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风能是最具成本优势、环保的能源之一。2017年,风电叶片制造巨头Vestas分别与赫氏、阿克萨集团签署协议,为新一代风机叶片提供先进碳纤维复合材料。风电是碳纤维复合材料目前最具发展潜力的应用领域之一。
1碳纤维复合材料在风电领域的市场规模
截止到2016年5月,全球风电装机容量已近4270亿MW,预计到2020年,风力发电量将占世界总发电量的11.81%。
全球逐年增加的风力发电装机容量,以及中国的这一轮风电抢装潮,使环氧树脂面临巨大的发展机遇。预期增长以亚洲地区为主。
中国风电叶片用环氧树脂需求增长,海上风电前景看好
风电叶片用环氧树脂即用于风电叶片制造的环氧树脂,是由基础环氧树脂深加工制成,对玻璃纤维、碳纤维具有良好的浸润性,工艺操作性与耐热性优异,并兼备出色的力学性能,与增强材料复合后具有优异的力学性能和耐疲劳性能。
风电叶片用环氧树脂根据用途不同可以分为风电叶片真空灌注树脂、风电叶片手糊树脂、风电叶片环氧树脂结构胶、风电叶片模具树脂等。
风电叶片真空灌注环氧树脂适用于真空灌注工艺生产制作大型复合材料零部件及产品,特别适用于兆瓦级风能发电机叶片的灌注生产;风电叶片手糊环氧树脂适用于手糊工艺进行复合材料零部件的生产与修补,如兆瓦级风力风电风机叶片的包边与修补等;风电叶片环氧树脂结构胶适合树脂基复合材料及金属部件之间的相互粘接,在粘接间隙较大的情况下也可获得优异的粘接性能;风电叶片模具树脂可有效缩短固化工艺时间并提高生产效率,还可搭配灌注或RTM等工艺使用,并提供良好的机械性能与韧性,特别适合用在大型部件结构中。
未来,随着海上风电的发展,风电叶片用环氧树脂行业将逐渐向海上风电机组叶片树脂研发转变,相应的适用于海上风电机组叶片及其模具生产用的产品也将得到快速发展,行业市场前景广阔。
全球风能理事会(GWEC)预计2020年全球新增风电装机将达到创纪录的71.3GW(原纪录为2015年的63.8 GW),相比于年初(新冠疫情之前)的预测,这一数据只下调了6%。而2021年的全球新增装机量将进一步提升至78GW,原因在于今年受疫情影响被延迟的部分风电项目将在明年完成安装。
同时,基于对中国市场“抢装”势头的判断,GWEC对2020年全球海上风电新增装机的预测较疫情之前有所上调。
在2020-2024年这五年中,全球新增风电装机的一半以上将来自中国和美国这两大市场,而全球风电累计装机将在2024年之前突破1 TW(10亿千瓦)大关。
中国海上风电用环氧树脂需求前景广阔
自2010年在上海启用首个102兆瓦的东海大桥风电场以来,中国一直在忙于建造海上风电场,截至2019年12月已安装了近7GW的容量。预计到今年,累计安装量将超过德国和英国等海上风电先驱。
尽管COVID-19危机首先冲击了中国,但这并没有减缓中国海上风电的增长。当前的海上风电上网电价补贴将在2021年底到期,并且没有任何补贴延长的迹象。据GWEC Market Intelligence预计,此次安装潮将新增11.4GW的新增装机容量,预计将于2019年至2021年上线。
在抢装潮之后,预计市场将在2021年达到顶峰,随后将随着**将终止对海上风电的补贴时出现下降趋势。然而,鉴于中国巨大的海上风电潜力和市场规模及其增长速度,GWEC Market Intelligence预计,到2022年至2030年,年平均产能将继续增长,达到4.77 GW。
随着这一预期增长以及一系列*、技术和市场发展趋势的推动,以进一步推动海上风电行业发展,GWEC预计,到2021年,中国将超过英国成为全球总装机量最大的国家。
预计2020年到2030年,全国范围内将有52GW的海上风电并网发电。江苏,福建和广东省将继续引领市场增长–截至2019年底,这三个地区占80.8%。中国的海上风力发电能力,并将在未来10年中为新增建筑物的重要贡献。
风电对上游原材料的需求量
2019年中国碳纤维的需求量达到了3.78万吨,风电领域(陆上和海上)是国内碳纤维最主要的下游应用,2019年需求占比达37%,需求量约为1.4万吨。
根据中国可再生能源学会风能专业委员会的统计:2019年,中国(除港、澳、台地区外)新增装机10916台,新增装机容量2678.5万千瓦。
按风电新装机2678.5万千瓦,碳纤维需求量1.4万吨的比例计算,2020年-2030年,国内海上风电新增装机52GW(5200万千瓦),碳纤维的需求量在2.7万吨以上。
海上风电只占国内风电的一部分,年装机量不超过总风电装机量的10%。如算上陆上风电市场,未来10年,国内风电市场对碳纤维的需求量将达到数十万吨之多。风电行业的火热,同样也会给环氧树脂行业带来巨大的需求量。(来源:新思界、环氧树脂及应用)