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风电行业增长,叶片大型化带动碳纤维渗透率提升

日期:2023-03-09    来源:复材网

国际风力发电网

2023
03/09
09:50
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关键词: 陆上风电 风电行业 海上风电

海上风电开发化驱动碳纤维迅速放量

风电行业增长,以及叶片大型化带动碳纤维渗透率提升,驱动碳纤维在风电领域快速增长。一方面,随着陆上风电平价上网时代的开启,陆上风电装机有望稳健增长,2021年全球陆上风电新增装机为72.5GW,根据GWEC预测,到 2025年全球陆上风电装机有望达到88.3GW。

2021年全球海上风电装机为21.1GW,得益于政策驱动和降本因素,海上风电有望快速增长,根据GWEC预测,到 2025年全球海上风电装机有望达到23.9GW。另一方面,随着叶片大型化,从材料性能以及风电综合成本方面考虑,碳纤维渗透率有望不断提升。

风机大型化带动叶片大型化。为了提高风电发电效率,风机逐渐大型化。一方面,大风机可以提高风轮直径,增大扫风面积,提高效率;另一方面,风电机组重量的提升幅度小于机组功率的提升幅度,因此随着风电机组功率提升,单位 MW 下原材料用量更少,以达到降本效果。

根据CWEA数据 , 2020年全国新增陆上/海上风电机组平均功率为2.6/4.9MW,较2019年2.4/4.2MW继续提升。为匹配风电机组的大型化,风电叶片也呈现大型化的趋势。

一方面,随着叶片长度的增加,会使风轮在摆动方向受到较大载荷,导致扭转变形。叶片大型化中,重量也会增加,会增加主梁帽层间失效的风险,若重量的增加大于刚度增加,叶片还易发生共振,破坏结构。

因此随着叶片大型化,对材料性能的要求也会不断提高。而碳纤维质量更轻、强度/模量更高,是风电叶片首选材料,根据《复合材料风电叶片技术的现状与发展》,一个旋转直径为120m的风机叶片,梁结构采用碳纤维与采用全玻纤相比,质量可减轻40%左右。

另一方面,风电叶片减重后,风机可对低风速的风资源得以利用,从而提高风电发电小时数,带来发电效率的提升以及综合成本的下降,也大大减弱了碳纤维价格较高对综合成本带来的影响。

因此从材料性能以及风电综合成本方面考虑,随着风电叶片的长度增加,碳纤维的使用需求将更为迫切,碳纤维渗透率有望逐步提升。

此外,根据赛奥碳纤维数据,2021 年全球风电碳纤维需求约 3.3 万吨,由于维斯塔斯在2002年7月19日分别在中国/丹麦等国家申请了以碳纤维为主要材料的风力涡轮叶片的相关专利。后续随着维斯塔斯专利到期,风电用碳纤维有望加快推广,碳纤维渗透率有望加快提升。

通常海上风机功率高于陆上风机,相较陆上风电,海上风电叶片更长/更重;此外,海上风电面临的环境更为恶劣,对材料性能要求更高,因此海上风电的碳纤维渗透率或远高于陆上风电。

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