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作者：慧博智能投研

碳纤维应用于高端领域，发展前景广阔。碳纤维具有目前其他材料难以比拟的高比强度（强度比密度）及高比刚度（模量比密度）性能，还具有耐腐蚀、耐疲劳等特性，广泛应用于国防工业以及高性能民用领域，涉及航空航天、海洋工程、新能源装备、工程机械、交通设施等，是一种国家亟需、应用前景广阔的战略性新材料。

根据赛奥碳纤维和Wind数据推算，2015-2022年全球碳纤维需求年均复合增速达14.3%，中国碳纤维需求年均复合增速达23.7%。

根据赛奥碳纤维和Wind，中国碳纤维需求从2015年的1.68万吨增长至2022年的7.44万吨，全球占比从31.7%提升至55.1%。

从下游应用结构上看，风电叶片和体育休闲依然占据绝对主流。根据赛奥碳纤维，2022年全球碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片25.7%、体育休闲17.8%、航空航天军工14.9%，国内碳纤维需求量占比前三的领域依次是体育休闲30.9%、风电叶片23.5%、碳碳复材9.1%。

从中国与全球应用对比来看，国内多领域发力，风电碳纤维在国内有较大发展空间。航空航天军工及压力容器迅猛发展，大幅度缩小与国际差距，达到相当水平，2022年碳纤维需求量同比分别+290%/+100%；国内体育休闲、碳碳复材、建筑、电子电气已成为特色优势应用市场，2022年需求量同比分别+31%/-3%/+24%/+43%；风电(扣除大量来料加工，只统计国内风电厂家用量)与国际依然有巨大差距，2022年风电碳纤维用量同比-22%；汽车及混配模成型因中国新能源车高速发展而潜力巨大，2022年碳纤维需求量同比分别+50%/+33%。

碳纤维应用于风电叶片中关键结构如梁帽、主梁等。碳纤维主梁的工艺主要有三种，分别为预浸料工艺、碳布灌注工艺和拉挤碳板工艺。维斯塔斯专利技术拉挤板工艺效率最高、成本最低，且纤维含量高，质量稳定，适合大批量生产。2019年风电叶片行业用碳纤维量超过2万吨，其中80%用于生产拉挤碳梁片材。

维斯塔斯专利2022年7月到期，有望提高碳纤维在叶片中的渗透率。2020年其他风电巨头如西门子-歌美飒、GE-LM、Nordex等，均在新的机型中采用了碳纤维拉挤板制造与测试样机。国内厂商光威复材拥有碳梁自主专利技术，目前已开展对国内风电叶片碳梁的应用推广。

风机大型化推动碳纤维在叶片中渗透率不断提高，降低机组的综合成本。风机大型化是未来的发展趋势，叶片重量随着长度增加呈几何级数增长，使得风机载荷增大、风机部件成本增加。在满足刚度和强度的前提下，采用碳纤维的风轮叶片比玻璃钢叶片质量轻30%以上，虽然碳纤叶片成本上升，但其带来的传动链上相关部件以及塔筒的优化减重，使得风电机组的整体成本降低10%以上。例如120m的碳纤维风轮叶片可以减少总体自重达38%，使得风电机组的整体成本下降14%。

随着低速风机和海上风机不断发展，轻质高强的碳纤维是超大型叶片增强材料的必然选择。风电叶片主流结构材料是玻璃纤维，但目前玻璃纤维性能已经趋于极限，已经难以满足叶片大型化、轻量化的要求，轻质高强的碳纤维是超大型叶片增强材料的必然选择。根据Wood Mackenzie，预计到2030年陆上风电将有超80%应用碳纤维拉挤板，而海上风电则100%应用碳纤维拉挤板。

碳玻混主梁叶片综合了玻璃纤维的低成本和碳纤维的高性能，为目前折中路线。中复连众、西门子歌美飒、艾尔姆、Repower、明阳智能、运达股份等，均在研发制造碳玻混主梁叶片技术。2022年6月11日，运达股份10MW级110米海上叶片YD110通过全尺寸静力测试，采用双梁三腹板、碳玻混大梁的结构形式。

2022年风电招标容量达历史新高，2023年前三季度招标量依然可观。2022年国内风电装机并网容量有所下滑，但风电设备招标容量创历史新高，达近100GW；2023年前三季度，风电招标量依然可观，超60GW，为未来风电装机量奠定了坚实基础。

多省市发布“十四五”能源发展规划，风电新增装机规模将超300GW。内蒙古、新疆、甘肃、河北等在内的多省市发布“十四五”远景目标纲要，“十四五”期间风电新增容量累计313GW。

风电维持高景气度，带动碳纤维持续向好。预计2023~2025年国内风电吊装容量达47GW/55GW/70GW，其中海上风电吊装容量达2/5/10GW。

多因素助推碳纤维渗透率提升。根据赛奥碳纤维，2020-2022年国内风电企业碳纤维需求量约为0.25/0.45/0.480万吨（不含维斯塔斯），对应渗透率约为3%/6%/7%。未来随着维斯塔斯拉挤工艺专利到期、国内碳纤维持续降本增效、海上风电快速渗透及风机大型化趋势等多重利好因素叠加，假设2023年-2025年碳纤维渗透率为12%/25%/40%，则预计对应碳纤维需求量为0.73/1.80/3.67万吨。远期假设我国年新增风电装机达100GW且碳纤维渗透率达100%，则理论最大碳纤维需求有望达13.1万吨。

碳碳复材性能优异，主要应用于刹车盘、航天部件以及光伏用单晶硅片拉制炉的热场系统：碳碳复材是由碳纤维及其织物增强碳基体所形成的高性能复合材料，由于比重轻、热膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀、摩擦系数稳定、导热导电性能好等优良性能，主要应用于高温热场部件和摩擦部件。主要包括碳/碳复合材料产品（碳纤维增强基体碳）、碳/陶复合材料产品（碳纤维增强碳化硅）等。当前碳碳复材三大市场为航天部件、热场部件以及刹车盘市场。

碳碳复材相比传统石墨材料具有显著的优势。采用碳碳复合材料相比传统石墨材料具有更优异的保温性、强度、韧性，且不易破碎，可有效降低生产能耗、提升设备使用寿命，从而降低整个生产成本。碳碳复材热场部件主要包括坩埚、导流筒、保温筒、加热器等，是单晶拉制炉热场系统的关键部件，在性价比方面相比传统石墨材质展现出了非常大的优势。

碳碳复材呈现消耗品属性。碳碳复材热场部件为消耗品，每年存在新增需求、替换需求和改造需求。坩埚的替换周期为2个/年，加热器的替换周期为2-3个/年，其他部件的替换周期为2个/3年。硅料技术路线差异对热场无实质性影响，拉晶路线迭代将加大热场部件的损耗。在单晶硅棒生产上，目前以直拉法为主，直拉法分为连续拉晶(CCZ)和重复拉晶(RCZ)。行业内主流方法为RCZ，目前正处于由RCZ向CCZ过渡阶段。CCZ路线中，双层石英坩埚引入了更多的氧，会加大对热场部件的损耗。

据金博股份公告，碳基复合材料在光伏热场中对传统石墨的替代率约为60%~65%，未来仍有较大提升空间：

趋势一：大尺寸硅片市占率快速提升，我国部分企业已经产线全部转成182、210mm大尺寸。制备大直径的产品时，传统石墨热场材料成型困难，而且纯度要求高，制备成本高昂，制备周期和交货周期较长。碳碳复合材料热场产品性价比更高，通过做得更薄，从而可以利用现有设备生产直径更大的单晶产品，节约新设备投资费用。

趋势二：P型电池转换效率已接近极限，N型电池将成为下一代主流电池技术。P型、N型单晶热场部件的纯度要求分别为