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中國風電葉片專用環(huán)氧樹脂行業(yè)行業(yè)技術水平、特點及發(fā)展趨勢
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-10-30

風電零部件中，葉片的技術迭代速度相對較快。風電葉片材料經(jīng)歷了由木質(zhì)材料→金屬材料→復合材料的演變過程。相比原來的金屬材料制作的葉片，復合材料風電葉片具有質(zhì)量輕、比強度高、剛性好、成型工藝簡單、抗震性好、抗疲勞性能好、耐腐蝕性和耐氣候性好、易于修補等特點，復合材料成為了大型風力發(fā)電機葉片材料的首選。

復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、韌性優(yōu)良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域，隨著現(xiàn)代社會的飛快發(fā)展，各行各業(yè)對復合材料的性能要求精益求精、日益苛刻。行業(yè)對新型復合材料用環(huán)氧樹脂的要求也不斷的提高，需要更高效的阻燃性能、更高的比強度、更快的成型工藝。

電子電氣絕緣封裝用環(huán)氧樹脂方面，行業(yè)已穩(wěn)定多年，行業(yè)供應產(chǎn)品大部分功能差異不大。行業(yè)現(xiàn)階段發(fā)展方向主要為環(huán)保、穩(wěn)定、高品質(zhì)，以及迅速響應客戶對產(chǎn)品的新需求。

隨著環(huán)氧樹脂應用技術的發(fā)展，以及未來下游行業(yè)進行技術升級和工藝更新，對環(huán)氧樹脂的性能、物理指標等提出了更高、更新的要求，環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)技術、產(chǎn)品質(zhì)量及技術服務也在不斷地提高。

（1）風電葉片用環(huán)氧樹脂技術發(fā)展趨勢

①風電葉片用環(huán)氧樹脂需要滿足風電葉片大型化、輕量化趨勢要求

技術發(fā)展趨勢上，風電機組單機容量將逐漸提升，無論是陸上風電與海上風電均會向大型化發(fā)展。在全球市場范圍內(nèi)，陸上風電領域，隨著平價大基地項目、分散式風電項目的需求增加，對機組的風資源利用率要求提高，陸上風機功率已經(jīng)逐步邁入 4MW、5MW 時代。

《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出推廣應用低風速風電技術，低風速風電技術要求風電葉片大型化、輕量化。2022 年 8 月，工業(yè)和信息化部、財政部、商務部、國務院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會、國家市場監(jiān)督管理總局印發(fā)《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》，計劃提出，重點發(fā)展 8MW 以上陸上風電機組及 13MW以上海上風電機組。

隨著發(fā)電機組向大型化發(fā)展，風機的葉片長度不斷增加。更大的葉片尺寸還對材料重量、強度提出更高要求，葉片質(zhì)量的減小和剛度的增加，可以有效改善葉片的空氣動力學性能，降低葉片對機塔和輪軸的負載，風機的輸出功率更平滑更均衡、運行效率更高，更有利于風機的風力收集。

相同葉片長度下，采用碳纖維復合材料制作的重量遠遠低于玻璃纖維復合材料制作的重量。目前，風電葉片主要以玻璃纖維作為增強材料，但為滿足風電機組葉片的大型化和輕質(zhì)化要求，未來中國在風電葉片的生產(chǎn)中將更多使用碳纖維。這就要求風電葉片用環(huán)氧樹脂以最優(yōu)程度實現(xiàn)與碳纖維的復合，成為具有高性能的復合材料，用于風電葉片的灌注成型。思瀚發(fā)布《2023-2028年中國風電葉片專用環(huán)氧樹脂市場現(xiàn)狀及投資研究報告》

風電機組單機容量不斷上升勢必要求風電葉片長度越來越長，這對風電葉片材料供應商也提出了更高要求。葉片長，葉根變大，將導致葉片樹脂灌注時間延長及樹脂放熱峰變得難以控制；也帶來鋪層時間、脫模時間等都相繼延長，而制造時間延長帶來制造成本上升。葉片用灌注樹脂的技術發(fā)展趨勢，將朝著快速灌注、低放熱峰、縮短后固化時間、材料及制作工藝降本方向發(fā)展。

②海上風電作為風電未來發(fā)展的新趨勢，對上游材料供應商的要求更高

因海上風力資源豐富且風源穩(wěn)定，發(fā)展海上風電在全球已經(jīng)成為一種新趨勢。海上風電的優(yōu)勢主要是風速較陸上更大，風垂直切變更小，湍流強度小，有穩(wěn)定的主導方向，年利用小時長。此外，海上風電不占用土地資源，且接近沿海用電負荷中心，就地消納避免了遠距離輸電造成的資源浪費。未來風電發(fā)展的主要方向將轉向海上風電。

海上風電領域，由于相較陸上風電面臨更為復雜的環(huán)境，需要考慮海上惡劣自然條件和環(huán)境條件帶來的影響，如鹽霧腐蝕、海浪載荷、海冰沖撞、臺風破壞等制約因素。未來海上風電的發(fā)展趨勢是深水遠?；瑢Ξa(chǎn)品本身和成本管控能力將不斷提出新要求，大兆瓦機型推出的趨勢更為突出，這將對風電葉片的研發(fā)、相關裝備制造等環(huán)節(jié)也提出更高的要求。除滿足海上風電葉片大型化要求外，還需在抗腐蝕、抗臺風、抗海水沖撞等方面具有優(yōu)異的性能。

此外，隨著海上風電的發(fā)展，對淺海區(qū)風力資源的開發(fā)利用越來越高，淺海區(qū)風力潛在資源越來越少，未來海上風電的發(fā)展趨勢是深水遠?；！丁笆奈濉爆F(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出推進海上風電向深水遠岸區(qū)域布局。

2022 年 8 月，工業(yè)和信息化部、財政部、商務部、國務院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會、國家市場監(jiān)督管理總局印發(fā)《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》，計劃提出，研發(fā)深遠海漂浮式海上風電裝備。加強深遠海域海上風電勘察設計及安裝。推動

12-15MW 級超大型海上風電裝備應用，推進遠海深水區(qū)域漂浮式風電裝備基礎一體化設計、建造施工與應用。與當前主流的固定式海上風電技術相比，漂浮式海上風電技術適用于更加廣闊的海上空間，不受海床地質(zhì)條件影響，在 50 米及以上水深區(qū)域里，更加具備成本優(yōu)勢。對于海上漂浮式風力發(fā)電機主要組成部分的海上漂浮裝置，可大量使用環(huán)氧樹脂基復合材料。

③風電運維市場發(fā)展方向

在風電存量市場和新增市場雙輪驅動下，風電運維市場也處在一個需求迫切、增長快速的快車道上。我國風電運維市場規(guī)模逐年增長，風電運維市場將朝著專業(yè)化、智能化、集成化的方向發(fā)展。風電產(chǎn)品維修和保養(yǎng)需要定制，具有較高的專業(yè)門檻。葉片全年可用于維修的時間修補要求周期短，因此葉片修補樹脂將朝著低溫快速固化、紫外光固化、雙組分膠管包裝、施工工藝便捷性、低粘度等方向發(fā)展。

（2）新型復合材料用環(huán)氧樹脂技術發(fā)展趨勢

復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、韌性優(yōu)良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域。隨著現(xiàn)代社會的飛快發(fā)展，各行各業(yè)對復合材料的性能要求精益求精、日益苛刻。行業(yè)對新型復合材料用環(huán)氧樹脂的要求也不斷的提高，需要更高效的阻燃性能、更高的比強度、更快的成型工藝等。

（3）電子電氣絕緣封裝用環(huán)氧樹脂技術發(fā)展趨勢

隨著電子設備向小型化、輕量化、高性能化和高功能化的發(fā)展，電子器件也相應向高集成化、薄型化、多層化方向發(fā)展，因此要求提高環(huán)氧樹脂封裝材料的耐熱性、介電性能和力學性能，降低吸水性和內(nèi)應力。當前開發(fā)的重點是高純度、高耐熱性、低吸水性和高韌性的環(huán)氧樹脂和固化劑。未來電子電氣絕緣封裝用環(huán)氧樹脂產(chǎn)品突破將以重大集成、半導體微納米級晶體及精細光學為發(fā)展方向。