【市场观察】一文盘点全球风电叶片市场的未来发展趋势及其对碳纤维复合材料行业的影响
纤维增强塑料 (Fibre-reinforced plastics，FRPs)是以塑料树脂为基体，玻璃纤维、碳纤维和其他纤维作为增强体得到的一种复合材料。树脂基体有两种主要形式：热固性树脂和热塑性树脂，其中热固性树脂可形成不可逆的固体聚合物，最常用于制造风力涡轮机叶片，而热塑性塑料可重新熔融和回收利用。纤维增强复合材料广泛应用于如车辆部件、车门、浴缸和风力涡轮机叶片等领域。
从环境保护的角度来看，FRP材料在产品的使用阶段具有显著的优势，因为它轻质、坚固、耐用。例如，它可以减轻车辆的重量，减少燃料消耗，从而减少温室气体排放。FRP对于风力涡轮机越来越大的叶片来说也至关重要，因为钢制叶片重量惊人，效率更低，而且非常昂贵。
2019年，全球海上风电装机量为29.1GW，目前欧洲是最大的市场（占所有海上风电的 75%），其中英国海上风电装机量9.6GW、占比33%，德国海上风电装机量7.6GW、占比26%，其次是中国海上风电装机量6.7 GW、占比23%。北美目前仅运营 30 MW，虽然这一数字预计将在接下来的几年中增长，全球各区域海上风电装机量如下图1所示（来源：Global Offshore Wind Farms Database | 4C Offshore.16-Nov-2020）。
图1 全球海上风电装机量
对于陆上风电装机量，目前按装机容量排名前五位的国家依次是英国、德国、中国、丹麦和比利时。陆上安装了超过621GW的电力，其中中国为230GW，占比高达37%，而美国陆上装机总量为106GW、占比17%，随后是印度、西班牙和瑞典等（如下图2所示，来源J Lee and F Zhao,GWEC Global Wind Report 2019,Wind Energy Technol., p.78, 2020）。
图2 全球陆上风电装机量
图3显示了2001-2019年全球陆上和海上装机量发展趋势，从图中可以看出近年来尤其是最近3年复合年增长率高达9%（来源：J Lee et al., Global Offshore Wind Report 2020, 2020）。
图3 全球风力涡轮机安装率（安装 GW/年）
图4、图5分别显示了2020-2050年全球海上、陆上风电装机量发展趋势，从图中可以看出无论是海上装机量亦或是陆上装机量，在未来一段时间内均会出现快速的增长。
图4 2020-2050年全球海上风电装机量预测
图5 2020-2050年全球陆上风电装机量预测
目前全球风能领域使用了 250 万吨复合材料。据估计，每MW电力需要 12-15 吨玻璃纤维增强塑料。玻璃纤维增强塑料 (GFRP) 占全球 750 亿美元复合材料市场的大部分。仅在欧洲，每年的产量就超过 100 万吨，其中建筑、基础设施和运输部门占比接近 70%。
就碳纤维增强塑料 (CFRP) 而言，在过去十年(2010–2020)全球需求增长了两倍，达到 160,000 吨左右。风能目前已经成为占比最大的行业，占全球对CFRP需求的 24%，超过航空航天 (23%)、体育 (13%) 和汽车 (10%) 行业（图6）。
图6 全球碳纤维复合材料应用领域占比情况
但是，就价值而言，风电行业仅占全球市场的 4%（7.72 亿英镑）（见图7 ），其主要原因在于风电行业中使用的碳纤维大多为低成本且质量普通的碳纤维。
图7 全球碳纤维复合材料市场规模
未来30年随着全球陆上、海上装机量增强，风电行业对FRP复合材料需求将会进一步大幅增长。根据最新市场分析报告，2020年全球碳纤维需求中风电叶片总需求达到3万吨，占全球碳纤维总需求的29%；而与国外相比，我国风电叶片用碳纤维的需求更是高达2万吨，同比增长44.9%，占全国碳纤维需求总量的40.9%。
为了应对风电行业对低成本碳纤维需求，今年6月10日Zoltek公司宣布将扩大其位于墨西哥瓜达拉哈拉工厂的碳纤维生产能力。通过扩大运营，主要用于风电行业的——ZoltekPX35碳纤维全球总产能有望达到至2.8万吨/年。