【风电行业专题分析】叶片面临产品升级，碳纤维替代进行时

风机大型化带来的是叶轮直径的大型化，根据 CWEA 数据，风机平均的叶轮直径已经 从 2008 年的 65m 增长到 2020 年的 136 米，CAGR 为 6.34%。据不完全统计，目前几个 头部主机厂商 4MW 的主机机型叶片长度在 140-190 区间，6MW 的叶片长度在 160-190 米。从近期招标数据来看，4MW 以上机型已经成为了主流，未来三到五年主力机型将 会是 4-6MW，叶片的需求结构也将发生变化。160 米以上的产能将会有较大需求，140 米以下的产能占比将会逐渐降低，100 米以下的产能将会面临出清淘汰。 2、玻纤材料瓶颈凸显，碳纤维叶片迎来机遇 碳纤维材料在叶片的大型化、轻量化进程中有明显的优势。叶片质量的增加约和叶片 长度的 2.6 次方成正比，而风机产生的电能和叶片长度的平方成正比，所以当叶片长度 增加时，重量的提升速度要快于能量获取的提升；叶片长度的增加，也对增强材料的 强度和刚度等性能提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐显现出 性能方面的不足。为了保证在极端风载下叶尖不碰塔架，叶片必须具有足够的刚度。在叶片产品升级过程中，既要减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，碳纤维的 替代作用愈发凸显。

2.1、增强材料在叶片中的应用

风电叶片共有六个部分组成，分别是主梁，腹板，外壳，避雷系统，人孔盖，挡雨环。增强材料主要应用在主梁、腹板和外壳三部分。主梁是叶片主要的承载结构，对强度 和刚度有较高的要求，一般由单向复合材料层增强。主流的复合增强材料为玻璃纤维 或碳纤维增强环氧树脂；腹板又叫内部梁，用于支撑叶片的外壳，并承担叶片所收到 的弯曲载荷，由玻璃纤维、环氧树脂和芯材的夹芯复合结构构成；外壳是两个半壳用 结构胶拼接起来的，为叶片提供空气动力学外形，主要结构是芯材外包裹玻璃纤维增 强环氧树脂。

从材料组成上看，叶片的基体材料主要为环氧树脂材料，约占叶片成本的 36%，增强 纤维包括玻璃纤维和碳纤维两种，约占 28%。芯材分为泡沫芯材和巴沙轻木芯材，占 叶片总成本的 12%。结构胶主要用于粘接两个叶片半壳，占成本的 11%。其余涂层， 金属，辅助材料占比较少，共计 13%左右。