风电叶片为风机的关键构件，主梁为叶片的核心。叶片的尺寸、形状决定了能量转化效率，也直接决定了机组功率和性能，所以叶片在设计中处于核心地位。同时叶 片在风电整体成本体系中占比最高，可达 20%-30%。叶片是由复合材料制成的薄壳 结构，主要分为三部分：根部圆柱段、中部气动翼型段、尖部段，根部圆筒段结构 简单，主要是纯玻璃钢，中部气动翼型段内部结构复杂，尖部段外形为气动翼型， 一般仅为玻璃钢薄壳。
风电叶片主梁起到关键的支撑作用，其由增强材料构成。除了主梁部分，腹板等重 要部件一般采用夹芯结构将叶片所受的剪切力从表层向内部传递，以提高叶片的承 载能力。基体树脂则是整个叶片的材料“包裹体”，包裹了纤维材料和芯材。目前， 国内叶片总成本的 80%源于原材料，其中增强纤维与基体树脂占比超过 60%，粘接 胶与芯材占比各超过 10%。 构成叶片主梁的增强材料主要有碳纤维增强复合材料(CFRP)和玻璃纤维增强复 合材料(GFRP)。
风电叶片传统以玻璃纤维增强复合材料为主材制造，但玻璃纤维 材料密度大于碳纤维，同时力学性能尤其是模量远低于碳纤维复合材料。为了避免 大尺寸风电叶片在受力变形后与支撑柱产生碰撞，就需要采用质量轻、强度高、模 量高的碳纤维增强复合材料来制造叶片。
国内风电大叶片技术格局变化
从2008年我国第一片38米长的兆瓦级风电叶片下线，到2022年12月全球最长叶轮直径260米海上抗台叶片下线，不足15年时间国内风电叶片长度增长近3倍之多。近年来，围绕风电叶片的技术创新此起彼伏，在大型化、材料、设计生产等领域屡获突破，技术的跨越使叶片无论从长度还是性能都获得了前所未有的提升。
在这个过程中，国内风电叶片产业的技术格局也悄然变化。在产业降本增效压力，以及高质量发展需求下，由风电整机企业主导的技术与材料创新，横向刷新着风电叶片的长度，纵向刷新着叶片成本与设计能力，成为引领国内风电叶片技术变革的中坚力量，加快风电产业的创新速度。
在国内大兆瓦机组的持续迭代下，为了捕获更多的风能，大叶片需求陡增。另一方面，大功率风机是风电降本的主要手段，作为风机三大关键部件之一，大叶片自然也成为配合整机技术进步、推动风电成本下降的必要技术创新手段。
可以说，步入平价后的2021-2022年是我国叶片技术迭代最具代表性的阶段。在这两年的时间内，我国海上风电风电叶片不但快速进入百米时代，更是问鼎全球叶片最长记录。
2023年国内风电叶片装机未来展望
国家能源局统计数据显示，2022年1~11月，国内风电新增发电装机容量22.52GW，同比下降8.83%;其中，11月份新增装机1.38GW，同比降幅达到75%。新增装机量不及预期，风机招标火热依旧。
2023年，将是中国风电不同寻常的一年，“首先是风电造价将会迎来历史第一个低点，其次是风电装机规模将会迎来历史第一个最高峰，或达到80GW。”
2022年高招标量为2023年风电装机快速增长打下坚实基础，风电即将开启新的高增长周期。预计2023年风电新增装机规模有望达到80GW以上，同比增长57%。
我国海上风电装机容量持续增长，截至2022年累计装机容量预计达3250万千瓦，持续保持海上风电装机容量全球第一。我国海上风电加速向深远海发展。
我国海上风能资源非常丰富，我国拥有1.8万公里的海岸线，近海水深5—50米范围内，风能资源技术开发量为5亿千瓦，而我国深远海风能可开发量则是近海的三到四倍以上。深远海风电机主要以漂浮式为主，不仅可以就地消纳，还可以为远海设施供电。我国浮式风电起步较晚，目前，我国浮式风电装机容量排名全球第四，预计到2026年，累计装机容量有望突破50万千瓦。
根据世界海上风电论坛发布的最新报告，2022年上半年，全球海上风电装机容量新增6.8吉瓦，其中，中国占5.1吉瓦。“十四五”期间，我国规划了五大千万千瓦海上基地，各地出台的海上风电发展规划规模已达8000万千瓦，这将推动海上风电实现更高速发展，到2030年累计装机将超过2亿千瓦。
根据中研普华研究院《2022-2027年中国碳纤维风电叶片行业市场深度分析及投资战略研究报告》显示：
当前，国内陆上风电叶片以玻纤为主，十几年的发展已经使国内叶片供应链实现了树脂、玻纤的全部国产化，平价前夕疯狂涨价的巴沙木当前也已回落至稳定水平。但国内高性能碳纤维材料仍然严重依赖进口，而在海上超长叶片领域，碳纤维已经成为叶片技术迭代的必选材料。
碳纤维的相对密度约比玻纤小30%，抗压强度却高出40%。研究表明，相同叶片长度下, 引入碳纤维的叶片重量比玻纤可降低约15%的重量。且碳纤维韧性更大，采用碳纤维的叶片弯曲刚度提升，可有效改善叶片的空气动力学性能，降低叶片对传动系统和塔筒的负载，从而进一步提升捕风能力和运行稳定水平。
生产中，碳纤维一般应用于叶片主梁，主梁占比叶片总重量1/3左右。中国建材集团董事长周育先曾在一档节目中表示，实现主梁等关键部分的碳纤维替代可以降低叶片重量20%左右，这对风电系统成本下降、性能稳定将是巨大的贡献。
但对于风电叶片而言，碳纤维140-150元/公斤的价格明显还过于昂贵。昂贵的原因，一方面是国内高性能碳纤维材料严重依赖进口，另一方面是国内尚未形成足以支撑我国制造业升级转型的产能规模。
2021年国内风电行业使用碳纤维约3万吨，虽然只是部分叶片用到了碳纤维，但这个使用量已经占全球的30%。在海上风电的发展推动下，预测到2025年，行业对碳纤维的需求将达9万吨，到2030年可能要增长到20万吨。可以说，碳纤维应用必将成为推动风电叶片产业升级的下一个重要突破口。
碳纤维具有诸多优秀性能，除2020年受疫情影响增速放缓，全球碳纤维需求一直稳步上升。以2021年为例，国内36%的碳纤维材料应用于风力发电中的风电叶片(36%)，其次应用于体育休闲(28%)、碳/碳复合材料(11%)、压力容器(5%)以及其他领域。其中，新能源领域的快速发展直接拉动了碳纤维的需求。
根据业内预计，到2025年，国内风电用碳纤维这一细分市场的需求总量将达到5.2万吨，2021-2025年的年复合增长率达84.3%，远期理论空间有望达13.1万吨;此外还有光伏发电领域，碳碳复材的碳纤维需求量将达到1.3万吨，2021-2025年的年复合增长率达38.4%;同时，氢能、航空航天、国产大飞机、新能源车等行业的碳纤维需求也在高速增长中。
未来随着技术发展，高性能玻纤提质降本，叶片的生产成本进一步降低，将助力风 电行业更多参与到平价时代。在风电叶片大型化趋势下，碳纤维物理性能优势凸显， 但是短期来看，碳纤维仍难以完全替代玻纤。在风电叶片的发展过程中，为了达到 更高的发电效率，满足叶片更大更强更轻的诉求，叶片的制作工艺和材料也随着技 术和科技的发展不断进步。
总体来看，受益于下游应用领域的多维发展与渗透率的提升，风电、光伏、氢能、航空航天等领域都将合力推升碳纤维的需求扩张，从中长期维度来看，碳纤维供需缺口预计将持续存在。
