碳纤维行业发展前景「碳纤维上游产业」

今天给大家普及一下碳纤维行业发展前景「碳纤维上游产业」相关知识，最近很多在问碳纤维行业发展前景「碳纤维上游产业」，希望能帮助到您。

（报告出品方/作者：长城证券，王志杰）

1. 下游应用场景不断扩展，十四五产能扩张与需求放量并行

1.1 碳纤维市场应用场景广泛，由高端制造业逐渐进入日 常生活

碳纤维各方面性质优势明显，具有较强减重加固效果:

碳纤维是一种含碳量在 90%以上的高强度高模量纤维，直径约 5 至 10 微米，主要由碳原 子组成。碳纤维在风电叶片、航空航天、土木工程、军事和赛车运动以及其他竞技运动 应用中广受欢迎。作为各类产业制造过程中的原材料，碳纤维具有以下特点:1)强度高: 抗拉强度在 3,500MPa 以上;2)模量高:弹性模量在 230GPa 以上;3)密度小:密度是 钢的 1/4，是铝合金的 1/2;4)比强度高:比钢大 16 倍，比铝合金大 12 倍;5)耐超高 温:在非氧化气氛条件下，可在 2,000°C时使用，在 3,000°C的高温下部熔融软化;6)耐 低温:在-180°C低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧具有弹性;7)耐酸、耐油、 耐腐蚀:能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金，同时拥有较好 的耐油、耐腐蚀性能热膨胀系数小;8)导热系数大:可以耐急冷急热，即使从 3,000°C 的高温突然降到室温也不会炸裂。

碳纤维复合材料下游应用主要包括航空航天、体育设施、工业和风电设备行业等其他领 域，在绿色能源和新型材料发展的带动下，中国碳纤维复合材料的下游应用领域逐步扩 大，开始在汽车制造、建筑交通等方面布局，并进一步加大了在风电设备领域的产业应 用。

碳纤维军工应用市场需求稳定，民用市场逐渐打开:

全球碳纤维市场应用范围逐渐拓展。2020 年应用分市场数据显示，从数量方面看，碳纤 维在风电叶片中的应用排在首位，达 30600 吨，占全部市场需求的 28.64%;其次为航空 航天方面，应用需求量为 16450 吨，占比为 15.39%。体育休闲行业是碳纤维最忠实的支持者，一直保持着 15%左右的市场份额。汽车行业中采用碳纤维材料的车型越来越丰富， 尤其实新能源汽车，在制造过程中，许多部件(如电池盒)都用到了碳纤维材料，2020 年需求应用共 12500 吨，占市场总需求的 11.70%。

从金额方面看，碳纤维在航空航天中的应用占据了全球 37.75%的份额，共得金额 9.87 亿 美元;其次为风电叶片，2020 年度共有 4.28 亿美元的需求，占全球份额的 16.38%。另外， 金额市场份额超过 10%的只有体育休闲方面的应用，共得 3.54 亿美元，占市场总需求比 例为 13.55%。

碳纤维材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于 战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。在国外的技术中，常使用碳纤 维/环氧和碳纤维/双马复合材料来制作战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位， 可以起到减重的作用。

除军事武器外，碳纤维材料还广泛应用于民用飞机中。碳纤维增强塑料(CFRP)常用于建 造飞机的重量部件，如减速板、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整 流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、 水平尾翼和副翼等。

航天方面，由于碳纤维材料具有轻，刚性，尺寸稳定性和导热性好的特点，人造卫星结 构体、太阳能电池板和天线中也用到了这种原材料。空间站及一些关键部件的制造均使 用到了碳纤维材料。

从全球市场趋势来看，碳纤维在航空航天中应用的需求逐步提升，2020 年由于疫情影响 全球空中交通客运量，导致各类飞机的产能也相应减少，当年仅 16450 吨。随着航空航 天领域的缓慢复苏，赛奥碳纤维技术有限公司预测碳纤维在航空航天领域的应用将在 2024 年恢复到 2019 年的需求水平。

风电叶片一直是碳纤维材料应用的主要领域，是最具有前景的领域之一。风电机组极大 程度上拉动了碳纤维的需求，碳纤维材料轻便的特点使得风电叶片的整体质量有了较好 的优化，保证叶片在长度增加的同时，重量更轻。且碳纤维复合材料纤维含量高，质量 稳定，连续成型易于自动化，适合大批量生产。

全球市场上，碳纤维材料在风电叶片中的应用需求处于快速增长的趋势。在风电产业也 快速扩张的情况下，碳纤维在这方面的产能也将以较高速度不断拓展。预计在 2025 年将 达到 93384 吨的全球市场需求。

碳纤维材料在竞技体育与日常健身中均有涉及，前者看重体育器材的质量以及对运动的 助力，后者更注重性价比。在竞技体育项目中，体育器材对运动员的发挥也起到了一定 的辅助作用，利用碳纤维材料强度高、重量轻的优势，制造出的趁手的球拍/球杆能够帮 助运动员在比赛场上更加稳定地发挥出自己的实力。网球拍、高尔夫球杆、自行车、钓 鱼竿等器材中碳纤维材料的使用率较高，逐渐渗透至人们日常健身生活中。随着 2021 年 我国国务院发布的关于全民健身计划的通知，预计对碳纤维体育器材的需求会持续提升。

受疫情影响，群体性运动的器材如曲棍球 2020 年产量下降，个人体育器材如高尔夫球杆、 自行车、钓鱼竿产量反而上升。总体趋势是一直处于稳定增长状态的，预计 2025 年需求 量达到 19655 吨。

在汽车行业，碳纤维材料可以用来制作汽车架构、车身等，利用其密度小的特点，可以 使汽车更加轻量化，促进节能减排;同时由于碳纤维复合材料可塑性强，更有利于构建 车身整体结构，简化工艺流程;碳纤维材料能量吸附性强，在突发情况发生时，能够在 较好程度上吸收受到撞击的能量，从而减小震动效果，安全性能得到极大提升。

新能源市场的扩张带动了新能源汽车产业的发展，碳纤维在汽车行业的应用需求也一直 处于平稳发展的态势中。随着环保化的普及，高性能轻量材料越来越受欢迎，碳纤维在 汽车行业中也将拥有更广阔的发展市场。

氢燃料等燃料物资通常装配在储氢瓶中，在储氢瓶的制造过程中的重点及核心技术在于 碳纤维全缠绕工艺，碳纤维重量占比最多可达 57%。目前国内能够大规模生产供应高性 能碳纤维 T700 储氢瓶的以中复神鹰为主力军。

2020 年氢能产业发展迅速，逐渐随着新能源电池、汽车等生活方式融入人们的日常生活 中，相应的碳纤维压力容器订单供不应求。在产品订单数量较大时，性价比以及规模生 产能力或将成为碳纤维制造企业的核心竞争力。未来碳纤维在压力容器中的需求应用预 计将保持稳定增长的态势，更好地为能源储备提供服务。

混配模成型是一种成熟工艺，混配指非连续碳纤维增强塑料，主要包括短切增强和长纤 维增强热塑性材料(LFT);模成型主要指片状模塑料(Sheet Molding Compound，SMC) 以及团状模塑料(Bulk Molding Compound，BMC)。碳纤维技术的加入让这些非连续形 态的模块有了更广阔的的发展空间。

碳纤维在混配模成型领域的应用参考了玻璃纤维复合技术，具有高效低成本的优势，同 时与玻璃纤维存在竞争关系。未来碳纤维复合技术还需要继续研发自己的特质，显示其 更具有竞争力的力学性能。

碳纤维加固技术目前已达国际一流水准，被广泛应用于建筑加固工程中。由于碳纤维加 固施工法操作较为简单，且工程量较一般的加固施工更小，因此属于高效的加固方式， 不仅节省时间，也能有效降低施工成本，成为了首选。除此之外，选择使用碳纤维复合 材料进行建筑加工更加环保，且材料耐久性强，延长了建筑结构的寿命。

碳碳复材具有低密度、高强度以及抗热性能好、稳定性高等特点，是目前最有前途的高 温材料之一，2020 年，碳碳复材的发展市场主要在刹车盘市场、航天部件以及热场部件。 随着未来光伏市场的持续高速增长，碳碳复材对于单晶炉的供应也会随着高速发展，赛 奥碳纤维技术有限公司预计 2025 年碳纤维在碳碳复材的领域应用需求将达 18565 吨。

碳纤维在电子电气行业的应用分为多个方面。首先在功能性领域，复印机、打印机、数 码相机中使用的短切碳纤维增强塑料具有防静电及电子屏蔽的功能，且相对于传统的金 属类材料，成本更低;在力学能力增强方面，大量被应用的碳纤维材料为长碳纤维增强 塑料(LFT)和连续碳纤维增强材料，利用它们抗压、强度高的特点，在热塑方面既保持 了长度也保证了均匀分散的性质。

目前市场上，笔记本电脑的散热装置也使用到了碳纤维技术。2020 年，美国 KULR Technology Group 称，公司已开始着手将碳纤维制备成绒，由于微纤维的散热面积较大， 一种新的热管理技术进入大众视野。

碳纤维在船舶行业的应用市场中主要涵盖竞赛类船舶、超豪华游艇、高速客船及军事用 途的船舶。根据美国国家船舶制造商协会报告统计数据，2020 年的新冠疫情非但没有影 响船舶市场，反而船舶市场的增长创造了新高，其中，水翼船的发展是关键，在制造过 程中运用了碳纤维复合材料。

碳纤维复合芯导线相较于传统钢芯铝绞导线，可消除磁损，运输效率远高于后者;且碳 纤维复合材料膨胀系数小、强度高，不易变形，同时降低建造成本。2020 年全球电缆芯 碳纤维需求量为 1000 吨，较 2019 年有所下降。

1.2 市场产能高速扩张，十四五政策推进加强，需求进一 步增加

2015 年至 2020 年中国碳纤维总需求由 16808 吨增长至 48851 吨，期间 CAGR 达 23.79%， 每年增长率分别为 16.50%/20.00%/32.00%/22.00%/29.10%。其中 2020 年进口 30351 吨， 同比增长 17.46%，国产 18500 吨，同比增长 54.17%。

我国碳纤维进口市场需求增长率五年来分别为 11.57%/0.84%/36.77%/17.37%/17.46%，国 产碳纤维需求量整体增长速度更高，分别为 44.00%/105.56%/21.62%/33.33%/54.17%。在 国产碳纤维技术迅速发展的今天，《2020 全球碳纤维复合材料市场报告》中预测，未来三 年内国产碳纤维将会超过进口量。

0%。其中 2020 年进口 30351 吨， 同比增长 17.46%，国产 18500 吨，同比增长 54.17%。

我国碳纤维进口市场需求增长率五年来分别为 11.57%/0.84%/36.77%/17.37%/17.46%，国 产碳纤维需求量整体增长速度更高，分别为 44.00%/105.56%/21.62%/33.33%/54.17%。在 国产碳纤维技术迅速发展的今天，《2020 全球碳纤维复合材料市场报告》中预测，未来三 年内国产碳纤维将会超过进口量。

碳纤维产业一直被政府高度重视，国家近 10 年出台了一系列关于碳纤维及碳纤维复合材 料的产业支持政策，持续引导并进一步提升碳纤维材料重点品种的关键生产和应用技术。 其中，2015 年 5 月国务院发布的《中国制造 2025》中对国家碳纤维及复合材料技术发展 制定未来发展指标要求;2016 年 8 月中国科学院提出的《中国科学院“十三五”发展规 划纲要》中将碳纤维及其复合材料核心关键技术列入科技创新 2030 重大工程;2019 年 10 月，国家发改委发布《产业结构调整指导目录(2019 年本)》，将碳纤维等高性能纤维 及制品的开发、应用和生产列为国家产业架构调整指导目录的鼓励类项目，推进碳纤维 产业的发展。2021 年 3 月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中提出，要加强碳纤维等高性能纤维及其复合材料的研发应用， 为未来碳纤维行业的技术进步提供良好的政策环境。

国家的大力支持、技术的不断更新，为碳纤维产业的科研提供了良好的环境，对相关公 司的生产与销售、各类应用场景的发展做出了高度肯定。

2. 风电需求装机量增大，渗透率不断提升

2.1 风电叶片是国内最大的碳纤维市场，受益于“双碳” 政策，未来增量空间可观

风力作为一种清洁能源，先于光伏发电受到全球各国的青睐，近十几年以来经历了全球 化的高速增长。风力发电是指利用风力发电机组直接将风能转化为电能的发电方式。在 风能的各种利用形式中，风力发电是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术 最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。

根据《2020 全球碳纤维复合材料市场报告》的数据，对比 2020 年全球和中国的碳纤维需 求市场，风电叶片均为碳纤维下游最大的市场，分别占比 28.27%和 40.90%，对比 2019 年的需求量，依然保持在 20%的强劲增长。对比遭受重挫的航空航天市场(主要受影响 的是民用航空、公务机)，用量急剧降低。风电市场的增长潜力非常巨大，这有待于维斯 塔斯之外的其他风电巨头企业，尤其是中国风电企业批量使用碳纤维。

2.1.1 风电未来增长空间广阔，进一步拉动碳纤维需求量

根据 GWEC 的数据，2020 年全球新增风电装机为 93GW，比 2019 年增加了 53%，面对 新冠疫情风电行业显示出强劲韧性。全球风电累计装机达到 742GW。作为有成本优势、 有韧性、有最大脱碳潜力的电力品种，风电能够成为绿色复苏及碳中和的重要基石。

2020 年是风电行业历史上表现最好的一年，全球新增风电装机 93GW，比 2019 年增加了 53%。全球风能理事会(GWEC)在最新发布的年度报告中指出，如果要实现 2050 年全 球净零排放的目标，现在的发展速度是不够的，为了实现全球净零排放的目标，风电装 机速度在未来十年中要提高两倍。

随着近年来对环境的整治力度加大，我国逐渐从煤炭发电转向环保的风力发电，风力发 电量逐年增长，如今已成为风能利用的主要形式。2019 年中国风电发电大幅增长到 4057 亿千瓦时，增长率高达 10.85%;2020 年，全国风电发电量为 4665 亿千瓦时，同比增长 14.99%。

在国家重视并大力支持风电行业的背景下，我国风电装机容量呈现出加速增长的态势， 2020 年全国新增装机容量 7167 万千瓦，同比增长 81.8%;累计装机容量为 28153 万千瓦， 同比增长 24.1%。

2021 年前四个月，我国风电装机累计新增规模达 28,744 万千瓦，较 2020 年底增加 660万千瓦，增速达 86%，高增速延续。

随着技术进步和产业规模扩大，全球风电装机量已经是十年前的近四倍，风能也在世界 范围内成为最具竞争力的电源之一。2020 年的创纪录增长主要归功于中国和美国，这两 个最大的风能市场贡献了全球新增装机的 75%，而累计装机量也达到了全球的一半。

国内风电碳纤维需求强劲。根据 GWEC 的数据，2020 年，全球风电装机累计容量达到 743GW，同比增长 14.21%。根据 GWEC 的预测到 2025 年风电累计装机容量将在这五 年保持复合增速 9%。

2020 年，从风电对碳纤维的需求分析，维斯塔斯依然是主力;其他巨头，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。

2.1.2 风电叶片大型化，碳纤维逐步替代玻纤趋势确立

目前全球风电巨头为了降低风电的度电成本，提升产品盈利能力，均采用了风电叶片大 型化、轻量化的发展目标。为降低成本，必须增加发电时间，提升风机捕捉风能的能力， 其中一个最主要的途径就是增加叶片的扫风面积、增大叶片的直径。据统计，风电叶片 尺寸迅速发展，2010 到 2019 年，叶片的长度从 100 米逐步增长到 125 米，预计未来 叶片尺寸还将进一步增大到 150 米甚至更高。

随着叶片的长度逐渐增加，对于叶片的质量控制便提出了更高的要求。据了解，传统的 叶片制造材料主要为玻璃纤维复合材料，但玻纤叶片重量比较大，已经无法满足风电叶 片大型化的发展趋势。而碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料具有更低的密度，更高的 强度，可以保证风电叶片在增加长度的同时, 大大降低叶片重量。

根据 GE 的分析结果显示，到 2025 年风轮直径将从现在的 100m 扩大到 160m，IEA 的分析也可以得出类似的结论。由此可见，为了提高风机效率，满足更广泛的风场条件， 现在业界已经形成共识:风轮直径扩大是风电未来的发展趋势。

风轮直径扩大，必然导致叶片刚度下降，更加容易变形。如何在一定控制质量的前提下， 提高叶片刚度，是风电叶片设计必须要考虑的问题。碳纤维(主要是大丝束碳纤维)作 为质量轻、强度高、模量高的新型材料在风电叶片领域的应用必将进一步提升。

2.1.3 海上风电发展势头迅猛，功率更大，对碳纤维轻量化需求更为强烈

海上风电细分市场先天优势明显，市场发展潜力巨大:现今全球风电开发仍以陆上风电 为主，但海上风电具有资源丰富、发电效率高、距负荷中心近、土地资源占用小、大规 模开发难度低等优势，被广泛认为是发电行业的未来发展方向。

近年来，伴随着全球海上风电技术逐渐成熟和新型市场异军突起，全球可开发的海上风 电区域在不断增加，产业保持快速发展。根据全球风能理事会统计，2010-2020 年全球海 上风电累计装机容量年复合增长率超过 28%。2019 年，全球海上风电累计装机容量达 29.1GW，同比增长约 26%，占全球风电累计装机约 4%;全球海上风电新增装机容量 6.1GW，较 2018 年增长约 41%，占全球风电新增装机容量 10%。

2020 年中国海上风电新增装机量达 306 万千瓦，较 2019 年增加了 108 万千瓦，同比增长 54.5%。将我国海上风电新增装机量与风电行业新增装机总量进行比较，自 2015 年起中 国海上风电新增装机量占风电行业新增装机总量的比例逐年攀升，2020 年较 2019 年大幅 下滑，2020 年中国海上风电新增装机量占风电行业新增装机总量的 4.27%，较 2019 年减 少了 3.42%。

随着陆地上的优质资源逐渐被开发利用，人类开始转向面积更广、资源更为丰富的海洋, 海上风力发电成为关注焦点。海面平坦，风速一般较大，且海上建设风电场可以降低土 地使用费。更为重要的是，沿海地区多为人类生活密集区域，用电负荷高,有利于海上发 电就近消纳、弃风风险低这些都是海上风电在全球范围内快速发展并被普遍看好的重要 原因。2020 年中国海上风电累计装机量达 900 万千瓦，较 2019 年增加了 307 万千瓦，同 比增长 51.8%，未来将继续保持增长趋势。

中国海上风电累计装机量占风电行业累计装机总量的比例逐年攀升，2020 年中国海上风 电累计装机量占风电行业累计装机总量的 3.20%，较 2014 年的 0.69%增长了 2.50%。

碳纤维复合材料在航空发动机领域的发展:

政策引导驱动下，海上风电装机容量将快速增长:在国家能源局制定的《风电发展规划》 中，确定了海上风电开工建设项目规模达到 10GW、累计并网容量 5GW 以上的目标。同 时，国家能源局 2018 年 5 月发布《关于 2018 年度风电建设管理有关要求的通知》，落实 建设海上风电竞价模式，加快海上风电建设并网及转型升级进度。此外，国家发改委、 国家能源局 2019 年 5 月发布《关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》，将 可再生能源配额正式落地，为风电、光伏平稳成长保驾护航，海风资源丰富的沿海经济 发达省份发展海上风电的积极性提高较大。同时，浙江、福建、广东等沿海省市也已出 台海上风电发展相关政策。

未来，在我国大力开展产业结构和能源结构调整、加快实现高质量发展和绿色发展的背 景下，我国海上风电将实现持续快速发展。根据国网能源研究院发布的《中国新能源发 电分析报告 2019》预测，“十四五”期间海上风电发展将进一步提速。根据江苏、广东、 浙江、福建、上海等省市或地方已批复的海上风电发展规划规模测算，期间预计全国新 增海上风电装机容量约 25.0GW;至 2025 年底，我国海上风电累计装机容量将达到 30.0GW 左右，80%装机集中在江苏、广东、福建等省份，且江苏、广东有望建成集中连片开发的 千万千瓦级海上风电基地。2030 年底，我国海上风电累计装机将超过 60GW，占全国风 电累计装机容量的比例约为 12%。

2.2 碳梁技术有望大规模应用，或将带动碳纤维需求的快 速增长

2.2.1 VESTAS 的碳梁技术助力打开碳纤维在风电领域的应用之门

在提高风能的成本效益并延长发电机的使用寿命的目标下，将碳纤维应用在风电领域有 诸多优势，(1)重量轻，碳纤维材料有助于减轻叶片重量并增加长度，而不会影响刚度 和强度。(2) 优化叶片性能，使用碳纤维叶片增强件可以设计更长，更轻，效率更高的 叶片。简单来说，风电碳梁的好处就是刚度和成本之间达到了极好的平衡，使叶片轮廓 更加纤细，从而提高了空气动力学效率，使风力涡轮机叶片更轻，更长，更硬且更坚固， 从而整体上更加高效，从而降低了能源的平均成本和更高的年度能源产量。过去主要是工艺主要为真空袋压成型和真空导入，有效率低、成本高等劣势。按此类的 材料与工艺，只有 40 米以上的风电叶片(即风轮直径 80 米，功率 1.8 兆瓦以上)使 用碳纤维替代玻璃纤维才可能被用户接受。而在 VESTAS 新的结构工艺下，碳纤板材拉 挤成型的碳梁应用拥有广阔的前景。

高效、低成本、高质量的碳纤维拉挤梁片工艺，使得碳纤维使用成本大幅降低。VESTAS 这种用新设计和新工艺制造的碳纤维主梁，完成技术攻关后，碳纤维在风电领域的使用 量进入快速增长。

2.2.2 VESTAS 专利到期在即，碳纤维渗透率有望在风电领域实现 持续增长

Vestas 在 2002 年 7 月 19 日分别向中国/丹麦等国家知识产权局、欧洲专利局、世界知 识产权局等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的相关专 利，专利权利要求包含了制造预先预制的条带的方法和制造风力涡轮机叶片的方法。

2022 年，Vestas 的碳梁专利保护将到期，由于碳纤维材料应用在风电叶片上有着诸多无 法代替的优势，因此我们认为届时其他风电叶片制造商将推出应用碳梁的风电叶片产品， 将为碳纤维在风电领域贡献非常大的增量市场。

根据《2020 全球碳纤维复合材料市场报告》中的数据，2020 年我国风电叶片所需碳纤维 达到 30600 吨,同比增长 20%，成为我国碳纤维产业重要增长点。据其预测显示，2025 年我国风电叶片所需碳纤维将有望达到 9.34 万吨。

在风电单机大容量以及海上风电高速发展的背景下，未来碳纤维在风电领域的渗透 率有望持续提升:

根据《风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究》的数据显示，风力发电装备现大多使用 玻璃纤维增强材料制造，但当风力发电机功率高于 3MW，相应叶片长度超过 40m 时，玻 璃纤维性能已无法满足叶片的使用要求，碳纤维则成为叶片制造中的首选材料。

按照 Vestas 官方披露数据显示，公司 2020 年交付量为 17GW，其中超过 4MW 的订单占 总订单的比例为 63%。而目前我国风电领域在这一方面的与 Vestas 还稍显差距，根据金 风科技透露的销售结构显示，3/4S 平台机组(3MW-4MW)的销售容量明显增加至 1434MW， 同比提升 104.6%，占比从 2019 年的 8.6%提升至 11.1%，6/8S 平台机组(6MW-8MW) 实现销售容量 482MW，同比提升 90.2%，占比 3.7%。大容量机组增速明显，但总体份额 和国际巨头企业相比较，还略显差距，未来提升空间巨大。

根据金风科技公布的销售结构显示，截至 2020 年底，超过 3MW 的产品销售占比约为 14.8%，根据 Wood Mackenzie 预计的数据显示，中国 2025 年单机功率在 3MW 以上的风 电将有望达到 80%以上，而到 2029 年这一数据将超过 90%。

海上风电将成为未来碳纤维需求的核心增量，由于海上风速高，因此海上风机的单机容 量一般都远远高于陆上风机，正因如此，海上风机对于轻量化的碳纤维材料的需求更为 强烈。综合来看，我们认为未来风电行业对于碳纤维的需求量有望超出预期。

3. 航空航天用量伴随十四万军民两用装备放量，需求快速扩张

3.1 碳纤维在航空航天领域的市场分布及预测

根据《2020 全球碳纤维复合材料市场报告》的数据显示，截至 2020 年航空航天领域用量为 1.65 万吨，根据预测到 2025 年用量将达到 2.62 万吨，年均复合增长率达到 9.68%。

3.2 碳纤维在航空领域的应用

航空飞机结构分为主要结构(又称初级结构)和辅助结构(又称次级结构)两大类。其 中初级结构包含重要结构和其他主要结构。重要结构指传递飞行、地面或者增压载荷的 关键结构部件或者关键结构组件，结构件一旦失效，将导致飞机灾难性事故。次级结构 仅传递局部气动载荷或者自身质量力载荷的结构，结构失效不影响结构持续适航性/飞行 安全。大多数次级结构主要作用为保证飞机气动外形、降低飞行。碳纤维复合材料由最 初应用在航空飞机的次级结构件，到逐渐用于航空飞机的初级结构。

碳纤维复合材料在军机领域的发展，从次级结构到初级结构:

根据《高性能碳纤维在航空领域的应用》中的说明，碳纤维复合材料在军机的应用研究 始于上世纪 70 年代，美国战斗机 F-15E 的碳纤维复合材料含量 2%，到 1976 年原麦道公 司研制的 F/A-18 首次含碳量超过 10%，后经进一步的碳纤维技术突破，上升到 19%，包 含 12 块机身蒙皮、10 快进气管蒙皮和 4 块水平尾翼蒙皮。2006 年的美国“闪电II”的 F-35 战机，碳纤维复合材料占比 35%，应用部位从垂尾及平尾蒙皮、方向舵、减速板等 次级结构，扩大至机身、机翼、进气道、操纵面、副翼、垂尾等初级结构。

国外碳纤维技术的发展远早于国内，根据《航空复合材料技术》、《碳纤维及其复合材料 技术》等资料的数据显示，目前国外军机上碳纤维复合材料用量约占机重 20%~50%，而 根据央视披露，我国最新的战斗机歼-20 的含碳量大约在 20%左右，直升机和运输机碳纤 维含量更低，距离国外仍有不小的差距。

根据 Flight Global 的数据，2020 年我国军用飞机数量达到 3260 架，相较于美国 13232 架 和俄罗斯的 4143 架具有一定的差距，若看齐美国军用飞机数量，中国至少有 10000 架的 上升空间，碳纤维复合材料的利用也将成为未来空间较大的一部分。

碳纤维复合材料在民机领域的发展:

在上世纪 90 年代军机中碳纤维复合材料应用比例大幅增加后，国外逐渐在商用飞机中增 加碳纤维复合材料用量。根据《碳纤维及其复合材料技术》的数据显示，目前碳纤维复 合材料再波音 787 和空客 A350 商业民用飞机中用量也达到 50%以上。波音 B787 飞机中 的碳纤维材料应用在机翼、机身、垂尾、平尾、机身地板梁、后承压框等部位，是全球 首个同时采用碳纤维复合材料机翼和机身的大型商用客机。空客 A350XWB 采用最新的 空气动力学设计，在机身和机翼大量采用碳纤维复合材料，以及新型节油的劳斯莱斯发 动机，使整体飞机燃油消耗和排放降低了 25%。

C919 中型客机是我国第一种自主研发的民用飞机，由中航商用飞机发动机有限责任公司 设计和承担，意图打破美国波音和欧洲空客在客机市场上的垄断地位，填补国产客机的 空白，代表我国机械制造业的发展进步，也受到了国家的大力扶持。根据中国商飞的披 露的数据显示，我国国产客机 C919 目前的碳纤维复合材料占比为 12%，而与俄罗斯合作 的下一代 CR929 机型碳纤维复合材料占比预计将达到 50%。

根据中航高科的年报显示，公司目前已完成 CR929 项目 4 米级坠撞壁板交付和桶段坠 撞实验，通过了中国商飞特种工艺能力鉴定和供应商综合能力评估，并且参与 C919 复合 材料尾翼优化项目;且与航空工业通飞签订 AG600 复合材料结构框架合作协议;未来我 国相关企业在民机方面的技术、能力和相关资质将得到提升。

碳纤维复合材料在航空发动机领域的发展:

碳纤维复合材料的低密度可减轻风扇及发动机质量，耐高温、高比强度和高模量等特性 会优化发动机构件，如整体叶盘、整体叶环、空心叶片和对转涡轮等结构的性能，提高 抗疲劳性、抗损伤性，扩大缺陷容限等。先进复合材料也是实现更高涵道比和减重的唯 一途径，使涡扇发动机在低重量低油耗的情况下具备更大的推力。与金属钛合金叶片相 比较，复合材料叶片具有明显的优势，根据复材网的信息，复合材料叶片数量比钛合金 叶片数量减少 50%，减轻质量 66%;高效率、低噪声;较低燃油消耗率;在抗振特别是 抗颤振方面，优于钛合金叶片;抗鸟撞能力得到了适航当局的认可。

3.3 碳纤维在航天领域的应用

以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料， 在导弹、运载火箭和卫星飞行器上发挥不可替代的作用，对碳纤维复合材料的开发研究 及应用规模影响武器装备跨越式提升和型号研制的成败，推动了整体航天技术的发展。

 火箭、导弹:

碳纤维复合材料应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承 力件上，碳/碳和碳/酚醛是弹头端头和发动机喷管喉衬及耐烧蚀部件等重要防热材料，在 美国、日本、法国等各类导弹、发动机壳体以及火箭均已成熟应用。

 卫星、航天飞机及载人飞船:

碳纤维高比强度和高比模量的特性可显著提高结构的自然频率与稳定性，避免发射过程 中产生过大的动态响应荷载，进而保证卫星控制系统的正常运行。质轻，刚性，尺寸稳 定性和导热性好。同时，碳纤维复合材料在面对真空、高低温交变、紫外辐照、电子辐 照、原子氧等复杂条件太空环境是，具有优异的空间环境稳定性，防止材料发生翘曲、 膨胀或收缩等。目前广泛的应用在人造卫星结构体、太阳能电池板和天线中，在某些运 输系统的关键部件也采用碳纤维复合材料作为主要材料。从 1996 年 11 月 20 日的“神 州一号”升空开始到“神州六号”上天，我国在八年多的时间里六次飞天，并随着质量 和成本的下降，各类性能优异的碳纤维复合材料将会为航空航天技术做出更大贡献。

4. 光伏高景气度推动碳碳复材碳纤维需求

4.1 平价上网进程加速，光伏产业增长速度进一步加快

随着太阳能电池结构设计、微纳级激光精密加工等技术的进步，光伏发电的度电成本进 入下降通道，未来有望实现平价上网。根据 Bloomberg 预测，随着光伏技术的不断进步， 光伏发电成本正在迅速下降，光伏发电平价上网进程正在加速，它的实现具有里程碑意 义，将进一步加快光伏产业的发展速度。

光伏发电在全球范围内很多国家已是清洁、低碳、并且拥有价格优势的能源形式。2021 年， 在光伏发电成本持续下降和全球绿色复苏等有利因素的推动下，全球光伏市场将快速增 长。在多国“碳中和”目标、清洁能源转型及绿色复苏的推动下，预计“十四五”期间， 全球每年新增光伏装机约 210-260GW。

在国内光伏新增装机量方面:到 2030 年，中国非化石能源占一次能源消费比重将达到 25%左右。为达到此目标，在“十四五” 期间，我国光伏年均新增光伏装机或将在 70-90GW 之间。

2019 年，受到政策迟于预期及标杆电价补贴改为竞价补贴模式，国内新增装机量较 2018 年下降明显。2020 年受疫情影响，上半年电站装机规模较少，全年装机主要集中在下半 年，尤其是 12 月，在抢装推动下，单月新增光伏装机规模达到 29.5GW，创历史新高。 2020 年全年国内光伏新增装机量达 48.20GW，同比上升 60.1%，为近三年新高，累计 光伏并网装机容量达 253GW，新增和累计装机容量均为全球第一。

从每年新增装机量来看，2018 年与 2019 年是特殊的两年，新增装机量比之前的几年出现 了下滑。主要原因是 2018 年国家发展改革委、财政部、国家能源局联合印发的《关于 2018 年光伏发电有关事项的通知》。文件颁布后，2018 年的装机新增量下降了 880 万千瓦，但 因光伏产品价格下降，带动了其他国家新增装机规模上升，使当年全球新增装机规模保 持了小幅增长。在新增装机总量中，占比较大的是集中式光伏装机。

在我国光伏产业的制造端，2020 年中国多晶硅产量为 39.2 万吨，电池片产量为 134.8GW， 硅片产量为 161.3GW，组件产量为 124.6 万吨。

4.2 碳碳复材市场处于迅猛增长，热场部件需求旺盛

C/C 复合材料是以碳纤维及其织物或碳毡增强的碳基体复合材料，具有低密度、高强度、 高导热性、低膨胀系数，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，使其成为当今 1650°C 以上应用的少数备选材料，最高理论温度高达 2600°C，因此被认为是最有发展前途的高 温材料之一。

目前我国光伏行业竞争激烈，成本压力显著，C/C 复合材料相比传统石墨材料具有更优异 的保温性能、更高的强度、更好的韧性，且不易破碎，可有效降低生产能耗、提升设备 使用寿命，从而降低整个生产的成本。

C/C 复合材料的可设计性很强，可以根据产品结构需要编织出任意尺寸和形状的增强体， 其在光伏行业的应用主要包括:多晶硅氢化炉用内、外保温筒、U 型加热器、保温板， 多晶硅铸锭炉用盖板、坩埚护板、坩埚底托、保温板，直拉硅单晶炉(简称单晶炉)用 坩埚、导流筒、发热体、盖板、底托、内外保温筒等。

直拉硅单晶炉、多晶硅铸锭炉是生产光伏行业硅材料的主要设备，其核心部件均为高纯 石墨材料。随着光伏行业的发展，传统石墨材料很难满足直拉硅单晶炉和多晶铸锭炉生 产设备的大型化需要，而 C/C 复合材料具有良好的热物理性能，和石墨热场材料相比， C/C 复合材料比石墨高 3 倍以上，因此产品寿命非常长，在性价比方面比石墨材料有非常 大的优势。C/C 复合材料保温件、结构件和发热体将是直拉硅单晶炉和多晶铸锭炉等光伏 设备热场材料的发展方向。

2017 年到 2020 年，全球碳/碳复合材料产能增长迅速，到 2020 年已达到 5000 吨，其中， 中国的碳碳复合材料产能为 3000 吨，占比 60%。

受“碳达峰、碳中和”政策刺激，单晶硅炉订单暴涨，单晶硅炉内，主要有碳毡功能材 料和坩埚、保温桶、护盘等碳碳复材结构材料:根据 2020 全球碳纤维复合材料市场报告的数据，保守估计，截至 2025 年，碳碳复材碳纤维需求将达到 1.86 万吨，2020-2025 间CAGR 为 30%。

5. 行业龙头进入扩产期，设备产线进口替代加快，龙头公司受益明显

5.1 国内扩产加速，碳纤维成本有望下降

2020 年中国碳纤维行业呈现的景气度较高。市场在强劲增长，叠加 8 月后日本限制碳纤维对华销售，因此几乎每家主要碳纤维公司均在扩大产能。

2020 年国产碳纤维产能 3.62 万吨，产量 1.85 万吨，产能利用率约为 51%，国产碳纤维约 占总需求量的 37.87%，初步摆脱了依赖进口碳纤维及原丝等产品的被动局面。在“十四 五”开展前后，国内多家碳纤维生产商开启了与碳纤维及原材料等相关产品的生产扩能 项目，朝着实现“碳中和”、“碳达标”的愿景目标努力。根据部分项目建设投产期，预 计到 2025 年碳纤维新增产能满足 29.86 万吨。

2020 年，我国碳纤维相关公司产能 36150 吨，销量是 18450 吨，销量/产能比为 51%。其 中以吉林碳谷和绍兴宝旌所生产的原丝和碳纤维为主力军。由于宝旌生产的碳纤维以吉 林碳谷生产的原丝为原材料，故一起计算，当年生产原丝 40000 吨，碳纤维 8500 吨。中 复神鹰作为碳纤维龙头企业，2020 年生产原丝 21250 吨，碳纤维 8500 吨。生产碳纤维的 公司范围逐渐扩张，市场规模同时快速增长，未来我国碳纤维产业将持续蓬勃发展。

5.2 国产碳纤维需求强烈，正处于加速进口替代的机遇期

2020 年国内碳纤维需求中，进口碳纤维供应量为 3.04 万吨，占需求量的 62%;国产碳 纤维供应量为 1.84 万吨，占需求量的 38%，国产占比较 2019 年的 32%增长 6 个百 分点，国产替代趋势明显。主要原因一方面是受疫情影响，碳纤维进口难度增加;另一 方面为日本、美国等主要碳纤维生产国家缩紧了对国内碳纤维的供给，导致国内需求缺 口增加。受此影响，2020 年国产碳纤维供应量较 2019 年的供应量 1.20 万吨增长 53%， 国产碳纤维行业保持高速增长。目前进口碳纤维供应量仍然明显高于国产供应量，国产 替代空间巨大。

2020 年全球碳纤维需求突破 10 万吨级，达到 10.69 万吨，预计 2025 年全球碳纤维市 场需求量将达到 20 万吨，年复合增速超过 10%。从国内市场来看，2020 年，国内碳纤 维需求达 4.88 万吨，同比增长达 29%，高于全球平均水平，且进口产品依存度较高，主 要源自日本、美国等国家的碳纤维龙头企业。随着国内碳纤维企业的产业扩能项目的开 展，国产碳纤维的市场占比逐渐攀升，预计 2025 年国内碳纤维总需求将接近 14.95 万 吨。

5.3 国产碳纤维生产线需求强烈，受益于下游发展

随着近年来我国对碳纤维的需求量日益增长，其中，碳纤维制备工艺和设备对碳纤维的 生产至关重要，其决定了碳纤维的产品质量，由于碳纤维的制备工艺流程复杂，涉及工 艺参数较多，积累这些参数往往需要很长的周期，且国外领头企业对该类设备一直实施 封锁禁售。目前，虽然国内一些企业在产业链的部分设备上已实现一定技术突破，但是 未来碳纤维设备进口替代的需求依旧巨大。

碳纤维微波石墨化生产线基于使用普通碳丝为原料设计，利用微波与碳纤维直接耦合加 热实现石墨化，整线具有超高升温速度、低系统需求、重塑碳纤维结构、大幅提升碳纤 维性能等特性，跟传统碳纤维石墨化生产线相比，其产品性能和一致性更优，流程能耗、 成本比同品级碳纤维大幅度降低，具有良好的性能价格比优势。

目前国内 T300 级别碳纤维原丝、碳化设备、碳纤维已经基本可以实现国产替代，其中吉 林方面在碳纤维的产业孵化已经初具规模。目前，吉林碳谷的原丝、精功科技的碳化炉、 吉林精功的碳纤维均可以稳定出货，吉林碳谷 2021 年的中报显示毛利率从 9%提升到 44%， 净利润实现历史新高。下游客户认为吉林精功 T300 碳纤维已达到很高的水准。日本东丽 目前产能释放困难，由于 T300 也可以军用，叠加政治原因，东丽对中国碳纤维禁运的趋 势越发明显，而高国内高性能小丝束下游出现众多井喷的应用场景，如光伏单晶炉坩埚 热场、氢气瓶等几乎包下今年 12K 丝束产能。短期供给缺乏叠加需求旺盛，未来几年难 以出现需求过剩的情况。

6. 行业内相关公司（详见报告原文）

6.1 中航高科:我国航空新材料龙头企业，成长空间广阔

中航高科是主要从事航空新材料研发生产、高端智能装备研发制造的综合性大型国有控 股上市企业。公司与 2015 年重组后，各业务领域以子公司形式发展，原公司本部机床业 务分立为独资子公司，依托中航工业及所属单位优势资源，将原有机床业务改造升级为 数控机床及航空专用装备业务，加之重组注入的新材料业务，公司已成为新材料及装备 制造领域具有相当规模和行业竞争优势的上市公司。

中航高科作为我国航空新材料龙头企业，在预浸料领域处于主导地位。在军工产业方面， 当前我国先进战机无论是绝对量还是在服役战机中的占比都远低于世界军事强国，未来 几年采购量有望持续增加，航空装备升级换代需求迫切;叠加我国民航客机市场国产替 代潜力巨大，国产大飞机带来更广阔市场空间。碳纤维复材能有效为飞机减重，进而飞 机载重量增加、航程延长，并且未来进口替代空间广阔。总体来说，公司深耕军机领域， 并且积极推进航空复合材料技术在民用飞机、汽车、轨道交通和新能源等领域的应用， 积极拓展国际民用航空市场，未来成长空间广阔。

6.2 精功科技:碳纤维复合材料装备的领军企业，未来受 益于下游应用场景拓宽

公司定位于专用装备技术、科技创新技术的引领者与产业升级的推动者，主要从事太阳 能光伏专用装备、碳纤维复合材料装备、新型建筑节能专用设备、轻纺专用设备、机器 人智能装备等高新技术产品的研制开发、生产、销售和技术服务。是国内一流的千吨级 碳纤维复合材料装备生产企业。

碳纤维制备工艺和设备对碳纤维的生产至关重要，其决定了碳纤维的产品质量;公司在 碳纤维设备上研发多年，其碳纤维生产线目前已形成批量化生产，具备碳纤维生产线整 线供应和整线解决方案的能力。截至 2020 年，公司已交付客户使用的千吨级碳纤维生产 线共计 4 条。未来碳纤维的应用场景持续拓宽，叠加风电等行业的高速发展以及需求强 烈，公司在未来有望直接受益，进一步巩固公司碳纤维装备的龙头地位。

6.3 中简科技:突破产能瓶颈，助力开拓新市场

公司是专业从事高性能碳纤维及相关产品研发、生产、销售和技术服务的高新技术企业。 公司产品主要应用于航空航天领域，各项指标参数要求较高，在航空航天装备论证阶段 即对碳纤维各项指标予以确定，目前公司所生产碳纤维主要为高端、高性能型碳纤维产 品，已达到同类产品国际先进水平。

随着我国新型战斗机使用碳纤维复合材料比例不断提升，而我国仍有超三分之一比例作 战飞机是二代作战飞机。随着我国第三代作战飞机日趋成熟，新型战机歼-16，歼-10c 以 及四代隐身战斗机歼-20 的相继服役，未来二代作战飞机将逐渐退役。第三代以上作战飞 机的不断服役，明显拉动军用碳纤维的需求。并且公司于 2016 年 6 月开工建设“1000 吨/年”级碳纤维扩建项目，总投资 5.52 亿元，已于 2020 年建成转固定资产。项目的建 成将进一步提升公司高性能碳纤维产品的产能和工艺水平，可以生产 ZT7 系列(高于 T700 级)、ZT8 系列(T800 级)和试制 ZT9 系列(T1000/T1100 级)碳纤维，满足不同 高端客户和业务发展的需求。公司突破产能瓶颈，未来将打开公司成长空间。

6.4 中复神鹰:风电叶片 航空航天助力未来发展

公司是一家专业从事碳纤维研发、生产和销售的国家高新技术企业，对外销售主要产品 为碳纤维，通过多年自主研发掌握了碳纤维生产全流程核心技术，在国内率先突破了千 吨级碳纤维原丝干喷湿纺工业化制造技术，建成了国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业 化生产线。

根据中国化学纤维工业协会统计，2020 年度国产碳纤维总产量 1.80 万吨，公司 2020 年碳纤维产量 3,777.21 吨，占国内总碳纤维产量的比例达 20.98%，排名国内碳纤维产 量第二位;2020 年度国内碳纤维总消费量达 4.88 万吨，公司 2020 年碳纤维国内销量 3,625.28 吨，市场占有率达 7.43%。碳纤维是国家安全、武器装备亟需的关键战略物资， 是国外长期技术封锁和产品垄断的敏感材料。该项目立足自主创新，攻克了干喷湿纺碳 纤维的核心技术难题，建成了国内首条完全具有自主知识产权的年产 5,000 吨干喷湿纺 碳纤维原丝和千吨级高强/中模碳纤维生产线，未来成长空间将直接受益于碳纤维丰富的 应用场景以及需求量的上升。

6.5 光威复材:碳纤维行业龙头企业，风电碳梁打开成长空间

公司是专业从事碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸料、碳纤维复合材料制品及碳纤维核 心生产设备的研发、生产与销售的高新技术企业，拥有碳纤维行业全产业链布局。

公司的下游需求旺盛，产能与产品线加速扩张。目前公司主要受益于航空、航天以及高 端装备对碳纤维需求的稳定增长、碳纤维及其复合材料应用领域的快速拓展。截至 2020 年，公司的风电碳梁业务在疫情与原材料紧张情况下保持正增长，未来将有望持续受益于碳梁技术有望大规模应用以及在风电行业的渗透率的提升，未来或将大幅提升公司的 订单情况。并且加上公司国产碳纤维需求不断增长，以及进口替代的需求强烈，公司军、 民品业务有望获得更快增长，未来业绩有望加速增长。

6.6 吉林碳谷:覆盖完整产业链，未来开拓民用市场

吉林碳谷基地内有从化工源头到终端产品完备的产业链，即丙烯—丙烯腈—聚丙烯腈基 碳纤维原丝—碳纤维—碳纤维下游制品。公司采用委托加工方式为客户提供碳纤维产品。 公司主要客户是碳纤维生产商及碳纤维复合材料生产厂商和贸易商。

截至 2020 年底，公司产品覆盖了 1K、3K、6K、12K、12KK、12S、24K、25K、48K 等碳纤维原丝系列产品，全部产品碳化后均可达到 T400 的稳定大规模生产，公司在保 证原丝业务的前提下，持续开拓碳纤维市场，并将主要目标放在了民用市场方面，随着 未来国内应用市场逐步拓宽，将为公司未来成长打下了坚实的基础。

6.7 恒神股份:深耕碳纤维，渗透率提升驱动企业发展

公司各类产品主要应用于:航空航天、轨道交通、风电叶片、海洋装备、电缆导线、建 筑补强、压力容器、汽车应用等。公司是目前国内拥有单线千吨级生产线最多，生产品 种最全，产能最大、产业链最完整的碳纤维企业，具备碳纤维产业各环节产品的设计制 造、技术服务能力。

近几年行业技术发展突飞猛进，碳纤维研制从最初始的 T300 级向高性能 T800 级、 T1000 级以及 T1200 级高强度高模量碳纤维产品升级，公司目前业已实现高性能 T800 级碳纤维稳定生产，并掌握了干喷湿纺原丝生产工艺，未来随着成本方面及应用方面问 题的突破解决，碳纤维需求有望爆发增长。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库官网】「链接」。