（二）碳/碳复材在光伏热场中的快速应用刺激碳纤维需求增加

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/碳复合材料是由碳纤维增强碳基体所形 成的高性能复合材料，具有高强度、比重轻、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数低、摩擦系 数稳定、导热导电性能好、尺寸稳定性高等优良性能，是目前唯一在 3000℃以上仍保有 结构强度的材料，其最高理论使用温度高达 3500℃，是制造高温热场部件的最佳材料， 被认为是 21 世纪最具潜力的高温结构材料之一。 早期光伏行业的生产商大多采用石墨材料构成的坩埚作为热场系统的保温材料，而由于 石墨脆性较大，容易产生裂纹，逐渐被碳/碳复合材料所替代，与石墨坩埚相比，碳/碳复 合材料坩埚具有使用寿命长、热场稳定性高、成晶率稳定等优点，被广泛应用在单晶拉 制炉和多晶铸锭炉的热场系统中。

单晶拉制炉热场系统主要用于光伏行业中的单晶硅长晶、拉制过程，是制备单晶硅的关 键设备，多晶铸锭炉是多晶铸锭的关键设备。单晶硅炉内，主要有坩埚、保温筒、护盘 等碳/碳复合材料，大幅提高了拉晶热场系统的安全性和拉晶速率，显著降低了运行功率， 对节能降耗起到较大促进作用。2016 年以来，碳/碳复合材料在单晶拉制炉热场中的替代 率快速提高，碳/碳复合材料坩埚、导流筒产品的市场占有率已超过等静压石墨产品，2020 年，碳/碳复合材料在坩埚中的替代率已超过 95%，成为光伏热场系统中的主要材料。

光伏行业的迅猛发展，极大地带动了碳/碳复材领域的蓬勃发展。在国家产业政策引导和 市场需求驱动的双重作用下，我国光伏行业实现了快速发展。根据国家能源局统计，2021 年全国新增光伏并网装机容量达到 54.93GW，同比增加 14%，2016-2021 年的 CAGR 为 9.7%，而根据中国光伏行业协会预测，2025 年全国新增光伏装机量预计达到 110GW， CAGR 为 19%，未来光伏装机量有望快速提升。 根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，全球碳/碳复材领域碳纤维 需求从 2017 年的 0.21 万吨增至 2021 年的 0.85 万吨，CAGR 为 41.8%，2025 年预计全球 碳/碳复材领域碳纤维需求量约为 2.43 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 30%，随着光伏 装机规模的快速增加，碳纤维在碳/碳复材领域的需求持续爆发。 根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，2021 年国内碳/碳复材领域 碳纤维需求量约为 0.7 万吨，相较 2017 年的 0.09 万吨大幅增加，CAGR 为 67%。根据中 国光伏行业协会预测，2022-2025 年全国新增光伏装机量分别为 75、90、100、110GW； 我们假设每 GW 装机量碳纤维用量的 CAGR 为 10%，预计到 2025 年我国碳/碳复材领域 碳纤维总需求达 2.05 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 30.8%，假设碳纤维单价维持 14.6 万元/吨（按 21.6 美元/kg，美元/人民币汇率为 6.76 换算），2025 年我国碳/碳复材领域碳 纤维市场规模将达 29.96 亿元。

（三）储氢瓶在燃料电池汽车中的快速渗透推动碳纤维需求上行

根据赛奥碳纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，国内压力容器领域碳纤维需求 主要应用在呼吸气瓶、CNG 气瓶和储氢瓶等方面，保持快速增长的为储氢瓶领域，呼吸 气瓶、CNG 气瓶的碳纤维需求增长量有限。氢在常温常压下为气态，密度只有水的万分 之一，是所有元素中最轻的，因此高密度储氢的难度非常大。当前，氢能的存储方式主 要有低温液态储氢、高压气态储氢、金属氢化物储氢和有机液态储氢等，其中高压气态 储氢技术比较成熟，是目前最常用的储氢技术。高压气态储氢容器主要分为纯钢制金属 瓶（I 型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（II 型）、铝内胆纤维缠绕瓶（III 型）及塑料内胆纤维 缠绕瓶（IV 型）4 个类型。

车载储氢瓶大多使用 III 型、IV 型两种容器。目前 20MPa 的 I 型瓶在国内得到广泛的工 业应用，并与 45MPa 钢制氢瓶、98MPa 钢带缠绕式压力容器组合应用于加氢站中。由于 高压气态 I 型、II 型储氢瓶价格便宜，但储氢密度低、安全性较差、容易发生氢脆问题， 难以满足车载储氢密度的要求；而 III 型、IV 型瓶主要是基于碳纤维增强材料缠绕加工 而成，明显减少气瓶质量，提高储氢密度，多数应用于车载。 国内已产业化的是 35MPa 碳纤维缠绕 III 瓶，国外大多采用的是 70MPa 碳纤维缠绕 IV 型瓶。由于高强度碳纤维工艺尚不成熟，国内 IV 型储氢瓶的大规模商用化仍需时日， 70MPa 碳纤维缠绕 III 型瓶已少量用于国产汽车中。国内企业采用 III 型瓶的储氢密度为 3.9％，而 IV 型瓶的储氢密度可以达到 5.5％，就趋势而言，成本更低和密度更高的 IV 型瓶是未来发展趋势。

2022 年 3 月 23 日，国家发改委、能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，明确氢能是战略性新兴产业的重点方向，是构建绿色低碳产业体系、打造产业转 型升级的新增长点，并提出氢能产业各发展阶段的目标：2025 年，形成较为完善的氢能 产业发展制度政策环境，初步建立较为完整的供应链和产业体系；燃料电池汽车保有量约 5 万辆，部署建设一批加氢站；2030 年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清 洁能源制氢及供应体系，有力支撑双碳目标实现；2035 年，形成氢能产业体系，构建涵 盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态，氢能未来的空间巨大。2021 年全国燃 料电池汽车产销量分别是 1790 和 1596 辆，2022 年上半年产销量分别是 1804 和 1390 辆， 同比增速分别为 285%和 290%，产量超过 2021 年全年水平，销量也将赶超 2021 年水平， 2021 年燃料电池汽车保有量约 0.89 万辆，2025 年要达到 5 万辆，CAGR 高达 54%，未 来燃料电池汽车的高速增长将推动车用高压氢气瓶碳纤维需求的快速提升。

根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，全球压力容器碳纤维需求 从 2017 年的 0.56 万吨增至 2021 年的 1.1 万吨，CAGR 为 18.4%，2025 年预计全球压力 容器领域碳纤维需求量约为 2.28 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 20%；2021 年国内压 力容器碳纤维需求量约为 0.3 万吨，相较 2017 年的 0.1 万吨大幅增加，CAGR 为 31.6%。 2021 年我国燃料电池汽车销量和保有量分别约 1596、8922 辆，2025 年保有量为 5 万辆， 我们测算出 2025 年销量约为 1.75 万辆；且根据 Fuel Cell Technologies Office Webinar，每 辆燃料电池汽车上氢气瓶碳纤维用量约为 0.32 吨/辆，由此测算出 2021 年我国燃料电池 汽车氢气瓶碳纤维需求为 0.05 万吨，预计 2025 年氢气瓶领域碳纤维需求达 0.56 万吨， 2021-2025 年间的 CAGR 为 82.9%，假设碳纤维单价维持 16.2 万元/吨（按 24 美元/kg， 美元/人民币汇率为 6.76 换算），2025 年我国氢气瓶领域碳纤维市场规模将达 9.07 亿元。

（四）附加值最高的航空航天领域碳纤维需求有望回暖

随着复合材料的快速发展，轻量化结构成为航空飞行器发展的重要方向，飞机复合材料 应用占比逐渐提高，复合材料用量占比已成为衡量航空飞行器先进性的重要标志之一。 起初，碳纤维复合材料主要应用于非承力结构（舱门、口盖、整流罩等）及飞机内饰， 如早期的波音 757、波音 767，碳纤维复合材料应用占比仅 4%左右；随着碳纤维复合材 料技术的发展，逐步开始在次承力结构（垂尾、鸭翼、平尾、副襟翼舵面等）上应用， 波音 777 在垂尾、平尾等多处部件中应用了碳纤维复合材料，合计使用 9.9 吨，占总结 构重量的 11%；此后，随着高性能碳纤维技术的成熟，碳纤维复合材料开始应用于机翼、 机身等主承力结构，以波音最新研制的波音 787 梦想客机为例，其复合材料用量占比约 50%左右。

随着我国复合材料技术水平及大飞机制造技术水平的提高，国产飞机的复合材料用量逐 渐提高。2003 年研制的 ARJ21 机型复合材料用量仅 2%，主要应用于次承力结构；2015 年研制的 C919 机型复材用量已达 12%，应用范围扩展至机翼、机身等主承力结构，2017 年已完成首飞；目前我国与俄罗斯联合研制的 CR929 远程宽体客机的复材用量将突破 50%，在机身、机翼等部位将大量使用复合材料。

航空航天领域的附加值极高，国内航空航天领域碳纤维需求提升空间广阔。根据赛奥碳 纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，2021 年全球航空航天领域碳纤维均价为 72 美元/公斤，是体育休闲领域的 2.5 倍、风电叶片领域的 4 倍；航空航天领域碳纤维的市 场规模达 11.88 亿美元，占比 35%，超过风电叶片及体育休闲领域之和，位居第一。2021 年全球航空航天领域碳纤维需求量仅次于风电叶片和体育休闲，占全球碳纤维需求比例 为 13.94%，主要应用在商用飞机、无人机、军用飞机等领域；而国内需求占比仅 3.21%， 远低于全球水平，具有很大的提升空间。

2020 年全球航空航天领域碳纤维需求量为 1.65 万吨，较 2019 年下降 30%，主要是由于 2020 年全球新冠疫情对航空业造成不利影响，民用客机生产厂家对碳纤维的需求有一定 幅度的下降。随着疫情好转，飞机订单也在逐步改善，2021 年新增运输飞机 151 架，同 比增加 78%；且伴随国产大飞机 C919 的逐步量产（根据中国商飞官网数据显示，目前 C919 订单量超 800 架）和 CR929 的研发推进，航空航天领域的碳纤维用量有望进一步 增长。 根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，2021 年国内航空航天领域 碳纤维需求量约为 0.2 万吨，2017-2021 年的 CAGR 为 22%，同比增速为 17.6%，而 2021 年全球航空航天领域碳纤维需求量约为 1.65 万吨，2025 年预计全球航空航天领域碳纤维 需求量约为 2.06 万吨。国内航天航空领域碳纤维需求相较于全球有较大空间，2025 年全 球航空航天领域碳纤维增速为 12%，我们假设国内 2021-2025 年间的 CAGR 为 15%，预 计 2025 年国内航空航天领域碳纤维需求量约为 0.35 万吨，假设碳纤维单价维持 48.7 万 元/吨（按 72 美元/kg，美元/人民币汇率为 6.76 换算），2025 年我国航空航天领域碳纤维 市场规模将达 17.04 亿元。

（五）体育休闲领域碳纤维需求稳步增长

2021 年国内体育休闲领域碳纤维需求占全球比例近 95%，未来将继续保持此比例。当前， 碳纤维复合材料是用来制造体育运动器材的新材料，其比强度、比模量越高，构件的自 重越小、刚度越大。因此充分利用碳纤维复合材料的特性提升比赛器材的性能，可提升 许多体育项目的成绩。全球近 90%的碳纤维体育器材加工在中国大陆和中国台湾完成， 体育休闲领域产品类别广泛，主要使用在钓鱼竿、高尔夫球杆、自行车架、球拍、曲棍 球杆等高端休闲体育市场，国内需求主要以 T300、T700 为主，包括少量 T800 和高模量 产品，规格以 3K、12K 等小丝束为主。

根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，全球体育休闲领域碳纤维 需求从 2017 年的 1.32 万吨增至 2021 年的 1.85 万吨，CAGR 为 9%，2025 年预计全球体 育休闲领域碳纤维需求量约为 2.25 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 5%。2021 年国内 体育休闲领域碳纤维需求量约为 1.75 万吨，CAGR 为 10%，同比增速为 20%，相较于 2020 年的 4%大幅增加，主要原因是 2020 年疫情的影响，群体运动的碳纤维器材有较大幅度 的下滑，而 2021 年开始放开群体运动，直接带来了体育器材的较高速增长。我们预计国 内未来体育休闲领域的碳纤维需求增速和全球保持一致，CAGR 为 5%，2025 年国内体 育休闲领域碳纤维需求量约为 2.13 万吨，假设碳纤维单价维持 18.7 万元/吨（按 27.6 美 元/kg，美元/人民币汇率为 6.76 换算），2025 年我国体育休闲领域碳纤维市场规模将达 39.83 亿元。

三、国产替代加速，行业供需改善

我国成为全球最大的碳纤维产能国。根据赛奥碳纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场报 告》，2021 年全球碳纤维运行产能约为 20.76 万吨，从区域角度来看，中国首次超过美国， 成为全球最大产能国，运行产能达 6.34 万吨，占 2021 年全球碳纤维运行产能的 30.5%； 美国位居第二，运行产能为 4.87 万吨，占比为 23.5%；日本位列第三，运行产能为 2.5 万吨，占比为 12%。从生产商角度来看，位居首位的依然是东丽+卓尔泰克（东丽子公司）， 吉林化纤集团位居第二，成为我国最大的碳纤维产能企业。虽然我国运行产能占比最大， 但由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术的突破，核心设备也多是进口且适配性不 强，生产线运行及产品质量不稳定，致使实际产量仅约 2.9 万吨，产能利用率不足 50%， 长期存在高产能、低产量的现象。 全球碳纤维实际产能主要集中在日美企业，全球十强厂家中，包含了吉林化纤集团、中 复神鹰与宝旌三家大陆企业。我国已经建设的产能，与发达国家还存在相当大的差距， 2021 年进口量为 3.3 万吨，超过国产数量，而国产碳纤维出口寥寥无几，说明无论在性 能、质量水平及成本水平上，进口碳纤维依然有强大的优势。所以我国碳纤维行业面临 的难题是：加强自主创新，突破技术瓶颈，形成与国际水平匹配的高性能碳纤维产业化。

国内碳纤维产能大幅扩张，产能利用率快速提升。根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤 维复合材料市场报告》，2021年国内碳纤维产能约为6.3万吨，同比增长73.85%，2017-2021 年 CAGR 为 24.73%；国内碳纤维产量为 2.9 万吨，同比增长 58.1%，2017-2021 年 CAGR 达 40.98%。国内碳纤维行业产能利用率近年快速提升，2017 年行业产能利用率仅为 28.46%，2021 年提升至 46.54%。国内龙头厂商近年来在技术水平上的不断突破，产线稳 定性的不断提高，从而企业的有效产能得到快速扩张，行业长期“有产能无产量”的现 象逐渐好转。 国内碳纤维行业的产能高度集中，2021 年 CR5 约 79%。主要企业有吉林化纤集团、中 复神鹰、宝旌碳纤维、新创碳谷、江苏恒神、光威复材等。其中，吉林系的吉林碳谷以 原丝生产为主，且可外销，国兴碳纤维以大丝束为主，凯美克以小丝束为主；中复神鹰 以民用小丝束碳纤维为主；中简科技以军用小丝束为主；光威复材以军民两用等。

国产替代加速，未来空间巨大。根据赛奥碳纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》， 2021 年国内碳纤维需求中，进口碳纤维供应量为 3.3 万吨，占总需求量的 53%，可以看 出我国碳纤维仍以进口为主，但进口比例持续下降，2021 年进口同比增速仅为 9.15%； 国产碳纤维供应量为 2.9 万吨，占需求量的 47%，国产占比较 2020 年的 38%增长 9 个百 分点，且 2021 年国产碳纤维增速为 58.54%，远超过进口增速，说明国内企业在碳纤维 生产方面取得突破，国产替代趋势明显。同时，国内加快供给，增速大幅提升，近几年 供给增速持续上涨，且远大于需求增速，但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。 伴随全球碳纤维市场日益增长的需求，各大碳纤维企业扩产意愿明显。2021 年国内碳纤 维供应量约 2.93 万吨，吉林碳谷、中复神鹰、光威复材、中简科技四家公司的销量约 1.9 万吨，国内企业的扩产也在纷纷加速。中复神鹰西宁万吨高性能碳纤维及配套原丝项目 已全线投产；光威复材包头万吨大丝束碳纤维产线预计年底开始试运行；上海石化 1.2 万吨大丝束碳纤维产线今年年中实现项目中期交工。

预计 2024 年国内供给将超过需求。近两年供不应求的状态导致国内碳纤维的价格持续走 高，目前这种状况正逐渐得到改善。当前我国碳纤维行业供需仍存在较大缺口，伴随未 来几年龙头企业的快速产能投放，预计供需缺口逐渐缓解，进口部分有望实现国产。长 期来看，供给端逐渐追赶上需求端的增长，供需差将得到改善，碳纤维价格将回到合理 水平。