目前，碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用在葉片的主梁部分。光大證券研報(bào)顯示，碳纖維在風(fēng)電葉片大梁上的應(yīng)用主要有三種方式，分別是預(yù)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(fù)合材料具有長(zhǎng)度不受限制、截面形狀穩(wěn)定和成本相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。利用拉擠成型工藝制作碳梁，再進(jìn)一步制作葉片，適合大批量、大型的風(fēng)電葉片的生產(chǎn)。
然而，此前由于維斯塔斯碳梁風(fēng)電葉片的專利保護(hù)在一定程度上限制了拉擠板在風(fēng)電葉片上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，該項(xiàng)專利到期后，資本市場(chǎng)普遍預(yù)期碳纖維在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的滲透率將進(jìn)一步增長(zhǎng)。
性價(jià)比的考量
實(shí)際上，早在碳梁風(fēng)電葉片的技術(shù)尚在保護(hù)期內(nèi)之時(shí)，業(yè)內(nèi)就已經(jīng)對(duì)專利到期后，碳纖維的需求放量翹首盼望。
彼時(shí)，市場(chǎng)分析曾預(yù)判，碳纖維主梁葉片專利的到期或?qū)⒊蔀槿~片設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)程中的里程碑事件，若再疊加碳纖維材料的價(jià)格下降，碳纖維在葉片中技術(shù)迭代與大規(guī)模應(yīng)用或?qū)⒂|手可及。
然而，目前，成本問(wèn)題仍是橫亙?cè)谔祭w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(fēng)電用大絲束碳纖維成本為12萬(wàn)元/噸，制成織物的成本將進(jìn)一步升至18萬(wàn)元/噸，是玻纖織物價(jià)格的12倍。
在成本高企的情況下，企業(yè)想要實(shí)現(xiàn)成本與收益平衡難度加大。根據(jù)測(cè)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(fēng)電龍頭企業(yè)明陽(yáng)智能風(fēng)能研究院副院長(zhǎng)李軍向曾在“風(fēng)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(shí)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(jì)、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(yīng)用擺脫了專利保護(hù)的束縛，但若想要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，仍然任重道遠(yuǎn)。
更重要的是，在風(fēng)電行業(yè)國(guó)補(bǔ)已退，但海上風(fēng)電距平價(jià)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(fēng)電機(jī)組核心部件，其成本約占風(fēng)機(jī)價(jià)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(kāi)始，風(fēng)電整機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)“降價(jià)潮”。目前，陸上風(fēng)機(jī)的價(jià)格已降至2500元/千瓦左后，海上風(fēng)機(jī)價(jià)格跌破4000元/千瓦，其價(jià)格相比搶裝時(shí)的歷史高點(diǎn)均已“腰斬”。在這樣背景下，產(chǎn)業(yè)降本壓力勢(shì)必沿著產(chǎn)業(yè)鏈傳導(dǎo)至上游葉片環(huán)節(jié)。
“因?yàn)槌杀締?wèn)題，相比碳纖維，玻璃纖維在葉片中的應(yīng)用仍是主流。”某風(fēng)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(guò)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(cè)算，當(dāng)碳纖維成本降到80元~100元/公斤水平時(shí)，碳纖維在葉片領(lǐng)域的大規(guī)模利用場(chǎng)景或?qū)⑼耆蜷_(kāi)。同時(shí)，李軍指出，“葉片是一個(gè)非常系統(tǒng)性的工程，從前期的設(shè)計(jì)到中間的生產(chǎn)制造，以及后期葉片運(yùn)維，涉及方方面面。一定要做到精細(xì)化設(shè)計(jì)，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(fù)合材料主要應(yīng)用在葉片的主梁部分。光大證券研報(bào)顯示，碳纖維在風(fēng)電葉片大梁上的應(yīng)用主要有三種方式，分別是預(yù)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(fù)合材料具有長(zhǎng)度不受限制、截面形狀穩(wěn)定和成本相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。利用拉擠成型工藝制作碳梁，再進(jìn)一步制作葉片，適合大批量、大型的風(fēng)電葉片的生產(chǎn)。
然而，此前由于維斯塔斯碳梁風(fēng)電葉片的專利保護(hù)在一定程度上限制了拉擠板在風(fēng)電葉片上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，該項(xiàng)專利到期后，資本市場(chǎng)普遍預(yù)期碳纖維在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的滲透率將進(jìn)一步增長(zhǎng)。
性價(jià)比的考量
實(shí)際上，早在碳梁風(fēng)電葉片的技術(shù)尚在保護(hù)期內(nèi)之時(shí)，業(yè)內(nèi)就已經(jīng)對(duì)專利到期后，碳纖維的需求放量翹首盼望。
彼時(shí)，市場(chǎng)分析曾預(yù)判，碳纖維主梁葉片專利的到期或?qū)⒊蔀槿~片設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)程中的里程碑事件，若再疊加碳纖維材料的價(jià)格下降，碳纖維在葉片中技術(shù)迭代與大規(guī)模應(yīng)用或?qū)⒂|手可及。
然而，目前，成本問(wèn)題仍是橫亙?cè)谔祭w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(fēng)電用大絲束碳纖維成本為12萬(wàn)元/噸，制成織物的成本將進(jìn)一步升至18萬(wàn)元/噸，是玻纖織物價(jià)格的12倍。
在成本高企的情況下，企業(yè)想要實(shí)現(xiàn)成本與收益平衡難度加大。根據(jù)測(cè)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(fēng)電龍頭企業(yè)明陽(yáng)智能風(fēng)能研究院副院長(zhǎng)李軍向曾在“風(fēng)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(shí)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(jì)、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(yīng)用擺脫了專利保護(hù)的束縛，但若想要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，仍然任重道遠(yuǎn)。
更重要的是，在風(fēng)電行業(yè)國(guó)補(bǔ)已退，但海上風(fēng)電距平價(jià)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(fēng)電機(jī)組核心部件，其成本約占風(fēng)機(jī)價(jià)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(kāi)始，風(fēng)電整機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)“降價(jià)潮”。目前，陸上風(fēng)機(jī)的價(jià)格已降至2500元/千瓦左后，海上風(fēng)機(jī)價(jià)格跌破4000元/千瓦，其價(jià)格相比搶裝時(shí)的歷史高點(diǎn)均已“腰斬”。在這樣背景下，產(chǎn)業(yè)降本壓力勢(shì)必沿著產(chǎn)業(yè)鏈傳導(dǎo)至上游葉片環(huán)節(jié)。
“因?yàn)槌杀締?wèn)題，相比碳纖維，玻璃纖維在葉片中的應(yīng)用仍是主流。”某風(fēng)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(guò)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(cè)算，當(dāng)碳纖維成本降到80元~100元/公斤水平時(shí)，碳纖維在葉片領(lǐng)域的大規(guī)模利用場(chǎng)景或?qū)⑼耆蜷_(kāi)。同時(shí)，李軍指出，“葉片是一個(gè)非常系統(tǒng)性的工程，從前期的設(shè)計(jì)到中間的生產(chǎn)制造，以及后期葉片運(yùn)維，涉及方方面面。一定要做到精細(xì)化設(shè)計(jì)，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(dá)到2022年以來(lái)的歷史高點(diǎn)。8月2日，該板塊指數(shù)創(chuàng)近期新高，達(dá)到6316.11點(diǎn)，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(shì)走強(qiáng)源于市場(chǎng)對(duì)其下游需求即將放量的預(yù)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(hù)到期的信息。
據(jù)了解，20多年前，全球風(fēng)電巨頭維斯塔斯通過(guò)核心專利技術(shù)解決了碳纖維板應(yīng)用在風(fēng)電葉片上的工藝問(wèn)題，將拉擠碳板運(yùn)用到了風(fēng)電領(lǐng)域。同時(shí)，2002年7月19日，維斯塔斯向中國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局、歐洲專利局、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)局等國(guó)際性知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)了以碳纖維條帶為主要材料的風(fēng)力渦輪葉片的相關(guān)專利，專利保護(hù)期為20年。
到2022年7月19日，該項(xiàng)專利保護(hù)正式到期。多家證券投資機(jī)構(gòu)均認(rèn)為，專利限制解除后，國(guó)內(nèi)其他風(fēng)電葉片廠商將可以不受限制地推出應(yīng)用碳梁的風(fēng)電葉片產(chǎn)品，碳纖維在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的應(yīng)用滲透率將獲得提升。
某風(fēng)電葉片企業(yè)內(nèi)部人員告訴《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者，“雖然碳纖維性能更優(yōu)，但因?yàn)槌杀締?wèn)題，相比碳纖維，玻璃纖維在葉片中的應(yīng)用仍是主流。”
根據(jù)業(yè)內(nèi)測(cè)算，當(dāng)碳纖維成本降到80元~100元/公斤水平時(shí)，碳纖維在葉片領(lǐng)域的大規(guī)模利用場(chǎng)景或?qū)⑼耆蜷_(kāi)。
開(kāi)啟增量市場(chǎng)？
僅僅是一項(xiàng)專利限制的解除，何以引得碳纖維板塊大動(dòng)？答案似乎顯而易見(jiàn)：投資者看中了即將開(kāi)啟的增量市場(chǎng)。
中信建投研報(bào)顯示，碳纖維是由聚丙烯腈、瀝青基等有機(jī)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(qiáng)度、高模量、導(dǎo)電、導(dǎo)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(qiáng)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(fēng)電葉片、體育休閑、交通建設(shè)等多領(lǐng)域均獲得廣泛應(yīng)用。值得注意的是，在下游的眾多應(yīng)用市場(chǎng)中，風(fēng)電葉片市場(chǎng) “獨(dú)占鰲頭”。
根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（CWEA）數(shù)據(jù)，2015年~2021年，在全球風(fēng)電領(lǐng)域內(nèi)，碳纖維需求量逐年上升，從1.8萬(wàn)噸增長(zhǎng)到了3.3萬(wàn)噸。2021年，風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維需求量在其全球總需求中占比達(dá)到30%。同時(shí)，百川盈孚數(shù)據(jù)顯示，2022年，風(fēng)電葉片為國(guó)內(nèi)碳纖維下游應(yīng)用中的最大市場(chǎng)，需求量占比達(dá)35%。
在風(fēng)電葉片碳纖維需求不斷提升的背后，是不斷增長(zhǎng)的葉片長(zhǎng)度和穩(wěn)定發(fā)展的風(fēng)電市場(chǎng)。
中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)（CWEA）數(shù)據(jù)顯示，2021年，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)創(chuàng)新高，新增裝機(jī)容量達(dá)到5592萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)2.7%。其中，陸上風(fēng)電新增裝機(jī)4144萬(wàn)千瓦；海上風(fēng)電新增裝機(jī)1448萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)276.59%。
與此同時(shí)，風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)愈發(fā)明顯。2021年，中國(guó)新增裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為3514千瓦，同比增長(zhǎng)31.7%，其中，陸上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量同比增長(zhǎng)20.7%，海上風(fēng)電機(jī)組同比增長(zhǎng)13.9%。
伴隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的提升，葉片的長(zhǎng)度也不斷創(chuàng)新高。中信建投研報(bào)顯示，2014年，全球風(fēng)電新增裝機(jī)中88%的機(jī)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(fēng)機(jī)占比已達(dá)到86.5%。2020年，主流機(jī)型的葉輪直徑已達(dá)到131米~150米。
某風(fēng)電整機(jī)企業(yè)人士告訴記者，“在風(fēng)機(jī)大型化，尤其是海上風(fēng)機(jī)越做越大的背景下，葉片的大型化和輕量化是必然趨勢(shì)。由于碳纖維具備高比強(qiáng)度及高比模量的特殊性能，其在葉片中的應(yīng)用可以在保證葉片強(qiáng)度的同時(shí)降低重量，實(shí)現(xiàn)更大掃風(fēng)面積和更小的機(jī)組負(fù)荷，提升機(jī)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(biāo)題：擺脫專利束縛 碳纖維能否在風(fēng)電放量起飛？
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