今年以来,广东、浙江、福建等多个沿海省份陆续公布十四五海上风电发展规划。根据多家机构研报预估,“十四五”末国内海上风电装机规模大约在55GW-65GW之间,新增市场空间广阔。风机的大型化是未来发展的趋势。风电项目建设成本主要来源于风电机组、电力设施和安装工程等环节。风电机组、电力设施和安装工程占陆上风电建设成本的 85%、占海上风电建设成本的 63%。
面对国内高涨的风电装机需求和碳纤维叶片市场空间,国内企业早已摩拳擦掌,蓄势待发。时代新材在其年报中披露,该公司已经在风力发电领域突破了碳纤维拉挤板、玻璃纤维拉挤板、PET夹心材料等关键技术,实现了叶片低成本轻量化设计。中材科技也表示,将加快高性能纤维及复合材料原创技术策源地建设,推进产业基础性技术形成阶段性成果,加快百米级叶片、碳纤维拉挤板、超薄超高强度基膜等新产品开发,形成产业先发优势。
根据中研普华产业研究院的《2023-2028年中国碳纤维风电叶片行业供需分析及发展前景研究报告》显示:
风机叶片对材料要求很高,不仅需要具有较轻的重量,还需要具有较高的强度、抗腐蚀、耐疲劳性能。而碳纤维恰巧具备耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、耐高温、电及热导性高等特点。相较于玻纤,碳纤维的密度小30%, 强度大40%,模量高3-8 倍。根据中复神鹰招股说明书,在满足刚度和强度的前提下,碳纤维比玻璃钢叶片质量轻 30%以上;当前风轮直径已突破 120m,叶片重 量达 18 吨,采用碳纤维的 120m 风轮叶片可以有效减少总体自重达 38%,成本下降 14%,从而保证风电机组的运行状态和转换效率。
多年来,叶片大型化成为风电行业的共识,同等风速情况下,叶片越长,扫风面积越大,发电量也相应增大。近年来,国内风电装机快速增长,风电场选址已不再局限于“三北”等风资源优厚区域,而是逐渐转向低风速区域,更大的叶片可有效降低对最低风速的要求,提升发电量。
相较于传统叶片材料玻纤,碳纤维的密度小30%,强度增加40%,模量高出3倍至8倍,同时,高性能碳纤维复合材料受到平面冲击时,内部纵横交错的碳纤维丝能够有效地分散受力,避免破裂。在此情况下,碳纤维材料能够在兼顾强度、刚度的同时,确保叶片进一步轻量化。测算显示,对于一个长度为120米的风机叶片来说,使用碳纤维复合材料的情况下,质量可比完全使用玻纤减轻30%以上。