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全球碳纤维市场需求稳步增长，国内碳纤维需求加速提升。根据赛奥碳纤维的数据，过去 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长 10.38%至11.80 万吨，增速显著提升 7.59 个百分点。同期国内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，国内市场增速处在持续上升的态势；截至 2021 年国内市场需求量为 6.24 万吨，同比增长27.69%，需求量全球占比首次超过 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长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场；体育休闲市场同比增长 20.13%至 1.85 万吨，占比 15.68%；航空航天需求增长 0.30%至1.65万吨，占比 13.98%。压力容器、碳碳复材 需求分别增长 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长的主力。 国内75%碳纤维需求集中在风电叶片、体育休闲与碳碳复材，2021 年需求量达到 2.25、1.75、0.70 万吨，分别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长，中国碳碳复材需求量增加 4000 吨，增幅高达133%，逐渐成为国内优势领域。
从全球碳纤维市场需求金额行业占比来看，航空航天超过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 年达到 72 美元/公斤的最高均价，同比增长 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发展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格最低，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发展较为完善，需求稳步增长，所用碳纤维价格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%。 1. 风电叶片：“双碳”政策推动风电发展，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发展。得益于双碳政策，2020年我国陆风新增装机达到高位，2021年海上风电资源优势明显。在我国重视并大力支持风电行业发展的背景下，我国风电装机容量呈现出加速增长的态势，2021年新增风电并网装机 47.57GW，其中陆风新增并网装机 30.67GW，海风同比增长452%至16.9GW。截至 2021 年，我国风电累计并网装机 329.26GW，同比增长 16.8%，其中 陆、海风累计并网装机分别约为 303.37GW、25.89GW。海风资源优势更加明显，未来在海风装机增速将领先于陆风； 由于海上风电叶片尺寸及功率普遍高于陆风，叶片大型化趋势将持续加速。
集中式和分散式陆风齐头并进，海风抢装年后新增装机逐步提升。2020年抢装潮透支 2021 年陆上风电发展势头，预计未来陆风发展趋势将由政策驱动的抢装模式向集中式+分散式风电的稳健模式切换。而海上风电资源优势明显，2021年新增装机达 16.9GW，在经历了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，但难以超越2021年的高点。根据此前看的《玻纤系列报告二：掘金双碳政策的风电纱》中测算，2022年之后中国风电新增装机将逐年持续增长，到 2024-2025 年陆风有望突破每年50GW的新增并网装机，海风整个十四五期间年均新增并网装机有望超过 8GW。 风机产品功率加速迭代，叶片大型化趋势明显。为了提高风力发电效率并降低度电成本，风电机组大型化已成为发展的必然趋势。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过程中单位功率原材料用量，另一方面推动风电场配套建设和运维成本的下降。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，同比增长 8.7%，其中海上风电机组平均单机容量为4885KW，同比增长 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%，同比增长 10.1%。大兆瓦风机要求大尺寸叶轮，风电叶片大型化趋势也十分明显。
根据赛奥碳纤维基础数据及以下假设，我对 2022-2025 年国内风电领域碳纤维需求进行测算： 1） 根据中国巨石、重庆国际等玻纤企业数据，1GW 风电装机需用玻璃纤维材料 1 万吨。2020 年中国新增风电装机容量 71.67GW，风电叶片用碳纤维的需求量为2万吨，平均1GW风电装机需要约279吨碳纤维，其中陆风新增装机占比近96%，意味着2020年陆上风电叶片碳纤维在整体纤维材料中渗透率为2.8%左右，以此为基础进行测算。 2）海上风电面对的环境更加复杂，对风机性能的要求更高，轻量化、大型化要求更加明显，预计海上风电碳纤维渗透率将高于陆上风电碳纤维渗透率，并且逐年快速提升。我们假设到2025年海上风电碳纤维渗透率达15%，而陆风碳纤维渗透率达7.5%。据预测，到 2025 年中国陆上风电碳纤维需求为 4.39 万吨，海上风电碳纤维需求为 1.50 万吨，两者合计总需求达 5.89 万吨，复合增速达 27.2%。预计到2025年，中国风电领域碳纤维需求将占全球风电领域碳纤维总需求（8.06 万吨）的73.08%。 2. 碳复材：热场材料受益于光伏行业高增长 碳/碳复合材料热场产品逐渐成为市场主流，将充分受益于光伏产业的快速发展。碳/碳复合材料是碳纤维（或石墨纤维）为增强体，以碳（或石墨）为基体的复合材料，是具有特殊性能的新型工程材料；其中热场材料是重要的应用场景。热场是指为了融化硅料，并使单晶生长保持在一定温度下进行的整个系统，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/碳复合材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材料，在上述多个热场应用中都有较高的渗透率；并且不断往大直径、高强度、长使用寿命方向发展，以适应单晶硅往大型方向发展的需要。由于目前硅基太阳能电池占80%以上，因此光伏产业的急剧发展直接带动了上游关键配套碳/碳热场材料的迅猛发展。
根据金博股份公司公告提供的基础数据及以下假设，我以全球光伏新增装机量作为计算起点，对2022~2025年我国碳/碳复材用碳纤维需求量进行测算： 1）新增需求：新增单晶炉装机带来的需求。据金博股份公司公告，目前单GW产能所需单晶拉制炉约75~80台，我们假设未来单晶炉尺寸的大型化，单 GW产能所需单晶拉制炉数量将逐年下降，至2025年降至69台/GW。 2） 更换需求：碳/碳复材热场部件为消耗品，坩埚、加热器的使用寿命约 6~8 个月，导流筒的使用寿命约为2年左右，保温筒的使用寿命约为1年半左右（每套热场系统含上、中、下3个保温筒）。在单晶拉制炉不更换的情况，上述消耗件因寿命问题也需定期更换。 3）改造需求：通过热场改造，以提升原有设备生产效率或适应硅片发展趋势。例如在硅片尺寸增大的趋势下，为增加产能、降低成本，2020年出现大规模热场改造需求。我们假设每年的热场改造率为20%。 4）热场碳纤维渗透率：根据金博股份给出的 2010~2019 年碳基材料在热场产品中的渗透率数据，我们假设碳基复合材料渗透率将逐年提升。预计在2025年，碳基复合材料在坩埚/导流筒/保温筒/加热器的渗透率分别为 100%、85%、80%、10%。 3. 压力容器：受益于氢能产业发展，储氢气瓶市场前景可观 受益于氢能产业发展，储氢气瓶市场前景可观。2020年十四五规划中提到在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划。根据中国氢能联盟的测算，2030年中国氢气需求量将达到3500万吨，到2050年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到 10%。目前氢的储存主要有气态储氢、液态储氢和固体储氢三种方式，且高压气态储氢已得到广泛运用。高压气态储氢具有充放氢速度快、容器结构简单等优点，是现阶段主要的储氢方式，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技术最为成熟，成本最低。20MPa 钢制氢瓶已得到了广泛的工业运用，并与45MPa钢质氢瓶、98MPa钢带缠绕式压力容器组合应用于加氢站中。碳纤维缠绕高压氢瓶的开发应用实现了高压气态储氢由固定式应用向车载储氢应用的转变。 70MPa 碳纤维缠绕Ⅳ型瓶已是国外燃料电池乘用车车载储氢的主流方式。35MPa 碳纤维缠绕Ⅲ型瓶目前仍是我国燃料电池商用车的车载储氢方式，70MPa 碳纤维缠绕Ⅲ型瓶已少量用于我国燃料电池乘用车中。未来随着Ⅳ型瓶技术的普及，以及燃料电池商用车的市场打开，储氢气瓶带来的碳纤维需求量有望快速增长。
4.民用航空：碳纤维复合材料应用范围不断扩大，质量占比不断提升 碳纤维复合材料应用范围不断扩大，质量占比不断提升。由于碳纤维复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、可设计性强等优点，在飞机上采用碳纤维复合材料可以大幅度减轻机体结构质量、改善气动弹性，提高飞机的综合性能，大批量飞机零部件相继采用碳纤维复合材料，并且采用复合材料的面积、部位和重量也日趋增加。碳纤维复合材料最早在20 世纪 80 年代应用于客机的非承力构件上，早期碳纤维复合材料占比仅为 5%~6%。随着技术的不断进步，碳纤维复合材料逐渐作为次承力构件和主承力构件应用在客机上，其质量占比也开始逐步提升。空客的 A380 中复合材料占比达到 23%，最新的 B787 和 A350，复合材料的用量接近甚至超 50%，如机头、尾翼、机翼蒙皮等部位也采用了碳纤维复合材料。 单通道喷气客机仍为主流，国产 C919 前景广阔。据中国商飞预测数据，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年末，预计现役机队中约87.6%（超过14000架）的单通道喷气客机将被替代，接近3万架的单通道喷气客机将交付市场。
基于上述资料及假设预测，20年间中国国产大飞机 C919、C929 机型中碳纤维总需求量将达到28,974吨，年均需求增量为1448.7吨。其中，第一阶段（2020~2029）年均需求增量1127吨，第二阶段（2030~2039）年均需求增量1170吨。结合军用航空航天市场，预计第一阶段年均碳纤维增量需求2071吨。考虑到目前国内航空航天碳纤维需求正处在逐年爬升阶段，预计到2025年将在当前2000吨需求基础上实现2071吨的年均增量，2021-2025年复合增速达19.44%。 5.新兴应用市场不断扩展，碳纤维需求多点开花 体育休闲成熟发展，碳纤维应用平稳增长。由于碳纤维的高比强度和高比模量以及诸多优良特性，使其可用来制造轻而强和刚而坚的各种制品，在体育休闲器材上得到了广泛运用，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，其中钓鱼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，分别占比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超过，预计未来将维持此格局；运动健康理念的普及，以及人均消费能力的提升，将驱动体育休闲市场长期平稳增长。 城市更新与路桥改造背景下，建筑补强作用凸显。建筑补强市场除了通常意义的建筑，也包括了建筑机械、桥梁、隧道及工业管道等领域，其中有 80-90%的碳纤维用于建筑及桥梁结构加固补强。2021 年 12 月，国内首座千吨级碳纤维斜拉索车行桥在聊城举行挂索仪式，成为世界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年中国建筑补强碳纤维需求量2500吨，同比增长13.64%，过去5年CAGR 达10.76%。
国内碳纤维需求综述：基于以上测算，并结合赛奥碳纤维对于远期规模的判断，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，需求量分别达5.89、2.75、1.64万吨；压力容器用碳纤维需求量有望达到 8130 吨，预计将逐步发展成第四个万吨级市场。航空航天、汽车复材、建筑补强领域碳纤维需求量将分别达到 4071、4570、3934 吨。 拆分2025年应用结构，大丝束与高端小丝束需求预计分别占比46%、30%。在风机持续降本压力下，预计未来风电叶片将主要使用的T300级大丝束（48K及以上）；碳碳复材由于对碳纤维纯度等指标要求较高，干喷湿纺工艺生产的 T700 及以上小丝束将构成主要材料供应。高端体育休闲、压力容器、航空航天、建筑补强等领域半数以上需求预计为 T700 及以上产品，而汽车复材等工业领域预计将带动大丝束需求。基于合理假设，我们预计国内 2025年T300级大丝束、T300级小丝束、T700及以上小丝束碳纤维依次面临 7.31、3.90、4.72 万吨需求，分别占比 45.91%、24.47%、29.62%。 |
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