碳纖維(Carbon Fiber，簡稱CF)是由聚丙烯腈(PAN)(或瀝青、粘膠)等有機纖維采用高溫分解法在1,000℃以上高溫的惰性氣體下碳化(去除除碳以外絕大多數元素)制成的，是一種含碳量在90%以上的無機高分子纖維。

碳纖維發源于航空航天：材料行業的“黑色黃金”碳纖維（carbon fiber）簡單來說，就是以碳元素為主的一種纖維材料，專業一點說，它是一種含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維，其耐高溫能力居所有化纖之首，能抵抗高達3500攝氏度的高溫，可經受酸堿常年的腐蝕碳纖維的強度是鋼的5倍，其密度，重量不到鋼的一半，被譽為21世紀的新材料之王，享有“黑色黃金”的美譽。

碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性。密度比鋁低強鋼高，是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，并具有低密度、耐腐蝕、耐高溫、耐磨擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱導性高、熱及濕膨脹系數低、X光穿透性高、非磁體但有電磁屏蔽效應等特點，是發展國防軍工與國民經濟的重要戰略物資，碳纖維最早的應用來自航空航天的需求，在運載火箭、導彈防熱燒蝕等部件、航空結構件中，幾乎離不開碳纖維。

碳纖維生產流程復雜，對設備和工藝要求極高，屬于重資產行業。其生產流程是用腈綸和粘膠纖維作為原料，經過高溫氧化碳化、表面處理等多個復雜步驟而制造出來的，除了具有碳材料固有的本性外，兼具紡織纖維的柔軟可加工性。因此碳纖維也具有價格昂貴、成品缺陷多等缺點。以航空航天碳纖維舉例來看，上個世紀，碳纖維每公斤花費就高達135美元（約合人民幣874.9元），其中還有三成多會在制作過程中報廢，實際算下來，成本接近200美元（約合人民幣1296.18元，當年的美元匯率）。

風電已成為碳纖維第一大應用領域：2020年全球用量超過3萬噸

從下游應用的行業分布來看，風電葉片、航空航天(含軍用領域)和體育休閑約占據總市場需求量的60%。2016年，風電葉片以1.8萬噸的需求量取代航空航天成為全球碳纖維市場需求最大的領域，增速高達50.0%；2020年，全球碳纖維的需求約10.69萬噸，全球風電葉片碳纖維用量3.06萬噸，對比2016年，復合增長率34%。根據行業的數據估計，風電葉片碳纖維需求量占全球需求總量的比例由2019年的24.59%增長至2020年的28.64%。

中國是全球碳纖維最大的增量市場，國內的碳纖維需求量約為4.89萬噸，根據行業預測，2020-2030年的年均需求增速不低于20%，而未來的最大應用依舊在風電領域。

當風機變大后，全玻璃鋼葉片已無法滿足葉片大型化、輕量化的要求，而密度、剛性方面更出色的碳纖維材料則成為了更理想的選擇。

80-90m 的葉片，在當前的碳纖維價格形勢下，可減重葉片的重量10-12噸/套，增加成本10-15%，但從整機及塔筒和基礎的設計系統成本看，重量降低情況下，葉片增加的成本可以抵消，但風機的重量下降后，降低了風機的建安難度。

在滿足剛度和強度的前提下，碳纖維比玻璃鋼葉片質量輕30%以上。當前風電葉片80m以上的葉片，葉片重量超過20噸（高的重量達到25噸），90m的葉片超過30噸，采用碳纖維的葉片可以有效減少總體自重8-10噸以上（80-90m 的葉片），這對整個風機的效能提升和建設成本降低具有非常重要的意義。

根據其碳纖維性能、制作工藝等不同，碳纖維在不同的下游應用領域價值量也不一樣。根據《從國產碳纖維的處境談碳纖維“全產業鏈”》中數據顯示，碳纖維單價在風電領域最低，僅為80元/千克，但是在國防軍空、航天中的單價最高達到了10000元/千克，在民用航空領域也最高也達到了1500元/千克，可見在軍工、航空航天領域的價值量還是比較高的。

風電大型化的必然需求：未來十年碳纖維需求急劇增加

談到碳纖維在風電的應用，就不得不提Vestas，他是是全球最早批量使用碳纖維到葉片的風機制造商，已經實現了碳纖維在風機葉片的規模化應用，其他國際巨頭，西門子-歌美颯、GE-LM、Nordex等均在新的機型中采用了碳纖維拉擠板制造與測試樣機。

國內風電企業還沒有形成碳纖維葉片的規模化量產，更多處于樣機驗證階段。基本是三種工藝并行:預浸料鋪貼、多軸織物灌注、拉擠板，相對而言，拉擠板工藝優勢明顯。

根據行業數據統計，到2025年，全球的碳纖維需求年用量高達9.34萬噸，與2020年的3.06萬噸相比，這個數量已經增長3倍，實際上，從中國風電的發展來看，中國將要占到全球碳纖維用量的50%以上。

面對如此大的碳纖維需求市場，中國的碳纖維制造企業能滿足嗎？

風電用碳纖維：中國碳纖維企業還不具備供應能力

全球的碳纖維企業主要集中在日本，美國和德國，包括東麗、東邦、三菱麗陽，ZOLTEK，SGL等，其中日本三家企業產能占據全球一半以上，早期中國的航空航天碳纖維基本受制于這幾家企業。為此，我國的航空航天企業早期在碳纖維復合材料的應用開發方面也是吃盡苦頭，需要指出，此外臺灣的臺塑也是龍頭企業之一。

整體來看，全球碳纖維的市場格局以美企和日企為主，這些國家壟斷著碳纖維領域的核心技術，并在高性能小絲束碳纖維技術上對中國實施了技術的封鎖和產品的禁運。相較美日而言，我國的碳纖維行業起步晚，由于相關知識儲備不足、知識產權歸屬等問題，早期在高性能碳纖維產品上幾乎全部依賴進口。

上個世紀開始，國內的化工企業也開始碳纖維的研發和小規模的投產。碳纖維生產企業包括中復神鷹、吉林化纖、光威復材、中簡科技等，直到9月8日，中國建材旗下的中復神鷹在寧夏西寧的碳纖維基地宣布年產萬噸碳纖維正式投產，這也是已經為止國內唯一一個產能過萬噸的碳纖維生產基地，要知道這個項目投資超過20億元。早期從事碳纖維的包括吉林碳素、揚子化工等都基本還是在千噸級的產線規模，并不能真正實現大規模的批產。

50-60GW/年的年均新增規模：未來中國風電碳纖維年均需求超過5萬噸

根據《2020年全球碳纖維復合材料市場報告》數據顯示，2020年全球小絲束碳纖維市場基本是被日本壟斷，以日本東麗為代表的三家日本公司就占據了49%的小絲束市場份額。在2020年8月份日本頒布禁令之前，日本在華的小絲束碳纖維銷量為9900噸，占到中國進口量的32.57%，這還僅僅是8個月的銷量。在大絲束市場，主要的市場份額被美國的Hexcel、德國的SGL以及日本的三菱占據著，中國的大絲束生產企業藍星也占據著少部分市場份額排在第四的位置。

這里我們要看到一個事實，由于風電碳纖維的價格用量大，要求價格必須很低。

從目前的價格看，48-50K的大絲束碳纖維價格在120-150元/kg，距離平價風電葉片的價格需求還需要攔腰斬，目標價格大致在60-80元/kg，而問題在于中國國產碳纖維大多數還用于航空航天，航空航天級別的碳纖維用量雖然少，但是利潤高，價格從1000-5000元/kg不定，而大絲束碳纖維這一塊行業還不是很感興趣，但僅從風電葉片的需求估算，一支90m的葉片如果采用碳纖維主梁，單只葉片的用量3-4噸，按60GW的平均新增容量測算，按5MW的單機容量設計，葉片數量在36000只，都采用碳纖維的需求將要達到12萬噸，如果未來50%的葉片采用碳纖維（超大葉片），最少年需求量5-6萬噸，按照12萬元/噸，這個行業的市場規模容量將超過60億元/年。在按中國市場占有率50%的比例，全球風電需求的碳纖維平均超過10萬噸/年，實際行業預測到2025年，風電碳纖維的需求將達到9.34萬噸。

面對巨大市場需求：中國碳纖維企業如何迎接挑戰？

碳纖維的硬件投資很大，同時與石油價格接軌，從目前的成本來看，要實現60-80元/kg的碳纖維目標難度極大，而目前國內的碳纖維企業都基本定位在航空航天及部分高強高模的高附加值的碳纖維產品上，對風電用的大絲束碳纖維尚未解決技術難題。

風電葉片的碳纖維應用是技術趨勢，這是大勢所趨，我們要順勢而為。碳纖維產業是個重資產產業，原材料價格風險極高，按當前的石油價格在70美元/桶測算，可以實現30%以上毛利率，這個產業絕對是個具有技術競爭力的產業，當然，也不是誰都可以玩的產業。

期待中國的風電葉片早日用上中國的碳纖維！