碳纤维行业150页深度研究报告：高端制造业换装首选材料(33)

早期使用木质叶片主要出于两个原因：第一，当时的技术制造出来的风力 发电机组的容量很小，所以叶片的尺寸不能太大，相对于金属，选用木材制 备叶片更合适。第二，木材的密度显然要小于金属，所以使用木材制备的叶 片更加轻便。但是木质叶片的主要缺点是难以加工成型，且强度较低，受自 然环境的影响很大。伴随着技术的发展，木质叶片的尺寸渐渐不能与发电 机组的容量相匹配，木质叶片逐步被金属叶片所取代。
风力发电机组容量的增大使得金属叶片逐步被开出来。金属叶片相较于木 质叶片更容易加工成型，而且采用金属制备的叶片的尺寸大于采用木村制 备的叶片的尺寸，发电量进一步增加，使金属叶片—度被认为是风电叶片 最理想的材料。但是金属叶片有其固有的内在缺点，如不耐腐蚀、密度较大 等。在金属叶片之后，由于叶片材料没有得到发展，叶片在很长一段时间内 没有得到进一步的发展。
二十世纪五十年代左右伴随着纤维增强复合材料的出现，开始使用复合材 料替代金属材料制造叶片，风力发电才开始大规模投产。复合材料叶片几 乎没有木质叶片和金属叶片的缺点。首先，复合材料的密度小，不管是使用 玻璃纤维还是碳纤维增强的复合材料的密度都要显著小于金属。其次，虽 然复合材料的模量比金属的模量稍低。第三，复合材料比金属耐腐蚀，使用 寿命更长。第四，复合材料的可设计性强。

风电领域碳纤维成型方法主要是拉挤法。目前复合材料主梁的成型工艺主要有 三种：预浸料工艺、灌注工艺和拉挤工艺，利用拉挤工艺来生产主梁是近年新发展 出来的。由于叶片长度达几十米到上百米，其中的主梁的长度与叶片差不多，采用 预浸料工艺生产主梁时，由于能耗及设备制约，只能使用低温固化的预浸料，生产工艺复杂，生产效率较低。另外，预浸料的运输和储存过程都需要在低温下进行。相 较前述两种方法，拉挤工艺制备的复合材料制件纤维含量高，质量稳定，适合大批 量生产。
市场规模方面，根据《2021 年全球碳纤维复合材料市场报告》数据，2021 年风 电对碳纤维的需求量为 33000 吨，预计 2025 年需求量将攀升至 80566 吨。