1.1、 全球可再生能源規(guī)模加速擴大,風能占據(jù)主要地位
全球能源轉(zhuǎn)型至關(guān)重要,可再生能源的比例快速上升
全球氣候變化問題日益嚴峻。為實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的氣候目標,全球能源格 局必須進行深刻的變革。減少與能源相關(guān)的二氧化碳排放是能源轉(zhuǎn)型的核心,國 際可再生能源機構(gòu)(IRENA)指出,從現(xiàn)在到 2050 年,與能源相關(guān)的二氧化碳 排放量需要每年減少 3.5%左右,之后還要繼續(xù)減少,與當前水平相比,到 2050 年需要將與能源相關(guān)的排放量減少 70%。化石燃料是全球能源系統(tǒng)的主要構(gòu)成 部分,也是二氧化碳排放的主要貢獻者??稍偕茉吹恼急入m相對還較少,但在 2019 年已經(jīng)貢獻了全球約 27%的發(fā)電量,足見其巨大的利用價值和增長潛力。 因此將主要的化石燃料轉(zhuǎn)向更清潔、可再生的能源形式,擴大可再生能源發(fā)電規(guī) 模對于世界能源系統(tǒng)的脫碳至關(guān)重要。
全球可再生能源裝機容量將在未來五年加速增長。2021 年全球可再生能源 裝機容量新增 290GW,創(chuàng)歷史新高。根據(jù) IEA 預測,到 2026 年,全球可再生 能源裝機容量將增至 4800GW 以上,相當于 2021 年全球化石燃料和核電設施裝機容量的總和,較 2020 年增長 60%以上,并且到 2026 年,可再生能源將占全 球新增裝機容量的 85%。2021-2026 年全球可再生能源裝機容量的年均增量約 為 305GW,與 2015-2020 年可再生能源的年均增量相比提升了近 60%。到 2026 年,中國、印度、歐洲和美國四個主要市場增長的可再生能源裝機容量占到全球 可再生能源市場的 80%。
風電繼水電之后主導可再生能源,風能的碳減排潛力巨大
風電是目前技術(shù)較為成熟,價格極具競爭力的可再生能源之一,未來還將進 一步擴大其在全球能源發(fā)電總量中的份額。到 2026 年,IEA 預計可再生能源將 成為最大的發(fā)電來源,約占全球發(fā)電量的 37%,太陽能和風能將達到全球發(fā)電 量的近 18%。到 2050 年,IRENA 預計電力在全球最終能源中的比例將增至近 45%;可再生電源在全球發(fā)電總量將增至 85%,太陽能和風能等間歇性電源的 占比將高達 60%,僅風電就能夠滿足超過全球三分之一的總電力需求。
風能是實現(xiàn)碳減排的主力軍。風能在發(fā)電過程中不產(chǎn)生任何溫室氣體,即使 是風車在制造過程中產(chǎn)生的碳排放,也僅相當于風力發(fā)電 3-6 個月的減排量,而 風電機組平均使用壽命長達 20 年,因此風能的減排潛力巨大。IRENA 預計,到 2050 年風力發(fā)電能夠減少共 6.3Gt 的二氧化碳排放量,占所有可再生能源及各 種電氣化的能源效率措施所能減少的二氧化碳排放量的 27%。
1.2、 風電發(fā)展勢頭迅猛,亞洲地位穩(wěn)固
自 2000 年以來,全球風電裝機容量的年均復合增長率超過 21%。2021 年 是風電行業(yè)景氣度仍舊較高,全球風能理事會(GWEC)指出,2021 年全球新 增風電裝機 93.6GW,比 2019 年增加了 53%,全球累計裝機容量達 837.5GW。
陸上風電是目前風電的主力,未來亞洲將繼續(xù)主導全球陸上風電裝機
陸上風電擁有充足的風力和土地資源,較低的成本以及巨大的市場潛力,一 直以來是風電的主力軍。在風電部署的最初幾年,歐洲是全球風電安裝的關(guān)鍵推 動者,截至 2010 年,歐洲具有 47%的全球陸上風電裝置。到 2018 年,中國超 過歐洲成為最大的陸上風電市場,占全球裝機容量的近三分之一。
到 2050 年,亞洲將繼續(xù)主導全球陸上風電裝機,其次是北美和歐洲。根據(jù) IRENA 預測,全球陸上風電新增裝機容量將于 2030 年和 2050 年分別達到 147GW、200GW,全球陸上風電總裝機容量將于 2030 年和 2050 年分別達到 1787GW、5044GW,與 2018 年的 542GW 相比,CAGR 分別為 10.45%和 7.22%, 其中 2050 年的總裝機容量是全球至少 95000GW 的可用風能資源的 5.3%。到 2050 年,亞洲將繼續(xù)引領(lǐng)全球陸上風電裝機容量,能夠占到全球總裝機容量的 一半以上。
海上風電優(yōu)質(zhì)顯著,發(fā)展勢頭強勁
相比于陸上風電,海上風電的優(yōu)勢更加顯著。海上風電的風能資源的能量效 益、發(fā)電效率、單機裝機容量和平均使用壽命更高,且海上風電不占用土地資源, 海上風湍流強度小、風切變小,受到地形、氣候影響小。與此同時,海上風電一 般建設于沿海地帶,沿海區(qū)域的用電需求大,因此能夠顯著降低運電成本。截至 2021 年,海上風電僅占全球風電總裝機容量的 6.83%,未來隨著海上風電技術(shù) 不斷提高、造價成本的進一步下降,海上風電有望成為風電領(lǐng)域增長主力。
海上風電正迎來蓬勃的發(fā)展浪潮,中國是海上風電行業(yè)的領(lǐng)航者。 2006-2021 年,全球海上風電新增裝機量從 0.1GW 增長至 21.1GW,CAGR 約為 43%,其中 2021 年全球海上風電累計裝機容量為 57.2GW。中國是目前全球海 上風電累計裝機容量和新增裝機量最大的國家,2021 年中國海上風電新增裝機 容量約 16.92GW。
海上風電迎來黃金發(fā)展期。根據(jù) GWEC 預測,全球海上風電新增裝機容量 將于 2026 年達到 31.3GW,2021-2026 年期間的 CAGR 為 8.21%,其中,歐洲 和亞洲仍然是全球海上風電增長最快的兩個地區(qū)。GWEC 預計 2030 年、2050 年全球海上風電裝機容量將分別高達 270、2000GW,2030-2050 年期間的 CAGR 高達 10.53%。
1.3、 中國風電裝機容量大幅增長,裝機規(guī)模仍將持續(xù)擴大
中國風電裝機容量增速顯著。2017-2021 年間,我國風電裝機規(guī)模持續(xù)上行, 新增風電裝機規(guī)模逐年提高。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計,2021 年我國累計風電裝機 規(guī)模達到 328.48GW,同比增長 16.68%,其中新增風電裝機規(guī)模達 47.57GW。
根據(jù)中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會的統(tǒng)計,我國新增的風電機組的單 機容量不斷增大,因為大功率風電機組的風能利用率高,且風機的單位發(fā)電成本 低。我國單機容量為 2-2.9MW 風電機組裝機容量占比從 2019 年的 72.1%下降 至 2021 年的 19.7%,而單機容量 3.0MW 及以上風電機組裝機容量占比從 2019 年的 27.65%增長至 2021 年的 80.1%。
我國風電市場高景氣,風電裝機規(guī)模有望進一步擴大。四百余家風能企業(yè)在 2020 年北京國際風能大會上聯(lián)合發(fā)布的《風能北京宣言》指出:在“十四五” 規(guī)劃中,須為風電設定與“碳中和”國家戰(zhàn)略相適應的發(fā)展空間:保證年均新增 裝機 5000 萬千瓦以上。2025 年后,中國風電年均新增裝機容量應不低于 6000 萬千瓦,到 2030 年中國風電累計裝機容量至少達到 8 億千瓦,到 2060 年至少 達到 30 億千瓦。
1.4、 風電項目造價成本下降,發(fā)電效率提升
陸上風電是目前最具競爭力的新增發(fā)電量來源之一,其建設成本不斷下降。IRENA 預計,全球陸 上風電總安裝成本將從 2018 年的平均 1497 美元/kW 下降至 2030 年的 800-1350 美元/kW,到 2050 年將降至 650-1000 美元/kW。到 2030-2050 年, 全球陸上風電平均度電成本預計降至 0.02-0.05 美元。與所有化石燃料發(fā)電源相 比,陸上風電的平準化電力成本(LCOE)更具競爭力,并且隨著安裝成本的壓降 和性能的不斷改善而進一步下降。在全球范圍內(nèi),到 2030 年陸上風電的 LCOE 將下降至 0.03-0.05 美元/kWh,到 2050 年將降至 0.02-0.03 美元/kWh 之間。
與陸上風電相比,海上風電的建設成本、技術(shù)難度、維修難度、設計難度均 較高,建設工期也更長,總裝機成本更高。但是隨著技術(shù)的不斷升級,各國政策 的助推,疊加供應鏈難題的攻破,海上風電的成本也將不斷下降,且隨著裝機容 量的擴大,規(guī)模效應也將逐步顯現(xiàn)。2000 年代初期,海上風電逐漸從近海轉(zhuǎn)移 到遠海,大幅增加了地基、電網(wǎng)、使用專用的海上風力渦輪機等的成本,海上風 電的總安裝成本攀升,從 2000 年的 2500 美元/kW 上升至 2011-2014 年的約 5400 美元/ kW,隨后有所下降,2018 年下降至約 4350 美元/kW。IRENA 預計, 到 2030 年,海上風電加權(quán)平均總安裝成本將降至 1700-3200 美元/kW,到 2050 年將處于 1400-2800 美元/kW 之間。到 2030 年,海上風電的 LCOE 將降至 0.05 -0.09 美元/kWh,到 2050 年將降至 0.03-0.07 美元/kWh。(報告來源:未來智庫)
2.1、 我國電力結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化,新能源裝機比重逐漸上升
發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)仍以傳統(tǒng)化石能源為主,新能源裝機比重明顯上升。 2016-2018 年,全國發(fā)電裝機增速逐年放緩,火電裝機增速自 2016 年來明顯放 緩,水電裝機增速 2014 年以來整體呈下降趨勢。截至 2021 年底,全國全口徑 發(fā)電裝機容量 23.8 億千瓦,全年發(fā)電量 8.11 萬億千瓦時,分別同比增長 7.9%、 8.1%。其中,火電裝機容量 13 億千瓦,同比增長 4.1%,其中煤電 11.1 億千瓦, 同比增長 2.8%,占總發(fā)電裝機容量的比重為 46.7%。2021 年全口徑非化石能 源裝機達 11.2 億千瓦,同比增長 13.4%,占總發(fā)電裝機容量比重為 47.0%,歷 史上首次超過煤電裝機規(guī)模。從裝機增速看,2021 年風電和太陽能發(fā)電裝機增 速大幅上漲,太陽能發(fā)電同比增長 20.9%,風電同比增長 16.6%。與此同時, 火電同比增長 4.1%,其中,煤電同比增長 2.8%,占總發(fā)電裝機容量的比重同 比下降 2.3pct。水電同比增長 5.6%,核電同比增長 6.8%。從電源結(jié)構(gòu)看,近 年來我國新能源裝機比重明顯上升,發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化。
新增發(fā)電裝機規(guī)??捎^,新能源逐步向主力電源發(fā)展。2021 年,全國新增 發(fā)電裝機容量 17629 萬千瓦,新增非化石能源發(fā)電裝機容量 13809 萬千瓦,占 新增發(fā)電裝機總?cè)萘康谋戎貫?78.3%,同比提高 5.2pct,新增可再生能源裝機 1.34 億千瓦,占全國新增發(fā)電裝機的 76.1%。從各類電源新增裝機規(guī)模看,2021 年,新增火電裝機 4628 萬千瓦,新增并網(wǎng)風電和太陽能發(fā)電裝機容量分別為 4757、5493 萬千瓦,新增水電、核電、生物質(zhì)發(fā)電裝機分別 2349、340、808 萬千瓦。
根據(jù)國家發(fā)展改革委、國家能源局公布的《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略 (2016-2030)》,到 2030 年非化石能源發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重將力爭達 到 50%。IEA 預計 2021-2026 年,中國的可再生能源發(fā)電量將增加約 800GW, 風能和太陽能光伏的增長勢頭較為強勁。
2.2、 “雙碳”目標堅定不動搖,政策加碼風電行業(yè)利好不斷
近年來,我國不斷出臺各項利好風電行業(yè)的政策。國家大力推進大型風電光 伏基地項目建設。截至 2021 底,第一批項目已開工 75GW,其余項目于 2022 年一季度開工。2022 年 2 月,國家發(fā)改委、國家能源局下發(fā)《以沙漠、戈壁、荒漠 地區(qū)為重點的大型風電光伏基地規(guī)劃布局方案》,第二批規(guī)劃到 2030 年,風光 基地項目的建設規(guī)模達 4.55 億千瓦,其中庫布齊、烏蘭布和、騰格里、巴丹吉 林沙漠基地規(guī)劃裝機 2.84 億千瓦,采煤沉陷區(qū)規(guī)劃裝機 0.37 億千瓦,其他沙漠 和戈壁地區(qū)規(guī)劃裝機 1.34 億千瓦。"十四五"時期規(guī)劃建設風光基地總裝機約 2 億千瓦,包括外送 1.5 億千瓦、本地自用 0.5 億千瓦;“十五五"時期規(guī)劃建設 風光基地總裝機約 2.55 億千瓦,包括外送 1.65 億千瓦、本地自用 0.9 億千瓦。
政策持續(xù)加碼,大力支持分布式風電的發(fā)展。2021 年 9 月,國家能源局宣 布將在中東南沿海重點推進風電就近開發(fā),特別在廣大農(nóng)村實施“千鄉(xiāng)萬村馭風 計劃”。2021 年 10 月,118 個城市與 600 多家風電企業(yè)共同發(fā)起“風電伙伴 行動零碳城市富美鄉(xiāng)村”計劃,啟動儀式上發(fā)布的《風電伙伴行動具體方案》明 確,我國力爭在 2021 年年底前啟動首批 10 個縣市總規(guī)劃容量 500 萬千瓦示范 項目;“十四五”期間,在全國 100 個縣,優(yōu)選 5000 個村,安裝 1 萬臺風機, 總裝機規(guī)模達到 5000 萬千瓦。
我國風電行業(yè)受政策驅(qū)動迎來高速成長期。2020 年北京國際風能大會發(fā)表 《風能北京宣言》提出,“十四五”期間風電裝機量每年新增不少于 50GW, 2025-2030 年每年新增不少于 60GW。
2.3、 我國風能潛在利用空間較大,棄風率持續(xù)下行
我國風能資源豐富,海上風電優(yōu)勢明顯。但是,我 國陸地風能資源分布與現(xiàn)有電力負荷并不匹配,沿海地區(qū)電力負荷大,但可利用的陸地風能資源少,因此我國中東部更加適合發(fā)展分布式風電項目;北部地區(qū)風 能資源豐富,其中青海、新疆、內(nèi)蒙古和東北部的功率密度最高,平均值在 400-600W/m²之間,但遠離電力負荷中心,電網(wǎng)建設成本較大。改善電網(wǎng)基礎(chǔ) 設施、開發(fā)額外的電力線以及增加必要的靈活性措施能夠更好地提升省際電力傳 輸效率并大大減少棄電,有助于陸上風電的進一步發(fā)展。
我國海岸線海上風能資源豐富。我國大陸海岸線漫長曲折,長達 1.8 萬公里, 合計可利用海域面積 400 多萬平方千米。近海區(qū)域風能資源豐富,沿海城市可 就近充分利用風電資源,特別是江蘇等地沿海、灘涂及近海具有開發(fā)風電的良好 條件。若僅考慮 0—50 米海深、平均風功率密度大于 300 瓦/平方米區(qū)域的開發(fā) 面積,按照平均裝機密度 8 兆瓦/平方千米計算,我國海上風電裝機容量可達到 3009GW。
我國風電棄風率持續(xù)下行。我國風電建設區(qū)域主要地處較為偏遠的“三北” 地區(qū)。一直以來,由于“三北”地區(qū)的本地用電量有限,且配套電網(wǎng)建設不完善, 棄風現(xiàn)象較為嚴重。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計,2016 年我國平均棄風率高達 17%。 2016 年我國下發(fā)了《關(guān)于建立監(jiān)測預警機制促進風電產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的通 知》。政策推動疊加特高壓輸電線路的逐步建成,我國棄風情況逐漸好轉(zhuǎn)。到 2020 年我國平均棄風率已經(jīng)降至 3%。后續(xù)隨著特高壓、配網(wǎng)和儲能設備的持 續(xù)完善,“三北”地區(qū)的限風問題有望進一步緩解,棄風率有望持續(xù)下行。
風電葉片是風力發(fā)電機的核心部件,風電葉片材料主要由基體樹脂、增強纖 維、芯材(夾層材料)、粘接膠(結(jié)構(gòu)膠)等構(gòu)成,其成本占比分別為 36%、 28%、12%、11%。風電行業(yè)的高景氣將會大幅帶動碳纖維、聚醚胺、環(huán)氧樹 脂、結(jié)構(gòu)膠和芯材(夾層材料)的需求,在當前時點具有較高的投資價值。
3.1、 碳纖維——“黑金”,極具潛力的輕量化材料
生產(chǎn)工藝復雜,下游以風電為首的應用場景廣闊
碳纖維(Carbon Fiber)是由有機纖維在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主鏈結(jié) 構(gòu),含碳量高于 90%的無機高性能纖維。碳纖維力學性能優(yōu)異,不僅具有碳材 料的固有本性特征,如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等,還兼?zhèn)浼徔椑w 維的柔軟可加工性,因此被廣泛應用于風電葉片、體育休閑和建筑結(jié)構(gòu)補強、航 空航天等領(lǐng)域,目前風電葉片對碳纖維的需求量占比最高,且需求增長幅度最大。
碳纖維生產(chǎn)工藝復雜,資本投入巨大。碳纖維生產(chǎn)流程較長,且各個制備環(huán) 節(jié)的時間、精度和溫度會對成品質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。原油經(jīng)過精煉、裂解等一系 列工藝得到丙烯,再通過氨氧化獲得丙烯腈,丙烯腈(ACN)經(jīng)過聚合、紡絲之 后得到聚丙烯腈(PAN)原絲。原絲經(jīng)過預氧化、低溫和高溫碳化、表面處理、 上漿等環(huán)節(jié)得到碳纖維。最終,將碳纖維與樹脂、金屬和陶瓷等基體材料結(jié)合可 生產(chǎn)碳纖維復合材料,再通過相應成型工藝制成不同終端客戶需要的工業(yè)產(chǎn)品。 因此碳纖維的生產(chǎn)需要長期、高額的資本投入,對于新進入者壁壘較高,率 先進入碳纖維產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)技術(shù)突破的領(lǐng)先公司,不僅具備較高的技術(shù)壁壘,還能夠 基于先發(fā)優(yōu)勢逐漸向產(chǎn)業(yè)鏈下游延伸獲取高額的回報,顯著放大盈利空間,圍繞 “技術(shù)水平、投資門檻和盈利空間”構(gòu)筑長期市場競爭力,打造深厚的“護城河”。
碳纖維輕便的特點使得風電葉片在長度增加的同時,重量更輕。輕量化還可 以適當降低對渦輪和塔架組件強度的要求,節(jié)約其他部件成本,從而對沖碳纖維 較高的生產(chǎn)成本。同時,碳纖維能夠讓風電機組更好地抗擊惡劣氣候條件。此外, 碳纖維還能使離心風機的功率更光滑、更平衡,提高風能轉(zhuǎn)化效率,且由于碳纖 維葉片更薄更長更細,能夠提高葉片動能的輸出效率。
海外產(chǎn)能久居前列,我國國產(chǎn)替代道路前景光明
美日碳纖維產(chǎn)能久居前列,中國碳纖維發(fā)展駛?cè)肟燔嚨馈?020 年美國、中 國大陸和日本的碳纖維產(chǎn)能共占全球總產(chǎn)能的 60%。其中美國產(chǎn)能為 37300 噸, 由赫氏等國內(nèi)企業(yè)與外商投資企業(yè)共同貢獻,日本碳纖維企業(yè)為對美投資的主要 力量。日本碳纖維產(chǎn)能為 29200 噸,東麗、帝人、三菱這三大本土巨頭是供應 主力。中國大陸方面均為吉林碳谷、中復神鷹等內(nèi)資碳纖維企業(yè),近年來在整體 產(chǎn)能方面取得了長足進步,2020 年已占到全球總產(chǎn)能的 21%,超越日本,僅與 美國存在較小的差距。
我國碳纖維產(chǎn)能正逐步擴張,國產(chǎn)替代道路光明。隨著我國碳纖維生產(chǎn)企業(yè) 在高性能碳纖維領(lǐng)域不斷取得技術(shù)突破,我國碳纖維的進口替代步伐有望進一步 加速。“十四五”期間,我國碳纖維及原絲的有效產(chǎn)能將快速擴張。據(jù)不完全統(tǒng) 計,我國已規(guī)劃及在建的碳纖維產(chǎn)能共計 14.07 萬噸/年,數(shù)量十分可觀,且伴 隨產(chǎn)能利用率穩(wěn)步提升,預計未來我國碳纖維供需緊張的格局將逐漸緩和。
3.2、 聚醚胺——新式聚合物材料,出眾性能打開應用空間
特殊結(jié)構(gòu)賦予優(yōu)異性能,風電主導拉動聚醚胺需求
聚醚胺(PEA)是一種主鏈為聚醚結(jié)構(gòu)、末端活性官能團為胺基的聚合物, 具有低粘度、較長適用期、減少能耗、高強度、高韌性、抗老化、具有優(yōu)良防水 性能等優(yōu)異性能,是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦途毣げ牧希瑥V泛應用于風電、油氣 開采、建筑和涂料等眾多行業(yè)。
風電領(lǐng)域的聚醚胺需求量最大。聚醚胺特殊的分子結(jié)構(gòu)能夠保證葉片材料的 高強度和高韌性,同時具有適中的反應活性,可作為環(huán)氧樹脂的高性能固化劑, 適用于碳纖維復合材料及大型玻璃纖維復合材料(兆瓦級風力發(fā)電葉片)的制造。 2020 年風電領(lǐng)域的聚醚胺需求量占其下游總需求的 61.6%,在國家長期積極的 清潔能源政策推動下,風電新增裝機容量不斷增加,大幅提振聚醚胺等風電上游 產(chǎn)業(yè)的市場需求。此外,風電葉片的壽命約為 20 年,風電葉片的更換能夠進一 步支撐對聚醚胺產(chǎn)品的需求。
聚醚胺供應仍將偏緊,國內(nèi)企業(yè)加速擴產(chǎn)
海外化工巨頭主導聚醚胺產(chǎn)品生產(chǎn),國內(nèi)企業(yè)加速擴產(chǎn)。全球聚醚胺主要供 應商為亨斯曼和巴斯夫,截至 2021 年底,合計具有約 18 萬噸產(chǎn)能。國內(nèi)現(xiàn)有 的聚醚胺生產(chǎn)廠家數(shù)量較少,行業(yè)集中度較高,根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)能規(guī)劃,未來行業(yè)集 中度有望進一步提高。截至 2022 年 4 月,我國聚醚胺現(xiàn)有產(chǎn)能約為 9.4 萬噸/ 年,隨著聚醚胺下游需求提升,國內(nèi)聚醚胺生產(chǎn)企業(yè)正在加速擴產(chǎn),預計到 2025 年國產(chǎn)聚醚胺企業(yè)的產(chǎn)能將擴大至 20.9 萬噸/年。 當前由于疫情原因,亨斯曼與巴斯夫等國際主流廠家的海外產(chǎn)能開工受限, 疊加物流與海運成本高企,以及國內(nèi)部分企業(yè)由于環(huán)保、工藝等原因?qū)е聦嶋H開 工率低于規(guī)劃產(chǎn)能,聚醚胺產(chǎn)能供給承壓,短期內(nèi)聚醚胺的供給仍將持續(xù)偏緊。
3.3、 環(huán)氧樹脂——熱固性樹脂,風電葉片的核心材料
風電葉片灌注成型的基體材料,需與固化劑配合使用
環(huán)氧樹脂是一種環(huán)氧低聚物,可與胺、咪唑、酸酐、酚醛樹脂等各類固化劑 配合使用形成三維網(wǎng)狀固化物。環(huán)氧樹脂通常是在呈液體狀態(tài)下使用,在常溫或 加熱的環(huán)境下進行固化,達到最終的使用目的,通??梢愿鶕?jù)使用環(huán)境及材料所 預期的性能選擇不同種類的固化劑。環(huán)氧樹脂具有在固化反應過程中收縮率小, 其固化物的粘結(jié)性、耐熱性、耐化學藥品性以及力學性能和電氣性能優(yōu)良的特點。 環(huán)氧樹脂種類繁多,其中雙酚 A 型環(huán)氧樹脂約占我國環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量的 90%, 約占全球環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量 75%~80%,被稱為通用型環(huán)氧樹脂。
環(huán)氧樹脂性能優(yōu)異,主要應用領(lǐng)域為涂料、電子電器和復合材料,2019 年 環(huán)氧樹脂在這些領(lǐng)域的應用占比(銷售收入口徑)分別為 37.9%、31.9%和 19.9%。涂料是環(huán)氧樹脂的重要應用領(lǐng)域,主要用作涂料的成膜物質(zhì),包括船舶 和海洋工程用的重防腐涂料、汽車電泳漆涂料、家電、IT 產(chǎn)品等設備。電子電 器是環(huán)氧樹脂的另一個重要應用領(lǐng)域,環(huán)氧樹脂被用作覆銅板(CCL)的基材和 各種電子零件的封裝,包括電容器、LED、半導體和集成電路的封裝。復合材料 領(lǐng)域,環(huán)氧樹脂的應用包括風力發(fā)電機葉片、飛機、體育用品等。
在風電領(lǐng)域,風力發(fā)電葉片是風電機組的核心部件之一。纖維增強樹脂基復 合材料具有適用期長、浸透性好,且其固體物具有力學強度高、韌性好的良好性 能,能夠滿足葉片材料的高強度、輕重量、特殊外部翼型等的要求,是大容量機 組用風力葉片材料的最優(yōu)選擇,目前市場上主要的葉片制造商均采用環(huán)氧樹脂作 為葉片灌注成型的基體材料。
我國環(huán)氧樹脂產(chǎn)能市場格局較為分散
根據(jù)百川盈孚統(tǒng)計,我國 2021 年環(huán)氧樹脂產(chǎn)能共計 221 萬噸/年,且競爭 格局較為分散。
3.4、 結(jié)構(gòu)膠——膠粘劑中的高端產(chǎn)品,風電葉片上下殼 體的粘接材料
膠粘劑行業(yè)中的高附加值產(chǎn)品,以環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠為主
結(jié)構(gòu)膠粘劑是膠粘劑中的高端產(chǎn)品,指用于受力結(jié)構(gòu)件膠接的,能長期承受 使用應力、環(huán)境作用的膠粘劑。結(jié)構(gòu)膠粘劑和其他膠粘劑相比,具有強度高、耐 疲勞、耐老化等優(yōu)點。結(jié)構(gòu)膠粘劑的化學類型主要包括環(huán)氧樹脂膠、丙烯酸酯膠、 厭氧膠、高性能聚氨酯膠和高性能有機硅膠,其中以環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠為主。
環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的主要成份為環(huán)氧樹脂和固化劑,不同性能的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu) 膠可以通過不同類型的環(huán)氧樹脂、固化劑或組合以及使用不同的輔料和助劑等方 式制造而成。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠主要用于風電、建筑、交通運輸、電子電器和航空 航天等領(lǐng)域。
在風電領(lǐng)域,結(jié)構(gòu)膠主要用于風電葉片上下殼體的粘接,是葉片結(jié)構(gòu)的一個 重要組成部分,也是葉片力學及結(jié)構(gòu)失效的主要影響部位。由于風電葉片對強度、 韌性以及耐候性的要求較高,風電葉片用環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠應具備較高的剪切、拉 伸、彎曲、沖擊、剝離強度和耐久性等優(yōu)良特性,因此需要特殊的配方設計,包 括采用特殊環(huán)氧樹脂種類、配伍及改性,以及選用端胺基聚醚等特殊的固化劑和 特殊助劑等技術(shù)。其中,陸地風電葉片用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑性能指標為通用性技術(shù) 要求,但由于海上風電場的環(huán)境更為惡劣,且海上主流風電機組功率更大,海上 風電葉片用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑整體的力學性能指標高于通用性技術(shù)要求。
我國結(jié)構(gòu)膠生產(chǎn)企業(yè)較為集中,頭部企業(yè)占據(jù)大部分市場份額
康達新材是我國中高端風電結(jié)構(gòu)膠粘劑的龍頭企業(yè),2020 年公司環(huán)氧膠類 產(chǎn)品產(chǎn)能共 4.66 萬噸。2021 年新增布局年產(chǎn) 6 萬噸膠粘劑及相關(guān)上下游材料的 產(chǎn)能,預計于 2023 年投產(chǎn),目前公司在國內(nèi)風電葉片結(jié)構(gòu)膠領(lǐng)域的市占率約為 60%。
3.5、 夾層材料——巴沙木和結(jié)構(gòu)泡沫材料,風電葉片夾 層結(jié)構(gòu)的芯層
風電葉片大型化趨勢提振 PVC 泡沫需求,核心技術(shù)突破打開成長空間
風力發(fā)電葉片在葉片的前緣、后緣以及剪切肋等部位都使用到泡沫作為玻璃 鋼夾層結(jié)構(gòu)的芯層,泡沫在葉片中主要作用是在保證其穩(wěn)定性的同時降低葉片質(zhì) 量,使葉片在滿足剛度的同時增大捕風面積,提高整個葉片的抗載荷能力。 風電葉片所需的夾層材料主要是巴沙木和結(jié)構(gòu)泡沫材料,且在風電葉片的制 造中,結(jié)構(gòu)泡沫材料和巴沙木既可以搭配使用,也可以僅使用巴沙木。巴沙木是 世界上最輕的木材,故又稱巴沙輕木。它體積形態(tài)穩(wěn)定、不易變形,強度以及柔 性適中,完美吻合風力發(fā)電機組葉片所需特性,是風機葉片夾層中不可替代的優(yōu) 質(zhì)材料。然而,全球近 95%的優(yōu)質(zhì)巴沙木都來源于南美的厄瓜多爾,在風電產(chǎn) 業(yè)快速發(fā)展的背景下,單一地區(qū)的輕木產(chǎn)量難以滿足全球風電產(chǎn)業(yè)的需要。輕木 價格水漲船高,供應商往往坐地起價,甚至出現(xiàn)輕木運輸途中遭到高價攔截的亂 象。
PVC 夾層材料需求有望進一步增長。全球蔓延的新冠疫情使南美輕木的交 易更為混亂,讓部分葉片制造企業(yè)舉步維艱,嚴重制約了風電的產(chǎn)能。因此,很 多制造商將目光投向 PVC、PET 等結(jié)構(gòu)泡沫材料。結(jié)構(gòu)泡沫材料力學性能、抗 疲勞性、抗沖擊性、阻燃性能優(yōu)異,且具有良好的尺寸穩(wěn)定性和可加工性,適合 多種夾層結(jié)構(gòu)的制造工藝,并與多種樹脂體系兼容,是輕質(zhì)高強的復合材料夾層 結(jié)構(gòu)的理想芯材。從泡沫的力學性能和價格等因素考慮,目前被用于風力發(fā)電葉 片芯材的材料主要有聚氯乙烯(PVC)泡沫、聚對苯二甲酸乙二醇酯泡沫(PET)和聚 甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫等,其中質(zhì)量輕、強度高的 PVC 泡沫由于其行業(yè)應用 比較成熟,使用最為廣泛。PVC(聚氯乙烯)泡沫是以聚氯乙烯樹脂為主體,加 入發(fā)泡劑及其它添加劑制成的一種泡沫材料。隨著風力發(fā)電機功率不斷增大,風 電葉片大型化、輕量化的趨勢提高了對夾層材料的各項要求,輕質(zhì)、高強度的泡 沫材料需求量逐步上升。
我國夾層材料主要依靠進口,國產(chǎn)替代空間廣闊
PVC 原板的技術(shù)壁壘高,國內(nèi)主要依靠進口。風電葉片 PVC 夾層材料的制 作包含 PVC 泡沫板原板生產(chǎn)和套材加工兩大段制作步驟,其中 PVC 原板的生產(chǎn) 技術(shù)壁壘高,全球結(jié)構(gòu)泡沫芯材市場仍被少數(shù)公司壟斷,目前風電葉片芯材的供 應商主要為瑞典 DIAB、意大利 Maricell、瑞士 AIREX 等海外供應商。國內(nèi)芯材 制造企業(yè)能夠直接制造 PVC 原板的企業(yè)較少,多數(shù)企業(yè)主要從事芯材套材加工 生產(chǎn)的打磨、切割、打孔、開槽等后段加工工作,PVC 泡沫板多來自海外進口。 因此當前風電夾層材料的供給量主要取決于海外 PVC 泡沫板的進口量。
我國現(xiàn)已打破核心技術(shù)壁壘,國產(chǎn)替代正當時。天晟新材目前具備 4 萬立方 米 PVC 硬質(zhì)發(fā)泡材料的設計產(chǎn)能。隆華科技旗下子公司科博思 2020 年高性能 PVC 芯材的產(chǎn)能為 7920 立方米,同時公司于 2021 年 8 月公告擬建設年產(chǎn) 8 萬 立方米高性能 PVC 芯材和年產(chǎn) 8 萬立方米新型 PET 芯材,項目建設周期分別為 四年和六年,該募投產(chǎn)能占國內(nèi)總用量的 15%左右,占 2021 年市場增加量(預 計每年 20-25 萬立方米)的 30%-40%。
原標題:風電行業(yè)專題報告:能源轉(zhuǎn)型進程加速,風電材料需求有望大幅提升