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碳纖維行業(yè)研究:風(fēng)光氫持續(xù)高景氣,航空航天創(chuàng)造長期空間

時(shí)間:2022-06-25 瀏覽量: 字號:
 

     

全球碳纖維市場需求穩(wěn)步增長,中國碳纖維需求加速提升。根據(jù)賽奧碳纖維的數(shù)據(jù),過去 10 年全球碳纖維 需求量 CAGR 達(dá) 10.37%;2021 年全球碳纖維需求量同比增長 10.38%至 11.80 萬噸,增速顯著提升 7.59 個(gè)百分點(diǎn)。


同期中國市場由于應(yīng)用比例基數(shù)較低,CAGR 達(dá) 20.97%,但由于新興行業(yè)需求快速釋放,中國市場增速處在持續(xù)上升的態(tài)勢;截至 2021 年中國市場需求量為 6.24 萬噸,同比增長 27.69%,需求量全球占比首次超過 50%, 增速及需求規(guī)模均全球領(lǐng)先。


從應(yīng)用領(lǐng)域來看,全球碳纖維主要用于風(fēng)電葉片、體育休閑、航空航天三大領(lǐng)域上。2021 年風(fēng)電葉片碳纖維需求增長 7.84%至 3.30 萬噸,占全球總需求的 27.97%,依舊是碳纖維下游最大市場;體育休閑市場同比增長20.13%至 1.85 萬噸,占比 15.68%;航空航天需求增長 0.30%至 1.65 萬噸,占比 13.98%。壓力容器、碳碳復(fù)材需求分別增長 25%、70%至 1.10 萬噸、0.85 萬噸,與體育休閑成為全球碳纖維市場增長的主力。

中國 75%碳纖維需求集中在風(fēng)電葉片、體育休閑與碳碳復(fù)材,2021 年需求量達(dá)到 2.25、1.75、0.70 萬噸,分別對應(yīng)細(xì)分領(lǐng)域全球總需求的 68%、95%、82%;2021 年受益于全球光伏行業(yè)的快速增長,中國碳碳復(fù)材需求量增加 4000 噸,增幅高達(dá) 133%,逐漸成為國內(nèi)優(yōu)勢領(lǐng)域。


從全球碳纖維市場需求金額行業(yè)占比來看,航空航天超過風(fēng)電葉片與體育休閑總和。航空航天用碳纖維絲 束小、質(zhì)量要求最高,2021 年達(dá)到 72 美元/公斤的最高均價(jià),同比增長 20%,因此具有最高的市場需求金額。

2021 年全球航空航天碳纖維需求金額 11.88 億美元,占比高達(dá) 34.94%。風(fēng)電葉片作為近年來發(fā)展起來的碳纖維 應(yīng)用領(lǐng)域,已成為銷量第一的碳纖維應(yīng)用市場,但其所用碳纖維在各領(lǐng)域所用碳纖維中價(jià)格最低,為 17 美元/公斤,市場總需求金額 5.54 億美元,占比 16.29%。

體育休閑用碳纖維市場發(fā)展較為完善,需求穩(wěn)步增長,所用碳纖維價(jià)格僅次于航空航天用碳纖維,為 28 美元/公斤,2021 年市場需求金額 5.11 億美元,占比 15.03%。


預(yù)計(jì) 2025 年國內(nèi)碳纖維需求量接近 16 萬噸,約占全球 80%。據(jù)賽奧碳纖維預(yù)測數(shù)據(jù),全球碳纖維市場需 求量有望從 2021 年的 11.8 萬噸提升至 2025 年的 20 萬噸,4 年復(fù)合增速 10.38%;中國碳纖維需求量相應(yīng)從 2021年的 6.24 萬噸提升至 2025 年的 15.92 萬噸,復(fù)合增速 26.4%。隨著國內(nèi)碳纖維下游應(yīng)用快速發(fā)展,需求量相較于全球獲得顯著的超額增速。




風(fēng)電葉片:“雙碳”政策推動(dòng)風(fēng)電長期發(fā)展,葉片大型化提升碳纖維需求

碳達(dá)峰、碳中和政策助推新時(shí)代能源革命,低碳綠色轉(zhuǎn)型利好風(fēng)電發(fā)展。得益于雙碳政策,2020 年我國陸 風(fēng)新增裝機(jī)達(dá)到高位,2021 年海上風(fēng)電資源優(yōu)勢明顯。在我國重視并大力支持風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的背景下,我國風(fēng)電裝機(jī)容量呈現(xiàn)出加速增長的態(tài)勢,2021 年新增風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī) 47.57GW,其中陸風(fēng)新增并網(wǎng)裝機(jī) 30.67GW,海風(fēng)同比增長 452%至 16.9GW。

截至 2021 年,我國風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī) 329.26GW,同比增長 16.8%,其中陸、海風(fēng)累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)分別約為 303.37GW、25.89GW。海風(fēng)資源優(yōu)勢更加明顯,未來在海風(fēng)裝機(jī)增速將領(lǐng)先于陸風(fēng); 由于海上風(fēng)電葉片尺寸及功率普遍高于陸風(fēng),葉片大型化趨勢將持續(xù)加速。


根據(jù)我們此前《玻纖系列報(bào)告二:掘金雙碳政策的風(fēng)電紗》報(bào)告中對十四五期間中國風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)的 測算,十四五期間中國年均新增風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī) 54.82GW,2025 年風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)有望達(dá) 68.5GW,風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)達(dá) 556GW,較 2020 年增長 93.84%。預(yù)計(jì)到 2025 年,非化石能源占比一次能源消費(fèi)量將提高到 20.59%,達(dá)到 39,316 億千瓦時(shí),其中風(fēng)能發(fā)電量為 10,762 億千瓦時(shí),較 2020 年實(shí)現(xiàn)翻倍。


集中式和分散式陸風(fēng)齊頭并進(jìn),海風(fēng)搶裝年后新增裝機(jī)逐步提升。2020 年搶裝潮透支 2021 年陸上風(fēng)電發(fā) 展勢頭,預(yù)計(jì)未來陸風(fēng)發(fā)展趨勢將由政策驅(qū)動(dòng)的搶裝模式向集中式+分散式風(fēng)電的穩(wěn)健模式切換。而海上風(fēng)電資源優(yōu)勢明顯,2021 年新增裝機(jī)達(dá) 16.9GW,在經(jīng)歷了 2021 年的海風(fēng)搶裝年后,預(yù)計(jì) 2022-2025 年海風(fēng)新增并網(wǎng)裝機(jī)容量仍將從高于 2019 年的基數(shù)逐年提升,但難以超越 2021 年的高點(diǎn)。根據(jù)我們此前《玻纖系列報(bào)告二:掘金雙碳政策的風(fēng)電紗》測算,2022 年之后中國風(fēng)電新增裝機(jī)將逐年持續(xù)增長,到 2024-2025 年陸風(fēng)有望突破每年 50GW 的新增并網(wǎng)裝機(jī),海風(fēng)整個(gè)十四五期間年均新增并網(wǎng)裝機(jī)有望超過 8GW。


風(fēng)機(jī)產(chǎn)品功率加速迭代,葉片大型化趨勢明顯。為了提高風(fēng)力發(fā)電效率并降低度電成本,風(fēng)電機(jī)組大型化 已成為發(fā)展的必然趨勢。隨著風(fēng)電機(jī)組功率,葉片直徑,塔架高度,容量系數(shù)的提高,風(fēng)機(jī)大型化一方面可減 少風(fēng)機(jī)制造過程中單位功率原材料用量,另一方面推動(dòng)風(fēng)電場配套建設(shè)和運(yùn)維成本的下降。

據(jù) CWEA 數(shù)據(jù), 2020 年,中國新增裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為 2668KW,同比增長 8.7%,其中海上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為4885KW,同比增長 15.2%。在新增風(fēng)電機(jī)組中,2.0MW(不含 2.0MW)以下的新增裝機(jī)僅占 1%;2.0 MW(含2.0MW)~2.9MW 新增裝機(jī)占比達(dá) 61.1%,比 2019 年下降了 11%;3.0 MW(含 3.0MW)~3.9MW 新增裝機(jī)占比 27.8%,同比增長 10.1%。大兆瓦風(fēng)機(jī)要求大尺寸葉輪,風(fēng)電葉片大型化趨勢也十分明顯。


風(fēng)電葉片大型化、輕量化發(fā)展,帶動(dòng)碳纖維滲透率提升。2014 年全球風(fēng)電新增裝機(jī)中 88%機(jī)型葉輪直徑小于 110 米,而 2019 年葉輪直徑為 110 米以上的風(fēng)機(jī)占比達(dá)到 86.5%,2020 年主流機(jī)型的葉輪直徑為 131-150 米,2021 年部分機(jī)型葉輪直徑超過 200 米,葉片大型化趨勢明顯。大尺寸的風(fēng)電葉片可以提高風(fēng)能利用小時(shí)數(shù),但較大尺寸的葉片對于材料的性能要求更加苛刻。碳纖維復(fù)合材料作為風(fēng)機(jī)葉片的制造材料具有以下優(yōu)勢:提升葉片整體剛度,減輕葉片質(zhì)量;提高葉片的抗疲勞性能;使風(fēng)機(jī)輸出更平穩(wěn)均衡,提高效率;具有振動(dòng)阻尼特性等。


在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下,碳纖維比玻璃鋼葉片質(zhì)量輕 30%以上。因此,隨著葉片不斷大型化,物理性能更出色的碳纖維材料則成為了更理想的選擇。風(fēng)電裝機(jī)的持續(xù)增長,疊加風(fēng)電葉片碳纖維滲透率的提升,將使得風(fēng)電用碳纖維需求持續(xù)較快增長。


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碳碳復(fù)材:熱場材料受益于光伏行業(yè)高景氣

碳/碳復(fù)合材料熱場產(chǎn)品逐漸成為市場主流,將充分受益于光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。碳/碳復(fù)合材料是碳纖維 (或石墨纖維)為增強(qiáng)體,以碳(或石墨)為基體的復(fù)合材料,是具有特殊性能的新型工程材料;其中熱場材料是重要的應(yīng)用場景。

熱場是指為了融化硅料,并使單晶生長保持在一定溫度下進(jìn)行的整個(gè)系統(tǒng),主要應(yīng)用場 景包括坩堝、導(dǎo)流筒、加熱器、保溫筒、板材和電極等。由于碳/碳復(fù)合材料熱場產(chǎn)品具有質(zhì)量輕、損傷容限高、 強(qiáng)度高等突出特點(diǎn),正在逐漸成為主流熱場材料,在上述多個(gè)熱場應(yīng)用中都有較高的滲透率;并且不斷往大直 徑、高強(qiáng)度、長使用壽命方向發(fā)展,以適應(yīng)單晶硅往大型方向發(fā)展的需要。由于目前硅基太陽能電池占 80%以上,因此光伏產(chǎn)業(yè)的急劇發(fā)展直接帶動(dòng)了上游關(guān)鍵配套碳/碳熱場材料的迅猛發(fā)展。


預(yù)計(jì) 2022-2025 年全球光伏新增裝機(jī)量逐年穩(wěn)步提升,帶動(dòng)碳/碳熱場材料快速發(fā)展。2021 年國內(nèi)外光伏市 場快速增長,使得單晶硅爐以及配套碳?xì)峙c其他熱場部件的需求增長,為整個(gè)碳/碳復(fù)合材料貢獻(xiàn)顯著增量; 2021年,我國碳/碳復(fù)合材料碳纖維需求量為 0.7 萬噸,占比為 11.2%,同比增長 133%。 預(yù)計(jì)在十四五期間,受益 于雙碳政策推動(dòng),我國光伏新增裝機(jī)量將逐年穩(wěn)步提升;我國光伏產(chǎn)業(yè)在全球占據(jù)優(yōu)勢地位,國內(nèi)熱場材料需 求還將受益于海外光伏裝機(jī)需求的增長。預(yù)計(jì)未來 5 年碳/碳熱場材料等復(fù)材仍維持較快增速。



壓力容器:受益于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,儲氫氣瓶市場前景可觀


受益于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,儲氫氣瓶市場前景可觀。2020 年十四五規(guī)劃中提到在氫能與儲能等前沿科技和產(chǎn)業(yè) 變革領(lǐng)域,組織實(shí)施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的測算,2030 年中國氫氣需求量將達(dá)到 3500萬噸,到 2050 年氫能將在中國終端能源體系中占比至少達(dá)到 10%。

目前氫的儲存主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和 固體儲氫三種方式,且高壓氣態(tài)儲氫已得到廣泛運(yùn)用。高壓氣態(tài)儲氫具有充放氫速度快、容器結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),是現(xiàn)階段主要的儲氫方式,分為高壓氫瓶和高壓容器兩大類。其中鋼質(zhì)氫瓶和鋼質(zhì)壓力容器技術(shù)最為成熟,成 本最低。

20MPa 鋼制氫瓶已得到了廣泛的工業(yè)運(yùn)用,并與 45MPa 鋼質(zhì)氫瓶、98MPa 鋼帶纏繞式壓力容器組合應(yīng) 用于加氫站中。碳纖維纏繞高壓氫瓶的開發(fā)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了高壓氣態(tài)儲氫由固定式應(yīng)用向車載儲氫應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。 70MPa 碳纖維纏繞Ⅳ型瓶已是國外燃料電池乘用車車載儲氫的主流方式。35MPa 碳纖維纏繞Ⅲ型瓶目前仍是我國燃料電池商用車的車載儲氫方式,70MPa 碳纖維纏繞Ⅲ型瓶已少量用于我國燃料電池乘用車中。未來隨著Ⅳ 型瓶技術(shù)的普及,以及燃料電池商用車的市場打開,儲氫氣瓶帶來的碳纖維需求量有望快速增長。


交通領(lǐng)域?qū)⑹菤淠芟M(fèi)的重要突破口,國內(nèi)壓力容器碳纖維市場有待擴(kuò)容。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃 (2021-2035 年)》指出,到 2025 年燃料電池車輛保有量達(dá)到 5 萬輛,部署建設(shè)一批加氫站;可再生能源制氫量達(dá)到 10-20 萬噸/年,成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分,實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排 100-200 萬噸/年。

據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)燃料電池商用車銷量將在 2030 年達(dá)到 36 萬輛,約占商用車總銷量的 7%。短期內(nèi),據(jù)賽奧碳纖維判斷,2022 年,中國將至少新增 10,000 輛氫能源車,主要在物流車、重卡和大巴領(lǐng)域,其中重卡為 6,000 臺。重卡儲氫氣瓶為 210L-385L,單個(gè)瓶子碳纖維用量在 40-45 公斤之間,單車一般配置 6-8 個(gè)瓶組。2023-2025 年,物流車以及大巴車的示范加大和重卡的逐漸推廣(最大重卡碳纖維用量約為 500KG),持續(xù)帶動(dòng)碳纖維需求。據(jù)此我們對中國壓力容器碳纖維需求量做預(yù)測,2025 年該領(lǐng)域碳纖維需求量有望突破 8130 噸,復(fù)合增速達(dá)28.30%。


航空航天:全球市場緩慢復(fù)蘇,中國市場潛力巨大


航空航天領(lǐng)域碳纖維應(yīng)用愈加成熟,應(yīng)用范圍更加廣泛。與常規(guī)材料相比,碳纖維復(fù)合材料可使飛機(jī)減重, 并有能力克服金屬材料容易出現(xiàn)疲勞和被腐蝕的缺點(diǎn),是大型整體化結(jié)構(gòu)的理想材料。在航天領(lǐng)域,碳纖維復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)功能一體化構(gòu)件,最早被用于人造衛(wèi)星天線和衛(wèi)星支架的制造;又因其耐熱耐疲勞的特性,碳 纖維也廣泛應(yīng)用于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和噴管上。在航空領(lǐng)域,碳纖維復(fù)合材料在 20 世紀(jì) 70 年代首次被應(yīng)用在飛機(jī)上的一些二級結(jié)構(gòu),如整流罩、控制儀表盤和機(jī)艙門等。近三十年來,隨著高性能碳纖維和預(yù)浸料-熱壓 罐整體成型工藝的成熟,碳纖維復(fù)合材料的使用逐步進(jìn)入到機(jī)翼、機(jī)身等受力大、尺寸大的主承力結(jié)構(gòu)中。

航空航天市場緩慢復(fù)蘇,高附加值碳纖維使得該領(lǐng)域前景可觀。2021 年全球航空航天領(lǐng)域中,商用飛機(jī)對 碳纖維的需求量最大,為 5800 噸,占比為 35.3%;其次是無人機(jī),需求量 3450 噸,占比 21%;軍用飛機(jī)碳纖維需求量 2600 噸,占比 15.81%。受疫情影響,全球民用航空市場萎縮,對航空航天領(lǐng)域用碳纖維的需求端造成不利影響,預(yù)計(jì) 2024 年以后將迎來明顯恢復(fù)。我國航空航天市場過去基數(shù)小、增速快,隨著新軍機(jī)型的列裝以及國產(chǎn)大飛機(jī) C919 的逐步量產(chǎn)和 C929 的研發(fā)推進(jìn),十四五期間較全球仍有望獲得顯著的超額增速。


軍用航空
“十四五”期間新型戰(zhàn)機(jī)更新?lián)Q代需求大
推動(dòng)碳纖維需求增長

“十四五”期間軍機(jī)列裝提速,新型戰(zhàn)機(jī)更新?lián)Q代需求大。“十三五”時(shí)期提出我國在裝備建設(shè)總體形態(tài)上, 淘汰一代裝備、壓減二代裝備、批量列裝三代以上裝備,基本建成以三代為主體、四代為骨干的裝備體系?!笆奈濉本V要正式提出要加快國防和軍隊(duì) 現(xiàn)代化,貫徹落實(shí)新時(shí)代軍事戰(zhàn)略方針。 我國目前軍機(jī)數(shù)量相較于美俄仍有較大差距,且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)偏落后,二代機(jī)占比較高。在 存量 方面,2020 年我國軍機(jī)數(shù)量為 3260 架,占世界軍機(jī)總量的 6%,占美國軍機(jī)總量的 25%,數(shù)量差距較大。其中我國戰(zhàn)斗機(jī)總量 1571 架,雖排名第三但遠(yuǎn)低于美國的 2717 架。受益于“十四五”強(qiáng)軍強(qiáng)國政策的大力推進(jìn)實(shí)施,實(shí)現(xiàn)“把人民軍隊(duì)全面建成世界一流軍隊(duì)”的目標(biāo),我國軍機(jī)增補(bǔ)空間很大。


結(jié)構(gòu)方面,我國軍機(jī)與美國相比存在代差。美國目前已淘汰二代機(jī),戰(zhàn)斗機(jī)主要以 F-15、F-16 和 F-18 為代表的三代機(jī)為主,占比達(dá) 83%,部分空軍和海軍已經(jīng)使用以 F-22 和 F-35 為代表的四代機(jī)。而我國目前以殲-7、殲-8 代表的二代機(jī)占比 51%,以殲-10、殲-11 和殲-15 為代表的三代機(jī)占比 47.6%,殲-20 和殲-31 為代表的四代機(jī)尚未大規(guī)模投入使用,目前殲-20 僅列裝 19 架。這與我國到 2020 年基本跨入戰(zhàn)略空軍門檻,構(gòu)建以四 代裝備為骨干、三代裝備為主體的武器裝備體系不相符,軍機(jī)結(jié)構(gòu)亟需優(yōu)化。未來我國軍機(jī)更新?lián)Q代需求強(qiáng)烈, “十四五”期間新型戰(zhàn)機(jī)有望實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)、加速列裝。



軍機(jī)列裝提速疊加新型戰(zhàn)機(jī)的換代升級,將推動(dòng)軍用航空碳纖維市場規(guī)模增長。由于碳纖維復(fù)合材料在結(jié) 構(gòu)輕量化中無可替代的性能優(yōu)勢,其在軍用航空中得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。20 世紀(jì) 70 年代至今,復(fù)合材 料在軍用飛機(jī)上的用量和應(yīng)用部位不斷增加。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發(fā)展到今 天用于機(jī)翼、口蓋、前機(jī)身、中機(jī)身、整流罩等多個(gè)部位。根據(jù)馬曉榮《軍機(jī)+航天航空+風(fēng)電,讓碳纖維派上大用場》數(shù)據(jù)顯示,以美國軍機(jī)為例,F(xiàn)-14A 戰(zhàn)機(jī)碳纖維復(fù)合材料用量僅有 1%,到 F-22 和 F-35 為代表的第四代戰(zhàn)斗機(jī)上碳纖維復(fù)合材料用量達(dá)分別為 24%和 36%,大型轟炸機(jī)方面 B-2 隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)的碳纖維復(fù)合材料占比達(dá)到了 38%。目前我國最先進(jìn)的第四代戰(zhàn)斗機(jī)殲-20 的碳纖維使用比例為 27%,相比之下第三代戰(zhàn)斗機(jī)殲-10和殲-11 的碳纖維用量僅為 6%和 10%。據(jù)馬曉榮論文數(shù)據(jù)預(yù)測, 未來我國十五年軍機(jī)碳纖維需求量將達(dá)到 14154噸,年均需求為 944 噸。 隨著碳纖維復(fù)合材料在軍用航空領(lǐng)域上應(yīng)用比例的增加,以及軍機(jī)換代更新帶來的軍 機(jī)數(shù)量增長,我國軍機(jī)碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用將呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。


民用航空

碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大

質(zhì)量占比不斷提升


碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,質(zhì)量占比不斷提升。由于碳纖維復(fù)合材料具有低密度、高比強(qiáng)度、高 比模量、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在飛機(jī)上采用碳纖維復(fù)合材料可以大幅度減輕機(jī)體結(jié)構(gòu)質(zhì)量、改善氣動(dòng)彈性,提高飛機(jī)的綜合性能,大批量飛機(jī)零部件相繼采用碳纖維復(fù)合材料,并且采用復(fù)合材料的面積、部位和重量也日 趨增加。碳纖維復(fù)合材料最早在 20 世紀(jì) 80 年代應(yīng)用于客機(jī)的非承力構(gòu)件上,早期碳纖維復(fù)合材料占比僅為5%~6%。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,碳纖維復(fù)合材料逐漸作為次承力構(gòu)件和主承力構(gòu)件應(yīng)用在客機(jī)上,其質(zhì)量占比也開始逐步提升??湛偷?A380 中復(fù)合材料占比達(dá)到 23%,最新的 B787 和 A350,復(fù)合材料的用量接近甚至超50%,如機(jī)頭、尾翼、機(jī)翼蒙皮等部位也采用了碳纖維復(fù)合材料。

我國在 2017 年首飛的中國商飛 C919 大客機(jī)采用了碳纖維復(fù)合材料,大概占整機(jī)重量的 11.5%,其應(yīng)用范 圍涵蓋方向舵等次承力結(jié)構(gòu)和飛機(jī)平尾等主承力結(jié)構(gòu),主要包括雷達(dá)罩、機(jī)翼前后緣、活動(dòng)翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后機(jī)身、尾翼等部件,其中尾翼主盒段和后機(jī)身前段使用了先進(jìn)的第三代中模高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料,這是國內(nèi)民用飛機(jī)研制中首次在主承力結(jié)構(gòu)、高溫區(qū)、增壓區(qū)上使用復(fù)合材料。目前中國商飛和俄羅斯聯(lián) 合航空制造集團(tuán)公司正在攜手研制遠(yuǎn)程寬體客機(jī) C929,預(yù)計(jì)該機(jī)型碳纖維復(fù)合材料的用量將超過 50%。


單通道噴氣客機(jī)仍為主流,國產(chǎn) C919 前景廣闊。據(jù)中國商飛預(yù)測數(shù)據(jù),到 2039 年中國航空市場將擁有 9641 架客機(jī),其中單通道噴氣客機(jī) 6521 架,雙通道噴氣客機(jī) 2174 架,噴氣支線客機(jī) 946 架。2020~2039 年間,預(yù)計(jì)將有 8725 架飛機(jī)交付中國市場,新機(jī)交付量約占全球的 21.5%,將是全球新機(jī)交付的最大市場。單通道噴氣客機(jī)交付近 6000 架,占二十年交付總量的 68.0%,其中近八成的單通道噴氣客機(jī)機(jī)隊(duì)為 160 座級;雙通道噴氣客機(jī) 1868 架,占總交付量的 21.4%,以 250 座級噴氣客機(jī)機(jī)隊(duì)為主,占雙通道噴氣客機(jī)交付總量的 75.3%;其余為噴氣支線客機(jī),二十年時(shí)間里將交付近千架,均為 90 座級。預(yù)計(jì)未來二十年,全球航空市場需求最大的依舊是單通道噴氣客機(jī)。到 2039 年末,預(yù)計(jì)現(xiàn)役機(jī)隊(duì)中約 87.6%(超過 14000 架)的單通道噴氣客機(jī)將被替代,接近 3 萬架的單通道噴氣客機(jī)將交付市場。

C919 飛機(jī)是我國首款完全按照國際先進(jìn)適航標(biāo)準(zhǔn)研制的單通道大型干線客機(jī),具有我國完全的自主知識產(chǎn)權(quán),最大航程超過 5500 公里,為 150 座級,性能與國際新一代的主流單通道客機(jī)相當(dāng)。C919 于 2017 年 5 月 5日成功首飛,2022 年 5 月 14 日中國商飛交付首家用戶(東航)的首架 C919 大飛機(jī)首飛成功。據(jù)中國商飛 2020年預(yù)測,C919 的初期年產(chǎn)量將在 150 架次左右,在手訂單達(dá) 1000 架。



新興應(yīng)用市場不斷擴(kuò)展,碳纖維需求多點(diǎn)開花


體育休閑成熟發(fā)展,碳纖維應(yīng)用平穩(wěn)增長。由于碳纖維的高比強(qiáng)度和高比模量以及諸多優(yōu)良特性,使其可用來制造輕而強(qiáng)和剛而堅(jiān)的各種制品,在體育休閑器材上得到了廣泛運(yùn)用,如高爾夫球桿、自行車等。2021 年,全球體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求 1.85 萬噸,其中釣魚竿對碳纖維需求量最高,為 6500 噸,占比 35.14%,其次是高爾夫和自行車,分別占比 22.16%和 19.46%。中國在 2016~2021 年間,體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求量穩(wěn)步上漲,復(fù)合增速達(dá) 12.53%。2020 年,中國體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求量首次被風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維需求量超過,預(yù)計(jì)未來將維持此格局;運(yùn)動(dòng)健康理念的普及,以及人均消費(fèi)能力的提升,將驅(qū)動(dòng)體育休閑市場長期平穩(wěn)增長。



輕量化愈受關(guān)注,汽車復(fù)材空間廣闊。碳纖維作為綜合性能最好的輕量化材料,目前已有眾多車企在新產(chǎn) 品中加入碳纖維復(fù)合材料,如雪佛蘭 C8 汽車車架部分材料使用的就是弧形拉擠的碳纖維復(fù)合材料型材。奔馳企業(yè)也和日本東麗聯(lián)手開發(fā)車用碳纖維的運(yùn)用,推動(dòng)碳纖維在車輛產(chǎn)業(yè)的普及化。2021 年中國汽車領(lǐng)域碳纖維需求量 1600 噸,同比增長 33.3%,過去 5 年 CAGR 達(dá) 39.77%。



城市更新與路橋改造背景下,建筑補(bǔ)強(qiáng)作用凸顯。建筑補(bǔ)強(qiáng)市場除了通常意義的建筑,也包括了建筑機(jī)械、 橋梁、隧道及工業(yè)管道等領(lǐng)域,其中有 80-90%的碳纖維用于建筑及橋梁結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)。2021 年 12 月,國內(nèi)首 座千噸級碳纖維斜拉索車行橋在聊城舉行掛索儀式,成為世界上最大跨度碳纖維索斜拉橋,斜拉索大橋模式的 推廣將為碳纖維拓寬應(yīng)用場景。2021 年中國建筑補(bǔ)強(qiáng)碳纖維需求量 2500 噸,同比增長 13.64%,過去 5 年 CAGR達(dá) 10.76%。



國內(nèi)碳纖維需求綜述:基于以上測算,并結(jié)合賽奧碳纖維對于遠(yuǎn)期規(guī)模的判斷,我們預(yù)計(jì) 2025 年中國碳纖維需求量達(dá) 15.92 萬噸,2021-2025 年 CAGR 達(dá) 26.40%,占比全球總需求的 79.62%。2025 年我國風(fēng)電葉片、體育休閑、碳碳復(fù)材預(yù)計(jì)成為萬噸級碳纖維市場,需求量分別達(dá) 5.89、2.75、1.64 萬噸;壓力容器用碳纖維需求量有望達(dá)到 8130 噸,預(yù)計(jì)將逐步發(fā)展成第四個(gè)萬噸級市場。航空航天、汽車復(fù)材、建筑補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域碳纖維需求量將分別達(dá)到 4071、4570、3934 噸。



文章來源 | 中信建投證券

               楊   光,李長鴻


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