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1、碳纤维材料调研报告一、现状描述1、碳纤维材料及其在风电叶片中应用的介绍碳纤维主要由碳元素组成，其含碳量超过90，具有高强度,高模量,耐高温,耐腐蚀,耐疲劳,抗蠕变,导电,传热,比重小等一系列优异性能，广泛应用于航空航天、风电叶片、体育器材、压力容器、汽车等领域。碳纤维在风电叶片中的主要应用部位为主梁，与同级别的高模玻纤主梁叶片相比，采用碳纤主梁设计的叶片可实现减重15%25%，进而可以减少轮毂、机舱、塔架和桩基等结构部件的重量，降低风机整体成本。随着碳纤维叶片强度和刚度的提升，可以减少叶片在运行时的动态变形，有效改善叶片的空气动力学性能，提升风轮的发电效率。因此，通过应用碳纤维叶片降低对轮轴和
2、塔架的负载，风机的输出功率更加平稳均衡、运行效率更高，且碳纤维复合材料的抗疲劳性能较好，通过后评估还可以延长叶片的生命周期，降低日常维护费用等综合成本。2、碳纤维在叶片行业应用情况及市场分析20XX年全球碳纤维需求量为13.5万吨，同比增长14.4%。风电市场依旧是碳纤维应用端龙头，需求量为3.47万吨，占比25.7%。然而，对比2021年风电市场仅仅增长了5.2%，增长率从前些年超过20%的增长大幅度回落。而国内风电市场碳纤维材料需求仅为1.7万吨，与国际风电市场依旧有巨大差距。20XX年，风电市场发展依然低迷。中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）数据显示，去年全国新增风电吊装容量同
3、比下降约11%，其中海上风电同比下降超六成；国家能源局发布的20XX年全国电力工业统计数据显示，去年全国新增并网风电装机3763万千瓦，同比减少21%。这是自2015年以来中国风电装机首次出现负增长。如此惨烈的市场，加上碳纤维价格高、风电用碳纤维这两年基本处于停滞状态。全球两大巨头VESTAS及GE的碳纤维板材用量基本没有增长，维持在全年用量为3万吨，其他几家如GAMESA、NORDEX，明阳、三一、上海电气等的用量预计为4500-4700吨，几乎无增长。从今年市场情形看，在“碳达峰、碳中和”目标下，风电新增装机量将持续增加，且向轻量化、大型化发展；同时，常规的碳纤维价格已经在历史低位，已跌破
4、70元/kg大关。在两个行业紧密配合的情况下，风电碳纤维应用有望走出前三年的泥潭，重新回到高增长的状态。3、公司碳纤维叶片产业进展和应用进展XX从2015年着手碳纤维材料在叶片上应用的相关研究，对碳纤维叶片进行技术储备。采用碳纤维单轴织物和真空灌注工艺制备碳纤维主梁，实现公司首款TMT56.5碳纤维叶片的设计、制造和测试。2017年，与上海电气联合开发碳纤维拉挤板材，相继研制出的TMT56.8/TMT71.4碳纤维叶片。TMT56.8也成为国内首款碳纤维拉挤板材叶片，并成功通过测试和挂机。2020年与远景能源合作开发EN161海上碳纤维叶片，为国内首款批量的海上碳纤维叶片。20XX年，自主研发
5、110m/10MW海上碳纤维叶片。2023年我司已启动TMT126叶片设计，初步设计方案决定将使用全碳纤维拉挤板主梁。4、存在问题阻碍碳纤维在风电叶片中应用的最大问题在于成本。目前在120m以下的叶片中与玻纤拉挤板的竞争完全处于下风。如：运达YD110叶片由之前的碳纤维拉挤板切换成玻璃纤维拉挤板；明阳111.5叶片舍弃碳玻混设计，由玻璃纤维代替。其实所有叶片企业非常清晰碳纤维的减重优势及趋势，只是在成本上算不过账。存在的技术难点。碳纤维的应用技术难点在于缺陷识别和防雷系统设计。碳纤维无论是织物和拉挤板材表面均为黑色，无法轻易识别内部干纱、裂纹等缺陷。碳纤维具有导电性，其应用于叶片结构，需要对叶
6、片防雷系统重新设计。二、综合分析关于风机叶片成本问题主要分两点。首先在风电市场上，度电成本要求一再降低，20XX年中国海上风电度电成本下降至约0.33元/kWh，一年内成本下降了接近40%。目前陆上整机中标价跌破1500元/KW，海上整机中标价跌破2500元/KW。在如此激烈的价格竞争中，叶片降本迫在眉睫，低成本就是高技术。其次，碳纤维自身成本偏高，碳纤维制造所需的成本组成为：原料聚丙烯腈纱（PAN）、预氧化和碳化过程中需要高温的能源和惰性气体、生产过程中其余摊销，其中原纱和能耗占比超75%。技术难点并非阻碍碳纤维在风机叶片中应用的关键。上述碳纤维应用难点只是由碳纤维自身特性所决定，公司在多年
7、探索中已有相关可行方案。三、意见建议推动碳纤维在风机叶片中的应用并非某个产业能独立完成，也不能期待某个产业做出让步。必须是碳纤维企业、叶片制造商、风机整机厂以及业主方共同促进全产业链的发展。理想的风电成本应该是在技术先进、成本竞争和后期维护之间找到一个平衡点，形成健康的全产业规模化发展。1、碳纤维企业。作为碳纤维的制造者，相关企业的竞争优势并未形成，性价比不高。低成本技术的开发意识不强，重复性建设较多。建议该类企业首要关注点是碳纤维制造的低成本，技术上的低成本碳纤维是推动风电叶片应用的最大动力。2、叶片公司和风机整机厂。叶片公司和风电整机厂是需求结合最紧密的，是碳纤维应用技术的承担者。碳纤维为
8、叶片带来的减重可直接降低到整机的载荷，从而降低机组部件成本和提升发电效率。因此，为了更合理的应用碳纤维，绝不能单独考虑叶片成本。建议公司向风机整机厂寻求合作，针对碳纤维风机联合设计开发，不断迭代，设计出性价比更高、可靠性更强的风电机组。3、业主运营商。作为风电整机最终的应用方和碳纤维应用的受益方，不能唯价格论。先进技术的应用带来的发电功率和运行效率的增加、叶片和机组生命周期的延长以及日常维护等综合成本均是碳纤维在风电叶片中应用的必要点。在“3060”双碳背景下，作为可再生能源重要组成部分的风能将维持高速增长，市场对风电叶片的技术发展要求越来越高，叶片向大型化、轻量化方向发展，轻质高强的碳纤维是超大型叶片增强材料的必然选择。建议XX做好碳纤维应用的技术积累，在技术降本方面下大力气，做到人无我有，人有我优，才能在碳纤维材料大面积应用到风电叶片的时候，摘得先机，拥有核心竞争力。
