我国海上风电开发加速，叶片大型化驱动风电碳纤维迅速放量

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。

全球陆上及海上风电总装机量（GW）

来源：CWEA

全球陆上及海上风电新增装机量（GW）

来源：CWEA

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。

中国新增陆上/海上风电机组平均容量（MW）

来源：CWEA

风电叶片呈现大型化趋势

来源：EWEA

风电叶片大型化、轻量化，带动碳纤维渗透率提升。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，我们认为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，因此判断海上风电的碳纤维渗透率或远高于陆上风电。

典型叶片尺寸与重量的情况

来源：中材科技

为达到更好的减重效果，单个叶片碳纤维用量也会有所增加。从 Sandia国家实验室的三种叶片类型来看，SNL 100-01 型号叶片重碳纤维占比约13.6%；SNL 100-02 型号（碳纤维重量占比 17.1%）在 01 型号的基础上，对作为主要填充材料的泡沫板进行了改进，采用了更轻质的、更环保的材料，使得泡沫板占比大大下降，同时实现了整个叶片减重 20%的目标；SNL100-03 型号（碳纤维重量占比 30.1%）在 02 型号的基础上，深化了空气动力学方面的研究，改变了翼型，并用更高强度的碳纤维来代替玻纤，并减少了树脂的用量，再次成功将整个叶片的质量减少了16%。考虑到海上风电为提高发电效率、降低综合成本，对单个叶片减重的需求更强，因此判断海上风机的单个叶片的碳纤维用量，或高于陆上风机的单个叶片用量。

不同型号叶片中碳纤维重量占比（%）

来源：Sandia National Laboratories