风电叶片材料行业应用前景、发展趋势及技术特点
思瀚产业研究院 振石新材料    2025-06-26

（1）风电叶片材料应用情况

1）风电叶片介绍

风电机组由叶片、齿轮箱、发电机、轮毂、轴承、机舱罩等组成，其中叶片、齿轮箱、发电机成本占比相对较高。风电叶片为风电机组的关键零部件，是影响风力发电效率的关键因素之一，为满足复杂工况下的高效率发电，风电叶片要求具备外形设计、重量轻、强度高、韧性强、噪音小、耐腐蚀等特点，叶片的外形设计、内部结构和材料应用共同决定了叶片的力学性能。

风电叶片结构包括壳体、主梁、腹板、叶根、表面涂层等：壳体形成叶片气动外形用于捕捉风能；主梁负责核心支撑，提供叶片刚度即抗弯和抗扭能力；腹板负责支撑截面结构，预制后粘接在主梁上；叶根增强层将主梁上载荷传递到主机处；表面涂层起到防止腐蚀和减少摩擦的作用。

2）纤维增强材料在风电叶片中应用方式

①真空灌注成型法下大量铺置纤维织物

风电叶片生产按照工艺分为真空灌注法、预浸料成型法、湿法手糊成型法和拉挤成型法等。真空灌注成型工艺操作简单，能有效降低工人的劳动强度，且由于整个成型装置在真空密封环境下工作，避免了操作人员与有害物质的大量接触，工作环境较为友好；

同时，真空灌注成型可以有效控制产品的厚度和树脂含量，提升纤维增强材料在制品中的占比，使产品力学性能更加优异，是叶片生产的主要方法。在真空灌注成型工艺下，使用大量纤维织物作为增强材质增加风电叶片刚性和强度。纤维织物是通过编织手段使纤维纱线交错和钩连呈现布状形态，经过特殊工艺被树脂浸润后固化形成风电叶片。

纤维织物作为风电叶片的增强材质主要原因为：①可以提高风电叶片的刚度和强度，使其能够承受较大的风力和重力，延长使用寿命；②降低风电叶片的重量和成本，提高风电机组的效率和经济性；③增加风电叶片的抗冲击性和抗疲劳性，减少裂纹和断裂的风险，提高安全性能；④适应不同的气候和环境条件，具有良好的稳定性和耐久性。

②拉挤型材是叶片主梁重要预置结构件

风电叶片主梁负责核心支撑和承载，决定了叶片刚度，相当于人类的脊梁，其纤维含量越高，主梁的力学性能或承力状态越优。风电行业发展前期，中小型叶片通过逐层铺设玻纤织物一体化真空灌注的形式生产便可满足性能要求，主梁区域材料与其它区域接近。

拉挤型材具备一体化成型、连续生产、纤维含量高、质量稳定、成本低等优点，其以预埋件的形式用于主梁承力效果显著提升，在风电机组和叶片不断朝着风电大型化、轻量化方向发展的趋势下，使用拉挤型材逐渐成为中大型叶片的主流方案。根据使用的纤维材质进行区分，国外市场主要使用碳纤维拉挤型材，而国内市场从成本角度出发以使用玻纤拉挤型材为主，但也逐步尝试使用碳玻混合或者碳纤维拉挤型材。

（2）全球风电行业发展概况及市场预测

风能被誉为二十一世纪最有开发价值的绿色环保新能源之一。风力发电主要是利用风动能进行转化使其成为机械动能，再把机械动能转换为电能。在全球气候变暖和减少碳排放的大背景下，全球风电行业快速发展。根据全球风能理事会（GWEC）发布的《全球风能报告 2024》，2024 年全球风电新增装机量达到 117GW，2001-2024 年全球风电新增装机量年复合增长率达 13.39%。

根据 GWEC 统计和预测，截至 2024 年末全球风电累计装机量达到 1,136GW，预计 2030 年全球累计风电装机量将达到 2,118GW，2024-2030 年全球新增风电装机容量复合增长率为 10.94%，平均每年新增风电装机量 163.7GW，仍将保持相对较高的发展速度。

2024 年，亚太地区新增风电装机量占全球新增装机容量的比重达到 75%，欧洲和北美洲新增风电装机容量占比分别为 14%和 5%，拉丁美洲占比 4%，非洲、中东地区占比 2%。亚太地区的风电产业发展表现远超全球其他地区，逐渐成为全球主要的风电市场。

（3）我国风电行业发展概况

据国家能源局统计，2002 年开始我国风电年装机量开始呈现快速增长，至 2012年我国风电累计装机量达 63GW，超越美国成为世界第一风电大国。2019 年 5 月，发改委发布《关于完善风电上网电价政策的通知》，该通知规定：“1）2018 年底之前核准的陆上风电项目，2020 年底前仍未完成并网的，国家不再补贴；2）2019 年 1 月1 日至 2020 年底前核准的陆上风电项目，2021 年底前仍未完成并网的，国家不再补贴；3）自 2021 年 1 月 1 日开始，新核准的陆上风电项目全面实现平价上网，国家不再补贴。”

受陆上风电补贴退出影响，2020 年我国迎来风电装机新一轮高峰，全年新增并网装机容量达到 71.67GW，同比增长 178.70%，超过此前三年新增并网装机容量之和，累计装机容量达 282GW。

2021 年和 2022 年，我国风电新增并网装机量较 2020 年出现回落，但是我国风电行业仍保持了良好的发展态势，2021 年和 2022 年分别新增并网装机量 47.57GW 和37.63GW，均超过 2020 年之前的各年度风电新增装机容量，年新增装机容量仅次于2020 年。2023 年全国风电新增装机容量 75.9GW，较 2022 年风电新增装机容量37.63GW 上升 102% 。

我国风电产业自 2020 年补贴退坡后，通过技术创新与市场化机制优化，成功实现从政策驱动向市场驱动的转型。风电大型化和关键材料和零部件国产化推动风电项目全生命周期成本显著下降，特高压网络与并网技术突破以及储能技术发展有效缓解消纳瓶颈，度电成本下降使得风电在我国能源结构中地位提升，投资成本可控保证了可观的风电项目收益，提升了国内风电投资的积极性。

（3）风电行业未来发展前景

1）中国风电行业发展前景

①碳达峰目标加速推进，新能源装机规划饱满

2020 年 9 月 22 日，我国在第七十五届联合国大会上指出，中国将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取于 2060 年前实现碳中和，国家发改委、国家能源局发布的《“十四五”现代能源体系规划》提出，到2025 年非化石能源消费比重提高到 20%左右。

2020 年 10 月 14 日，北京国际风能大会发布《风能北京宣言》提出，为达到与碳中和实现起步衔接的目的，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，保证年均新增装机 5,000 万千瓦以上。2025 年后，中国风电年均新增装机容量应不低于 6,000 万千瓦，到 2030 年至少达到 8 亿千瓦，到 2060 年至少达到30 亿千瓦。

②风机大型化经济性凸显，多项政策持续助力产业发展

随着风电平价时代的到来，新增风电项目对风电机组单机容量提出了更高要求。风电单机功率提高促进发电量提升，在同样的装机容量下，单机功率越高，所需安装的风机台数越少，可大幅降低吊装成本与后期的运维成本，风机大型化降本成效有助于实现平价陆上风电项目投资经济性。从 2020 年中开始，陆上风电中标价持续下行，整机企业应用大型化风机中标趋势明显。

2021 年以来多项产业相关政策落地，进一步推进风电资源空间释放及项目建设节奏，其中主要涉及风光大基地、风电下乡、海上风电、老旧机组改造等方面，在推进风电资源释放和项目建设节奏上起到了关键作用。

③海上风电平价进程超预期，有望进入快速上行期

相比陆上风电，海上风电资源稳定、风量充足，利用小时数更高，出力更为平稳，对接入电网的系统调频能力要求相对较低，且地理位置接近沿海经济发达地区用电负荷侧，便于及时将电输送到岸上的用电负荷中心就地消纳，节省跨省调配的电力运输成本。

2022 年以来海风平价进程加速，且伴随海上风电平价进程加速到来，各省海风规划仍有望进一步扩容。尽管海上风电中标价格已经来到平价时代，但是海上风电项目仍面临一定成本，随着风机大型化降低单位容量费用以及船海装备的技术进步，海上风电项目建设项目成本将不断降低，海上风电项目收益率上升将持续提振海风市场。充沛的海风资源储备能够有效支撑国内海上风电规模化开发，预计伴随风机技术的不断进步，海上风电资源技术可开发量仍有望进一步提高。

④市场化的定价机制加速技术迭代、优化资源配置，并提升行业整体竞争力

国家发展改革委、国家能源局联合印发的《关于深化新能源上网电价市场化改革促进新能源高质量发展的通知》（发改价格〔2025〕136 号），通过市场化机制推动新能源行业高质量发展，具体措施包括：推动新能源上网电价全面市场化，要求风电、光伏等新能源发电项目原则上全部电量进入电力市场交易，电价由市场供需形成，2025 年 6 月增量项目通过市场化竞价确定机制电价，并动态调整规模，取消强制配储要求、优化绿证与电价协同机制、加强市场监管等。

市场化的定价机制和措施将倒逼风电产业链参与者注重技术升级与成本优化，更加深化风电行业从“政策红利”转向“市场驱动”，长期将加速技术迭代、优化资源配置，并提升行业整体竞争力，为可持续发展和能源结构转型奠定基础。

⑤基础配套设施完善将加速

风电在我国发电结构的比例提升尽管风电的理论度电成本已低于火电，但其发电量占比仍较低，尚未成为主力能源，其原因一是风电的间歇性与波动性，其出力受风速变化影响，需依赖储能或灵活调节电源保障电网稳定；二是电网消纳能力不足，风资源富集地区远离用电负荷中心，输电网络尚未全面贯通，导致部分地区弃风率较高；三是能源系统惯性依赖，火电存量装机占比大，且承担调峰、保供等基础功能，短期内难以完全退出。

尽管如此，中国风电发展已展现巨大潜力与积极进展。技术层面，风机大型化、叶片轻量化及智能运维技术持续降低度电成本；基建层面，特高压输电工程加速推进，跨区输电能力显著提升，弃风率逐年下降；储能配套方面，储能成本持续下降，为风电平滑出力提供支撑；政策驱动上，市场化电价改革推动风电全电量入市，差价补偿机制平衡市场风险，绿电交易与碳市场联动更凸显其环境价值。

未来，国内风电需进一步强化技术、基建与机制的协同发展：通过储能规模化应用提升调节能力，依托特高压网络实现高效消纳，结合市场化电价机制释放绿电溢价潜力，加速风电在我国发电结构的比例提升。

2）海外风电行业发展前景

①海外陆上风电保持稳定增长，海外海上风电中长期增长确定性

较强海外陆上风电中长期装机需求稳步增长，增量需求主要来自亚非拉区域市场。2023 年以来欧洲陆上风电项目审批进度有所加快，亚非拉等国家陆续启动单体 GW 级大型项目招标，海外整体产业链质量风险相对可控，其中增量装机需求将主要集中在亚洲、非洲、中东区域。根据 BNEF 预测，2023-2028 年海外陆上风电新增装机CAGR 达 11.5%。

受全球碳中和目标和能源危机影响，近几年全球各国陆续出台新一轮海上风电发展规划。根据 BNEF 预测，2023-2028 年海外海上风电新增装机 CAGR 达 32.6%，2026 年海外新增海风装机有望突破 10GW。

②国产成本优势及优质供应能力推动出口加速

根据 BNEF 数据统计，2024 年全球前十大风电整机出货企业包括 6 家中国企业和4 家海外企业。海外整机环节竞争格局持续高度集中，Vestas、Siemens Gamesa、GE及 Nordex 市场占有率长期维持在 80%-90%。

近些年，受海外高位原材料价格及供应链扰动影响，海外风机产品新签订单售价持续提升，而国内风电产业链整体表现出较强的成本优势。国产风电正在凭借成本优势及稳定的供货能力增加海外订单签约量，中长期来看，中国风电企业有望逐步实现西欧等市场的突破，在海外市场逐步提升市场占有率，加速国产风机和关键材料出口进程。

（4）风电叶片行业发展概况及趋势

1）风电叶片将朝着大型化方向发展

风电机组通过风电叶片采集风力资源，并带动发电机组旋转产生电流，从而实现风能向电能的转化。风电叶片是风电机组中主要的组成部件，其叶片形状、尺寸直接决定了风电机组的运行效率。随着最近几年国内陆上风机、海上风机逐渐大型化的趋势，风电叶片的叶轮直径也在不断增长，同时叶片的叶型、结构、材料也在随之不断进行迭代和更新。

从技术上看，风电叶片尺寸越大，风机的扫风面积越大，从而捕获更多的风能，提升风电机组的发电效率，降低风电度电成本。随着风力发电平均上网电价和风电机组投标均价走低，倒逼风电整机厂商及上游零部件公司降本来维持利润空间，叶片大型化是风电机组降本的重要途径。

在过去五年中，风电叶片逐渐应用一体化拉挤技术产物拉挤型材代替了传统真空灌注下主梁部分，提升主梁部分承载力，实现叶片朝 80 米以上快速发展，目前陆上叶片可达 140 米以上，通过叶片工艺的改变实现了风电叶片的大型化。未来，更高模量的玻纤，更精细的编织工艺，碳纤维的经济性，以及更优化的树脂配方等是叶片突破当前长度瓶颈的重要途径。

2）风电叶片朝着轻量化方向发展

风电叶片中原材料占生产成本比例超过 75%，增强纤维和树脂基体占原材料成本比例分别为 21%和 33%，其中风电增强纤维以玻璃纤维为主。风机大型化趋势下，风电叶片的技术迭代趋势是力学性能优化、轻量化和降本，实现路径是风电叶片材料、制造工艺和叶片结构的迭代优化，例如经裁剪和绗缝后的纤维织物可以避免传统层压工艺中的纤维屈曲和界面分层问题，节约纤维和树脂的用量，减轻叶片的重量。

风电叶片下一步轻量化的重点在材料的迭代方面。碳纤维的密度比玻璃纤维低 30%-35%，应用碳纤维可使叶片减重 20%以上；拉伸模量比玻璃纤维高 3-8 倍，拥有更强的抗疲劳性能，能够延长叶片的使用寿命。但是，碳纤维价格明显高于玻纤，经济效益较差，尚不具备大规模替代的基础，现阶段在部分海上超大型机组叶片上使用。

（5）风电叶片材料行业技术水平及特点

风电叶片对纤维织物的性能要求主要包括：

1）原材料纤维的高模量。大型风电叶片制造过程中对叶片的耐温性能、机械性能要求较高，高模量纤维能够有效提升纤维织物成品的力学性能，使之具有更高的拉伸强度、断裂延伸率、耐疲劳性、抗冲击性及耐温性；

2）成品织物的克重。除力学性能及生产效率外，不同叶型结构对成品织物的克重要求范围有所差异，因而需要纤维织物生产企业具备精准控制织物克重的设计能力，对设备工装改造、工艺流程控制的技术要求较高；

3）纤维排布的设计方式。在纤维织物编织过程中，需结合不同叶片结构的受力特点精准设计纱线的排布方式，包括但不限于在叶片关键部位增加纤维层数、采用特殊的编织结构等，以确保纤维沿着主应力方向分布，提高风电叶片的综合力学性能，对企业在设计纤维排布方面的工艺设计经验要求较高；

4）原材料涤纶丝的张力及号数。涤纶丝的张力、号数等参数会影响纤维织物在叶片模具中铺设的效率。纤维织物生产企业需结合下游客户不同叶型对应的产品需求对设计玻璃纤维纱线排布、对玻璃纤维纱线密度及涤纶丝张力等材料参数进行精准控制，对工艺方案设计能力要求较高。风电叶片对拉挤型材的性能要求主要包括：

1）原材料配方的比例。风电拉挤型材的原材料包括玻璃纤维、碳纤维、基体树脂、脱模布、固化剂等。不同原材料在整体原料配方中的占比会影响玻璃纤维与树脂的浸润效果，进而影响最终生产的拉挤型材成品的抗疲劳性。

2）树脂的固化成型效果。在拉挤成型工艺中，固化成型模具设计及工艺控制会影响树脂固化的均匀性与充分性，进而影响拉挤型材内部的孔隙率，对拉挤型材整体性能具有重要影响。

3）生产过程中的纱线排布设计。在拉挤型材制造过程中，纤维纱线排布设计的方式会影响拉挤型材中的纤维分布及纤维含量、拉挤型材的直线度等。

合理的纱线排布设计工艺能够充分利用纱线的模量性能优势，提高纱线转化率及拉挤型材的综合性能。原材料的配方比例、树脂固化的工艺方法、玻璃纤维的纱线排布设计均需要经过长期实践和积累的成熟工艺经验来进行优化和把控。

前述工艺环节的精细调控不仅直接影响拉挤型材的生产效率，还决定了成品的力学性能、均匀性和稳定性。因此，成熟的工艺经验在提升生产效率、确保产品质量以及满足高性能要求方面发挥着重要作用。

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