碳纖維行業(yè)深度研究報(bào)告黑色黃金大放異彩國(guó)產(chǎn)布局迎來(lái)良機(jī)

碳纖維行業(yè)深度研究報(bào)告：黑色黃金大放異彩，國(guó)產(chǎn)布局迎來(lái)良機(jī)一、新材料之王：碳纖維性能優(yōu)異，復(fù)合材料應(yīng)用廣泛碳纖維在可量產(chǎn)纖維材料中性能最佳，是目前工程上可以大規(guī)模應(yīng)用的比強(qiáng)度最高的材料，其具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，在軍工及民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，被稱(chēng)為21世紀(jì)的

“黑色黃金”。碳纖維復(fù)合材料即以碳纖維為增強(qiáng)體，以樹(shù)脂、碳質(zhì)、金屬、陶瓷等為基體所形成的復(fù)合材料，在結(jié)合增強(qiáng)體與基體優(yōu)異性能的同時(shí)，應(yīng)用范圍更加廣泛。1.1碳纖維性能優(yōu)異，PAN基碳纖維占據(jù)主流地位碳纖維：“新材料之王”。碳纖維（CarbonFiber）是由聚丙烯腈（PAN）等有機(jī)纖維在1000~3000℃高溫的惰性氣體氛圍中經(jīng)氧化碳化后制成的，含碳量在90%以上的無(wú)機(jī)高分子纖維，是目前可以獲得的最輕的無(wú)機(jī)材料之一。碳纖維的比強(qiáng)度和比模量等力學(xué)性能優(yōu)異，且具有低密度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、抗疲勞、高震動(dòng)衰減性、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性、低熱膨脹系數(shù)、高電磁屏蔽性等特點(diǎn)，其易加工、可設(shè)計(jì)的性能使其廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、能源、體育用品、汽車(chē)工業(yè)、軌道交通和建筑補(bǔ)強(qiáng)等領(lǐng)域，是國(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可或缺的戰(zhàn)略新興材料，被譽(yù)為“新材料之王”。按照原料不同，碳纖維可分為PAN基、粘膠基、瀝青基碳纖維。按照原材料不同，碳纖維主要分為粘膠基（纖維素基、人造絲基）、瀝青基（各向同性、中間相）和聚丙烯腈（PAN）基三大類(lèi)。目前以聚丙烯腈為原料制成的PAN基碳纖維占據(jù)主流地位，產(chǎn)量占碳纖維總量的90%以上，如無(wú)特殊說(shuō)明，本文所指碳纖維皆為PAN基碳纖維。按照絲束大小，碳纖維可分為大絲束和小絲束碳纖維。一般按照碳纖維中單絲根數(shù)與1000的比值命名，如12K指單束碳纖維中含有12000根單絲的碳纖維。通常將24K及以下的碳纖維稱(chēng)為小絲束碳纖維，初期以1K、3K、6K為主，后逐漸發(fā)展為12K和24K，主要應(yīng)用于國(guó)防軍工等高科技領(lǐng)域以及體育休閑用品。通常將48K以上碳纖維稱(chēng)為大絲束碳纖維，包括48K、60K、80K等（部分領(lǐng)域25K也可稱(chēng)為大絲束），主要應(yīng)用于能源、交運(yùn)、建筑等工業(yè)領(lǐng)域。按照力學(xué)性能，碳纖維可分為通用型和高性能型碳纖維。業(yè)內(nèi)通常采用日本東麗（TORAY）公司分類(lèi)法，按照拉伸強(qiáng)度及模量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)。其中通用型碳纖維強(qiáng)度為1000MPa、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa以上）和高模型（模量300GPa以上）和高強(qiáng)高模型等（強(qiáng)度4000MPa以上、模量300GPa以上）。1.2碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈涉及較多工藝，復(fù)合材料應(yīng)用廣泛碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈從上游原油開(kāi)始，延伸到終端軍工、民用等各項(xiàng)應(yīng)用：原油經(jīng)過(guò)煉制、裂解及氨氧化得到丙烯腈；丙烯腈經(jīng)聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲；再經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、碳化后得到PAN基碳纖維；碳纖維中加入樹(shù)脂、上漿劑等形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型加工工藝得到滿足不同下游需求的最終產(chǎn)品以碳纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料性能更優(yōu)，應(yīng)用更廣。復(fù)合材料通常由基體和增強(qiáng)體通過(guò)一系列反應(yīng)生成，除具有各材料組分自身獨(dú)有的性能外，還因?yàn)椴煌牧辖M分的界面結(jié)合效應(yīng)使之具有更優(yōu)異的綜合性能。碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，但作為結(jié)構(gòu)材料很少單獨(dú)使用，一般是經(jīng)過(guò)深加工制成編織布等中間產(chǎn)物或者作為增強(qiáng)體加工成復(fù)合材料再進(jìn)行使用。碳纖維作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，根據(jù)不同性能要求和使用目的可以選用不同的基體材料，其中碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料CFRP是應(yīng)用最廣泛的碳纖維復(fù)合材料（碳纖維含量約65%），其在全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)中的消費(fèi)占比超過(guò)80%。二、軍民兩用優(yōu)異材料，驅(qū)動(dòng)碳纖維需求持續(xù)走高碳纖維本身具備低比重、高強(qiáng)度的優(yōu)異屬性，與其他材料復(fù)合制成的碳纖維復(fù)合材料具有高強(qiáng)輕量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞等特點(diǎn)，因此在誕生之初便作為戰(zhàn)略性物資應(yīng)用于國(guó)防、航空航天等軍用行業(yè)。之后隨著商業(yè)化的順利推進(jìn)及成本的不斷降低，碳纖維優(yōu)異屬性被廣泛認(rèn)知，應(yīng)用范圍持續(xù)拓寬，并逐步在民用領(lǐng)域大放光彩，成為軍民兩用的優(yōu)異新材料品種。2.1全球碳纖維需求持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)結(jié)構(gòu)性差異蘊(yùn)含機(jī)遇2.1.1全球碳纖維需求以風(fēng)電葉片、航空航天、體育及汽車(chē)為主全球碳纖維需求量穩(wěn)步增長(zhǎng)，未來(lái)仍將處于高速增長(zhǎng)期。過(guò)去10余年間，隨著碳纖維下游應(yīng)用滲透率的提升，全球碳纖維需求量穩(wěn)步增長(zhǎng)，2019年全球碳纖維需求量首次突破10萬(wàn)噸，相較2008年CAGR達(dá)10%。2020年受疫情影響下游航空業(yè)受損明顯，但其他產(chǎn)業(yè)需求旺盛，全年需求量仍較19年同比提升3%達(dá)到10.7萬(wàn)噸，據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)預(yù)測(cè)，2025年全球碳纖維需求量有望達(dá)到20萬(wàn)噸，5年CAGR將達(dá)13.3%，未來(lái)或?qū)⒊掷m(xù)處于高速增長(zhǎng)期。風(fēng)電葉片、航空航天、體育及汽車(chē)為全球碳纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域。全球范圍來(lái)看，碳纖維下游應(yīng)用較為分散，各產(chǎn)業(yè)應(yīng)用蓬勃發(fā)展，風(fēng)電葉片、航空航天、體育及汽車(chē)為主要應(yīng)用領(lǐng)域。按用量計(jì)，風(fēng)電葉片近年來(lái)快速發(fā)展，現(xiàn)已成為全球第一大碳纖維消費(fèi)市場(chǎng)，2020年需求量3.06萬(wàn)噸占比29%，航空航天、體育休閑及汽車(chē)分別占比15%、14%和12%。值得關(guān)注的是，若以金額計(jì)，航空航天產(chǎn)業(yè)以9.87億美元排名第一，占比高達(dá)38%，體現(xiàn)出航空航天領(lǐng)域碳纖維產(chǎn)品的高產(chǎn)值，而風(fēng)電葉片雖用量大，但其使用的碳纖維是低成本的大絲束產(chǎn)品，因此金額計(jì)占比僅約16%。航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品具備高附加值，大絲束產(chǎn)品份額持續(xù)提升。上文提到，小絲束碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格且難度大，生產(chǎn)成本較高，故多用于航空航天等高科技及高附加值領(lǐng)域，航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品單價(jià)約60美元/噸。而大絲束產(chǎn)品性能相對(duì)遜色但勝在生產(chǎn)成本低，以風(fēng)電葉片為代表的碳纖維產(chǎn)品單價(jià)低至14美元/kg，因此在風(fēng)電、電纜等基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域需求旺盛，2020年大絲束產(chǎn)品需求占比約45%，較2019年提高2個(gè)PCT。未來(lái)在風(fēng)電領(lǐng)域高景氣疊加對(duì)部分小絲束產(chǎn)品替代的推動(dòng)下，大絲束產(chǎn)品份額有望進(jìn)一步提升。2.1.2我國(guó)碳纖維需求存在結(jié)構(gòu)性改善機(jī)遇我國(guó)碳纖維行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，需求增長(zhǎng)顯著。我國(guó)碳纖維行業(yè)目前已逐漸步入快速發(fā)展期，相關(guān)能源產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯，在“雙碳”政策目標(biāo)指引下，風(fēng)電、光伏、氫能等產(chǎn)業(yè)有望迎來(lái)加速發(fā)展，碳纖維市場(chǎng)空間廣闊。根據(jù)賽奧碳纖維數(shù)據(jù)，我國(guó)碳纖維需求從2008年的0.8萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2020年的4.9萬(wàn)噸，期間CAGR高達(dá)16%，明顯高于同期全球增速。此外，我國(guó)碳纖維需求總量全球占比也在不斷提高，2020年達(dá)到45.7%，較2008年提升近23個(gè)PCT。預(yù)計(jì)到2025年，我國(guó)碳纖維需求量將達(dá)15萬(wàn)噸，5年CAGR達(dá)25%。風(fēng)電葉片、體育為我國(guó)碳纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域，需求結(jié)構(gòu)差異蘊(yùn)含機(jī)遇。受益于下游風(fēng)電領(lǐng)域需求拉動(dòng)，風(fēng)電葉片已超過(guò)體育休閑位列我國(guó)第一大碳纖維消費(fèi)市場(chǎng)，2020年需求占比41%。相較于全球碳纖維需求分布領(lǐng)域的多點(diǎn)開(kāi)花，我國(guó)碳纖維需求分布集中于中低端領(lǐng)域，風(fēng)電葉片與體育休閑合計(jì)占比達(dá)71%，當(dāng)前民用需求領(lǐng)域具備更強(qiáng)的成長(zhǎng)性，而航空航天、汽車(chē)、電子電氣等高端領(lǐng)域需求合計(jì)占比不足10%，結(jié)構(gòu)性差異明顯。未來(lái)伴隨我國(guó)碳纖維產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化率以及產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)能力的進(jìn)一步提升，碳纖維需求結(jié)構(gòu)將逐步向全球范圍更成熟且附加值更高的消費(fèi)結(jié)構(gòu)靠攏，相關(guān)高端產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域蘊(yùn)含轉(zhuǎn)型發(fā)展機(jī)遇，未來(lái)航空航天、風(fēng)電葉片、汽車(chē)等領(lǐng)域有望成為國(guó)內(nèi)最大的需求增長(zhǎng)點(diǎn)。2.2始于軍用，先進(jìn)材料應(yīng)用方興未艾一代材料造就一代裝備，碳纖維復(fù)材驅(qū)動(dòng)航天事業(yè)發(fā)展。航天事業(yè)的發(fā)展,與機(jī)體材料、結(jié)構(gòu)材料、發(fā)動(dòng)機(jī)材料以及各類(lèi)組件材料的創(chuàng)新化應(yīng)用密不可分，使用先進(jìn)材料,是實(shí)現(xiàn)航天器材高性能、輕量化、長(zhǎng)壽命、低成本的重要保障。碳纖維復(fù)合材料作為先進(jìn)材料的典型代表，貫穿整個(gè)先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展歷程，是目前航天器結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍最廣、技術(shù)成熟度最高的先進(jìn)材料，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)輕量化、多功能化的關(guān)鍵材料。目前航天器結(jié)構(gòu)用碳纖維以高強(qiáng)高模PAN基碳纖維為主，樹(shù)脂基體已逐步采用耐熱性更好、吸濕率更低、尺寸穩(wěn)定性更高的高性能氰酸酯來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)氧樹(shù)脂。與其他航空航天金屬?gòu)?fù)材相比，碳纖維復(fù)材擁有更高的比強(qiáng)度、比模量以及更輕的重量，同時(shí)碳纖維復(fù)材的耐高溫性非常好，機(jī)件在使用過(guò)程中能夠承受溫度交變的影響而不產(chǎn)生材料性質(zhì)變化，為碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。將碳纖維先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)：（1）裝備大幅度減重，降低能耗的同時(shí)可增加有效載荷，且由于零件和緊固件較少，裝配成本進(jìn)一步降低；（2）優(yōu)異的力學(xué)性能；（3）具備在高低溫環(huán)境下以及腐蝕性介質(zhì)中的尺寸穩(wěn)定性；（4）材料結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化；（5）可滿足不同的性能需求，如電磁屏蔽、熱燒蝕防護(hù)等。碳纖維復(fù)合材料經(jīng)歷飛機(jī)承力部件應(yīng)用變遷。航空飛行器長(zhǎng)期的發(fā)展目標(biāo)是：輕量化、高可靠性、長(zhǎng)壽命、高效能。碳纖維復(fù)合材料憑借優(yōu)異的高模輕量、耐高溫性、抗疲勞性及阻燃性等特點(diǎn)，不斷滿足航空領(lǐng)域涌現(xiàn)的材料升級(jí)需求。碳纖維復(fù)合材料作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件材料可使結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕30％~40％，其應(yīng)用已從最初的前機(jī)身段、機(jī)翼外翼、整流壁板等次承力結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展到當(dāng)今的機(jī)翼、機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)。采用碳纖維復(fù)合材料不僅可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件輕量化和設(shè)計(jì)自由化，還可在實(shí)現(xiàn)整體成型的基礎(chǔ)上減少零件數(shù)量（零件使用減少61.5%，緊固件使用減少61.3%），降低生產(chǎn)裝配成本，并進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。碳纖維及復(fù)合材料對(duì)軍用飛機(jī)性能提升顯著。為滿足新一代戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)高機(jī)動(dòng)性、超音速巡航及隱身的需求，軍用戰(zhàn)斗機(jī)于80年代開(kāi)始大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。通過(guò)在軍機(jī)主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)以及特殊部位等方面的應(yīng)用，碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)減重和功能化應(yīng)用能夠給軍用飛機(jī)帶來(lái)機(jī)動(dòng)性、作戰(zhàn)半徑、滯空時(shí)間、飛行速度等眾多指標(biāo)的提升。對(duì)于現(xiàn)代軍機(jī)而言，應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料帶來(lái)的性能提升至關(guān)重要。軍用航空領(lǐng)域?qū)μ祭w維的應(yīng)用領(lǐng)先于民航領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料作為新一代國(guó)防裝備的戰(zhàn)略基礎(chǔ)材料，加速發(fā)展相關(guān)的技術(shù)及應(yīng)用是提升國(guó)防實(shí)力、保持軍事地位的重要前提，因此碳纖維在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展均領(lǐng)先于民用航空領(lǐng)域。同時(shí)，伴隨生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品性能的持續(xù)提升，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，并進(jìn)一步延伸至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等軍用航空應(yīng)用領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料用量已成為衡量軍用裝備先進(jìn)性的重要標(biāo)志，未來(lái)我國(guó)軍用航空領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求驅(qū)動(dòng)主要來(lái)自?xún)纱蠓矫妫海ㄒ唬┪覈?guó)軍用飛機(jī)數(shù)量及更新?lián)Q代需求提速；（二）單機(jī)碳纖維復(fù)合材料的使用比例持續(xù)提升。據(jù)FlightGlobal，目前我國(guó)有約60%的軍用飛機(jī)面臨退役，戰(zhàn)斗機(jī)將進(jìn)行快速更新?lián)Q代，以三代、四代戰(zhàn)斗機(jī)為標(biāo)志的新一代空戰(zhàn)力量將逐步占據(jù)主流，新機(jī)型批量生產(chǎn)有望加速。由于碳纖維復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)輕量化中無(wú)可替代的材料性能，其在戰(zhàn)斗機(jī)上的用量持續(xù)提升。上世紀(jì)70年代初，美國(guó)第三代戰(zhàn)斗機(jī)F14A上的碳纖維復(fù)合材料的用量占比僅有1%，至2000年第四代戰(zhàn)斗機(jī)F35的碳纖維復(fù)合材料用量占比已提高至36%，在最新一代歐洲臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)的占比更是達(dá)到70%，碳纖維復(fù)合材料的用量已經(jīng)成為衡量軍用裝備先進(jìn)性和可靠性的重要標(biāo)志。未來(lái)伴隨我國(guó)新型戰(zhàn)機(jī)的換代升級(jí)加速，單機(jī)碳纖維復(fù)合材料的使用比例有望持續(xù)提升。2.3強(qiáng)于民用，多點(diǎn)開(kāi)花打開(kāi)廣闊空間2.3.1風(fēng)電領(lǐng)域：“海風(fēng)徐來(lái)”，葉片大型化趨勢(shì)如火如荼全球碳中和推動(dòng)風(fēng)電裝機(jī)逐年走高，海上風(fēng)電增速將領(lǐng)先于陸風(fēng)。碳中和目前已成為全球共識(shí)，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)相繼出臺(tái)能源轉(zhuǎn)型時(shí)間表，意圖在新一輪的能源革命中占得先機(jī)。風(fēng)能作為一種取之不盡、環(huán)保清潔的能源擁有無(wú)可比擬的生命力與發(fā)展?jié)撃?，在?dāng)前全球碳中和的合力推動(dòng)下，風(fēng)電裝機(jī)熱度逐年走高，2020年實(shí)現(xiàn)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)量743GW，十年CAGR達(dá)14%。2020年全球新增風(fēng)電裝機(jī)量93GW，其中陸上風(fēng)電占比93%，海上風(fēng)電占比約7%?？紤]到全球各國(guó)能源轉(zhuǎn)型的緊迫性以及在風(fēng)電領(lǐng)域持續(xù)的資金、政策加碼，全球風(fēng)電裝機(jī)量在“搶裝潮”退去后仍有望保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)GWEC，2025年全球新增風(fēng)電裝機(jī)量預(yù)計(jì)將突破112GW，其中海上風(fēng)電占比將超21%，未來(lái)4年海風(fēng)新增裝機(jī)量復(fù)合增速（21%）將顯著領(lǐng)先于陸風(fēng)（4%）。中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)貢獻(xiàn)主要增量。我國(guó)于2020、2021年分別經(jīng)歷陸上、海上風(fēng)電“搶裝潮”

后，預(yù)計(jì)后續(xù)風(fēng)電裝機(jī)量增長(zhǎng)將逐步回歸正常水平。我國(guó)歷年新增風(fēng)電裝機(jī)量約占全球同期新增裝機(jī)量的40%-50%左右，2020年更是高達(dá)70%以上，為全球風(fēng)電增長(zhǎng)的主要貢獻(xiàn)力量。2020年中國(guó)新增裝機(jī)量72GW，實(shí)現(xiàn)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)量282GW，近十年CAGR高達(dá)25%。海上風(fēng)電資源稟賦顯著，風(fēng)電開(kāi)發(fā)重點(diǎn)逐漸向海上風(fēng)電轉(zhuǎn)移。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電具有十分突出的資源稟賦：1、海上風(fēng)能資源更加豐富，平均風(fēng)速比陸上風(fēng)速高約20%，平均空氣密度更高，發(fā)電效率更高。2、不占用陸地資源，遠(yuǎn)離居住地，受噪音、電磁波等問(wèn)題限制少。3、處于用電需求更大的沿海地區(qū)，供電成本更低。全球主要國(guó)家和地區(qū)相繼出臺(tái)系列政策推動(dòng)海上風(fēng)電發(fā)展，2030年前海上風(fēng)電裝機(jī)量將持續(xù)增長(zhǎng)。制約海上風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題在于成本，降本的關(guān)鍵舉措在于單機(jī)容量大型化。海上風(fēng)電建設(shè)成本主要包括風(fēng)電機(jī)組、電力設(shè)施、安裝工程、地質(zhì)勘查費(fèi)用、海上樁基和財(cái)務(wù)費(fèi)用，其中風(fēng)電機(jī)組和安裝工程占比最大，合計(jì)超過(guò)52%。根據(jù)《平價(jià)時(shí)代風(fēng)電項(xiàng)目投資特點(diǎn)與趨勢(shì)》，在同等裝機(jī)規(guī)模下，當(dāng)單機(jī)容量由2WM升高至4.5WM時(shí)，項(xiàng)目成本逐漸降低，其中，當(dāng)容量高于3WM時(shí)，成本將顯著降低。在給定100MW項(xiàng)目容量下，在單機(jī)容量由2WM升高至4.5MW的過(guò)程中，靜態(tài)投資由6449元/千瓦下降到5517元/千瓦；LCOE由0.3451元/千瓦時(shí)下降到0.2983元/千瓦時(shí)。單機(jī)容量的大型化之所以能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低，一方面在于全壽命周期風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量隨著單機(jī)容量的提升而增加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)度電成本的降低。另一方面，在同等項(xiàng)目規(guī)模下，隨著單機(jī)容量的提高，在風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)減少所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益影響下，風(fēng)電機(jī)組的單瓦制造成本不斷下降。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，海上風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量將不斷提高以實(shí)現(xiàn)降本增效，且在成本因素推動(dòng)下，海上風(fēng)機(jī)的單機(jī)容量將較陸上風(fēng)機(jī)表現(xiàn)出更加明顯的擴(kuò)容趨勢(shì)。根據(jù)GWEC預(yù)測(cè)，到2025年海上風(fēng)機(jī)平均單機(jī)容量將達(dá)到15-17MW。單機(jī)容量大型化帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片大型化。風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的提升對(duì)配套的葉輪直徑提出了要求，額定功率達(dá)到10MW的風(fēng)機(jī)要求配套具有200m以上風(fēng)能直徑的風(fēng)機(jī)，過(guò)短的葉片無(wú)法發(fā)揮大功率機(jī)組的性能優(yōu)勢(shì)，相同風(fēng)場(chǎng)下，掃風(fēng)面積隨風(fēng)機(jī)葉片直徑的增加而提升，進(jìn)而提高了相應(yīng)的風(fēng)機(jī)發(fā)電效率。目前全球風(fēng)機(jī)最大風(fēng)輪直徑已經(jīng)從2010年的90m提升至2021年的220m，預(yù)計(jì)到2030年時(shí)最大風(fēng)輪直徑能夠達(dá)到230-250m。我國(guó)新增風(fēng)機(jī)平均單機(jī)容量從2008年的1214KW提升到了2019年的2453KW，相應(yīng)的風(fēng)輪直徑也已由2008年的65m增加至2018年的120m。未來(lái)單機(jī)裝機(jī)容量的不斷上升將加速風(fēng)機(jī)葉片大型化的趨勢(shì)，葉片的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在長(zhǎng)度更長(zhǎng)、成本更低，材料更輕、強(qiáng)度更高等。風(fēng)機(jī)葉片大型化進(jìn)程加快，碳纖維滲透率有望持續(xù)提升。玻璃纖維憑借其耐腐蝕性能優(yōu)異、強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性好以及性?xún)r(jià)比等優(yōu)勢(shì)，成為此前風(fēng)機(jī)葉片的主流材料，然而隨著葉片長(zhǎng)度的增加，其質(zhì)量將發(fā)生指數(shù)性上升。在當(dāng)前葉片大型化的趨勢(shì)下，若依然使用玻璃纖維，其質(zhì)量的大幅增加將帶來(lái)風(fēng)機(jī)發(fā)電效率和力學(xué)性能的衰退，特別是在環(huán)境惡劣的海上，若使用過(guò)重的葉片將造成風(fēng)機(jī)壽命的降低。同時(shí)碳纖維有著更高的彈性模量，進(jìn)而減小了超大葉片在強(qiáng)風(fēng)載下發(fā)生撓曲而擊中支柱的可能性。碳纖維主要以拉擠板形式應(yīng)用于風(fēng)電葉片主梁。與玻璃纖維相比，碳纖維的密度比玻璃纖維小約30%，風(fēng)電巨頭Vestas生產(chǎn)的V-90型3.0MW風(fēng)機(jī)葉片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較玻璃纖維減重32%、降