1.1 大功率風(fēng)機(jī)占比明顯提升

風(fēng)機(jī)廠商大功率機(jī)型占比明顯提升。CWEA 數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)風(fēng)電新增裝機(jī)平均單機(jī)功率 從2010年 1.45MW 上升到2019年 2.45MW，主流機(jī)型單機(jī)容量不斷上升。觀察整機(jī)廠金風(fēng)科技、明陽(yáng)智能的在手外部訂單及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，同樣可以看出大功率機(jī)型是大勢(shì)所趨，3MW 及以上機(jī)型占比從2018年較低份額提升到當(dāng)前主力機(jī)型。

風(fēng)機(jī)大型化能有效降低度電成本。

（1）攤薄風(fēng)機(jī)制造成本：國(guó)內(nèi)整機(jī)廠提高關(guān)鍵部件輸 出功率，而在普通零部件端保持通用設(shè)計(jì)，因此零部件材料使用量與風(fēng)機(jī)功率非固定值。參考 Vestas 不同單機(jī)容量機(jī)型耗用原材料數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)大型化能夠降低 W 原材料制造成本；

（2） 攤薄風(fēng)機(jī)制造成本：同等裝機(jī)規(guī)模下，風(fēng)電單機(jī)功率提升則所需風(fēng)機(jī)數(shù)量下降，對(duì)應(yīng)塔架、 土地、道路等建設(shè)費(fèi)用將隨之?dāng)偙。?/span>

（3）提升發(fā)電效率：同等風(fēng)速情況下風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量與 掃風(fēng)面積成正比，因此增加葉片長(zhǎng)度能夠有效提升發(fā)電量。

葉片長(zhǎng)度不斷突破。一般風(fēng)機(jī)功率越大、葉片長(zhǎng)度越長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)廠商大功率機(jī)型占比 提升，帶動(dòng)主流新增裝機(jī)葉輪直徑 2014 年 90-110 米提升到 2018 年 110-130 米（數(shù)據(jù)來(lái)源：CWEA）。我國(guó)風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)機(jī)多裝于陸上富風(fēng)區(qū)域，隨著富風(fēng)區(qū)域市場(chǎng)逐漸飽和，以及低風(fēng)速 和海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展，在低風(fēng)速區(qū)域和海上建風(fēng)電廠已具備經(jīng)濟(jì)效益。

而在低風(fēng)速區(qū)和海上風(fēng) 電場(chǎng)，風(fēng)機(jī)葉輪直徑是重要競(jìng)爭(zhēng)力指標(biāo)，因?yàn)槿~輪直徑越長(zhǎng)，掃風(fēng)面積越大，發(fā)電量越大，以 彌補(bǔ)風(fēng)速不足的缺陷，小葉片已不能充分匹配海上需求。海風(fēng)發(fā)展前景較為樂(lè)觀， 近年來(lái)無(wú)論是全球還是我國(guó)，海上風(fēng)電累積裝機(jī)量增速持續(xù)高于整體，歐洲多國(guó)已制訂計(jì)劃， 預(yù)備大規(guī)模開發(fā)利用海上風(fēng)力資源。

1.2 葉片大型化帶動(dòng)碳纖維需求

葉片大型化提高輕量化與強(qiáng)度剛度要求，從而帶動(dòng)碳纖維需求。（1）輕量化：葉片長(zhǎng)度 增加時(shí)，由于葉片重量增加與風(fēng)葉長(zhǎng)度立方成正比，而風(fēng)機(jī)產(chǎn)生電能與風(fēng)葉長(zhǎng)度平方成正比， 因此葉片重量增加快于能量提取。碳纖維由于其減重性能成為平衡葉片長(zhǎng)度與重量的新型應(yīng)用 材料。（2）滿足強(qiáng)度剛度要求：葉片長(zhǎng)度增加同時(shí)也對(duì)增強(qiáng)材料的強(qiáng)度、剛度等性能提出更 高要求，如為保證在極端風(fēng)載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠剛度，而碳纖維能夠起到強(qiáng) 增強(qiáng)效果。

2. 風(fēng)電葉片材料：玻纖 vs 碳纖維

2.1 玻纖為主流風(fēng)電葉片增強(qiáng)材料

2.1.1 玻纖性價(jià)比高

風(fēng)電葉片主要原材料包括樹脂基體、增強(qiáng)材料以及粘接劑、芯材等，而增強(qiáng)材料主要有 玻璃纖維和碳纖維兩種。增強(qiáng)材料（如玻纖）嵌入熱固性樹脂基體（如環(huán)氧樹脂）中形成 增強(qiáng)復(fù)合材料，基體材料提供韌性與耐久度，增強(qiáng)纖維材料則主要提供結(jié)構(gòu)足夠的剛度與 度。實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料嵌入過(guò)程的工藝包括濕法手糊成型(Hand Lay-up)、預(yù)浸料成型 (Prepreg)、真空導(dǎo)入成型(RIM)，前兩者因環(huán)境污染、成本較高不適用于大型葉片，目前主流 工藝為真空灌注導(dǎo)入。

密度、拉伸強(qiáng)度、模量為風(fēng)電增強(qiáng)材料關(guān)鍵指標(biāo)，玻纖為主流風(fēng)電葉片增強(qiáng)材料。風(fēng)電 葉片增強(qiáng)材料經(jīng)歷早期木材、布蒙皮、鐵蒙皮、鋁合金蒙皮等材料后，目前已完全使用復(fù)合 料，主因玻纖性能優(yōu)異且具備經(jīng)濟(jì)性。

（1）密度滿足輕量化需求。如何平衡葉片長(zhǎng)度與重量是解決輕量化問(wèn)題的核心，而材料 密度越小單位體積質(zhì)量越輕，因此選用低密度材料能滿足風(fēng)電葉片輕量化需求。

（2）拉伸模量、拉伸強(qiáng)度滿足剛度與強(qiáng)度性能需求。葉片由于發(fā)電環(huán)境艱難必須具備高 剛度、強(qiáng)度，拉伸模量指受正應(yīng)力時(shí)彈性模量，拉伸強(qiáng)度指靜拉伸條件下最大承載能力。復(fù)合 材料由于其可設(shè)計(jì)性，剛度和強(qiáng)度較鋼材、鋁合金等其他材料更適用于風(fēng)電葉片。此外正因復(fù) 合材料如玻纖的可設(shè)計(jì)性，玻纖廠家可不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝提升拉伸強(qiáng)度與拉伸模量，以重慶國(guó) 際 TM 規(guī)格玻纖為例，風(fēng)電葉片常用 E 玻纖可提高 25-35%力學(xué)性能、10-17%模量、20-40% 動(dòng)態(tài)疲勞性能等。

（3）價(jià)格具備商業(yè)化經(jīng)濟(jì)性。風(fēng)電風(fēng)機(jī)材料成本占比在 95%以上，其中葉片占風(fēng)機(jī)材料 成本 20%左右，而玻纖又占風(fēng)電葉片材料成本 28%。成本占比高，葉片廠家在選擇復(fù)合材料 時(shí)會(huì)重點(diǎn)考慮性價(jià)比。過(guò)去近 10 年纏繞直接紗 2400tex 價(jià)格中樞在 4000-7000 元/噸，而 OC 高端風(fēng)電紗 1200tex 高模量直接紗（H 玻纖）價(jià)格大約在 10000-12000 元/噸，價(jià)格位于鋼材與鋁合金之間，風(fēng)電葉片大規(guī)模使用玻纖不會(huì)大幅提升成本。

2.1.2 各類玻纖因性能差異應(yīng)用于葉片不同結(jié)構(gòu)

主流風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)包括主梁系統(tǒng)、上下蒙皮、葉根增強(qiáng)層等：主梁系統(tǒng)包括主梁與腹板， 主梁負(fù)責(zé)主要承載，提供葉片剛度即抗彎和抗扭能力。腹板負(fù)責(zé)支撐截面結(jié)構(gòu)，預(yù)制后粘接在 主梁上；蒙皮形成葉片氣動(dòng)外形用于捕捉風(fēng)能，通常在形成主梁結(jié)構(gòu)后，上下蒙皮通過(guò)前、后 緣與主梁結(jié)構(gòu)粘接成為葉片；葉根增強(qiáng)層將主梁上載荷傳遞到主機(jī)處。

風(fēng)電紗以單/多軸向經(jīng)編織物形式應(yīng)用于風(fēng)電葉片中。單/多軸向布因其各自性能差異應(yīng)用 于葉片不同結(jié)構(gòu)。主玻纖占風(fēng)電葉片材料成本 28%，其中單軸向布占 14%，雙軸向布占 4%， 三軸向布占 4%。

2.2 碳纖維更適用于海上大葉片

2.2.1 碳纖維性能優(yōu)異，短期大規(guī)模應(yīng)用受制于成本

碳纖維是一種碳主鏈結(jié)構(gòu)的高性能纖維材料，由有機(jī)纖維經(jīng)高溫裂解碳化形成，含碳量超 90%，具有質(zhì)輕、高強(qiáng)高模、耐腐蝕、低膨脹和抗疲勞等優(yōu)異性能。目前被廣泛應(yīng)用于航空航 天、基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域。葉片大型化帶來(lái)輕量化與高強(qiáng)高模需求，碳纖維優(yōu)異性能較為匹配：

（1）可減輕葉片質(zhì)量、增強(qiáng)葉片剛度。以高模碳纖維為例，碳纖維密度比玻纖小 30-35%、 拉伸強(qiáng)度略大于高端風(fēng)電紗、拉伸模量高玻纖 3-8 倍。

（2）碳纖維應(yīng)用于風(fēng)電葉片可提高葉片抗疲勞性能。復(fù)合材料，包括純 玻纖復(fù)合材料、純碳纖維復(fù)合材料以及其余 4 種碳玻比例不同的碳玻混復(fù)合材料，結(jié)果表明碳 含量越高的復(fù)合材料其抗疲勞表現(xiàn)越好，能更好適應(yīng)惡劣氣候條件。

（3）可應(yīng)用于低風(fēng)速區(qū)域和海上風(fēng)電。在低風(fēng)速區(qū)和海上風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)機(jī)葉輪直徑是重要 競(jìng)爭(zhēng)力指標(biāo)，而碳纖維能有效增加葉片長(zhǎng)度，在富風(fēng)區(qū)域市場(chǎng)逐漸飽和背景下可以有效拓寬風(fēng) 電應(yīng)用場(chǎng)景。

（4）具備振動(dòng)阻尼特性，可避免葉片自然頻率與塔暫短頻率間發(fā)生任何共振的可能性。

但大規(guī)模應(yīng)用仍受成本因素制約：（1）根據(jù)《碳纖維/玻璃纖維混雜增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能研究及風(fēng)電葉片應(yīng)用》數(shù)據(jù)，風(fēng) 電用大絲束碳纖維成本為 12 萬(wàn)元/噸（約 1.8 萬(wàn)美元/噸，其他可參考數(shù)據(jù)區(qū)間在 1.4-1.8 萬(wàn)美 元/噸），制成織物成本則需 18 萬(wàn)元/噸，是玻纖織物價(jià)格的 12 倍。當(dāng)前碳纖維主要用于葉片 主梁，即替換原先主梁中的單軸向玻纖布（單軸向玻纖布占葉片成本 14%），替換后可有效 減重 20%，但成本上升 82%。（2）碳纖維增強(qiáng)材料比玻纖更脆，純碳纖維葉片能否適用于海上風(fēng)電仍存爭(zhēng)議。

2.2.2 風(fēng)電葉片主要使用高性價(jià)比大絲束碳纖維

大絲束碳纖維每束碳纖維根數(shù)大于等于 48000根(即 48 K) ，主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域；而 1K、 3K、6K、12K 等碳纖維統(tǒng)稱為小絲束碳纖維，主要應(yīng)用于國(guó)防軍工等高科技領(lǐng)域。主流風(fēng)電 葉片用碳纖維為大絲束碳纖維：

（1）大絲束碳纖維生產(chǎn)原料來(lái)源廣、價(jià)格低。原絲是碳纖維生產(chǎn)核心技術(shù)之一，價(jià)格占 碳纖維制備成本約 60%。大絲束碳纖維采用成本較低的民用聚丙烯腈（PAN）作為原絲，其價(jià) 格僅為制備小絲束碳纖維特種原絲 1/4，因此大絲束碳纖維價(jià)格也僅為小絲束碳纖維 50-60%。另外，掌握小絲束碳纖維生產(chǎn)企業(yè)其特種原絲不外售，而民用 PAN 在國(guó)外市場(chǎng)可自由買賣；

（2）大絲束碳纖維性價(jià)比高。過(guò)去大絲束碳纖維拉伸強(qiáng)度在 2000 MPa 左右，比強(qiáng)度較 低，因此未大規(guī)模應(yīng)用；20 世紀(jì) 90 年代中后期，大絲束碳纖維技術(shù)取得重大突破，拉伸強(qiáng)度 達(dá)到 3600 MPa，在工業(yè)領(lǐng)域性價(jià)比凸顯。以美國(guó) ZOLTEK 大絲束碳纖維 PANEX 33-0048 和日 本東麗小絲束碳纖維 T300-12000 為例，小絲束碳纖維單位美元強(qiáng)度、單位美元模量分別為 107 MPa、7 GPa，分別比大絲束碳纖維低 48%、46%。

近年來(lái)風(fēng)電葉片是碳纖維主要增量需求。2020 年全球碳纖維需求 10.7 萬(wàn)噸，近 6 年 CAGR 為 12%；而全球風(fēng)電碳纖維需求從 2014 年 0.6 萬(wàn)噸快速上升到 2020 年 3.06 萬(wàn)噸，CAGR31%， 增速明顯快于整體行業(yè)，占比從 2014 年 11%上升到 2020 年 29%。

2.2.3 拉擠法為風(fēng)電葉片用碳纖維主要生產(chǎn)工藝

風(fēng)電葉片大梁所用碳纖維存在大克重預(yù)浸料、碳纖維織物真空導(dǎo)入、拉擠成型 3 種工藝， 近年來(lái)風(fēng)電葉片碳纖維需求增加，主因纖維體積含量高、高效率低成本的拉擠法開始采用。

預(yù)浸料是碳纖維制備碳纖維復(fù)合材料的一種重要中間基材。國(guó)外預(yù)浸料龍頭有東麗、赫 氏、氰特、固瑞特等，外企于風(fēng)電市場(chǎng)主打高面密度（600g/m2）碳纖維預(yù)浸料；國(guó)產(chǎn)碳纖維 預(yù)浸料制造商以低面密度（300g/m2）為主，目前高面密度工藝端仍需改進(jìn)，浸漬不均勻，表 觀質(zhì)量較差。此外預(yù)浸料長(zhǎng)期儲(chǔ)存需冷凍環(huán)境，額外增加葉片生產(chǎn)成本。

真空灌注是閉模成型工藝，真空灌注準(zhǔn)備工作較繁瑣，且真空度對(duì)材料質(zhì)量影響大。拉擠工藝先將碳纖維制成拉擠板材，葉片制作時(shí)在設(shè)定位置內(nèi)把拉擠板材黏貼在蒙皮上制 成大梁。其設(shè)計(jì)理念是把整體化成型的主梁主體受力部分拆分為高效率、高質(zhì)量、低成本的 拉擠梁片標(biāo)準(zhǔn)件，然后把標(biāo)準(zhǔn)件一次組裝整體成型。

拉擠法具備纖維體積含量高、高效低成本等優(yōu)點(diǎn)：（1）拉擠工藝碳纖維板材體積含量達(dá) 69%，明顯高于預(yù)浸料和真空灌注，纖維含量高使 拉擠法碳纖維高強(qiáng)高模輕質(zhì)效果更好，能應(yīng)用于剛度要求非常高、主梁疲勞富余量非常大的葉 片；（2）標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)方式明顯提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品性能一致性和穩(wěn)定性，同時(shí)有效降低 運(yùn)輸成本和組裝整體成型成本；（3）預(yù)浸料和真空灌注都有一定邊角廢料，而拉擠法極少。

拉擠法逐步成為風(fēng)電葉片主流生產(chǎn)工藝。2015 年之前全球碳纖維工藝以預(yù)浸料和真空灌 注為主，價(jià)格高使風(fēng)電葉片采用碳纖維比例偏低；近年來(lái) Vestas 大絲束碳纖維（主流供應(yīng)商 為 ZOLTEK）拉擠梁片成為主流。2020 年拉擠法碳纖維復(fù)合材料需求 5.87 萬(wàn)噸，占比達(dá) 36%，超越預(yù)浸料成為碳纖維第一大工藝，2016-2020 年拉擠法需求 CAGR 達(dá) 18%。

Vestas 碳梁保護(hù)專利 2022 年 7 月到期，國(guó)內(nèi)外廠商加速布局拉擠法技術(shù)儲(chǔ)備。Vestas 在 風(fēng)電葉片碳纖維領(lǐng)域市占率超 80%（數(shù)據(jù)來(lái)源：《國(guó)產(chǎn)碳纖維在風(fēng)電葉片產(chǎn)業(yè)中的機(jī)會(huì)》， 2019 年），國(guó)內(nèi)廠商仍以預(yù)浸料工藝為主，除拉擠法技術(shù)難度外，專利也是主要原因。Vestas 在 2002 年 7 月 19 日向中國(guó)/丹麥等國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)了由碳纖維條帶組裝風(fēng)力渦輪葉片的 相關(guān)專利，國(guó)內(nèi)廠商可使用拉擠法生產(chǎn)大絲束碳纖維及其復(fù)合材料，但無(wú)法將拉擠法所得碳梁 用于制作葉片（除非直接供給 Vestas）。國(guó)內(nèi)外廠家預(yù)計(jì)會(huì)提前布局拉擠法工藝，因此專利到 期后，拉擠法工藝有望快速實(shí)現(xiàn)普用，帶動(dòng)風(fēng)電葉片用碳纖維成本下降，進(jìn)而拉動(dòng)風(fēng)電碳纖維 需求。

2.3 碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，生產(chǎn)工藝國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊

國(guó)產(chǎn)替代空間大，風(fēng)電為我國(guó)碳纖維下游需求大頭。2020 年全球碳纖維需求達(dá) 10.69 萬(wàn) 噸，我國(guó)碳纖維需求 4.89 萬(wàn)噸，占比 45.7%，其中國(guó)產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量?jī)H為 1.85 萬(wàn)噸，占國(guó)內(nèi) 總需求 38%，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊。奧賽碳纖維預(yù)測(cè) 2025 年國(guó)產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量將達(dá) 8.3 萬(wàn)噸， 預(yù)期未來(lái) 5 年 CAGR 達(dá) 35%。全球與我國(guó)碳纖維下游需求結(jié)構(gòu)有所出入，航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑（高爾夫、 自行車、釣魚竿、球拍等）、汽車為全球碳纖維前四大用途，其中風(fēng)電葉片占比 16.4%；而從 我國(guó)碳纖維需求結(jié)構(gòu)來(lái)看，風(fēng)電為下游應(yīng)用大頭，占比 40.9%。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從原油到終端應(yīng)用的完整制造過(guò)程：上游企業(yè)從石油、煤炭、天然氣 等化石燃料中制得丙烯，再經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈經(jīng)聚合和紡絲后得到聚丙烯腈（PAN） 原絲；PAN 原絲經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維；碳纖維可制成碳纖維織物和碳 纖維預(yù)浸料；碳纖維與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合可形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型工藝得 到下游應(yīng)用所需產(chǎn)品。

3、風(fēng)電葉片領(lǐng)域，玻纖、碳纖將長(zhǎng)期共存

碳纖維是否會(huì)在風(fēng)電葉片領(lǐng)域大面積取代玻纖？我們認(rèn)為，玻纖與碳纖將長(zhǎng)期共存，共 享風(fēng)電增量。

（1）碳纖維產(chǎn)能規(guī)模不支持大范圍替代。奧賽碳纖維數(shù)據(jù)顯示，2020 年底全球碳纖維運(yùn) 行產(chǎn)能為 17.17 萬(wàn)噸，考慮到擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃則達(dá) 25.21 萬(wàn)噸（此處未計(jì)入：吉林化纖宣布“十四五” 碳纖維擴(kuò)產(chǎn)到 6 萬(wàn)噸，其中目前確定有 1.5 萬(wàn)噸碳纖維擴(kuò)產(chǎn)）。2021-2023 年全球年均新增風(fēng) 電裝機(jī)量在 90GW 左右，假設(shè) 1GW 對(duì)應(yīng)增強(qiáng)材料織物需求 1 萬(wàn)噸，即近 3 年全球風(fēng)電增強(qiáng)材 料織物需求在 90 萬(wàn)噸左右，碳纖維產(chǎn)能供應(yīng)仍存明顯缺口。

另外，關(guān)于碳纖維供給，我們提示 3 點(diǎn)：1）并非所有碳纖維產(chǎn)能供應(yīng)風(fēng)電，即使遠(yuǎn)期運(yùn)行產(chǎn)能達(dá) 25.2 萬(wàn)噸，但其中供應(yīng)風(fēng)電葉片 需求僅為 9.34 萬(wàn)噸（數(shù)據(jù)來(lái)源：賽奧碳纖維，9.34 萬(wàn)噸為 2025 年預(yù)測(cè)）；2）并非所有運(yùn)行產(chǎn)能為實(shí)際產(chǎn)能，如同樣寬幅與速度的碳纖維產(chǎn)線生產(chǎn) 3K 與 12K 碳纖 維產(chǎn)能有較大出入。統(tǒng)計(jì)原因?qū)е麓嬖诓糠?ldquo;無(wú)效產(chǎn)能”，2017-2020 年總產(chǎn)能與產(chǎn)出有較大 出入，反映在數(shù)據(jù)上即為產(chǎn)能利用率較低；3）考慮到生產(chǎn)技術(shù)壁壘，并非所有擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃均可落地。

（2）參考玻纖，碳纖維成本下降非一日之功。原絲和碳纖維產(chǎn)線存在明顯規(guī)模效應(yīng)，因此隨著產(chǎn)能釋放，碳纖維成本以及價(jià)格大概率呈 下行趨勢(shì)，并影響終端售價(jià)。我們認(rèn)為碳纖維降本可類比玻纖，耗時(shí)較長(zhǎng)。因此性價(jià)比角度， 當(dāng)前主機(jī)廠可能更傾向于玻纖復(fù)合材料。

（3）不斷更新?lián)Q代，高模量玻纖有望成為風(fēng)電紗拳頭產(chǎn)品。以中國(guó)巨石 E 系列玻纖為例， 2016 年開發(fā)出首款實(shí)現(xiàn)池窯化量產(chǎn)的高模量玻纖 E8，真正實(shí)現(xiàn)高模量玻纖規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用；2020 年 8 月發(fā)布 E9，模量突破 100GPa，拉伸模量比 E6 提升近 25%。