核心观点:
1. “玻改碳”的叶片长度节点为95米:70米左右(小MW)叶片使用纯玻纤主梁即可;80-90米(5-8.5MW)叶片使用玻纤拉挤板;95米以上(10MW以上)才必须使用碳纤。玻纤10元/kg,而碳纤13-16美元/kg,碳纤高昂的价格严重限制了其渗透率。
2. 碳纤短期内难以降价,不符合风电平价的大趋势:从技术上看,碳纤生产仍存在惰性气体、无尘车间的应用等难点,做成主梁的浸润、探伤等环节难度也较大,使其难以降本。从产能上看,国产碳纤厂家认为风电领域市场空间远小于军工,不愿将产能倾斜到风电叶片上,因此定价偏高。未来随着碳纤维工艺逐渐成熟,风电大MW加速,碳纤主梁市场空间扩大,国内碳纤产能释放,碳纤维才会在风电行业放量。
叶片构成:主流叶片的构成大体分为主梁和壳体,其中主梁是主要的承力部件,碳纤维只会用在主梁部分,一支叶片有两个主梁。单叶片长度在70m左右的一支叶片中梁的重量大概是10吨左右,每支主梁重1.5吨左右,其中有接近1吨是玻纤,剩下500公斤是环氧树脂(按照玻纤10元/kg,环氧树脂30元/kg计算,一支主梁的价格是2.5万左右,一支叶片有两支主梁就是5万元)。由于碳纤的单位密度比玻纤低,所以替换1吨玻纤只需要三四百公斤碳纤。
材料演变:国内70m左右的叶片几乎没有使用碳纤的。玻纤拉挤板是80-90m长度(5.0-8.5MW)叶片的主流主梁。
虽然碳纤是最终的发展趋势,但从玻纤过渡到碳纤的过程中,还有一个中间过渡版本,是拉挤梁,是目前国内叶片主梁的主流发展方向。传统的风机叶片是玻纤的编织商编织好玻纤后交给主机厂灌注环氧树脂,现在主流的拉挤板是玻纤编织商把玻璃丝和环氧树脂一起在厂内加工成卷片长度的拉挤板,即把主梁的一部分成型工艺交给原材料厂做,这样做的产品性能比传统产品好很多,但是重量和成本相差无几。
碳纤价格高昂的原因:
(1)技术难点:碳纤的价格一般是13-16美元/kg,如果大批量采购,可能会有小幅度的降价,但不会降很多,毕竟碳纤的技术难度很高。碳纤维要在1600℃的惰性气体(氮气)中才能成型,而在惰性气体中成型对于化工行业是非常难的一项技术。由于碳纤维的脆性比较大,也使得其成型工艺不够成熟,而且一旦成型之后出现分叉,就是废品。碳纤维的成型工艺要求很高,需要无尘车间。碳纤做主梁也需要浸润树脂,而浸润是一个过程,需要灌多久,树脂的温度是多少,抽取的真空比例是多少,这些都是技术难点。
(2)市场空间不够大,无法吸引厂家扩产:碳纤在其他行业的应用已经很成熟,比如航空航天和汽车领域,这些领域中碳纤维的流程体系、流程文件、采购标准等都已经非常成熟。但在国内的风电行业,碳纤还只是起步阶段。目前,不仅编织商没有碳纤布的扩产计划,碳纤的生产厂商也没有针对风电行业扩产。
碳纤主梁能否大批量应用,一方面要看碳纤原材料的技术是否有突破,二要看碳纤制成碳纤布之后,编织商是否能够实现行业准入,三要看主机厂的叶片技术是否达到批量供应要求。
评价碳纤厂家:前期,碳纤维的主要供应商有光威、东丽、台塑、三菱等国际公认的品牌,行业内的公司会根据第一家获得准入资格的供应商来要求其他供应商。吉林碳谷的生产规模比较大,供应链比较充足。中复和光威同属于第一梯队。
“碳玻混”方案:目前国内有两种碳玻混的混编方式,一种是主受力方向用碳纤,辅受力方向用玻纤;另一种方式是碳纤和玻纤交插使用,相当于整体材料中一半是碳纤,一半是玻纤。两种方式的目的都是为了在满足要求的前提下降本。碳玻混的第一种应用是用于拉挤板中的导流织物,另一种应用是用于70-85m的梁。碳玻混并不是主流,市场空间并不大。