
风电机组的单机容量迅速提升,叶片的长度、重量纪录不断被打破,长叶片对材料的强度和刚度提出了更加苛刻的要求,高模量玻璃纤维的性能已经触及“天花板”,无法满足叶片大型化、轻量化的要求,碳纤维复合材料迎来发展机遇。相较玻璃纤维,碳纤维具有更低的密度(低30%左右)、更高的强度(0°拉伸强度可提高35%)、更高的模量(是玻璃纤维的2.5-3倍),以及更优异的抗疲劳性能,此外碳纤维耐高温、抗腐蚀、膨胀系数小,在沙戈荒和恶劣的海洋环境中能够延长叶片的使用寿命。对于海上大叶片来说,通常会在其承载的关键部位主梁上应用碳纤维以提高叶片刚度和强度,以减少传递到主机和塔底的载荷,进而优化整机系统造价来降低度电成本。应用碳纤维主梁设计的叶片一般比全玻璃纤维叶片减重20%-30%,虽然碳纤维叶片成本上升,但其带来的传动链上相关部件及塔筒的优化减重,使风电机组的整体成本降低10%以上。目前国内主流叶片厂开发长度100m以上的叶片均考虑了碳纤维主梁的应用。
2023年,全球风电叶片市场规模达到约310亿美元,预计到2027年或将以6.1%的复合年增长率增长至470亿美元。中国市场方面,2023年风电叶片市场规模约为442亿元,较2022年同比增长19.14%,有望在2025年增长至562亿元。
2023年全球风机叶片市场中专业叶片制造商市场份额70%,未来五年有望超过75%。目前全球风机叶片市场参与主体主要包含专业叶片生产企业及自主生产叶片的整机制造商,其中,外资企业主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等,国内企业以时代新材、中材科技等为代表。2023年,全球叶片产能为109GW,其中70%(75GW)来自专业叶片制造商,30%(34GW)来自整机商内部生产。在专业叶片制造商中,中材科技和LM以19%的产能占比并列第一;在内部产能中,明阳智能、SRGE、Vestas分别以21%、14%和13%的产能占比位列前三。