风力涡轮机叶片大。海上风电运输、安装、维护成本高于陆上风电必须采用较大叶片,以降低单位容量发电成本海上风电运输、安装、维护成本高于陆上风电发电大单机容量使用实例:明阳批量交付海上风机单机容量5.5MW以上,叶轮直径155米以上。在风力发电的部件中,叶片是发展最快的。大型风力发电机需要更长的叶片、更强大的传动设备和更高的发电设备。核心部件迭代必须跟进,其中刀片技术迭代最快。 2.0 MW型号最初将使用93米叶片,随后在2017年和2018年使用121米叶片,并在2019年通常配备直径140米或以上的叶轮。
叶片技术不断迭代,对高性能材料的需求不断增加,风电叶片经过发展,现在全部采用复合材料制成。早期的风车叶片材料有木材、布皮、铁皮、铝合金皮等,但随着风车叶片长度的增加,不得不采用更高强度的材料,而复合材料可以满足轻量化、高强度的要求。力量。风力涡轮机叶片是世界上最大的复合材料部件之一,需要高强度。
2 矩阵:过于依赖进口,国产化不够核心矩阵:环氧树脂体系是风电叶片制造过程中的核心材料之一环氧树脂是风电叶片制造过程中最核心的原材料之一这是其一。环氧树脂是分子内含有两个或两个以上环氧基团的聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩合产物。利用环氧基团的化学活性使各种含活泼氢的化合物开环固化,然后交联形成网状结构的热固性树脂。环氧树脂具有其他热固性塑料所不具备的优异的物理、机械、电绝缘性能,以及对各种材料的粘合性和使用工艺的灵活性,适用于材料、粘合剂、成型材料、注塑材料等。成型材料。在我国,环氧树脂主要应用于涂料和电子/电气领域,也大量应用于复合材料。
树脂传递模塑工艺是批量成型大型叶片的主要工艺。小型风电叶片常采用手工叠层成型技术,导致质量不稳定。随着风力涡轮机叶片变得越来越大,对叶片的质量要求也越来越高。目前,风力涡轮机叶片的复合材料采用树脂传递模塑方法成型,该方法将树脂注入密封模具中,并渗透增强材料。到过。该工艺设备虽然价格昂贵,但节省人工成本,树脂浸渍性好,成型周期短。环氧树脂本身具有热固性线型结构,只有在添加固化剂交联时才表现出其优异的性能。胺类化合物是环氧树脂的重要固化剂。常见的胺类固化剂(乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺等)存在常温下挥发性大、对皮肤和呼吸道有刺激、毒性大、韧性低、强度低等缺点,硬化有局限性。其使用范围和限制。聚醚胺的出现,克服了常规环氧固化剂的上述弊端,将含有醚键的胺化合物应用于环氧树脂固化剂中,不仅可以提高固化物的柔韧性,而且可以简单地实现固化。多胺固化的问题也已得到解决。有剧毒。聚醚胺是环氧树脂的固化剂,可提高环氧树脂的耐酸、耐碱、耐水性和电性能。聚醚胺(PEA)是一类以聚醚为主链结构,末端带有胺基作为官能团的聚合物。聚醚胺主要用于聚氨酯反应注塑材料、聚脲喷涂剂、环氧树脂硬化剂、汽油清洗剂等。聚醚胺的生产有离去基团法和催化胺化法,但催化胺化法是工业上的主流方法。由于其优异的性能,聚醚胺广泛应用于风力发电、纺织印染、铁路防腐、桥梁船舶防水、石油和页岩气开采等领域。行业格局:环氧树脂产能饱和,聚醚胺产能不足。两者都严重依赖进口。日本环氧树脂产能和产量基本稳定。该行业高度饱和,产量正在下降。 ” 2020 年有所增加。扎库索资讯数据显示,2016-2020年我国环氧树脂产能和产量基本稳定,2020年产量较2016-2019年有明显增长。 2020年行业产能利用率也大幅提升,达到61%。
风电叶片用环氧树脂主要供应商有OLIN、HEXION、Huntsman等,还有汕尾、汇百新材等。从市场份额来看,瀚森化学和奥林占据主导地位,而在中国,道盛天和、上维新材料和汇百新材料主要供应风电叶片所需的环氧树脂。Henson Simai从2016年的39.76%下降到2019年的35%,其地位保持稳定,并主导供应格局。我国高档环氧树脂进口需求巨大,替代进口产品势在必行。日本特种环氧树脂产品和固化剂开发不足,电子器件用环氧树脂、功能性粉末涂料、汽车底漆、风电叶片等均采用具有优良适用性和稳定性的高性能环氧树脂。短缺和进口依赖限制了高端下游产品的国内替代进程。以爱兰科技为例,2018年至2020年,该公司环氧树脂供应商分别为瀚森化工、奥林公司、道盛天和(奥林国内树脂经销商),进口依赖程度较高。美国亨斯曼、德国巴斯夫在聚醚胺固化剂方面占有较高份额,中国企业的份额也在逐步扩大。 Huntsman Devices 在欧洲、美国和新加坡设有分支机构,年产能约为12 万吨。巴斯夫的工厂主要集中在美国和帝国,在中国有少量产能。我国聚醚胺生产企业有无锡阿科利、扬州晨化、烟台民生、山东正大、万华化学等。其中,山东正大聚醚胺产能3.5万吨,居全国第一,成华股份生产聚醚和聚醚胺,聚醚胺产品产能1.8万吨,正在建设中。建设规模为13000吨。 Acolipolymer醚胺产能为2万吨,1万吨聚醚胺项目计划于2021年投产。 2020年风电行业的强劲需求预计将推高聚醚胺和原料聚醚的价格。聚醚的产品价格与原料PO(环氧丙烷)直接相关。 2020年,由于风电抢装,环氧丙烷价格从2020年初的均价9500元/吨上涨至2020年9月的19000元/吨高位,实现了双倍提价。 做过。 -聚醚-“聚醚胺-风电”产业链的聚醚产品也实现量价齐升。
根据Akoli公司历年报告分析,聚醚胺价格在2019年达到最低点,随后2020年较2019年上涨近30%。考虑到原料端价格上涨趋势,2021年聚醚胺价格仍将维持高位。国际巨头巴斯夫也宣布涨价,宣布自2021年4月1日起,提高Baxxodur品牌在北美销售的聚醚胺价格。例如,聚醚胺D230价格上涨4300元/吨。风电行业的快速发展增加了对结构胶的需求。我们预计“十四五”期间,日本风电年均装机容量约为55吉瓦,复合年增长率为11.8%,保持快速增长趋势。根据康达新材招股书测算,以1.5MW机组为例,预计每片叶片结构胶用量为350公斤,单机用量为1.05吨。消耗量为0.7吨/MW。 2010年,日本风力发电主流为1.5MW,但到2020年将主要以24MW为主,风力机叶轮直径将从80米左右增加到150米以上,叶片长度也将增加将会增加。这将增加一倍,从而增加对单刀片结构粘合剂的需求。假设结构胶使用强度不变,预计“十四五”期间结构胶年均市场需求量为3.85万吨。在国内结构胶的竞争环境中,康达新材料市场占有率排名第一。风能结构胶是高端类型的结构胶,必须经过德意志劳埃德(GL)认证才能用于制造风能叶片。风电结构胶的主要市场参与者为瀚森、陶氏化学和康达新材,其中康达新材目前占据国内市场约70%的份额,是天然的行业龙头。结构胶原材料成本高,技术溢价推高价格。康达新材年报显示,结构性胶原材料成本占比超过80%。风电用结构胶技术难度大、毛利率高,但根据江大新材营收数据测算,2019年该公司环氧胶粘剂毛利率为31.8%。 2020年风电结构胶平均售价环氧树脂均价2万元/吨,利润水平良好。
发展趋势:风电环氧树脂快速增长,适应新系统的高性能开发正在取得进展,预计2021年至2025年风电环氧树脂需求将保持快速增长。随着风电叶片尺寸的增大,其质量发生空间同步变化,对基材用量的需求得到保证。由于风力发电产能的高增长,风力发电叶片专用环氧树脂预计将呈现稳定增长。根据聚合物技术招股说明书(申请草案)披露的数据,我们预计2018年至2020年日本风力发电用环氧树脂需求量分别为13.9万吨、19.1万吨、35.5万吨。风力发电装机容量和风力发电用环氧树脂的需求量大幅增加。随着风力发电规模变大,碳纤维用量不断增加,环氧树脂装机量预计将继续减少,在碳纤维性能提升的支撑下,装机量快速增长,且随着随着装机容量的增加,环氧树脂的需求也有望呈现快速增长。 (报告来源:Mirai智库)碳纤维复合材料的开发和树脂的系统化改造。碳纤维复合材料的成型工艺存在较大差异,所选择的环氧树脂体系与成型工艺的匹配决定了碳纤维复合材料的性能,是实现产业化的关键。风力发电用碳纤维材料中,拉挤成型是主要的成型工艺。根据拉挤工艺的特点,所用的环氧树脂体系应具有使用寿命长、粘度低、加热反应速率快、浸渍效果好的性能。例如酸酐环氧树脂体系。为了提高耐高温性能,需要对环氧树脂进行强化,提高其玻璃化转变温度。对环氧树脂填料进行研究,探索在保持机械性能的同时降低成本、缩短凝胶时间、提高耐热性的最佳系统。
3芯材:结构泡沫材料是未来芯材发展的趋势,芯材是风力发电机叶片的主要材料。风电叶片的壳体、抗剪腹板等关键部件一般采用夹层结构,将叶片上的剪切力从表面传递到内部,提高叶片的承载能力。传统芯材:轻木供应不稳定,市场价格高轻木又称南美轻木或轻木,由密集排列的细胞结构组成,经过烧制和灭菌处理,质轻强度高。强度高、密度低、抗压性能好、面板粘合性能好、操作简便、绝缘性能好、抗冲击和疲劳性能高、阻燃性好、耐水性好、使用温度范围广、可广泛再生等优点。
轻木具有恒定的生长周期,供应跟不上风力涡轮机叶片快速发展的需求。轻木主要产于南美洲。由于2018年之前风能设备行业低迷,生产商选择转向其他作物。此外,轻木的生长周期为4 至5 年,这会减少产量。供需力量拉动进口价格上涨,风电行业采购价格持续上涨。随着叶片变得越来越大,当轻木用作芯材时,供需失衡变得更加严重。轻木生长周期的结束可能会导致价格下跌。短期内轻木价格仍将维持高位。风电叶片供应商需要及时转换生产模式。由于轻木生长周期的结束,轻木的价格可能会下降,在此之前风电叶片制造商将不得不承受高昂的价格,并采用自己的制造技术来适应轻木,这可以显着降低轻木的成本。轻木。该技术在短时间内具有高度可重复性。风电叶片制造商需要及时转换生产模式,采用合成材料作为核心材料,以缓解轻木供应紧张的局面。随着轻木价格的下降,风力涡轮机叶片制造商将有更多使用芯材的选择。新型核心材料:结构泡沫塑料行业壁垒高、供应紧缺三明治结构三明治复合材料是结合了工字钢的结构设计特点,以及材料与结构相结合的材料结构,协同优化设计。玻璃钢夹芯复合材料通常采用树脂和纤维复合材料作为面板层,以轻质多孔材料作为芯材。当这种结构承受弯曲荷载时,其整体刚度主要取决于面板层数的性能和两面板之间的距离,距离越大,弯曲刚度越大,主要是由于芯材I的剪力造成的。会忍耐并支持你。可以在不影响面板稳定性的情况下对其进行固定。目前市场上的结构发泡材料主要有PVC结构发泡材料和PET结构发泡材料。其中,PVC结构发泡材料因其工业应用相对成熟,是目前应用最广泛的结构发泡材料。风电叶片用泡沫芯材种类较多,主要分为热塑性泡沫材料和热固性泡沫材料。泡沫塑料主要有聚氯乙烯(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是热塑性泡沫,PVC、SAN和PMI是热固性泡沫。聚氯乙烯(PVC) 泡沫是一种轻质、高强度的热固性材料,是一种硬质交联PVC 泡沫,主要用于风力涡轮机叶片。交联PVC泡沫由PVC树脂和热固性交联网络组成,具有互穿或半互穿网络结构,具有强度高、阻燃性优良、隔热、水蒸气透过率低等特点。我有。制造工艺复杂,成本高。《配方组成对交联 PVC 结构泡沫泡孔结构额影响》(薛健)钟说硬质交联PVC泡沫80-85%用于风电叶片,其他应用包括轨道交通、船舶、航空航天、建筑节能等。我说会有可能。风电叶片的大规模发展要求减重,而交联PVC泡沫主要具有闭孔结构,有效减少了泡沫内部的树脂侵入,叶片重量增加是可以预防的。 PVC泡沫的耐高温性能较差,在成型过程中会燃烧。专利文献《风电叶片 PVC 芯材的耐温性研究》(蒋一航)公开了风电叶片成型过程中,由于环氧树脂需要高温固化才能满足设计强度要求,因此模具温度一般加热到70以上。这。同时,环氧树脂材料在固化过程中也会释放热量,使产品温度进一步升高(有的达到100)。高温后固化工艺对PVC泡沫的耐热性能提出了更高的要求。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种强度高、重量轻、电绝缘性能优良的热塑性材料。
PET是乙二醇和对苯二甲酸的缩聚物,用于制造纤维和各种容器、包装材料,也可利用发泡技术制造发泡PET材料。 PET泡沫的发泡方法是超临界二氧化碳挤出发泡方法,通过旋转挤出机的螺杆和加热熔融机筒使材料连续混合和剪切,机头内的高压瞬间变为低压。压力,它会改变。溶解在材料中的气体膨胀并发泡。
发泡PET的综合性能优于发泡PVC,并且可以避免PVC发泡体耐高温性能低的问题。《PET 泡沫的性能评估及其在风机叶片上的应用探讨》(王鹏)使用风力发电常用的100密度PET泡沫和60密度PVC泡沫进行性能比较。 PET泡沫的力学性能满足风电叶片的设计要求,性能与PVC泡沫相当。此外,PET泡沫具有优异的耐高温性,可防止PVC泡沫刀片频繁燃烧和起泡。与PVC 泡沫相比,密封PET 泡沫板的粘合剂吸收率较低,对于10 吨以上的叶片,如果叶片腹中使用2 立方米的PET 泡沫,则重量仅增加2 立方米。 60公斤,可以接受的体重变化。艾朗科技招股书显示,PET的价格低于PVC,PET替代PVC将降低叶片成本,为风电叶片企业提供更多选择,并避免单一芯材供应波动。有利于行业更加稳定发展。发展趋势:新型PET芯材应用,芯材套件应用比例不断增加PET发泡芯材是符合环保潮流的热塑性芯材。热塑性材料还可以提高风力涡轮机叶片的可持续性能。当前,风电行业最关心的问题之一是如何回收和再利用此类大型且高度复杂的备件。目前,大多数使用过的叶片都直接送往垃圾填埋场进行处置。由热塑性PET 泡沫制成的风扇叶片非常容易回收。 PET发泡材料解决方案还具有供应稳定、性价比高、材料性能稳定等诸多优势。改进的发泡工艺减小了孔径,吸收更少的粘合剂,进一步减轻了刀片的重量。戴铂在其Divinycell PY PET 泡沫芯材系列的制造过程中使用SABIC 的创新改性剂代替标准成核剂产品。 (报道:未来智库)LNP COLORCOMP 改性剂可以将泡孔尺寸减小一半,同时保持密度并减少泡孔尺寸变化,从而使成品零件更轻并提高涂层效率。Masu。泡孔尺寸分布有助于减少复合材料制造过程中泡沫材料的树脂吸收量。减少树脂含量是实现风扇叶片减重的关键因素。减小泡孔尺寸的另一个潜在好处是,它不需要二次发泡或表面处理操作来封闭泡孔并减少树脂吸收。此外,更小的泡孔尺寸和更窄的泡孔尺寸分布也有助于提高剪切强度和应变特性。这些性能改进无法通过传统发泡技术或低密度泡沫材料实现。核心材料套件的使用率有所提高。芯材一般是根据图纸和板材原材料直接加工而成,加工的芯材块数量较多,存在加工误差和安装误差,连接质量不高,返修量较大。中间的问题。通过预先将一部分芯材模块化,将整个芯材模块化形成模块化零件,在铺设主模时直接应用模块化零件,可以减少维修,提高贴装精度,提高效率,提高产品质量。质量可以提高。随着叶片尺寸的增加和工艺要求的提高,大型叶片越来越多地使用芯材组。
4 增强材料:改善碳纤维复合材料的渗透性玻璃纤维:玻璃纤维增强材料性能优良,应用广泛玻璃纤维具有轻质、高强、耐高温、低温等优异性能,是一种无机非金属材料具有抵抗力和耐腐蚀性。玻璃纤维是以叶蜡石、硅砂、石灰石等主要矿物原料和硼酸、纯碱等化工原料,经拉丝、缠绕、织造等工艺制成纤维。玻璃纤维增强材料是风力发电机叶片的主要增强材料。当玻璃纤维用作增强材料时,其最大的性能是其高拉伸强度。玻璃纤维增强叶片的应力特性是它们可以承受玻璃纤维方向上的高拉应力,但其他方向上相对较小的力。风力发电机叶片由蒙皮和腹板组成,蒙皮采用夹层结构,中间层采用轻木和PVC发泡芯材,上下层采用玻璃纤维复合材料。表层衬有玻璃纤维,以承受离心力和气动弯矩引起的轴向应力,这两个力的方向是旋转,即玻璃纤维沿叶片的拉力方向。轴。腹板结构也采用夹层结构。腹板和蒙皮连接处的翼梁帽位置必须能够承受更大的应力,并且必须使用坚固的玻璃纤维增强结构。我国是全球玻璃纤维生产大国,行业集中度较高。 2020年,我国玻璃纤维产量突破540万吨,占全球玻璃纤维产量的60%以上。日本玻璃纤维行业相对集中,中国树脂、泰山玻纤(新间科技旗下)、重庆国际3家企业占据了玻璃纤维行业60%以上的产能。适用于风力发电机叶片的玻璃纤维为无碱玻璃纤维系列。 E玻璃也称为无碱玻璃,是硼硅酸盐玻璃的一种。目前,它是玻璃纤维中应用最广泛的玻璃成分。具有优良的电绝缘性和机械性能。广泛用于电绝缘用玻璃纤维的生产,也广泛用于玻璃钢用玻璃纤维的生产。风力发电机的叶片比较高,必须考虑到避免叶片因雷击而损坏,并且风力发电机必须采用电绝缘材料制成。碳纤维:碳纤维增强材料满足更大叶片的需求,碳纤维是近年来积极研究的新型纤维材料,具有耐高温、耐腐蚀、超高强度、高模量、高弹性等特点。具有速率等优势。它比重低,广泛应用于航空航天、交通、建筑等领域。根据碳纤维原料来源的不同,可分为以沥青为原料制成的沥青纤维、以粘胶为原料制成的粘胶纤维、以聚丙烯腈为原料制成的聚丙烯腈纤维。聚丙烯腈纤维是用途最广泛、最常用、性能最好的碳纤维类型。超过90% 的市售碳纤维是由聚丙烯腈(PAN) 股纤维碳化而成。制备过程包括聚合、纺丝、预氧化、碳化、表面处理、碳纤维形成和最终产品加工。沥青基纤维的重复使用增加了沥青的价值,沥青具有良好的尺寸稳定性,沥青基碳纤维与氰酸酯树脂的复合材料热膨胀系数小,可用作人造卫星材料等精密材料。是。粘胶碳纤维由含有纤维素的粘胶纤维组成,具有低石墨化度、低导热率、低密度、生物相容性优良等特点,是理想的隔热材料。
中国大陆碳纤维产业集中度较高,已超越历史低产阶段,正在接近国际水平。中国大陆碳纤维及原纤维产能高度集中,主要集中在吉林碳谷、中复神鹰、恒神股份、光威复合材料四家厂商,其中吉林碳谷主要发展低成本大的碳纤维。它采用两种碳纤维原材料,拥有日本最高的丝产能。碳纤维复合材料是采用碳纤维作为增强体,与其他基体材料共混而成,使得风力涡轮机叶片成为碳纤维复合材料的最大消耗者。碳纤维复合材料应用于风力发电叶片,预计2020年全球风力发电用碳纤维需求量将达到3.06万吨,2025年将达到9.34万吨,增速继续以25%快速增长。 2020年,日本树脂基碳纤维复合材料需求量为3.08万吨,占风力发电叶片需求量的40.9%,成为最大需求目的地。 (报告来源:未来智库) 发展趋势:玻纤热潮持续,碳纤维复合材料应用有望增加风电装机容量,增加上游原材料需求。风电装机容量在装机热潮过后预计将继续保持快速增长,带动上游原材料玻璃纤维和碳纤维复合材料的需求增长。玻纤有效新增产能有限,下游需求快速增长将保持玻纤景气。作为风电叶片的主要材料,玻璃纤维增强复合材料将持续增加风力发电的需求。玻纤行业新增产能在2018年达到顶峰。 2021年和2022年新增产能有限,主要是大企业扩产。 2020年,由于风力发电的抢装,玻璃纤维的需求将明显恢复,而且随着疫情好转和经济复苏,汽车、电子、建筑等下游行业的需求也将逐步恢复。新的繁荣周期预计将持续。碳纤维复合材料的使用比例将不断增加,碳纤维复合材料的使用可能会降低叶片的质量。大型风电叶片对材料性能提出了更高的要求。碳纤维具有高弹性模量、高强度等优异性能,可以有效增加叶片刚度并减轻其重量,减轻机组负荷,减轻整个机械部件的重量。与玻璃纤维相比,碳纤维的密度大约低30%,强度高40%,弹性模量高3至8倍,因此大型叶片中的碳纤维加固可以最大限度地发挥其性能。能。具有高弹性、重量轻等优点。《复合材料风电叶片技术的现状与发展》(高克强)表明,对于旋转直径为120米的风力机叶片,如果梁结构采用碳纤维,与采用全玻璃纤维相比,质量可减少约40%。碳纤维复合材料叶片的强度是玻璃纤维复合材料叶片的两倍。分析表明,采用碳/玻璃混合增强方案,叶片质量可减少20%至30%,从而使叶片长度相同为34m。
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。 5 涂层:风电设备直接保护材料保护材料:风电设备环境严苛,涂料给予最直接保护风电场气候恶劣,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,裸露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%。涂料应用:通用型涂料广泛使用,氟碳涂料逐步推广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。 发展趋势:高性能与环保并行,国内企业加速追赶 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。 6 投资分析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。 (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站







