风电材料行业深度研究报告.docx

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1、风电材料行业深度研究报告1、双碳背景下风电行业持续高景气，风电材料升级转型加速双碳背景下可再生能源发展进入快车道。步入21世纪以来，随着环境和全球变暖问题日益严重，各国纷纷响应设立碳中和目标，促进产业减碳。2023年9月，我国正式承诺到2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和，也为我国能源结构转型吹响号角。由于资源禀赋原因，我国能源体系特点为高煤高碳。2023年，煤炭、石油、天然气占我国能源消费比例分别为56.0%、18.5抵8.9%,而全球来看这一比例为26.9%、31.0%、24.4%o同时我国对化石燃料的对外依存度较高，2023年我国原油、天然气的对外依存度分别为72.0%、44.4%

2、o从碳排放结构来看，中国碳排放主要来自于电力与热力部门（主要为发电环节），2023年发电环节碳排放占比超过50%o随着经济发展,电能消耗仍将继续增加，因而需要降低发电生命周期的碳排放量，即使用可再生能源对化石能源进行替代，根据“十四五”可再生能源发展规划，2025年非化石能源消费占比达到20%左右，届时可再生能源利用率相当于减少二氧化碳排放量约26亿吨。风电已成为最有前景的可再生能源之一。风力发电是一种清洁低碳、可永续利用的发电形式，其分布范围广泛，安装与拆卸灵活，对生态环境影响较小。根据斯坦福大学的研究，风电全生命周期的平均度电碳排放低于光伏、电热、水电、核电、气电、煤电等其他形式的发电技术

3、。经过几十年的发展，风电已经发展成我国仅次于煤电和水电的第三大发电来源。截至2023年年底，全国风电累计装机容量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），占我国全部发电装机的13.82%,占全球风电总装机规模的39.2%左右。2023年新增装机容量47.57GW02010-2023年，中国风电装机量CAGR达到24.46%,发展迅猛。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，可再生能源发电量达到3.3万亿千瓦时，风电发电量较2023年实现翻倍，即超5.64亿千瓦时。风电逐渐摆脱政策依赖，全面走向平价上网。2019年5月，国

4、家发改委发布关于完善风电上网电价政策的通知，将陆上、海上风电标杆上网电价均改为指导价，并规定新核准的集中式陆上风电项目及海上风电项目全部通过竞争方式，同时明确21年起将逐步取消国家对陆上风电项目补贴；对于2018年底前已核准的海上风电项目，必须在2023年底之前建成并网，2023年开始地补替代国补，由此风电正式进入平价上网时代。陆上风电平稳发展；海上风电招标提速，风机大型化促使材料升级迭代提速。陆上风电近年来增速较快，近几年海上风电呈现加速增长态势。相比陆上风电，海上风电具有资源丰富、可开发量大、风湍流强度小、开发可以避免土地资源浪费、减少噪音污染等优点近年来得到广泛发展。根据最新估算，海上风

5、能资源技术可开发潜力超过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带很近，具有良好的市场条件和巨大资源潜力。根据C1arkSOnSReSearCh2023年7月15日最新发布的专题报告聚焦中国海上风电市场显示，截至目前，中国总计投运了102个海上风场，装机规模达24GW,涵盖约5000台海上风机，占全球海上风电投运规模的45%以上。2023年，我国新增海上风电装机量达到16.9GW,同比增加340%,占全球新增装机的80册中国也正式超过英国成为全球最大的海风生产国，尽管2023年有一定海上风电退补带来的抢装需求刺激，但更重要的是海上风电刚刚开始，未来将在“十四五期间”迎

6、来高速成长期。CIarkSonS预计，中国海上风电投运规模有望在“十四五”末期达到约60GW,较当前投运水平（24GW）增长约150%。而从地方规划来看，2023年以来，广东、江苏、浙江、福建、山东、广西、海南等多个沿海省份陆续公布十四五海上风电发展规划。据北极星风力发电网不完全统计，“十四五”期间，全国海上风电规划总装机量超IOOGW。短期来看，由于2023年上半年疫情影响一部分装机需求，我们认为下半年需求有望加速释放。随着开发的深入，海上风电场的建设趋于规模化和大型化，风力发电机组的单机容量也在不断增大。目前海上风电场广泛采用的风力机为单机8MW,最大为单机14MWo大型风力机体型庞大，总

7、重达数百吨，叶片长达90T20m,塔筒高达100-160mo风机结构受风、波浪等荷载耦合作用，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带来了巨大空间。我们梳理了风电产业链相关化工品，包含增强材料、基体树脂、夹芯材料、辅材等等。我们认为，这些化工品将充分受益风电行业，特别是海上风电带来的叶片大型化趋势、轻量化需求和快速迭代需要（将在叶片章节详细阐述），有望实现量价齐升。这里我们对各种材料未来5年的需求量和市场空间进行了梳理。2、叶片：大型化、轻量化、迭代加速趋势显著叶片是风机核心组件，成本占比20%以上。风力发电机组是由叶片、传动系统、发电机、储能设备、

8、塔筒及电器系统等组成的发电装置。叶片是风电机组捕获风能的核心部件，其气动性能直接影响到整个系统的发电效率以及轮毂等关键零部件的使用寿命。要获得较大的风力发电功率，其关键在于要具有能轻快旋转的叶片，因此叶片的结构设计、材质选择、工艺等将会直接影响风力发电装置的性能和功率。叶片也是风机中成本最高的部件之一，占风机成本的20%甚至以上。叶片大型化成为风电降本确定路径，促使叶片加快升级迭代。随着风电补贴退出,风电行业进入平价上网时代。同时，风机招标价格大幅降低，原料成本上涨，风电机组供应商承受较大降本压力。降本最有效的途径就是不断扩大风电机组的单机容量，因此风电机组大型化是发展的必然趋势，能够有效的提

9、高风能资源的利用效率。风电机组产生的电能与叶片长度的平方成正比，增加叶片长度可以提高风机的捕风能力，提升发电量，适合我国陆上可用低风速面积占比大的情况。同时大功率机组可以减少机组数量，降低相应的建造及安装成本，提升土地及海域的利用率，并且有助于分散式风电的发展。叶片大型化带来轻量化需求。叶片长度增加时，质量的增加要快于能量的提取，因为质量的增加和风叶长度的立方成正比，而风机产生的电能和风叶长度的平方成正比。叶片成本占比20%,叶片长度增加将增加自重进而推升成本，与风电降本的诉求不匹配。同时，叶片自重过快提升可能对净空等方面形成挑战，从而影响运行稳定性。因此，当前行业的趋势在于增加叶片长度的同时

10、控制好叶片自重,轻量化趋势是十分明确的，而实施的路径主要在于叶片材料方面的迭代升级，升级后的材料需要满足大叶片要求的更高力学性能，同时需要兼顾轻量化，这也是我们研究叶片材料迭代发展的主线。叶片迭代正在加速。在风电各组成部分中，叶片是迭代速度最快的环节。叶片长度从40米增至60米花近10年的时间，2014至2018的五年间，这个数据升到80米，而随后又在两年内将80米增至90米，2023年，风电叶片已进入百米时代。截至2023年，海上风电机组风轮直径最大可达186米，陆上风电机组风轮直径最大为175米，新增风电机组平均风轮直径达到151米，较去年增加15米，增速不断提升，达到11.0%。可以看到

11、，叶片长度增速在近两年在明显的加速。这也导致叶片换代周期越来越短。根据风电叶片创新进行时，2023年前，一款新叶片的市场生命周期是35年；2023年以来缩至2年。这给从研发到模具都带来巨大压力，目前一个型号的模具仅能使用2年甚至更短。叶片出现结构性短缺，大叶片短期供不应求。以上趋势均加速了叶片行业的结构优化升级。头部叶片企业不断推陈出新，淘汰小叶型产品，开发配合有原材料轻量化升级的大叶型产品。由于近两年小叶片向大叶片转型出现加速趋势，今年来,风电叶片市场上出现大叶片供给短缺，小叶片供给过剩的结构性错配的情况。需求方面，下游整机厂为了配置更大功率的风电机组，其对大型叶片的需求增加，供给方面，高质

12、量的模具生产商有限，模具生产周期较长，模具的短缺导致叶片制造商产能无法释放。风电叶片市场集中度较高，国内厂商市占率不断提升。全球风电叶片市场格局较为集中，CR5占比约为65%,其中我国的中材科技、时代新材和艾朗科技分别占比13%、10%和7%。我国来看，经过自2010年以来的行业整合，国内风电叶片制造商由高峰时期的百余家缩减至目前以中材科技、时代新材为首的20多家企业，行业集中度已有明显提升。2023年，叶片行业CR5占比约70虬风电机组整机商集中度较高，叶片行业客户壁垒较高。2023年，全球15强风电机组整机商占比总计98.1%,其中有10家中国企业，占比达到53.5%,国内厂商市占率不断提

13、升。国内风机整机制造商同样呈现集中度较高的情形。截至2023年底，全国累计装机市场份额中，CR5占据70%。因而，叶片生产行业客户壁垒较高。以1M为代表的企业同时生产叶片及整机，拥有一体化协同效应，而以TP1我国的中材科技和时代新材为代表的企业是独立叶片生产企业，长期与下游整机厂有良好合作关系，供货关系稳定，新玩家切入困难，整体呈现强者恒强态势。模具是叶片生产的关键耗材。大型风机叶片大多采用组装方式制造。在两个阴模上分别成型叶片壳体，芯材及其他玻璃纤维复合材料部件分别在专用模具上成型,然后在主模具上把叶片壳体与芯材，以及上、下半叶片壳体互相粘结，并将壳体缝隙填实，合模加压固化后制成整体叶片。叶

14、片模具的生产效率大幅降低，模具的需求量大幅增加。叶片产能很大程度上取决于高质量的模具。需求侧，按照双一科技招股说明书，制作周期为24天，因此一套模具的年产能为120片叶片。一套模具的生命周期大概可以生产400至600套叶片，完整的替换周期大约是23年。近几年，叶片模具的生产效率大幅降低，模具的需求量大幅增加，超过装机并网增速，主要原因有三。一是随着叶片长度迭代加速，大叶片模具需求不断提高，许多模具未达寿命即被淘汰，寿命大大缩短，模具的数量将增加，每个固定叶型模具的替换周期缩短至2年以内，因此单个模具的最大产能在240片叶片。第二,叶片增大将导致模具生产时间增长，且库存占用也降低生产效率。第三，

15、在抢装过程中，为了加快叶片生产效率，经常会进一步增加模具的数量。目前每套模具对应的叶片数约120套左右。2023年叶片出现结构性紧缺，模具供应不足是出现紧缺的主要原因。根据我们的测算，近两年市场需求大约在250套左右。模具生产集中度较高。供给侧来看，叶片模具生产周期2个月左右，由于迭代速度加快，叶片厂商都会谨慎购置模具，在对应叶型有确定的需求时，才会选择扩张产能，导致模具的采购和运输周期往往需要半年左右的时间。此外，叶片和模具越大，所需的厂房面积也更大，厂房的重新布置和扩充也限制叶片产能释放，随着叶片增大，需要的场地和库存也更大。这些因素均制约了模具的产能。风电模具领域主要玩家有固瑞特（外资）

16、、双一科技、北京玻璃钢研究院（中材科技旗下）、天顺风能，市场占有率很高，CR4达到90%。市场总出货约200-300套，基本与目前需求匹配。为了减轻模具重量，降低模具成本，大型复合材料叶片的模具逐渐由早期的金属模具向着复合材料模具转变。复合材料模具基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与E玻璃纤维、S玻璃纤维等增强材料、钢结构、翻转结构、加热系统等重要部分组成。原材料占比超过70%,成本受钢材、玻纤、树脂等原材料波动影响，盈利在原材料下行阶段将有所修复。模具的气密性是叶片成型过程中最为关键的技术，直接影响产品质量。3、增强材料3.1、 风电增强材料总述风电叶片主要构成包括树脂基体、增强材料以及粘接剂、芯材等，其中增强材料主要有玻璃纤维和碳纤维两种。1887年，美国人Char1esF.Brush建造第一台风力发电机组，叶片使用木材制成，此后100多年，随着应用技术的积累，风电叶片材料经历了木质材料-金属材料-复合材料的演变过程，目前已完全使用