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复合材料/胶粘剂 |
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能源和工业领域成就碳纤维需求快速增长 |
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| http://cn.newmaker.com
4/15/2012 1:31:00 PM
中国化工报
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2010年能源和工业用途的碳纤维需求总量已占到PAN-CF总需求量的50%以上，我们预计到2019年能源和工业领域的需求可望提高至75%，并长期推动碳纤维需求的急速前行。根据我们测算，由于风电叶片、压力容器、汽车等行业的需求快速释放，能源和工业领域的碳纤维需求量将从2011年的2.96万吨增长至2019年为10.5万吨，CAGR高达17%。
(1)CFRP在风电叶片领域快速渗透，成碳纤维最大需求端。风能是一种可以长期利用的可再生自然资源。目前，风电技术已很成熟，风力发电设备的关键部件：叶片，现多使用玻璃纤维增强材料(GFRP)制造，但是GFRP难于满足叶片尺寸加大对刚性的要求。碳纤维增强材料(CFRP)在叶片上的应用，无疑将促进风能发电产业的发展。风力发电机超过3MW、叶片长度超过40m时，在叶片制造时采用CFRP已成必然的选择。在大尺寸叶片生产中，由于材料用量、运输和安装成本等的下降，CFRP叶片的成本反而比GFRP叶片低。另外，利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效的避免雷击对叶片造成的损伤。目前，就GFRP叶片的模量和强度来说，其临界长度大约是60m，而CFRP的比强度是GFRP的2倍，比模量约是GFRP的3倍，采用CFRP叶片能有效的增加临界长度。CFRP叶片大容量风机已成为主导趋势，这点在欧洲和亚洲非常明显。
风电叶片一直是PAN-CF的一大市场，2010年以来，全球风电产业发展明显减速，而我国的风电产业已失去国家的扶持和补贴，在激烈竞争的环境下，风电企业将更多的考虑经营成本和风险，不仅要考虑每千瓦的造价，更要重视度电成本，从风电投资、风电场运营维护成本和发电量等综合考虑，长期来看，将有利于叶片的大型化和碳纤维化。随着2011年全球风电装机增速有所下滑，但是预计2019年全球将生产2.7万台风机以及8.2万片叶片，其中碳纤维增强塑料(CFRP)叶片将占全部叶片材料的7%左右，即需求量接近6.4万吨/a.2010、2019年风电所需碳纤维量分别为9990吨、64190吨，年复合增长率达到23%。
(2)碳纤维复合材料在CNG储存的增长动能极大。压缩天然气(CNG)是一种较理想的能源，具有成本低、效益高、无污染、使用安全等特点，作为汽车动力和生活燃料来源已有几十年历史。作为CNG储存容器的气瓶是CNG动力的关键部件。由于CNG汽车的逐渐推广，CNG气瓶将具有十分广阔的前景。
压力容器是个具有较大增长潜力的CFRP终端市场，特别是汽车的压缩天然气瓶(CNG)，2010年的需求量为1480t，根据我们测算到2019年有望增至11470t，将增长8倍，约占碳纤维总量的10%，年复合增长率27.4%。
(3)碳纤维复合材料在汽车领域的增长不可忽视。当前，汽车工业正面临资源和环境的严峻挑战，推进汽车轻量化以降低油耗，是汽车工业发展的主题。复合材料因具有加工能耗低、轻质高强、可设计性强、耐腐蚀、成型工艺性好等优点，成为汽车工业以塑代钢的理想材料。据数据显示，汽车用复合材料已占全球复合材料总量的23%以上，并呈逐步上升的趋势。
同时，碳纤维复合材料在电动车上的应用空间更加巨大。以BMW为例，其生产的i3是第一款主要由碳纤维材料制成的量产汽车。新型碳纤维复合材料技术的应用使得BMWi3的车身质量比传统电动车减轻了250-350kg.
汽车领域将是碳纤维复合材料最具有潜力、需求量巨大的市场之一，特别是电动汽车领域轻量化需求推动下，2010年汽车产业的碳纤维需求量为2300t，根据我们测算到2019年有望增至9300t，年复合增长率17%。
(4)其它能源和工业领域也将出现不同程度的需求增量。在能源和工业的其它领域，以电力生产和输送、石油开采为例，碳纤维复合材料都保持了不同程度的需求增量。
实现核电清洁能源的关键是核燃料的供应，一个核燃料生产工厂一般由数十万台相同的专用分离器组成，如果能够提高每个分离器的生产能力，则整个工厂的生产能力会得到极大的提高。采用全碳纤维复合材料结构的分离器，生产效率是第一代分离器的8倍多。
碳纤维在输电领域的利用，主要是用来制作成碳纤维复合材料芯铝导线(ACCC)。我国每年新增输电线路100万km，老化改造线路约20万km，并且这个数字以每年50%左右的速度递增，这为ACCC的大力推广提供了潜在的需求市场。
碳纤维复合材料由于具有模量高、强度大(钢的7-9倍)、耐腐蚀性强、易于修补、抗冲击性强、热膨胀系数和导热性低、质量轻又无浮力等诸多优点，被广泛应用于深海石油平台的结构件，如脐带管加强杆、锚链线缆、采油立管、柔性立管等上。碳纤维复合材料支撑的系缆可用于开采深度达3000m的深海作业平台，且耐腐蚀性优异，工作寿面可达25年。
我们预测核电、电力传输、石油开采等领域，每年的需求扩张基本保持在年复合增长率9%左右，是能源和工业领域的另外极大重要领域。
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