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2025-04-19 6 新能源及电力行业报告
叶片是风电最基础的关键零部件之一,是影响风力发电效率的关键因素之一,为满足复 杂工况下的高效率发电,风电叶片要求外型设计、密度轻、强度高、韧性强,除外形设 计以外的力学性能要求都直接与风电叶片的结构和材料有关。风电叶片结构包括主梁系 统、上下蒙皮、叶根增强层等:主梁系统包括主梁与腹板,主梁负责主要承载,提供叶片 刚度即抗弯和抗扭能。腹板负责支撑截面结构,预制后粘接在主梁上;蒙皮形成叶片气动 外形用于捕捉风能,通常在形成主梁结构后,上下蒙皮通过前、后缘与主梁结构粘接成为 叶片;叶根增强层将主梁上载荷传递到主机处。 主梁和芯材是最核心部分,约占风电叶片原材料成本的 80%。芯材用于提高叶片的稳定 性。主梁材料主要是纤维增强复合材料,纤维增强复合材料是指纤维和基体材料的复合 材料,纤维需要具有高模量,以提高叶片的刚度;树脂基体要求缺陷低、成型效率高。目 前较小型叶片的复合材料中,纤维采用玻璃纤维,基体材料采用不饱和聚酯树脂,基于在 力学性能要求不是太高情况下的成本最小化;较大型叶片的主梁复合材料,纤维采用碳 纤维或碳纤维与玻璃纤维的混杂复合材料,基体材料较多采用环氧树脂。风电主机成本结构中,叶片、齿轮箱、发电机是成本占比最高的三种零部件。以电气风 电主机成本结构为例,2020 年电气风电主机成本结构中叶片、齿轮箱、发电机占比分别 为 23.6%、12.7%和 8.7%。由于叶片占主机的成本比重较高,叶片长度增加将一定程度 上推高其自身以及整机的成本。
在风机主机的大型化和低成本趋势下,叶片的技术迭代 趋势将是更好的力学性能、轻量化和降本。风电叶片是风电产业链的关键组成部分,风电叶片产业链主要由上游原材料供应商,中 游风电叶片生产商、下游整机厂商和风电场运营等环节构成。生产叶片的主要原材料包 括玻纤、碳纤维和芯材等,国内代表企业有澳盛科技、光威复材、上纬新材、康达新材等。 风电叶片制造企业可分为两类,一类是以迪皮埃(TPI)为 代表的独立叶片生产企业,中 材科技和时代新材均属于此类企业;另一类是以艾尔姆(LM)为代表的风电整机厂配套生 产企业。风机大型化趋势下,风电叶片的技术迭代趋势是力学性能优化、轻量化和降本,实现路 径是风电叶片材料、制造工艺和叶片结构的迭代优化,其中最为重要的还是材料端的迭 代。风电叶片长度将持续加长,叶片长度增加将一定程度上推高其自身以及整机的成本, 同时叶片长度的增加还会导致叶片自重的上升,对叶片力学性能的要求也将持续强化。 因此要让通过研制长叶片来提升发电量变得可行,就必须控制好叶片自重,并使之具有 更高的强度、刚度等,以确保整机系统的高效率平稳运行。 风电叶片成本结构中,主梁和芯材约占风电叶片原材料成本近 80%。风电叶片的原材料成 本占总生产成本的 75%,而原材料成本中占比较大的主要是增强纤维、树脂基体、芯材和 结构胶,其中增强纤维和树脂为叶片主梁材料,组合构成纤维增强复合材料。风电叶片的 原材料成本结构来看,增强纤维、树脂(基体材料)、芯材、结构胶、金属及配件和其他 材料的成本占比分别为 21%、33%、25%、8%、6%、7%,主梁材料和芯材占原材料成本达 79%。 我们认为,材料优化是提升叶片性能、降低成本的主要路径。
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