《国务院关于印发2030 年前碳达峰行动方案的通知》里行动方案中“重点任务”指出，全方面推进风电、太阳能发电大规模开发和高水平质量的发展，坚持集中式与分布式并举，加快建设风电和光伏发电基地。加快智能光伏产业创新升级和特色应用，创新“光伏+”模式，推进光伏发电多元布局。坚持陆海并重，推动风电协调加快速度进行发展，完善海上风电产业链，鼓励建设海上风电基地。积极发展太阳能光热发电，推动建立光热发电与光伏发电、风电互补调节的风光热综合可再次生产的能源发电基地。到2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。

  在当前全球碳中和的合力推动下，风电装机热度逐年走高，2020年实现累计风电装机量743GW，十年CAGR达14%。我国历年新增风电装机量约占全球同期新增装机量的 40%-50%左右，2020年更是高达70%以上，近十年CAGR高达 25%，为全球风电增长的主要贡献力量。

  单机容量大型化带动风机叶片大型化。额定功率达到10MW的风机要求配套具有200m以上风能直径的风机，相同风场下，扫风面积随风机叶片直径的增加而提升，进而提高了相应的风机发电效率。全球风机最大风轮直径已经从2010 年的90m提升至2021年的220m，预计到2030年时最大风轮直径能达到230-250m。未来单机装机容量的一直上升将加速风机叶片大型化的趋势，叶片的发展的新趋势大多数表现在长度更长、成本更低，材料更轻、强度更高等。

  风机叶片大型化进程加快，碳纤维渗透率有望持续提升。玻璃纤维凭借其耐腐蚀和抗老化性能优异、强度高、可设计性好以及性价比等优势，成为此前风机叶片的主流材料，然而随着叶片长度的增加，其质量将发生指数性上升。在当前叶片大型化的趋势下，若依然使用玻璃纤维， 其质量的大幅度的增加将带来风机发电效率和力学性能的衰退，特别是在环境恶劣的海上，若使用过重的叶片将造成风机寿命的降低。同时碳纤维有着更高的弹性模量，进而减小了超大叶片在强风载下发生挠曲而击中支柱的可能性。通过采用气动效率更加高的薄翼型和增加叶片长度，能提高风能利用率和年发电量，更轻质将大大减小桩基、塔筒的载荷以及机组的质量，也将使得考虑安装运输和其他材料用量在内的综合成本降低。

  随着低速风机和海上风机的持续不断的发展，叶片长度的持续不断的增加，当前风轮直径已突破125m，重量达18 吨，未来正朝着长度为150m、250m 的大型风电叶片前进。在满足刚度和强度的前提下，碳纤维比玻璃钢叶片质量轻 30%以上。当风力机超过3MW、叶片长度超过40米时，碳纤维叶片的优势已明显高于一般的玻璃钢复合材料所制造的扇叶。

  在风电领域，目前中国是全球最大的风电市场，风电市场体量大、发展快。2021年全球风电领域碳纤维市场规模达 5.54 亿美元，其中中国为 3.78 亿美元， 占比达 68.2%；全球需求量开始上涨7.84%，我国增长12.5%。由于运行效率高，碳纤维复合材料正被风电机组制造商广泛采用。

  在2015年前，碳纤维主梁主要是将价格较高的小丝束碳纤维通过成本更高的预浸料或真空灌注成型工艺来制备，使用的碳纤维平均价格为 23 美元/kg；而从2016年开始，风电巨头Vestas开始运用拉挤工艺生产主梁，这种成型工艺将此前使用的小丝束碳纤维替换为成本只有其50%-60%的大丝束碳纤维，同时将主梁主体受力部分拆分成标准件再一次组装成型，极大的提高了生产加工效率，使得碳纤维叶片的成本进一步降低。

  Vestas生产的V-90 型 3.0MW 风机叶片已经实现了较玻璃纤维减重32%、降本16%的效果。根据美国 Sandia 实验室数据，将 100 米长的风电叶片主梁由玻纤替换为碳纤维后，碳纤维在叶片中的质量占比约12.4%，叶片总重下降幅度达28%， 而材料成本仅提升约9%（风电用碳纤维价格约15美元/kg）。使用碳纤维的平均价格降低使得风电叶片碳纤维复合材料制品价格大大降价，风电叶片碳纤维用量急剧增长。

  参考2020年北京国际风能大会上联合发布的《风能北京宣言》，“十四五”期间将保证年均新增装机50GW（5000万kW）以上，2025年后中国风电年均新增装机容量不低于60GW，到2030年中国风电装机总量达到800GW， 到2060年至少达到3000GW。而随着风机大型化趋势的加速，未来待装风机（尤其以海风为主）的平均装机瓦数与叶片长度将持续提升，碳纤维风电应用渗透率有望实现快速突破。

  此前受制于碳纤维高昂的成本，碳纤维在风电叶片中的使用程度较低，未来随着风机叶片大型化的趋势加快，叠加大丝束碳纤维在民用领域成本的逐步降低，碳纤维在风电叶片领域的渗透率将持续提升。

  2020年全球风电叶片碳纤维用量约3.1万吨，维斯塔斯提供了80%以上的市场占有率，其中约90%用于叶片主梁。据Sandia数据，2021年8-10MW风机使用碳纤维叶片的比例达到43%，而10MW以上风机渗透率达100%。2021年的风电装机总量是3万台，如果全部都能使用拉挤工艺，要使用到12-15万吨碳纤维，将超过2021年全球碳纤维的整体市场规模。

  测算1：2025年我国国内风电碳纤维需求有望达到5.6万吨，2021-2025 年CAGR可达59%，对应市场空间约56亿元，而全球风电叶片碳纤维需求有望于2025年达到10.6万吨。

  测算2：假设 2021-2025 年我国陆上新增风电装机量的 CAGR 为10%， 假设 2021-2025 年陆上风电和海上风电的平均单机容量的 CAGR 与 2017-2020 年平均单机容量的 CAGR 一致。目前碳纤维主要使用在在风机叶片的主梁结构，而主梁会采用碳纤维/玻璃纤维混合的方式实现性价比最大化，因假设碳纤维的重量占主梁总重的 60%。风机主梁结构质量超过叶片质量的一半，这里按 50%计算，预计2025年我国风电领域碳纤维的需求量将达 6.06 万吨。

  测算3：根据广东奥赛预测，2025年全球风电领域碳纤维需求将达到9.34万吨，年均复合增速将达到25%。

  2018 年我国生产风电叶片用碳纤维所用 8000 吨全部依赖进口，且客户大多在国外，2019 年则有 1000 吨来自国内供应商，实现了零的突破。2020 年，风电领域用的碳丝大约 85%依赖进口。风电叶片用碳纤维主要以国内外 T300 级 24K、48K、50K 等产品为主。海外主要是东丽旗下卓尔泰克（美国+墨西哥+匈牙利）、日本三菱、德国西格里以及台塑、土耳其 Dowaksa，国内的蓝星及碳谷+宝旌的产品也基本能够很好的满足下游客户的需求。随着其他风电企业对碳纤维复合材料的应用开发，风电行业对碳纤维的需求可能会成倍增长。

  Vestas在风电领域创新性的使用大丝束碳纤维促进了风电领域碳纤维需求的迅速增加，实现了碳纤维在风机叶片的规模化应用，其他国际巨头，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。由于存在VESTAS对其挤板粘接梁帽的低成本复材技术专利保护，中国现有的预浸料铺放技术或织物灌注技术在成本上难以追赶，毛利率提升空间存在限制，因此国内风电企业还没形成碳纤维叶片的规模化量产。

  2021 年风电装机报价的一下子就下降叠加原材料成本上升挤压了风电产业链的利润，使得维斯塔斯及国内外众多计划采用碳纤维的企业的需求有所放缓。维斯塔斯风电叶片用碳梁部分交由国内的供应商光威复材和江苏澳盛加工，有效带动了国内风电领域碳纤维需求，但目前国内碳梁加工仍处于风电大丝束进口约 85%，碳梁出口约 85%这种两头在外的局面。

  维斯塔斯的这项专利将于2022年7月到期，目前国内部分厂商已在新叶型上完成拉挤碳梁试制应用，风电叶片厂家如金风科技，明阳智能等也同时积极研发相应技术，远景风电慢慢的开始用拉挤板制作样机。后续专利保护期一旦结束，将会有更多的厂商使用此项技术生产碳纤维主梁，届时碳纤维在风电叶片领域的渗透率将进一步提升。

  【市场观察】一文详解2021-2025年全球风电叶片与汽车工业用碳纤维的市场规模及发展的新趋势