一、风电叶片产业概述
1、成型工艺比较
风电叶片主要原材料包括树脂基体、增强材料以及粘接剂、芯材等，而增强材料主要有玻璃纤维和碳纤维两种。增强材料（如玻纤）嵌入热固性树脂基体（如环氧树脂）中形成纤维增强复合材料，基体材料提供韧性与耐久度，增强纤维材料则主要提供结构足够的刚度与强度。实现纤维增强复合材料嵌入过程的工艺包括湿法手糊成型(Hand Lay-up)、预浸料成型(Prepreg)、真空导入成型(RIM)，前两者因环境污染、成本较高不适用于大型叶片，目前主流工艺为真空灌注导入。
风电复合材料叶片成型工艺比较
资料来源：公开资料整理
2、基本结构
主流风电叶片结构包括主梁系统、上下蒙皮、叶根增强层等：主梁系统包括主梁与腹板，主梁负责主要承载，提供叶片刚度即抗弯和抗扭能力。腹板负责支撑截面结构，预制后粘接在主梁上；蒙皮形成叶片气动外形用于捕捉风能，通常在形成主梁结构后，上下蒙皮通过前、后缘与主梁结构粘接成为叶片；叶根增强层将主梁上载荷传递到主机处。目前叶片主体主要用玻纤材料，主梁部分采用碳纤维复合材料。
风电叶片基本结构
资料来源：公开资料整理
二、风电叶片产业链简析
1、产业链整体
作为风电产业链中关键组成，我国风电叶片整体产业相对简单，上游主要各原材料的生产，包括玻纤、碳纤维和新材等，中游主要为风电叶片生产企业，包括中材科技、时代新材、中复连众和艾郎科技等。下游主要应用风电电站。
风电叶片产业链简图
资料来源：华经产业研究院整理
2、上游端
叶片主要由复合材料组成，包括环氧树脂、玻纤、碳纤维等，目前80-90米长的叶片玻纤用量在25-40吨，在风机大型化轻量化背景下，玻纤和碳纤维占比有望继续增长。风电风机材料成本占比在95%以上，其中叶片占风机材料成本20%左右，而玻纤又占风电叶片材料成本28%。成本占比高，叶片厂家在选择复合材料时同样会重点考虑性价比。过去近10年缠绕直接纱2400tex价格中枢在4000-7000元/吨，而OC高端风电纱1200tex高模量直接纱（H玻纤）价格大约在10000-12000元/吨，价格位于钢材与铝合金之间，风电叶片大规模使用玻纤不会大幅提升成本。
中国风电叶片原材料成本结构占比分布情况
注：以国内某主流1.5MW机型叶片为例
资料来源：《复合材料结构设计对风电叶片成本的影响》，华经产业研究院整理
根据《数据，风电用大丝束碳纤维成本为12万元/吨（约1.8万美元/吨，其他可参考数据区间在1.4-1.8万美元/吨），制成织物成本则需18万元/吨，是玻纤织物价格的12倍。当前碳纤维主要用于叶片主梁，即替换原先主梁中的单轴向玻纤布（单轴向玻纤布占叶片成本14%），替换后可有效减重20%，但成本上升82%。
中国风电叶片用材料单价对比情况
资料来源：公开资料整理
3、下游端
风电叶片是风电机组的重要组成部分，约占风电总成本的24%左右，是最关键的零部件组成。根据数据，在风电装机容量方面，截至2021年我国风电装机容量为32848万千瓦，同比2020年增长16.68%，2016-2021年复合增长率为17.2%。预计随着终端电力需求持续增长，能源需求仍是未来关键，将带动风电叶片产业整体需求持续上升。
2016-2021年中国风电装机容量及增长率
资料来源：国家能源局，华经产业研究院整理
叶片是风机的核心零部件，是决定风能利用率的关键，以某企业双馈式风电机组为例，在风机成本中，叶片、齿轮箱、发电机是成本占比最高的三种零部件，分别为23.6%、12.7%和8.7%。就利润情况而言，零部件制造商的毛利率水平通常高于中游整机厂，零部件中的主轴、轴承、法兰、电缆、变流器毛利率较高，塔筒、叶片其次。
2020年中国某企业双馈式风电机组成本构成
资料来源：电气风电招股书，华经产业研究院整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2021-2026年中国风电叶片行业市场调研及投资战略规划报告》
三、风电叶片发展现状
1、需求情况
随着风电持续发展，我国风电叶片整体需求持续增长。根据数据显示，2019年我国风力发电叶片需求达到14589套，预计2020年将达到22977万套。目前国内政策推动海上发电建立，预计风电叶片整体需求有望进一步增长。
2015-2020年中国风力风电叶片总需求量及增长率
资料来源：公开资料整理
2、市场规模
风电叶片是风电机组将风能转化为机械能的关键核心部件之一，也是风机获取更高风电机组利用小时数和实现经济效益的基础。在风电抢装背景下，2020年，风电机组的产能和交付很大程度上将受到叶片制约。就我国风电叶片市场规模而言，随着2020年风电装机量大幅度增长，我国风电市场规模大幅度增长至521亿元左右。
2013-2020年中国风电叶片市场规模及增长率
资料来源：公开资料整理
3、市场结构
风电叶片大型化成为趋势。由于风电机组走向大型化，对叶片的材料、尺寸等要求也越来越高。风电机组单机功率的提升主要依靠叶片大型化，通过增加叶片直径扩大扫风面积，进而提升发电量。从叶片直径来看，2016年，45-55米以内的叶片是绝对主力叶型；到2018年，55-60米左右叶片占领了大部分市场，60-65米叶片也开始批量生产。预计2021年55米以上的风电叶片将成为市场主流，占据60%左右的份额。
2016-2021年风电叶片结构变动及预测
资料来源：公开资料整理
4、产能情况
目前中国风机叶片市场已经形成外资企业、民营企业、研究院所、上市公司等多元化的主体投资形式。外资企业主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等，国内企业以时代新材、中材科技等为代表。根据数据，目前中材科技和时代新材产能都达到10000MW。
2020年中国风电叶片主要企业产能一览
资料来源：公开资料整理
四、风电叶片竞争格局
终端的风电叶片已基本完成国产化。其中（2019年数据），中材科技占据30%份额，时代新材20%，中复连众15%，CR5在70%以上，并且依赖庞大的中国市场，国内厂商在全球的市场份额逐渐扩大，中材科技已进入全球前三之列。整体来看，叶片市场CR5超过60%，市场集中度高。
2013-2020年中国风电叶片竞争格局情况
资料来源：公开资料整理
2、主要企业分析
中材科技体量较大，盈利表现突出：作为国内市场龙头，2020年中材科技风电叶片出货量达到12.34GW，毛利率保持平稳增长，到2020年毛利率达到23.93%，较18年累计上涨10pct。2021销量和营收小幅度下降，但市占率有所回升。时代新材叶片营收从2019年的23.25亿元增长至2020年的68.33亿元，规模快速扩张。2017年天顺风能开始自主研发、生产和销售风电叶片，发展迅速，2019年叶片业务实现销售收入7.52亿元，同比增加近200%，由于天顺18~19年主要以模具销售为主，因此毛利率显著高于平均水平。
2016-2021年中材科技风电叶片销量营收情况
资料来源：公司公报，华经产业研究院整理
五、风电叶片发展趋势
1、拉挤法逐步成为主流。
风电叶片大梁所用碳纤维存在大克重预浸料、碳纤维织物真空导入、拉挤成型3种工艺，2015年之前全球碳纤维工艺以预浸料和真空灌注为主，价格高使风电叶片采用碳纤维比例偏低；近年来Vestas大丝束碳纤维（主流供应商为ZOLTEK）拉挤梁片成为主流。拉挤工艺先将碳纤维制成拉挤板材，叶片制作时在设定位置内把拉挤板材黏贴在蒙皮上制成大梁。其设计理念是把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效率、高质量、低成本的拉挤梁片标准件，然后把标准件一次组装整体成型。拉挤工艺碳纤维板材体积含量达69%，明显高于预浸料和真空灌注，纤维含量高使拉挤法碳纤维高强高模轻质效果更好，能应用于刚度要求非常高、主梁疲劳富余量非常大的叶片。
2、技术趋势
叶片技术变化主要体现在尺寸增加和轻量化、高强度材料的使用。风机大型化趋势显著，意味着需要更长的叶片，更大的受风面积，可以捕捉更多的风能，也有助于在低风速的地方打开市场。海上风机容量更大，所需要的叶片比陆上风电叶片更大，但尺寸更大的叶片就需要减重，这样也加大了重量更轻、强度更高的材料在风电叶片上的使用。在风机大型化轻量化背景下，玻纤和碳纤维占比有望继续增长。
华经产业研究院对中国风电叶片行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析，对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析，最大限度地降低企业投资风险与经营成本，提高企业竞争力；并运用多种数据分析技术，对行业发展趋势进行预测，以便企业能及时抢占市场先机；更多详细内容，请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国风电叶片行业发展监测及投资战略研究报告》。
