目前，碳纖維復合材料主要應用在葉片的主梁部分。光大證券研報顯示，碳纖維在風電葉片大梁上的應用主要有三種方式，分別是預浸料鋪貼、多軸織物灌注以及拉擠碳板工藝，其中拉擠成型工藝制備的碳纖維復合材料具有長度不受限制、截面形狀穩(wěn)定和成本相對低廉等優(yōu)點。利用拉擠成型工藝制作碳梁，再進一步制作葉片，適合大批量、大型的風電葉片的生產(chǎn)。
然而，此前由于維斯塔斯碳梁風電葉片的專利保護在一定程度上限制了拉擠板在風電葉片上的大規(guī)模應用。因此，該項專利到期后，資本市場普遍預期碳纖維在風電葉片領(lǐng)域的滲透率將進一步增長。
性價比的考量
實際上，早在碳梁風電葉片的技術(shù)尚在保護期內(nèi)之時，業(yè)內(nèi)就已經(jīng)對專利到期后，碳纖維的需求放量翹首盼望。
彼時，市場分析曾預判，碳纖維主梁葉片專利的到期或?qū)⒊蔀槿~片設(shè)計優(yōu)化進程中的里程碑事件，若再疊加碳纖維材料的價格下降，碳纖維在葉片中技術(shù)迭代與大規(guī)模應用或?qū)⒂|手可及。
然而，目前，成本問題仍是橫亙在碳纖維葉片規(guī)模化道路上的最大“攔路虎”。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，風電用大絲束碳纖維成本為12萬元/噸，制成織物的成本將進一步升至18萬元/噸，是玻纖織物價格的12倍。
在成本高企的情況下，企業(yè)想要實現(xiàn)成本與收益平衡難度加大。根據(jù)測算，若將碳纖維用于葉片主梁，替換原先主梁中的單軸向玻纖布，替換后可有效減重20%，但成本將上升82%。
海上風電龍頭企業(yè)明陽智能風能研究院副院長李軍向曾在“風電葉片大型化技術(shù)論壇”上表示，“葉片終究是妥協(xié)的產(chǎn)物，妥協(xié)其實就是平衡。雖然目前大型化、輕量化的方向已經(jīng)明朗，但葉片的制造仍需要在低成本、優(yōu)設(shè)計、高效率、低制造難度等方面不斷權(quán)衡。”
這意味著，盡管碳纖維在葉片中的應用擺脫了專利保護的束縛，但若想要在短時間內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模應用，仍然任重道遠。
更重要的是，在風電行業(yè)國補已退，但海上風電距平價尚有距離的背景下，大規(guī)模、高成本的使用碳纖維幾乎不可想象。據(jù)了解，葉片為風電機組核心部件，其成本約占風機價格總成本的20%左右，而在葉片的成本構(gòu)成中，葉片材料占比超80%。
自2020年底開始，風電整機領(lǐng)域出現(xiàn)“降價潮”。目前，陸上風機的價格已降至2500元/千瓦左后，海上風機價格跌破4000元/千瓦，其價格相比搶裝時的歷史高點均已“腰斬”。在這樣背景下，產(chǎn)業(yè)降本壓力勢必沿著產(chǎn)業(yè)鏈傳導至上游葉片環(huán)節(jié)。
“因為成本問題，相比碳纖維，玻璃纖維在葉片中的應用仍是主流。”某風電葉片企業(yè)內(nèi)部人員告訴記者，“目前，公司生產(chǎn)的葉片大比例還是采用玻璃纖維，而且通過技術(shù)迭代，玻璃纖維也可以滿足大型化的要求。”
根據(jù)業(yè)內(nèi)測算，當碳纖維成本降到80元~100元/公斤水平時，碳纖維在葉片領(lǐng)域的大規(guī)模利用場景或?qū)⑼耆蜷_。同時，李軍指出，“葉片是一個非常系統(tǒng)性的工程，從前期的設(shè)計到中間的生產(chǎn)制造，以及后期葉片運維，涉及方方面面。一定要做到精細化設(shè)計，只有這樣才可能在低成本的情況下，把葉片做到輕量化。”目前，碳纖維復合材料主要應用在葉片的主梁部分。光大證券研報顯示，碳纖維在風電葉片大梁上的應用主要有三種方式，分別是預浸料鋪貼、多軸織物灌注以及拉擠碳板工藝，其中拉擠成型工藝制備的碳纖維復合材料具有長度不受限制、截面形狀穩(wěn)定和成本相對低廉等優(yōu)點。利用拉擠成型工藝制作碳梁，再進一步制作葉片，適合大批量、大型的風電葉片的生產(chǎn)。
然而，此前由于維斯塔斯碳梁風電葉片的專利保護在一定程度上限制了拉擠板在風電葉片上的大規(guī)模應用。因此，該項專利到期后，資本市場普遍預期碳纖維在風電葉片領(lǐng)域的滲透率將進一步增長。
性價比的考量
實際上，早在碳梁風電葉片的技術(shù)尚在保護期內(nèi)之時，業(yè)內(nèi)就已經(jīng)對專利到期后，碳纖維的需求放量翹首盼望。
彼時，市場分析曾預判，碳纖維主梁葉片專利的到期或?qū)⒊蔀槿~片設(shè)計優(yōu)化進程中的里程碑事件，若再疊加碳纖維材料的價格下降，碳纖維在葉片中技術(shù)迭代與大規(guī)模應用或?qū)⒂|手可及。
然而，目前，成本問題仍是橫亙在碳纖維葉片規(guī)?；缆飞系淖畲?ldquo;攔路虎”。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，風電用大絲束碳纖維成本為12萬元/噸，制成織物的成本將進一步升至18萬元/噸，是玻纖織物價格的12倍。
在成本高企的情況下，企業(yè)想要實現(xiàn)成本與收益平衡難度加大。根據(jù)測算，若將碳纖維用于葉片主梁，替換原先主梁中的單軸向玻纖布，替換后可有效減重20%，但成本將上升82%。
海上風電龍頭企業(yè)明陽智能風能研究院副院長李軍向曾在“風電葉片大型化技術(shù)論壇”上表示，“葉片終究是妥協(xié)的產(chǎn)物，妥協(xié)其實就是平衡。雖然目前大型化、輕量化的方向已經(jīng)明朗，但葉片的制造仍需要在低成本、優(yōu)設(shè)計、高效率、低制造難度等方面不斷權(quán)衡。”
這意味著，盡管碳纖維在葉片中的應用擺脫了專利保護的束縛，但若想要在短時間內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模應用，仍然任重道遠。
更重要的是，在風電行業(yè)國補已退，但海上風電距平價尚有距離的背景下，大規(guī)模、高成本的使用碳纖維幾乎不可想象。據(jù)了解，葉片為風電機組核心部件，其成本約占風機價格總成本的20%左右，而在葉片的成本構(gòu)成中，葉片材料占比超80%。
自2020年底開始，風電整機領(lǐng)域出現(xiàn)“降價潮”。目前，陸上風機的價格已降至2500元/千瓦左后，海上風機價格跌破4000元/千瓦，其價格相比搶裝時的歷史高點均已“腰斬”。在這樣背景下，產(chǎn)業(yè)降本壓力勢必沿著產(chǎn)業(yè)鏈傳導至上游葉片環(huán)節(jié)。
“因為成本問題，相比碳纖維，玻璃纖維在葉片中的應用仍是主流。”某風電葉片企業(yè)內(nèi)部人員告訴記者，“目前，公司生產(chǎn)的葉片大比例還是采用玻璃纖維，而且通過技術(shù)迭代，玻璃纖維也可以滿足大型化的要求。”
根據(jù)業(yè)內(nèi)測算，當碳纖維成本降到80元~100元/公斤水平時，碳纖維在葉片領(lǐng)域的大規(guī)模利用場景或?qū)⑼耆蜷_。同時，李軍指出，“葉片是一個非常系統(tǒng)性的工程，從前期的設(shè)計到中間的生產(chǎn)制造，以及后期葉片運維，涉及方方面面。一定要做到精細化設(shè)計，只有這樣才可能在低成本的情況下，把葉片做到輕量化。”br>中信行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，近期，碳纖維行業(yè)指數(shù)達到2022年以來的歷史高點。8月2日，該板塊指數(shù)創(chuàng)近期新高，達到6316.11點，相比7月中旬，行業(yè)指數(shù)漲幅已近16%。
碳纖維板塊的逆勢走強源于市場對其下游需求即將放量的預期，而促使投資者作出此判斷的關(guān)鍵事件，是一則專利保護到期的信息。
據(jù)了解，20多年前，全球風電巨頭維斯塔斯通過核心專利技術(shù)解決了碳纖維板應用在風電葉片上的工藝問題，將拉擠碳板運用到了風電領(lǐng)域。同時，2002年7月19日，維斯塔斯向中國國家知識產(chǎn)權(quán)局、歐洲專利局、世界知識產(chǎn)權(quán)局等國際性知識產(chǎn)權(quán)局申請了以碳纖維條帶為主要材料的風力渦輪葉片的相關(guān)專利，專利保護期為20年。
到2022年7月19日，該項專利保護正式到期。多家證券投資機構(gòu)均認為，專利限制解除后，國內(nèi)其他風電葉片廠商將可以不受限制地推出應用碳梁的風電葉片產(chǎn)品，碳纖維在風電葉片領(lǐng)域的應用滲透率將獲得提升。
某風電葉片企業(yè)內(nèi)部人員告訴《中國經(jīng)營報》記者，“雖然碳纖維性能更優(yōu)，但因為成本問題，相比碳纖維，玻璃纖維在葉片中的應用仍是主流。”
根據(jù)業(yè)內(nèi)測算，當碳纖維成本降到80元~100元/公斤水平時，碳纖維在葉片領(lǐng)域的大規(guī)模利用場景或?qū)⑼耆蜷_。
開啟增量市場？
僅僅是一項專利限制的解除，何以引得碳纖維板塊大動？答案似乎顯而易見：投資者看中了即將開啟的增量市場。
中信建投研報顯示，碳纖維是由聚丙烯腈、瀝青基等有機纖維（原絲）在高溫環(huán)境下裂解碳化形成的碳主鏈結(jié)構(gòu)高性能纖維材料，具有質(zhì)輕、高強度、高模量、導電、導熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高比強度和比模量的纖維。
基于其優(yōu)異的性能，碳纖維在航空航天、風電葉片、體育休閑、交通建設(shè)等多領(lǐng)域均獲得廣泛應用。值得注意的是，在下游的眾多應用市場中，風電葉片市場 “獨占鰲頭”。
根據(jù)全球風能理事會（CWEA）數(shù)據(jù)，2015年~2021年，在全球風電領(lǐng)域內(nèi)，碳纖維需求量逐年上升，從1.8萬噸增長到了3.3萬噸。2021年，風電領(lǐng)域碳纖維需求量在其全球總需求中占比達到30%。同時，百川盈孚數(shù)據(jù)顯示，2022年，風電葉片為國內(nèi)碳纖維下游應用中的最大市場，需求量占比達35%。
在風電葉片碳纖維需求不斷提升的背后，是不斷增長的葉片長度和穩(wěn)定發(fā)展的風電市場。
中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會（CWEA）數(shù)據(jù)顯示，2021年，中國風電裝機創(chuàng)新高，新增裝機容量達到5592萬千瓦，同比增長2.7%。其中，陸上風電新增裝機4144萬千瓦；海上風電新增裝機1448萬千瓦，同比增長276.59%。
與此同時，風機大型化趨勢愈發(fā)明顯。2021年，中國新增裝機的風電機組平均單機容量為3514千瓦，同比增長31.7%，其中，陸上風電機組平均單機容量同比增長20.7%，海上風電機組同比增長13.9%。
伴隨著風機單機容量的提升，葉片的長度也不斷創(chuàng)新高。中信建投研報顯示，2014年，全球風電新增裝機中88%的機型葉輪直徑小于110米，而到了2019年，葉輪直徑為110米以上的風機占比已達到86.5%。2020年，主流機型的葉輪直徑已達到131米~150米。
某風電整機企業(yè)人士告訴記者，“在風機大型化，尤其是海上風機越做越大的背景下，葉片的大型化和輕量化是必然趨勢。由于碳纖維具備高比強度及高比模量的特殊性能，其在葉片中的應用可以在保證葉片強度的同時降低重量，實現(xiàn)更大掃風面積和更小的機組負荷，提升機組的發(fā)電效率。因此，相比玻璃纖維，碳纖維是更為理想的葉片材料。”
原標題：擺脫專利束縛 碳纖維能否在風電放量起飛？
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