碳纤维叶片，“风力发电”的潜力股

风能发电系统中，风机叶片是将风能转化为机械能的关键环节之一，而碳纤维作为一种新的材料广泛应用于风机叶片的制造中。随着风机越来越大，风机叶片材质的要求也越来越高，碳纤维也因其性能优势得到了广泛的应用。

风力发电市场现状

近年来，国内风电装机量快速增长，国家能源局最新数据显示，今年前7个月，国内风电新增装机量达2631万千瓦，累计装机量达3.9亿千瓦。而随着平价时代到来，风机大型化趋势尤为凸显，陆上风机单机容量最高突破10兆瓦，海上风机单机容量突破18兆瓦，叶片长度也在不断刷新行业纪录。

快速大型化给风机叶片材料性能带来全新考验，传统玻璃纤维复合材料性能不足的情况下，碳纤维成为最新的“潜力股”。

2022年，全球风机叶片对碳纤维的需求量占到全球碳纤维需求总量的25.7%，我国风机叶片碳纤维需求量也占碳纤维整体需求的23.5%。

为了更好的应用性能优势，加大碳纤维材料在风机叶片上的应用已成必然趋势。

碳纤维叶片应用优势

风机叶片材料在经历了木材、布蒙皮、金属蒙皮以及铝合金后，玻璃钢复合材料被普遍使用。各国研制大功率风电机组最需要解决的问题是增大风轮直径捕获能量，因而，对风机叶片材料的要求也越来越高。

那采用碳纤维材料后的风机叶片与玻璃纤维相比，碳纤维的比模量和比强度均大幅增加，碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料密度更低、强度更高，突破了玻璃纤维材料的性能极限，可保障风机叶片在增加长度的同时降低重量。

有实际的应用上面标示利用碳纤维叶片可进一步提升海上风电机组设计上限，甚至可支撑20兆瓦、300米叶轮直径的机组开发。随着我国海上风电开发范围不断扩大，深远海等复杂工况区域对叶片提出了更高要求，碳纤维材料的高强度性能将能适应更加恶劣的工况环境。另外，轻量化叶片还可以降低吊装和运输的难度，对海上风电全生命周期降本有所帮助。

上下游产业链协同必不可少

尽管碳纤维叶片蓝海已经显现，但业界普遍认为，碳纤维叶片未来仍需在成本、制造能力以及叶片状态检测技术上提升，从而进一步打开市场空间。

碳纤维材料是大型海上风机叶片开发的必然选择，但实际上成本仍在制约碳纤维材料在风机叶片上的大批量应用。虽然碳纤维价格持续走低，但对应的玻璃纤维价格也在持续下降，从叶片设计角度，碳纤维叶片与传统玻纤叶片相比竞争力仍然有限。

除此以外，业界指出，当前国产纱线碳板与成熟进口纱线碳板性能存在一定差距，有缺陷漏检风险。

碳纤维作为国家战略性新材料，需要产业链协同发展。风电行业需要碳纤维企业继续优化成本，风电企业也需要综合考虑成本和可靠性，同时还应建立风电国产碳纤维的产品标准、碳纤维部件测试和设计许用值的行业规范，促进国产碳纤维和风电行业协同健康发展。才能应对行业存在的诸多问题和挑战，智上新材研发更高性能的热塑性碳纤维复合材料也是更好的把碳纤维性能展示出来，能够在更多的行业领域中得到更好的应用表现。

除了碳纤维性能之外，我们还要关注碳纤维材料的性能稳定、部件结构形式的合理性，以及防雷设计的可靠性都将制约碳纤维在叶片设计中的应用前景。

在国外已经有很多大型风电机组采用了碳纤维风机叶片，以丹麦和德国为例，这两个国家早在上世纪70年代开始用现代技术研发风电机组，已经积累了丰富经验，形成了非常成熟的技术。丹麦LMGlassfiber“未来”叶片家族中61.5米、5兆瓦风机的叶片在梁和端部都选用了碳纤维。德国叶片制造商NordexRotor制造的56米，5兆瓦风机叶片的整个梁结构都采用了碳纤维，他们认为叶片跨越一定尺寸后，碳纤维叶片的制造成本并不比玻璃纤维的成本高。