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（報告出品方/作者：華安證券，尹沿技，王強峰）

1、雙碳背景下風電行業持續高景氣，風電材料升級轉型加速

雙碳背景下可再生能源發展進入快車道。步入 21 世紀以來，隨著環境和全球變暖 問題日益嚴重，各國紛紛響應設立碳中和目標，促進產業減碳。2020 年 9 月，我國正式 承諾到 2030 年實現碳達峰，2060 年實現碳中和，也為我國能源結構轉型吹響號角。由 于資源稟賦原因，我國能源體系特點為高煤高碳。2021 年，煤炭、石油、天然氣占我國 能源消費比例分別為 56.0%、18.5%、8.9%，而全球來看這一比例為 26.9%、31.0%、 24.4%。

同時我國對化石燃料的對外依存度較高，2021 年我國原油、天然氣的對外依存 度分別為 72.0%、44.4%。從碳排放結構來看，中國碳排放主要來自于電力與熱力部門 （主要為發電環節），2021 年發電環節碳排放占比超過 50%。隨著經濟發展，電能消耗 仍將繼續增加，因而需要降低發電生命周期的碳排放量，即使用可再生能源對化石能源 進行替代，根據《“十四五”可再生能源發展規劃》，2025 年非化石能源消費占比達到 20% 左右，屆時可再生能源利用率相當于減少二氧化碳排放量約 26 億噸。

風電已成為最有前景的可再生能源之一。風力發電是一種清潔低碳、可永續利用的 發電形式，其分布范圍廣泛，安裝與拆卸靈活，對生態環境影響較小。根據斯坦福大學 的研究，風電全生命周期的平均度電碳排放低于光伏、電熱、水電、核電、氣電、煤電 等其他形式的發電技術。

經過幾十年的發展，風電已經發展成我國僅次于煤電和水電的 第三大發電來源。截至 2021 年年底，全國風電累計裝機容量 3.28 億千瓦（其中，陸上 風電約 3.01 億千瓦，海上風電約 0.28 千瓦），占我國全部發電裝機的 13.82%，占全球 風電總裝機規模的 39.2%左右。2021 年新增裝機容量 47.57GW。2010-2021 年，中國 風電裝機量 CAGR 達到 24.46%，發展迅猛。根據《“十四五”可再生能源發展規劃》、 《“十四五”現代能源體系規劃》等文件，到 2025 年，可再生能源發電量達到 3.3 萬億 千瓦時，風電發電量較 2020 年實現翻倍，即超 5.64 億千瓦時。

風電逐漸擺脫政策依賴，全面走向平價上網。2019 年 5 月，國家發改委發布《關于 完善風電上網電價政策的通知》，將陸上、海上風電標桿上網電價均改為指導價，并規 定新核準的集中式陸上風電項目及海上風電項目全部通過競爭方式，同時明確 21 年起 將逐步取消國家對陸上風電項目補貼；對于 2018 年底前已核準的海上風電項目，必須 在 2021 年底之前建成并網，2022 年開始地補替代國補，由此風電正式進入平價上網時 代。

陸上風電平穩發展；海上風電招標提速，風機大型化促使材料升級迭代提速。陸上 風電近年來增速較快，近幾年海上風電呈現加速增長態勢。相比陸上風電，海上風電具 有資源豐富、可開發量大、風湍流強度小、開發可以避免土地資源浪費、減少噪音污染 等優點近年來得到廣泛發展。根據最新估算，海上風能資源技術可開發潛力超過 35 億千 瓦，仍有很大的發展空間。這些海域距離電力負荷中心即沿海經濟帶很近，具有良好的 市場條件和巨大資源潛力。根據 Clarksons Research 2022 年 7 月 15 日最新發布的專 題報告《聚焦中國海上風電市場》顯示，截至目前，中國總計投運了 102 個海上風場， 裝機規模達 24GW，涵蓋約 5000 臺海上風機，占全球海上風電投運規模的 45%以上。

2021 年，我國新增海上風電裝機量達到 16.9GW，同比增加 340%，占全球新增裝機的 80%。中國也正式超過英國成為全球最大的海風生產國，盡管 2021 年有一定海上風電 退補帶來的搶裝需求刺激，但更重要的是海上風電剛剛開始，未來將在“十四五期間” 迎來高速成長期。Clarksons 預計，中國海上風電投運規模有望在“十四五”末期達到約 60GW，較當前投運水平（24GW）增長約 150%。而從地方規劃來看，2022 年以來， 廣東、江蘇、浙江、福建、山東、廣西、海南等多個沿海省份陸續公布十四五海上風電 發展規劃。據北極星風力發電網不完全統計，“十四五”期間，全國海上風電規劃總裝 機量超 100GW。短期來看，由于 2022 年上半年疫情影響一部分裝機需求，我們認為下 半年需求有望加速釋放。

隨著開發的深入，海上風電場的建設趨于規模化和大型化，風力發電機組的單機容 量也在不斷增大。目前海上風電場廣泛采用的風力機為單機 8 MW，最大為單機 14MW。 大型風力機體型龐大，總重達數百噸，葉片長達 90-120m，塔筒高達 100-160 m。風機 結構受風、波浪等荷載耦合作用，對其支撐結構提出了更高的要求。 隨著我國風電產業的蓬勃發展，為風電產業所需的化工產品帶來了巨大空間。我們 梳理了風電產業鏈相關化工品，包含增強材料、基體樹脂、夾芯材料、輔材等等。我們 認為，這些化工品將充分受益風電行業，特別是海上風電帶來的葉片大型化趨勢、輕量 化需求和快速迭代需要（將在葉片章節詳細闡述），有望實現量價齊升。這里我們對各 種材料未來 5 年的需求量和市場空間進行了梳理。

2、葉片:大型化、輕量化、迭代加速趨勢顯著

葉片是風機核心組件，成本占比 20%以上。風力發電機組是由葉片、傳動系統、發 電機、儲能設備、塔筒及電器系統等組成的發電裝置。葉片是風電機組捕獲風能的核心 部件，其氣動性能直接影響到整個系統的發電效率以及輪轂等關鍵零部件的使用壽命。 要獲得較大的風力發電功率，其關鍵在于要具有能輕快旋轉的葉片，因此葉片的結構設 計、材質選擇、工藝等將會直接影響風力發電裝置的性能和功率。葉片也是風機中成本 最高的部件之一，占風機成本的 20%甚至以上。

葉片大型化成為風電降本確定路徑，促使葉片加快升級迭代。隨著風電補貼退出， 風電行業進入平價上網時代。同時，風機招標價格大幅降低，原料成本上漲，風電機組 供應商承受較大降本壓力。降本最有效的途徑就是不斷擴大風電機組的單機容量，因此 風電機組大型化是發展的必然趨勢，能夠有效的提高風能資源的利用效率。風電機組產 生的電能與葉片長度的平方成正比，增加葉片長度可以提高風機的捕風能力，提升發電 量，適合我國陸上可用低風速面積占比大的情況。同時大功率機組可以減少機組數量， 降低相應的建造及安裝成本，提升土地及海域的利用率，并且有助于分散式風電的發展。

葉片大型化帶來輕量化需求。葉片長度增加時，質量的增加要快于能量的提取，因 為質量的增加和風葉長度的立方成正比，而風機產生的電能和風葉長度的平方成正比。 葉片成本占比 20%，葉片長度增加將增加自重進而推升成本，與風電降本的訴求不匹配。 同時，葉片自重過快提升可能對凈空等方面形成挑戰，從而影響運行穩定性。因此，當 前行業的趨勢在于增加葉片長度的同時控制好葉片自重，輕量化趨勢是十分明確的，而 實施的路徑主要在于葉片材料方面的迭代升級，升級后的材料需要滿足大葉片要求的更 高力學性能，同時需要兼顧輕量化，這也是我們研究葉片材料迭代發展的主線。

葉片迭代正在加速。在風電各組成部分中，葉片是迭代速度最快的環節。葉片長度 從 40 米增至 60 米花近 10 年的時間，2014 至 2018 的五年間，這個數據升到 80 米， 而隨后又在兩年內將 80 米增至 90 米，2021 年，風電葉片已進入百米時代。截至 2021 年，海上風電機組風輪直徑最大可達 186 米，陸上風電機組風輪直徑最大為 175 米，新 增風電機組平均風輪直徑達到 151 米，較去年增加 15 米，增速不斷提升，達到 11.0%。 可以看到，葉片長度增速在近兩年在明顯的加速。這也導致葉片換代周期越來越短。根 據《風電葉片創新進行時》，2020 年前，一款新葉片的市場生命周期是 3~5 年；2021 年以來縮至 2 年。這給從研發到模具都帶來巨大壓力，目前一個型號的模具僅能使用 2 年甚至更短。

葉片出現結構性短缺，大葉片短期供不應求。以上趨勢均加速了葉片行業的結構優 化升級。頭部葉片企業不斷推陳出新，淘汰小葉型產品，開發配合有原材料輕量化升級 的大葉型產品。由于近兩年小葉片向大葉片轉型出現加速趨勢，今年來，風電葉片市場 上出現大葉片供給短缺，小葉片供給過剩的結構性錯配的情況。需求方面，下游整機廠 為了配置更大功率的風電機組，其對大型葉片的需求增加，供給方面，高質量的模具生產商有限，模具生產周期較長，模具的短缺導致葉片制造商產能無法釋放。

風電葉片市場集中度較高，國內廠商市占率不斷提升。全球風電葉片市場格局較為 集中，CR5 占比約為 65%，其中我國的中材科技、時代新材和艾朗科技分別占比 13%、 10%和 7%。我國來看，經過自 2010 年以來的行業整合，國內風電葉片制造商由高峰時 期的百余家縮減至目前以中材科技、時代新材為首的 20 多家企業，行業集中度已有明顯 提升。2020 年，葉片行業 CR 5 占比約 70%。

風電機組整機商集中度較高，葉片行業客戶壁壘較高。2021 年，全球 15 強風電機 組整機商占比總計 98.1%，其中有 10 家中國企業，占比達到 53.5%，國內廠商市占率 不斷提升。國內風機整機制造商同樣呈現集中度較高的情形。截至 2021 年底，全國累 計裝機市場份額中，CR5 占據 70%。因而，葉片生產行業客戶壁壘較高。以 LM 為代表 的企業同時生產葉片及整機，擁有一體化協同效應，而以 TPI、我國的中材科技和時代 新材為代表的企業是獨立葉片生產企業，長期與下游整機廠有良好合作關系，供貨關系 穩定，新玩家切入困難，整體呈現強者恒強態勢。

模具是葉片生產的關鍵耗材。大型風機葉片大多采用組裝方式制造。在兩個陰模上 分別成型葉片殼體，芯材及其他玻璃纖維復合材料部件分別在專用模具上成型，然后在 主模具上把葉片殼體與芯材，以及上、下半葉片殼體互相粘結，并將殼體縫隙填實，合 模加壓固化后制成整體葉片。 葉片模具的生產效率大幅降低，模具的需求量大幅增加。葉片產能很大程度上取決 于高質量的模具。需求側，按照雙一科技招股說明書，制作周期為 2~4 天，因此一套模具的年產能為 120 片葉片。一套模具的生命周期大概可以生產 400 至 600 套葉片，完整 的替換周期大約是 2~3 年。

近幾年，葉片模具的生產效率大幅降低，模具的需求量大幅 增加，超過裝機并網增速，主要原因有三。一是隨著葉片長度迭代加速，大葉片模具需 求不斷提高，許多模具未達壽命即被淘汰，壽命大大縮短，模具的數量將增加，每個固 定葉型模具的替換周期縮短至 2 年以內，因此單個模具的最大產能在 240 片葉片。第二， 葉片增大將導致模具生產時間增長，且庫存占用也降低生產效率。第三，在搶裝過程中， 為了加快葉片生產效率，經常會進一步增加模具的數量。目前每套模具對應的葉片數約 120 套左右。2022 年葉片出現結構性緊缺，模具供應不足是出現緊缺的主要原因。根據 我們的測算，近兩年市場需求大約在 250 套左右。

模具生產集中度較高。供給側來看，葉片模具生產周期 2 個月左右，由于迭代速度 加快，葉片廠商都會謹慎購置模具，在對應葉型有確定的需求時，才會選擇擴張產能， 導致模具的采購和運輸周期往往需要半年左右的時間。此外，葉片和模具越大，所需的 廠房面積也更大，廠房的重新布置和擴充也限制葉片產能釋放，隨著葉片增大，需要的 場地和庫存也更大。這些因素均制約了模具的產能。風電模具領域主要玩家有固瑞特（外 資）、雙一科技、北京玻璃鋼研究院（中材科技旗下）、天順風能，市場占有率很高， CR4 達到 90%。市場總出貨約 200-300 套，基本與目前需求匹配。

為了減輕模具重量，降低模具成本，大型復合材料葉片的模具逐漸由早期的金屬模 具向著復合材料模具轉變。復合材料模具基本上是由聚酯樹脂、乙烯基樹脂和環氧樹脂 等熱固性基體樹脂與 E 玻璃纖維、S 玻璃纖維等增強材料、鋼結構、翻轉結構、加熱系 統等重要部分組成。原材料占比超過 70%，成本受鋼材、玻纖、樹脂等原材料波動影響， 盈利在原材料下行階段將有所修復。模具的氣密性是葉片成型過程中最為關鍵的技術， 直接影響產品質量。

3、增強材料

3.1、風電增強材料總述

風電葉片主要構成包括樹脂基體、增強材料以及粘接劑、芯材等，其中增強材料主 要有玻璃纖維和碳纖維兩種。1887 年,美國人 Charles F.Brush 建造第一臺風力發電機 組，葉片使用木材制成，此后 100 多年，隨著應用技術的積累，風電葉片材料經歷了木 質材料-金屬材料-復合材料的演變過程，目前已完全使用復合材料，而玻纖因為其優異的 性能同時兼顧經濟性成為大型風力發電機葉片材料的首選。碳纖維是目前已規模化生產 的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，更高的力學性能和輕量化特 點均優于玻纖。

此前由于國內缺乏生產技術，未能突破量產而成本居高不下，近兩年， 碳纖維原絲和碳絲均進入擴產期，成本下降可期，將在大葉片時代有更好的增速。當然， 玻纖也在發展中，目前頭部企業推出高模量玻纖，一定程度上彌補了相較于碳纖維的力 學性能的不足，我們認為二者后續將互為補充，共享風電時代增強材料的高增速。 在風電葉片成本結構中，原材料占比達到 75%。在葉片的設計中，根據不同部位的 受力形式與強度需求，選取不同的材料，以達到足夠的剛度與強度。葉片中，增強纖維、 基體、芯材及結構膠合計占比為總成本的 87%，其中增強纖維材料成本占比約為 28%。

風電葉片用增強材料的核心指標是密度、拉伸強度和模量。復合材料性能優異，作 為風電葉片材料具備優異的力學性能、工藝性能和耐環境腐蝕性能。其中最關鍵的指標 是密度、拉伸強度和模量。材料密度越小單位體積質量越輕，在風電葉片大型化背景， 葉片長度越來越長，低密度的材料可以滿足輕量化的需求。同時，葉片必須具備高剛度 和高強度，來滿足葉片變截面、曲率大和結構鋪層漸變及發電環境艱難的特征要求。隨 著風電機組大型化，葉片越長整體柔性變形就越大，控制葉尖撓度變形可以確保葉片與 塔架之間具有足夠的安全距離，避免發生掃塔事故。而材料的拉伸模量是影響葉片變形， 增加其剛度的關鍵因素之一。

拉擠成型適合大批量生產，適宜風電行業。實現纖維增強復合材料嵌入過程的工藝 主要包括濕法手糊成型(Hand Lay-up)、預浸料成型 (Prepreg)、真空導入成型(RIM)、纏 繞成型工藝（FRTP）、拉擠成型（Pultrusion）等。真空導入成型是目前生產葉片的主 導工藝，主要優勢為污染小，品質穩定、生產效率高以及較易商業化。而濕法手糊成型 雖然成型模具簡單投入少，但質量差、污染大、效率低。預浸料成型綜合性能較優，但 成本較高。纏繞成型通常應用于玻璃鋼容器及管式壓力容器，如氫氣瓶。拉擠成型生產 效率較高，適于大批量生產且制品質量穩定，軸向力學性能佳，比較適宜風電行業領域， 近年來占比快速升高，特別是碳纖維拉擠工藝降低了碳纖維的應用成本，近年來得到快 速發展。

3.2、玻璃纖維：當前主流的風電增強材料

玻璃纖維性能優異，應用廣泛。玻璃纖維是一種性質優異的無機非金屬材料，其主 要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。其最大的特征是抗 拉強度大，比同成分的玻璃高幾十倍，此外耐熱性好，有優良的絕緣性，抗腐蝕能力強。 由于這些優異的性能，玻纖及其向下加工制成的玻纖制品有了廣泛的應用空間。尤其是 玻纖經過浸潤、粘結、加工等步驟制成的玻纖制品。2000 年以后，隨著各種增強型浸潤 劑的應用，增強型玻纖制品在復合材料中得到迅猛發展，能夠替代鋼、鋁、木材、水泥、PVC 等多種傳統材料。玻纖產品主要包括無堿紗、中堿紗和玻纖制品等，不同產品的市 場針對性很強，通常用作復合材料中的增強材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料，用于建 筑材料、交通運輸、電子電器、環保風電等領域。

近十年來，我國玻纖的表觀消費量持續增長，CAGR 達到 10.8%。2021 年，需求 量約 471 萬噸。當前我國玻纖終端需求結構，建筑仍占據最大的份額占比 34%，風電需求占比 7%，但增速較快。

玻纖作為風電增強材料具備較高性價比。玻璃纖維復合材料由于具有輕質高強度的 特性，在制品輕量化、資源綜合利用等減少碳排放方面具有巨大優勢。玻纖作為風電增 強材料具有明顯優勢，主要因為玻纖不僅具備優異的性能，同時兼顧經濟性。研究表明， 玻璃纖維的密度比鋼低 67%，比鋁合金低 10%左右，應用在風電葉片上能大幅降低重量 提升發電效率，降低運輸成本。玻纖的拉伸強度比金屬材料高 2~6 倍，拉伸模量僅略高 于鋁合金，目前市場主流高模量玻纖拉伸模量達到 89Gpa。此外，增強材料成本占風電 葉片總成本的 21%，成本占比較大，因此在增強材料選擇上需考慮其經濟性。我國玻纖 行業成熟的產業鏈基礎以及多年來降本的努力使得玻纖具有很強的性價比。

目前，玻纖 的比強度單價僅 7.2 元/噸，僅達到其他材料的 10%。極具性價比使玻纖成為風電葉片增 強材料的主流選擇。玻纖在風電領域的運用稱為風電紗，應用主要集中使用在葉片上， 少量使用在機艙罩等部位。玻纖在葉片的蒙皮、腹板和主梁上都有廣泛的應用，其中拉 擠板主要用于葉片主梁結構上，由玻璃纖維或碳纖維制成。蒙皮提供葉片氣動外形并承 擔大部分剪切載荷，用于捕獲風能，主要材料為多軸向玻纖。

雙碳背景下，風電紗需求穩定增長。根據明陽智能招股說明書披露，單位 GW 風電 裝機所需玻纖用量在 1 萬噸左右。截至 2021 年，國內累計風電裝機量為 329.10GW， 預計 2025 年新增裝機量 91GW，對應玻纖需求至少約 91 萬噸。我國玻纖產能占全球比例超過 60%，產能集中度高。2021 年，我國玻纖產量突破 600 萬噸，占全球總產量的 70%以上，中國已成為世界規模最大的玻纖生產國。通常玻 纖生產線開窯后，需要連續生產 8-10 年，中途難以降低負荷調節產量（因非正常停窯產 生顯著額外成本），因而玻纖供給較為剛性，調節余地小。供給側的影響主要集中在新 增產能和冷修產能。預計目前所有冷修項目及在建產能全部投產后，將提升 300 萬噸/年 產能。

2021 年，我國玻纖增強復合材料制品產量 584 萬噸，其中玻纖增強熱塑性復合材 料 274 萬噸，玻纖增強熱固性復合材料 310 萬噸，風電用途屬于后者。全球玻纖行業主 要有七大生產企業：分別為國內的巨石集團有限公司、重慶國際復合材料有限公司、泰 山玻璃纖維股份有限公司、山東玻璃纖維股份有限公司以及美國歐文斯科寧-維托特克斯 公司(OCV)、日本電氣硝子公司（NEG）和美國 Johns Manville 公司(JM)。目前這 7 家 公司占據的全球玻纖總產能的 72%。

整個行業呈現寡頭壟斷特點，并在過去十年未有變 化，行業格局非常穩定。按各國企業產能占比進行測算，2021 年中國占全球玻璃纖維產能約 71%，中國已成為全球最大的玻纖生產基地，產業鏈完善。國內供給同樣呈現寡頭 壟斷的特點，2021 年中國巨石、泰山玻纖、重慶國際占據 60%以上的市場份額。因為玻 纖行業重資產、資本密集、核心技術不易獲得這些特點保證了玻纖行業中的龍頭能不斷 積累規模優勢，降低成本，同時加強技術研發，通過技改進一步降低成本。

葉片大型化的背景下，高模玻纖是玻纖未來發展方向。與普通無堿玻纖相比，高模 高強玻纖具有拉伸強度高、彈性模量高、抗沖擊性能好、化學穩定性好、抗疲勞性好、 耐高溫等優良性能。隨著近十年玻纖企業持續不斷的技術創新，每一代玻纖的模量都提 升了 10%左右, 90Gpa 已能滿足目前的市場需求，中國巨石最新的超高模量 E9 玻璃纖 維拉伸模量達到 100Gpa，比普通 E 玻纖提高 36%，并且其強度比普通 E玻纖提高 60%， 預計滿足至少未來三年的市場需求，有力地促進了葉片大型化的發展。

3.3、碳纖維：受益于葉片大型化，國內突破量產打開降本空間

碳纖維是一種高強度輕量化材料。碳纖維是由聚丙烯腈等有機纖維在高溫環境下裂 解碳化形成的含碳量高于 90%的碳主鏈無結構無機纖維，是目前已規模化生產的高性能 纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，其比重不到鋼的 1/4，強度卻是鋼的 7~9 倍。根據文獻記載，原子間結合力模型計算可得出碳纖維理論抗拉強度高達 180GPa， 但實驗室數據僅達到 9GP，仍有很大的發展空間。

另外，碳纖維具有耐高溫、耐腐蝕以 及其他材料不可替代的耐摩擦、耐承壓、導電、導熱等優良性能，其中耐高溫性能是化 學纖維之最，在 2000℃以上的高溫惰性氣氛中，唯獨碳纖維是強度不下降的材料。碳纖 維原絲本身是絲狀的，通常將其經過預氧化、碳化、紡絲后加入樹脂、陶瓷等補強材料 并經過工藝成型獲得碳纖維復合材料（簡稱為復材）從而進行終端應用，目前廣泛應用 于風力發電、體育休閑、壓力容器、碳/碳復合材料、航空航天等領域，且有很強的拓展 性。

葉片大型化后，碳纖維已經成為必要選擇。隨著葉片長度的增加，對增強材料的強 度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復合材料葉片制造中逐漸顯現出性能 方面的不足，特別是對于超過 100 米的葉片。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架，葉 片必須具有足夠的剛度。既減輕葉片的質量，又要滿足強度與剛度要求，有效的辦法是 采用纖維進行增強，在發展更大功率風力發電裝置和更長轉子葉片時，采用性能更好的 碳纖維復合材料勢在必行。全球風能理事會（CWEA）數據顯示，2015-2021 年間，全 球風電領域的碳纖維需求迅速從 1.8 萬噸增長到了 3.3 萬噸，占到了 2021 年全球碳纖 維總需求的約 30%，碳纖維風電葉片成為碳纖維下游的最大市場。

按照原絲制備中的原料種類，碳纖維可以分為聚丙烯腈基（PAN 基）、瀝青基和粘 膠基。其中，由于 PAN 基碳纖維原料來源廣、工藝技術成熟、經濟性較好而被廣泛應用， 當前 PAN 基碳纖維占碳纖維總量的 90%以上，瀝青基占 8%，粘膠基不到 1%。因此， 碳纖維一般指 PAN 基碳纖維。力學性能是碳纖維的核心性能指標和分類依據，按照現行聚丙烯腈基碳纖維國家標 準 GB/T 26752-2020 的力學性能分類，PAN 碳纖維分為高強型、高強中模型、高模型、 高強高模型四類。

一般使用碳纖維中單絲根數與 1,000 的比值對單束碳纖維包含的碳纖維數量進行衡 量, 如 12K 指單束碳纖維中含有 12,000 根單絲的碳纖維。按照每束碳纖維中單絲根數， 碳纖維可以分為小絲束和大絲束兩大類別。通常將 48K 以下的稱為小絲束，通常包含 1K、 3K、6K、12K、24K，48K 及以上的稱為大絲束碳纖維。通常來說，絲束越大，聚集越 容易，但同時展紗效果就越差，浸潤膠液的效果也越差，同時單絲中容易發生空隙等問 題。

同時，大小絲束的穩定程度存在差異，小絲束碳纖維的變異系數控制在 5%以內，抗 拉強度較為穩定，離散型較小，大絲束碳纖維的變異系數則在 15-18%，離散性更高，穩 定度低。離散性低意味著強度更高。但從大規模工業化的角度，大絲束碳纖維在相同的生產條件下，可大幅度提高碳纖維單線產能，實現生產低成本化，打破碳纖維高昂價格 帶來的應用局限，因而是一個極有潛力的市場，特別適用于風電這種需要兼顧性能和成 本的應用領域。

總體而言，小絲束碳纖維性能優異但價格較高，一般用于航天軍工等高科技領域， 以及體育用品中產品附加值較高的產品類別，主要下游產品包括航空航天、高爾夫球桿、 網球拍等。大絲束產品性能相對較低但制備成本亦較低，因此往往運用于基礎工業領域， 包括風電能源、土木建筑、交通運輸等。

拉擠法逐漸成為主流，為碳纖維在風電上的應用打開空間。早期，盡管碳纖維有著 優越的性能，但其在風電領域的應用十分受限，主要是因為 2015 年之前，碳纖維應用 在風電葉片的工藝主要以預浸料和真空灌注為主，部分采用小絲束碳纖維，平均價格偏 高，經濟性差，且此類成型方法操作復雜、生產效率低，限制了其在各領域的普及應用。 2015 年開始，維斯塔斯通過拉擠工藝，大幅提高了碳纖維體積含量，減輕了主體承載部 分的質量，且降低了碳纖維成本。維斯塔斯公司開發出碳纖維拉擠工藝制作的葉片大梁 后，開始大規模推廣碳纖維在風電領域的應用。目前，該公司兆瓦級以上風機葉片都使 用碳纖維復合材料，極大地推動了碳纖維在風電領域的應用。2021 年風電的碳纖維用量 3.3 萬噸，僅維斯塔斯用量就在 2.5-2.8 萬噸左右。

葉片用碳纖維復合材料大梁的制作方面可以分為預浸料工藝、灌注工藝、拉擠（碳 板）工藝三種。預浸料工藝是碳纖維先制成單向預浸料，然后在模具中鋪層，用真空袋 加壓，并除去層與層之間的空氣，最后升溫固化，得到大梁。灌注工藝是碳纖維先編織 成單向布，然后在模具中鋪層，用真空袋加壓，并除去層與層之間的空氣，同時把樹脂 導入，最后升溫固化，得到大梁。拉擠工藝是先將碳纖維制成拉擠板材，然后在葉片制 作時，在設定位置內，把拉擠板材黏貼在蒙皮上制成大梁。其生產過程簡單、工藝成熟 穩定、生產效率高、生產成本可得到很好的控制。成本下降主要體現在可以減少工序， 相應減少模具的投入。

同時與灌注工藝相比，拉擠的樹脂含量更低，可以使葉片重量下 降 3%。根據《賽奧全球碳纖維復合材料市場報告》，纏繞拉擠工藝占碳纖維復材的占比從 2017 年的 26%提升到了 2020 年的 36%。2020 年，纏繞拉擠工藝第一次超越預浸鋪放 工藝，成為碳纖維使用最多的工藝，其背后分別是氫氣瓶和風電市場對碳纖維的需求提 升。隨著大絲束需求的進一步增長，拉擠工藝的滲透率會繼續提升。

這一工藝長期受維斯塔斯專利保護，研發新型主梁結構設計并獲得更好的產品性能 較為困難，因此此前國內碳纖維制造商只能通過進入維斯塔斯供應鏈的方式，因而一定 程度上制約了中國碳纖維葉片及相關產業鏈的發展。至 2022 年 7 月 19 日，全球風電整 機巨頭維斯塔斯碳纖維葉片核心專利拉擠工藝到期，國內拉擠法滲透率有望進一步提升， 從而帶動碳纖維在風電葉片上的需求量進一步增加。當前已有較多企業已開始布局碳纖 維拉擠產線，光威復材已實現碳纖維拉擠板供應 Vestas，恒神股份也在拉擠板領域有所 布局。 碳纖維產業鏈較長，核心環節集中在原絲和碳絲環節。

碳纖維生產過程，主要分為 PAN 紡絲原液的制備、PAN 原絲的紡制、原絲預氧化及碳化、復材成型幾個環節。具體 的，有機聚合物（主要為聚丙烯腈）單體進行聚合并溶解；得到的聚合物按照不同的紡 絲工藝進行紡紗、洗滌、拉伸得到碳纖維原絲；原絲添加化學品穩定后，在厭氧、高溫 環境下碳化排出所有非碳材料，形成純碳網狀鏈，后經表面處理、上漿后形成碳纖維（稱 為碳絲）；得到的絲束加入樹脂、陶瓷等補強材料并經過工藝成型獲得碳纖維復合材料。 其中原絲環節是最后產品品質的關鍵，有學者曾提出：“碳纖維質量 90%在原絲”。如果 在原絲環節出現品質缺陷，如表面孔洞、沉積、刮傷以及單絲間黏結等，在后續加工中 很難消除，從而造成碳纖維力學性能的下降。只有得到高取向、高強度、熱穩定性好、 纖度均勻、雜質和缺陷少的原絲，才能有效提高碳纖維質量。

從產業鏈角度，我國是原料聚丙烯腈生產大國，但原絲和碳絲環節仍由日美韓主導， 這主要是我國碳纖維產業發展起步較晚導致，但隨著我國風電等領域全球影響力的加大 帶來國內需求的繁榮，我們能夠看到碳纖維的技術工藝產能都在快速進步，進口依賴的 現象也在逐漸改善，近幾年將成為高速發展的窗口期。2020 年，我國大陸地區 PAN 基 碳纖維對外依存度 62%，較 2015 年的 85%已降低 22pct。

原絲環節核心壁壘在于設備、紡絲工藝和過程控制。盡管從碳絲和復材角度上來說， 我國國產化率提升喜人，但原絲國產化的進度較慢，尤其對于大絲束，當前商業化生產 銷售的僅吉林碳谷。多年來，原絲質量低于海外是根本問題。我們認為，原絲環節核心 壁壘在于三個環節——設備、紡絲工藝和過程控制。 1）設備：目前原絲核心設備仍主要依賴進口，僅有部分部件來自國產，國產整體設 備和海外差距較大。海外標準設備在工藝適配性上有不足，也較難滿足企業自身的參數 要求，因此也需要有改造、調整進口設備的能力。

2）紡絲工藝：碳纖維原絲紡絲工藝的選擇及控制為穩定生產高性能原絲的關鍵因 素。紡絲工藝主要分為濕法紡絲、干法紡絲和干噴濕紡（亦稱干濕法紡絲），主要區別 在于噴絲板與凝固浴的位置關系不同。目前，國內外生產聚丙烯腈原絲的工藝主要為濕 法紡絲和干噴濕紡。干法成型的纖維結構較緊密，但內部形成的原纖多，處于淘汰階段。 濕法成型的纖維纖度變化小，纖維上殘留的溶劑少，容易控制原絲質量，是目前廣泛應 用的紡絲工藝，干噴濕紡是紡絲工藝的新發展趨勢。（《高濃度 PAN／DMSO 溶液干濕 法紡絲工藝研究》）濕法紡絲是原液經過計量泵，然后從噴絲頭擠出，原液細流直接進 入凝固浴，在凝固浴中迅速凝固成絲條，形成初生纖維。

紡絲原液從噴絲頭噴出進入凝 固浴后，原液細流的表層首先與凝固浴接觸，進行傳質，很快凝固成一薄層，凝固浴中 的水不斷通過這一薄皮層擴散至細流內部，而細流中的溶劑也通過皮層擴散至凝固浴中。 干噴濕紡不直接浸入凝固浴，是紡絲原液經過噴絲板噴出之后先經過一段 3-10cm 的空 氣層，然后再進入凝固浴。空氣層是有效的拉伸區，不僅可提高紡絲速度，而且容易得 到高強度、高取向的原絲，原絲的結構均勻致密，因此要得到高強度的碳纖維，較好的 方法是采用干噴濕紡。同時，由于干噴濕紡工藝要求高壓紡絲和高倍牽伸，所以還能夠 令生產效率成倍提高。但此方式對紡絲工藝和原液質量要求極高，任何不穩定因素導致 的任何一根原液斷流都會最終破壞整個噴絲板的正常生產，因此干噴濕紡技術難度較大， 國內僅少數企業能夠掌握成熟工藝技術。

按照聚合和紡絲工藝是否連續可以分為一步法、兩步法。由于溶液聚合可直接獲得 聚合物溶液，只要經過脫單、過濾及脫泡后即可用于紡絲，因此被稱為一步法；而兩步 法使水相聚合，先通過水相沉淀聚合得到 PAN 固體粉料，然后經過粉碎、烘干等供需， 最后利用有機溶劑溶解 PAN 粉末來生產紡絲原液。總的來說，兩者各有優劣。

一步法工 藝相對簡單，可控性較好，但由于聚合過程不易散熱、消耗的第三單體及溶劑較多、溶 劑不易回收、溶劑的鏈轉移系數大，不易獲得高分子量的 PAN 聚合物；兩步法的聚合過 程散熱較為容易，溶劑幾乎沒有鏈轉移系數，因此可獲得一步法溶液聚合所不能獲得的 高分子量的 PAN 聚合物，且紡絲原液通過溶解制備，使得可用于紡絲的 PAN 原液可選 范圍廣，提高了分子量和濃度上限。但另一方面，兩步法工藝復雜，會加大生產成本， 容易引入雜質，且聚合物粒徑較大不易制得高性能 PAN 原絲，較少用于小絲束碳纖維 原絲生產。目前“一步法—濕法”紡絲工藝是我國絕大部分碳纖維生產企業采用的工藝路線。

3）過程控制：碳纖維的生產工藝流程復雜精密，全部參數多達 3000 余個，因此整 個碳纖維生產過程中的過程控制要求極高。紡絲原液的制備決定了 PAN 大分子鏈的微觀 結構， 是整個流程的源頭和基礎，溶液凈化程度和溶解的均勻性都可直接決定干噴濕紡 工藝能否生產順利甚至是否可行；原絲是碳纖維前驅體的成形階段，原絲的高強度、細 旦化、分纖性能優良、質地均一是制備高性能碳纖維的前提；預氧絲的制備是碳纖維生 產過程中承前啟后的橋梁，是組織結構轉變的重要過渡階段；碳化是亂層石墨結構形成、 長大和有序化階段，是碳纖維拉伸強度大幅度提高的階段。整個生產流程中的每個環節 都會對最終碳纖維質量造成不可逆轉的影響，尤其是工藝中的缺陷，更是會跟隨每一級 流程遺傳至終并產生連鎖甚至擴大缺陷效應，因此，必須控制好每一步的生產質量，才 會最終制得高性能碳纖維。對于大絲束來說，精確控制和生產過程中的調整均是難點， 需要專業團隊和長期的技術積累。

碳絲環節核心壁壘在于設備及調試過程。PAN 原絲先進入預氧化爐（通常在 180~280℃）生產出預氧化纖維，達到讓預氧絲在炭化高溫下不熔不燃，保持纖維狀態， 熱力學處于穩定狀態；預氧絲再放入低溫炭化爐（300~1000℃）和高溫炭化爐 （1000~1600℃）制成碳絲。在預氧化和碳化的兩個過程中，控制溫度和時間是控制反 應速度和結構變化過程的關鍵，也是核心設備的主要技術點。兩個環節主要涉及的專用 設備是預氧化爐和炭化爐，當前國內企業在這兩個核心設備環節已基本完成國產化。但 設備之外，廠家還需要根據自己的技術認知和經驗對設備進行調試、改造，這個環節同 樣重要，需要經年累月的技術積累和投入，因此我們認為這個環節的競爭是存在先發優 勢的。

3.4、碳纖維vs玻璃纖維：共享風電增長紅利

碳纖維和玻纖將共享風電增長紅利。玻纖相較于碳纖維有性價比優勢，同時高模玻 纖新型號的出現增加了其未來的發展潛力，高模玻纖拉伸模量等性能能夠比肩碳纖維， 同時兼有玻纖的成本優勢，在風電滲透率提升過程中仍將扮演重要角色。但當葉片超過 一定尺寸后，碳纖維葉片的優勢將更加顯現，特別是對于追求極致更大葉片的海上風電 領域。當葉片超過一定程度，碳纖維比玻璃纖維在材料用量、勞動力、運輸和安裝成本 方面都有顯著降低。

具體在成本端下降有以下的特點：1）質量輕，在滿足剛度和強度要 求的條件下，碳纖維葉片比玻璃纖維葉片輕 20%以上 2）低負荷；變槳軸承、偏航系統、 風機輪轂、塔筒變得更輕，更易操作、運輸及吊裝 3）擾度更小，機翼部分更薄。機翼氣 動效率更高，提高風能的利用率和年發電量，動力問題少、預彎少、垂懸部分小，提高 葉片的抗疲勞性能，可制造低風速葉片、自適應葉片，利用導電性能避免雷擊，具有振 動阻尼特性。另外，隨著碳纖維產能產量的不斷釋放，碳纖維成本將很快能夠大規模匹 配下游可承受范圍。總體我們認為，碳纖維和玻纖能夠共享風電領域增長紅利。

4、基體樹脂

4.1、風電基體樹脂總述

目前主要用于生產風電葉片的復合材料中，增強材料用于提供結構足夠的剛度與強 度，基體樹脂則用于提供韌性與耐久性。在風電葉片成本結構中，增強纖維、基體、芯 材及結構膠合計占比為總成本的 87%，其中基體樹脂成本占比約為 36%。當前主流的生 產風電葉片基體樹脂分為環氧樹脂、乙烯基酯樹脂和不飽和聚酯樹脂。其中環氧樹脂由 于良好的力學性能、耐化學腐蝕性和尺寸穩定性是最為常見的基體樹脂。出于對力學性 能和生產效率的更高追求，產業界也在持續研究開發新型樹脂體系，最有代表性的有聚 氨酯樹脂、生物基尼龍 56、尼龍 66 等。

樹脂基體對纖維的浸潤性和粘附作用直接影響復合材料的界面性能。目前，風電葉 片的生產主要使用真空灌注技術，液體樹脂需要經過真空負壓、浸潤纖維后通過加熱固 化進行葉片成型，因此該工藝的關鍵在于樹脂在工藝操作溫度下對纖維要有較好的流動 性和浸潤性。樹脂在增強材料中流動的難易程度決定了樹脂/纖維的界面狀態，從而影響 制品的固化過程和最終質量。拉擠成型工藝對樹脂體系性能要求較高，在滿足物理性能 要求的同時還需滿足拉擠成型工藝要求。其工藝要求包括：適用期較長、在固化溫度下 凝膠時間短、固化速率快、黏度低、對碳纖維浸潤良好、與纖維界面作用力強等，其中 拉擠樹脂體系在模具內的溫度控制是拉擠成型工藝成敗的關鍵。環氧樹脂具有優異的力 學性能、耐熱性能、耐腐蝕性能和固化過程穩定等特點，因而環氧體系成為拉擠成型首 選的基體樹脂。

4.2、環氧樹脂：性能優異的主流風電用基體樹脂

4.2.1、風電專用環氧樹脂

環氧樹脂是主流的風電用基體樹脂。在基體材料中，環氧樹脂是復合材料中應用最 廣泛的樹脂體系。環氧樹脂指分子中含有兩個以上環氧基團的一類聚合物的總稱，是環 氧氯丙烷與雙酚 A 或多元醇的縮聚產物。環氧樹脂具有其具有良好的力學性能、耐化學 腐蝕性和尺寸穩定性，更有利于葉片在嚴苛的環境下保證運作效率和使用壽命，在風電 葉片中普遍應用。但具體應用時需由基礎環氧樹脂與固化劑、助劑、稀釋劑等深加工制 成，形成風電專用環氧樹脂體系。通過在基礎環氧樹脂混入不同類型和比例的固化劑、 稀釋劑、助劑等也可以應用于電子電氣、新型復合材料等用途。根據聚合科技的招股說 明書，2020 年風電用環氧樹脂市場需求約在 35 萬噸左右。根據 QYR（恒州博智）的統 計及預測，2021 年全球風電葉片專用環氧樹脂市場銷售額達到了 26 億美元。

風電用環氧樹脂根據與增強材料復合工藝不同分為灌注樹脂、手糊樹脂、模具樹脂、 膠粘劑、風電葉片大梁用預浸料樹脂、風電葉片大梁用拉擠碳板樹脂等。風機葉片用環 氧樹脂灌注體系應具備粘度低、適用期長、浸透性好、固化物力學強度高，韌性好等特 點，目前多數風電葉片廠家采用真空灌注環氧樹脂。在拉擠成型工藝中，環氧樹脂因為 優異的力學性能、耐熱性能、耐腐蝕性能和固化過程穩定等特點仍然是首選的基體樹脂， 因此短期難以替代。

國內廠家在專用環氧樹脂行業滲透率逐漸提升。全球風電葉片專用環氧樹脂核心廠 商主要有瀚森、歐林、道生天合、上緯、亨斯邁、惠柏新材等等。前五大廠商占有約 60% 的市場份額，近年來國內企業道生天合、上瑋新材、惠柏新材、康達新材等企業滲透率逐漸提升。大梁用拉擠碳板樹脂來看，由于維斯塔斯采購碳纖維拉擠板材時，指定了國 際品牌的基體樹脂，雖然風電用拉擠板材有一半以上在中國生產，但碳纖維和樹脂等關 鍵材料仍由國外控制。

風電專用環氧樹脂核心壁壘在于配方。風電專用環氧樹脂仍有一定的配方壁壘。原 材料的組成和配比是決定特種配方改性環氧樹脂產品的質量、性能以及下游應用廣泛性 的最關鍵因素。

4.2.2、基礎環氧樹脂

我國基礎環氧樹脂產業鏈成熟，風電領域在下游需求占比逐漸提升。我國是基礎環 氧樹脂生產和消費大國。從現有情況來看，我國是全球環氧樹脂消費第一大國，環氧樹 脂產量不足以完全滿足消費需求。截至 2021 年，我國環氧樹脂產能 225 萬噸，產量 140.1 萬噸，表觀消費量為 161.6 萬噸。

單 GW 配方環氧樹脂用量約 6000 噸，其中 65%為純環氧樹脂，即單 GW 消耗基體 樹脂用途的環氧樹脂 3900 噸。按照康達新材招股說明書，1.5MW 主機每套需 3 片葉片， 每片葉片環氧結構膠 0.35 噸，其中純環氧樹脂用量分別為 50%，合計推算膠粘劑單 GW 用環氧樹脂 35 噸左右。再加上塔筒等環氧樹脂底漆涂料用量 20 噸左右/GW，合計風電 葉片中純環氧樹脂用量 4500 噸左右。因此，2021 年風電消耗的純環氧樹脂為 21.41 萬 噸，占環氧樹脂總需求的 13.25%。假設 2022-2023 年裝機量 60GW/72GW，2022/2023 年風電消耗的純環氧樹脂約 27/32.4 萬噸。到 2025 年，環氧樹脂在風電中應用的需求占 比從 2020 年的 12.6%上升到 20%。

4.3、聚氨酯樹脂：未來將成為環氧樹脂體系的補充

聚氨酯樹脂契合葉片輕量化趨勢，同時可以加快生產效率。從樹脂的發展趨勢來看， 降低制造成本從而達到整個體系的降本也是一個重要方向，聚氨酯樹脂被認為是一個比 較有潛力的方向，核心是能夠縮短葉片生產時間提升效率，同時降低葉片的重量約 5%。 從力學性能來看，聚氨酯樹脂的拉伸強度相比環氧樹脂提高了 18%，拉伸模量提高 20%， 斷裂伸長率略高于環氧樹脂。聚氨酯具有更為優異的機械性能和耐疲勞性能，固化快， 加工性能好，與增強用玻璃纖維和碳纖維有更好的粘接力，有助于提高生產效率和降低 生產成本。據統計，聚氨酯樹脂用量低于環氧樹脂，固化效率提高 40%，符合樹脂技術 的發展趨勢。

性能優勢及與環氧樹脂價差縮小促使聚氨酯樹脂應用加快。此前聚氨酯應用受限于 成本因素，下游應用相對緩慢。2020-2021 年，基礎環氧樹脂因資本開支減緩下游風電 增速較快而快速上漲，一度上漲至 4 萬元/噸以上，葉片專用環氧樹脂價格更高。相較而 言，聚氨酯價格相對波動較小，價格位于歷史中樞附近，考慮到聚氨酯樹脂單 GW 用量 小于環氧樹脂，同時生產效率提升有助于降低整體加工成本，加之性能較為優異，近兩 年應用方面的研究開發正在加速。2017 年，拜耳宣布開發出含聚氨酯復合材料風力發電 葉片。科思創在 2018 中國嘗試使用聚氨酯樹脂葉片，并且投入運營。聚氨酯龍頭企業 科思創多年來也在不遺余力的推動著聚氨酯風電葉片的產業化進程，其產品也在 2021 年底獲全球風機領域權威認證機構 DNV 的認可。2021 年 7 月，時代新材首支 EN156 聚氨酯風電葉片下線。我們認為聚氨酯樹脂在未來能夠對環氧樹脂形成一定的補充。

萬華化學是全球聚氨酯龍頭，在聚氨酯樹脂復合材料葉片方面也有布局，在 2020 年 報中也公布公司正在開發并推廣風力發電大梁樹脂這一創新應用。

4.4、尼龍66及生物基尼龍56：富有前景的新型材料

高性能纖維與尼龍 66 混雜能制備性能優異的復合材料。尼龍 66（聚酰胺 66）是具 備優異加工性能的工程塑料，針對其干態和低溫下抗沖擊強度低，吸水率大易影響制品 的穩定性等缺點，通常以高性能纖維與尼龍 66 混雜以制備性能優異的復合材料。 尼龍 56 增強玻纖有著優越性能，未來潛力較大。生物基聚酰胺 56（尼龍 56）由戊 二胺和己二酸聚合而得，兩種單體均可利用可再生資源制備。生物基尼龍 56 具有輕量 化、高強度、耐高溫、高耐磨、耐腐蝕等特點，可憑借原料可再生、產品可回收、成本 可競爭的優勢，產品性能接近通用型聚酰胺 66，可應用于風電領域，是一種較有前景的 新型材料，特別是在碳中和背景下，生物基可回收可再生將是趨勢。

凱賽生物是合成生物學領軍企業，風電領域搶先卡位布局。熱塑性纖維增強復合材 料將是公司未來發展戰略方向之一，公司計劃以玻璃纖維和碳纖維增強的耐高溫生物基 聚酰胺為開發重點，并于 2020 年完成 E-6300 和 E-3100 兩款高溫聚酰胺產品研發。 2022 年 6 月 30 日，中材科技擬同在山西轉型綜合改革示范區投資 36.84 億元，建設年 產 30 萬噸高性能玻璃纖維智能制造生產線項目。凱賽生物重點開發的聚酰胺 56 產品性 能接近通用型聚酰胺 66，在減碳環保政策逐步實施的背景下，有望替代后者應用于玻纖 增強尼龍復合材料。公司在山西綜改區規劃的 90 萬噸聚酰胺產能有望與園區新建的玻 纖等項目實現生產、應用協同，加速帶動凱賽生物熱塑性纖維增強復合材料的下游應用， 拓展聚酰胺的應用領域，提升裝置的經濟效益。

5、芯材：PET材質替代輕木及PVC加快

風電芯材主要使用輕木材質。芯材位于夾芯結構復合材料內部，對設備起到保持穩 定性、減輕重量同時增強剛度的作用，其成本占葉片材料總成本的 20%左右。隨著風力 發電功率的增大，葉片長度要求不斷增加，伴隨而來的是強度和剛度要求越來越高、自 身質量越來越大，出于降低整機的成本目的，葉片芯材又占葉片體積的 85%以上，其輕 量化的訴求較高。因此目前全球兆瓦級風機葉片廣泛采用結構泡沫芯材。主要的結構泡 沫芯材有三種，輕木（Balsa，或稱巴沙木）、PVC 結構芯材及 PET 結構芯材。由于巴 沙木具有豎直纖維結構，并且有良好的抗壓抗剪強度，因此是目前主要的芯材原料。

巴沙木只在赤道生產，長期被海外卡脖子。巴沙木生長周期通常在 4-5 年，由于風 電發展的需要，以及巴沙木的緊缺，全世界對巴沙木的需求普遍較旺盛，我國巴沙木也 是常年依靠進口。位于美洲的厄瓜多爾是巴沙木最大的出口國，但是由于種植利潤低下 以及厄瓜多爾當地政策的原因，巴沙木供應波動較大，2020 年，新冠疫情打亂了進口結 構芯材產品的供應節奏，2020 年巴沙木價格達到 15500 元/立方米的高位，相較于上年 同比增長 98.7%，更凸顯了結構芯材國產化實現進口替代的必要性和緊迫性。

PET 芯材是較好的替代巴沙木和 PVC 泡沫的材料。與巴沙木相比，PVC、PET 的 質量輕，不用做防潮處理，依賴人工合成，比巴沙木更容易獲取，均是替代巴沙木的良 好材料。根據《PET 泡沫材料在風電葉片中的應用》，當前一個典型設計是把強度較高 的輕木用于承受載荷較大的靠近葉根的部位，交聯 PVC 泡沫用于承載較小的靠近葉尖 的部位，從葉根到葉尖，厚度逐漸減小。常用的 PVC 泡沫質量輕、強度高，但制作工藝 復雜，成本較高，耐高溫性能較差，成型工藝中存在燒焦可能，另外 PVC 泡沫材料生產 廠家少，供應緊張，存在供應風險。因為近年來 PET 泡沫替代 PVC 泡沫形成趨勢。

根 據權威認證機構 DNV-GL 的要求，對泡沫芯材的主要指標是密度、吸水性、拉伸強度（模 量）、壓縮強度（模量）、剪切強度、彎曲強度（模量）、彎曲疲勞性能等。從這些方 面比較，PET 泡沫同樣具有強度高質量輕的特點，并且綜合性能優于 PVC 泡沫，耐熱 性好于 PVC，具有可塑性強、加工方便、生產成本較低的優點，采用熱塑性 PET 發泡 材料制造的風電葉片也較好循環回收，利于環保的大方向，近年來已有部分風電葉片廠 家將 PET 應用于風電葉片腹板及殼體中。從成本角度，由于 PET 泡沫吸膠量低，可減 輕葉片的重量，如果使用 PET100（數字代表密度）泡沫替代 PVC60 泡沫，一個葉片大 概可以節省樹脂 210kg。

6、其他材料

6.1、固化劑

6.1.1、聚醚胺：聚醚胺經過時間檢驗成為滿足大型發電葉片制造要求的環氧固化劑

風電專用環氧樹脂中，除了環氧單體，還包含固化劑、稀釋劑、增塑劑和促進劑等， 其中最重要的組分就是在交聯反應中具有重大影響的固化劑，環氧樹脂只有在固化劑的 作用下才能交聯成熱固性材料。如果按固化劑的分子結構分類大致可分胺類、酸酐類、 酚醛類等。其中胺類固化劑用量最大、品種最多，適用于大多數環氧樹脂體系。另外， 在環氧膠粘劑體系中，同樣需要使用胺類固化劑。

聚醚胺是風電應用領域最常用的胺類環氧固化劑。聚醚胺(PEA)是一種新型的精細 化工材料，屬于脂肪胺大類中的一種，其末端活性官能團為胺基，主鏈為不同分子量聚 環氧丙烷/環氧乙烷，亦稱端氨基聚醚。由于端氨基的反應活性，使其能與多種反應基團 作用，憑借其低粘度、較長適用期、減少能耗、高強度、高韌性、抗老化、優良防水性 能等多方面優異的綜合性能，在新能源、建筑、新材料等眾多行業領域應用廣泛，具體 應用在風電、頁巖氣開采、環氧地坪等用途。在風電領域，目前所有的工業化胺類固化 劑中，僅有聚醚胺可以滿足大型發電葉片制造的性能和工藝性要求。

風電拉動聚醚胺需求快速增長。根據弗若斯特沙利文報告，全球聚醚胺市場規模從 2016 年 18.4 萬噸上升至 2020 年 28.6 萬噸，年復合增長率高達 11.4%，到 2025 年， 全球聚醚胺市場規模約 140 億元（接近 50 萬噸）。在中國，聚醚胺銷量從 16 年 4.2 萬 噸上升至 20 年 10.1 萬噸，年復合增長率達 25.7%。中國聚醚胺行業整體市場需求將由 2021 年的約 8.2 萬噸增長至 2025 年的約 14.7 萬噸，復合年增長率約為 15.7%。在聚 醚胺的下游中，風電是最大的應用領域，2021 年國內占需求比約 47%。十四五期間，風 電需求將帶動聚醚胺需求快速增長。1.5 MW 的風電有 3 個葉片，一只葉片使用樹脂加 固化劑共約 1.8 噸，聚醚胺使用量占 25%，即 1.35 噸。1GW 對應 900 噸的聚醚胺需 求。預計 2025 新增裝機 91GW，每年的需求 8.19 萬噸。

聚醚胺生產壁壘較高，全球范圍內只有數家企業掌握成熟的生產工藝。主要的技術 門檻體現在將聚醚多元醇的羥基取代成氨基的工藝環節以及生產流程設計中。目前催化 胺化法是最主流的工業生產技術。另外，聚醚胺的生產分為連續法和間歇法，連續法產 品質量高，產品轉化率較高，副反應較少，生產成本有一定降低，但生產工藝和設備相 對較困難。間歇工藝生產設備簡單，工藝難度小，但裝卸料等輔助操作需要消耗大量時 間和人力，產品的生產成本高，同時產品轉化率低，產品質量不及連續化工藝，特別是 在生產低分子量聚醚胺上產品質量與國外的生產技術和產品質量有一定差距。目前，全 球僅有少數企業能夠生產聚醚胺，技術壁壘整體較高。

從客戶端來看，風電、頁巖氣等領域的客戶對聚醚胺的性能及穩定性有較高要求。 對于風電領域而言，客戶都已形成特定環氧樹脂固化體系，如果更換聚醚胺，需要重新 調整配方。因此，聚醚胺廠商與下游客戶粘性較強，客戶壁壘較高。另外，聚醚胺的主 要原材料環氧丙烷屬于甲類危險化學品易受到監管側的管控影響。 近期由于原材料價格下跌以及需求的減少，聚醚胺整體價格有所下跌，我們認為隨 著四季度旺季來臨以及上半年疫情影響的裝機需求在下半年釋放，聚醚胺作為一個供需 格局較好的環節將迎來價格回升。中期維度來看，聚醚胺在 2024 年前供需將保持緊平 衡，價格中樞有望保持較高水平。

6.1.2、酸酐固化劑：拉擠板材適用的新型固化劑

酸酐固化劑屬于加熱固化劑，更適用于大梁拉擠成型工藝。由于輕量化和強度要求， 拉擠工藝在未來將快速發展。酸酐固化劑更適用于拉擠復合材料，原因有三。其一是由 于拉擠成型工藝要求基體樹脂具有適用期長、凝膠時間短、固化速度快等特點，而傳統 灌注體系常用的脂肪胺類固化劑屬于常溫固化劑，拉擠要求的快速固化反應過程中耐溫 性不足。相對而言，酸酐固化劑屬于加熱固化劑（常常加入叔胺促進固化，提高活性與 速度），耐溫性更強。其二，除了拉擠工藝所要求的速度外，作為拉擠樹脂的粘度也是 重要的考察參數，混合料粘度高，勢必影響樹脂對纖維的浸潤效果。液體酸酐固化劑較 環氧樹脂粘度更低。其三，根據拉擠工藝的特點，樹脂混合物在常溫條件下要有較長的 可使用期，一般要求 6 小時以上，胺類固化劑反應活性過高，而液態酸酐固化劑與環氧 樹脂混合即使在促進劑存在下也有較長的可使用期，可滿足要求。

其中，甲基四氫苯酐（Me-THPA）是最為常用的一種酸酐固化劑，較甲基六氫苯酐 或甲基納迪克酸酐成本更低，甲基四氫苯酐是由間戊二烯和異戊二烯與順丁烯二酸酐反 應而制得不同異構體液體混合物。由其固化的環氧樹脂具有色澤淺、力學性能優、電性 能及熱穩定性良好等優點，其需求預計將隨著拉擠板材滲透率提升而快速增加。 濮陽惠成是國內順酐酸酐類產品龍頭企業，其產品甲基四氫苯酐已應用于拉擠板材。 目前濮陽惠成酸酐衍生物產能 5.1 萬噸/年，在建產能 7 萬噸/年。

6.2、膠粘劑：環氧結構膠短期不可替代，龍頭優勢顯著

膠粘劑是用于葉片組裝粘結的重要材料，關系到葉片的剛度和強度。大型風電葉 片組裝時，需要在主模具上把葉片殼體與芯材，以及上、下半葉片殼體互相粘結，并將 殼體縫隙填實，合模加壓固化后制成整體葉片，其中使用的膠粘劑是葉片的重要結構材 料，其性能直接關系到葉片的剛度和強度。通常風電葉片用的膠粘劑為結構膠粘劑，需 要能夠長期承受應力、環境作用。隨著單機裝機容量的增加，風輪葉片也越來越長，這 就對合模粘接的膠粘劑提出了很嚴苛的技術要求，特別對于海上風電機組來說，需要承 載周期性負荷以及在運轉中遭遇的海上極端氣候條件。 按照主要組分，膠粘劑可分為環氧樹脂膠粘劑、丙烯酸酯膠粘劑、有機硅膠粘劑， 其中環氧樹脂膠粘劑適用于大多數材料的粘接、強度高、耐溫介電性能好、耐腐蝕耐老 化，長期以來是主流的葉片結構粘膠劑。其他結構膠在技術上取得突破性進展之前，均 難以大規模替代環氧樹脂結構膠。風電葉片用結構膠還將延續以環氧樹脂結構膠為主的 態勢。

環氧樹脂類膠粘劑占整個膠粘劑的體量很小，根據中國膠粘劑和膠粘帶工業協會的統計， 2020 年環氧樹脂類粘膠劑銷售量 22.5 萬噸，占比 3.2%。但從下游市場應用來看，以消 費電子、光伏、風電等為主的裝配業市場增長較快，包括環氧樹脂在內的結構膠粘劑引 領了行業的增長趨勢。葉片強度要求的提升驅動了膠粘劑的需求。根據康達新材招股說 明書，每生產一個葉片需要使用 350 千克的環氧樹脂結構膠粘劑計算，每 GW 膠粘劑用 量在 700 噸，到 2025 年，預計風電膠粘劑市場需求將在 6.37 萬噸。

風電用環氧樹脂結構膠在生產工藝、設備配方設計上區別于其他環氧樹脂結構 膠。風電用環氧樹脂結構膠采用膏狀產品的生產工藝和生產設備，與液態及固態環氧樹 脂結構膠的生產工藝和生產設備有明顯差別，主要為雙行星攪拌釜，并且需要壓機將產 品擠出包裝。另一方面，風電葉片具有尺寸大、外形復雜和使用環境苛刻的特點，除了 要求需要具有高強度和高韌性的統一外，對耐候性也有很高的要求，工藝上要求操作時 間長和高觸變性，有一定的技術壁壘。產品本身的性能、葉片結構設計和現場施工工藝 都可能直接導致結構膠粘接失效，造成葉片損毀現象。為了滿足上述要求，風電葉片用 環氧樹脂結構膠需要特殊的配方設計，包括采用特殊環氧樹脂種類、配伍及改性，以及 選用端胺基聚醚（聚醚胺）等特殊的固化劑和特殊助劑等技術，使得風電用環氧樹脂結 構膠的主要原材料與其他的環氧樹脂結構膠有明顯差別。

風電用環氧樹脂結構膠實現高度國產化，康達新材占據全球超六成的市場份額。 風電用環氧樹脂結構膠生產商大多同時供應葉片基體樹脂及膠粘劑，海外有瀚森、亨斯 邁、陶氏等，國內以龍頭企業康達新材為代表。康達新材開發出的風電專用環氧膠是一 種雙組分、高觸變性的環氧膠粘劑，適用于葉片的粘接工藝，并通過了德國 GL 論證， 可替代進口膠粘劑，在風電客戶中得到廣泛應用。同時，康達也成功開發了葉片用灌注 樹脂等系列產品，產品渠道有協同性，綁定下游客戶。目前康達在國內已基本完成客戶 拓展，海外仍有發展空間。

6.3、二甲基亞砜：受益碳纖維滲透率提升

碳纖維帶動二甲亞砜需求高速增長。PAN 基碳纖維原絲生產中，常用的紡絲溶劑包 括 DMSO（二甲基亞砜）、DMAc（N,N-二甲基乙酰胺）、NaSCN（硫氰酸鈉）等不同 的溶劑類別，其中 DMSO（二甲基亞砜）在長期的實踐中具有最佳的性能，與其它溶劑 比較二甲基亞砜具有技術成熟、質量穩定、經濟性好、無毒性、回收率高、工藝簡單等 優點。因而是最常用的紡絲溶劑，且對原絲性能起著極其關鍵的作用。二甲基亞砜（DMSO） 是一種含硫有機化合物，被廣泛應用于醫藥、農藥、電子和碳纖維生產等領域。根據《二 甲基亞砜生產及市場分析》一文，每噸 PAN 碳纖維原絲消耗 0.5~1 噸二甲基亞砜，考慮 到主流廠家均進行溶劑回收，預計實際消耗 0.1 噸二甲基亞砜。假設 DMSO 作溶劑滲透 率 50%，2021 年全球碳纖維消耗 DMSO 1.43 萬噸。

二甲基亞砜生產控制難度較大，新增產能受限。DMSO 一般由二甲基硫醚(DMS)氧 化制得。主要的氧化劑有硝酸、雙氧水、氧氣和二氧化氮。其中硝酸氧化法設備腐蝕嚴 重，且精制過程效率很低，不宜工業化；雙氧水氧化法成本較高; 氧氣氧化法反應過程不 易控制。只有二氧化氮氧化法生產成本較低，適宜工業生產。在實際生產中，主要原料 以及中間產品中的天然氣、甲醇、硫化氫、二甲基硫醚、二氧化氮等都是有毒有害并且 易燃易爆的化工產品，并且生產過程中伴有高溫、高壓，其中二甲基硫醚氧化工序采用 了純氧作為原料進行生產，反應溫度和反應速度控制有一定難度，容易發生爆炸。

二甲基亞砜競爭格局優異，龍頭充分受益。2021 年，二甲基亞砜全球產能 9.4 萬噸 /年，我國產能 7 萬噸/年，其中興發集團為絕對龍頭，擁有 6 萬噸/年相關產能，權益產 能 5 萬噸/年，將充分受益于碳纖維產能的高速擴張。近兩年二甲基亞砜受益于下游醫藥 溶劑、反應制劑以及碳纖維等需求的增長，二甲基亞砜價格從 2021 年初的 1.5 萬元/噸 漲至 2022 年 3 月的 4.8 萬元/噸，目前價格仍在 4.2 萬元/噸以上，景 氣度較高。

6.4、樹脂涂料：防護涂料亟待國產化

樹脂涂料是風電葉片及塔筒的主要防護方式。風力發電機組在戶外運行，會遇到較 多惡劣天氣，如溫差大、光照強、風砂磨損、酸雨腐蝕以及冰雪侵襲，而葉片在高速運 轉時，葉尖速度一般會超過 100 m/s，未經防護的葉片長期暴露在自然環境中，會很快 磨損、老化并產生粉化現象，直至發生斷裂。另外，大型葉片的吊裝耗時且昂貴，一般 需要其運行 10 年以上才進行一次維護。目前最簡單有效的防護方法是采用涂料進行保 護，盡量延長葉片的使用壽命。對于內陸用防護涂料要求有優異的耐候性、耐沖擊性、 耐磨性、高低溫柔韌性和防浮冰性能，而海上風機用防護涂料除了以上的要求，還需要 極佳的耐腐蝕性能。

聚氨酯涂料是主要風電防護涂料，有機氟硅和環氧樹脂作為補充。目前可應用于風 電葉片的樹脂主要有聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂、氟碳樹脂、有機硅樹脂及環氧樹脂。其 中，聚氨酯樹脂體系是目前風電葉片涂料中使用最多的樹脂，主要聚氨酯因為具有高彈 性和耐用性，在受到沖擊時能起到吸收能量的作用，而且聚氨酯涂料相比于其他樹脂基 體涂料具有優異的附著力、優異的耐磨性、良好的耐高低溫性以及低固化溫度等優點，且相同固含量下價格較低，具有一定成本優勢，是應用最廣泛的風電葉片涂料。但是， 單一使用聚氨酯樹脂也有一定局限性。聚氨酯樹脂（包括丙烯酸聚氨酯）在高低溫柔韌 性、耐磨性、防風沙雨蝕方面表面優異，但是在耐候性及防覆冰性能方面不如有機氟硅 樹脂，而環氧樹脂則可以提供優異的防腐性能及層間附著力。因此通常針對不同樹脂的 優缺點合理搭配制成配套涂層體系，從而達到更優異的防護效果。

目前我國風電用涂料基本被進口品牌壟斷。德國的美凱威奇 Mankiewiez、美國的 PPG、德國巴斯夫的Ｒelius、德國的 Bergolin、挪威的佐敦 Jotun、意大利的麥加 MEGAP ＆C 占據主要市場份額。近年來西北永新、中遠關西等企業也陸續研制出較有特色的產 品。飛鹿股份在風電設備防護涂料領域有所布局，公司 2021 年 11 月 19 日在互動易上 表明公司產品風電葉片涂料通過德國 GL 認證，目前主要承接風電葉片及風電塔筒包括 產品方案設計與研發、生產及涂裝施工的整體方案，主要客戶包括時代新材、中材科技、 中復連眾以及天橋起重等。 HDI 是主要的葉片涂料固化劑。在聚氨酯雙組分涂料體系中，考慮到耐候性和漆膜 延伸率的需要，適合的固化劑是 HDI 類型的異氰酸酯，在干燥方面，三聚體的干燥性明 顯優于縮二脲的干燥性，因此，HDI 三聚體比較適合作為葉片涂料的固化劑。目前，萬 華化學和美瑞新材在 HDI 方面有所布局。

6.5、鑄造用樹脂及上游原料

呋喃樹脂是鑄造時造型制芯用的粘結劑。風電設備鑄件主要包括輪轂、底座、固定 軸部件（含定子主軸等）、齒輪箱部件（含行星架、箱體等）等。目前應用最為廣泛的 鑄造用樹脂有呋喃樹脂、冷芯盒樹脂和堿性酚醛樹脂，當前一般采用呋喃樹脂自硬砂鑄造工藝生產。呋喃樹脂是一種以糠醇為主要原料的冷硬樹脂，用于鑄造型芯砂的粘結劑， 具有固化速度快、效率高、常溫強度高、高溫性能好等特點。根據中國鑄造協會估算， 每 MW 風電整機大約需要 20~25 噸鑄件。若按照 22.5 噸/MW 計算，2021 年風電用鑄 件需求量約 107 萬噸。根據宏德股份招股說明書，其 2020 年銷售 4.33 萬噸風電用鑄 件，共采購呋喃樹脂 0.27 萬噸。據此計算，單噸風電用鑄件需求 0.081 噸。據此，可以 估算，2025 年呋喃樹脂在風電領域的需求在 13.72 萬噸。

呋喃樹脂市場格局較穩定，圣泉集團及興業股份是國內龍頭。根據艾瑞咨詢預測的 2020 年我國呋喃樹脂消費量 44.20 萬噸，預計 2022 年國內呋喃樹脂消費量達 46.60 萬 噸。主要國外公司有歐區愛鑄造（HA）、花王化學等，國內主要企業為興業股份和圣泉 集團。2021 年，圣泉集團呋喃樹脂年產能 12 萬噸，國內銷量為 10.89 萬噸，產銷量位 于國內第一，全球前列。興業股份年產能 8.43 萬噸，銷量 8.48 萬噸，產銷量國內第二。

生產呋喃樹脂過程中，主要采用的原材料是糠醛，根據宏德股份，樹脂的糠醛含量 約為 80%，呋喃樹脂采購價格與糠醛市場價格高度一致。2021 年上半年，宏德股份采 購呋喃樹脂的均價為 1.16 萬元/噸。由此計算，2021 年風電用途的糠醛消耗 6.96 萬噸。 近幾年由于供給側改革，糠醛開工率有所上升，供需有所改善。

6.6、風機灌漿料

灌漿料關系著海上風機基礎整體的安全性和可靠性。海上風電開發中，樁式基礎因 為廣泛適用于不同地質淺水海域得到普遍應用。樁式基礎，通常包含兩個部分，一個是 樁基礎，另一部分是樁頂到基礎法蘭的支撐結構。基礎設計時，通常將樁與上部支撐結構分開設計。建造時，先將基樁打入設計海床位置，再將上部結構與之連接固定。樁與 上部支撐結構通常采用間隙灌漿方法進行連接，形成灌漿連接段。風機基礎灌漿連接段 將上部結構與樁基連接成整體起到過渡作用，是整個基礎結構的關鍵與薄弱環節。灌漿連接段的可靠性直接關系到風機基礎整體的安全可靠性。

灌漿料是替代混凝土做海風塔筒底部加固的理想材料。灌漿材料方面，由于灌漿連 接段受到巨大荷載作用，實際風機結構設計中為確保結構安全穩定通常選用高強灌漿材 料，其抗壓強度一般為 70～200 MPa，抗拉強度為 4.5～7.5 MPa。普通混凝土骨料級 配和緊密堆積效果差，新拌混凝土時常伴隨擴展度小、可操作時間短等問題。由于其強 度不高、密實性較差，一方面經常產生溫差和收縮裂縫；另一方面，運行過程中機組產 生振動，對混凝土基礎反復擠壓，使其疲勞破壞。灌漿料是以高強度材料作為集料，以 水泥作為結合劑，輔以高流態、微膨脹、防離析等物質配制而成。灌漿料具有早強、無 收縮等特點，用于加固風電塔筒的底部與承臺，可減少機組的振動，維護設備安全運行。

由于風電塔筒直徑大、高度高，基礎承載力大，同時葉片掃風面積巨大，風載很大，且 大功率風機是目前發展趨勢，塔筒更高、葉片直徑更大，對塔筒和基礎的承載能力要求 更高，對灌漿料要求更加苛刻。根據不同的海洋環境和海床條件，單個海上風力發電的 機組使用灌漿料大概在 50-100 噸之間，按照目前海上風電單機 8MW 功率計算，單 GW 灌漿料需求約在 1 萬噸左右。預計 2025 年海風需求在 16 GW，市場空間將在 16 萬噸。

海上風電灌漿料主要被海外企業占領市場。具體來說，風電灌漿料是一種高性能聚 合物改性的水泥基灌漿材料，也有用環氧基材料。陸上風機灌漿料技術壁壘較低，競爭 較為激烈。但海上風機灌漿料技術壁壘和單價均較高，目前市場主要由海外品牌 Sika 和 BASF 占據，國內突破的主要是蘇博特。國內蘇博特是混凝土外加劑行業龍頭企業，開 發出各種型號的水泥基灌漿料產品，用于裝配式建筑、風機基礎等領域。當前其產品已 成功應用于福建莆田南日島海上 400mw 海上風電場、江蘇龍源如東海上風電場示范 200MW 擴建項目、中水電江蘇如東海上風電場 100MW 示范項目等多個工程，累計完 成超過 50 臺風機基礎的灌漿，實現了風機基礎灌漿料在國內海上風電工程的首次大規 模應用。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】