隨著綠色、可持續(xù)發(fā)展成為全球共識，新能源領域的多樣化需求持續(xù)釋放。這給碳纖維打開了廣闊的應用空間，也給碳纖維產業(yè)帶來長遠前景。

風電葉片是碳纖維的一大應用領域。《2023年全球碳纖維復合材料市場報告》（以下簡稱《報告》）顯示，2024、2025年，碳纖維在風電行業(yè)的滲透率預計分別為25%、40%，對碳纖維的需求量預計分別為1.96萬噸、3.7萬噸。

近些年，隨著大型風電葉片進入“無人區(qū)”和設計的“極限化”，風電葉片在使用高模量玻璃纖維開發(fā)中所面臨的瓶頸問題日益突出。葉片長度和重量，會隨著風機的大型化增加，因此對原材料比剛度要求不斷提升，這使玻璃纖維已難以滿足風電葉片的設計需求。而碳纖維材料因其優(yōu)異的性能，正在被大量應用于風電葉片，尤其是海上大風機葉型。

碳纖維風電葉片的應用，包括單向預浸料、單向織物、單向碳玻混編織物，以及拉擠板材。目前，海上120米以上葉型基本都采用碳纖維拉擠板材作主梁。

 

制圖 | 鐘燕京

《報告》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2023年，全球風電葉片對碳纖維的用量為2萬噸，占比為17.4%，排名第二。2020-2023年，碳纖維在風電行業(yè)的滲透率分別為3%、6%、7%、25%。

新創(chuàng)碳谷集團有限公司（以下簡稱“新創(chuàng)碳谷”）實行“材料體系-復材體系-裝備體系”一體化發(fā)展模式。在上游原材料環(huán)節(jié)，新創(chuàng)碳谷擁有6條碳纖維生產線，碳纖維總產能為1.8萬噸/年。同時，新創(chuàng)碳谷的碳纖維拉擠板等多種產品廣泛用于風電領域。新創(chuàng)碳谷技術研發(fā)中心副主任兼研發(fā)部長周培銳介紹，集團的碳纖維拉擠板材很暢銷。同時，集團較早開發(fā)風電領域應用的碳纖維導流織物。目前，集團已經實現(xiàn)穩(wěn)定、批量銷售的具有不同編織方式和規(guī)格的織物共有10余種，其中3K纖維的年需求量達400噸。

相比此前，近幾年風電葉片應用雖然一直是驅動碳纖維需求增長的重要動力，但是需求增速有所放緩。但如果從長遠發(fā)展看，風電葉片領域的需求仍存在一定潛力。

全球風能理事會發(fā)布的報告預計，2023-2027年，全球新增裝機達680GW（吉瓦），每年的裝機量預計為136GW。

以高壓儲氫瓶為典型代表的壓力容器是國產碳纖維的又一個重要應用領域，需求量近幾年大幅增長。

高壓儲氫瓶目前主要包括I型瓶、II型瓶、III型瓶和IV型瓶。碳纖維是制造儲氫瓶的關鍵原材料，其本身的成本和性能，對儲氫瓶的成本和使用性能有著很大影響。

根據(jù)相關研究，碳纖維復合材料的成本約占到儲氫瓶整體成本的60%以上。與燃油汽車相比，搭載碳纖維復合材料儲氫瓶的汽車，燃油效率改善效果顯著。通常情況下，1臺燃料電池汽車平均載有6只氣瓶，1只氣瓶大約需要40千克碳纖維。

江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司（以下簡稱“國富氫能”）是國內生產儲氫瓶的龍頭企業(yè)之一。“在2019年之前，國富氫能所用的碳纖維全部進口自日本和韓國。”國富氫能氫瓶事業(yè)部總經理成志鋼介紹，“隨著國產碳纖維技術的快速發(fā)展，目前，我國復合氣瓶領域使用的碳纖維已經基本實現(xiàn)了國產化替代。”

“2019年，我們公司與中復神鷹碳纖維股份有限公司簽定了戰(zhàn)略合作開發(fā)協(xié)議。由國富氫能給出儲氫瓶用T700級碳纖維的強度、模量指標，中復神鷹進行專項開發(fā)，該項工作取得成功。中復神鷹研發(fā)的SYT 49S-24K碳纖維的性能，在當時就已經超過了日本企業(yè)的產品水平。我們用中復神鷹的碳纖維做出來的儲氫瓶，輕于用日本企業(yè)的碳纖維做出來的儲氫瓶。我們還使用中復神鷹的SYT49S-24K碳纖維成功開發(fā)出70MPA三型儲氫瓶，這突破了三型儲氫瓶必須用T800級碳纖維才能達到合格標準的限制，還突破了國產碳纖維在70MPA儲氫瓶上的應用。”成志鋼說。

談及復合氣瓶用碳纖維的發(fā)展方向，成志鋼認為，主要包括強度更高、模量更高，提升低值，提高纏繞工藝性和線密度穩(wěn)定性，更多聚焦干噴濕紡產品和T700級產品等。

在“碳達峰、碳中和”目標下，發(fā)展氫能已經成為全球共識。可以預見，未來，隨著高壓儲氫瓶的應用更加廣泛，碳纖維在該領域的需求仍具增長潛力。