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碳纖維應(yīng)用于高端領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。碳纖維具有目前其他材料難以比擬的高比強(qiáng)度（強(qiáng)度比密度）及高比剛度（模量比密度）性能，還具有耐腐蝕、耐疲勞等特性，廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)以及高性能民用領(lǐng)域，涉及航空航天、海洋工程、新能源裝備、工程機(jī)械、交通設(shè)施等，是一種國家亟需、應(yīng)用前景廣闊的戰(zhàn)略性新材料。
根據(jù)賽奧碳纖維和Wind數(shù)據(jù)推算，2015-2022年全球碳纖維需求年均復(fù)合增速達(dá)14.3%，中國碳纖維需求年均復(fù)合增速達(dá)23.7%。
根據(jù)賽奧碳纖維和Wind，中國碳纖維需求從2015年的1.68萬噸增長至2022年的7.44萬噸，全球占比從31.7%提升至55.1%。
從下游應(yīng)用結(jié)構(gòu)上看，風(fēng)電葉片和體育休閑依然占據(jù)絕對主流。根據(jù)賽奧碳纖維，2022年全球碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是風(fēng)電葉片25.7%、體育休閑17.8%、航空航天軍工14.9%，國內(nèi)碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是體育休閑30.9%、風(fēng)電葉片23.5%、碳碳復(fù)材9.1%。
從中國與全球應(yīng)用對比來看，國內(nèi)多領(lǐng)域發(fā)力，風(fēng)電碳纖維在國內(nèi)有較大發(fā)展空間。航空航天軍工及壓力容器迅猛發(fā)展，大幅度縮小與國際差距，達(dá)到相當(dāng)水平，2022年碳纖維需求量同比分別+290%/+100%；國內(nèi)體育休閑、碳碳復(fù)材、建筑、電子電氣已成為特色優(yōu)勢應(yīng)用市場，2022年需求量同比分別+31%/-3%/+24%/+43%；風(fēng)電(扣除大量來料加工，只統(tǒng)計國內(nèi)風(fēng)電廠家用量)與國際依然有巨大差距，2022年風(fēng)電碳纖維用量同比-22%；汽車及混配模成型因中國新能源車高速發(fā)展而潛力巨大，2022年碳纖維需求量同比分別+50%/+33%。
（1）風(fēng)電葉片：風(fēng)電葉片是需求最大的碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域
碳纖維應(yīng)用于風(fēng)電葉片中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)如梁帽、主梁等。碳纖維主梁的工藝主要有三種，分別為預(yù)浸料工藝、碳布灌注工藝和拉擠碳板工藝。維斯塔斯專利技術(shù)拉擠板工藝效率最高、成本最低，且纖維含量高，質(zhì)量穩(wěn)定，適合大批量生產(chǎn)。2019年風(fēng)電葉片行業(yè)用碳纖維量超過2萬噸，其中80%用于生產(chǎn)拉擠碳梁片材。
維斯塔斯專利2022年7月到期，有望提高碳纖維在葉片中的滲透率。2020年其他風(fēng)電巨頭如西門子-歌美颯、GE-LM、Nordex等，均在新的機(jī)型中采用了碳纖維拉擠板制造與測試樣機(jī)。國內(nèi)廠商光威復(fù)材擁有碳梁自主專利技術(shù)，目前已開展對國內(nèi)風(fēng)電葉片碳梁的應(yīng)用推廣。
1）風(fēng)機(jī)大型化推動碳纖維滲透率提升
風(fēng)機(jī)大型化推動碳纖維在葉片中滲透率不斷提高，降低機(jī)組的綜合成本。風(fēng)機(jī)大型化是未來的發(fā)展趨勢，葉片重量隨著長度增加呈幾何級數(shù)增長，使得風(fēng)機(jī)載荷增大、風(fēng)機(jī)部件成本增加。在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下，采用碳纖維的風(fēng)輪葉片比玻璃鋼葉片質(zhì)量輕30%以上，雖然碳纖葉片成本上升，但其帶來的傳動鏈上相關(guān)部件以及塔筒的優(yōu)化減重，使得風(fēng)電機(jī)組的整體成本降低10%以上。例如120m的碳纖維風(fēng)輪葉片可以減少總體自重達(dá)38%，使得風(fēng)電機(jī)組的整體成本下降14%。
2）碳纖維拉擠板在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用將大幅提升
隨著低速風(fēng)機(jī)和海上風(fēng)機(jī)不斷發(fā)展，輕質(zhì)高強(qiáng)的碳纖維是超大型葉片增強(qiáng)材料的必然選擇。風(fēng)電葉片主流結(jié)構(gòu)材料是玻璃纖維，但目前玻璃纖維性能已經(jīng)趨于極限，已經(jīng)難以滿足葉片大型化、輕量化的要求，輕質(zhì)高強(qiáng)的碳纖維是超大型葉片增強(qiáng)材料的必然選擇。根據(jù)Wood Mackenzie，預(yù)計到2030年陸上風(fēng)電將有超80%應(yīng)用碳纖維拉擠板，而海上風(fēng)電則100%應(yīng)用碳纖維拉擠板。
碳?；熘髁喝~片綜合了玻璃纖維的低成本和碳纖維的高性能，為目前折中路線。中復(fù)連眾、西門子歌美颯、艾爾姆、Repower、明陽智能、運(yùn)達(dá)股份等，均在研發(fā)制造碳玻混主梁葉片技術(shù)。2022年6月11日，運(yùn)達(dá)股份10MW級110米海上葉片YD110通過全尺寸靜力測試，采用雙梁三腹板、碳?；齑罅旱慕Y(jié)構(gòu)形式。
3）風(fēng)電招標(biāo)量高位推動行業(yè)持續(xù)發(fā)展
2022年風(fēng)電招標(biāo)容量達(dá)歷史新高，2023年前三季度招標(biāo)量依然可觀。2022年國內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)并網(wǎng)容量有所下滑，但風(fēng)電設(shè)備招標(biāo)容量創(chuàng)歷史新高，達(dá)近100GW；2023年前三季度，風(fēng)電招標(biāo)量依然可觀，超60GW，為未來風(fēng)電裝機(jī)量奠定了堅實基礎(chǔ)。
多省市發(fā)布“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃，風(fēng)電新增裝機(jī)規(guī)模將超300GW。內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、河北等在內(nèi)的多省市發(fā)布“十四五”遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要，“十四五”期間風(fēng)電新增容量累計313GW。
4）預(yù)計2025年國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)碳纖維需求量3.7萬噸，遠(yuǎn)期有望13.1萬噸
風(fēng)電維持高景氣度，帶動碳纖維持續(xù)向好。預(yù)計2023~2025年國內(nèi)風(fēng)電吊裝容量達(dá)47GW/55GW/70GW，其中海上風(fēng)電吊裝容量達(dá)2/5/10GW。
多因素助推碳纖維滲透率提升。根據(jù)賽奧碳纖維，2020-2022年國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)碳纖維需求量約為0.25/0.45/0.480萬噸（不含維斯塔斯），對應(yīng)滲透率約為3%/6%/7%。未來隨著維斯塔斯拉擠工藝專利到期、國內(nèi)碳纖維持續(xù)降本增效、海上風(fēng)電快速滲透及風(fēng)機(jī)大型化趨勢等多重利好因素疊加，假設(shè)2023年-2025年碳纖維滲透率為12%/25%/40%，則預(yù)計對應(yīng)碳纖維需求量為0.73/1.80/3.67萬噸。遠(yuǎn)期假設(shè)我國年新增風(fēng)電裝機(jī)達(dá)100GW且碳纖維滲透率達(dá)100%，則理論最大碳纖維需求有望達(dá)13.1萬噸。
（2）碳碳復(fù)材：光伏裝機(jī)高增驅(qū)動熱場需求增長
碳碳復(fù)材性能優(yōu)異，主要應(yīng)用于剎車盤、航天部件以及光伏用單晶硅片拉制爐的熱場系統(tǒng)：碳碳復(fù)材是由碳纖維及其織物增強(qiáng)碳基體所形成的高性能復(fù)合材料，由于比重輕、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐腐蝕、摩擦系數(shù)穩(wěn)定、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好等優(yōu)良性能，主要應(yīng)用于高溫?zé)釄霾考湍Σ敛考?。主要包括?碳復(fù)合材料產(chǎn)品（碳纖維增強(qiáng)基體碳）、碳/陶復(fù)合材料產(chǎn)品（碳纖維增強(qiáng)碳化硅）等。當(dāng)前碳碳復(fù)材三大市場為航天部件、熱場部件以及剎車盤市場。
1）碳碳復(fù)材在光伏熱場領(lǐng)域更具優(yōu)勢，消耗品屬性日益凸顯
碳碳復(fù)材相比傳統(tǒng)石墨材料具有顯著的優(yōu)勢。采用碳碳復(fù)合材料相比傳統(tǒng)石墨材料具有更優(yōu)異的保溫性、強(qiáng)度、韌性，且不易破碎，可有效降低生產(chǎn)能耗、提升設(shè)備使用壽命，從而降低整個生產(chǎn)成本。碳碳復(fù)
材熱場部件主要包括坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒、加熱器等，是單晶拉制爐熱場系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在性價比方面相比傳統(tǒng)石墨材質(zhì)展現(xiàn)出了非常大的優(yōu)勢。
碳碳復(fù)材呈現(xiàn)消耗品屬性。碳碳復(fù)材熱場部件為消耗品，每年存在新增需求、替換需求和改造需求。坩堝的替換周期為2個/年，加熱器的替換周期為2-3個/年，其他部件的替換周期為2個/3年。硅料技術(shù)路線差異對熱場無實質(zhì)性影響，拉晶路線迭代將加大熱場部件的損耗。在單晶硅棒生產(chǎn)上，目前以直拉法為主，直拉法分為連續(xù)拉晶(CCZ)和重復(fù)拉晶(RCZ)。行業(yè)內(nèi)主流方法為RCZ，目前正處于由RCZ向CCZ過渡階段。CCZ路線中，雙層石英坩堝引入了更多的氧，會加大對熱場部件的損耗。
2）碳碳復(fù)材在光伏熱場滲透率持續(xù)攀升
據(jù)金博股份公告，碳基復(fù)合材料在光伏熱場中對傳統(tǒng)石墨的替代率約為60%~65%，未來仍有較大提升空間：
趨勢一：大尺寸硅片市占率快速提升，我國部分企業(yè)已經(jīng)產(chǎn)線全部轉(zhuǎn)成182、210mm大尺寸。制備大直徑的產(chǎn)品時，傳統(tǒng)石墨熱場材料成型困難，而且純度要求高，制備成本高昂，制備周期和交貨周期較長。碳碳復(fù)合材料熱場產(chǎn)品性價比更高，通過做得更薄，從而可以利用現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)直徑更大的單晶產(chǎn)品，節(jié)約新設(shè)備投資費用。
趨勢二：P型電池轉(zhuǎn)換效率已接近極限，N型電池將成為下一代主流電池技術(shù)。P型、N型單晶熱場部件的純度要求分別為<200ppm和<100ppm，N型電池純度要求更高，石墨件中揮發(fā)出來的雜質(zhì)或石墨降解形成的顆粒會污染硅熔體，影響晶體品質(zhì)。
3）光伏仍有較大的發(fā)展空間
當(dāng)前光伏發(fā)電在全部發(fā)電方式中占比仍然較低。盡管全球能源轉(zhuǎn)型步伐加速，但當(dāng)前世界仍以不可再生能源為主，2020年全球不可再生能源發(fā)電量在全球發(fā)電量占比為71%，光伏發(fā)電占比從2015年的1.0%逐步提升至2020年的3.1%，占比仍然較低。根據(jù)國家能源局，2022年我國發(fā)電裝機(jī)容量約25.6億千瓦，其中火力發(fā)電為13.3億千瓦，占比52%；太陽能發(fā)電3.9億千瓦，占比15%。
我國光伏發(fā)電仍有較大發(fā)展?jié)摿驮鲩L空間。2023年1-9月我國光伏新增發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)128.94GW，同比增加76.33GW，同比增長145%，實現(xiàn)大幅增長，景氣度有增無減。據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會硅業(yè)分會預(yù)測，2025年全球新增光伏裝機(jī)量有望達(dá)到550GW，2021-2025年復(fù)合增速達(dá)到34.1%。
4）碳碳復(fù)材在光伏中滲透率增長迅速
隨著單晶規(guī)格的增大，碳纖維在碳碳熱場領(lǐng)域的滲透率快速提升。以坩堝為例，2010年碳基復(fù)合材料的滲透率不足10%，到2020年，滲透率已經(jīng)超過95%，其余的部件還有較大的替代空間。
（3）航空航天：目前需求主要集中在商用、軍用飛機(jī)和無人機(jī)，未來衛(wèi)星、火箭、大飛機(jī)、機(jī)器人等領(lǐng)域有望實現(xiàn)需求持續(xù)增長
碳纖維是航空航天飛行器輕量化理想材料，軍用+民用飛機(jī)復(fù)材滲透率不斷提升：航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的應(yīng)用主要包括次承力構(gòu)件和主承力構(gòu)件，碳纖維的使用能使在保證強(qiáng)度的前提下使飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料減重20%至40%，從而使飛機(jī)整體重量減輕6%至12%，顯著降低飛機(jī)的燃油成本，提升飛行器的性能和經(jīng)濟(jì)效益。
目前在航空航天領(lǐng)域，全球碳纖維需求主要集中在商用飛機(jī)、軍用飛機(jī)和無人機(jī)三大領(lǐng)域。根據(jù)賽奧碳纖維發(fā)布報告，隨著疫情逐步消散，商用航空持續(xù)回暖，2023年加速回暖，回到2019年水平；其他航空市場如無人機(jī)、軍機(jī)等受疫情影響不大，依然保持較高速穩(wěn)定增長。
2022年全球航天航天領(lǐng)域碳纖維需求量達(dá)到2.01萬噸，同比增長超20%。根據(jù)賽奧碳纖維，2025年及2030年需求量有望分別達(dá)到2.82萬噸和4.98萬噸，持續(xù)保持可觀的增速。
2022年我國航空航天領(lǐng)域碳纖維需求量為0.78萬噸。隨著人工智能、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等尖端技術(shù)快速發(fā)展，碳纖維在衛(wèi)星、火箭、大飛機(jī)、機(jī)器人等領(lǐng)域有望實現(xiàn)需求持續(xù)增長。
1）軍用、商用飛機(jī)滲透率持續(xù)提升
據(jù)中簡科技招股說明書，用碳纖維復(fù)合材料代替鋼或鋁，減重效率可達(dá)到20%-40%。飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料約占起飛總重量30%左右，減輕結(jié)構(gòu)材料重量可帶來諸多好處。對軍機(jī)而言，減重在節(jié)省燃油的同時擴(kuò)
大了作戰(zhàn)半徑，提高了戰(zhàn)場生存力和戰(zhàn)斗力；對客機(jī)而言，減重節(jié)省了燃油、提高了航程和凈載能力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。以碳纖維復(fù)材為主應(yīng)用于飛機(jī)的機(jī)頭、尾翼、機(jī)翼蒙皮等，滲透率持續(xù)提升。
1）軍用方面：國外軍用飛機(jī)從最初將復(fù)合材料用于尾翼級的部件制造到今天用于機(jī)翼、口蓋、前機(jī)身、中機(jī)身、整流罩等。
2）民用方面：早期的A310、B757和B767上，碳纖維復(fù)合材料的占比僅為5%-6%。目前，波音B787機(jī)身中復(fù)合材料占比約50%，碳纖維使用量大大提升。
目前的國產(chǎn)大型客機(jī)主要有中國商飛制造的C919與ARJ21兩款機(jī)型。2014年12月，ARJ21支線客機(jī)取得型號合格證。2022年9月，C919客機(jī)成功取證，標(biāo)志著我國擁有了一款可以投入航線運(yùn)營的單通道干線客機(jī)。此前中國商飛共收到來自28家客戶的815架C919訂單；2022年11月8日，七家租賃公司與中國商飛又簽署300架C919飛機(jī)和30架ARJ21飛機(jī)確認(rèn)訂單；2023年9月28日，中國商飛與東航簽訂C919最大單筆訂單100架。因此，據(jù)不完全統(tǒng)計，C919擁有1215架訂單總量。
遠(yuǎn)期看，1215架C919訂單全部交付對應(yīng)碳纖維需求量約5882噸，對應(yīng)約13.4億元市場空間；根據(jù)商飛規(guī)劃，C919采取分步走策略，碳纖維復(fù)合材料將逐步從10%-15%提升到23%-25%，若達(dá)25%則對應(yīng)碳纖維需求量約12788噸和29.1億元市場空間。假設(shè)：1）現(xiàn)有1215架C919訂單按期交付；2）碳纖維機(jī)身重量占比11.5%，單架飛機(jī)碳纖維用量4.8噸；3）所需碳纖維價格按照22.8萬元/噸計。
2）衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)持續(xù)催化，衛(wèi)星、火箭有望打開碳纖維應(yīng)用新格局
我國在航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維復(fù)合材料（CFRP）結(jié)構(gòu)的研究始于上世紀(jì)70年代，自從1984年我國東方紅1號衛(wèi)星上首次使用碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料以后，CFRP在我國衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)件、大型運(yùn)載火箭以及空間相機(jī)上獲得了廣泛的應(yīng)用。
在衛(wèi)星方面，目前我國自行研制的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中，大量采用CFRP結(jié)構(gòu)。因為衛(wèi)星結(jié)構(gòu)純屬有效載荷，減重的經(jīng)濟(jì)效益很大，又因其空間環(huán)境惡劣，要求衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的尺寸和性能穩(wěn)定、變形一致，所以在衛(wèi)星的主體骨架結(jié)構(gòu)、外殼結(jié)構(gòu)、太陽能電池板組件、桁架結(jié)構(gòu)、天線結(jié)構(gòu)、儀器安裝板和支架結(jié)構(gòu)等都在不斷擴(kuò)大使用CFRP。
根據(jù)李威等《碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用》一文研究，運(yùn)載火箭上所采用的CFRP件在質(zhì)量上比鋁合金構(gòu)件節(jié)省約10%-25%。在運(yùn)載火箭方面，由于CFRP具有耐高溫、比強(qiáng)度和比模量高等力學(xué)特性，常被應(yīng)用在火箭的排氣錐體、發(fā)動機(jī)蓋、殼體、燃燒室、發(fā)動機(jī)噴管、喉襯、擴(kuò)散段及整流罩等部位。
3）機(jī)器人有望打開碳纖維新的增量市場
碳纖維高性能復(fù)材有望逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料制作機(jī)器人零部件。相較于傳統(tǒng)機(jī)械臂的鋁、鋼等金屬材料，碳纖維復(fù)合材料的密度更低，在機(jī)器人關(guān)節(jié)、機(jī)械手臂、手臂連桿等機(jī)器人零部件上幫助機(jī)器人顯著減重，降低慣量，提高操作速度，降低撓度。此外，碳纖維在強(qiáng)度、比模量、導(dǎo)電性、熱膨脹系數(shù)、抗振吸能性、耐蝕性等各方面特性的優(yōu)勢都更為突出。
人形機(jī)器人有望帶來大市場。工信部印發(fā)《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》指出，人形機(jī)器人有望成為繼計算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品。到2025年，人形機(jī)器人創(chuàng)新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破，整機(jī)產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平，并實現(xiàn)批量生產(chǎn)；到2027年，人形機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提升，構(gòu)建具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，綜合實力達(dá)到世界先進(jìn)水平。
（4）體育休閑：應(yīng)用預(yù)計總體保持平穩(wěn)增長
體育休閑領(lǐng)域應(yīng)用是碳纖維應(yīng)用基本盤之一。體育領(lǐng)域碳纖維主要用于球桿球拍、滑雪桿、自行車及釣魚竿等。
碳纖維在體育休閑領(lǐng)域的應(yīng)用預(yù)計總體保持平穩(wěn)增長。2020年受疫情影響，群體運(yùn)動器材大幅下滑，個人運(yùn)動休閑器材有所上升，整體增速有所回落。2021年，部分國家開始放開群體運(yùn)動，體育器材需求回升。近三年，中國碳纖維應(yīng)用主引擎風(fēng)電需求疲軟，而整個市場需求依然保持高速增長，主要源于體育器材這一碳纖維需求的“壓艙石”。
（5）壓力容器：儲氫氣瓶是未來壓力容器用碳纖維主要增長點
高壓氣態(tài)儲氫是目前唯一商用的儲氫技術(shù)，儲氫氣瓶是未來壓力容器用碳纖維主要增長點。2021年國內(nèi)壓力容器碳纖維需求約3000噸，其中呼吸氣瓶用量約600噸，天然氣氣瓶約500噸，儲氫氣瓶約1900噸。
氫燃料電池汽車助推氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。據(jù)高工氫電統(tǒng)計，2021年中國市場氫燃料電池車載儲氫系統(tǒng)出貨4129套，同比增長67.85%；車載儲氫瓶出貨量為30284支，同比增長122.43%。至2025年我國氫燃料電池汽車總計規(guī)劃推廣數(shù)量達(dá)6.6萬輛，有望全部落地助推氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
（6）汽車領(lǐng)域：汽車輕量化將帶動對碳纖維的需求逐漸放量
碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車領(lǐng)域具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗沖擊性好、減震隔音性能高的優(yōu)勢，同時提高汽車集成度，減少零部件，有助于降低汽車生產(chǎn)線投資規(guī)模。
前期由于成本高企，碳纖維主要應(yīng)用于F1賽車、豪華車等高端車，目前逐步擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢。2020年推出的雪佛蘭C8車架部分采用了弧形拉擠的碳纖維復(fù)合材料。2021年3月，廊坊的飛澤復(fù)材為蔚來ES6（中國第一款批量采用碳纖維的車款）生產(chǎn)的5萬套碳纖維復(fù)材后地板開始下線。
汽車輕量化是大勢所趨，同時新能源車對減重需求更高，將帶動對碳纖維的需求逐漸放量。根據(jù)賽奧碳纖維，預(yù)計2025年全球汽車領(lǐng)域碳纖維需求達(dá)1.44萬噸，2021-2025年CAGR為11%左右