碳纤维具有低密度、高强高模、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等特性，已应用于新能源、体育休闲、航空航天、交通等领域。目前，碳纤维国产化进入到加速阶段，随着产品价格回落和风电叶片领域碳纤维拉挤大梁专利到期，碳纤维需求量有望快速爆发。
碳纤维是“21世纪新材料之王”：碳纤维(CarbonFiber)是一种丝状碳素材料，由有机纤维经碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，直径5-10微米，含碳量高达90%以上。碳纤维力学性能优异，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为目前碳纤维主流产品。世界碳纤维产业已形成了黏胶基、沥青基和聚丙烯腈基三大原料体系，其中黏胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量也较为有限，而聚丙烯腈基碳纤维兼具良好的结构和功能特性，是碳纤维发展和应用的主要品种，2020年其产量占碳纤维总量的90%左右。
碳纤维产业链长，技术壁垒高：PAN基碳纤维的制备过程一般分为原丝制备和碳丝制备两个阶段，其中原丝制备包括聚合、纺丝工段，碳丝制备包括预氧化、碳化工段。碳纤维工艺复杂，生产条件要求严格，整个工艺流程中涉及技术参数控制点3000-5000个。
小丝束碳纤维力学性能优异、成本高
碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。小丝束性能优异，但成本较高。碳纤维的开发起初应用于航空航天领域，小丝束性能更能满足航空航天、军工复材的需要，但受成本制约，难以在风电叶片等领域实现推广应用。大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下，通过提高单线产能，大幅降低成本，打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。
小丝束碳纤维性能优异但价格较高，大丝束碳纤维性能相对较低但成本亦较低。相比小丝束，大丝束碳纤维最大的优势就是在相同的生产条件下可大幅度提高碳纤维的单线产能，实现生产的低成本化。而且在复合材料制备过程中的铺层效率也更高，生产成本却能降低约30%以上，有助于打破碳纤维因价格较高带来的应用局限，为碳纤维复合材料进一步拓展应用市场奠定基础。
大丝束碳纤维生产技术难度大
根据赛奥碳纤维，2021年全球标模-大丝束碳纤维需求量51.4万吨，占比44%。
大丝束碳纤维生产技术难度更大，体现在原丝、预浸料和碳化等多个环节的均匀性和毛丝控制等方面。
碳纤维长期被日美欧企业垄断，中国企业取得长足进步
我国碳纤维工业总体上与日本碳纤维的研发同步进行，经历了长期低水平徘徊、技术转型和快速发展3个阶段。依靠长期自主研发，打破了国外技术装备封锁，碳纤维产业化目前取得长足进步。
碳纤维产业链环环相扣
预计碳纤维行业保持高景气度
供给端：长期以来，我国碳纤维消费高度依赖进口，进口比例超50%。随着国产碳纤维不断缩小技术和性能差距，尤其是吉林化纤、中复神鹰等主要碳纤维厂商大量扩产，碳纤维国产化率持续提升，未来对外依存度有望持续下降。随着国内碳纤维产能快速扩张，产能利用率预计先下滑后逐渐提升。
需求端：国内下游新能源、航空航天等领域需求旺盛，预计碳纤维行业将保持较高景气度。
碳纤维广泛应用于国防工业以及高性能民用领域
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任何材料无可比拟的高比强度（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。
中国碳纤维需求占全球总量的一半以上
根据赛奥碳纤维和Wind数据推算，2015-2021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24.4%。
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2021年的6.24万吨，全球占比从31.7%提升至52.9%。
受益于宽应用领域，碳纤维需求实现多点开花
从结构上看，风电叶片依然占据绝对主流。根据赛奥碳纤维，2021年全球碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片28%、体育休闲16%、航空航天14%，国内碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片36%、体育休闲28%、碳碳复材11%。
从增速上看，受益于光伏、储氢发展，碳碳复材和压力容器增长强劲。2021年风电/体育市场/压力容器/碳碳复材（包括保温毡)用碳纤维较2020年同比+7.8%/20%/25%/70%，航空航天用碳纤维与去年持平，汽车用碳纤维受部分车型停产影响同比-24%。
碳纤维是风电叶片的增强材料，拉挤工艺成本最低
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渗透率提升
碳纤维拉挤板在风电叶片中的应用将大幅提升
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WoodMackenzie，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，是当前国内最长碳纤维海上风电叶片，采用双梁三腹板、碳玻混大梁的结构形式。
风电带动全球碳纤维需求快速提升，2021-2025年CAGR达25%
风电将带动碳纤维持续发展，国内将充分受益。据奥赛碳纤维，2021年，国内市场风电用碳纤维为2.25万吨，为国内碳纤维最大应用领域，占全球风电用碳纤维的68%。随着维斯塔斯拉挤工艺专利到期、国内碳纤维快速扩张并持续降本增效、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，预计国内风电用碳纤维将获得更大发展空间，持续带动国内碳纤维需求增长。
2023年国内风电装机容量将迈上新台阶
风电招标容量达历史新高，预计2023年风电装机量将迈上新台阶。1）2022年前三季度，国内公开招标市场新增招标量76.3GW，同比+82.1%，其中陆上新增招标容量64.9GW，海上新增招标容量11.4GW；2）受疫情影响，前三季度风电并网容量仅为19.2GW，预计2023年装机规模将显著提升。
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。近期包括内蒙古、新疆、甘肃、河北等在内的多省市发布“十四五”远景目标纲要，截止2022年三季度末共有29省市风电新增规模已明确，“十四五”期间风电新增容量累计313GW。
预计2025年国内风电企业碳纤维需求量5.2万吨，远期有望13.1万吨
风电维持高景气度，带动碳纤维持续向好。我们预计2023~2025年国内风电吊装容量达72GW/80GW/88GW，其中海上风电吊装容量达12/15/18GW。
多因素助推碳纤维渗透率提升。根据赛奥碳纤维，2020和2021年国内风电企业碳纤维需求量约为2500吨/4500吨（不含维斯塔斯），对应碳纤维渗透率为3%/6%。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2022年-2025年碳纤维渗透率为11%/18%/29%/45%，则预计对应碳纤维需求量为0.75/1.70/3.04/5.19万吨。远期假设我国年新增风电装机达100GW且主梁用碳纤维渗透率达100%，则碳纤维需求有望达13.1万吨。
成本是碳纤维在风电大规模应用的关键因素
降本增效是碳纤维在风电领域大规模应用的必经之路。在风电领域主要采用的是价格相对较低的大丝束碳纤维，截至2022.12.22，国内大丝束均价为130元/kg左右，与之相对应的，国内玻璃纤维均价基本在4-6.5元/kg的价格区间。大丝束碳纤维距80元/kg的价格仍有空间，但我们预计随着国内大丝束碳纤维的快速扩产，未来一至两年有望达到临界点。
碳纤维为碳基复材重要原料
先进碳基复合材料是指以碳纤维为增强体，以碳或碳化硅等为基体，以化学气相沉积或液相浸渍等工艺形成的复合材料，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。
碳碳复材在光伏热场领域更具优势，消耗品属性日益凸显
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。
碳碳复材在光伏热场渗透率持续攀升
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<200ppm和<100ppm，N型电池纯度要求更高，石墨件中挥发出来的杂质或石墨降解形成的颗粒会污染硅熔体，影响晶体品质。
光伏仍有较大的发展空间
当前光伏发电在全部发电方式中占比仍然较低。尽管全球能源转型步伐加速，但当前世界仍以不可再生能源为主，2020年全球不可再生能源发电量在全球发电量占比为71%，光伏发电占比从2015年的1.0%逐步提升至2020年的3.1%，占比仍然较低。根据国家能源局，2021年我国发电装机容量约23.8亿千瓦，其中火力发电为13.0亿千瓦，占比55%；太阳能发电3.1亿千瓦，占比13%。
光伏发电仍有较大发展潜力和增长空间。2022年1-9月我国光伏累计新增装机52.6GW，同比增长超一倍。据中国有色金属工业协会硅业分会预测，2025年全球新增光伏装机量有望达到550GW，2021-2025年复合增速34.1%。
碳碳复材在光伏中渗透率增长迅速：随着单晶规格的增大，碳纤维在碳碳热场领域的渗透率快速提升。以坩埚为例，2010年碳基复合材料的渗透率不足10%，到2020年，渗透率已经超过95%，其余的部件还有较大的替代空间。
预计2025年碳碳热场碳纤维需求量将超1.3万吨
基于光伏装机持续大幅增长以及碳碳热场部件渗透率增加，我们预计2023年碳碳热场领域碳纤维需求量将接近9000吨，2025年需求量有望超过13000吨。
光伏热场部件快速渗透，碳碳复材2021-2025年需求CAGR达30%
光伏热场部件对碳纤维存在明显拉动效应。2021年，碳碳复材的三大市场中，刹车盘市场和航天部件发展相对平稳，热场部件单晶硅炉则发展势头突出。根据北极星太阳能光伏网的数据单晶硅炉即将破3万台，对碳毡功能材料和坩埚、保温桶、护盘等碳碳复材结构材料高速增长提供有力支撑。
中国贡献碳碳复材主要增量。根据奥赛碳纤维，2023年全球碳碳复材用碳纤维需求量将接近1.5万吨。2021年国内碳碳复材用碳纤维需求量7000吨，全球占比82%。假设我国需求占比不变，我们预计2023年，国内碳碳复材用碳纤维需求量接近1.23万吨。
航空航天领域碳纤维复材应用比例提升
以碳纤维复材为主的复合材料应用于飞机的机头、尾翼、机翼蒙皮等，渗透率持续提升。
1）军用方面：国外军用飞机从最初将复合材料用于尾翼级的部件制造到今天用于机翼、口盖、前机身、中机身、整流罩等。
2）民用方面：早期的A310、B757和B767上，碳纤维复合材料的占比仅为5%-6%。目前，波音B787机身中复合材料占比约50%，碳纤维使用量大大提升。
国产大飞机为碳纤维带来确定性增量
目前的国产大型客机主要有中国商飞制造的C919与ARJ21两款机型。2014年12月，ARJ21支线客机取得型号合格证。2022年9月，C919客机成功取证，标志着我国拥有了一款可以投入航线运营的单通道干线客机。此前中国商飞共收到来自28家客户的815架C919订单；2022年11月8日，七家租赁公司与中国商飞又签署300架C919飞机和30架ARJ21飞机确认订单。
远期看，现有1115架C919订单全部交付对应碳纤维需求量约5400吨，对应约12.3亿元市场空间；根据商飞规划，C919采取分步走策略，碳纤维复合材料将逐步从10%-15%提升到23%-25%，若达25%则对应碳纤维需求量约11735吨和26.7亿元市场空间。假设：1）现有1115架C919订单按期交付；2）碳纤维机身重量占比11.5%，单架飞机碳纤维用量4.84吨；3）所需碳纤维价格按照22.8万元/吨计。
预计2025年全球体育休闲碳纤维需求达2.25万吨，2021-2025CAGR维持5%
体育休闲领域应用是碳纤维应用基本盘之一。体育领域碳纤维主要用于球杆球拍、滑雪杆、自行车及钓鱼竿等。
碳纤维在体育休闲领域的应用预计总体保持平稳增长。2020年受疫情影响，群体运动器材大幅下滑，个人运动休闲器材有所上升，整体增速有所回落。2021年，部分国家开始放开群体运动，体育器材需求回升，全球需求由2020年的1.54万吨增加至2021年1.85万吨，同比增长20.13%。
预计2024年全球汽车领域碳纤维需求达1.26万吨，2021-2024CAGR为10%
碳纤维复合材料应用于汽车领域具有质量轻、强度高、抗冲击性好、减震隔音性能高的优势，同时提高汽车集成度，减少零部件，有助于降低汽车生产线投资规模。
前期由于成本高企，碳纤维主要应用于F1赛车、豪华车等高端车，目前逐步扩大应用的趋势。2020年推出的雪佛兰C8车架部分采用了弧形拉挤的碳纤维复合材料。2021年3月，廊坊的飞泽复材为蔚来ES6（中国第一款批量采用碳纤维的车款）生产的5万套碳纤维复材后地板开始下线。
汽车轻量化是大势所趋，同时新能源车对减重需求更高，将带动对碳纤维的需求逐渐放量。根据赛奥碳纤维，预计2024年全球汽车领域碳纤维需求达1.26万吨，2021-2024年CAGR为10%左右。
压力容器保持较高景气度，预计2021-2025CAGR达20%
高压气态储氢是目前唯一商用的储氢技术，储氢气瓶是未来压力容器用碳纤维主要增长点。2021年国内压力容器碳纤维需求约3000吨，其中呼吸气瓶用量约600吨，天然气气瓶约500吨，储氢气瓶约1900吨。
氢燃料电池汽车助推氢能产业发展。据高工氢电统计，2021年中国市场氢燃料电池车载储氢系统出货4129套，同比增长67.85%；车载储氢瓶出货量为30284支，同比增长122.43%。至2025年我国氢燃料电池汽车总计规划推广数量达6.6万辆，有望全部落地助推氢能产业发展。
未来碳纤维需求持续增长，国内需求增速更快
全球碳纤维需求增速保持14%以上的增速。根据《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，2021年全球碳纤维需求11.8万吨，预计到2025年将达到24万吨的规模，到2030年可能达到40万吨，2021-2025年CAGR为19.5%，2021-2030年为14.5%。
中国碳纤维需求将实现更快的需求增速，弹性更大，未来可期。根据《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，2021年国内碳纤维总需求为6.24万吨，预计到2025年将达到15.92万吨，CAGR达26.4%，同时国产碳纤维以更快的速度发展，将明显超越进口量。
中国成为全球碳纤维最大产能国
2021年，中国首次超越美国成为全球碳纤维最大产能国。根据赛奥碳纤维，2021年国内碳纤维产能6.34万吨，占全球总产能20.76万吨的31%。
国内企业已克服低达产率瓶颈。产能利用率从2015年的10.5%达到了2020年的51.2%，已趋近国际水平。
国内碳纤维企业群雄并起，但仍有50%以上进口
国内碳纤维企业产能提升，多家企业逐鹿碳纤维行业。以吉林化纤、中复神鹰等企业为代表，多家企业布局包括碳纤维原丝、碳纤维在内的产能。
国内供需两侧发力，进出口增速趋缓
2021年，碳纤维产品进出口量同比增加，进出口同比增速下滑。2021年，碳纤维产品进口量3.31万吨，同比+9%，增速较2020年-8pcts；碳纤维产品出口量0.48万吨，同比+19%，增速较2020年-64pcts。
进口方面：全球碳纤维紧缺而导致对华供应减少，日本、中国台湾、美国、墨西哥等对华出口均有不同程度降低，伴随国内碳纤维新产能释放，全年进口量小幅增加，增速维持下滑态势。
出口方面：国内碳纤维出口量近几年保持持续增长，国内执行风电等订单量增多，叠加“双碳政策”下光伏、储氢气瓶等行业迅速发展，出口量维持增长态势，增速出现回落。
国内企业大规模扩产，碳纤维行业迎来爆发期
国内碳纤维龙头大规模扩产，将改变世界碳纤维产能格局。从全球碳纤维企业的后续扩产计划来看，碳纤维产能扩张主要以中国企业为主。碳纤维行业目前产能集中度较高，根据赛奥碳纤维，2021年CR5为57.1%。国产碳纤维厂商扩产持续推进，将改变全球碳纤维供应格局，国产碳纤维迎来发展黄金机遇期。
碳纤维价格高涨，未来有走低可能
从价格端来看，2019年-2022年初碳纤维供不应求，推动国内碳纤维价格持续走高。进口价格则保持相对稳定。
2022年开始国内碳纤维价格回落，未来几年国产碳纤维行业预计将寻求价跌与量增的平衡。随着国产碳纤维的大规模扩张，预计碳纤维价格存在下跌的预期，目前已呈现一定下跌态势。未来几年，国产碳纤维将在量增与价跌中寻求平衡，并在国产替代和需求景气的双重逻辑下持续成长。
我国小丝束碳纤维初步具备一定的产业基础
国内小丝束碳纤维初步具备一定产业基础。以光威复材、中复神鹰等碳纤维企业为代表，国内产品强度、模量等性能逐渐向日本东丽等国际巨头靠拢，已初步实现对领先企业的追赶和对标。
但国内小丝束碳纤维仍有较大发展空间，技术突破是根本要素。国内小丝束碳纤维在规模、产品质量稳定性、产品牌号丰富度、与下游应用的匹配性等方面仍有差距，尤其是高端产品方面，未来技术突破仍然是关键。
我国大丝束碳纤维有望迎来大规模应用
国内大丝束碳纤维有望迎来大规模突破，未来持续技术突破和降本增效将是主旋律。上海石化建设国内首套万吨级大丝束碳纤维国产线，并实现首套大丝束装置中交，目前我国大丝束有望逐步迎来大规模应用。
碳纤维国产替代大有可为
目前进口碳纤维在性能、质量及成本水平上优势凸出，中国仍有一半以上碳纤维依赖进口。根据赛奥碳纤维，2021年中国碳纤维产量2.9万吨，消费量为6.2万吨，进口量3.31万吨，进口量占总消费量的53%。
随着有效产能释放及技术进步，预计2025年国产化率将提升至61%。根据赛奥碳纤维，2020/2021/2023E/2025E碳纤维国产化率分别为38%/47%/54%/61%，国产化率不断提高。