风电叶片行业深度研究：龙头集中度将提升，碳梁需求在2024年加速

行业观点 国内风电装机开启长周期景气。随着2021年陆风进入平价时代，叠加大型化下产业链协同降本，风电装机正式由周期性走向成长性。我们预计2022-2025年国内风电装机分别为50/80/88/100GW，2023-2025年装机增速分别为60%/10%/14%。 预计未来整机厂将更多采取“自产+外包”相结合的形式，长期看，整机厂叶片自产比例预计呈下降趋势。整机厂自建叶片的优点主要有：1）在行业高景气阶段，保障叶片供应；2）垂直一体化下可降低其成本；3）建厂可帮助整机企业拿到风资源。而整机厂外包叶片的优点主要有：1）应对行业风险更灵活；2）缩短新型产品推出上市时间。叠加目前风电产业链已成熟，我们预计未来整机厂将更多采取“自产+外包”相结合的形式，长期看，整机厂自产叶片产能占比预计会呈下降趋势。 龙头集中度将提升，行业盈利已至低点，2023年拐点向上趋势明确。中材科技与时代新材是国内风机叶片的主要供应商，2016-2020年两家市占率长期维持在40%-45%。2020年受行业抢装影响，风机吊装规模的大幅上涨带动叶片市场规模快速扩张。据CWEA统计，2021/2020年风电新增吊装分别为56/54GW，较2019年的27GW有明显提升。叠加2021年原材料价格大幅上涨，叶片厂放弃部分盈利较低订单，20-21年中材科技和时代新材市占率阶段性下滑，为40%/35%。我们预计未来随着风电进入平价时代，叠加叶片大型化，行业头部厂商集中度将回升。2021年由于原材料价格上涨，行业毛利率出现较大回落。目前行业盈利能力已降至最低点，预计随上游原材料价格下降，叶片盈利能力将迎拐点。预计未来叶片行业稳态毛利率为15%-20%。 预计2024年起我国风电行业碳纤维用量将迎快速增长。叶片随风机大型化而长度变长，若仍使用玻纤，会带来载荷过大、叶片过重等问题。碳纤维低密度、高强度，若在叶片使用碳梁，可实现风机轻量化、提高发电效率、降低建设成本及后期维护成本、增长寿命，从而降低风电建设全生命周期成本。据美国Sandia国家实验室研究预测，10 MW以上机型将100%使用碳纤维主梁。1）对于我国陆风机组而言，受制于陆运限制，预计在“十四五”期间内，陆风机组单机容量较难突破10MW。且目前陆风机组在低中标价驱动下，全生命周期成本已降至较低水平。我们预计陆风中短期内不会大规模应用碳纤维；2）由于海运不存在交通限制，预计未来随技术进步，海风机组将持续大型化。在大兆瓦背景下，出于对叶片长度、叶片强度、机组重量、后期维修成本等因素综合考虑，预计碳梁在海风叶片应用中占比将提升。预计2024年起我国风电行业碳纤维用量将迎快速增长。 投资建议 推荐叶片龙头中材科技，建议关注叶片龙二时代新材，以及碳纤维相关标的光威复材、吉林化纤、吉林碳谷。 风险提示 原材料价格波动风险，因海上风电政策导致产业投资放缓的风险 1、能源转型推动需求增长，风电装机由周期步入成长 光伏风电占全球发电量比例稳步提升。光伏风电行业近年快速发展，2021年光伏 、风电占全球发电量的比例仅为3.6%、6.5%， 同比分别增加0.4PCT、0.6PCT，能源转型处于起步阶段，未来发展潜力巨大。 图表1：1985年以来光伏和风电占全球发电量的比例 陆上风电为全球成本最低的能源形式。2010年-2021年光伏和陆上风电成本下降速度分别为88.5%、67.6%。2021年陆上风电成本仅为0.033USD/KWh ,低于其他所有能源形式的度电成本。 图表2：不同能源形式成本对比（USD/kWh） 国内风电装机开启长周期景气。2010、2015、2020年为国内风电三次抢装。随着2021年陆风进入平价时代，叠加大型化下产业链协同降本，风电装机正式由周期性走向成长性。据我们统计，截至10月末，2022年总共招标79.8GW，我们预计2022年风电招标规模将达80-100GW。由于上一年招标规模可预示着下一年装机水平，我们预计明年国内风电装机为80GW。据我们统计，各省“十四五”期间风电总装机规划达290GW。根据现有招标水平以及“十四五”风电规划 ，在中性预期下 ，我们预计2022-2025年国内风电装机分别为50/80/88/100GW，2023-2025年装机增速分别为60%/10%/14%。 图表3：国内历史风电新增装机及预测（GW） 全球风电由周期步入成长。2021年全球风电新增装机93.6GW，与2020年基本保持持平。 据GWEC预计 ，2022-2025年全球风电总装机为101/102/106/119GW，年复合增速6%，其中海风装机为9/13/14/25GW，年复合增速41%。由于全球风电装机预测具有一定不确定性，GWEC保守预计下，2023年陆风装机90GW，相较2022年陆风装机92GW，出现小幅下滑，但仍不改长周期风电装机持稳增长的态势。 图表4：全球风电装机情况（GW） 2、叶片行业：盈利能力已至低点，预计龙头市占率将进一步集中 2.1叶片：独立叶片企业与主机厂深度绑定 风电叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，一般由外壳、腹板和主梁三部分组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90%以上。以电气风电2020年双馈风机采购成本为例，叶片占风机价值量占比约为18.6%。 图表5：风电叶片结构 图表6：风力发电机组成本构成 风电叶片行业产业链由上至下可依次分为上游原材料、中游叶片以及下游风机整机环节。叶片生产主流技术工艺路线有：真空灌注成型工艺、预浸料铺放工艺、拉挤工艺。由于拉挤工艺质量更稳定，目前多用于主梁制造中。而叶片除主梁外，其他部分多呈不规则形，较难采用拉挤工艺，多以真空灌注为主。 图表7：风电叶片行业上下游情况一览 图表8：各类风电叶片技术优缺点对比 叶片制造商主要分为独立风力叶片制造商和配套风力叶片制造的整机厂商两种。在风电行业发展初期，整机厂配套叶片产能为主流模式。据GWEC统计，自从2006年以来，考虑风电行业景气周期变化+降低供应链复杂度等因素，整机厂配套叶片制造的占比逐渐下降。截至2020年，全球共有15家风机厂配套叶片产能，占总叶片产能比约达30%。 图表9：整机厂叶片产能布局变化 图表10：截至2020年，不同类型风力叶片制造厂商叶片产能 预计未来整机厂将更多采取“自产+外包”相结合的形式，长期看，整机厂叶片自产比例预计呈下降趋势。从历史经验上看，整机厂多在行业景气上行阶段，开始自建叶片产能，例如远景在2020年国内陆风抢装年布局叶片产能；而在景气下行阶段，关停叶片产能，例如ENCORE在2018年德国风电市场衰退后，调整了其垂直供应链策略。整机厂自建叶片的优点主要有：1）在行业高景气阶段，保障其叶片产能；2）垂直一体化下可降低其成本；3）建厂可帮助整机企业拿到风资源。而整机厂外包叶片的优点主要有：1）应对行业风险更灵活；2）缩短新型产品推出上市时间。叠加目前风电产业链已成熟，我们预计未来整机厂将更多采取“自产+外包”相结合的形式，长期看，整机厂自产叶片产能占比预计会呈下降趋势。 独立叶片企业与主机厂深度绑定。由于叶片具有定制化属性，独立叶片企业通常与主机厂有较深度绑定。国内产能排名前三的独立叶片企业的前三大客户营收占比均达到较高水平。据各家公司最新公告披露，2021年中材科技前三大客户占比达90%，其中金风科技为第一大客户，占比达53%； 2019年时代新材前三大客户占比达63%；2020年艾朗科技前三大客户占比达78%。 图表11：独立叶片厂商与下游客户供应关系 图表12：中材科技、时代新材、艾朗科技前几大客户占比情况（%） 2.2预计龙头集中度将提升，稳态毛利率为15%-20% 中材科技与时代新材是国内风机叶片的主要供应商，2016-2020年两家市占率长期维持在40%-45%。2020年受行业抢装影响，风机吊装规模的大幅上涨带动叶片市场规模快速扩张。据CWEA统计，2021/2020年风电新增吊装分别为56/54GW，较2019年的27GW有明显提升。叠加2021年原材料价格大幅上涨，叶片厂放弃部分盈利较低订单，20-21年中材科技和时代新材市占率阶段性下滑，为40%/35%。我们预计未来随着风电进入平价时代，叠加叶片大型化，行业头部厂商集中度将回升。 图表13：国内叶片厂商C R2 市占率情况 受益于行业需求增长，叶片厂商近五年营收快速增长。中材科技、时代新材2017-2021年叶片营收年复合增速达24%、26%。2020年是风电行业的抢装年，行业毛利率处于阶段性高位；2021年由于原材料价格上涨，行业毛利率出现较大回落。目前行业盈利能力已降至最低点，预计随上游原材料价格下降，叶片盈利能力将迎拐点。预计未来叶片行业稳态毛利率为15%-20%。 图表14：各叶片公司营收对比（亿） 图表15：各叶片公司毛利率对比（%） 3、预计碳纤维在叶片上的需求用量将在2024年快速增长 碳纤维是由有机纤维（主要是聚丙烯腈纤维）经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料纤维，含碳量在90%以上，具备出色的力学性能和化学稳定性。与玻璃纤维相比，碳纤维的比模量和比强度均大幅增加，其模量比玻纤高3~8倍、比重约小30％。风电领域是碳纤维下游应用的主要来源，2021年风电领域碳纤维需求占全球、国内总需求的28%、36%。 图表16：2021全球/中国碳纤维需求结构（%） 2002年维斯塔斯首次在叶片中应用碳纤维。同年，维斯塔斯向各国提交碳梁专利申请。受专利保护，全球仅维斯塔斯在叶片上有碳纤维的大规模应用。根据《2021年全球碳纤维复合材料市场报告》可知，2021年风电行业碳纤维需求量大约在3.3万吨，其中维斯塔斯的需求可达2.5万吨，占比约达76%。 图表17：2021年维斯塔斯全球风机市占率VS维斯塔斯风电碳纤维需求占比（%） 2022年7月，维斯塔斯碳梁专利到期。在专利未到期前，国内外就有企业对碳纤维在叶片上的应用进行提前布局。以2021年风电碳纤维需求为例，国内企业占比约达14%，除维斯塔斯外其他海外企业占比约达11%，该需求主要用于碳纤维在叶片上的研发、试制。预计在专利到期后，风电碳纤维需求将出现一定程度的提高。 图表18：各企业碳纤维叶片布局情况 我国风电大型化趋势明显。根据CWEA统计可知，2021年国内新增海上风电平均单机容量达5.6MW，其中新增单机容量主要为6-6.9MW，占比达46%；国内新增陆上风电平均单机容量达3.1MW。 图表19：2021年我国新增海上风电单机容量分布 图表20：国内新增风电机组平均单机容量（MW） 据各整机企业披露的机型数据可知，风轮直径与机组容量可近似呈线性关系，叶片长度随机组大型化而增长。 图表21：主流机型单机容量与风轮直径关系图（横轴：单机容量，单位MW；纵轴：风轮直接，单位米） 叶片长度增加，会使：1）叶根受到的荷载增加，使叶根疲劳失效，并且使风轮在摆动方向受到较大荷载，导致扭转变形；2）叶片重量增加，导致荷载上升，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。因此随叶片大型化，使用高刚性、高比强度、高比弹性模量的材料制造决定叶片刚性的主梁至关重要。传统叶片制造材料玻璃纤维较难满足这些要求，而碳纤维密度更低、强度更高，是风电叶片大型化、轻量化的首选材料。 图表22：碳纤维、玻纤物理特性对比图 若在叶片使用碳梁，可以降低风电建设全生命周期成本，降低LCOE：1）实现风机轻量化。据中复神鹰招股说明书披露，在满足刚度和强度的前提下，碳纤维比玻璃钢叶片质量轻30%以上。叶片减重后，将降低风机载荷，驱动塔筒、机舱等传动链其他环节同步减重，实现风机整体轻量化；2）提高发电效率。若应用碳纤维，可以在实现叶片长度更长的前提下，满足重量、强度等性能要求，使风机输出功率更平滑均匀，增加发电效率；3）降低建设成本及后期维护成本。叶片减重带动风机轻量化后可降低风机运输、吊装成本。由于碳纤维耐腐蚀、耐极端气候，后