随着我国风电产业日趋成熟，2021年我国政府取消了针对风电的国家补贴，开始实行平价上网（即风电上网电价与传统燃煤上网电价持平）。这一变化使得我国风电行业对降本增效的需求愈发迫切。风电的平准化度电成本（LCOE）在0.3-0.6元/度，高于光伏、水电和火电，仍有较大降本增效空间。

为降低风力发电成本，风电机组大型化趋势明显。降本最优先的途径就是扩大风电机组的单机容量，降低单位发电成本，这需要利用更大的风机叶片捕获更多的风能，但同时这也导致叶片重量和成本的提高，这就要求叶片使用到的相关材料需要朝着轻量化、高性能且成本可控的方向发展。我国风电新增装机的平均单机容量在逐年上升，风电叶片的长度也随之提升。

风机叶片在风电机组中发挥着重要作用，是直接影响发电水平的部件，且叶片成本占风力发电整个系统的总成本比重达到20%-30%，重量占整个风电机组15%-20%。同时，风机叶片也是风电产业链上化工材料使用最多的零部件。随着叶片长度的逐步提高，对叶片性能和轻量化要求不断提高，这也直接影响到了相关化工材料在风电行业的应用。

叶片由多种化工材料组成，其中基体树脂、增强材料和夹芯材料成本占比超过80%，因此也成为了企业开展叶片轻量化、高性能化时重点关注的对象。

通常基体树脂和增强材料经过加工紧密结合形成复合材料，复合材料用于叶片的主梁、腹板和外壳这些对材料刚度、强度和耐久性有较高要求的位置。

基体树脂起到保护增强材料，同时提高叶片的耐久性和韧性的作用。风电可用的树脂类型包括环氧树脂、乙烯基树脂和不饱和树脂，由于环氧树脂其综合性能和成本更合适，目前使用量最多。

除了以上材料，业内企业也在寻找综合性能合适的材料。近两年，聚氨酯树脂在叶片的应用取得进展。研究显示，聚氨酯树脂在提升加工效率、减少原料用量、提高叶片寿命等方面更优于环氧树脂。由于聚氨酯树脂对水分极为敏感，工艺要求高，目前可用于风电叶片的聚氨酯树脂主要是科思创、巴斯夫等外资企业。

增强材料与基体树脂配合形成的复合材料中，增强材料起到提高叶片强度和刚性的作用，目前主流的增强材料是玻璃纤维复合增强材料。玻纤具有质量轻、机械强度高、耐热性强等优势，且我国本地供应充足、价格低廉，因此成为了首选材料。

风电叶片大型化和轻量化的途径之一是继续提升玻纤的性能，如使用更高模量、更高强度的玻纤产品。普通玻纤的模量在80-90 GPa ，而超高模量玻纤的模量值可超过100 GPa，模量的提高使玻纤复合增强材料可用于90到100米长的大型叶片。

风电叶片大型化和轻量化的途径之二是利用更高强度且轻质的碳纤维替代部分玻纤。碳纤维综合性能好于玻纤，同样性能下碳纤维的密度更低，这有利于叶片轻量化。相关研究发现，一个旋转直径为120米的风机叶片，主梁结构采用碳纤维和采用全玻纤相比，重量可减轻40%左右。

目前因碳纤维价格明显高于玻纤，造成在风电领域还没有大量使用，目前碳纤维多用于大型陆上或海上叶片的主梁结构，以降低高价格对发电成本的影响。2023年碳纤维产品价格在13万元/吨左右，而普通玻纤产品价格在4000-7000元/吨。长期看，随着碳纤维国内供应量增加，价格可能会有较大的下降空间，在叶片应用渗透率也有望提高。

夹芯材料对叶片起到保持稳定、减轻重量和增强刚度的作用。叶片广泛采用结构泡沫芯材，主要的泡沫芯材主要有三种：巴沙木、聚氯乙烯（PVC）泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）泡沫。聚氨酯（PU）泡沫芯材和苯乙烯-丙烯腈（SAN）泡沫芯材有少量应用。

目前风电芯材中，巴沙木和PVC泡沫用量最多。但巴沙木作为天然材料，存在供应不稳定的问题；PVC则存在环境污染和高温烧焦问题，且二者的吸胶量均较高，这都一定程度上增加了叶片的重量。PU泡沫芯材和SAN泡沫芯材由于耐环境性能较差或成本较高的原因，应用较少。PET在供应稳定性、低吸胶量、环保和成本方面都更合适，是未来结构芯材的发展趋势。

随着风电平价上网要求落地，风电降本增效驱动着风机朝大型化、轻量化发展。风机叶片作为风电机组最重要，也是使用化工材料最多的零部件，其对材料的轻量化和性能要求也不断提高。

目前业内已经在叶片制造的各个环节尝试使用各种化工材料来适应叶片大型化、轻量化的趋势。比如增强材料中的高模量玻纤、碳纤维；基体树脂领域的各类树脂产品；夹芯材料领域的PVC、PET等。建议业内企业持续关注各类化工材料的技术发展，探索新型材料在风电领域的应用，从而更好的应对行业未来的发展趋势。

《2024 中国化工行业发展报告》

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