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碳纤维行业研究：景物氢一连高景气，航空航天创立恒久空间

时间：2022-06-25 浏览量：字号：

　

全球碳纤维市场需求稳步增添，中国碳纤维需求加速提升。凭证赛奥碳纤维的数据，已往 10 年全球碳纤维需求量 CAGR 达 10.37%；2021 年全球碳纤维需求量同比增添 10.38%至 11.80 万吨，增速显著提升 7.59 个百分点。

同期中国市场由于应用比例基数较低，CAGR 达 20.97%，但由于新兴行业需求快速释放，中国市场增速处在一连上升的态势；阻止 2021 年中国市场需求量为 6.24 万吨，同比增添 27.69%，需求量全球占比首次凌驾 50%，增速及需求规模均全球领先。

从应用领域来看，全球碳纤维主要用于风电叶片、体育休闲、航空航天三大领域上。2021 年风电叶片碳纤维需求增添 7.84%至 3.30 万吨，占全球总需求的 27.97%，依旧是碳纤维下游最大市��；体育休闲市场同比增添20.13%至 1.85 万吨，占比 15.68%；航空航天需求增添 0.30%至 1.65 万吨，占比 13.98%。压力容器、碳碳复材需求划分增添 25%、70%至 1.10 万吨、0.85 万吨，与体育休闲成为全球碳纤维市场增添的主力。

中国 75%碳纤维需求集中在风电叶片、体育休闲与碳碳复材，2021 年需求量抵达 2.25、1.75、0.70 万吨，划分对应细分领域全球总需求的 68%、95%、82%；2021 年受益于全球光伏行业的快速增添，中国碳碳复材需求量增添 4000 吨，增幅高达 133%，逐渐成为海内优势领域。

从全球碳纤维市场需求金额行业占比来看，航空航天凌驾风电叶片与体育休闲总和。航空航天用碳纤维丝束小、质量要求最高，2021 年抵达 72 美元/公斤的最高均价，同比增添 20%，因此具有最高的市场需求金额。

2021 年全球航空航天碳纤维需求金额 11.88 亿美元，占比高达 34.94%。风电叶片作为近年来生长起来的碳纤维应用领域，已成为销量第一的碳纤维应用市场，但其所用碳纤维在各领域所用碳纤维中价钱最低，为 17 美元/公斤，市场总需求金额 5.54 亿美元，占比 16.29%。

体育休闲用碳纤维市场生长较为完善，需求稳步增添，所用碳纤维价钱仅次于航空航天用碳纤维，为 28 美元/公斤，2021 年市场需求金额 5.11 亿美元，占比 15.03%。

预计 2025 年海内碳纤维需求量靠近 16 万吨，约占全球 80%。据赛奥碳纤维展望数据，全球碳纤维市场需求量有望从 2021 年的 11.8 万吨提升至 2025 年的 20 万吨，4 年复合增速 10.38%；中国碳纤维需求量响应从 2021年的 6.24 万吨提升至 2025 年的 15.92 万吨，复合增速 26.4%。随着海内碳纤维下游应用快速生长，需求量相较于全球获得显著的逾额增速。

风电叶片：“双碳”政策推动风电恒久生长，叶片大型化提升碳纤维需求

碳达峰、碳中和政策助推新时代能源革命，低碳绿色转型利好风电生长。得益于双碳政策，2020 年我国陆风新增装机抵达高位，2021 年海优势电资源优势显着。在我国重视并鼎力大举支持风电行业生长的配景下，我国风电装机容量泛起出加速增添的态势，2021 年新增风电并网装机 47.57GW，其中陆风新增并网装机 30.67GW，海风同比增添 452%至 16.9GW。

阻止 2021 年，我国风电累计并网装机 329.26GW，同比增添 16.8%，其中陆、海风累计并网装机划分约为 303.37GW、25.89GW。海风资源优势越发显着，未来在海风装机增速将领先于陆风；由于海优势电叶片尺寸及功率普遍高于陆风，叶片大型化趋势将一连加速。

凭证我们此前《玻纤系列报告二：掘金双碳政策的风电纱》报告中对十四五时代中国风电新增并网装机的测算，十四五时代中国年均新增风电并网装机 54.82GW，2025 年风电新增并网装机有望达 68.5GW，风电累计并网装机达 556GW，较 2020 年增添 93.84%。预计到 2025 年，非化石能源占比一次能源消耗量将提高到 20.59%，抵达 39,316 亿千瓦时，其中风能发电量为 10,762 亿千瓦时，较 2020 年实现翻倍。

集中式和疏散式陆风齐头并进，海风抢装年后新增装机逐步提升。2020 年抢装潮透支 2021 年陆优势电发展势头，预计未来陆风生长趋势将由政策驱动的抢装模式向集中式+疏散式风电的稳健模式切换。而海优势电资源优势显着，2021 年新增装机达 16.9GW，在履历了 2021 年的海风抢装年后，预计 2022-2025 年海风新增并网装机容量仍将从高于 2019 年的基数逐年提升，但难以逾越 2021 年的高点。凭证我们此前《玻纤系列报告二：掘金双碳政策的风电纱》测算，2022 年之后中国风电新增装机将逐年一连增添，到 2024-2025 年陆风有望突破每年 50GW 的新增并网装机，海风整个十四五时代年均新增并网装机有望凌驾 8GW。

风机产品功率加速迭代，叶片大型化趋势显着。为了提高风力发电效率并降低度电本钱，风电机组大型化已成为生长的一定趋势。随着风电机组功率，叶片直径，塔架高度，容量系数的提高，风机大型化一方面可减少风机制造历程中单位功率原质料用量，另一方面推动风电场配套建设和运维本钱的下降。

据 CWEA 数据， 2020 年，中国新增装机的风电机组平均单机容量为 2668KW，同比增添 8.7%，其中海优势电机组平均单机容量为4885KW，同比增添 15.2%。在新增风电机组中，2.0MW（不含 2.0MW）以下的新增装机仅占 1%；2.0 MW（含2.0MW）~2.9MW 新增装机占比达 61.1%，比 2019 年下降了 11%；3.0 MW（含 3.0MW）~3.9MW 新增装机占比 27.8%，同比增添 10.1%。大兆瓦风神秘求大尺寸叶轮，风电叶片大型化趋势也十明确显。

风电叶片大型化、轻量化生长，发动碳纤维渗透率提升。2014 年全球风电新增装机中 88%机型叶轮直径小于 110 米，而 2019 年叶轮直径为 110 米以上的风机占比抵达 86.5%，2020 年主流机型的叶轮直径为 131-150 米，2021 年部分机型叶轮直径凌驾 200 米，叶片大型化趋势显着。大尺寸的风电叶片可以提高风能使用小时数，但较大尺寸的叶片关于质料的性能要求越发苛刻。碳纤维复合质料作为风机叶片的制造质料具有以下优势：提升叶片整体刚度，减轻叶片质量；提高叶片的抗疲劳性能；使风机输出更平稳平衡，提高效率；具有振动阻尼特征等。

在知足刚度和强度的条件下，碳纤维比玻璃钢叶片质量轻 30%以上。因此，随着叶片一直大型化，物理性能更精彩的碳纤维质料则成为了更理想的选择。风电装机的一连增添，叠加风电叶片碳纤维渗透率的提升，将使得风电用碳纤维需求一连较快增添。

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碳碳复材：热场质料受益于光伏行业高景气

碳/碳复合质料热场产品逐渐成为市场主流，将充分受益于光伏工业的快速生长。碳/碳复合质料是碳纤维（或石墨纤维）为增强体，以碳（或石墨）为基体的复合质料，是具有特殊性能的新型工程质料；其中热场质料是主要的应用场景。

热场是指为了融化硅料，并使单晶生长坚持在一定温度下举行的整个系统，主要应用场景包括坩埚、导流筒、加热器、保温筒、板材和电极等。由于碳/碳复合质料热场产品具有质量轻、损伤容限高、强度高等突出特点，正在逐渐成为主流热场质料，在上述多个热场应用中都有较高的渗透率；并且一直往大直径、高强度、长使用寿命偏向生长，以顺应单晶硅往大型偏向生长的需要。由于现在硅基太阳能电池占 80%以上，因此光伏工业的急剧生长直接发动了上游要害配套碳/碳热场质料的迅猛生长。

预计 2022-2025 年全球光伏新增装机量逐年稳步提升，发动碳/碳热场质料快速生长。2021 年海内外光伏市场快速增添，使得单晶硅炉以及配套碳毡与其他热场部件的需求增添，为整个碳/碳复合质料孝顺显著增量； 2021年，我国碳/碳复合质料碳纤维需求量为 0.7 万吨，占比为 11.2%，同比增添 133%。预计在十四五时代，受益于双碳政策推动，我国光伏新增装机量将逐年稳步提升；我国光伏工业在全球占有优势职位，海内热场质料需求还将受益于外洋光伏装机需求的增添。预计未来 5 年碳/碳热场质料等复材仍维持较快增速。

压力容器：受益于氢能工业生长，储氢气瓶市场远景可观

受益于氢能工业生长，储氢气瓶市场远景可观。2020 年十四五妄想中提到在氢能与储能等前沿科技和工业厘革领域，组织实验未来工业孵化与加速妄想。凭证中国氢能同盟的测算，2030 年中国氢气需求量将抵达 3500万吨，到 2050 年氢能将在中国终端能源系统中占比至少抵达 10%。

现在氢的贮存主要有气态储氢、液态储氢和固体储氢三种方法，且高压气态储氢已获得普遍运用。高压气态储氢具有充放氢速率快、容器结构简朴等优点，是现阶段主要的储氢方法，分为高压氢瓶和高压容器两大类。其中钢质氢瓶和钢质压力容器手艺最为成熟，成本最低。

20MPa 钢制氢瓶已获得了普遍的工业运用，并与 45MPa 钢质氢瓶、98MPa 钢带纠葛式压力容器组合应用于加氢站中。碳纤维纠葛高压氢瓶的开发应用实现了高压气态储氢由牢靠式应用向车载储氢应用的转变。 70MPa 碳纤维纠葛Ⅳ型瓶已是外洋燃料电池乘用车车载储氢的主流方法。35MPa 碳纤维纠葛Ⅲ型瓶现在仍是我国燃料电池商用车的车载储氢方法，70MPa 碳纤维纠葛Ⅲ型瓶已少量用于我国燃料电池乘用车中。未来随着Ⅳ 型瓶手艺的普及，以及燃料电池商用车的市场翻开，储氢气瓶带来的碳纤维需求量有望快速增添。

交通领域将是氢能消耗的主要突破口，海内压力容器碳纤维市场有待扩容。《氢能工业生长中恒久妄想（2021-2035 年）》指出，到 2025 年燃料电池车辆保有量抵达 5 万辆，安排建设一批加氢站；可再生能源制氢量抵达 10-20 万吨/年，成为新增氢能消耗的主要组成部分，实现二氧化碳减排 100-200 万吨/年。

据中国氢能同盟数据，预计燃料电池商用车销量将在 2030 年抵达 36 万辆，约占商用车总销量的 7%。短期内，据赛奥碳纤维判断，2022 年，中国将至少新增 10,000 辆氢能源车，主要在物流车、重卡和大巴领域，其中重卡为 6,000 台。重卡储氢气瓶为 210L-385L，单个瓶子碳纤维用量在 40-45 公斤之间，单车一样平常设置 6-8 个瓶组。2023-2025 年，物流车以及大巴车的树模加大和重卡的逐渐推广（最大重卡碳纤维用量约为 500KG），一连发动碳纤维需求。据此我们对中国压力容器碳纤维需求量做展望，2025 年该领域碳纤维需求量有望突破 8130 吨，复合增速达28.30%。

航空航天：全球市场缓慢苏醒，中国市场潜力重大

航空航天领域碳纤维应用愈加成熟，应用规模越发普遍。与通例质料相比，碳纤维复合质料可使飞机减重，并有能力战胜金属质料容易泛起疲劳和被侵蚀的弱点，是大型整体化结构的理想质料。在航天领域，碳纤维复合质料作为结构功效一体化构件，最早被用于人造卫星天线和卫星支架的制造；又因其耐热耐疲劳的特征，碳纤维也普遍应用于固体火箭发念头壳体和喷管上。在航空领域，碳纤维复合质料在 20 世纪 70 年月首次被应用在飞机上的一些二级结构，如整流罩、控制仪表盘和机舱门等。近三十年来，随着高性能碳纤维和预浸料-热压罐整体成型工艺的成熟，碳纤维复合质料的使用逐步进入到机翼、机身等受力大、尺寸大的主承力结构中。

航空航天市场缓慢苏醒，高附加值碳纤维使得该领域远景可观。2021 年全球航空航天领域中，商用飞机对碳纤维的需求量最大，为 5800 吨，占比为 35.3%；其次是无人机，需求量 3450 吨，占比 21%；军用飞机碳纤维需求量 2600 吨，占比 15.81%。受疫情影响，全球民用航空市场萎缩，对航空航天领域用碳纤维的需求端造成倒运影响，预计 2024 年以后将迎来显着恢复。我国航空航天市场已往基数小、增速快，随着新军机型的列装以及国产大飞机 C919 的逐步量产和 C929 的研发推进，十四五时代较全球仍有望获得显著的逾额增速。

军用航空

“十四五”时代新型战机更新换代需求大

推动碳纤维需求增添

“十四五”时代军机列装提速，新型战机更新换代需求大。“十三五”时期提出我国在装备建设总体形态上，要镌汰一代装备、压减二代装备、批量列装三代以上装备，基本建成以三代为主体、四代为主干的装备系统。“十四五”纲要正式提出要加速国防和军队现代化，贯彻落实新时代军事战略目的。我国现在军机数目相较于美俄仍有较大差别，且产品结构偏落伍，二代机占较量高。在存量方面，2020 年我国军机数目为 3260 架，占天下军机总量的 6%，占美国军机总量的 25%，数目差别较大。其中我国战斗机总量 1571 架，虽排名第三但远低于美国的 2717 架。受益于“十四五”强军强国政策的鼎力大举推进实验，实现“把人民军队周全建成天下一流军队”的目的，我国军机增补空间很大。

在结构方面，我国军机与美国相比保存代差。美国现在已镌汰二代机，战斗机主要以 F-15、F-16 和 F-18 为代表的三代机为主，占比达 83%，部分空军和水师已经使用以 F-22 和 F-35 为代表的四代机。而我国现在以歼-7、歼-8 代表的二代机占比 51%，以歼-10、歼-11 和歼-15 为代表的三代机占比 47.6%，歼-20 和歼-31 为代表的四代机尚未大规模投入使用，现在歼-20 仅列装 19 架。这与我国到 2020 年基本跨入战略空军门槛，构建以四代装备为主干、三代装备为主体的武器装备系统不相符，军机结构亟需优化。未来我国军机更新换代需求强烈， “十四五”时代新型战机有望实现批量生产、加速列装。

军机列装提速叠加新型战机的换代升级，将推动军用航空碳纤维市场规模增添。由于碳纤维复合质料在结构轻量化中无可替换的性能优势，其在军用航空中获得了普遍应用和快速生长。20 世纪 70 年月至今，复合材料在军用飞机上的用量和应用部位一直增添。外洋军用飞机从最初将复合质料用于尾翼级的部件制造生长到今天用于机翼、口盖、前机身、中机身、整流罩等多个部位。凭证马晓荣《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》数据显示，以美国军机为例，F-14A 战机碳纤维复合质料用量仅有 1%，到 F-22 和 F-35 为代表的第四代战斗机上碳纤维复合质料用量达划分为 24%和 36%，大型轰炸机方面 B-2 隐身战略轰炸机的碳纤维复合质料占比抵达了 38%。现在我国最先进的第四代战斗机歼-20 的碳纤维使用比例为 27%，相比之下第三代战斗机歼-10和歼-11 的碳纤维用量仅为 6%和 10%。据马晓荣论文数据展望，未来我国十五年军机碳纤维需求量将抵达 14154吨，年均需求为 944 吨。随着碳纤维复合质料在军用航空领域上应用比例的增添，以及军机换代更新带来的军机数目增添，我国军机碳纤维复合质料应用将泛起逐年递增的趋势。

民用航空

碳纤维复合质料应用规模一直扩大

质量占比一直提升

碳纤维复合质料应用规模一直扩大，质量占比一直提升。由于碳纤维复合质料具有低密度、高比强度、高比模量、可设计性强等优点，在飞机上接纳碳纤维复合质料可以大幅度减轻机体结构质量、改善气转动性，提高飞机的综合性能，大批量飞机零部件相继接纳碳纤维复合质料，并且接纳复合质料的面积、部位和重量也日趋增添。碳纤维复合质料最早在 20 世纪 80 年月应用于客机的非承力构件上，早期碳纤维复合质料占比仅为5%~6%。随着手艺的一直前进，碳纤维复合质料逐渐作为次承力构件和主承力构件应用在客机上，其质量占比也最先逐步提升�？湛偷� A380 中复合质料占比抵达 23%，最新的 B787 和 A350，复合质料的用量靠近甚至超50%，如机头、尾翼、机翼蒙皮等部位也接纳了碳纤维复合质料。

我国在 2017 年首飞的中国商飞 C919 大客机接纳了碳纤维复合质料，或许占整机重量的 11.5%，其应用范围涵盖偏向舵等次承力结构和飞机平尾等主承力结构，主要包括雷达罩、机翼前后缘、运动翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后机身、尾翼等部件，其中尾翼主盒段和后机身前段使用了先进的第三代中模高强碳纤维复合质料，这是海内民用飞机研制中首次在主承力结构、高温区、增压区上使用复合质料。现在中国商飞和俄罗斯联合航空制造集团公司正在携手研制远程宽体客机 C929，预计该机型碳纤维复合质料的用量将凌驾 50%。

单通道喷气客机仍为主流，国产 C919 远景辽阔。据中国商飞展望数据，到 2039 年中国航空市场将拥有 9641 架客机，其中单通道喷气客机 6521 架，双通道喷气客机 2174 架，喷气支线客机 946 架。2020~2039 年间，预计将有 8725 架飞机交付中国市场，新机交付量约占全球的 21.5%，将是全球新机交付的最大市场。单通道喷气客机交付近 6000 架，占二十年交付总量的 68.0%，其中近八成的单通道喷气客机机队为 160 座级；双通道喷气客机 1868 架，占总交付量的 21.4%，以 250 座级喷气客机机队为主，占双通道喷气客机交付总量的 75.3%；其余为喷气支线客机，二十年时间里将交付近千架，均为 90 座级。预计未来二十年，全球航空市场需求最大的依旧是单通道喷气客机。到 2039 年尾，预计现役机队中约 87.6%（凌驾 14000 架）的单通道喷气客机将被替换，靠近 3 万架的单通道喷气客机将交付市场。

C919 飞机是我国首款完全凭证国际先进适航标准研制的单通道大型干线客机，具有我国完全的自主知识产权，最大航程凌驾 5500 公里，为 150 座级，性能与国际新一代的主流单通道客机相当。C919 于 2017 年 5 月 5日乐成首飞，2022 年 5 月 14 日中国商飞交付首家用户（东航）的首架 C919 大飞机首飞乐成。据中国商飞 2020年展望，C919 的初期年产量将在 150 架次左右，在手订单达 1000 架。

新兴应用市场一直扩展，碳纤维需求多点着花

体育休闲成熟生长，碳纤维应用平稳增添。由于碳纤维的高比强度和高比模量以及诸多优良特征，使其可用来制造轻而强和刚而坚的种种制品，在体育休闲器材上获得了普遍运用，如高尔夫球杆、自行车等。2021 年，全球体育休闲领域碳纤维需求 1.85 万吨，其中垂纶竿对碳纤维需求量最高，为 6500 吨，占比 35.14%，其次是高尔夫和自行车，划分占比 22.16%和 19.46%。中国在 2016~2021 年间，体育休闲领域碳纤维需求量稳步上涨，复合增速达 12.53%。2020 年，中国体育休闲领域碳纤维需求量首次被风电领域碳纤维需求量凌驾，预计未来将维持此名堂；运动康健理念的普及，以及人均消耗能力的提升，将驱动体育休闲市场恒久平稳增添。

轻量化愈受关注，汽车复材空间辽阔。碳纤维作为综合性能最好的轻量化质料，现在已有众多车企在新产品中加入碳纤维复合质料，如雪佛兰 C8 汽车车架部分质料使用的就是弧形拉挤的碳纤维复合质料型材。疾驰企业也和日本东丽联手开发车用碳纤维的运用，推动碳纤维在车辆工业的普及化。2021 年中国汽车领域碳纤维需求量 1600 吨，同比增添 33.3%，已往 5 年 CAGR 达 39.77%。

都会更新与路桥刷新配景下，修建补强作用凸显。修建补强市场除了通常意义的修建，也包括了修建机械、桥梁、隧道及工业管道等领域，其中有 80-90%的碳纤维用于修建及桥梁结构加固补强。2021 年 12 月，海内首座千吨级碳纤维斜拉索车行桥在聊城举行挂索仪式，成为天下上最大跨度碳纤维索斜拉桥，斜拉索大桥模式的推广将为碳纤维拓宽应用场景。2021 年中国修建补强碳纤维需求量 2500 吨，同比增添 13.64%，已往 5 年 CAGR达 10.76%。

海内碳纤维需求综述：基于以上测算，并团结赛奥碳纤维关于远期规模的判断，我们预计 2025 年中国碳纤维需求量达 15.92 万吨，2021-2025 年 CAGR 达 26.40%，占比全球总需求的 79.62%。2025 年我国风电叶片、体育休闲、碳碳复材预计成为万吨级碳纤维市场，需求量划分达 5.89、2.75、1.64 万吨；压力容器用碳纤维需求量有望抵达 8130 吨，预计将逐步生长成第四个万吨级市场。航空航天、汽车复材、修建补强领域碳纤维需求量将划分抵达 4071、4570、3934 吨。

文章泉源 | 中信建投证券

杨光,李长鸿

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