风电行业事件点评：维斯塔斯碳梁专利保护期到期，风电叶片相关材料需求有望进一步提升

事件：根据WindDaily报道，全球风电整机巨头维斯塔斯碳梁专利保护期7月19日正式到期。这意味着其他风电叶片制造商将可以不受限制地推出应用碳梁的风电叶片产品，风电叶片有望加速开启新一轮行情。 维斯塔斯（Vestas）是最早进入风电市场的外国整机商，其专利一定程度上制约着中国碳纤维风电叶片的发展：Vestas是最早进入中国风电市场的外资企业，它安装了中国首台风电机组，1986年，Vestas在东荣成马兰风电场成功安装了3台V15-55/11kW型风电机组。且在这之后的一段时间内以Vestas为首的外国整机商主导着中国的风电市场。2002年7月19日，Vestas分别向中国、丹麦等国家知识产权局、欧洲专利局、世界知识产权局等国际性知识产权局申请了以碳纤维条带为主要材料的风力涡轮叶片的相关专利，专利权利要求包含了制造预先预制的条带的方法和制造风力涡轮机叶片的方法，专利保护期为20年，于2022年7月19日到期。中国其他企业制造碳纤维风电叶片的时候，虽能够通过其他技术规避此专利，但仍在一定程度上受到制约。 随着Vestas碳梁专利到期，风电叶片制造企业有望加速布局应用碳梁的风电叶片：目前碳纤维在风电叶片大梁上的应用主要有三种方式，分别是预浸料铺贴、多轴织物灌注以及拉挤碳板工艺，其中拉挤成型工艺制备的碳纤维复合材料具有长度不受限制、截面形状稳定和成本相对低廉等优点，具有很高的纵向拉伸强度，优势相对明显，已经成为目前市场的主流。利用拉挤成型工艺制作碳梁，再进一步制作叶片，适合大批量、大型的风电叶片的生产，但一直以来由于Vestas碳梁风电叶片的专利保护在一定程度上限制了拉挤板在风电叶片上的大规模应用。专利到期后，全球风电叶片制造企业有望加速开启碳梁风电叶片的布局，风电行业迎来又一大利好。 “双碳”目标坚定不动摇，政策驱动能源转型，我国风电行业地位不断攀升：习近平主席在第七十五届联合国大会上提出我国力争在2030年前实现碳达峰，在2060年前实现碳中和。根据2021年10月中共中央、国务院发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，预计到2025年，我国非化石能源消费比重达到20%左右，到2030年达到25%左右，到2060年达到80%以上。 国家发改委能源研究所指出，2020年，风能在中国能源结构中的比例为3.2%，该研究所还预计到2050年，风电将占到能源消费的38.5%，可见风电地位正逐步攀升，将成为未来发电的主要能源之一。 国家大力推进大型风电光伏基地项目建设，支持分布式风电的发展，政策持续加码，风电行业利好不断：在大型风电光伏基地项目建设方面，2021年10月，习近平主席在《生物多样性公约》第十五次缔约方大会领导人峰会上宣布，中国将在沙漠、戈壁、荒漠地区加快规划建设大型风电光伏基地项目。2021年12月，国家发改委、国家能源局下发《第一批以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电、光伏基地建设项目清单的通知》，指出第一批风光基地项目共50个，建设规模总计97.05GW，有超45GW风光大基地项目明确要求在2022年底前投产，有超52GW风光大基地项目明确要求在2023年前投产。截至2021底，第一批项目已开工75GW，其余项目于2022年一季度开工。2022年2月，国家发改委、国家能源局下发《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》，第二批规划到2030年，风光基地项目的建设规模达4.55亿千瓦。“十四五”时期规划建设风光基地总装机约2亿千瓦，包括外送1.5亿千瓦、本地自用0.5亿千瓦；“十五五”时期规划建设风光基地总装机约2.55亿千瓦，包括外送1.65亿千瓦、本地自用0.9亿千瓦。在分布式风电方面，2021年9月，国家能源局宣布将在中东南沿海重点推进风电就近开发，特别在广大农村实施“千乡万村驭风计划”。2021年10月，118个城市与600多家风电企业共同发起“风电伙伴行动零碳城市富美乡村”计划，启动仪式上发布的《风电伙伴行动具体方案》明确，我国力争在2021年年底前启动首批10个县市总规划容量500万千瓦示范项目；“十四五”期间，在全国100个县，优选5000个村，安装1万台风机，总装机规模达到5000万千瓦。 图1：VESTAS风电叶片结构示意图 图2：VESTAS风电叶片大梁结构示意图 我国风电行业受“双碳”目标和政策的驱动迎来高速成长期，风电装机容量快速增长：根据国家能源局统计，2017-2021年间，我国风电装机规模持续上行，新增风电装机规模逐年提高。根据国家能源局统计，2021年我国累计风电装机规模达到328.48GW，同比增长16.68%，其中新增风电装机规模达47.57GW。四百余家风能企业在2020年北京国际风能大会发表《风能北京宣言》提出，在“十四五”规划中，须为风电设定与“碳中和”国家战略相适应的发展空间，即保证年均新增装机5000万千瓦以上。2025年后，中国风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦，2030年至少达8亿千瓦，2060年至少达30亿千瓦。海上风电方面，根据我们2021年11月23日发布的报告《“十四五”海上风电装机量超预期，风电材料迎来景气周期——海上风电材料动态跟踪报告之一》中的测算，预计2021-2025年，我国新增海上风电装机规模可达3470万千瓦，2025年我国海上风电装机量可达4468.99万千瓦，2020-2025年间CAGR为35%。 图3：2015-2021年中国风电装机容量（GW） 我国新增的风电机组的单机容量不断增大，且风电叶片大型化是风电的发展趋势：根据中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）的统计，我国新增的风电机组的单机容量不断增大，因为大功率风电机组的风能利用率高，且风机的单位发电成本低。我国单机容量为2-2.9MW风电机组装机容量占比从2019年的72.1%下降至2021年的19.7%，而单机容量3.0MW及以上风电机组装机容量占比从2019年的27.65%增长至2021年的80.1%。与此同时，风电叶片大型化是发展趋势，当前风轮直径已突破 125m ，未来正朝着长度为 150m 、 250m 的大型风电叶片前进。传统的风电叶片制造材料为玻璃纤维复合材料，全玻璃钢叶片已经无法满足风电叶片大型化的要求。而碳纤维在实现风电叶片大型化、轻量化时的主要优势是在满足一定强度要求的前提下，具有其他材料不具备的高比模量，因此碳纤维材料是更加理想的选择。例如，3MW的风机的叶片，使用碳纤维替代传统的玻璃纤维，叶片的重量将减少32%，成本下降约16%。 图4：2010-2021年中国新增陆上和海上风电机组平均单机容量 图5：2021年我国不同单机容量风电机组新增装机容量占比 我国风电行业发展长期向好，叠加维斯塔斯专利到期有望增加我国应用碳梁的风电叶片的产量，风电叶片相关材料需求有望大幅提升：风电叶片是风力发电机的核心部件，风电叶片材料主要由基体树脂、增强纤维、芯材（夹层材料）、粘接胶（结构胶）等构成，其成本占比分别为36%、28%、12%、11%。风电行业的高景气将会大幅带动碳纤维、聚醚胺、环氧树脂、结构胶和芯材（夹层材料）的需求，在当前时点具有较高的投资价值。 图6：风电叶片结构示意图 图7：风电叶片材料成本构成情况 碳纤维：契合风电叶片大型化、轻量化发展方向，随着维斯塔斯专利到期，中国风电用碳纤维发展驶入快车道。碳纤维材料轻便的特点使得风电叶片的整体质量有了较好的优化，保证叶片在长度增加的同时重量更轻，同时在形成复合材料后还能赋予风电叶片极好的耐候性。风电叶片是国内碳纤维的主要应用领域，随着风电叶片大型化、风电机组装机量稳步增加，装机方向逐步从陆上小功率机组向海上大功率机组转移，叠加Vestas碳梁风电叶片专利保护期到期，我国其他风电厂商可以使用该技术，从而推出应用此种碳梁的风电叶片产品，我国碳纤维在风电领域的用量还将继续增长，未来发展空间广阔。根据赛奥碳纤维统计数据，2021年中国碳纤维下游应用中，风电叶片需求量占比最大，达36.1%。2021年中国风电叶片碳纤维的总需求量为3.3万吨，赛奥碳纤维预计2025年需求量将增至8.06万吨，2021-2025年CAGR高达25%。中国碳纤维产能正逐步扩张，国产替代道路光明。吉林化纤、吉林碳谷、中复神鹰等碳纤维企业近年来在整体产能方面取得了长足进步。“十四五”期间，我国碳纤维及原丝的有效产能将继续快速扩张，伴随产能利用率稳步提升，预计未来我国碳纤维供需紧张的格局将逐渐缓和。同时，我们也建议关注碳纤维需求量持续提升对于上游关键原料丙烯腈的带动。建议关注：上海石化、吉林化纤、吉林碳谷。 图8：2021年我国碳纤维下游应用需求量占比 图9：2020-2025年中国风电叶片碳纤维需求量（万吨） 图10：2021年中国主要碳纤维原丝及碳纤维企业运行产能（吨） 环氧树脂：风电叶片主要基体材料，我国需求量未来将持续增长。在风电叶片用基体树脂材料的选择方面，目前市场上主要的叶片制造商均采用环氧树脂作为叶片灌注成型的基体材料，这是由于纤维增强树脂基复合材料浸透性好，其固体物具有力学强度高、韧性好的良好性能，能够满足叶片材料的高强度、轻重量、特殊外部翼型等要求，是大容量机组用风力叶片材料的最优选择。环氧树脂需与固化剂配合使用，通常可以根据使用环境及材料所预期的性能选择不同种类的固化剂。当前多采用拉挤成型制备碳纤维，拉挤成型常用的基体树脂由黏度较大的双酚A环氧树脂、低黏度酸酐固化剂、促进剂等组成。目前双酚A型环氧树脂约占我国环氧树脂总产量的90%，约占全球环氧树脂总产量75%~80%。我国环氧树脂产能市场格局较为分散，根据百川盈孚统计，我国2021年环氧树脂产能共计221万吨，未来有望扩大。建议关注：中国石化、中化国际、上纬新材、宏昌电子。 图11：2021年环氧树脂竞争格局 聚醚胺：高性能固化剂，下游风电领域需求量占比最大，短期供应或将持续偏紧，国内企业加速扩产。聚醚胺特殊的分子结构能够保证叶片材料的高强度和高韧性，同时具有适中的反应活性，可作为环氧树脂的高性能固化剂，适用于碳纤维复合材料及大型玻璃纤维复合材料（兆瓦级风力发电叶片）的制造。2020年风电领域的聚醚胺需求量占其下游总需求的61.6%，在国家长期积极的清洁能源政策推动下，风电新增装机容量不断增加，大幅提振聚醚胺等风电上游产业的市场需求。此外，风电叶片的寿命约为20年，风电叶片的更换能够进一步支撑对聚醚胺产品的需求。根据弗若斯特沙利文预测，风电用聚醚胺需求量将从2021年的3.83万吨增长至2025年的6.07万吨，2021-25年复合增长率约为12.2%。 供给方面，目前海外化工巨头主导聚醚胺产品生产，全球聚醚胺主要供应商为亨斯曼和巴斯夫，截至2021年底，合计具有约18万吨产能。国内现有的聚醚胺生产厂家数量较少，行业集中度较高。截至2022年4月，我国聚醚胺现有产能约为9.4万吨/年，随着聚醚胺下游需求提升，国内聚醚胺生产企业正在加速扩产，预计到2025年国产聚醚胺企业的产能将扩大至20.9万吨/年。当然由于疫情原因，亨斯曼与巴斯夫等国际主流厂家的海外产能开工受限，叠加物流与海运成本高企，以及国内部分企业由于环保、工艺等原因导致实际开工率低于规划产能，聚醚胺产能供给承压，且伴随着海上风电的持续发展，短期内国内聚醚胺的供给仍将持续偏紧。建议关注：晨化股份、皇马科技。 图12：2016-2025年中国风电行业聚醚胺市场规模 结构胶：用于壳体粘接，我国当前产能较为集中。结构胶主要用于风电叶片上下壳体的粘接，是叶片结构的一个重要组成部分，也是叶片力学及结构失效的主要影响部位。由于风电叶片对强度、韧性以及耐候性的要求较高，风电叶片用环氧树脂结构胶应具备较高的剪切、拉伸、弯曲、冲击、剥离强度和耐久性等优良特性，因此需要特殊的配方设计。其中，陆地风电叶片用环氧结构胶粘剂性能指标为通用性技术要求，但由于海上风电场的环境更为恶劣，且海上主流风电机组功率更大，海上风电叶片用环氧结构胶粘