根據(jù)全球分析咨詢(xún)公司Astute Analytica發(fā)布的報(bào)告，預(yù)計(jì)到2032年，全球風(fēng)電葉片用碳纖維市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到159.04億美元，2024-2032年間的復(fù)合年增長(zhǎng)率為15.37%。
亞太地區(qū)由于能源需求上升和政府支持政策，市場(chǎng)規(guī)模占比高達(dá)59.9%，成為最大的消費(fèi)區(qū)域。技術(shù)進(jìn)步和更長(zhǎng)、更輕葉片的需求推動(dòng)了碳纖維的使用，預(yù)計(jì)到2028年，約70%的新風(fēng)電葉片將采用碳纖維翼梁帽。
一、風(fēng)電葉片大型化與碳纖維需求
碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括葉片、機(jī)艙、塔筒等部件。其中，葉片是碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的主要應(yīng)用部件。
玻璃纖維是目前用量最大的風(fēng)電葉片主梁原材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)電葉片玻璃纖維用量占我國(guó)玻璃纖維總產(chǎn)能的 20％～25％。玻璃纖維的拉伸模量是影響葉片變形的關(guān)鍵因素之一， 超高模量玻璃纖維對(duì)于提升葉片剛度意義重大。
然而，目前超高模量玻璃纖維拉伸模量已達(dá)到理論值的90％左右，已無(wú)法繼續(xù)滿足發(fā)展更大尺寸的海上風(fēng)電葉片的要求。碳纖維的拉伸模量比玻璃纖維高3～10倍、比重小30％，在大尺寸風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)制造上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
葉片大型化是提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效率的關(guān)鍵。大型葉片能夠捕獲更多的風(fēng)能，但同時(shí)也帶來(lái)了運(yùn)輸、安裝和維護(hù)的挑戰(zhàn)。為提高剛度和耐疲勞性能，使用碳纖維替代玻璃纖維成為必然選擇。碳纖維作為一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度的材料，不僅提升了葉片的性能，還有助于解決這些挑戰(zhàn)。此外，碳纖維的使用已被證明可以延長(zhǎng)葉片壽命、降低維護(hù)成本，對(duì)環(huán)境影響減少。
由于碳纖維的價(jià)格通常為玻璃纖維的8～15倍，兼顧成本因素，部分風(fēng)電葉片生產(chǎn)企業(yè)的長(zhǎng)度80～120ｍ的風(fēng)電葉片采用了碳纖維／玻璃纖維（碳玻）混雜結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度120ｍ以上風(fēng)電葉片則采用純碳纖維復(fù)合材料。隨著碳纖維生產(chǎn)工藝的持續(xù)改進(jìn)和成本降低，其在風(fēng)電葉片中的滲透率正不斷提升。
二、市場(chǎng)規(guī)模將繼續(xù)擴(kuò)大
隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨蟛粩嘣鲩L(zhǎng)，風(fēng)電作為一種清潔、可再生的能源，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。根據(jù)Astute Analytica公司的報(bào)告，2023年全球總裝機(jī)容量超過(guò)1 TW。這種快速擴(kuò)張凸顯了該行業(yè)在推進(jìn)可再生能源解決方案以應(yīng)對(duì)氣候變化方面的關(guān)鍵作用，其高速增長(zhǎng)背后的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)因素是風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)中更高效、更耐用材料需求的不斷增加，尤其是用于轉(zhuǎn)子葉片的碳纖維。
全球風(fēng)能產(chǎn)能僅在2023年就增加了73吉瓦。2023年約70%的新海上風(fēng)電裝置（總計(jì)20吉瓦）使用了碳纖維葉片，因?yàn)樗鼈冊(cè)鰪?qiáng)了對(duì)惡劣海洋環(huán)境的抵抗力。此外，碳纖維的使用已被證明可以將葉片的壽命延長(zhǎng)30%，將維護(hù)成本降低25%。
碳纖維較高的初始成本被其長(zhǎng)壽命和減少維護(hù)所抵消。此外，由于更換和維修次數(shù)減少，這些葉片的生命周期成本降低了15%。就能源輸出而言，具有這種長(zhǎng)度范圍的碳纖維葉片的渦輪機(jī)發(fā)電量最多可增加25%，從而加快投資回報(bào)。市場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，在過(guò)去五年中，碳纖維在這一領(lǐng)域的采用率每年增長(zhǎng)30%。
Astute Analytica公司認(rèn)為，隨著風(fēng)能行業(yè)致力于實(shí)現(xiàn)全球可再生能源目標(biāo)，碳纖維翼梁帽的采用率將會(huì)進(jìn)一步增加。據(jù)估計(jì)，到2028年70%的新風(fēng)力渦輪機(jī)葉片將采用碳纖維翼梁帽，而2023年這一比例為45%。這一轉(zhuǎn)變預(yù)計(jì)將推動(dòng)渦輪機(jī)整體效率提高22%。隨著碳纖維技術(shù)的進(jìn)步，材料強(qiáng)度將會(huì)提高10%，對(duì)環(huán)境影響將減少5%，翼梁帽領(lǐng)域有望主導(dǎo)并徹底改變風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)，確保可再生能源的可持續(xù)高效未來(lái)。
隨著碳纖維制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，碳纖維的性能和質(zhì)量將不斷提高，成本將不斷降低。同時(shí)，也將推動(dòng)碳纖維在風(fēng)機(jī)葉片中的應(yīng)用更加廣泛和深入。而碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的滲透率提升也對(duì)風(fēng)電行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響：推動(dòng)了風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，加速了風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展；提高了風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)電效率和可靠性，增強(qiáng)了風(fēng)電項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)力；有助于減少環(huán)境污染和碳排放，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。
三、碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈與市場(chǎng)
風(fēng)力渦輪機(jī)葉片用碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包括原材料供應(yīng)、制造加工、葉片生產(chǎn)到最后的風(fēng)力渦輪機(jī)組裝和發(fā)電。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)碳纖維葉片的市場(chǎng)規(guī)模將繼續(xù)增長(zhǎng)。歐洲、亞洲和北美地區(qū)是主要的碳纖維葉片制造商聚集地，其中中國(guó)和印度市場(chǎng)規(guī)模顯著。
丹麥、德國(guó)和西班牙是歐洲地區(qū)的主要風(fēng)機(jī)葉片碳纖維廠商。丹麥的 Vestas、LM Wind Power 等公司是全球知名的風(fēng)機(jī)葉片制造商，德國(guó)的 Enercon、Siemens Gamesa 等公司在風(fēng)機(jī)葉片領(lǐng)域也有較強(qiáng)的實(shí)力，西班牙的 Acciona、Siemens Gamesa 等公司是歐洲地區(qū)的重要風(fēng)機(jī)葉片制造商。
中國(guó)和印度是亞洲地區(qū)的主要風(fēng)機(jī)葉片碳纖維廠商。中國(guó)的恒神股份、金風(fēng)科技、中材科技、中航惠騰等公司是全球知名的風(fēng)機(jī)葉片制造商。
例如，江蘇恒神股份獨(dú)家提供碳纖維織物，用于制造由廣東明陽(yáng)集團(tuán)開(kāi)發(fā)的MySE292超大型海上風(fēng)電葉片。MySE292葉片長(zhǎng)143米，葉輪直徑達(dá)292米，超越了明陽(yáng)集團(tuán)于2023年1月宣布的18兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)型號(hào)。該葉片已于今年2月在海南東方智能制造基地成功下線，是迄今為止全球葉輪直徑最大的風(fēng)電機(jī)組。至今，公司已向包括遠(yuǎn)景能源、上海電氣和明陽(yáng)智慧等國(guó)內(nèi)外知名風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商批量供應(yīng)碳纖維拉擠板和經(jīng)編織物等產(chǎn)品。
印度的 Suzlon、Vestas 等公司在風(fēng)機(jī)葉片領(lǐng)域也有較大的市場(chǎng)份額。北美地區(qū)，美國(guó)的 GE Renewable Energy、TPI Composites 等公司是全球知名的風(fēng)機(jī)葉片制造商，在風(fēng)機(jī)葉片領(lǐng)域有較強(qiáng)的實(shí)力。在拉丁美洲地區(qū)，巴西的 WEG、Tecsis 等公司在風(fēng)機(jī)葉片領(lǐng)域有一定的市場(chǎng)份額。
四、結(jié)語(yǔ)
風(fēng)機(jī)葉片碳纖維的采用率預(yù)計(jì)將顯著增長(zhǎng)，這不僅得益于其在提高風(fēng)電效率和降低維護(hù)成本方面的優(yōu)勢(shì)，也因?yàn)槿驅(qū)稍偕茉吹钠惹行枨蠛驼叩挠辛χС?。盡管碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，但也面臨生產(chǎn)和回收過(guò)程中的能源消耗和環(huán)境影響問(wèn)題，以及較高的制造和維護(hù)成本。未來(lái)，隨著大絲束碳纖維產(chǎn)能的釋放和自動(dòng)化制備技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計(jì)將形成不同功率風(fēng)電葉片應(yīng)用上的分賽道競(jìng)賽局面，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長(zhǎng)。 （來(lái)源：榮格）
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