绿色低碳发展下碳纤维市场机遇分析

一、引言

在应对气候变化和实现可持续发展的全球议程中，能源行业正在经历前所未有的转型。随着国际社会对减少温室气体排放的共识日益增强，传统的以化石燃料为主的能源结构正逐步向低碳、绿色能源转变。这一趋势不仅促进了新能源技术的快速发展，如风能、太阳能等，也加速了能源消费模式的创新。双碳指标的提出，即实现碳达峰和碳中和，更是将能源行业的发展推向了一个新的里程碑。在这样的背景下，能源属性从传统的资源属性逐渐转变为制造属性的观点应运而生，预示着未来能源供应将更加依赖于制造能力和技术水平，从而实现对能源自主控制和供应安全的提升。 政策环境在推动这一转变中扮演着至关重要的角色。例如，《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》和《“十四五”可再生能源发展规划》等政策文件，不仅明确了碳达峰和碳中和的时间节点，也提出了具体的技术创新和发展目标。这些政策旨在通过支持能源绿色低碳转型、城乡建设与交通的低碳发展、前沿和颠覆性低碳技术的研发，以及低碳技术示范应用等措施，促进可再生能源的大规模开发和应用。在这一系列政策的推动下，可再生能源发电目标的设立以及在全社会用电量中占比的提高，标志着中国能源行业在实现绿色低碳转型方面迈出了坚实的步伐，为全球能源结构的转型提供了宝贵经验。

双碳指标下，能源属性将逐渐从资源属性转变为制造属性，意味着随着技术水平的发展和制造业能力的增长，以后的能源问题，我们有望彻底摆脱国际依赖和威胁，需要多少制造多少。

在全球范围内，风电行业正处于快速发展之中，其中风机机组的大型化趋势尤为显著。随着叶片长度的不断增加，对材料的强度和刚度提出了更高的要求，这不仅对风电行业的技术进步推动巨大，也为材料科学的发展带来了新的挑战。碳纤维，以其轻质高强的特性，成为解决这一问题的关键材料。它不仅能有效降低运输和吊装成本，还能通过减少扰度和使机翼部分更薄来提高风能利用率。此外，碳纤维的使用还能提高叶片的抗疲劳性能，制造适用于低风速环境的叶片，利用其导电性能避免雷击，以及具备良好的振动阻尼特性。

碳纤维在风电叶片中的应用得到了进一步的推广，部分归功于斯塔斯的碳纤维叶片核心专利——拉挤工艺的到期。这一工艺的普及，极大地促进了风电叶片用碳纤维成本的下降，进而推动了风电行业对碳纤维需求的增长。全球风能理事会（GWEC）的分析指出，在2022年之后，全球快速调整的政策环境为风电行业未来几年的加速发展奠定了基础。预计未来五年内，全球平均每年风电新增装机量将达到136吉瓦，实现15%的复合增长率，这对碳纤维等关键材料的需求预示着巨大的增长空间。

同时，赛奥分析预测，经过2022年的低谷期，风电叶片碳纤维市场从2023年开始将逐步复苏，到2025年，全球风电碳纤维用量预计将达到五万两千余吨。这一预测不仅反映了碳纤维材料在风电行业中日益增长的应用前景，也体现了风电作为一种清洁能源在全球能源结构转型中扮演的重要角色。随着技术的不断进步和政策的有力支持，风电行业的发展将进一步推动能源的绿色低碳转型，为实现全球气候目标贡献重要力量。

在光伏行业，随着大硅片技术的持续进步和规模化应用，生产过程中的热管理成为了重要的技术挑战之一。传统的石墨材料虽然在一定程度上满足了行业需求，但随着拉晶炉和热场尺寸的不断扩大，对材料的性能提出了更高的要求。在这样的背景下，碳碳复合材料（C/C复合材料）因其卓越的性能，逐渐成为热管理领域的重要材料。

碳碳复合材料是一种以碳纤维为增强材料，碳素为基体的复合材料。这种材料经过特殊的加工和碳化处理，拥有低密度、高强度、高导热性、低膨胀系数以及出色的抗烧蚀性和抗热冲击性能。这些性能使其在极端高温和高压环境下表现出良好的稳定性，非常适合用于光伏生产中的热场部件。

随着光伏产业的发展，热场尺寸的升级成为了一个不可避免的趋势。当前，从32寸向36寸热场的升级已经成为行业的主流方向，这意味着新的热场将比32寸的体积和重量增加约42%。这样的尺寸和重量的增加，不仅对热场部件的结构强度提出了更高的要求，也增加了安装和运输过程中的风险。因此，寻找一种能够满足这些新需求的材料变得尤为重要。

在这样的背景下，碳碳复合材料以其独特的性能，成为了解决上述问题的理想选择。这种材料不仅能够提供足够的结构强度来支撑更大尺寸的热场，还能通过其优异的导热性和低膨胀系数，保证热场在高温环境下的稳定性和效率。

赛奥的预测显示，到2025年，全球碳碳复合材料中碳纤维的需求总量将达到15552吨，预计复合年增长率达到20%。这一预测不仅体现了碳碳复合材料在光伏行业中的应用潜力，也反映了随着光伏技术的发展，对高性能材料需求的持续增长。

综上所述，碳碳复合材料在光伏行业中的应用前景广阔。随着技术的不断进步和产业规模的扩大，这种高性能材料将在提高光伏产业效率和降低成本中发挥越来越重要的作用。

储氢行业，随着氢能源汽车的快速发展，特别是在车用储氢瓶的技术进步方面，耐压和减重成为了关键的技术挑战。这一挑战不仅关系到安全性能的提升，也直接影响到氢能源汽车的经济性和实用性。储氢瓶作为氢能源汽车重要的组成部分，其性能优劣直接决定了氢能源汽车的市场竞争力。

从储氢密度和轻量化的角度考虑，技术和材料的创新是推动储氢瓶发展的关键。以耐压为例，高强度碳纤维材料的应用，可以有效提升储氢瓶的耐压性能，确保在高压环境下的安全储存和使用。同时，碳纤维材料的轻量化特性，也显著提高了氢能源汽车的综合性能，包括提升行驶里程和降低能耗。

根据预测，到2025年，中国氢能源汽车的保有量将达到10万辆，这将对储氢瓶的碳纤维材料需求造成巨大的推动。具体到车用储氢瓶，不论是商用车还是乘用车，碳纤维的使用量将成为影响成本和性能的关键因素。商用车和乘用车对储氢瓶的碳纤维需求量，体现了行业对高性能、低成本碳纤维材料的迫切需求。

此外，可再生能源制氢方面的发展，对储氢瓶材料的需求也将呈现快速增长。以Ⅱ型和Ⅲ型储氢瓶为例，随着氢气调峰调频渗透率的提高，碳纤维材料的需求量将大幅增加。这一趋势不仅反映了可再生能源制氢行业的发展潜力，也凸显了高性能储氢瓶材料研发的重要性。

面对这样的市场需求，技术创新和材料研发成为了行业发展的关键。一方面，通过材料科学和工程技术的进步，开发出更轻、更强、更耐用的碳纤维材料，以满足耐压和减重的需求。另一方面，探索新的储氢瓶设计和制造技术，如采用先进的缠绕技术和材料处理工艺，进一步提高储氢瓶的性能和可靠性。

综上所述，随着氢能源汽车保有量的增加和可再生能源制氢的发展，储氢瓶的技术方向在于提升耐压能力和实现减重目标。这不仅要求材料的革新，也需要技术的突破，以确保储氢瓶能够在安全、经济和环保之间取得平衡，支撑氢能源汽车行业的可持续发展。

氢能瓶的技术方向：耐压和减重。它需要从储氢密度、轻量化等角度考虑，提升技术及相应材料。

三、市场机遇与挑战

面临全球能源结构转型的背景，新能源产业在推动低碳经济发展中扮演着越来越重要的角色。其中，风电、光伏和储氢行业作为新能源产业的三大支柱，正经历着前所未有的机遇与挑战。这些挑战不仅来源于技术和市场的双重压力，还包括对成本控制和材料性能的严苛要求。在这个过程中，碳纤维作为一种高性能材料，其应用进展和面临的问题，成为影响这些行业发展的重要因素。

在风电行业中，碳纤维的应用主要集中在风机叶片的大梁上，而蒙皮、叶根等结构部分依旧采用成本更低的玻璃纤维布灌注工艺。这种局限性一方面是因为碳纤维树脂浸润速度慢，影响了快速生产的需求；另一方面，受到逆全球化的影响，风机叶片的出口订单下滑，进一步抑制了碳纤维产业的发展。此外，随着国家对风电补贴的逐步退坡，高成本的拉挤碳板价格成为制约碳纤维在风电应用的主要障碍，这促使行业亟需国产低成本大丝束碳纤维的支持，以应对大叶片快速发展的需求。

光伏行业同样面临着成本和技术双重挑战。随着N型电池技术的进步和市场占比的提升，对光伏热场隔热碳材料的纯度要求越来越高。这是因为N型单晶硅片的纯度直接影响到最终产品的质量和效率，而隔热碳材料的灰分含量是影响硅片纯度的关键因素之一。加之国家补贴的退坡，对碳纤维成本的压力日益增加，这迫使光伏行业不断寻找成本更低、性能更高的碳纤维材料，以满足未来发展的需求。

储氢行业的挑战则主要集中在安全性和成本效率上。由于储氢瓶的特殊性，对碳纤维性能的稳定性提出了更高的要求。未来，随着Ⅳ型储氢瓶的发展，干法缠绕工艺将成为主流，这要求碳纤维能够适应预浸料/预浸丝工艺，以提高生产效率和产品质量。同时，储氢瓶对高性能低成本大丝束纤维的需求日益增加，这既是对材料制造商的挑战，也是储氢行业发展的重要机遇。

综上所述，风电、光伏和储氢行业在追求低碳发展的同时，面临着碳纤维应用的多重挑战。这些挑战既包括技术层面的提升，也涉及到成本控制和市场适应的能力。对于碳纤维制造商而言，这一转变不仅意味着产品性能的不断优化和创新，还需要在降低生产成本和提高生产效率方面做出努力。对于新能源行业的各个领域来说，如何有效地利用碳纤维的高性能特质，同时克服其成本高昂的缺点，是推动行业持续健康发展的关键。

面对这些挑战，行业内部正在采取一系列措施以适应市场需求的变化。在风电行业中，研发团队正致力于改进碳纤维的树脂浸润技术，以提高生产效率；同时，探索更经济的碳纤维替代材料，以降低成本。光伏行业则重点在于提高碳材料的纯度和降低生产成本，以适应N型电池技术的发展需要。而储氢行业，特别是在储氢瓶的制造上，不仅要求材料具有高性能、低成本的特性，还需要工艺上的创新，以适应未来更高安全性和经济性的要求。

随着技术的不断进步和市场需求的持续增长，新能源行业对碳纤维的需求预计将持续增加。这为碳纤维材料的生产商提供了巨大的市场机遇，但也对其提出了更高的技术和经济挑战。未来，只有那些能够在提升产品性能、降低成本和满足环保要求上取得突破的企业，才能在竞争日益激烈的新能源市场中占据一席之地。

因此，风电、光伏和储氢行业的未来发展，不仅取决于技术创新和成本控制的能力，还依赖于整个产业链的协同合作和政策环境的支持。通过加强跨行业合作、优化产业结构和完善相关政策法规，可以为这些行业提供一个更加健康和可持续发展的环境，最终推动新能源产业的长期繁荣。

四、总结与展望

在绿色低碳发展的背景下，风电、光伏和储氢行业作为新能源的重要组成部分，展现出了巨大的发展潜力和市场机遇。碳纤维作为一种高性能材料，在这些行业中的应用不断拓展，推动了技术创新和材料性能的不断提升。特别是在风电行业，碳纤维的应用得到了进一步推广，这得益于关键技术的突破和成本的下降，预示着对碳纤维需求的大幅增长 。光伏行业中，碳碳复合材料的使用也在不断增加，尤其是在热场领域，这种材料的优异性能为提升光伏产业的效率和降低成本提供了可能 。储氢行业面临的耐压和减重技术挑战，也促使碳纤维材料的创新和应用 。

展望未来，随着全球对绿色低碳发展的持续追求，风电、光伏和储氢行业的发展将进一步加速。这不仅将促进碳纤维等高性能材料的广泛应用，也将推动相关技术的不断进步和创新。在政策环境的有力支持下，以及整个产业链的协同合作，预计将为这些行业提供一个更加健康和可持续发展的环境，最终实现新能源产业的长期繁荣 。随着市场需求的持续增长和技术的不断完善，碳纤维及相关复合材料在新能源领域的应用前景将更加广阔，对于推动全球能源结构的绿色低碳转型将发挥重要作用。

参考文献

[1] 林刚.国产碳纤维何以突围——2022全球碳纤维复合材料市场报告[J].纺织科学研究,2023,(05):16-35.

[2] 易芳.中复神鹰碳纤维股份有限公司副总经理陈秋飞:深耕细作碳纤维，为国为民解难题[J].中国纺织,2023,(Z4):38-39.