風(fēng)電葉片成本結(jié)構(gòu)分析

風(fēng)力發(fā)電行業(yè)主要由上游原材料生產(chǎn)、中游零部件制造和風(fēng)力機(jī)組制造、以及下游風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)構(gòu)成。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由葉輪、機(jī)艙、塔筒三部分構(gòu)成。由于風(fēng)電場(chǎng)招標(biāo)時(shí)塔筒一般單獨(dú)招標(biāo)，風(fēng)力機(jī)組此時(shí)即指葉輪和機(jī)艙兩部分。風(fēng)機(jī)的葉輪負(fù)責(zé)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，它由葉片、輪轂、整流罩組成，其中葉片將空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為葉片和主軸的機(jī)械能，繼而通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。葉片的尺寸、形狀直接決定了能量轉(zhuǎn)化效率，也直接決定了機(jī)組功率和性能，因此風(fēng)電葉片在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中處于核心地位。

風(fēng)電葉片的成本占風(fēng)力發(fā)電整個(gè)系統(tǒng)的總成本比重達(dá)到20%-30%。風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本可以分為設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)、建筑工程、其它費(fèi)用等，以某50MW風(fēng)電場(chǎng)為例，約70%的成本來自設(shè)備費(fèi)；設(shè)備費(fèi)中94%的成本來自發(fā)電設(shè)備；發(fā)電設(shè)備費(fèi)中的80%來自風(fēng)力機(jī)組成本，17%來自塔筒成本。如此計(jì)算則風(fēng)力機(jī)組費(fèi)用約占電站總投資的51%，塔筒費(fèi)用約占總投資的11%，二者的購(gòu)置費(fèi)是風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的主要成本。風(fēng)電葉片需具備尺寸大、外形復(fù)雜、精度要求高、質(zhì)量分布均勻、耐候性好等特點(diǎn)。目前，風(fēng)電葉片每年的市場(chǎng)規(guī)模約為150-200億元。

國(guó)內(nèi)目前葉片成本的80％來源于原材料，其中增強(qiáng)纖維、芯材、基體樹脂與粘接膠，合計(jì)占比超過總成本價(jià)格的85％，增強(qiáng)纖維與基體樹脂占超過60％，粘接膠與芯材各占比都超過10％?；w樹脂是整個(gè)葉片的材料“包裹體”，包裹了纖維材料和芯材，被包裹的材料用量實(shí)際決定了基體材料的用量，即纖維材料.

風(fēng)電葉片行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局分析

目前，全球風(fēng)電葉片行業(yè)具備1000套以上產(chǎn)能的大型企業(yè)有十幾家。由于受到運(yùn)輸半徑制約，產(chǎn)能分布會(huì)影響葉片市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局，地方性廠商受益于地域性優(yōu)勢(shì)瓜分了一些區(qū)域市場(chǎng)份額。數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)排名前五的風(fēng)電葉片企業(yè)市場(chǎng)份額已由2011年的10% 增加至2018年的50%。

風(fēng)電葉片行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

2021年，國(guó)家能源局要求風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)發(fā)電，產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)于降本增效的需求日益增強(qiáng)。因此，開發(fā)出具有放熱溫度低、低密度、快速建立脫模強(qiáng)度的灌注樹脂、輕質(zhì)高韌的膠粘劑，對(duì)于縮短葉片從灌注到合模的整體制程，進(jìn)而達(dá)到降本增效的作用至關(guān)重要。風(fēng)電葉片大型化發(fā)展的同時(shí)，兼顧整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的成本降低，葉片設(shè)計(jì)會(huì)朝著模塊化的趨勢(shì)發(fā)展，在未來產(chǎn)品開發(fā)儲(chǔ)備上必然要從降本增效來考量。

風(fēng)電葉片大型化、輕量化趨勢(shì)

隨著市場(chǎng)對(duì)風(fēng)電葉片的利用效率要求越來越高，風(fēng)電葉片向大型化發(fā)展成為了必然的趨勢(shì)。在相同長(zhǎng)度葉片下，使用玻璃纖維作為增強(qiáng)材料的葉片重量顯著大于使用碳纖維作為增強(qiáng)材料的葉片重量，從而影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能和轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)玻璃纖維制成的復(fù)合材料已經(jīng)逐漸暴露出了一定缺點(diǎn), 例如彈性模量和層間剪切強(qiáng)度比較低, 長(zhǎng)期耐溫性差容易老化, 特別是材料的質(zhì)量密度還比較大隨著發(fā)電機(jī)組向大型化發(fā)展風(fēng)機(jī)的葉片長(zhǎng)度不斷增加, 越來越重的葉片對(duì)發(fā)電機(jī)和塔座也提出了更苛刻的要求。

相同葉片長(zhǎng)度下, 采用碳纖維復(fù)合材料制作的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玻璃纖維復(fù)合材料制作的重量。葉片質(zhì)量的減小和剛度的增加, 可以有效改善葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能, 降低葉片對(duì)機(jī)塔和輪軸的負(fù)載，風(fēng)機(jī)的輸出功率更平滑更均衡、運(yùn)行效率更高，更有利于風(fēng)機(jī)的風(fēng)力收集。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)上，風(fēng)電葉片未來將會(huì)著重于產(chǎn)品容量逐漸提升，無(wú)論是陸上風(fēng)電與海上風(fēng)電均會(huì)向大型化發(fā)展?，F(xiàn)階段風(fēng)力發(fā)電機(jī)主流容量為2~4MW，未來小容量風(fēng)力機(jī)將逐步淡出市場(chǎng)，朝向大型化風(fēng)力機(jī)發(fā)展。風(fēng)力機(jī)大型化的優(yōu)點(diǎn)為對(duì)于風(fēng)場(chǎng)土地利用效率大幅增加，缺點(diǎn)為單位建置成本將小幅上升。