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風電：供給變革驅動行業(yè)內部迭代
風力發(fā)電搶裝落潮，碳中和驅動風電平穩(wěn)發(fā)展
我國風電行業(yè)整體可分為成長期與波動期。第一個階段是2010年及以前年份，在政策的帶動下，國內風電行業(yè)從起步探索到快速增長，尤其是2006年之后增速提升，歸因于我國從2006年開始大幅加快風電規(guī)?；ㄔO，新增裝機也邁入GW時代，根據GWEC的數(shù)據，此階段我國累計裝機量從2006年的253.7萬Kw增長至2010年4473.4萬Kw。第二個階段是波動期，風電發(fā)展進入調整，在行業(yè)快速增長的情況下，出現(xiàn)了供應、需求不相匹配的矛盾情況。2015-2016年，我國棄風率在15%以上，監(jiān)管趨緊，行業(yè)出現(xiàn)波動。2018年以來，風電棄電逐漸降低，我國風電發(fā)展在波動后繼續(xù)上揚。
風電補貼對新增裝機形成重要影響，行業(yè)內出現(xiàn)兩次搶裝潮。2014年12月31日，發(fā)改委發(fā)布《關于適當調整陸上風電標桿上網電價的通知（發(fā)改價格[2014]3008號）》，開啟風電標桿電價的退坡機制。政策適用于2015年1月1日以后核準的陸上風電項目以及2015年1月1日前核準但于2016年1月1日以后投運的陸上風電項目。為了避免上網電價下調，開發(fā)商將2015年1月1日以前核準的陸上風電項目在2015年底實現(xiàn)并網，導致2015年搶裝潮出現(xiàn)。第二次搶裝潮出現(xiàn)在2020年。2019年5月21日，發(fā)改委發(fā)布新政策，明確提出2018年核準的陸上風電項目，2020年底仍未完成并網的，國家不再補貼。在此背景下，存量項目快速推進，2020年新增裝機量出現(xiàn)歷史新高，2020年12月底單月裝機4705萬千瓦，2020年總裝機量達到7167萬千瓦。
風電搶裝退潮，政策因素趨弱，碳中和趨勢成為啟明星。“雙碳戰(zhàn)略”下，我國2025年非化石能源占一次能源消費比重將達到20%左右。根據《國家能源局關于2021年風電、光伏發(fā)電開發(fā)建設有關事項的通知》，我國將建立保障性并網、市場化并網等并網多元保障機制，2021年非水可再生能源保障性并網規(guī)模不低于9000萬千瓦，對于保障性并網范圍以外的風電、光伏項目，可通過自建、合建共享或購買服務等市場化方式落實并網條件后，由電網企業(yè)予以并網。碳中和大背景下，風電加快發(fā)展趨勢較為明確。
國內海上風電在政策支持下快速發(fā)展，產業(yè)鏈逐步成熟。據GWEC數(shù)據，中國在2020年實現(xiàn)了3 GW以上的海上風電新增并網，連續(xù)第三年成為全球最大的海上風電市場。2020年全球新增海上風電中國占比最高，達到50.4%，全球海上風電總裝機量為35.3GW，中國占比為28.3%。
預計2021年風電新增裝機量為35-40GW。《風能北京宣言》發(fā)布，提出在“十四五”規(guī)劃中，為風電設定與碳中和國家戰(zhàn)略相適應的發(fā)展空間，保證年均新增裝機50GW以上；2025年后，中國風電年均新增裝機容量應不低于60GW。國家能源局數(shù)據顯示，2021年1-8月國內新增風電裝機14.63GW，加之2021年風電搶裝潮，預計2021年風電裝機量約為35-40GW。
風機大型化推動風電供給端變革，葉片迭代加速
風機大型化標志著風電機組功率提升。由于高塔筒意味著能夠捕獲更高高度處的風速，長葉片意味著風輪的受風面積更大，能夠捕獲更多的能量，風輪直徑擴大，風機可捕捉更多的風能，從而提高發(fā)電量，有助于風電在風速較低的地方打開市場。風機大型化趨勢下，單機功率逐漸提升。CWEA統(tǒng)計我國新增裝機各類機型容量占比，2-2.5MW功率風機市場份額逐步擴大，
海上風電葉片相較于陸上風電更大。海上風電運輸、安裝與維護等成本較陸上風電高，需要采用相對更大的葉片以降低單位容量的發(fā)電成本，海上風電采用相對陸上風電單機容量更大的機組，例如，明陽批量交付的海上風機單機容量超過5.5MW、葉輪直徑超過155米。
風電零部件中，葉片的技術迭代速度最快。大型化風機需求更長的葉片、強度更高的傳動裝置、功率更高的發(fā)電裝置。核心零部件迭代需要跟進，其中葉片的技術迭代速度最快。
2.0MW機型最早使用的是93米葉片，到2017、2018年已經使用121米葉片，2019年則一般會配置140米以上直徑葉輪的葉片。
葉片技術迭代，高性能材料需求提升
風電葉片經歷發(fā)展，目前完全使用復合材料。風電葉片材料早期使用木材、布蒙皮、鐵蒙皮、鋁合金蒙皮，隨著風電葉片長度增長，需要使用更高強度的材料，復合材料能夠滿足葉片大型化的輕量化、高模量、高強度的需求，風電葉片是世界上最大的復合材料部件之一。
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基體：進口依賴過重，國產化不足
核心基體：環(huán)氧樹脂體系是風電葉片生產的核心材料之一環(huán)氧樹脂是風電葉片生產過程中最為核心的原材料之一。環(huán)氧樹脂是指分子中含有兩個以上環(huán)氧基團的一類聚合物的總稱。它是環(huán)氧氯丙烷與雙酚A或多元醇的縮聚產物。
由于環(huán)氧基的化學活性，可用多種含有活潑氫的化合物使其開環(huán)，固化交聯(lián)生成網狀結構，因此它是一種熱固性樹脂。環(huán)氧樹脂優(yōu)良的物理機械和電絕緣性能、與各種材料的粘接性能以及其使用工藝的靈活性是其他熱固性塑料所不具備的，它能制成涂料、復合材料、澆鑄料、膠粘劑、模壓材料和注射成型材料。我國環(huán)氧樹脂主要應用于涂料和電子電氣領域，復合材料領域用量可觀。
樹脂傳遞模塑工藝是大型葉片一次性成型主要工藝。小型風電葉片往往采用手糊成型工藝，質量不穩(wěn)定。在風電葉片大型化的趨勢下，對葉片質量提出較高的要求，目前風電葉片中通過樹脂傳遞模塑成型工藝實現(xiàn)復合材料的成型，通過將樹脂注入到閉合模具中浸潤增強材料并固化，此工藝設備昂貴但是節(jié)約勞動成本、樹脂浸漬性能好、成型周期短。
環(huán)氧樹脂自身為熱固性的線形結構,加入固化劑交聯(lián)后才能表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。胺類化合物是環(huán)氧樹脂重要的固化劑。一般胺類(如乙二胺,二乙烯三胺,三乙烯四胺等)固化劑在常溫下具有揮發(fā)性大、刺激皮膚和呼吸道、毒性大、韌性低、強度低等缺點導致其使用范圍受到限制。而聚醚胺的出現(xiàn)克服了上述傳統(tǒng)環(huán)氧固化劑的缺點,將含有醚鍵的胺類化合物應用于環(huán)氧樹脂固化劑中,不但能提高固化物的柔韌性,還克服了簡單多胺固化劑毒性大的缺點。
聚醚胺是環(huán)氧樹脂體系的固化劑，改善環(huán)氧樹脂的耐酸堿性、耐水性和電性能。聚醚胺（PEA）是一類以聚醚為主鏈結構，末端以胺基為官能團的聚合物。聚醚胺主要應用于聚氨酯反應注射成型材料、聚脲噴涂、環(huán)氧樹脂固化劑以及汽油清凈劑等領域。聚醚胺采用離去基團法和催化胺化法生產，催化胺化法是工業(yè)主要方法。聚醚胺因其優(yōu)異性能廣泛應用于風力發(fā)電、紡織印染、鐵路防腐、橋梁船舶防水、石油及頁巖氣開采領域。
產業(yè)格局：環(huán)氧樹脂產能飽和，聚醚胺產能不足，二者進口依存度高
我國環(huán)氧樹脂產能產量基本保持穩(wěn)定，行業(yè)飽和度較高，2020年產量有所增長。根據卓創(chuàng)資訊的數(shù)據，2016-2020年我國環(huán)氧樹脂產能及產量基本保持穩(wěn)定，2020年產量相比2016-2019年有較大的提升。行業(yè)產能利用率在2020年也有較大的提升，達到61%。
風電葉片所用環(huán)氧樹脂供應商的主要供應商有歐林（OLIN）、瀚森（HEXION）、亨斯邁等，上緯、惠柏新材料等。從市場份額來看，瀚森化工和歐林占據著主導地位，我國主要有道生天合、上緯新材、惠柏新材料供應風電葉片所需的環(huán)氧樹脂，瀚森、歐林、亨斯邁總市場份額從2016年的39.76%下滑到2019年的35%，但是地位穩(wěn)定，主導供應格局。
我國高端環(huán)氧樹脂進口量需求大，進口替代勢在必行。我國環(huán)氧樹脂特種產品及固化劑開發(fā)不足，如電子級環(huán)氧樹脂、功能性粉末涂料、汽車底漆和風電葉片等對適用性及穩(wěn)定性較高的高性能環(huán)氧樹脂供不應求，依賴進口，制約高端下游產品的國產替代化進程。以艾郎科技為例，其2018-2020年的環(huán)氧樹脂供應商為瀚森化工、OLIN公司和道生天合（OLIN的國內樹脂代理商），進口依賴度較高。
聚醚胺固化劑中美國亨斯曼、德國巴斯夫公司市占率高，中國企業(yè)市占率逐漸提升。亨斯曼裝置在歐洲、美國、新加坡，產能約12萬噸/年。巴斯夫裝置主要集中在美國和帝國，中國地區(qū)有少量產能。我國聚醚胺生產企業(yè)包括無錫阿科力、揚州晨化、煙臺民生、山東正大、萬華化學。其中，山東正大聚醚胺產能為3.5萬噸，居國內首位；晨化股份生產聚醚以及聚醚胺，聚醚胺產品產能為1.8萬噸，在建產能為1.3萬噸；阿科力聚醚胺產能為2萬噸，2021年定增計劃開展1萬噸聚醚胺項目。
2020年風電行業(yè)需求旺盛，帶動聚醚胺以及原材料聚醚的價格提升。聚醚的產品價格與原料PO（環(huán)氧丙烷）直接相關。2020年在風電搶裝潮的帶動下，環(huán)氧丙烷價格從2020年初9500元/噸均價攀升至2020年9月份19000元/噸高點，實現(xiàn)翻倍的漲幅，國內“PO-聚醚-聚醚胺-風電”產業(yè)鏈中聚醚產品同時實現(xiàn)了量價齊升。
根據阿科力公司往年報表分析，聚醚胺價格在2019年達到低點后，2020年相較于2019年有近30%的提升?？紤]到原材料端的漲價趨勢，2021年聚醚胺價格仍保持高位。國際巨頭巴斯夫也宣布漲價，2021年4月1日起，巴斯夫宣布將在北美地區(qū)提高以Baxxodur?品牌銷售的聚醚胺的價格，以聚醚胺D230為例，調漲幅度為4300元/噸。
風電行業(yè)快速發(fā)展帶動結構膠需求增長。我們預計“十四五”期間，我國年均風電裝機量為55GW左右，CAGR為11.8%，保持高速增長態(tài)勢。根據康達新材招股書中的計算，以1.5MW機組為例，單個葉片結構膠用量為350kg，單機用量為1.05噸，推算得到結構膠用量為0.7噸/MW。2010年我國風電主力機型為1.5MW，2020年風機功率主要為2-4MW，風機葉輪直徑從約80米提升至150米以上，葉片長度實現(xiàn)了翻倍，將提升單只葉片結構膠的需求。假設結構膠單位用量不變，我們預計“十四五”期間，結構膠的年均市場需求為3.85萬噸。
國內結構膠競爭格局中，康達新材市占率第一。風電結構膠屬于結構膠的高端類型，需要通過德國勞氏船級社（GL）認證方可應用于風電葉片制造之中。風電結構膠的主要市場參與者為美國瀚森、陶氏化學與康達新材，目前康達新材國內市占率為約70%，成為當之無愧的行業(yè)龍頭。
結構膠原材料成本高，技術溢價提升價格。據康達新材年報，結構膠原材料成本占據80%以上。風電結構膠技術難度較大，毛利率較高，根據康達新材營收數(shù)據進行計算，2019年公司環(huán)氧膠毛利率為31.8%，2020年風電結構膠的平均售價為4萬元/噸，環(huán)氧樹脂均價為2萬元/噸，具備較好的盈利水平。
發(fā)展趨勢：風電環(huán)氧樹脂高速增長，高性能發(fā)展適配新體系
2021-2025年預計風電用環(huán)氧樹脂需求將保持高速的增長。風電葉片尺寸增大，其質量將出現(xiàn)三次方的同步變化，對于基體材料的用量需求將有保障。預計風電葉片專用環(huán)氧樹脂受益于風電裝機的高景氣度將實現(xiàn)穩(wěn)定的增長。我們以聚合科技招股書（申報稿）中披露數(shù)據計算得到2018-2020年我國風電環(huán)氧樹脂的需求量為13.9、19.1、35.5萬噸，2020年因風電裝機量的大幅增加，風電環(huán)氧樹脂需求出現(xiàn)明顯的增長。在風電大型化的趨勢下，碳纖維用量提升，在碳纖維高性能的支持下，預計單位裝機容量環(huán)氧樹脂將持續(xù)下降，但隨裝機量的高速增長，預計環(huán)氧樹脂需求也將呈現(xiàn)出高速的增長。
碳纖維復合材料發(fā)展，樹脂體系化適配。不同的碳纖維復合材料成型工藝存在較大差異，因此所選環(huán)氧樹脂體系與成型工藝的匹配性成為影響碳纖維復合材料性能和實現(xiàn)產業(yè)化的關鍵。在風電用碳纖維材料中，拉擠成型是主要的成型工藝。根據拉擠成型工藝的特點，所用環(huán)氧樹脂體系應具有較長的可使用期、黏度低、加熱反應速度快、浸漬效果好等特點，如酸酐環(huán)氧樹脂體系等。需要對環(huán)氧樹脂進行增韌，提升其玻璃化轉變溫度以改善耐高溫性能；對環(huán)氧樹脂填料進行研究，探索降低成本、縮短凝膠時間、提升耐溫性能同時保持力學性能的最佳體系。
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芯材：結構泡沫材料是未來芯材發(fā)展趨勢
芯材是風電葉片的主要材料。風電葉片中殼體、剪切腹板等重要部件一般采用夾芯結構，通過此結構將葉片所受的剪切力從表層向內部傳遞，提高葉片的載荷能力。
傳統(tǒng)芯材：巴沙木供應不穩(wěn)定，市場價格走高
輕木,又稱南美輕木、巴爾沙木,它是由緊密排列的細胞結構組成的,經過烘焙,殺菌處理,具有輕質高強等特點。其具備高強度、低密度、抗壓縮性能好、良好的面板粘接性能、操作簡單、良好的絕熱性能、高抗沖擊性及抗疲勞性、良好的阻燃性、優(yōu)良的耐水性能、操作溫度范圍寬、可再生的優(yōu)點。
巴沙木存在一定的生長周期，供應與風電葉片高速發(fā)展的需求不匹配。巴沙木主要產自于南美，由于2018年以前風電設備行業(yè)不景氣，種植者選擇轉投其他作物，加上巴沙木4-5年的生長周期，導致產量下降，供求關系推高進口價格，導致風電行業(yè)采購價格持續(xù)走高。隨著葉片大型化發(fā)展，如果使用巴沙木作為芯材，將進一步加劇供需不平衡。
輕木生長周期結束可能會使得價格下降，短期內輕木價格高企，風電葉片供應商應及時轉換生產模式。輕木生長周期結束可能會導致輕木價格回落，在此之前，風電葉片制造企業(yè)需要承受高昂的價格，加之原先生產技術按照輕木適配，短時間內技術迭代成本較高。風電葉片制造廠商應及時切換生產模式，采取合成材料作為芯材以減輕輕木供應緊張的局面。待輕木價格回落，風電葉片制造廠商對芯材的使用將會有更多的選擇。
新型芯材：結構泡沫塑料行業(yè)壁壘高，供應緊俏
三明治結構的夾芯復合材料是一種結合工字梁的結構設計特點，是材料和結構共同優(yōu)化的一種材料結構設計。玻璃鋼夾芯復合材料一般采用樹脂/纖維復合材料做面板層，輕質多孔材料作為芯材。這種結構受到彎曲載荷時，其整體剛性主要取決于面板層的性能和兩面板間的距離，距離越大其彎曲剛性越大，而芯材主要承受剪切作用，支持面板不失去穩(wěn)定性。結構泡沫材料目前市場上主要有PVC結構泡沫材料和PET結構泡沫材料。其中PVC結構泡沫材料由于行業(yè)應用比較成熟，是目前使用量最大的一種結構泡沫材料。
風電葉片泡沫芯材種類較多，主要分為熱塑性和熱固性泡沫材料。泡沫主要有聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-苯乙烯（SAN）、聚甲基丙烯酰胺（PMI）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等。PS和PET為熱塑性泡沫，PVC、SAN、PMI為熱固性泡沫。
聚氯乙烯（PVC）泡沫質量輕、強度高，是一種熱固性材料，硬質交聯(lián)PVC泡沫材料主要應用于風力發(fā)電葉片。交聯(lián)PVC泡沫是由PVC樹脂和熱固性的交聯(lián)網絡組成，具有互穿或者半互穿網絡結構的泡沫，強度高，阻燃隔熱性能好，水汽透過率低，但是制作工藝復雜，成本較高?！杜浞浇M成對交聯(lián)PVC結構泡沫泡孔結構額影響》（薛儉）中表示，硬質交聯(lián)PVC泡沫中80-85%應用于風電葉片，其他應用領域有軌道交通、船舶艦艇、航空航天以及建筑節(jié)能等行業(yè)。風電葉片大型化發(fā)展要求重量減輕，交聯(lián)PVC泡沫主要是閉孔結構，可以有效防止樹脂進入到泡沫內部增加葉片的重量。
PVC泡沫存在耐高溫性能較差的特點，成型工藝中存在燒焦可能。《風電葉片PVC芯材的耐溫性研究》（江一杭）介紹到，在風電葉片成型過程中，由于環(huán)氧樹脂必須經過高溫后固化，才能達到設計強度要求，一般會將模具溫度加熱到70℃以上。同時，環(huán)氧樹脂材料固化過程中還會釋放出熱量，導致產品溫度進一步上升(局部會達到100℃)。高溫后固化工藝對PVC泡沫的耐溫性提出了較高的要求。
聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一種熱塑性材料，強度高，質量輕，電絕緣性優(yōu)越。PET是乙二醇與對苯二甲酸的縮聚產物，用于生產纖維、各類容器、包裝材料之外，可以通過發(fā)泡技術生產PET發(fā)泡材料。PET泡沫塑料的發(fā)泡方式為超臨界二氧化碳擠出發(fā)泡法，通過將擠出機的螺桿旋轉和料筒加熱熔融，物料被不斷地混合剪切，在機頭處由高壓瞬間變?yōu)榈蛪憾沟萌苡谖锪系臍怏w膨脹發(fā)泡。
泡沫PET綜合性能優(yōu)于泡沫PVC，可以避免PVC泡沫耐高溫性能差的問題。《PET泡沫的性能評估及其在風機葉片上的應用探討》中采用100密度的PET泡沫與60密度的風電常用PVC泡沫塑料進行性能對比，PET泡沫的各項力學性能均達到風機葉片的設計要求，與PVC泡沫性能相當。除此之外，PET泡沫的耐高溫性能優(yōu)越，避免PVC泡沫葉片經常發(fā)生燒糊或鼓包的問題。
經封孔處理的PET泡沫平板的吸膠量低于PVC泡沫，在十幾噸的葉片中，假設葉片在腹板中應用PET泡沫2m3，僅有60kg的重量增量，是可以接受的重量變化。根據艾郎科技招股書披露，PET價格低于PVC價格，在PET替代PVC后可以降低葉片成本，為風電葉片企業(yè)提供更多的選擇，避免單一芯材的供應波動問題，利好行業(yè)更加穩(wěn)定的發(fā)展。
發(fā)展趨勢：新型PET芯材應用，芯材套件應用比例提升
PET泡沫芯材為熱塑性芯材，符合環(huán)保趨勢。熱塑性塑料材料還可以改進風機葉片的可持續(xù)性能。如今，如何對此類尺寸巨大、復雜程度較高的零配件進行回收再利用也是風電產業(yè)高度關注的問題之一。目前，多數(shù)廢舊葉片會被直接送到垃圾填埋場進行處理。采用熱塑性PET發(fā)泡材料制造的風機葉片非常容易進行循環(huán)回收。PET發(fā)泡材料解決方案還具有供應穩(wěn)定、性價比高、材料特性一致等多種優(yōu)勢。發(fā)泡工藝改進，孔徑減小，吸膠量減小，進一步減少葉片重量。戴鉑在其Divinycell PY PET發(fā)泡芯材系列的生產工藝中，應用了SABIC這款極具突破性的改性料，而非標準成核劑產品。
LNP COLORCOMP改性料在將泡孔尺寸縮小至二分之一的同時，可以保持同等密度并降低泡孔尺寸分散度，從而實現(xiàn)成品部件的輕量化并改進應用效率，顯著縮減泡孔尺寸、確保均勻的泡孔尺寸分布，有助于在復合材料生產過程中減少發(fā)泡材料的樹脂攝取量，樹脂含量減少是實現(xiàn)風機葉片輕量化的重要因素。泡孔尺寸縮減的另一項潛在優(yōu)勢是無需進行用于閉合泡孔、減少樹脂攝取量的二次發(fā)泡或表面處理操作。此外，更小的泡孔尺寸和更窄的泡孔尺寸分布還有助于改進剪切強度和應變特性。此類性能改善無法通過傳統(tǒng)發(fā)泡技術或低密度發(fā)泡材料來實現(xiàn)。
芯材套件應用比例提升。芯材一般都是直接根據設計圖紙、板材原料來加工，這樣加工出來的芯材塊數(shù)多，再加上加工偏差、鋪放偏差，在鋪放時就出現(xiàn)拼接質量不高、修補量大的問題。通過預先將部分芯材進行模塊化設計，按一個整體進行預制形成模塊件，然后主模具鋪放時直接應用模塊件，可以減少修補、提高鋪放精度、提高效率和提升產品質量。隨著葉片尺寸的增加及工藝要求的提升，大尺寸葉片更多的使用芯材套材。
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增強材料：碳纖維復合材料滲透率提升
玻璃纖維：玻纖增強材料性能優(yōu)異，應用廣泛
玻璃纖維是一種無機非金屬材料，具有質量輕、強度高、耐高低溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能。玻璃纖維以葉臘石、石英砂、石灰石等主要礦物原料和硼酸、純堿等化工原料進行生產，經過拉絲、絡紗、織布等工藝制備成纖維。
玻璃纖維增強材料是風電葉片最主要的增強材料。玻璃纖維在作為增強材料時，最突出的性能是抗拉強度大。玻璃纖維增強葉片的受力特點是在玻璃纖維方向能夠承受很高的拉應力，而其他方向承受的力相對較小。風電葉片由蒙皮和腹板組成，蒙皮采用夾芯結構，中間層是輕木、PVC泡沫芯材，上下面層為玻璃纖維復合材料。面層鋪設玻璃纖維，以承受離心力和氣動彎矩產生的軸向應力，兩種作用力的方向沿葉片指向轉軸，恰好是玻璃纖維的拉伸方向。腹板結構也采用夾芯結構。腹板與蒙皮結合的梁帽位置需要承受較大的應力，需要使用實心玻璃纖維增強結構。
我國是全球玻璃纖維最大的生產國，行業(yè)集中度較高。2020年中國玻璃纖維產量超過540萬噸，占據全球玻璃纖維產量的60%以上。我國玻璃纖維行業(yè)企業(yè)較為集中，中國巨石、泰山玻纖（中材科技子公司）、重慶國際合計占據玻纖行業(yè)產能的60%以上。
適用于風電葉片的玻璃纖維為E-玻纖系列。E-玻璃亦稱無堿玻璃，系一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應用最廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分，具有良好的電氣絕緣性及機械性能，廣泛用于生產電絕緣用玻璃纖維，也大量用于生產玻璃鋼用玻璃纖維。因為風電葉片較高，需要考慮到避免雷擊損壞葉片，風電需要采用主體為電絕緣材料制作。
碳纖維：碳纖維增強材料滿足葉片大型化要求
碳纖維是近年來研究比較熱門的新型纖維材料，具有耐高溫、耐腐蝕、超高強度、高模量和比重小等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、交通運輸、建筑等領域。根據碳纖維原料的來源可以分為：以瀝青為原料的瀝青基纖維、以黏膠為原料的黏膠基纖維和以聚丙烯腈為原料的聚丙烯腈基纖維。
聚丙烯腈基纖維是碳纖維中用途最廣、用量最大、性能最好的纖維種類。約90%以上的商用碳纖維都由聚丙烯腈（PAN）原絲纖維碳化得來。其制備工藝包括：聚合、紡絲、預氧化、碳化、表面處理、碳纖維形成、成品加工。瀝青基纖維的再利用可以將瀝青價值提高，尺寸穩(wěn)定性好，瀝青基碳纖維與氰酸酯樹脂復合材料熱膨脹系數(shù)小，可以用作人造衛(wèi)星材料和其他精密材料。黏膠基碳纖維由含纖維素的粘膠纖維組成，具備石墨化程度低，導熱系數(shù)小，是理想的隔熱材料，密度小，生物相容性好。
中國大陸碳纖維行業(yè)集中度較高，跨越低達產率歷史階段，趨近國際水平。中國大陸碳纖維及原絲產能集中度較高，主要集中在吉林碳谷、中復神鷹、恒神股份、光威復材四家制造商，其中吉林碳谷主要研發(fā)低成本大絲束碳纖維原絲，產能位居我國首位。
碳纖維復合材料是以碳纖維作為增強材料，與其他基體材料進行復合制成，風電葉片成為碳纖維復合材料最大的消費端。碳纖維復合材料在風電葉片中得以應用，2020年全球風電碳纖維需求為3.06萬噸，預計于2025年將達到9.34萬噸，復合增長率為25%，保持著快速的增長。2020年我國樹脂基碳纖維復合材料需求中風電葉片是最大的需求端，需求量為3.08萬噸，占比為40.9%。
發(fā)展趨勢：玻璃纖維景氣持續(xù)，碳纖維復合材料應用將提升
風電裝機量的提升將給上游原材料帶來較大的需求。風電裝機量在經過搶裝潮后預計將繼續(xù)保持高速的增長，帶動上游原材料中玻璃纖維和碳纖維復合材料的需求增長。
玻璃纖維有效新增產能有限，下游需求的快速增長將維持玻纖景氣度。玻璃纖維增強復合材料作為風電葉片的主體材料，其風電需求將持續(xù)放量。玻纖行業(yè)在18年出現(xiàn)產能新增高峰，21年和22年產能新增有限，多為龍頭企業(yè)擴產。2020年因風電搶裝導致玻纖需求明顯回升，伴隨疫情好轉經濟復蘇，下游汽車、電子、建筑等行業(yè)需求也逐步回彈，玻纖行業(yè)料將繼續(xù)出現(xiàn)新的景氣周期。
碳纖維復合材料應用占比將繼續(xù)得到提升，采用碳纖維復合材料可減輕葉片質量。大型風電葉片對材料性能提出更高的要求。碳纖維具有高模量、高強度等優(yōu)異性能，能夠給有效提高葉片剛度，降低重量，從而降低機組載荷，使得整機部件輕量化。碳纖維的密度比玻璃纖維小約30%、強度大40%，尤其是模量高3~8倍,因此大型葉片采用碳纖維增強可充分發(fā)揮其高彈、輕質的優(yōu)點。
《復合材料風電葉片技術的現(xiàn)狀與發(fā)展》中顯示，一個旋轉直徑為120m的風機葉片，梁結構采用碳纖維與采用全玻璃纖維相比，質量可減輕40%左右；碳纖維復合材料葉片剛度是玻璃纖維復合材料葉片的2倍。據分析,采用碳/?；祀s增強方案，葉片質量可減輕20%~30%，同樣是34m長的葉片，采用玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂時質量為5200kg，而采用碳纖維增強環(huán)氧樹脂時質量只有3800kg。使用碳纖維后，葉片質量的降低和剛度的增加改善了葉片的空氣動力學性能，從而減少了塔筒和輪軸的負載。
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涂層：風電設備直接保護材料
保護材料：風電設備環(huán)境嚴苛，涂料給予最直接保護
風電場氣候惡劣，不同環(huán)境腐蝕因素不同。我國東北、華北、西北地帶多風沙，晝夜溫差大，氣候相當惡劣。環(huán)境大氣中磨損應力（磨蝕），可能因為風挾帶的顆粒（例如砂礫）摩擦鋼結構，風電機組表面極易產生破壞，另外是冰雹、沙塵暴甚至飛鳥等較大物的撞擊破壞。
這在沙漠戈壁風電場塔架迎風面及底部、風電葉片表面、箱式落地變壓器迎風側面比較明顯。我國東北、華北、西北地帶多風沙，晝夜溫差大，氣候相當惡劣。環(huán)境大氣中磨損應力（磨蝕），可能因為風挾帶的顆粒（例如砂礫）摩擦鋼結構，風電機組表面極易產生破壞，另外是冰雹、沙塵暴甚至飛鳥等較大物的撞擊破壞。這在沙漠戈壁風電場塔架迎風面及底部、風電葉片表面、箱式落地變壓器迎風側面比較明顯。
風力發(fā)電設備受到腐蝕會影響風電機組的安全運行，風電設備至少使用20年，必須用涂層保護。葉片涂層主要用于保護葉片免于強光、風沙、腐蝕以及高低溫的影響。
葉片防護涂料的性能對葉片本身質量和壽命有重要的影響。不同于葉片是使用的復合材料，塔筒主要是鋼結構件，裸露的鋼結構件相對來說更容易發(fā)生腐蝕，鋼結構件如果受到破壞，整個風電設備將失去支撐倒塌。對于葉片來說，葉片前緣由于長期受到風力摩擦以及沙粒、鹽霧及雨水的沖擊，是風電葉片中最容易出現(xiàn)腐蝕的部位。
特別是葉片的葉尖前緣部分比較薄而且線速度大，該部位的腐蝕最為嚴重。風電葉片前緣出現(xiàn)腐蝕將影響風電葉片的氣動，增加運行阻力，降低發(fā)電量，因此對于風電葉片的防護是非常必要的。我國工業(yè)防腐涂料產量基本上維持穩(wěn)定增長。2010-2019年，中國防腐涂料供給整體呈現(xiàn)較快增長趨勢，僅2018年產量有所下滑。2018年，我國防腐涂料總產量452萬噸，占涂料總產量的25.7%；2019年，我國防腐涂料總產量535萬噸，同比增長18.4%，占涂料總產量的22.2%。
涂料應用：通用型涂料廣泛使用，氟碳涂料逐步推廣
風電葉片設備中使用最多的是聚氨酯涂料。樹脂是葉片用涂料的成膜基體，其性能將很大程度決定葉片涂料的性能。葉片用涂料的主要成膜樹脂包括：聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂以及一些功能性樹脂如氟樹脂和有機硅樹脂。其中，聚氨酯樹脂涂料是一種具有高彈性和耐用性的材料，受到沖擊時能起到吸收能量的作用，且聚氨酯涂料相比于其他樹脂基體涂料具有優(yōu)異的附著力、優(yōu)異的耐磨性、良好的耐高低溫性以及低固化溫度等優(yōu)點，且相同固含量下成本較低，是風電葉片中使用最多的樹脂材料。
對于葉片防護體系來說，通常使用聚氨酯體系，包括彈性聚氨酯修補膩子、聚氨酯底漆以及聚氨酯面漆組成。如PPG公司的HSP7401型聚氨酯底漆、AUE5000型聚氨酯面漆體系以及Selemix DTM系列底面合一聚氨酯體系等。
環(huán)氧富鋅底漆用于塔筒鋼結構防止電化學腐蝕。環(huán)氧富鋅底漆是以環(huán)氧樹脂、鋅粉為主要原料，增稠劑、填料、助劑、溶劑等組成的特種涂料產品，該漆具有自然干燥快，附著力強，防腐蝕能力強等特點。國標環(huán)氧富鋅底漆含鋅量是70%，更有非標環(huán)氧富鋅底漆含鋅量為30%、50%。
作重防腐涂層的配套底漆，有陰極保護作用，適用于儲罐、集裝箱、鋼結構、鋼管、海洋平臺、船舶、海港設施以及惡劣防腐蝕環(huán)境的底涂層等。環(huán)氧云鐵中間漆用于涂層力學性能提供。環(huán)氧云鐵中間漆是以環(huán)氧樹脂、鱗片狀云母氧化鐵、復合緩蝕劑、改性固化劑等組分的雙組份環(huán)氧漆，具有良好的力學性能，漆膜耐沖擊，涂層耐水耐鹽，抗?jié)B透屏蔽性能，在涂層體系中起到承上啟下的作用。富鋅涂層中大量鋅粒的存在使得涂層中存在較多的孔隙，單涂時不能有效阻擋電解質的滲透，再施涂環(huán)氧云鐵中間漆因云母氧化鐵使得水分子路徑增長，阻礙了電解質的滲透。
氟碳涂料（FEVE）提升風電機組的免維護周期。氟碳涂料的主體是含氟樹脂，氟碳涂料由于氟原子及螺旋結構，使得涂膜具有較小的表面張力，同時保護樹脂免受紫外線和化學品的侵蝕，在涂膜的固化過程中，氟原子發(fā)生遷移富集至涂膜表面，使得氟碳涂料具有優(yōu)異的耐候性和表面自潔性能。一般的聚氨酯配套涂層的保護壽命不超過8年，小于風電機組的20年使用壽命，期間需求3次以上的重涂和維修工作，維修成本高。氟碳涂料的保護年限可達20年，在風電機組的正常使用壽命期間，至多進行一次維修即可滿足使用要求。同時氟碳涂料的漆膜年損失量低，其設計膜厚低于聚氨酯配套體系，在涂裝過程中減少VOC排放，符合環(huán)保理念。
發(fā)展趨勢：高性能與環(huán)保并行，國內企業(yè)加速追趕
國外涂料公司話語權重，國內企業(yè)進行追趕。風電葉片用涂料供應企業(yè)基本上都是國外公司，例如德國美凱威奇、美國PPG、德國巴斯夫等。我國相關企業(yè)也對其進行探索，例如西北永新、湘江涂料、海隆涂料、麥加芯彩、渝三峽、飛鹿股份等。
水性涂料體系是所有涂料體系的發(fā)展方向，現(xiàn)階段水性涂料無法完全替代溶劑型涂料。隨著我國對于環(huán)保問題的日益重視，制定較為嚴格的VOC（氣相有機）管控措施及法律法規(guī)。2015年國家對涂料征收4%的涂料消費稅，但是對于施工狀態(tài)下VOC含量≤420g/L的涂料可以免征消費稅。水性風電葉片涂料以水為溶劑，VOC低。
不過，水性風電葉片涂料對施工環(huán)境的要求相對較高，水性風電葉片涂料中的溶劑為水，水的汽化溫度相對溶劑較高，會導致涂料施工后水不易蒸發(fā)，水的蒸發(fā)受濕度影響大，只能通過環(huán)境濕度調整。顯然，現(xiàn)階段水性風電葉片涂料無法完全取代溶劑型風電葉片涂料。而溶劑型風電葉片涂料的性能方面，特別是耐磨性、防腐蝕性比水性風電葉片涂料更優(yōu)。針對環(huán)保問題，溶劑型風電葉片涂料可在具有優(yōu)異性能的前提下，進一步轉換為高固體分涂料和無溶劑涂料，以便降低VOC而達到環(huán)保的要求。塔筒高性能涂料替代傳統(tǒng)方案，氟碳面漆的滲透有望加快。
塔筒底漆一般為環(huán)氧富鋅漆，采用電化學防腐方法進行鋼結構的防護。麥加芯彩塔筒防護涂料新方案中使用聚氨酯富鋅涂料替換環(huán)氧富鋅涂料，一般環(huán)氧富鋅需要80微米膜厚，而聚氨酯富鋅涂料只需要40微米就可以大大超過其防腐性能，聚氨酯漆成本較低，加之漆膜厚度大大降低，進一步降低塔筒防護成本。對于高性能環(huán)氧涂料來說，噴涂快干性能優(yōu)異，甚至可以水下施工，附著力優(yōu)異，固含量高，可以滿足單道厚涂要求，縮短施工周期。涂料成本在風電葉片中占比約4-5%。在設計涂層體系時，將風電設備外表面替換為氟碳涂料面漆，與原先底漆和中涂漆配套使用，可在較為合理的成本下延長涂層的有效使用壽命。
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投資分析
風電行業(yè)經歷搶裝退潮后，在雙碳戰(zhàn)略背景下仍借東風之勢維持高景氣度，風電葉片大型化趨勢推動核心材料供給端出現(xiàn)變革，葉片技術迭代提升對于材料性能需求。風電葉片制造關鍵材料進口依賴較高，部分企業(yè)在加速布局，國產化勢在必行。
針對風電材料中的基體、芯材、增強材料與涂層，我們進行了市場需求測算。2020年風電搶裝退潮之后，市場需求有明顯的降低，但是在“十四五”規(guī)劃與碳中和國家戰(zhàn)略的保障下，預計風電年均新增裝機在50GW以上，仍能保持高確定性的高增長趨勢，帶來上游材料端的需求迅速增長。在市場需求測算中，我們依據風電新增裝機量增長與單位裝機量各材料的消耗比例與滲透率進行測算，預計各材料都將保持高速的年均增長率，相關材料生產企業(yè)具備良好的增長基礎。目前我國風電設備中部分制造材料中進口依存仍然較高，部分企業(yè)加速布局，國產替代在路上。
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