财富研究主题：维斯塔斯专利到期，碳纤维渗透加速

维斯塔斯专利到期，助力碳梁叶片应用。2022年7月19日，维斯塔斯以碳纤维条带为主要材料的风力涡轮叶片的相关专利到期。维斯塔斯的拉挤主梁制造技术提高了碳纤维在叶片中含量，在满足叶片强度和刚度需求的基础上使叶片减重20%-30%；将主梁主体受力部分拆解为标准件生产，可应用于全部兆瓦级叶片；降低碳纤维材料成本和运输及整机组装过程成本；易于自动化和大规模生产，提升生产效率。 专利到期后我国风电叶片制造企业有望加速布局碳梁风电叶片，助推风电行业进一步发展。 专利到期，国内企业布局碳纤维拉挤产线。叶片制造企业中，中材科技拉挤技术储备有7-8年历史，在2021年北京国际风能展览会上推出了碳纤维拉挤板和成本较低短期应用的玻纤拉挤板；时代新材称公司突破了碳纤维拉挤板、玻璃纤维拉挤板、PET夹心材料等应用关键技术。主机厂明阳智能等也开始进行碳纤维拉挤产线布局。制造商角度，光威复材和江苏澳盛此前为维斯塔斯供货，产线成熟，优势明显。 其中光威复材当前具有1020万米拉挤碳梁产能，产能利用率达83.14%，此外还有170万米在建产能预计于2022年内投产。 叶片碳纤维用量增长，拉动碳纤维需求。2016-2020年大尺寸叶片市占率明显提高，而叶片大型化下碳纤维替代玻璃纤维是必然趋势。加之风电叶片以36.1%的比例位于2021年我国碳纤维下游应用渠道中的第一位，叶片碳纤维应用渗透率提高将有效拉动碳纤维需求增长。 在国内海风、陆风装机量均高速增长的基础上，预计碳纤维在风机叶片领域需求将于2023年迎来小高潮，达到5.2万吨，于2025年达到9.3万吨，2025年及之后迎来大规模放量。 碳纤维国产化有望破除价高阻碍，推动于风电叶片应用。当前碳纤维在风电叶片领域应用的主要阻碍在于价格过高，预计明后年碳纤维价格有望调整至110-120元/千克，进而推动碳纤维在风电应用中大规模放量。而随着国内企业技术突破和扩产计划逐步实施，国内碳纤维供应量升高；同时疫情影响下国外企业产能受损，并且日本东丽自2020年12月起受到出口管制，进口量下降。内外因素叠加下国产占比逐步提高，据赛奥碳纤维数据，2021年全国碳纤维总需求中国产占比已达到46.9%，预计2022年国产占比将超过50%，并于2025年达到61%。 风险因素：装机规模不及预期；技术发展受限；扩产进度不及预期 1.拉挤碳梁工艺普及，头部企业积极布局 1.1.维斯塔斯专利到期，国内企业应用优势技术 维斯塔斯专利到期，助力碳梁叶片应用。2002年7月19日，维斯塔斯分别向中国、丹麦等国家知识产权局、欧洲专利局、世界知识产权局等国际性知识产权局申请了以碳纤维条带为主要材料的风力涡轮叶片的相关专利。专利权利要求包含了制造预先预制的条带的方法和制造风力涡轮机叶片的方法，这一专利保护期为20年，已于2022年7月19日到期。此前，我国其他企业虽已进行了碳纤维风电叶片相关制造技术的开发，但仍在一定程度上受到制约，而随着维斯塔斯专利到期，我国风电叶片制造企业有望加速布局碳梁风电叶片，助推风电行业进一步发展。 拉挤工艺提升碳纤维含量，推动叶片轻量化升级。碳纤维的应用可以在满足叶片强度和刚度需求的基础上使叶片减重20%-30%，满足轻量化需求。2015年之前，碳纤维应用在风电叶片的工艺主要以预浸料和真空灌注为主，部分采用小丝束碳纤维，平均价格偏高。2015年之后，维斯塔斯采用拉挤碳板工艺，具有力学性能优异、具备成本优势和匹配叶片大型化趋势的优点。 表1:拉挤工艺在性能、成本和量产难度上具有优势 标准件组装与大丝束替换，凸显维斯塔斯技术优势。维斯塔斯还将主梁主体受力部分拆解为标准件生产再组装成整体，替换小丝束碳纤维为成本只有其50%-60%的大丝束。具体有如下优点：1）提高碳纤维在叶片中含量，降低叶片整体质量；2）标准件可应用于全部兆瓦级叶片，使用灵活性高，同时保证了拼装后整体性能上的一致性和稳定性；3）降低碳纤维材料成本和运输及整机组装过程成本；4）易于自动化和大规模生产，提升生产效率。此次专利保护到期放开了拉梁叶片大规模应用上的限制，风电行业迎来利好。 图1维斯塔斯风电叶片结构示意图 图2拉挤成型工艺流程 七论国产碳纤维产业化之路 的应用研究 1.2.拉挤技术放开，国内企业布局碳纤维拉挤产线 在拉挤技术储备上，叶片制造企业中中材科技技术研发开始时间早，拉挤技术储备有7-8年历史，在2021年北京国际风能展览会上推出了碳纤维拉挤板和成本较低短期应用的玻纤拉挤板；时代新材称公司突破了碳纤维拉挤板、玻璃纤维拉挤板、PET夹心材料等应用关键技术。主机厂明阳智能等也开始进行碳纤维拉挤产线布局。 制造商角度，光威复材和江苏澳盛此前为维斯塔斯供货，产线成熟，优势明显。其中光威复材当前具有1020万米拉挤碳梁产能，产能利用率达83.14%，此外还有170万米在建产能预计于2022年内投产。并且长期来看，当拉挤碳板供应逐渐充足，叶片制造商将倾向于将碳梁制造部分进行外包，光威和澳盛等制造商将长期存在并持续发展。 表2：光威复材对维斯塔斯销售情况 2.碳纤维渗透率加速提升，国产化替代持续推进 2.1.渗透率逐年提高，风电碳纤维需求高速上涨 叶片碳纤维用量增长，拉动碳纤维需求。据华经产业研究院数据，大尺寸叶片市占率明显提高，从2016-2020年，小于 45m 叶片市占率从20%降低至8%，而 55m 以上的从29%增长至58%，叶片大型化下碳纤维替代玻璃纤维是必然趋势。同时，据塞奥碳纤维统计，2021年我国碳纤维下游应用渠道中风电叶片占比最高，达36.1%，风电行业碳纤维需求提升将有效拉动碳纤维需求增长。 图3大尺寸叶片市占率显著提高 图4风电叶片在碳纤维下游应用渠道中占比最高 国泰君安证券研究 短期内产业链磨合，长期内碳纤维需求高速增长。目前国内碳梁实验进展良好，已进入批量化验证阶段，预计风电配套产业链需2-3年进行磨合，通过减轻塔筒轴承等部件重量、缩小发电装置等措施配合叶片轻量化趋势。同时，在国内海风、陆风装机量均高速增长的基础上，预计碳纤维在风机叶片领域需求将于2023年迎来小高潮，达到5.2万吨，于2025年达到9.3万吨，2025年及之后迎来大规模放量。 表3:碳纤维风电领域需求测算 2.2.碳纤维进口总量下降，国产替代正当时 当前碳纤维在风电叶片领域应用的主要阻碍在于价格过高。风电所用大丝束碳纤维价格持续上涨，主要原因在于：1）下游清洁能源领域需求上涨，其中风电大型化趋势下碳纤维替代玻纤用量上涨，光伏行业中碳纤维在坩埚上的用量增加，且由于用量只有30公斤左右，相对较少，使得需求对价格变动敏感度较低，助推了碳纤维涨价2）国外疫情较为严重，产能受损，且日本东丽高端碳纤维出口受限另一方面在于光伏。碳纤维与玻纤价格差距的将进一步拉大迫使部分风电企业用回玻纤，不利于叶片大型化的推进和性能提升。 碳纤维在风电应用中大规模放量要求其将价格降低至110-120元/千克，预计随着国内大丝束企业产能扩建和投产释放，以及出口的逐步放开，这一目标将于明后年实现。 国内企业技术突破，国产替代趋势显著。据赛奥碳纤维数据，2016开始国产碳纤维占比进入提升阶段，2021年在全国碳纤维总需求中国产占比已达到46.9%，2016-2021年国产占比复合增长率达20.6%，预计2022年国产占比将超过50%，并于2025年达到61%。 国产化进程推进迅速主要原因在于：1）国内产能方面，国内碳纤维企业技术改进积极扩产，产能逐渐释放，提升供应能力；2）进口方面，疫情影响下国外企业产能受损，并且日本东丽自2020年12月起受到出口管制，进口量下降，为国产化创造机遇。 图5碳纤维国产占比显著提升 表4:国内企业进行大丝束和原丝产能布局 3.风险因素 1）装机规模不及预期：国内海上风电装机量可能因此前“抢装潮”已过而不及预期。 2）技术发展受限：国内厂商在碳纤维材料、拉挤等技术工艺研发应用过程中，以及产业链磨合过程中可能受阻。 3）扩产进度受阻：由于疫情及外界环境影响，厂商扩产进度可能受阻，进而碳纤维供应将维持紧缺状态。