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          風電行業專題分析:葉片產品升級,碳纖維替代進行時

          2022-12-20 來源:未來智庫 瀏覽數:794

          (報告出品方/作者:東證期貨,曹洋,李爍)1、風機降本趨勢明確,葉片面臨產品升級1.1、3MW以上風機占比明顯提高隨著近幾年風電

          (報告出品方/作者:東證期貨,曹洋,李爍)

          1、風機降本趨勢明確,葉片面臨產品升級

          1.1、3MW以上風機占比明顯提高

          隨著近幾年風電補貼退去,風電產業鏈承受著巨大的降本壓力。風機大型化的趨勢也 在降本增效的進程中越發凸顯,一方面,風機大型化能夠減少單位 GW 零部件的用量, 減少土地使用,施工安裝等成本,另一方面,更大的風機葉片捕捉風能資源的能力更 強,可以提升有效發電小時數。我們從國內風電主機龍頭金風科技的機型銷售占比就 可以看出,1.5MW 以下的機型逐漸被淘汰,而 3MW 以上的機型占比不斷提高,2021 年 占比達到 61%。CWEA 的數據顯示,陸上風機和海上風機的平均單機容量已經達到 3.1MW 和 5.6MW。預計未來 2-3 年新增裝機的主流機型,陸上風機將會達到 4-6MW, 而海上風機則會達到 8MW 以上。

          1.2、葉輪直徑升級,主流或達160米以上

          風機大型化帶來的是葉輪直徑的大型化,根據 CWEA 數據,風機平均的葉輪直徑已經 從 2008 年的 65m 增長到 2020 年的 136 米,CAGR 為 6.34%。據不完全統計,目前幾個 頭部主機廠商 4MW 的主機機型葉片長度在 140-190 區間,6MW 的葉片長度在 160-190 米。從近期招標數據來看,4MW 以上機型已經成為了主流,未來三到五年主力機型將 會是 4-6MW,葉片的需求結構也將發生變化。160 米以上的產能將會有較大需求,140 米以下的產能占比將會逐漸降低,100 米以下的產能將會面臨出清淘汰。

          2、玻纖材料瓶頸凸顯,碳纖維葉片迎來機遇

          碳纖維材料在葉片的大型化、輕量化進程中有明顯的優勢。葉片質量的增加約和葉片 長度的 2.6 次方成正比,而風機產生的電能和葉片長度的平方成正比,所以當葉片長度 增加時,重量的提升速度要快于能量獲取的提升;葉片長度的增加,也對增強材料的 強度和剛度等性能提出了新的要求,玻璃纖維在大型復合材料葉片制造中逐漸顯現出 性能方面的不足。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架,葉片必須具有足夠的剛度。 在葉片產品升級過程中,既要減輕葉片的重量,又要滿足強度與剛度要求,碳纖維的 替代作用愈發凸顯。

          2.1、增強材料在葉片中的應用

          風電葉片共有六個部分組成,分別是主梁,腹板,外殼,避雷系統,人孔蓋,擋雨環。 增強材料主要應用在主梁、腹板和外殼三部分。主梁是葉片主要的承載結構,對強度 和剛度有較高的要求,一般由單向復合材料層增強。主流的復合增強材料為玻璃纖維 或碳纖維增強環氧樹脂;腹板又叫內部梁,用于支撐葉片的外殼,并承擔葉片所收到 的彎曲載荷,由玻璃纖維、環氧樹脂和芯材的夾芯復合結構構成;外殼是兩個半殼用 結構膠拼接起來的,為葉片提供空氣動力學外形,主要結構是芯材外包裹玻璃纖維增 強環氧樹脂。

          從材料組成上看,葉片的基體材料主要為環氧樹脂材料,約占葉片成本的 36%,增強 纖維包括玻璃纖維和碳纖維兩種,約占 28%。芯材分為泡沫芯材和巴沙輕木芯材,占 葉片總成本的 12%。結構膠主要用于粘接兩個葉片半殼,占成本的 11%。其余涂層, 金屬,輔助材料占比較少,共計 13%左右。

          2.2、風電增強材料:玻纖vs碳纖維性能對比

          玻璃纖維。風電紗是專用于風電行業的電子級玻璃纖維。從風電紗生產流程看,是以葉臘石、石 灰石、石英砂等天然礦石為原材料,經過研磨后進入池窯,經過高溫熔制、拉絲、絡 紗等環節而制成。優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好、機械強度高,但缺點是 性脆,耐磨性較差。碳纖維。碳纖維指的是含碳量在 90%以上的高強度高模量纖維。具有耐高溫、抗摩擦、導熱及 耐腐蝕等特性,外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物。碳纖維的密度小,因此比 強度和比模量高。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷等復合,制 造先進復合材料,碳纖維增強環氧樹脂復合材料,其比強度及比模量在現有工程材料 中是最高的。

          維斯塔斯專利到期,大絲束碳纖維需求打開。按照每束碳纖維中單絲根數,碳纖維可以分為小絲束和大絲束兩種類別。一般按照單 絲根數與 1000 的比值命名,單絲數量 48K 以上的稱為大絲束碳纖維,其產品性能相對 較低,制造成本也較低,通常應用于工業領域。而 48K 以下的小絲束碳纖維性能優異 但價格較高,通常應用在航天軍工等高端領域,或一些附加值較高的體育器材。

          2015 年之前,碳纖維應用在風電葉片的工藝主要以預浸料和真空灌注為主,部分采用 小絲束碳纖維,平均價格偏高。2015 年開始,維斯塔斯把風機葉片整體成型的主梁主 體受力部分拆解為高效、低成本高質量的拉擠梁片標準件,然后采用相對更經濟的大 絲束材質,把標準件一次組裝整體成型。通過這一拉擠工藝,大幅提高了碳纖維體積 含量,減輕了主體承載部分的質量,且降低了碳纖維成本,引領風電葉片進入碳纖維 時代。

          由于全球風電巨頭維斯塔斯的拉擠碳梁專利限制,國內的葉片制造企業一般用玻纖拉 擠工藝或碳纖維灌注法替代。2022 年 7 月 19 日,維斯塔斯碳纖維葉片核心專利拉擠工 藝到期,拉擠法工藝有望在風電領域實現普及,在推廣上沒有了專利上的障礙,但是 由于碳纖維成本較高,大范圍推廣的重要條件是材料迅速降本。

          2.3、性能優勢:碳纖維替代必要性

          隨著風電葉片長度增加、葉輪直徑增大,其結構設計要求越來越高,葉片必須滿足剛 度要求以抵抗極端負荷;葉片具有優異耐疲勞特性,在其整個使用壽命期間必須承受 疲勞載荷;葉片必須堅硬,具有一定強度,以防止在極端載荷下與塔架碰撞;局部剛 度也必須足以防止極端載荷;葉片結構應盡可能輕,以最大程度地降低發電成本。

          在全玻纖情況下,隨著葉片長度增加,自重載荷占比線性上升,可用于發電的載荷相 應下降。因此在大功率風機應用場景中,碳纖維替代具備的了必要性。根據 Sandia 實 驗室的數據,隨著葉片長度變長,碳纖維的滲透率也逐漸提升。49.9 米以下長度的滲 透率僅為 9%,而 70 米以上的葉片滲透率達到了 55%,對于 10MW 以上的大型風機, 碳纖維滲透率更是達到 100%??梢灶A期未來以大兆瓦機型為主的海上風電,碳纖維替 代將會更加具有必要性。

          3、風電葉片碳纖維替代的可行性

          3.1、碳纖維主梁與玻璃纖維主梁成本比較

          3.1.1、單MW葉片碳纖維用量測算

          受限于成本因素,目前碳纖維材料主要應用于葉片的主梁結構。主梁一般會占葉片整 體重量的三分之一,卻是支撐整支葉片的關鍵構件。使用碳纖維主梁,能夠在最大程 度節約成本的前提下,保證葉片強度,降低整體重量。根據技術路徑的不同,我們可 以分為全碳纖維主梁和碳纖維玻纖混雜主梁。碳纖維玻纖混雜主梁也分為兩種路徑, 一種是碳纖維織布和玻纖織布混合編制,并和環氧樹脂復合,另一種是根據葉片不同 部位承受載荷的差異,在迎風面用碳纖維主梁,背風面應用玻璃纖維主梁。

          目前風電葉片主梁的碳纖維和玻纖用量比例屬于商業機密,我們可以根據全球風電巨 頭維斯塔斯 2021 年的碳纖維用量和裝機量進行測算。 2021 年維斯塔斯的碳纖維用量達到 2.5 萬噸,維斯塔斯 2021 年度風電總裝機量 15.2GW, 平均單機碳纖維需求量 1.64 噸/MW。由于維斯塔斯 2021 年風電碳纖維用量約占全球風 電碳纖維總用量的 76%,因此我們用 1.64 噸/MW 作為葉片碳纖維含量進行計算。

          3.1.2、碳纖維替代給葉片帶來成本增加

          由于碳纖維相較玻璃纖維單價較高,因此對于葉片成本來說,應用碳纖維主梁的材料 成本也相應提高,我們選取了 3 對相同長度的葉片參數進行對比,長度 57 米的葉片, 使用碳纖維主梁后重量降低 27%,材料成本提高 14%;長度 74 米的葉片,碳纖維主梁 減重 24.3%,材料成本提高 9%;對于長度 90 米的葉片,碳纖維主梁減重 32.5%,材料 成本提高 7%。由此可知,越大型的葉片,使用碳纖維材料替代的材料成本越低,減重 效果更加明顯。由于海上風機主力機型普遍在 8MW 以上,我們以 WE190-10K-C 機型 為參考,認為海上風電碳纖維葉片材料成本提高 7%,WE157-3000C 作為陸上葉片參考, 認為陸上風電碳纖維葉片材料成本提高 14%。

          2021 年中國陸上風機平均采購價格 200 萬元/MW,海上風機采購價格 400 萬元/MW,2 中材科技 2021 年葉片銷售額 69.76 億元,銷量 11.4GW,葉片單位價值量約 61.2 萬元 /MW。碳纖維替代將給陸上風機和海上風機分別增加 4.2%和 1.1%的材料成本。

          3.2、風電全生命周期角度下碳纖維替代成本

          風電葉片主梁的碳纖維替代增加了材料成本,但是從整個風電全生命周期的角度,碳 纖維替代也會帶來一定的經濟性。我們主要從整機減重的材料成本,安裝運輸成本, 以及運維成本三個角度探討。

          3.2.1、風機減重的材料成本

          根據中國巨石年報數據,風電葉片玻纖用量 10 噸/MW。主梁的重量約占整個葉片 1/3, 主梁消耗玻纖約 3.3 噸/MW,當用碳纖維主梁替代時,1.64 噸/MW 碳纖維替代 3.3 噸 /MW 玻纖,葉片約減重約 1.66 噸/MW。機艙減重。我們選取了七款葉輪直徑相近的風機機型,葉片重量和機艙重量的平均比值在 50%左 右,在風機設計時當葉片的重量降低,風機機艙的重量也會相應降低,因為機艙和葉 片的重心要進行匹配,保證整體的重心在塔筒中心的上方。相對應機艙重量減重約 3.32 噸/MW。

          輪轂減重。來源于美國可再生能源實驗室的數據,輪轂質量(噸)=0.964*葉片質量(噸)+5.68 (噸),當葉片減重 1.66 噸時,輪轂質量減輕 1.6 噸。 據中國鑄造協會數據,每 MW 風電整機大約需要 20~25 噸鑄件,我們假設機艙和輪轂 原材料減重主要為鑄件用量減少,鑄件成本約在 8200 元/噸,共計可節省材料成本 4 萬 元/MW。占陸上風機成本的 2%,海上風機成本的 1%。我們得出結論,碳纖維主梁給主機材料成本降低了 40344 元/噸,約占陸上風機成本的 2%,海上風機成本的 1%。

          3.2.2、運輸安裝成本降低

          風電葉片重量通常達到幾十噸,通過碳纖維主梁進行降低了 20%左右的重量,在運輸 和吊裝的時候成本也相應降低。 運輸裝卸環節降本 風力發電機本就大多體型龐大,隨著技術的發展超大型的風力發電機更是不斷涌現, 其中葉片長度超過 50 米、60 米的已經十分常見。正是由于風機產品在運輸過程中由于。 體積較大、運輸及裝卸要求較高,故會產生較高的運輸裝卸費。運輸裝卸費已經成為 風電企業主要成本之一,據統計,2018 年中材科技的運輸/裝卸費支出 2.15 億元,風電 產品占比 30%,裝卸費用約 0.7 億元, 對應葉片銷量 5587MW,運輸/裝卸費用 1.25 萬元 /MW。當葉片減重 27%時,運輸/裝卸費用約減少 0.34 萬元/MW。

          葉片機艙吊裝環節降本。吊裝設計一般是設計院根據風電場的現場條件,提供了機位和道路線路,確定機型, 塔筒高度,然后根據現有的起重機參數,選定起重機械。吊裝的兩個核心,一個是起 重機,一個是風機主機,單機大型化是未來的必然趨勢,機艙重量越來越重也是毋庸 置疑。隨著塔筒越來越高,機艙重量越來越重,采用更大噸位的起重機的結果就是成 本越來越高。 根據國際風力發電網統計,1.5-2MW 的風機吊裝單臺風機在 30 萬元左右,3MW 風機吊 裝平均在 50-60 萬元區間。隨著風電搶裝潮落幕,火熱的吊裝市場逐漸降溫。正常市場 情況下吊裝成本在 15-20 萬元/MW。我們同樣按照葉片減重 27%,同時機艙輪轂減重2.95 噸/MW 測算,吊裝成本大約降低 1 萬元/MW,占陸上風電主機成本的 0.5%,海上 風機的 0.25%。

          3.2.3、風機運營維護成本降低

          降低葉片除冰成本。風電機組在極寒條件下運行時,葉片結冰將會改變葉片的氣動結構,同時結冰將使葉 片重量增加,不僅改變發電效率還會危及風電機組的安全運行。另外,葉片運行的線 速度很快,碎冰飛出去容易傷人。因此當結冰太厚,機組需要停機進行除冰,將造成 有效發電小時數損失。而碳纖維在通電情況下,是良好的發熱體,熱轉換效率 98%以 上。所有利用風電機組本身產生的電,碳纖維通電后發熱,融冰除雪,避免了除冰導 致停機的損失,也節省了人工除冰的費用。

          降低疲勞損壞維修成本。在風電葉片設計中,一般要求風電葉片能滿足20年的使用壽命。風電機組在非定常載荷作用下的運行特性使其易發生疲勞損壞,嚴重影響風電機組安全運行的可靠性和使用壽命。且由于其材質、結構、工藝以及工作環境的復雜性,溫度,濕度,腐蝕,共振等環境都容易使葉片造成疲勞。玻璃纖維材料疲勞是蒙皮剝離,基體開裂和纖維斷裂的過程,表現為彈性模量降低,因此可以用剛度降低程度作為破壞標準,通常以10%-15%的剛度降低作為疲勞破壞的標準。通過碳玻復合材料的疲勞測試實驗結果來看,純玻纖材料的抗疲勞性最低,而復合材料碳纖維含量越高,葉片抗疲勞性能越強。因此碳纖維材料的替代,也大大降低了葉片在20年復雜工作環境中疲勞破壞的概率。從而節省了維修的成本。

          3.3、碳纖維全面替代的降本要求

          2022 年中國風電進入全面平價時代,風機的招標價格從 3000 元/kW 降至今年 1500 元 /kW 左右,再加上原材料價格維持高位,風電行業利潤收到了極大的壓縮,在巨大的 降本壓力下,碳纖維在風電的需求想要完全打開,對玻璃纖維增強材料形成大規模替 代,必須大幅降本。從材料成本上看碳纖維替代將會給陸上風機增加 4.2%的成本,給 海上風機增加 1.1%,考慮風電全生命周期,給陸上風機成本增加 1.6%,海上風機碳纖 維替代基本實現平價。目前碳纖維 12 萬元/噸的價格是風電紗的 10 倍以上,根據計算 結果我們給出預測,當碳纖維價格降低至玻纖 6 倍價格時,無論是海上風電還是陸上 風電都能對玻纖形成大規模替代。

          4、碳纖維的降本途徑

          碳纖維在 19 年底至 21 年底價格迎來一波上漲,從 95 元/千克漲至 153 元/千克,這一階 段碳纖維價格上漲的主要原因有以下兩點:一是美國禁止日本東麗的高端碳纖維產品 賣到中國,造成一部分供給短缺;二是中國光伏和風電行業的碳纖維需求大幅增長, 造成供不應求的局面;2022 年開始,隨著海上風電搶裝潮退去,加上各大國內企業新 建產能陸續投產,2 月份開始 48K 碳纖維價格率先回落,4 月份 24K 碳纖維也打開降價 空間。截至 2022 年 11 月,48K 和 24K 碳纖維已經從價格最高點分別下降 11.8%和 14.6%。碳纖維的成本構成。以中復神鷹的碳纖維成本構成為例,2020 年中復神鷹碳纖維的直接成本在 7.97 萬元/噸, 其中制造費用 4.58 萬元/噸占比最高,達到總成本 58%,制造費用包括燃料費用 2.81 萬 /噸。原材料成本 2.24 萬元/噸,占比 28%。

          原絲是生產高品質碳纖維的關鍵半成品,原絲品質缺陷,如表面孔洞、沉積、刮傷以 及單絲間黏結等,在后續加工中很難消除,從而造成碳纖維力學性能的下降。PAN 基 碳纖維原絲的生產過程為將丙烯腈單體聚合制成紡絲原液,然后紡絲成型。從工業實 際生產的角度,制取 1 噸碳纖維大約消耗 2 噸原絲,原絲生產占碳纖維成本的 50%以上。

          國內大絲束原絲龍頭吉林碳谷。大絲束原絲產品價格相對小絲束較低,但生產控制難度大,可廣泛用于工業與民用領 域,被稱為“工業級材料”,被廣泛應用于下游風電,建筑,汽車等工業領域。目前國內 企業的原絲產能大多僅用于滿足自身碳纖維生產需求,國內市場上只有吉林碳谷一家 公司具備大規模外供能力,2021 年國產碳纖維原絲消耗量 6.14 萬噸,其中吉林碳谷供 應了 3.26 萬噸,占據了國內一半以上市場份額。 1)在溶劑回收方面,吉林碳谷集團旗下的奇峰化纖擁有 20 年以上的腈綸生產經驗,腈 綸的產線和碳纖維較為相似,奇峰的溶劑回收體系可以提升原絲溶劑回收效率,從而 降低生產成本?;仡櫤M馓祭w維龍頭土耳其阿克薩,美國卓爾泰克的發展歷程,都具 有腈綸生產的經驗,溶劑回收體系的技術積累,為吉林碳谷構筑了成本壁壘。

          2)原絲制備主要工藝分為兩步,聚合與紡絲。吉林碳谷具有國內獨創的 DMAC 溶劑水 相聚合濕法兩步法進行原絲制備。聚合分為兩步法和一步法,一步法指溶劑既能溶解 單體,又能溶解聚合物;兩步法是溶劑只能溶劑單體,紡絲前再用溶劑重新溶解聚合 物生成紡絲液。兩步法相較市場主流的一步法,可以實現間歇性生產,且能夠在生產 過程中隨時添加物料,提高生產速度。3)產線集中度高,規模效應降低原絲成本。吉林碳谷原絲理論產能達到 6 萬噸,遠遠 高于國內同行,未來 3 年將擴產 15 萬噸以上產能,行業龍頭位置難以撼動。公司結合 市場需求及自身優勢,主要布局大絲束原絲產品,2021 年 24K 以上大絲束原絲產能占 到 80%以上。產線規?;梢越档蛦挝划a能設備成本及能耗成本,成本優勢進一步凸 顯。

          4.1、碳纖維供需格局

          4.1.1、供給端:國內企業紛紛擴產,進口依存度有望降低

          據不完全統計,2022 年上半年國內總產能 7.47 萬噸,新增產能 1.9 萬噸。其中 1K/3K/6K 專用實際產能 1900 噸,12K/24K 產能約 29800 噸,大絲束產能 43000 噸。國 內宣布擴產計劃投產的產能在 8 萬噸左右,預計到 2025 年我國碳纖維產能或將達到 15 萬噸。

          從國內產能角度看,現有產能已經超過國內市場需求,吉林化纖,寶旌碳纖維,中復 神鷹等龍頭企業也紛紛宣布超過 1 萬噸的擴產計劃。但長期以來,我國碳纖維行業都 存在“有產能無產量”的問題,2020 年平均產能利用率僅為 50%左右,海外廠商平均 產能利用率為 65%,已經建設的產能,與世界發達國家還存在相當大的差距。2021 年, 我國碳纖維進口量 3.3 萬噸,出口寥寥無幾,無論在性能、質量水平及成本水平上,進 口碳纖維依然有強大的優勢。高端產能不足,產能利用率低,依然使國內市場總體面 臨供不應求的局面。

          國內碳纖維起步晚,進口依存度較高。國外碳纖維廠商如日本東麗在 2000 年初即實現了 T300-T700 產品工藝和產業的突破, 成為先行者,壟斷全球市場;而中國廠商的產業化在 2010 年起步,2015 年興起,國內 碳纖維進口依存度仍然較高,2021 年碳纖維行業整體進口量為 3.3 萬噸,較 2020 年上 漲 8.72%,占總需求的 53.1%。一方面隨著國內市場需求的提升,碳纖維進口量和國產供應量都在同步提升。另一方 面,隨著國內企業產能的提升,進口依存度也在逐年下降,進口比率從 2015 年的 85.2%降低到 53.1%,進口依賴度高,本質上還是生產技術上和海外龍頭還存在較大差 距。由于 2020 年日本東麗向我國禁售碳纖維造成供給短缺,國產替代的重要性愈發凸 顯,未來三年,隨著工藝的改進及產能的提升,國產替代有望加快節奏。

          4.1.2、需求端:風電引領需求旺盛,大絲束產品供不應求

          碳纖維材料在下游有著廣泛的應用,2021 年我國碳纖維總需求 6.24 萬噸,需求量最大 的領域是風電葉片,體育休閑和碳碳復材,約占總需求 80%左右。根據廣州奧賽的數 據,2021 年我國風電葉片碳纖維(大絲束)需求量在 3.3 萬噸,預計 2025 年需求將達 到 8.05 萬噸,CAGR 為 20%。國內方面應用于工業的大絲束供應主要以吉林化纖、吉 林碳谷為主,目前產能約為 2.2 萬噸,難以滿足下游需求。

          4.2、碳纖維降本空間

          4.2.1、生產工藝進行改進,降低能耗成本

          根據美國橡樹林國家實驗室的數據,高溫碳化(19%-23%)、預氧化(13%-16%)是成 本占比較高的環節。碳纖維生產是高能耗過程,預氧化和碳化兩個環節需要長時間的 高溫加熱,電費成本達到 20%以上??梢酝ㄟ^工藝改進,采取余熱多級利用的手段, 在原絲和碳纖維生產過程中提高能源利用率來降低能耗成本。碳纖維制備過程工藝難 度大,首先表現在生產過程變量多。丙烯腈經過聚合、紡絲制成原絲的過程是核心:, 每個廠商都有不同的溶劑配方;聚合過程對溫度和時間控制、乃至攪拌方法都有很高 的要求;紡絲成型則是以宏觀設備控制微觀分子規整的過程。對于生產工藝的改進, 也是碳纖維降本的重要路徑。

          4.2.2、生產設備國產化替代

          在碳纖維及原絲生產設備中,進口設備一般價格為國內設備的 3 倍以上,國產設備具 有較強的價格優勢,而目前多數碳纖維生產企業設備國產化水平較低。加強碳化爐和 碳化爐等關鍵生產設備的進口替代,能夠有效降低設備投資及固定資產折舊成本。國 內碳纖維設備龍頭精工科技,于 2020 年推出 2500 噸級 25K/50K 大絲束碳纖維生產線, 為吉林精功碳纖維有限公司定制,系國內首條接近全國產化的千噸級別生產線,該生 產線實際運行速度達 16 米/分鐘, 年可產碳纖維 2500 噸。在碳纖維國產化替代的背景下, 精工科技有望受益,解決碳纖維設備高度依賴進口的痛點,為碳纖維設備格局打開新 的局面。

          4.2.3、頭部企業繼續擴產,提升規模效應

          規模效應可以分攤固定資產折舊比例,流動資產成本占比,以及擁有更好的上下游議 價能力。因此,碳纖維的頭部企業進一步擴大產能,也是碳纖維降本的重要途徑。我 們以年產 1100 噸和 3300 噸的兩條原絲生產線為例,單耗成本分別在 4.8 和 3.8 萬元/噸, 成本降低 20.8%;生產每噸碳纖維大約消耗 2 噸原絲。對應的 500 噸和 1500 噸生產線單 耗成本分別在 15.9 和 11.7 萬元/噸,成本降低 26.4%。規模越大的廠商越具備成本優勢, 因此國內碳纖維龍頭也在積極擴產,吉林化纖,寶旌碳纖維,中復神鷹等現有行業龍 頭均宣布擴產超過 1 萬噸以上產能,規模效應的形成,進一步鞏固行業領先地位。

          4.2.4、整合產業上下游,產業鏈一體化

          隨著碳纖維行業的規模擴大,許多龍頭企業都在向產業鏈的上下游布局延申。從上游 原材料丙烯腈,原絲,到碳纖維制備,再到下游碳纖維復合材料生產,產業鏈的一體 化可以給企業帶來更加顯著的成本優勢。未來隨著下游風電等領域需求的進一步釋放, 碳纖維產業布局有望進一步向下游延申,給風電葉片碳纖維替代帶來進一步降本可能 性。

          5、總結

          隨著風電持續降本,葉片大型化趨勢明確。傳統玻璃纖維增強材料的力學性能已經不 能滿足要求,碳纖維主梁拉擠技術成為未來風電葉片產品升級的發展主線。而碳纖維 過高的價格成為制約大規模替代的障礙。碳纖維降本是提升需求的關鍵因素。 風電葉片碳纖維主梁的應用成本仍然較高,僅從材料成本考慮,給陸上風機和海上風 機分別增加 4.2%和 1.1%的材料成本;從風機 20 年完整生命周期考慮,陸風碳纖維成本 增加 1.6%,海風基本平價。經測算,當碳纖維價格為玻纖 6 倍時有望形成大規模替代。 碳纖維價格降低有幾個關鍵驅動因素,通過改進原絲及碳纖維的生產工藝,擴大單線 產能,產業鏈的一體化協同等途徑進行降本。最終實現碳纖維的大規模替代,充分打 開下游應用需求。

          葉片碳纖維材料替代背景下,工業應用場景逐漸打開,國產大絲束原絲技術壁壘較高, 將維持供不應求的局面,建議關注原絲龍頭吉林碳谷;碳纖維降本背景下,碳化爐, 氧化爐等關鍵設備國產化需求明確,精工科技具有全國產化碳纖維生產線供應能力, 有望受益。

          (本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)

          【延伸閱讀】

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          閱讀上文 >> 《中國風電場技改升級白皮書》:中國風電存量市場情況
          閱讀下文 >> 2022 海上風電半年回顧

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