风机巨头的碳梁叶片专利到期，全球企业蠢蠢欲动，国产哪些企业将脱颖而出？

全球风电整机巨头维斯塔斯碳梁风机叶片的专利保护期于7月19日正式到期。这意味着其他风电叶片制造商将可以不受限制地推出应用碳梁的风电叶片产品，碳梁的风电叶片有望加速开启。


2002年7月19日，维斯塔斯便向中国知识产权局及其他多个国家产权局、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专利，专利保护期20年。


当时，国内很多风电整机企业尚未诞生，国内风电市场被以维斯塔斯为首的外国主机厂所主导，垄断着许多风电的前沿技术。



过去的风机功率偏小，叶片短，使用传统材料玻璃纤维即可。之前我们说过，风电为了降低成本，发展方向是大型化，风机越大，发一度电消耗的原材料就越少，就越节约成本。在这样的趋势下，随着风电技术发展，风机大部分环节需求量是相对变少的。


但当叶片越来越长，玻璃纤维的力学性能就达不到要求了，所以需要其中掺入一些碳纤维来提高力学性能，叶片越长，则需要掺入的碳纤维比例越高。


过去，维斯塔斯风电叶片碳纤维核心专利拉挤工艺的专利保护，一定程度上制约着中国碳纤维风电叶片的发展，随着专利到期，包括明阳智能、中材科技、时代新材在内的多家企业都布局了碳纤维拉挤产线，这些产品将很快推出市场。


两件中国专利


从中国的两件专利申请人也可以看出，这件专利最早是由丹麦另外一家著名的风电企业NEG Micon申请的，但2003年12月12日，Vestas宣布了与NEG Micon的合并计划。这件关键专利也随即转到Vestas名下。


根据专利说明书记载，在2002年时，制造风力涡轮机叶片时包含一根中心内支撑梁(a bearing centralinner beam)，该中心内支撑梁一般具有空的方形横截面，当时主要是由玻璃纤维和树脂合成物制造。


为了使壳体能够承受内支撑梁受力的相当大部分，由于木质材料而增强的结构需要宽大的叶片尺寸和大的木质层的厚度，这样大大增加了叶片的重量并造成叶片的应力增加。


因此Vestas这项发明的目的是提供一种新的材料，最佳的材料特性可以通过结合不同种类的条带(strip)而获得，比如，通过含有诸如碳纤维、玻璃纤维和/或天然纤维、木质条带、作为形成中空管材的合成条带等不同纤维的拉挤成型的纤维合成物(pultrudedfibrous composite)条带而获得。每一种类条带(strip)的制造比形成整个叶片要简单，并因此要便宜，并且，条带(strip)可以通过恰当的方式粘接在一起，比如，通过注入树脂的方式或真空灌输树脂的方式。


这样一来，使得具有高的强度，与固体产品相比具有低的生产成本，但是与生产叶片的成本相比，强度比现有技术的叶片大大提高。



也就是说，Vestas在20年前的专利几乎奠定了风电叶片后来发展的行业标准，随着这件专利即将到期的预期，近年来国内外都已经开始在做相关技术的布局。


有数据显示，2020年我国风电叶片所需碳纤维达到3.06万吨，同比增长20％，成为我国碳纤维产业重要增长点，到2025年中国风电叶片所需碳纤维将有望达到9.34万吨。


这一广阔的市场容量，在关键专利壁垒消失的情况下，国内外碳纤维相关企业可能都会跑步进场竞逐这一市场。


但是不容忽视的是，在风电这一知识产权密集型产业，专利和商业秘密交织，已经出现了众多引人关注的知识产权大案。


像2012年，三菱重工在美国被判侵犯通用电气的低电压穿越专利，需要赔偿1.7亿美元。


此后，通用电气屡次运用这一专利起诉竞争对手，其中就包括Vestas。


2017年7月，通用电气指控Vesta在美国安装的V90-3.0 MW、V100-2.0MW和V117-3.3MW型号风机均使用了其“零电压穿越”专利技术，于是向加州法院对Vestas提起专利诉讼。


2020年，通用电气再次故伎重施，起诉西门子-歌美飒，指控其侵犯同样的专利，并向美国国际贸易委员会（ITC）提出发起337调查。


因此，中国的风电企业，以及碳纤维的企业，在评估Vestas这件关键专利到期后，是否一定就能安全无忧的进场，大干一场，而不用担心专利的风险，可能还不止这么简单。


一般常规的做法，还是需要做一份FTO，才能确保更好的商业化运行。


国产产业链有望升级突围


全球应用于风电叶片的碳纤维2021年达到3.3万吨，预计2025年达到8.06万吨，CAGR为25%。风机自2021年起从2~~3MW升级到4~~6MW，叶片长度从60~~70米升级到80~~100米，导致2021年以前的模具基本淘汰，行业需要完全重置产能，因此成为产能紧缺环节。


其次叶片环节已经进入产能天花板状态，6月龙头叶片企业产出环比增长113%，已经达到产能利用率上限，模具的生产需2个月左右，估计阶段性紧张会持续到10月。叶片盈利目前处于底部，向下空间不存在，后续如果持续紧张有可能价格回暖。



上半年基本盈亏平衡，2022H2预计净利率可提到3%-5%（叶片可能小幅提价，树脂或芯材可能降价）。叠加技术升级特别是大丝束技术提高和成本降低，全球产业格局重新划分。从全球维度看，碳纤维未来5年的主要需求增量均来自中国，预计2025年中国市场占比会达到60-70%。本轮碳纤维需求爆发是风电为代表的新能源产业革命，而十五五则有望是大飞机国产化以及汽车产业链应用。


光威复材是国内碳纤维龙头企业之一，拥有从原丝、设备、碳纤维、织物、预浸料到复材构制件的全产业链布局，己经为维斯塔斯提供碳纤维复合材料碳梁，占维斯塔斯业务三成。


吉林化纤积极布局原丝-碳丝-复材制品全产业链，碳纤维权益产能4600吨，未来将成集团碳化+复合材料平台。吉林化纤扩增产能，国内首条风电专用35K碳化线投产。


据悉，此次开车的35K预浸料专用大丝束碳化线是吉林化纤自主研发的专利技术，属国内首创。该条碳化线工艺流程短、质量稳定、产量高，单线年产能在3000吨以上，产品具有高比强度、高比模量、展纱性好、毛羽少等优良特性，力学强度指标达到行业领先的T700等级，生产线投产后，将强有力地带动碳纤维全产业链升级。