風(fēng)電葉片成本結(jié)構(gòu)分析

風(fēng)力發(fā)電行業(yè)主要由上游原材料生產(chǎn)、中游零部件制造和風(fēng)力機組制造、以及下游風(fēng)電場運營和電網(wǎng)運營等環(huán)節(jié)構(gòu)成。

風(fēng)力發(fā)電機主要由葉輪、機艙、塔筒三部分構(gòu)成。由于風(fēng)電場招標(biāo)時塔筒一般單獨招標(biāo)，風(fēng)力機組此時即指葉輪和機艙兩部分。風(fēng)機的葉輪負(fù)責(zé)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，它由葉片、輪轂、整流罩組成，其中葉片將空氣的動能轉(zhuǎn)化為葉片和主軸的機械能，繼而通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。葉片的尺寸、形狀直接決定了能量轉(zhuǎn)化效率，也直接決定了機組功率和性能，因此風(fēng)電葉片在風(fēng)機設(shè)計中處于核心地位。

風(fēng)電葉片的成本占風(fēng)力發(fā)電整個系統(tǒng)的總成本比重達(dá)到20%-30%。風(fēng)電場建設(shè)成本可以分為設(shè)備費、安裝費、建筑工程、其它費用等，以某50MW風(fēng)電場為例，約70%的成本來自設(shè)備費；設(shè)備費中94%的成本來自發(fā)電設(shè)備；發(fā)電設(shè)備費中的80%來自風(fēng)力機組成本，17%來自塔筒成本。如此計算則風(fēng)力機組費用約占電站總投資的51%，塔筒費用約占總投資的11%，二者的購置費是風(fēng)電場建設(shè)的主要成本。風(fēng)電葉片需具備尺寸大、外形復(fù)雜、精度要求高、質(zhì)量分布均勻、耐候性好等特點。目前，風(fēng)電葉片每年的市場規(guī)模約為150-200億元。

國內(nèi)目前葉片成本的80％來源于原材料，其中增強纖維、芯材、基體樹脂與粘接膠，合計占比超過總成本價格的85％，增強纖維與基體樹脂占超過60％，粘接膠與芯材各占比都超過10％。基體樹脂是整個葉片的材料“包裹體”，包裹了纖維材料和芯材，被包裹的材料用量實際決定了基體材料的用量，即纖維材料.

風(fēng)電葉片行業(yè)市場競爭格局分析

目前，全球風(fēng)電葉片行業(yè)具備1000套以上產(chǎn)能的大型企業(yè)有十幾家。由于受到運輸半徑制約，產(chǎn)能分布會影響葉片市場競爭格局，地方性廠商受益于地域性優(yōu)勢瓜分了一些區(qū)域市場份額。數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)排名前五的風(fēng)電葉片企業(yè)市場份額已由2011年的10% 增加至2018年的50%。

風(fēng)電葉片行業(yè)發(fā)展趨勢

2021年，國家能源局要求風(fēng)電平價上網(wǎng)發(fā)電，產(chǎn)業(yè)鏈對于降本增效的需求日益增強。因此，開發(fā)出具有放熱溫度低、低密度、快速建立脫模強度的灌注樹脂、輕質(zhì)高韌的膠粘劑，對于縮短葉片從灌注到合模的整體制程，進(jìn)而達(dá)到降本增效的作用至關(guān)重要。風(fēng)電葉片大型化發(fā)展的同時，兼顧整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本降低，葉片設(shè)計會朝著模塊化的趨勢發(fā)展，在未來產(chǎn)品開發(fā)儲備上必然要從降本增效來考量。

風(fēng)電葉片大型化、輕量化趨勢

隨著市場對風(fēng)電葉片的利用效率要求越來越高，風(fēng)電葉片向大型化發(fā)展成為了必然的趨勢。在相同長度葉片下，使用玻璃纖維作為增強材料的葉片重量顯著大于使用碳纖維作為增強材料的葉片重量，從而影響風(fēng)電機組的運行性能和轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)玻璃纖維制成的復(fù)合材料已經(jīng)逐漸暴露出了一定缺點, 例如彈性模量和層間剪切強度比較低, 長期耐溫性差容易老化, 特別是材料的質(zhì)量密度還比較大隨著發(fā)電機組向大型化發(fā)展風(fēng)機的葉片長度不斷增加, 越來越重的葉片對發(fā)電機和塔座也提出了更苛刻的要求。

相同葉片長度下, 采用碳纖維復(fù)合材料制作的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玻璃纖維復(fù)合材料制作的重量。葉片質(zhì)量的減小和剛度的增加, 可以有效改善葉片的空氣動力學(xué)性能, 降低葉片對機塔和輪軸的負(fù)載，風(fēng)機的輸出功率更平滑更均衡、運行效率更高，更有利于風(fēng)機的風(fēng)力收集。

技術(shù)發(fā)展趨勢上，風(fēng)電葉片未來將會著重于產(chǎn)品容量逐漸提升，無論是陸上風(fēng)電與海上風(fēng)電均會向大型化發(fā)展。現(xiàn)階段風(fēng)力發(fā)電機主流容量為2~4MW，未來小容量風(fēng)力機將逐步淡出市場，朝向大型化風(fēng)力機發(fā)展。風(fēng)力機大型化的優(yōu)點為對于風(fēng)場土地利用效率大幅增加，缺點為單位建置成本將小幅上升。