风电原材料价格，风电 原材料
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|（报告撰写/作者：华安证券、殷延吉、王前峰）
1、双碳环境下风电产业持续蓬勃发展，风电材料的改进和变革正在加速双碳环境下可再生能源的发展。进入21世纪，随着环境问题和全球变暖问题日益严重，各国纷纷制定碳中和目标，并推动工业减碳。 2020年9月，日本正式承诺2030年达到碳峰值、2060年实现碳中和，但这也是我国能源结构转型的号角。我国资源丰富，能源系统的特点是煤炭含量高、碳含量高。 2021年，煤炭、石油、天然气占我国能源消费比重分别为56.0%、18.5%、8.9%，而全球占比分别为26.9%、31.0%、24.4%。同时，日本对化石燃料的对外依存度较高，预计2021年日本原油对外依存度为72.0%，天然气对外依存度为44.4%。从碳排放结构来看，我国碳排放主要来自电力和供热部门（主要是发电环节），2021年，发电环节碳排放占比超过50%。电力消耗随着经济发展不断增加，需要减少发电生命周期中的碳排放，但即使用可再生能源替代化石能源，根据《“十四五”可再生能源发展规划》，非碳能源的份额正在减少。到2025年，化石能源消耗将达到20%，届时可再生能源的利用率将相当于减少二氧化碳排放约26亿吨。风力发电已成为最有前途的可再生能源之一。风电是一种清洁、低碳、可持续的发电形式，分布广泛、安装和拆除灵活，对生态环境影响较小。斯坦福大学的一项研究表明，风电在其生命周期内每千瓦时的平均二氧化碳排放量比太阳能、电热、水力发电、核电、燃气发电和煤炭等其他发电技术要低。力量。经过几十年的发展，风电已发展成为我国继煤炭、水电之后的第三大发电来源。截至2021年底，全国累计风力发电容量3.28亿千瓦（其中陆上风电约3.01亿千瓦，海上风电约0.28千瓦），占日本发电总装机容量的13.82%。马苏。约占全球风电总装机容量的39.2%。 2021年新增装机容量为47.57GW。 2010年至2021年，我国风电装机年复合增长率达24.46%，发展迅速。根据《“十四五”可再生能源发展规划》、《“十四五”现代能源体系规划》等文件，到2025年，可再生能源发电量将超过3.3万亿千瓦时，风力发电量将超过5.64亿千瓦时，是2020年水平的两倍。
风电对政策的依赖逐渐减弱，走向平价上网。 2019年5月，国家发改委发布《关于 完善风电上网电价政策的通知》号文，改变了作为陆上和海上风电指导价格的上网电价，所有新批准的集中化陆上风电项目均规定：以及海上风电项目。 21 从2020年起，国家对陆上风电项目的补贴将逐步取消，同时还明确，2018年底批准的海上风电项目必须在2021年底前建成并并网。我做到了。 2022年，地方补贴开始，风电正式进入平价上网时代。陆上风电稳步发展，海上风电招标加速，大型风机不断进行材料升级换代。陆上风电近年来快速增长，海上风电近年来也不断加速。与陆上风力发电相比，海上风力发电具有资源丰富、开发量大、风湍流强度低、开发可以避免土地资源浪费、减少噪声污染等优点，得到广泛发展。据最新测算，海上风能资源技术开发潜力超过35亿千瓦，仍有很大的发展空间。这些海域距离电力负荷中心即沿海经济区非常近，市场条件良好，资源潜力巨大。根据克拉克森研究公司2022年7月15日发布的最新专题报告《聚焦中国海上风电市场》，中国迄今已运营海上风电场共计102个，装机容量达24吉瓦，海上风电场约5000个，涵盖海上风机。占全球海上风电投资的10%，占全球运输规模的45%以上。 2021年，日本海上风电新增装机容量达到16.9GW，比上年增长340%，占全球新增装机容量的80%。中国也正式超越英国，成为全球最大的海上风电生产国。预计2021年将因补贴而掀起海上风电热潮，但更重要的是海上风电才刚刚开始，“未来将进入高增长期”为“十四五”规划。欢迎。克拉克森预计，到“十四五”末，中国海上风电运营规模将达到60GW左右，较目前运营水平（24GW）增长约150%。从地方规划来看，2022年起，广东、江苏、浙江、福建、山东、广西、海南等沿海省份实施的《海上风电发展“十四五”规划》正在陆续公布。据北极星风电网不完全统计，“十四五”期间，全国规划的海上风电装机总量超过100GW。短期来看，由于2022年�**肽瓴糠肿盎枨笫艿揭咔橛跋欤ぜ�2022年下半年需求将加速。随着开发的深入，海上风电场建设规模日趋大型，风机单机容量也不断增加。目前海上风电场广泛使用的风机单机容量为8MW，最大容量为14MW。大型风车体形巨大，总重量达数百吨，叶片长度90至120米，塔高100至160米。风电机组结构受到风浪等荷载耦合效应的影响，对其支撑结构提出了更高的要求。随着我国风电产业的蓬勃发展，为风电产业所需的化工产品创造了广阔的空间。我们整理了与风电产业链相关的化学物质，如增强材料、基体树脂、夹芯材料、辅助材料等。我们相信这些化学品非常适合风电行业，特别是海上风电带来的叶片更大、重量更轻以及快速重复要求（在叶片章节中更详细讨论）的趋势。效益，预计实现量产双丰收。价格将会上涨。这里我们整理一下未来五年各种材料的需求和市场空间。
2、叶片3360大型化、轻量化、循环加速趋势强劲。叶片是风力发电机的核心部件，占成本20%以上。风力发电机组是由叶片、输电系统、发电机、储能装置、塔筒和电气系统组成的发电装置。叶片是风力发电机捕获风能的核心部件，其气动性能直接影响整个系统的发电效率以及轮毂等关键部件的使用寿命。为了从风力发电中获得更多的电力，叶片主动旋转非常重要，而叶片的结构设计、材料选择和技术直接关系到风力发电机的性能和出力。叶片也是风力发电机组中最昂贵的部件之一，占风力发电机组成本的20%以上。更大的叶片是降低风电成本、鼓励更快的叶片升级和迭代的必由之路。随着风电补贴取消，风电行业进入平价上网时代。与此同时，风机投标价格大幅下调，原材料成本不断上涨，风机供应商面临着巨大的降低成本压力。降低成本最有效的办法就是不断扩大风机单机容量，因此发展大型风机，可以有效提高风能资源的利用效率，已成为必然趋势。风力发电机的发电量与叶片长度的平方成正比，增加叶片长度可以提高风力发电机的除风能力，增加发电量，适合日本弱风的情况。用过的。陆速区域占有较大比例。同时，大功率机组减少了机组数量及相关建设安装成本，提高土地和海域利用率，有利于分布式风电的发展。随着叶片变得更大，需要更轻的重量。随着叶片长度的增加，质量的增加与叶片长度的立方成正比，而风力涡轮机产生的电能与叶片长度的平方成正比，因此它损失质量的速度比能量提取的速度会增加。叶片的成本占20%，叶片长度的增加增加了重量，增加了成本，不符合降低风力发电成本的需求。同时，快速增加的叶片重量会给净空和其他方面带来挑战，影响运行稳定性。因此，当前行业趋势是在控制叶片自重的同时增加叶片长度。轻量化的趋势非常明显，实现路径主要在于叶片材料的迭代升级。升级的材料必须满足更高的要求。在减轻重量的同时需要考虑力学性能，这也是我们叶片材料迭代开发的研究主线。刀片迭代正在加速。在风力发电的各个部件中，叶片是重复速度最快的环节。叶片长度从40米增加到60米用了近10年时间，2014年到2018年五年时间增加到80米，两年时间从80米增加到90米，到2021年，风力发电叶片将达到100米的年龄。我冲了进去。截至2021年，海上风机最大转子直径可达186米，陆上风机最大转子直径可达175米，新增风机平均转子直径将增加15米，预计将达到151米。与去年相比，增速继续提高，达到11.0%。可以看出，近两年叶片长度的增长速度明显加快。这也导致刀片更换周期越来越短。根据《风电叶片创新进行时》，2020年之前，新叶片的市场生命周期为3至5年，但从2021年开始，已缩短为2年。这给模具从研发到生产都带来了巨大的负担，目前一种模具的使用寿命不足两年。
刀具出现结构性短缺，大刀出现短缺。上述趋势正在加速叶片产业结构的优化和完善。头片企业不断创新，淘汰小叶片产品，开发大叶片产品，对原材料进行轻量化升级。近两年小叶片向大叶片加速转型的趋势，造成了今年风电叶片市场的结构性错配，大叶片短缺，小叶片供过于求。需求端，下游整机制造商对大型叶片的需求不断增加，以构造更强大的风电机组，而供应端，优质模具制造商数量有限，模具生产周期长。那时，模具短缺。这导致餐具制造商失去了生产能力。风电叶片市场高度集中，国内厂商市场份额不断提升。全球风电叶片市场相对集中，CR5占比约65%，其中我国中材科技、时代新材、雅兰科技分别占比13%、10%、7%。从日本来看，经过2010年以来的行业整合，国内风电叶片制造商数量已从鼎盛时期的100多家减少到如今的20多家，以新间科技、时代新材为首，产业集中度显着提升。 2020年，CR 5约占叶片行业的70%。风电机组制造商集中度较高，叶片行业客户壁垒较高。 2021年，全球前15名风电机组制造商合计占比98.1%，其中中国10家企业占比53.5%，国内制造商市场份额持续扩大。国内风电机组制造商也呈现出较高的集中度。截至2021年底，CR5占据国内累计装机市场份额的70%。因此，叶片制造行业的客户壁垒较高。以LM为代表的企业同时生产叶片和整机，形成综合协同效应，而以TPI、日本新间科技、时代新材料为代表的企业是独立叶片制造商，与下游整机有长期合作关系。机器制造商。总体呈现合作供应关系稳定、新入市难、强者恒强的趋势。模具是叶片制造的重要消耗品。大型风力发电机叶片大多采用组装方式制造。叶片壳体在两个阴模中成型，芯材和其他玻璃纤维复合材料零件在各自的模具中成型，并且叶片壳体、芯材以及上、下半叶片壳体相互连接。主模具被粘合，壳体之间的间隙被填充，模具被闭合，叶片在压力下固化以形成一体式叶片。叶片模具生产效率明显下降，模具需求量明显增加。叶片生产能力高度依赖于高质量的模具。需求方面，双亿科技招股书称，生产周期为2-4天，因此模具组年产能为120片叶片。一套模具的生命周期大约可生产400至600套叶片，完整的更换周期约为2至3年。近年来叶片模具生产效率大幅下降、模具需求大幅增长、超过装机容量和并网增速的主要原因有3个。首先，随着叶片长度迭代加快，大型叶片模具的需求不断增加，很多模具在达到使用寿命之前就会报废，使用寿命大幅缩短。模具数量增加，模具更换周期变长。定刃模具的生产周期缩短至两年以内，每模最大生产能力可达240件。其次，较大的叶片尺寸增加了模具生产时间并占用库存，这也降低了生产效率。第三，在冲装过程中，往往会进一步增加模具数量，以提高叶片的生产效率。目前，每个模具的叶片数量约为120套。预计2022年叶片将出现结构性短缺，短缺的主要原因是模具供应不足。据我们测算，近两年市场需求量约为250台。
模具生产高度集中。从供应端来看，叶片模具的生产周期约为两个月。加快的迭代速度使得叶片制造商在采购模具时更加谨慎，只有在相应叶片有持续需求时才选择扩大产能。采购和运输模具的周期大约需要半年。另外，随着餐具和模具尺寸的增大，所需的厂房面积也随之增加，工厂搬迁和扩建将限制餐具产能的释放，而且随着餐具数量的增加，所需的空间和库存也会增加。它更大了。这些因素都限制了模具的生产能力。风电模具领域的主要厂商有固瑞特（外资）、双亿科技、北京玻璃钢研究院（中材科技旗下）、天顺风能等，市场占有率非常高，CR4已达到90%。市场出货总量约为200-300套，大致符合当前需求。为了减轻模具的重量，降低模具的成本，大型复合材料叶片的模具正逐渐从最初的模具转向复合材料模具。复合模具基本由聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂等热固性基体树脂，无碱玻璃纤维、S玻璃纤维等增强材料，以及钢结构、翻转结构、加热系统等重要部件组成。一直是。原材料占比70%以上，成本受钢铁、玻纤、树脂等原材料波动影响，但在原材料低迷时期利润恢复。模具气密性是叶片成型过程中最重要的技术，直接关系到产品质量。
3. 增强材料3.1. 风力发电用增强材料概述风力发电叶片的主要成分为树脂基体、增强材料、粘合剂、芯材等，其中增强材料主要包括玻璃纤维和碳纤维。 已经包括了。美国人Charles F. Brush于1887年建造了第一台风车，其叶片是由木材制成的，但随着近100年来应用技术的积累，风车叶片的材质已从木材变为金属。一个进化的过程。复合材料得到充分利用，玻璃纤维以其优异的性能和经济性成为大型风电叶片材料的首选。碳纤维在目前批量生产的所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量，并且具有超越玻璃纤维的优异机械性能和轻量化性能。过去，由于国内缺乏生产技术，无法大规模生产，成本持续上升，但近两年，碳纤维原丝和碳长丝的生产都进入了扩张期，成本不断上升。预计会减少。在大叶片时代，它将进一步发展。当然，玻璃纤维也在开发中，目前各大公司都推出了高模量玻璃纤维，可以在一定程度上弥补碳纤维相比机械性能的不足，两者是相辅相成的.思考。风力发电的未来，市场份额强化，且增速高。原材料占风电叶片成本结构的75%。在叶片设计中，根据不同零件的受力几何形状和强度要求，选择不同的材料，以达到足够的刚度和强度。对于叶片来说，增强纤维、基体、芯材、结构胶合计占总成本的87%，其中增强纤维材料的成本约占28%。风力涡轮机叶片增强材料的核心指标是密度、拉伸强度和弹性模量。复合材料性能优异，作为风电叶片材料具有优异的机械性能、工艺性能、耐环境腐蚀性能。最重要的指标是密度、拉伸强度和弹性模量。材料的密度越低，单位体积的重量越轻，但由于大型风力发电机叶片往往叶片长度较长，低密度材料可以满足更轻重量的需求。同时，叶片必须具有高刚度和强度，以满足变截面、大曲率、结构层渐变、发电环境困难等特点。随着风力发电机的大型化，叶片变长，整体挠度也变大，通过控制叶尖的挠度，可以保证叶片与塔筒之间有足够的安全距离，避免塔筒扫出事故。材料的拉伸模量是影响叶片变形、增加叶片刚度的重要因素之一。
拉挤成型适合批量生产，适用于风电行业。实现纤维增强复合材料嵌入的工艺主要有湿法手糊成型、预浸料成型、真空注射成型（RIM）、卷绕成型（FRTP）、拉挤成型等。 ）不挂断。真空注射成型是目前叶片的主要制造工艺，其主要优点是污染低、质量稳定、生产效率高、易于商业化。湿法手糊成型工艺简单、投资少，但质量差、污染大、效率低。预浸料成型综合性能较好，但成本较高。缠绕成型通常用于管状压力容器，例如玻璃纤维容器和氢气瓶。拉挤成型生产效率高，适合大批量生产，质量稳定，轴向力学性能好，因此适合风电行业，近年来其比重迅速增加。该工艺降低了碳纤维的应用成本，近年来发展迅速。 3.2、玻璃纤维：玻璃纤维是目前风力发电的主流增强材料，性能优良，应用广泛。玻璃纤维是一种性能优良的无机非金属材料，其主要成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。其最大特点是其拉伸强度比相同成分的玻璃高出数十倍，同时还具有优异的耐热性、绝缘性、耐腐蚀性。由于这些优异的性能，玻璃纤维及其羽绒加工制品得到了广泛的应用。特别是通过浸渍、涂胶、加工玻璃纤维等工艺制造的玻璃纤维制品。 2000年以来，随着各种增强浆料的应用，增强玻纤制品在复合材料方面得到迅速发展，可以替代钢、铝、木材、水泥、PVC等许多传统材料。玻璃纤维制品主要包括无碱纱、中碱纱、玻璃纤维制品，各种产品都是市场重点关注的，通常用于复合材料增强、电气绝缘、隔热材料等方面。在建材、交通、电子、环保、风力发电等领域。近十年来，我国玻纤表观消费量持续增长，复合年增长率达10.8%。 2021年需求量约为471万吨。目前日本玻纤终端需求结构中，建筑仍占最大份额，为34%，风力发电需求占7%，但增速较快。玻璃纤维是一种经济高效的风力发电增强材料。玻璃纤维复合材料由于其轻质高强的特性，在降低产品重量、综合利用资源等减少碳排放方面具有显着的效益。玻璃纤维作为风力发电的增强材料具有明显的优势，不仅具有优异的性能，而且还具有经济性的考虑。研究表明，玻璃纤维的密度比钢低67%，比铝合金低10%左右，应用于风力涡轮机叶片时，可以显着减轻重量，提高发电效率，并降低运输成本。玻璃纤维的拉伸强度是金属材料的26倍，拉伸模量仅略高于铝合金，而目前市场上主流的高模量玻璃纤维的拉伸模量，达到89 Gpa。另外，增强材料的成本较高，占风电叶片总成本的21%，因此在选择增强材料时需要考虑增强材料的经济效益。我国玻纤行业成熟的产业链基础以及多年来降低成本的努力，使得玻纤性价比非常高。目前，玻璃纤维的比强度单价仅为7.2元/吨，仅为其他材料的10%。由于其极具性价比的性能，玻璃纤维已成为风力涡轮机叶片加固的主流选择。玻璃纤维在风力发电领域的应用称为风纱，主要用于叶片，少量用于机舱罩等。
玻璃纤维广泛用于叶片蒙皮、腹板、主梁等，其中，叶片主梁结构主要采用玻璃纤维或碳纤维制成的拉挤板。蒙皮提供了叶片的空气动力学形状并承受大部分剪切载荷。用于捕获风能。主要材料为多轴玻璃纤维。
双碳背景下，风电纱线需求稳步增长。根据美优智能的招股说明书，每吉瓦风力发电设施大约需要1万吨玻璃纤维。截至2021年，全国风电累计装机容量为329.10吉瓦，2025年预计新增装机容量为91吉瓦，相当于至少约91万吨玻纤需求。对应日本玻纤产能占全球60%以上，产能高度集中。 2021年，日本玻璃纤维产量突破600万吨，占全球总量的70%以上，使中国成为全球最大的玻璃纤维生产国。通常情况下，一条玻璃纤维生产线在开窑后需要连续生产8至10年，中途调整产量的负担很难减轻（因非正常停窑导致的额外成本显着增加）。方面，玻纤供应较为紧张，调整空间不大。对供给端的影响主要集中在新增产能和冷修产能上。现有冷修项目及在建产能全部投产后，预计将新增产能300万吨/年。 2021年日本玻璃纤维增强复合材料制品产量584万吨，其中玻璃纤维增强热塑性复合材料274万吨，玻璃纤维增强热固性复合材料310万吨，风电发电应用属于后一类。全球玻纤行业共有七家企业：国内巨石集团有限公司、重庆国际复合材料有限公司、泰山玻纤有限公司、山东玻纤有限公司、欧文斯科宁。都是主要制造商。美国的维托特公司（OCV）、日本电气硝子公司（NEG）和美国的约翰曼维尔公司（JM）。这七家公司目前占全球玻纤总产能的72%。整个行业呈现寡头垄断的趋势，近10年没有发生变化，行业格局非常稳定。按各国企业产能占比计算，2021年中国玻纤产能将占全球约71%。中国已成为全球最大、产业链完整的玻璃纤维生产基地。国内供应也呈现寡头垄断特征，2021年中国树脂、泰山玻纤、重庆国际占据60%以上的市场份额。由于玻纤行业是重资产、资金密集型，核心技术难以获得，这些特点使得玻纤行业龙头企业能够不断积累规模经济、降低成本。通过技术创新进一步降低成本。对于较大的叶片，高模量玻纤将是玻纤未来发展的方向。高模/高强玻璃纤维与普通无碱玻璃纤维相比，具有更高的拉伸强度、更高的模量、更好的抗冲击性、更好的化学稳定性、更好的抗疲劳性、更高的耐温性等优异特性。随着近十年玻纤企业不断的技术创新，每一代玻纤的弹性模量都提高了10%左右，90Gpa就可以满足当前的市场需求。华树脂最新推出的超高模量E9玻纤的拉丝模量达到100Gpa，比普通无碱玻璃纤维高36%，强度比普通无碱玻璃纤维高60%，至少在未来三年内是这样。有望满足市场需求，有效促进发展。关于大刀片。
3.3. 碳纤维：叶片大型化和国内量产的进步为成本降低创造了空间。碳纤维是一种高强度、轻质材料。碳纤维是由聚丙烯腈等有机纤维在高温环境下分解碳化而成的具有碳骨架、含碳量在90%以上的无结构无机纤维，是纤维中含碳量最高的纤维。有强度和特定强度。在批量生产的高性能纤维中，比模量最高的纤维比重不到钢的1/4，但强度却是钢的7至9倍。据文献记载，利用原子间键合力模型计算表明，碳纤维的理论拉伸强度可达180GPa之多，但实验室数据仅达到9GPa，发展空间不大，还有更多。此外，碳纤维还具有其他材料无法替代的优异性能，如耐高温、耐腐蚀、耐磨、耐压、导电、导热等性能堪称佼佼者。它是唯一一种即使在2000以上的高温惰性气氛下也不会失去强度的碳纤维材料。碳纤维原料长丝本身呈丝状，通常经过预氧化、碳化，纺成树脂、陶瓷等增强材料，再通过加工成型加工成碳纤维复合材料（简称复合材料）用于终端应用。得到它。目前广泛应用于风力发电、运动休闲、压力容器、碳/碳复合材料、航空航天等领域，且具有高度可扩展性。随着叶片变得越来越大，碳纤维已成为必备选择。随着叶片长度的增加，对增强材料的强度和刚度提出了新的要求，导致玻璃纤维在生产大型复合材料叶片，特别是长度超过100米的叶片时性能逐渐下降。叶片必须具有足够的刚度，以防止其尖端在极端风载荷下与塔架碰撞。在满足强度和刚度要求的同时减少叶片质量的有效方法是使用纤维增强材料。在开发更高功率的风力涡轮机和更长的转子叶片时，必须使用性能更好的碳纤维复合材料。据世界风能理事会（CWEA）数据显示，2015年至2021年间，全球风电领域对碳纤维的需求量将从1.8万吨快速增长至3.3万吨，其中碳纤维占全球的30%左右的总需求。碳纤维风电叶片已成为碳纤维最大的下游市场。根据制造原纤维的原材料类型，碳纤维分为聚丙烯腈（PAN）、沥青和粘胶类型。其中，PAN基碳纤维因其原料丰富、技术成熟、经济效益好而得到广泛应用。目前PAN基碳纤维占全部碳纤维的90%以上，而沥青基碳纤维则占碳纤维总量的90%以上。纤维占所有碳纤维的90%以上，占纤维总量的90%以上。 8%和小于1%以粘胶为主。因此，碳纤维一般指PAN基碳纤维。力学性能是碳纤维的核心性能指标和分类标准，根据现行聚丙烯腈碳纤维国家标准GB/T 26752-2020的力学性能分类，PAN碳纤维分为四类，分类为类型，高强度中模型，高模型，高强度高模型类型。
碳纤维束中包含的碳纤维根数一般以单根碳纤维根数为1000根时的比例来表示，例如12K表示一根碳纤维束含有12000根单纤维碳纤维。纤维。根据每束碳纤维中单丝的数量，碳纤维可分为两类。一束小细丝和一束大细丝。 48K以下的通常称为小丝束，通常包括1K、3K、6K、12K和24K，48K以上的称为大丝束碳纤维。一般来说，丝束越大，越容易聚集，但同时展丝效果变差，粘合剂的润湿性变差，更容易出现单丝间隙等问题。同时，大丝束和小丝束稳定性存在差异，小丝束碳纤维变异系数控制在5%以内，拉伸强度比较稳定，离散型变异系数小。大脚趾碳纤为15-18%，个别，性别越高，稳定性越低。方差越低意味着强度越高。但从大规模产业化的角度来看，大丝束碳纤维可以在同等生产条件下大幅提高碳纤维的单线产能，实现低成本生产，避免因价格昂贵而限制应用。你可以打破它。由于采用碳纤维，是一种市场潜力巨大的产品，特别适合风力发电等需要性能与成本平衡的应用。总的来说，小丝束碳纤维性能优越，但价格昂贵，广泛应用于航空航天、军工等高科技领域，以及体育用品等高附加值产品类别，广泛应用于主要下游产品包括航空航天、高尔夫球杆和网球等。虽然大丝束产品性能相对较低，但由于制造成本较低，常用于风能、土木建筑、交通运输等基础工业部门。拉挤工艺逐渐成为主流，为碳纤维在风力发电领域的应用开辟了广阔的空间。早期，尽管碳纤维性能优异，但其在风力发电领域的应用非常有限。主要原因是，2015年之前，碳纤维应用于风电叶片的工艺主要是预浸料和真空灌注，其中一些用于较小尺寸。碳纤维平均价格较高，经济效益较差，且该类成型方法操作复杂，生产效率低，限制了其在各个领域的推广和应用。自2015年以来，维斯塔斯
挤工艺，大幅提高了碳纤维体积含量，减轻了主体承载部 分的质量，且降低了碳纤维成本。维斯塔斯公司开发出碳纤维拉挤工艺制作的叶片大梁 后，开始大规模推广碳纤维在风电领域的应用。目前，该公司兆瓦级以上风机叶片都使 用碳纤维复合材料，极大地推动了碳纤维在风电领域的应用。2021 年风电的碳纤维用量 3.3 万吨，仅维斯塔斯用量就在 2.5-2.8 万吨左右。叶片用碳纤维复合材料大梁的制作方面可以分为预浸料工艺、灌注工艺、拉挤（碳 板）工艺三种。预浸料工艺是碳纤维先制成单向预浸料，然后在模具中铺层，用真空袋 加压，并除去层与层之间的空气，最后升温固化，得到大梁。灌注工艺是碳纤维先编织 成单向布，然后在模具中铺层，用真空袋加压，并除去层与层之间的空气，同时把树脂 导入，最后升温固化，得到大梁。拉挤工艺是先将碳纤维制成拉挤板材，然后在叶片制 作时，在设定位置内，把拉挤板材黏贴在蒙皮上制成大梁。其生产过程简单、工艺成熟 稳定、生产效率高、生产成本可得到很好的控制。成本下降主要体现在可以减少工序， 相应减少模具的投入。同时与灌注工艺相比，拉挤的树脂含量更低，可以使叶片重量下 降 3%。根据《赛奥全球碳纤维复合材料市场报告》，缠绕拉挤工艺占碳纤维复材的占比从 2017 年的 26%提升到了 2020 年的 36%。2020 年，缠绕拉挤工艺第一次超越预浸铺放 工艺，成为碳纤维使用最多的工艺，其背后分别是氢气瓶和风电市场对碳纤维的需求提 升。随着大丝束需求的进一步增长，拉挤工艺的渗透率会继续提升。 这一工艺长期受维斯塔斯专利保护，研发新型主梁结构设计并获得更好的产品性能 较为困难，因此此前国内碳纤维制造商只能通过进入维斯塔斯供应链的方式，因而一定 程度上制约了中国碳纤维叶片及相关产业链的发展。至 2022 年 7 月 19 日，全球风电整 机巨头维斯塔斯碳纤维叶片核心专利拉挤工艺到期，国内拉挤法渗透率有望进一步提升， 从而带动碳纤维在风电叶片上的需求量进一步增加。当前已有较多企业已开始布局碳纤 维拉挤产线，光威复材已实现碳纤维拉挤板供应 Vestas，恒神股份也在拉挤板领域有所 布局。 碳纤维产业链较长，核心环节集中在原丝和碳丝环节。碳纤维生产过程，主要分为 PAN 纺丝原液的制备、PAN 原丝的纺制、原丝预氧化及碳化、复材成型几个环节。具体 的，有机聚合物（主要为聚丙烯腈）单体进行聚合并溶解；得到的聚合物按照不同的纺 丝工艺进行纺纱、洗涤、拉伸得到碳纤维原丝；原丝添加化学品稳定后，在厌氧、高温 环境下碳化排出所有非碳材料，形成纯碳网状链，后经表面处理、上浆后形成碳纤维（称 为碳丝）；得到的丝束加入树脂、陶瓷等补强材料并经过工艺成型获得碳纤维复合材料。 其中原丝环节是最后产品品质的关键，有学者曾提出：“碳纤维质量 90%在原丝”。如果 在原丝环节出现品质缺陷，如表面孔洞、沉积、刮伤以及单丝间黏结等，在后续加工中 很难消除，从而造成碳纤维力学性能的下降。只有得到高取向、高强度、热稳定性好、 纤度均匀、杂质和缺陷少的原丝，才能有效提高碳纤维质量。从产业链角度，我国是原料聚丙烯腈生产大国，但原丝和碳丝环节仍由日美韩主导， 这主要是我国碳纤维产业发展起步较晚导致，但随着我国风电等领域全球影响力的加大 带来国内需求的繁荣，我们能够看到碳纤维的技术工艺产能都在快速进步，进口依赖的 现象也在逐渐改善，近几年将成为高速发展的窗口期。2020 年，我国大陆地区 PAN 基 碳纤维对外依存度 62%，较 2015 年的 85%已降低 22pct。原丝环节核心壁垒在于设备、纺丝工艺和过程控制。尽管从碳丝和复材角度上来说， 我国国产化率提升喜人，但原丝国产化的进度较慢，尤其对于大丝束，当前商业化生产 销售的仅吉林碳谷。多年来，原丝质量低于海外是根本问题。我们认为，原丝环节核心 壁垒在于三个环节——设备、纺丝工艺和过程控制。 1）设备：目前原丝核心设备仍主要依赖进口，仅有部分部件来自国产，国产整体设 备和海外差距较大。海外标准设备在工艺适配性上有不足，也较难满足企业自身的参数 要求，因此也需要有改造、调整进口设备的能力。2）纺丝工艺：碳纤维原丝纺丝工艺的选择及控制为稳定生产高性能原丝的关键因 素。纺丝工艺主要分为湿法纺丝、干法纺丝和干喷湿纺（亦称干湿法纺丝），主要区别 在于喷丝板与凝固浴的位置关系不同。目前，国内外生产聚丙烯腈原丝的工艺主要为湿 法纺丝和干喷湿纺。干法成型的纤维结构较紧密，但内部形成的原纤多，处于淘汰阶段。 湿法成型的纤维纤度变化小，纤维上残留的溶剂少，容易控制原丝质量，是目前广泛应 用的纺丝工艺，干喷湿纺是纺丝工艺的新发展趋势。（《高浓度 PAN／DMSO 溶液干湿 法纺丝工艺研究》）湿法纺丝是原液经过计量泵，然后从喷丝头挤出，原液细流直接进 入凝固浴，在凝固浴中迅速凝固成丝条，形成初生纤维。纺丝原液从喷丝头喷出进入凝 固浴后，原液细流的表层首先与凝固浴接触，进行传质，很快凝固成一薄层，凝固浴中 的水不断通过这一薄皮层扩散至细流内部，而细流中的溶剂也通过皮层扩散至凝固浴中。 干喷湿纺不直接浸入凝固浴，是纺丝原液经过喷丝板喷出之后先经过一段 3-10cm 的空 气层，然后再进入凝固浴。空气层是有效的拉伸区，不仅可提高纺丝速度，而且容易得 到高强度、高取向的原丝，原丝的结构均匀致密，因此要得到高强度的碳纤维，较好的 方法是采用干喷湿纺。同时，由于干喷湿纺工艺要求高压纺丝和高倍牵伸，所以还能够 令生产效率成倍提高。但此方式对纺丝工艺和原液质量要求极高，任何不稳定因素导致 的任何一根原液断流都会最终破坏整个喷丝板的正常生产，因此干喷湿纺技术难度较大， 国内仅少数企业能够掌握成熟工艺技术。 按照聚合和纺丝工艺是否连续可以分为一步法、两步法。由于溶液聚合可直接获得 聚合物溶液，只要经过脱单、过滤及脱泡后即可用于纺丝，因此被称为一步法；而两步 法使水相聚合，先通过水相沉淀聚合得到 PAN 固体粉料，然后经过粉碎、烘干等供需， 最后利用有机溶剂溶解 PAN 粉末来生产纺丝原液。总的来说，两者各有优劣。一步法工 艺相对简单，可控性较好，但由于聚合过程不易散热、消耗的第三单体及溶剂较多、溶 剂不易回收、溶剂的链转移系数大，不易获得高分子量的 PAN 聚合物；两步法的聚合过 程散热较为容易，溶剂几乎没有链转移系数，因此可获得一步法溶液聚合所不能获得的 高分子量的 PAN 聚合物，且纺丝原液通过溶解制备，使得可用于纺丝的 PAN 原液可选 范围广，提高了分子量和浓度上限。但另一方面，两步法工艺复杂，会加大生产成本， 容易引入杂质，且聚合物粒径较大不易制得高性能 PAN 原丝，较少用于小丝束碳纤维 原丝生产。目前“一步法—湿法”纺丝工艺是我国绝大部分碳纤维生产企业采用的工艺路线。3）过程控制：碳纤维的生产工艺流程复杂精密，全部参数多达 3000 余个，因此整 个碳纤维生产过程中的过程控制要求极高。纺丝原液的制备决定了 PAN 大分子链的微观 结构， 是整个流程的源头和基础，溶液净化程度和溶解的均匀性都可直接决定干喷湿纺 工艺能否生产顺利甚至是否可行；原丝是碳纤维前驱体的成形阶段，原丝的高强度、细 旦化、分纤性能优良、质地均一是制备高性能碳纤维的前提；预氧丝的制备是碳纤维生 产过程中承前启后的桥梁，是组织结构转变的重要过渡阶段；碳化是乱层石墨结构形成、 长大和有序化阶段，是碳纤维拉伸强度大幅度提高的阶段。整个生产流程中的每个环节 都会对最终碳纤维质量造成不可逆转的影响，尤其是工艺中的缺陷，更是会跟随每一级 流程遗传至终并产生连锁甚至扩大缺陷效应，因此，必须控制好每一步的生产质量，才 会最终制得高性能碳纤维。对于大丝束来说，精确控制和生产过程中的调整均是难点， 需要专业团队和长期的技术积累。碳丝环节核心壁垒在于设备及调试过程。PAN 原丝先进入预氧化炉（通常在 180~280℃）生产出预氧化纤维，达到让预氧丝在炭化高温下不熔不燃，保持纤维状态， 热力学处于稳定状态；预氧丝再放入低温炭化炉（300~1000℃）和高温炭化炉 （1000~1600℃）制成碳丝。在预氧化和碳化的两个过程中，控制温度和时间是控制反 应速度和结构变化过程的关键，也是核心设备的主要技术点。两个环节主要涉及的专用 设备是预氧化炉和炭化炉，当前国内企业在这两个核心设备环节已基本完成国产化。但 设备之外，厂家还需要根据自己的技术认知和经验对设备进行调试、改造，这个环节同 样重要，需要经年累月的技术积累和投入，因此我们认为这个环节的竞争是存在先发优 势的。 3.4、碳纤维vs玻璃纤维：共享风电增长红利碳纤维和玻纤将共享风电增长红利。玻纤相较于碳纤维有性价比优势，同时高模玻 纤新型号的出现增加了其未来的发展潜力，高模玻纤拉伸模量等性能能够比肩碳纤维， 同时兼有玻纤的成本优势，在风电渗透率提升过程中仍将扮演重要角色。但当叶片超过 一定尺寸后，碳纤维叶片的优势将更加显现，特别是对于追求极致更大叶片的海上风电 领域。当叶片超过一定程度，碳纤维比玻璃纤维在材料用量、劳动力、运输和安装成本 方面都有显著降低。具体在成本端下降有以下的特点：1）质量轻，在满足刚度和强度要 求的条件下，碳纤维叶片比玻璃纤维叶片轻 20%以上 2）低负荷；变桨轴承、偏航系统、 风机轮毂、塔筒变得更轻，更易操作、运输及吊装 3）扰度更小，机翼部分更薄。机翼气 动效率更高，提高风能的利用率和年发电量，动力问题少、预弯少、垂悬部分小，提高 叶片的抗疲劳性能，可制造低风速叶片、自适应叶片，利用导电性能避免雷击，具有振 动阻尼特性。另外，随着碳纤维产能产量的不断释放，碳纤维成本将很快能够大规模匹 配下游可承受范围。总体我们认为，碳纤维和玻纤能够共享风电领域增长红利。 4、基体树脂4.1、风电基体树脂总述目前主要用于生产风电叶片的复合材料中，增强材料用于提供结构足够的刚度与强 度，基体树脂则用于提供韧性与耐久性。在风电叶片成本结构中，增强纤维、基体、芯 材及结构胶合计占比为总成本的 87%，其中基体树脂成本占比约为 36%。当前主流的生 产风电叶片基体树脂分为环氧树脂、乙烯基酯树脂和不饱和聚酯树脂。其中环氧树脂由 于良好的力学性能、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性是最为常见的基体树脂。出于对力学性 能和生产效率的更高追求，产业界也在持续研究开发新型树脂体系，最有代表性的有聚 氨酯树脂、生物基尼龙 56、尼龙 66 等。树脂基体对纤维的浸润性和粘附作用直接影响复合材料的界面性能。目前，风电叶 片的生产主要使用真空灌注技术，液体树脂需要经过真空负压、浸润纤维后通过加热固 化进行叶片成型，因此该工艺的关键在于树脂在工艺操作温度下对纤维要有较好的流动 性和浸润性。树脂在增强材料中流动的难易程度决定了树脂/纤维的界面状态，从而影响 制品的固化过程和最终质量。拉挤成型工艺对树脂体系性能要求较高，在满足物理性能 要求的同时还需满足拉挤成型工艺要求。其工艺要求包括：适用期较长、在固化温度下 凝胶时间短、固化速率快、黏度低、对碳纤维浸润良好、与纤维界面作用力强等，其中 拉挤树脂体系在模具内的温度控制是拉挤成型工艺成败的关键。环氧树脂具有优异的力 学性能、耐热性能、耐腐蚀性能和固化过程稳定等特点，因而环氧体系成为拉挤成型首 选的基体树脂。 4.2、环氧树脂：性能优异的主流风电用基体树脂4.2.1、风电专用环氧树脂环氧树脂是主流的风电用基体树脂。在基体材料中，环氧树脂是复合材料中应用最 广泛的树脂体系。环氧树脂指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，是环 氧氯丙烷与双酚 A 或多元醇的缩聚产物。环氧树脂具有其具有良好的力学性能、耐化学 腐蚀性和尺寸稳定性，更有利于叶片在严苛的环境下保证运作效率和使用寿命，在风电 叶片中普遍应用。但具体应用时需由基础环氧树脂与固化剂、助剂、稀释剂等深加工制 成，形成风电专用环氧树脂体系。通过在基础环氧树脂混入不同类型和比例的固化剂、 稀释剂、助剂等也可以应用于电子电气、新型复合材料等用途。根据聚合科技的招股说 明书，2020 年风电用环氧树脂市场需求约在 35 万吨左右。根据 QYR（恒州博智）的统 计及预测，2021 年全球风电叶片专用环氧树脂市场销售额达到了 26 亿美元。风电用环氧树脂根据与增强材料复合工艺不同分为灌注树脂、手糊树脂、模具树脂、 胶粘剂、风电叶片大梁用预浸料树脂、风电叶片大梁用拉挤碳板树脂等。风机叶片用环 氧树脂灌注体系应具备粘度低、适用期长、浸透性好、固化物力学强度高，韧性好等特 点，目前多数风电叶片厂家采用真空灌注环氧树脂。在拉挤成型工艺中，环氧树脂因为 优异的力学性能、耐热性能、耐腐蚀性能和固化过程稳定等特点仍然是首选的基体树脂， 因此短期难以替代。国内厂家在专用环氧树脂行业渗透率逐渐提升。全球风电叶片专用环氧树脂核心厂 商主要有瀚森、欧林、道生天合、上纬、亨斯迈、惠柏新材等等。前五大厂商占有约 60% 的市场份额，近年来国内企业道生天合、上玮新材、惠柏新材、康达新材等企业渗透率逐渐提升。大梁用拉挤碳板树脂来看，由于维斯塔斯采购碳纤维拉挤板材时，指定了国 际品牌的基体树脂，虽然风电用拉挤板材有一半以上在中国生产，但碳纤维和树脂等关 键材料仍由国外控制。风电专用环氧树脂核心壁垒在于配方。风电专用环氧树脂仍有一定的配方壁垒。原 材料的组成和配比是决定特种配方改性环氧树脂产品的质量、性能以及下游应用广泛性 的最关键因素。4.2.2、基础环氧树脂我国基础环氧树脂产业链成熟，风电领域在下游需求占比逐渐提升。我国是基础环 氧树脂生产和消费大国。从现有情况来看，我国是全球环氧树脂消费第一大国，环氧树 脂产量不足以完全满足消费需求。截至 2021 年，我国环氧树脂产能 225 万吨，产量 140.1 万吨，表观消费量为 161.6 万吨。单 GW 配方环氧树脂用量约 6000 吨，其中 65%为纯环氧树脂，即单 GW 消耗基体 树脂用途的环氧树脂 3900 吨。按照康达新材招股说明书，1.5MW 主机每套需 3 片叶片， 每片叶片环氧结构胶 0.35 吨，其中纯环氧树脂用量分别为 50%，合计推算胶粘剂单 GW 用环氧树脂 35 吨左右。再加上塔筒等环氧树脂底漆涂料用量 20 吨左右/GW，合计风电 叶片中纯环氧树脂用量 4500 吨左右。因此，2021 年风电消耗的纯环氧树脂为 21.41 万 吨，占环氧树脂总需求的 13.25%。假设 2022-2023 年装机量 60GW/72GW，2022/2023 年风电消耗的纯环氧树脂约 27/32.4 万吨。到 2025 年，环氧树脂在风电中应用的需求占 比从 2020 年的 12.6%上升到 20%。 4.3、聚氨酯树脂：未来将成为环氧树脂体系的补充聚氨酯树脂契合叶片轻量化趋势，同时可以加快生产效率。从树脂的发展趋势来看， 降低制造成本从而达到整个体系的降本也是一个重要方向，聚氨酯树脂被认为是一个比 较有潜力的方向，核心是能够缩短叶片生产时间提升效率，同时降低叶片的重量约 5%。 从力学性能来看，聚氨酯树脂的拉伸强度相比环氧树脂提高了 18%，拉伸模量提高 20%， 断裂伸长率略高于环氧树脂。聚氨酯具有更为优异的机械性能和耐疲劳性能，固化快， 加工性能好，与增强用玻璃纤维和碳纤维有更好的粘接力，有助于提高生产效率和降低 生产成本。据统计，聚氨酯树脂用量低于环氧树脂，固化效率提高 40%，符合树脂技术 的发展趋势。性能优势及与环氧树脂价差缩小促使聚氨酯树脂应用加快。此前聚氨酯应用受限于 成本因素，下游应用相对缓慢。2020-2021 年，基础环氧树脂因资本开支减缓下游风电 增速较快而快速上涨，一度上涨至 4 万元/吨以上，叶片专用环氧树脂价格更高。相较而 言，聚氨酯价格相对波动较小，价格位于历史中枢附近，考虑到聚氨酯树脂单 GW 用量 小于环氧树脂，同时生产效率提升有助于降低整体加工成本，加之性能较为优异，近两 年应用方面的研究开发正在加速。2017 年，拜耳宣布开发出含聚氨酯复合材料风力发电 叶片。科思创在 2018 中国尝试使用聚氨酯树脂叶片，并且投入运营。聚氨酯龙头企业 科思创多年来也在不遗余力的推动着聚氨酯风电叶片的产业化进程，其产品也在 2021 年底获全球风机领域权威认证机构 DNV 的认可。2021 年 7 月，时代新材首支 EN156 聚氨酯风电叶片下线。我们认为聚氨酯树脂在未来能够对环氧树脂形成一定的补充。万华化学是全球聚氨酯龙头，在聚氨酯树脂复合材料叶片方面也有布局，在 2020 年 报中也公布公司正在开发并推广风力发电大梁树脂这一创新应用。4.4、尼龙66及生物基尼龙56：富有前景的新型材料高性能纤维与尼龙 66 混杂能制备性能优异的复合材料。尼龙 66（聚酰胺 66）是具 备优异加工性能的工程塑料，针对其干态和低温下抗冲击强度低，吸水率大易影响制品 的稳定性等缺点，通常以高性能纤维与尼龙 66 混杂以制备性能优异的复合材料。 尼龙 56 增强玻纤有着优越性能，未来潜力较大。生物基聚酰胺 56（尼龙 56）由戊 二胺和己二酸聚合而得，两种单体均可利用可再生资源制备。生物基尼龙 56 具有轻量 化、高强度、耐高温、高耐磨、耐腐蚀等特点，可凭借原料可再生、产品可回收、成本 可竞争的优势，产品性能接近通用型聚酰胺 66，可应用于风电领域，是一种较有前景的 新型材料，特别是在碳中和背景下，生物基可回收可再生将是趋势。凯赛生物是合成生物学领军企业，风电领域抢先卡位布局。热塑性纤维增强复合材 料将是公司未来发展战略方向之一，公司计划以玻璃纤维和碳纤维增强的耐高温生物基 聚酰胺为开发重点，并于 2020 年完成 E-6300 和 E-3100 两款高温聚酰胺产品研发。 2022 年 6 月 30 日，中材科技拟同在山西转型综合改革示范区投资 36.84 亿元，建设年 产 30 万吨高性能玻璃纤维智能制造生产线项目。凯赛生物重点开发的聚酰胺 56 产品性 能接近通用型聚酰胺 66，在减碳环保政策逐步实施的背景下，有望替代后者应用于玻纤 增强尼龙复合材料。公司在山西综改区规划的 90 万吨聚酰胺产能有望与园区新建的玻 纤等项目实现生产、应用协同，加速带动凯赛生物热塑性纤维增强复合材料的下游应用， 拓展聚酰胺的应用领域，提升装置的经济效益。 5、芯材：PET材质替代轻木及PVC加快风电芯材主要使用轻木材质。芯材位于夹芯结构复合材料内部，对设备起到保持稳 定性、减轻重量同时增强刚度的作用，其成本占叶片材料总成本的 20%左右。随着风力 发电功率的增大，叶片长度要求不断增加，伴随而来的是强度和刚度要求越来越高、自 身质量越来越大，出于降低整机的成本目的，叶片芯材又占叶片体积的 85%以上，其轻 量化的诉求较高。因此目前全球兆瓦级风机叶片广泛采用结构泡沫芯材。主要的结构泡 沫芯材有三种，轻木（Balsa，或称巴沙木）、PVC 结构芯材及 PET 结构芯材。由于巴 沙木具有竖直纤维结构，并且有良好的抗压抗剪强度，因此是目前主要的芯材原料。巴沙木只在赤道生产，长期被海外卡脖子。巴沙木生长周期通常在 4-5 年，由于风 电发展的需要，以及巴沙木的紧缺，全世界对巴沙木的需求普遍较旺盛，我国巴沙木也 是常年依靠进口。位于美洲的厄瓜多尔是巴沙木最大的出口国，但是由于种植利润低下 以及厄瓜多尔当地政策的原因，巴沙木供应波动较大，2020 年，新冠疫情打乱了进口结 构芯材产品的供应节奏，2020 年巴沙木价格达到 15500 元/立方米的高位，相较于上年 同比增长 98.7%，更凸显了结构芯材国产化实现进口替代的必要性和紧迫性。PET 芯材是较好的替代巴沙木和 PVC 泡沫的材料。与巴沙木相比，PVC、PET 的 质量轻，不用做防潮处理，依赖人工合成，比巴沙木更容易获取，均是替代巴沙木的良 好材料。根据《PET 泡沫材料在风电叶片中的应用》，当前一个典型设计是把强度较高 的轻木用于承受载荷较大的靠近叶根的部位，交联 PVC 泡沫用于承载较小的靠近叶尖 的部位，从叶根到叶尖，厚度逐渐减小。常用的 PVC 泡沫质量轻、强度高，但制作工艺 复杂，成本较高，耐高温性能较差，成型工艺中存在烧焦可能，另外 PVC 泡沫材料生产 厂家少，供应紧张，存在供应风险。因为近年来 PET 泡沫替代 PVC 泡沫形成趋势。根 据权威认证机构 DNV-GL 的要求，对泡沫芯材的主要指标是密度、吸水性、拉伸强度（模 量）、压缩强度（模量）、剪切强度、弯曲强度（模量）、弯曲疲劳性能等。从这些方 面比较，PET 泡沫同样具有强度高质量轻的特点，并且综合性能优于 PVC 泡沫，耐热 性好于 PVC，具有可塑性强、加工方便、生产成本较低的优点，采用热塑性 PET 发泡 材料制造的风电叶片也较好循环回收，利于环保的大方向，近年来已有部分风电叶片厂 家将 PET 应用于风电叶片腹板及壳体中。从成本角度，由于 PET 泡沫吸胶量低，可减 轻叶片的重量，如果使用 PET100（数字代表密度）泡沫替代 PVC60 泡沫，一个叶片大 概可以节省树脂 210kg。 6、其他材料6.1、固化剂6.1.1、聚醚胺：聚醚胺经过时间检验成为满足大型发电叶片制造要求的环氧固化剂风电专用环氧树脂中，除了环氧单体，还包含固化剂、稀释剂、增塑剂和促进剂等， 其中最重要的组分就是在交联反应中具有重大影响的固化剂，环氧树脂只有在固化剂的 作用下才能交联成热固性材料。如果按固化剂的分子结构分类大致可分胺类、酸酐类、 酚醛类等。其中胺类固化剂用量最大、品种最多，适用于大多数环氧树脂体系。另外， 在环氧胶粘剂体系中，同样需要使用胺类固化剂。聚醚胺是风电应用领域最常用的胺类环氧固化剂。聚醚胺(PEA)是一种新型的精细 化工材料，属于脂肪胺大类中的一种，其末端活性官能团为胺基，主链为不同分子量聚 环氧丙烷/环氧乙烷，亦称端氨基聚醚。由于端氨基的反应活性，使其能与多种反应基团 作用，凭借其低粘度、较长适用期、减少能耗、高强度、高韧性、抗老化、优良防水性 能等多方面优异的综合性能，在新能源、建筑、新材料等众多行业领域应用广泛，具体 应用在风电、页岩气开采、环氧地坪等用途。在风电领域，目前所有的工业化胺类固化 剂中，仅有聚醚胺可以满足大型发电叶片制造的性能和工艺性要求。风电拉动聚醚胺需求快速增长。根据弗若斯特沙利文报告，全球聚醚胺市场规模从 2016 年 18.4 万吨上升至 2020 年 28.6 万吨，年复合增长率高达 11.4%，到 2025 年， 全球聚醚胺市场规模约 140 亿元（接近 50 万吨）。在中国，聚醚胺销量从 16 年 4.2 万 吨上升至 20 年 10.1 万吨，年复合增长率达 25.7%。中国聚醚胺行业整体市场需求将由 2021 年的约 8.2 万吨增长至 2025 年的约 14.7 万吨，复合年增长率约为 15.7%。在聚 醚胺的下游中，风电是最大的应用领域，2021 年国内占需求比约 47%。十四五期间，风 电需求将带动聚醚胺需求快速增长。1.5 MW 的风电有 3 个叶片，一只叶片使用树脂加 固化剂共约 1.8 吨，聚醚胺使用量占 25%，即 1.35 吨。1GW 对应 900 吨的聚醚胺需 求。预计 2025 新增装机 91GW，每年的需求 8.19 万吨。 聚醚胺生产壁垒较高，全球范围内只有数家企业掌握成熟的生产工艺。主要的技术 门槛体现在将聚醚多元醇的羟基取代成氨基的工艺环节以及生产流程设计中。目前催化 胺化法是最主流的工业生产技术。另外，聚醚胺的生产分为连续法和间歇法，连续法产 品质量高，产品转化率较高，副反应较少，生产成本有一定降低，但生产工艺和设备相 对较困难。间歇工艺生产设备简单，工艺难度小，但装卸料等辅助操作需要消耗大量时 间和人力，产品的生产成本高，同时产品转化率低，产品质量不及连续化工艺，特别是 在生产低分子量聚醚胺上产品质量与国外的生产技术和产品质量有一定差距。目前，全 球仅有少数企业能够生产聚醚胺，技术壁垒整体较高。从客户端来看，风电、页岩气等领域的客户对聚醚胺的性能及稳定性有较高要求。 对于风电领域而言，客户都已形成特定环氧树脂固化体系，如果更换聚醚胺，需要重新 调整配方。因此，聚醚胺厂商与下游客户粘性较强，客户壁垒较高。另外，聚醚胺的主 要原材料环氧丙烷属于甲类危险化学品易受到监管侧的管控影响。 近期由于原材料价格下跌以及需求的减少，聚醚胺整体价格有所下跌，我们认为随 着四季度旺季来临以及�**肽暌咔橛跋斓淖盎枨笤谙掳肽晔头牛勖寻纷魑桓龉┬� 格局较好的环节将迎来价格回升。中期维度来看，聚醚胺在 2024 年前供需将保持紧平 衡，价格中枢有望保持较高水平。6.1.2、酸酐固化剂：拉挤板材适用的新型固化剂酸酐固化剂属于加热固化剂，更适用于大梁拉挤成型工艺。由于轻量化和强度要求， 拉挤工艺在未来将快速发展。酸酐固化剂更适用于拉挤复合材料，原因有三。其一是由 于拉挤成型工艺要求基体树脂具有适用期长、凝胶时间短、固化速度快等特点，而传统 灌注体系常用的脂肪胺类固化剂属于常温固化剂，拉挤要求的快速固化反应过程中耐温 性不足。相对而言，酸酐固化剂属于加热固化剂（常常加入叔胺促进固化，提高活性与 速度），耐温性更强。其二，除了拉挤工艺所要求的速度外，作为拉挤树脂的粘度也是 重要的考察参数，混合料粘度高，势必影响树脂对纤维的浸润效果。液体酸酐固化剂较 环氧树脂粘度更低。其三，根据拉挤工艺的特点，树脂混合物在常温条件下要有较长的 可使用期，一般要求 6 小时以上，胺类固化剂反应活性过高，而液态酸酐固化剂与环氧 树脂混合即使在促进剂存在下也有较长的可使用期，可满足要求。其中，甲基四氢苯酐（Me-THPA）是最为常用的一种酸酐固化剂，较甲基六氢苯酐 或甲基纳迪克酸酐成本更低，甲基四氢苯酐是由间戊二烯和异戊二烯与顺丁烯二酸酐反 应而制得不同异构体液体混合物。由其固化的环氧树脂具有色泽浅、力学性能优、电性 能及热稳定性良好等优点，其需求预计将随着拉挤板材渗透率提升而快速增加。 濮阳惠成是国内顺酐酸酐类产品龙头企业，其产品甲基四氢苯酐已应用于拉挤板材。 目前濮阳惠成酸酐衍生物产能 5.1 万吨/年，在建产能 7 万吨/年。 6.2、胶粘剂：环氧结构胶短期不可替代，龙头优势显著胶粘剂是用于叶片组装粘结的重要材料，关系到叶片的刚度和强度。大型风电叶 片组装时，需要在主模具�**岩镀翘逵胄静模约吧稀⑾掳胍镀翘寤ハ嗾辰幔⒔� 壳体缝隙填实，合模加压固化后制成整体叶片，其中使用的胶粘剂是叶片的重要结构材 料，其性能直接关系到叶片的刚度和强度。通常风电叶片用的胶粘剂为结构胶粘剂，需 要能够长期承受应力、环境作用。随着单机装机容量的增加，风轮叶片也越来越长，这 就对合模粘接的胶粘剂提出了很严苛的技术要求，特别对于海上风电机组来说，需要承 载周期性负荷以及在运转中遭遇的海上极端气候条件。 按照主要组分，胶粘剂可分为环氧树脂胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂、有机硅胶粘剂， 其中环氧树脂胶粘剂适用于大多数材料的粘接、强度高、耐温介电性能好、耐腐蚀耐老 化，长期以来是主流的叶片结构粘胶剂。其他结构胶在技术上取得突破性进展之前，均 难以大规模替代环氧树脂结构胶。风电叶片用结构胶还将延续以环氧树脂结构胶为主的 态势。环氧树脂类胶粘剂占整个胶粘剂的体量很小，根据中国胶粘剂和胶粘带工业协会的统计， 2020 年环氧树脂类粘胶剂销售量 22.5 万吨，占比 3.2%。但从下游市场应用来看，以消 费电子、光伏、风电等为主的装配业市场增长较快，包括环氧树脂在内的结构胶粘剂引 领了行业的增长趋势。叶片强度要求的提升驱动了胶粘剂的需求。根据康达新材招股说 明书，每生产一个叶片需要使用 350 千克的环氧树脂结构胶粘剂计算，每 GW 胶粘剂用 量在 700 吨，到 2025 年，预计风电胶粘剂市场需求将在 6.37 万吨。风电用环氧树脂结构胶在生产工艺、设备配方设计上区别于其他环氧树脂结构 胶。风电用环氧树脂结构胶采用膏状产品的生产工艺和生产设备，与液态及固态环氧树 脂结构胶的生产工艺和生产设备有明显差别，主要为双行星搅拌釜，并且需要压机将产 品挤出包装。另一方面，风电叶片具有尺寸大、外形复杂和使用环境苛刻的特点，除了 要求需要具有高强度和高韧性的统一外，对耐候性也有很高的要求，工艺上要求操作时 间长和高触变性，有一定的技术壁垒。产品本身的性能、叶片结构设计和现场施工工艺 都可能直接导致结构胶粘接失效，造成叶片损毁现象。为了满足上述要求，风电叶片用 环氧树脂结构胶需要特殊的配方设计，包括采用特殊环氧树脂种类、配伍及改性，以及 选用端胺基聚醚（聚醚胺）等特殊的固化剂和特殊助剂等技术，使得风电用环氧树脂结 构胶的主要原材料与其他的环氧树脂结构胶有明显差别。风电用环氧树脂结构胶实现高度国产化，康达新材占据全球超六成的市场份额。 风电用环氧树脂结构胶生产商大多同时供应叶片基体树脂及胶粘剂，海外有瀚森、亨斯 迈、陶氏等，国内以龙头企业康达新材为代表。康达新材开发出的风电专用环氧胶是一 种双组分、高触变性的环氧胶粘剂，适用于叶片的粘接工艺，并通过了德国 GL 论证， 可替代进口胶粘剂，在风电客户中得到广泛应用。同时，康达也成功开发了叶片用灌注 树脂等系列产品，产品渠道有协同性，绑定下游客户。目前康达在国内已基本完成客户 拓展，海外仍有发展空间。 6.3、二甲基亚砜：受益碳纤维渗透率提升碳纤维带动二甲亚砜需求高速增长。PAN 基碳纤维原丝生产中，常用的纺丝溶剂包 括 DMSO（二甲基亚砜）、DMAc（N,N-二甲基乙酰胺）、NaSCN（硫氰酸钠）等不同 的溶剂类别，其中 DMSO（二甲基亚砜）在长期的实践中具有最佳的性能，与其它溶剂 比较二甲基亚砜具有技术成熟、质量稳定、经济性好、无毒性、回收率高、工艺简单等 优点。因而是最常用的纺丝溶剂，且对原丝性能起着极其关键的作用。二甲基亚砜（DMSO） 是一种含硫有机化合物，被广泛应用于医药、农药、电子和碳纤维生产等领域。根据《二 甲基亚砜生产及市场分析》一文，每吨 PAN 碳纤维原丝消耗 0.5~1 吨二甲基亚砜，考虑 到主流厂家均进行溶剂回收，预计实际消耗 0.1 吨二甲基亚砜。假设 DMSO 作溶剂渗透 率 50%，2021 年全球碳纤维消耗 DMSO 1.43 万吨。二甲基亚砜生产控制难度较大，新增产能受限。DMSO 一般由二甲基硫醚(DMS)氧 化制得。主要的氧化剂有硝酸、双氧水、氧气和二氧化氮。其中硝酸氧化法设备腐蚀严 重，且精制过程效率很低，不宜工业化；双氧水氧化法成本较高; 氧气氧化法反应过程不 易控制。只有二氧化氮氧化法生产成本较低，适宜工业生产。在实际生产中，主要原料 以及中间产品中的天然气、甲醇、硫化氢、二甲基硫醚、二氧化氮等都是有毒有害并且 易燃易爆的化工产品，并且生产过程中伴有高温、高压，其中二甲基硫醚氧化工序采用 了纯氧作为原料进行生产，反应温度和反应速度控制有一定难度，容易发生爆炸。二甲基亚砜竞争格局优异，龙头充分受益。2021 年，二甲基亚砜全球产能 9.4 万吨 /年，我国产能 7 万吨/年，其中兴发集团为绝对龙头，拥有 6 万吨/年相关产能，权益产 能 5 万吨/年，将充分受益于碳纤维产能的高速扩张。近两年二甲基亚砜受益于下游医药 溶剂、反应制剂以及碳纤维等需求的增长，二甲基亚砜价格从 2021 年初的 1.5 万元/吨 涨至 2022 年 3 月的 4.8 万元/吨，目前价格仍在 4.2 万元/吨以上，景 气度较高。6.4、树脂涂料：防护涂料亟待国产化树脂涂料是风电叶片及塔筒的主要防护方式。风力发电机组在户外运行，会遇到较 多恶劣天气，如温差大、光照强、风砂磨损、酸雨腐蚀以及冰雪侵袭，而叶片在高速运 转时，叶尖速度一般会超过 100 m/s，未经防护的叶片长期暴露在自然环境中，会很快 磨损、老化并产生粉化现象，直至发生断裂。另外，大型叶片的吊装耗时且昂贵，一般 需要其运行 10 年以上才进行一次维护。目前最简单有效的防护方法是采用涂料进行保 护，尽量延长叶片的使用寿命。对于内陆用防护涂料要求有优异的耐候性、耐冲击性、 耐磨性、高低温柔韧性和防浮冰性能，而海上风机用防护涂料除了以上的要求，还需要 极佳的耐腐蚀性能。聚氨酯涂料是主要风电防护涂料，有机氟硅和环氧树脂作为补充。目前可应用于风 电叶片的树脂主要有聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂、有机硅树脂及环氧树脂。其 中，聚氨酯树脂体系是目前风电叶片涂料中使用最多的树脂，主要聚氨酯因为具有高弹 性和耐用性，在受到冲击时能起到吸收能量的作用，而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，且相同固含量下价格较低，具有一定成本优势，是应用最广泛的风电叶片涂料。但是， 单一使用聚氨酯树脂也有一定局限性。聚氨酯树脂（包括丙烯酸聚氨酯）在高低温柔韧 性、耐磨性、防风沙雨蚀方面表面优异，但是在耐候性及防覆冰性能方面不如有机氟硅 树脂，而环氧树脂则可以提供优异的防腐性能及层间附着力。因此通常针对不同树脂的 优缺点合理搭配制成配套涂层体系，从而达到更优异的防护效果。 目前我国风电用涂料基本被进口品牌垄断。德国的美凯威奇 Mankiewiez、美国的 PPG、德国巴斯夫的Ｒelius、德国的 Bergolin、挪威的佐敦 Jotun、意大利的麦加 MEGAP ＆C 占据主要市场份额。近年来西北永新、中远关西等企业也陆续研制出较有特色的产 品。飞鹿股份在风电设备防护涂料领域有所布局，公司 2021 年 11 月 19 日在互动易上 表明公司产品风电叶片涂料通过德国 GL 认证，目前主要承接风电叶片及风电塔筒包括 产品方案设计与研发、生产及涂装施工的整体方案，主要客户包括时代新材、中材科技、 中复连众以及天桥起重等。 HDI 是主要的叶片涂料固化剂。在聚氨酯双组分涂料体系中，考虑到耐候性和漆膜 延伸率的需要，适合的固化剂是 HDI 类型的异氰酸酯，在干燥方面，三聚体的干燥性明 显优于缩二脲的干燥性，因此，HDI 三聚体比较适合作为叶片涂料的固化剂。目前，万 华化学和美瑞新材在 HDI 方面有所布局。6.5、铸造用树脂及上游原料呋喃树脂是铸造时造型制芯用的粘结剂。风电设备铸件主要包括轮毂、底座、固定 轴部件（含定子主轴等）、齿轮箱部件（含行星架、箱体等）等。目前应用最为广泛的 铸造用树脂有呋喃树脂、冷芯盒树脂和碱性酚醛树脂，当前一般采用呋喃树脂自硬砂铸造工艺生产。呋喃树脂是一种以糠醇为主要原料的冷硬树脂，用于铸造型芯砂的粘结剂， 具有固化速度快、效率高、常温强度高、高温性能好等特点。根据中国铸造协会估算， 每 MW 风电整机大约需要 20~25 吨铸件。若按照 22.5 吨/MW 计算，2021 年风电用铸 件需求量约 107 万吨。根据宏德股份招股说明书，其 2020 年销售 4.33 万吨风电用铸 件，共采购呋喃树脂 0.27 万吨。据此计算，单吨风电用铸件需求 0.081 吨。据此，可以 估算，2025 年呋喃树脂在风电领域的需求在 13.72 万吨。呋喃树脂市场格局较稳定，圣泉集团及兴业股份是国内龙头。根据艾瑞咨询预测的 2020 年我国呋喃树脂消费量 44.20 万吨，预计 2022 年国内呋喃树脂消费量达 46.60 万 吨。主要国外公司有欧区爱铸造（HA）、花王化学等，国内主要企业为兴业股份和圣泉 集团。2021 年，圣泉集团呋喃树脂年产能 12 万吨，国内销量为 10.89 万吨，产销量位 于国内第一，全球前列。兴业股份年产能 8.43 万吨，销量 8.48 万吨，产销量国内第二。生产呋喃树脂过程中，主要采用的原材料是糠醛，根据宏德股份，树脂的糠醛含量 约为 80%，呋喃树脂采购价格与糠醛市场价格高度一致。2021 年�**肽辏甑鹿煞莶� 购呋喃树脂的均价为 1.16 万元/吨。由此计算，2021 年风电用途的糠醛消耗 6.96 万吨。 近几年由于供给侧改革，糠醛开工率有所上升，供需有所改善。 6.6、风机灌浆料灌浆料关系着海上风机基础整体的安全性和可靠性。海上风电开发中，桩式基础因 为广泛适用于不同地质浅水海域得到普遍应用。桩式基础，通常包含两个部分，一个是 桩基础，另一部分是桩顶到基础法兰的支撑结构。基础设计时，通常将桩与上部支撑结构分开设计。建造时，先将基桩打入设计海床位置，再将上部结构与之连接固定。桩与 上部支撑结构通常采用间隙灌浆方法进行连接，形成灌浆连接段。风机基础灌浆连接段 将上部结构与桩基连接成整体起到过渡作用，是整个基础结构的关键与薄弱环节。灌浆连接段的可靠性直接关系到风机基础整体的安全可靠性。灌浆料是替代混凝土做海风塔筒底部加固的理想材料。灌浆材料方面，由于灌浆连 接段受到巨大荷载作用，实际风机结构设计中为确保结构安全稳定通常选用高强灌浆材 料，其抗压强度一般为 70～200 MPa，抗拉强度为 4.5～7.5 MPa。普通混凝土骨料级 配和紧密堆积效果差，新拌混凝土时常伴随扩展度小、可操作时间短等问题。由于其强 度不高、密实性较差，一方面经常产生温差和收缩裂缝；另一方面，运行过程中机组产 生振动，对混凝土基础反复挤压，使其疲劳破坏。灌浆料是以高强度材料作为集料，以 水泥作为结合剂，辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成。灌浆料具有早强、无 收缩等特点，用于加固风电塔筒的底部与承台，可减少机组的振动，维护设备安全运行。由于风电塔筒直径大、高度高，基础承载力大，同时叶片扫风面积巨大，风载很大，且 大功率风机是目前发展趋势，塔筒更高、叶片直径更大，对塔筒和基础的承载能力要求 更高，对灌浆料要求更加苛刻。根据不同的海洋环境和海床条件，单个海上风力发电的 机组使用灌浆料大概在 50-100 吨之间，按照目前海上风电单机 8MW 功率计算，单 GW 灌浆料需求约在 1 万吨左右。预计 2025 年海风需求在 16 GW，市场空间将在 16 万吨。海上风电灌浆料主要被海外企业占领市场。具体来说，风电灌浆料是一种高性能聚 合物改性的水泥基灌浆材料，也有用环氧基材料。陆上风机灌浆料技术壁垒较低，竞争 较为激烈。但海上风机灌浆料技术壁垒和单价均较高，目前市场主要由海外品牌 Sika 和 BASF 占据，国内突破的主要是苏博特。国内苏博特是混凝土外加剂行业龙头企业，开 发出各种型号的水泥基灌浆料产品，用于装配式建筑、风机基础等领域。当前其产品已 成功应用于福建莆田南日岛海上 400mw 海上风电场、江苏龙源如东海上风电场示范 200MW 扩建项目、中水电江苏如东海上风电场 100MW 示范项目等多个工程，累计完 成超过 50 台风机基础的灌浆，实现了风机基础灌浆料在国内海上风电工程的首次大规 模应用。（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】