国海证券研究所请务必阅读正文后免责条款部分2022年05月27日行业研究评级：推荐(首次)研究所证券分析师：杨阳S0350521120005yangy08@ghzq.com.cn证券分析师：李永磊S0350521080004liyl03@ghzq.com.cn双碳战略推动碳纤维景气度上行，技术进步产能扩张降本可期——碳纤维行业框架报告最近一年走势相对沪深300表现表现1M3M12M化工-4.1%-13.3%3.8%沪深300-4.2%-14.2%-23.0%相关报告投资要点：◼碳纤维性能优势突出，景气度持续上行。碳纤维是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和比模量的纤维，相对玄武岩纤维、玻璃纤维等材料性能优势较大，限制应用推广的主要因素是价格。政策持续支持碳纤维行业发展，2021年来碳纤维产业政策密集出台，多省将碳纤维产业发展纳入十四五规划。2015-2021年碳纤维全球需求年均复合增速14.3%，中国需求年均复合增速24.5%。双碳战略推动碳纤维需求增长，据北极星风力发电网预计，碳纤维降低到80元/kg下游风电叶片厂商的接受度会比较高，有望迎来大规模应用。据赛奥碳纤维，东丽旗下卓尔泰克大丝束碳纤维在13美元/Kg的售价时仍有不错的毛利率，因此我们基于碳纤维未来成本下降能够满足风电大规模应用的假设，预计国内风电领域2025年碳纤维需求有望达到8.34万吨，2021-2025年CAGR达39%；碳碳复材领域2025年碳纤维需求有望达到8403吨，2021-2025年CAGR达24%；航空航天领域2025年需求有望达到3462吨，2021-2025年CAGR达15%；压力容器领域2025年需求有望达到7993吨，2021-2025年CAGR达28%；基于2021-2025年体育休闲和汽车领域碳纤维需求保持5%/8%年均复合增速，混配模成型、建筑及其他领域维持10%年均复合增速，我们预计2025年国内碳纤维需求有望达到15.9万吨，对应市场空间232亿元。◼国内碳纤维行业随技术进步已跨越低达产率阶段，头部公司大规模扩产有望重塑竞争格局。碳纤维按照标准模量和中高模量形成了两个割裂市场，中高模量面临国外技术封锁与禁售，标准模量面临国外巨头激烈竞争。碳纤维行业目前产能集中度较高，2021年CR5为57%，国际巨头进行产能扩张，韩国晓星和东丽旗下卓尔泰克分别计划于2022年与2023年扩产至0.65/2万吨。国内企业达产率从2015年的10.5%上升至2020年的51.2%，已趋近国际水平，2020年国内多家龙头企业达产率超90%，产能扩张技术条件成熟，2021年国内多家碳纤维龙头企业开启产能扩张，截至2021年底国内碳纤维企业产能合计全球占比已达30.6%。据赛奥碳纤维统计，2022-2025年国内碳纤维产能扩张计划达9万吨，考虑碳纤维工艺复杂，生产壁垒高，新建产能的产品达标周期主要由公司的系统工程能力决定，且国内绝大部分碳纤维企业均经历过长期处于试生产与稳定期产品难以达标的阶段，甚至有7年亏完所有固定资产的案例，我们更看好龙头企业扩产，基于扩产顺利同时降本速度较快能够满足风电等领域大规模应用的假设，我们预计2022-2025年碳纤维供需或较为平衡。◼规模化、技术改进、设备国产化、产业链一体化有望驱动国内碳纤维企业成本优化，竞争要素方面航空航天等高附加值领域或为性能、标准模量领域或为成本。碳纤维行业规模效应显著，产能扩张-0.2684-0.12750.01330.15420.29500.435921/521/621/721/821/921/1021/1222/122/222/322/422/5化工沪深300证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分2可有效降低单位生产成本，设备国产化及工艺改进有望带来成本端的持续优化，以风电拉挤板为例，碳纤维与复材制造一体化有望节省卷绕及放卷工序成本。目前国内航空航天等高附加值领域主要碳纤维需求有望由高强型为主升级至高强中模型为主，不同耐温级别及韧性的复合材料依赖于树脂基体研发，相应碳纤维及复合材料的竞争要素或为性能；其中碳纤维性能的关注指标主要包括拉伸强度、弹性模量、差异系数、断裂伸长率、树脂亲和性等，或与公司产品一致性、碳纤维浆料与上浆工艺、表面改性处理能力相关；对比东丽与SGL，具备高性能碳纤维复材制备能力或需具备优秀的树脂体系。标准模量碳纤维领域主要竞争要素或为成本，基于腈纶工业基础的大丝束或为主要降本技术路线。据ORNL《Lowcosttextile-gradecarbon-fiberepoxycompositesforautomotiveandWindenergyapplications》2020，由纺织级聚丙烯腈原丝制成的巨丝束（450-600k）碳纤维成本可达每公斤11美元左右，因此我们判断国产碳纤维降本可期。据SGL，其SIGRAFIL®CT50-4.8/280牌号50K大丝束碳纤维拉伸强度4800MPa，弹性模量280GPa，已满足国标高强中模型QZ4526标准，因此我们判断国产大丝束未来性能有望提升至T700以上，或会在性能要求相对不高但成本敏感的小丝束应用领域形成竞争。◼行业评级及投资策略碳纤维行业国产化率由2015年15%逐渐提升至2021年47%，生产企业通过不断的技术探索与工艺优化艰难度过了“有产能，无产量”阶段，毛利率逐年上升，据各公司公告，精功科技具备千吨级碳化线成套设备交钥匙能力，已成功交付使用9套碳化线；光威复材具备碳纤维生产线及关键设备、预浸料生产线以及复合材料成型设备等自主设计与制造能力；中简科技生产设备98%以上为自主研发设计和国内制造，ZT7系列产品各项指标优于东丽T700；中复神鹰建成了国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线；吉林化纤业务扩张大规模布局原丝碳化与碳纤维复材；碳纤维复材龙头中航高科有望受益于国产商用大飞机放量。自2021年国内碳纤维行业开启大规模扩产，若碳纤维成本下降则有望持续推动各下游领域需求高景气，叠加进口替代逻辑，我们认为碳纤维行业的收入与利润有望增长，给予“推荐”评级。◼重点关注个股我们看好碳纤维产业链，重点关注：①碳化线设备制造【精功科技】；②全产业链龙头【光威复材】；③军用高端碳纤维【中简科技】；④民用高性能碳纤维【中复神鹰】；⑤粘胶长丝龙头，依托一体化产业链大规模布局碳纤维复材【吉林化纤】；⑥碳纤维复材龙头【中航高科】，并持续关注恒神股份、上海石化等。◼风险提示风电叶片大型化不及预期；碳纤维碳碳热场材料应用增长不及预期，航空航天领域碳纤维需求不及预期；碳纤维产能扩张进度不及预期；碳纤维规模化降本不及预期；碳纤维应用推广不及预期；行业竞争加剧；因环境不同难以复制国外巨头成长路径；测算具有主观性，仅供参考；重点关注公司业绩不及预期。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分3重点关注公司及盈利预测重点公司股票2022-05-25EPSPE投资代码名称股价20212022E2023E20212022E2023E评级300699.SZ光威复材53.021.461.872.3657.74--未评级300777.SZ中简科技44.300.501.121.60122.9839.5927.63未评级688295.SH中复神鹰32.720.350.580.86-56.1738.07未评级000420.SZ吉林化纤--0.030.050.17-100.3575.3919.57未评级002006.SZ精功科技24.440.241.221.68113.4520.0414.56未评级600862.SH中航高科24.150.420.570.7584.2342.2932.06未评级资料来源：Wind资讯，国海证券研究所注：吉林化纤2021年EPS和PE为预测数据，未评级公司盈利预测来自万得一致预期，股价取自5月25日收盘。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分4内容目录1、碳纤维：性能优势突出，景气度持续上行..............................................................................................................81.1、简介：碳纤维性能优势突出.............................................................................................................................81.2、现状：碳纤维景气度上行，主要驱动力来自风电叶片与碳碳复材.................................................................132、需求：动力来自哪里？空间有多大？...................................................................................................................172.1、政策加码利好发展，国产化替代前景广阔.....................................................................................................172.2、双碳战略有望成为碳纤维行业需求增长的核心动力.......................................................................................192.3、商用航空静待恢复，军用航空及航天市场稳定增长.......................................................................................282.4、体育休闲及汽车领域需求或稳定增长，压力容器有望保持较高景气度..........................................................312.5、各领域应用性能要求存在差别，2025国内市场空间有望达到230亿元........................................................353、供给：技术进步跨越低达产率阶段，国内头部公司大规模扩产............................................................................383.1、跨越低达产率阶段，国产碳纤维开启产能扩张..............................................................................................393.2、规模化、技术改进与设备国产化驱动成本优化..............................................................................................413.3、如何看竞争要素与格局演变？........................................................................................................................444、碳纤维行业推荐标的.............................................................................................................................................504.1、精功科技：碳化设备龙头，具备碳化线成套设备交钥匙能力........................................................................504.2、光威复材：全产业链龙头，碳纤维与碳梁业务同步扩产................................................................................514.3、中简科技：专注航空航天，产品附加值高.....................................................................................................534.4、中复神鹰：干喷湿纺产业化，荣获国家科技进步一等奖................................................................................554.5、吉林化纤：粘胶长丝龙头依托一体化产业链大规模布局碳纤维复材..............................................................574.6、中航高科：碳纤维复材龙头，远期有望受益于国产商用大飞机放量..............................................................595、行业评级及盈利预测.............................................................................................................................................616、风险提示...............................................................................................................................................................62证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分5图表目录图1：原丝生产工艺流程...............................................................................................................................................8图2：碳丝生产工艺流程...............................................................................................................................................8图3：2021年碳纤维大小丝束全球需求结构（万吨）................................................................................................10图4：碳纤维产业链与价值分配..................................................................................................................................11图5：2011年碳纤维各工艺流程成本（美元/kg）......................................................................................................12图6：全球碳纤维需求.................................................................................................................................................13图7：中国碳纤维需求.................................................................................................................................................13图8：全球碳纤维市场规模.........................................................................................................................................14图9：中国碳纤维市场规模.........................................................................................................................................14图10：2021年全球碳纤维需求结构（万吨）............................................................................................................14图11：2021年中国碳纤维需求结构（万吨）.............................................................................................................14图12：2021年全球碳纤维市场结构（亿美元）.........................................................................................................15图13：2021年中国碳纤维市场结构（亿美元）.........................................................................................................15图14：2015-2021全球风电新增装机量.....................................................................................................................15图15：2015-2021全球风电叶片碳纤维需求..............................................................................................................15图16：2015-2021中国风电新增装机量.....................................................................................................................16图17：2016-2021中国风电叶片碳纤维需求..............................................................................................................16图18：2015-2021全球光伏新增装机量.....................................................................................................................16图19：2017-2021全球碳碳复材碳纤维需求.............................................................................................................16图20：2015-2021中国光伏新增装机量....................................................................................................................17图21：2016-2021中国碳碳复材碳纤维需求..............................................................................................................17图22：碳纤维国产化率情况.......................................................................................................................................19图23：国内碳纤维产能与达产率情况.........................................................................................................................19图24：2021-2026全球风电装机预计.........................................................................................................................19图25：2021-2026中国风电装机预计.........................................................................................................................19图26：2021-2026全球风电装机预计.........................................................................................................................20图27：2021-2026中国风电装机预计.........................................................................................................................20图28：2022-2030全球光伏装机预计.........................................................................................................................20图29：2022-2030中国光伏装机预计.........................................................................................................................20图30：拉挤成型一般过程...........................................................................................................................................21图31：拉挤成型工艺流程...........................................................................................................................................21图32：维斯塔斯风电叶片主体结构示意图..................................................................................................................22图33：2016-2021中国新增陆上和海上风电平均单机容量........................................................................................23图34：陆地与海上风电2035年尺寸预计...................................................................................................................23图35：2021-2026年国内风电领域碳纤维需求预计...................................................................................................24图36：碳碳复合材料预制体制造流程.........................................................................................................................25图37：碳碳复合材料热场部件在单晶炉中应用..........................................................................................................25图38：全球碳碳复材领域碳纤维需求预测..................................................................................................................25图39：2021-2025年国内碳碳复材领域碳纤维需求预计............................................................................................28图40：2021年全球航空航天碳纤维需求（吨）.........................................................................................................29图41：全球航空航天碳纤维需求预计.........................................................................................................................29图42：复合材料在航空产品应用占比持续增长..........................................................................................................29图43：波音B787机身材料应用情况..........................................................................................................................30图44：2021-2026年国内航空航天领域碳纤维需求预计............................................................................................31证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分6图45：2021年全球体育休闲碳纤维需求....................................................................................................................32图46：全球体育休闲碳纤维需求预计（吨）..............................................................................................................32图47：HCR碳纤维车身.............................................................................................................................................32图48：全球汽车碳纤维需求预计（吨）.....................................................................................................................32图49：IV型碳纤维缠绕储氢瓶结构............................................................................................................................33图50：全球压力容器碳纤维需求预计.........................................................................................................................33图51：国内压力容器碳纤维需求结构（吨）..............................................................................................................33图52：2021-2025年国内压力容器领域碳纤维需求预计............................................................................................35图53：2025年国内碳纤维需求结构预计（万吨）.....................................................................................................38图54：2025年国内碳纤维市场结构预计（亿元）.....................................................................................................38图55：2021-2025年国内碳纤维需求预计..................................................................................................................38图56：2021-2025年国内碳纤维市场规模预计..........................................................................................................38图57：碳纤维行业发展史...........................................................................................................................................39图58：中国碳纤维产能与全球产能占比.....................................................................................................................40图59：中国碳纤维达产率不断接近国际水平..............................................................................................................40图60：2021年碳纤维行业主要公司产能（万吨）.....................................................................................................40图61：全球碳纤维产能及后续扩产计划.....................................................................................................................41图62：某1100吨/年原丝产线生产成本构成（万元/吨）...........................................................................................42图63：碳纤维规模化前成本构成（美元/磅）.............................................................................................................42图64：碳纤维规模化后成本构成（美元/磅）.............................................................................................................42图65：干喷湿纺工艺..................................................................................................................................................43图66：精功科技碳化线预氧炉....................................................................................................................................43图67：精功科技碳化线低碳炉....................................................................................................................................43图68：2021年丙烯腈下游应用占比...........................................................................................................................44图69：一种油槽浸渍法上油控制系统.........................................................................................................................44图70：国内碳纤维产业链...........................................................................................................................................45图71：高强中模与高强型碳纤维环氧树脂基复合材料力学性能对比..........................................................................46图72：高强中模与高强型碳纤维双马树脂基复合材料力学性能对比..........................................................................46图73：中简科技ZT7系列拉伸强度离散系数对比......................................................................................................47图74：中简科技ZT7系列弹性模量离散系数对比......................................................................................................47图75：碳纤维采用E100上浆与PA6复合微观结构...................................................................................................47图76：碳纤维采用T140上浆与PA6复合微观结构...................................................................................................47图77：Solvay公司PRISM™EP2410树脂体系加工工艺.........................................................................................48图78：SGLSIGRAFIL®系列碳纤维...........................................................................................................................48图79：碳纤维供需测算...............................................................................................................................................49图80：精功科技营业收入构成....................................................................................................................................50图81：精功科技营业收入情况....................................................................................................................................51图82：精功科技归母净利润情况................................................................................................................................51图83：光威复材营业收入构成....................................................................................................................................52图84：光威复材营业收入情况....................................................................................................................................52图85：光威复材归母净利润情况................................................................................................................................52图86：光威复材各业务毛利率情况............................................................................................................................53图87：中简科技营业收入构成....................................................................................................................................54图88：中简科技营业收入情况....................................................................................................................................54图89：中简科技归母净利润情况................................................................................................................................54图90：中简科技各业务毛利率情况............................................................................................................................55证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分7图91：中复神鹰营业收入及毛利率............................................................................................................................56图92：中复神鹰营业收入情况....................................................................................................................................56图93：中复神鹰归母净利润情况................................................................................................................................56图94：吉林化纤营业收入构成....................................................................................................................................57图95：吉林化纤粘胶长短丝产量情况.........................................................................................................................57图96：吉林化纤营业收入情况....................................................................................................................................58图97：吉林化纤归母净利润情况................................................................................................................................58图98：吉林化纤营业毛利率情况................................................................................................................................58图99：粘胶长丝市场价情况.......................................................................................................................................58图100：粘胶短纤市场价情况.....................................................................................................................................58图101：中航高科营业收入构成..................................................................................................................................59图102：中航高科营业收入情况..................................................................................................................................60图103：中航高科归母净利润情况..............................................................................................................................60图104：中航高科复合材料毛利率..............................................................................................................................60表1：碳纤维具备高的比强度和比模量.........................................................................................................................8表2：日本东丽与国内主要公司产品型号......................................................................................................................9表3：小丝束碳纤维和大丝束碳纤维制备过程成本对比................................................................................................9表4：聚合工艺一步法二步法对比..............................................................................................................................12表5：纺丝工艺湿法纺丝与干喷湿纺对比....................................................................................................................13表6：2021年以来碳纤维产业政策密集出台..............................................................................................................18表7：2014-2018年全球风电叶片用碳纤维................................................................................................................21表8：中国风电领域碳纤维需求测算...........................................................................................................................24表9：中国碳碳热场领域碳纤维市场规模测算............................................................................................................27表10：中国航空航天领域碳纤维市场规模测算..........................................................................................................31表11：全国各地燃料电池汽车推广规划.....................................................................................................................34表12：中国压力容器领域碳纤维需求测算结果..........................................................................................................35表13：东丽公司不同碳纤维型号应用领域..................................................................................................................36表14：国内碳纤维市场测算.......................................................................................................................................37表15：2020年国内丙烯腈产能分布...........................................................................................................................45表16：高性能碳纤维企业设备供应情况.....................................................................................................................46表17：碳纤维产能建设周期.......................................................................................................................................49表18：精功科技碳化线重大合同统计.........................................................................................................................50表19：光威复材产能建设情况....................................................................................................................................53表20：中简科技产能及销售情况统计.........................................................................................................................55表21：中复神鹰产能及销售情况统计.........................................................................................................................56证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分81、碳纤维：性能优势突出，景气度持续上行1.1、简介：碳纤维性能优势突出碳纤维（CarbonFiber）是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等有机纤维在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主链结构无机纤维。碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低、强度比钢高，是目前量产的高性能纤维中具有最高的比强度和比模量的纤维，具有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、膨胀系数小等一系列其他材料所不可替代的优良性能，在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域应用广泛。表1：碳纤维具备高的比强度和比模量纤维材料密度（g/cm3）热传导系数（W/m·K）抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）碳纤维1.7～2.25～1853500～6000230～600连续玄武岩纤维2.6～2.80.031～0.0383000～484079.3～93.1芳纶纤维1.490.04～0.132900～340070～140E级玻璃纤维2.5～2.60.034～0.0403100～380072.5～75.5资料来源：《连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维的对比及其特性概述》，国海证券研究所碳纤维可以按照原丝类型、形态、力学性能等不同维度进行分类，按照原丝种类分类聚丙烯腈（PAN）基碳纤维占据主流地位，产量占碳纤维总量的90%以上。因此，目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。PAN基碳纤维的制备过程一般分为原丝制备和碳丝制备两个阶段，其中原丝制备包括聚合、纺丝工段，碳丝制备包括预氧化、碳化工段。图1：原丝生产工艺流程图2：碳丝生产工艺流程资料来源：中复神鹰招股书，国海证券研究所资料来源：中复神鹰招股书，国海证券研究所日本东丽作为全球唯一碳纤维产能超过2万吨的企业，是全球碳纤维领域龙头。业内主要采用力学性能对碳纤维进行产品分类，分类标准主要参考日本东丽的牌号，并以此为基础确定自身产品的牌号及级别。按表2分类，根据美日两国目前的法令，除高强型外，其余产品型号均禁止对华出口。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分9表2：日本东丽与国内主要公司产品型号国标分类国标型号日本东丽牌号中复神鹰牌号中简科技牌号光威复材牌号高强型GQ3522T300SYT45TZ300GQ4522T700SSYT45S、SYT49、SYT49SZT7-3K/12KTZ700S高强中模型QZ4526M35JSYM30、SYM35QZ5026TZ800HQZ5526T800SSYT55SZT8-6K/12K、ZT9-6K/12KTZ800SQZ6026T1000GSYT65TZ1000GQZ7026T1100GTZ1100G高模型GM3040M40高强高模型QM4035M40JSYM40ZM40J-6K/12KTZ40JQM4040TZ46JQM4045M50JTZ50JQM4050M55JTZ55JQM3555M60JTZ60J资料来源：中简科技公告，中复神鹰公告，日本东丽官网，光威复材官网，GB/T26752-2020碳纤维国家标准，国海证券研究所碳纤维按每束碳纤维含有原丝的数量可划分为小丝束和大丝束。例如12K指单束碳纤维中含有12000根单丝的碳纤维。小丝束碳纤维通常小于48K，性能优异但价格较高，主要应用于航天军工、高端体育休闲等领域。大丝束碳纤维通常大于48K，产品性能相对较低但成本亦较低，主要应用于基础工业等领域。表3：小丝束碳纤维和大丝束碳纤维制备过程成本对比不同参数丝束规格大丝束碳纤维＞48K小丝束碳纤维1～48K小丝束成本高的原因聚合组分纯度要求一般，＜92%AN，MA等纯度要求高，>92%AN，MA(IA等)提纯成本增加原丝纯度允许一定杂质严格控制杂质含量纺丝速度慢原丝性能重均分子量适中高重均分子量且分子量分布窄聚合、纺丝成本增加氧化过程AN含量少使得氧化快、需控制放热集中高AN含量致使氧化慢长时高能耗致使成本增加碳化工艺碳化温度相对较低有时需要较高温度能耗高产品认证相对简单非常关键、过程复杂周期长、认证昂贵资料来源：《国产聚丙烯腈基大丝束碳纤维发展现状与分析》，赛奥碳纤维，国海证券研究所标模碳纤维有大小丝束的区分，标模以上碳纤维以小丝束为主。据中国复合材料学会，截至2020年8月，标模碳纤维有大丝束与小丝束的区分，标模以上的碳纤维尚无大丝束出现。据SGL，其SIGRAFIL®CT50-4.8/280牌号50K大丝束碳纤维拉伸强度4800MPa，弹性模量280GPa，已满足国标高强中模型QZ4526标准。未来国产大丝束有望向中模的方向发展，为航空航天、风电叶片和新能源汽车领域带来更多轻量化应用。据赛奥碳纤维，2021年全球碳纤维需求中大丝束为5.14万吨，占比43.6%，小丝束为6.66万吨，占比56.4%。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分10图3：2021年碳纤维大小丝束全球需求结构（万吨）资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所完整的碳纤维产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程。原油经纯化裂解后制取丙烯；丙烯经氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝，再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维，并可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，作为生产碳纤维复合材料的原材料；碳纤维经与树脂、陶瓷等材料结合，形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分11图4：碳纤维产业链与价值分配原油0.72美元/kg丙烯1.25美元/kg丙烯腈2.2美元/kgPAN原丝3-6美元/kg天然气0.36美元/kg氨0.86美元/kg精炼裂解聚合&纺丝预处理原丝制备氧化低温碳化高温碳化表面处理上浆缠绕氨氧化碳纤维制备航空航天113美元/kg汽车25美元/kg风电27美元/kg压力容器30美元/kg树脂4美元/kg中间级处理末段制造碳纤维复合材料CFRP双向纺织单向纺织3D纺织预浸料模塑化合物高压釜手工铺叠真空袋压成型树脂传递模塑成型真空辅助树脂传递模塑成型树脂膜熔渗透压模成型纤维缠绕成型等航空航天332美元/kg汽车100美元/kg风电97美元/kg压力容器102美元/kg资料来源：ORNL，国海证券研究所国外碳纤维巨头对国内采取高端封锁、低端倾销策略，压制国内碳纤维产业发展。国外巨头利用其技术垄断和规模化生产优势，对我国高端碳纤维领域采取技术封锁策略，对原丝产品、核心技术和关键设备严格控制。在技术、人才、设备的三重严苛封锁下，国内主要依靠自力更生。在低端碳纤维领域国外巨头采取低价倾销的销售策略，致使国内大部分碳纤维生产企业技术水平落后，经营业绩长期处于亏损状态。PAN基碳纤维复合材料的高成本主要集中在原丝的生产成本较高、生产流程长和复合材料制备成本高等方面，据《碳纤维低成本制备技术》2011，PAN基碳纤维原丝的成本约占总成本的51%。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分12图5：2011年碳纤维各工艺流程成本（美元/kg）资料来源：《碳纤维低成本制备技术》，国海证券研究所PAN原丝的质量直接决定最终碳纤维产品质量、产量和生产成本。PAN基碳纤维原丝的生产过程中首先将丙烯腈单体聚合制成纺丝原液，然后纺丝成型。按照聚合工艺的连续性可以分为一步法和两步法；按照纺丝工艺可以分为湿法和干喷湿纺法。聚合工艺的两步法会加大生产成本，容易引入杂质，且聚合物粒径较大不易制得高性能PAN原丝，较少用于小丝束碳纤维原丝生产。表4：聚合工艺一步法二步法对比聚合工艺原理特点一步法采用均相溶液聚合法，溶剂既是聚合单体的良溶剂，又是聚合物PAN的良溶剂，聚合液不需要分离就可以用来纺丝。一步法使用的聚合溶剂和纺丝溶剂相同，工艺流程短、工序少，有利于提高原丝的产品质量。一步法的转化率高，单体回收量小，聚合釜通常采用螺带式搅拌器。二步法采用非均相溶液聚合法，溶剂是聚合单体的良溶剂，是聚合物PAN的不良溶剂，在聚合过程中产生相分离，聚合物PAN沉淀出来经分离干燥后再溶于良溶剂中得到纺丝液用来纺丝。两步法原丝使用的聚合溶剂和纺丝溶剂不同，聚合釜的生产能力较大，且聚合热的移除效率也较高，适合生产大丝束。但是此方法聚合转化率较低，聚合物的浓度也较低，且未聚单体的回收量较大。聚合过程中为防止聚合釜频繁结巴，设备材质通常选用铝合金。因搅拌速度对分子量影响较大，故通常采用浆叶式搅拌，严格控制搅拌速度。资料来源：《碳纤维生产工艺技术》，《碳纤维及石墨纤维》，国海证券研究所干喷湿纺具备纺丝速度快、碳纤维强度高等优点，湿法纺丝可通过提高纤维与树脂间的机械啮合改善复材界面性能。干喷湿纺可实现高速纺丝，比湿法快2-8倍，制备的原丝密度较高且表面平整光滑，原丝的截面均一性明显好于湿法纺丝，并且制备的碳纤维强度也较高。据《国产T800级碳纤维复合材料力学性能》，湿法纺丝工艺条件下原丝成型过程中会形成轴向沟槽并遗传给碳纤维，根据复合材料界面的粘结理论，碳纤维表面沟槽有利于提高纤维与树脂间的机械啮合作用，一定程度可以提高复合材料界面性能。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分13表5：纺丝工艺湿法纺丝与干喷湿纺对比纺丝工艺原理特点湿法纺丝湿法纺丝为纺丝液从喷丝孔挤出后直接进入凝固液的工艺技术。湿法纺丝随着牵伸速度的提高，在喷丝孔处容易产生断丝，故为了保证原丝的质量，纺丝速度一直难以提高。并且湿法纺丝密度较低，原丝表面有显著的沟槽，有利之处在于纺丝和预氧化过程中单丝之间不易并丝，能够提高制取的复合材料层间剪切强度，缺点是经过预氧化和碳化热处理这些沟槽将“遗传”给碳纤维，导致碳纤维拉伸强度下降。干喷湿纺干喷湿纺为纺丝液从喷丝孔出来后先经过干段空气层或氮气层后才进入凝固液中进行凝固的工艺技术。干喷湿纺可实现高速纺丝比湿法快2-8倍，制备的原丝密度较高且表面平整光滑，原丝的截面均一性明显好于湿法纺丝，并且制备的碳纤维强度也较高。干喷湿纺是近几年发展起来的新型纺丝技术，已大量应用于工业生产。日本东丽公司的T700、T800、T1000等高性能碳纤维均使用干喷湿纺工艺生产的原丝制造。资料来源：《碳钎维及石墨纤维》，《碳纤维生产工艺技术》，《高性能碳纤维原丝与干喷湿纺》，《国产T800级碳纤维复合材料力学性能》，国海证券研究所1.2、现状：碳纤维景气度上行，主要驱动力来自风电叶片与碳碳复材2015-2021年全球碳纤维需求年均复合增速达14.3%，中国碳纤维需求年均复合增速达24.5%。据赛奥碳纤维，2016-2019年全球碳纤维需求保持10%以上增长，在主要下游应用领域中，航空航天、体育休闲、汽车、混配模成型、压力容器、建筑补强等领域增速较为稳定，风电叶片、碳碳复材应用领域增长迅速。2020年受新冠疫情影响，航空复材领域需求大幅度降低，但风电叶片与碳碳复材领域碳纤维需求仍保持较高增速，整体碳纤维需求增速有所下滑，2021年风电、体育器材、碳碳复材及压力容器成为碳纤维需求增长的主力，推动碳纤维行业需求增速回升至10%以上。国内碳纤维需求从2015年的1.68万吨增长至2021年的6.24万吨，全球占比从31.7%提升至52.9%，年均复合增速达24.5%。图6：全球碳纤维需求图7：中国碳纤维需求资料来源：Wind，赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：Wind，赛奥碳纤维，国海证券研究所2020年全球碳纤维市场规模下降主要源于碳纤维价值量占比较高的航空航天领证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分14域受到新冠疫情影响，航空复材领域需求大幅度降低，2021年市场规模上升幅度较大主要因为碳纤维供给不足，市场处于紧缺状态，碳纤维价格持续上行。图8：全球碳纤维市场规模图9：中国碳纤维市场规模资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所从需求结构上看，2021年全球碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片28%、体育休闲16%、航空航天14%，国内碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片36%、体育休闲28%、碳碳复材11%。图10：2021年全球碳纤维需求结构（万吨）图11：2021年中国碳纤维需求结构（万吨）资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所航空航天领域碳纤维附加值高，全球市场规模占比达35%，风电叶片与体育休闲领域碳纤维应用主要集中在中国。据赛奥碳纤维，2021年在航空航天领域应用的碳纤维价格为72美元/kg，体育休闲、电子电气、船舶、电缆芯领域为27.6美元/kg，压力容器、建筑领域为24美元/kg，风电领域为16.8美元/kg，碳碳复材、汽车、混配模成型为21.6美元/kg，以此计算全球与中国2021年市场结构，可以看出航空航天领域碳纤维附加值较高，全球市场规模占比达35%。风电叶片2021年全球碳纤维市场规模达5.54亿美元，其中中国为3.78亿美元，占比达68.2%。体育休闲2021年全球碳纤维市场规模达5.11亿美元，其中中国为4.83亿美元，占比达94.6%。全球碳纤维市场中占比前三的领域依次是航空航天、风电叶片、体育休闲，国内比前三的领域依次是体育休闲、风电叶片、证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分15碳碳复材。图12：2021年全球碳纤维市场结构（亿美元）图13：2021年中国碳纤维市场结构（亿美元）资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所维斯塔斯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快速增长。使用碳纤维材料的风电叶片具备刚度高、重量轻、抗疲劳能力强等一系列优点。在2015年前，碳纤维应用在风电叶片的工艺主要采用预浸料或织物的真空导入，部分采用小丝束碳纤维，使用的碳纤维平均价格为23美元/kg，2016年维斯塔斯创新性地使用了大丝束碳纤维拉挤梁片，使用的碳纤维平均价格降低至14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幅降价，风电叶片碳纤维用量急剧增长。2021年风电装机报价的大幅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。图14：2015-2021全球风电新增装机量图15：2015-2021全球风电叶片碳纤维需求资料来源：GWEC，国海证券研究所资料来源：CWEA，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分16图16：2015-2021中国风电新增装机量图17：2016-2021中国风电叶片碳纤维需求资料来源：Wind，奥赛纤维，国海证券研究所资料来源：Wind，奥赛纤维，国海证券研究所碳碳热场部件需求高速增长驱动碳碳复材领域碳纤维需求上行。碳碳复材下游应用主要包括刹车盘市场、航天部件市场和碳碳热场部件市场。刹车盘市场、航天部件市场保持平稳发展。碳碳热场部件主要为单晶硅炉内的碳毡功能材料和坩埚、保温桶、护盘等，受“碳达峰、碳中和”目标推动，光伏企业隆基、晶科、中环、晶胜机电、晶澳大量采购单晶硅炉推动碳纤维需求上行。图18：2015-2021全球光伏新增装机量图19：2017-2021全球碳碳复材碳纤维需求资料来源：CPIA，国海证券研究所资料来源：CPIA，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分17图20：2015-2021中国光伏新增装机量图21：2016-2021中国碳碳复材碳纤维需求资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所2、需求：动力来自哪里？空间有多大？2.1、政策加码利好发展，国产化替代前景广阔碳纤维是军民两用材料，高端碳纤维自力更生是唯一途径。T800与M60J及以上规格碳纤维由于在国防军工领域具有重要应用，美日对我国采取严格的军事禁运，因此高性能碳纤维的国产自主化生产是唯一途径。近年来，我国推出了诸多新政策以促进碳纤维产业的发展，并且开始为碳纤维产业配套专项扶持基金。2017年4月，国家科技部下发“十三五”材料领域科技创新专项规划，规划提出要以高性能纤维及复合材料、高温合金为核心，突破结构与复合材料制备及应用的关键共性技术，提升先进结构材料的保障能力和国际竞争力。2021年3月，十三届全国人大四次会议通过了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，纲要中提出要在高端新材料领域加强碳纤维等材料的研发应用，各地政府密集出台相关政策支持碳纤维产业发展。2021年9月，科技部拟推动建立碳纤维及其复合材料国家技术创新中心，在政府引导下，联合碳纤维及复合材料企业、高校、科研院所，突破全产业链共性技术，突破关系国家长远发展和产业安全的关键技术瓶颈，支持碳纤维及复合材料企业实现技术、技术装备和产品创新。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分18表6：2021年以来碳纤维产业政策密集出台时间政策文件主要内容全国性2021年3月《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》加强碳纤维、芳纶等高性能纤维及其复合材料、生物基和生物医用材料研发应用地方2021年3月《吉林省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》战略性先进材料产业发展专项中发展低成本碳纤维复合材料关键制造技术及其在汽车、轨道客车和风电叶片产品上的应用；在完善区域创新布局中着力在吉林市突破碳纤维等创新发展方向2021年4月《山西省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出发展壮大碳基新材料，推进碳基合成新材料和高端碳材料制备等关键核心技术持续创新,积极开展结构材料等下游领域的技术研发、产业化培育和市场化应用,打造国家级碳基新材料研发制造基地。重点推进高端碳纤维千吨级基地等，打造国家级碳基新材料制造基地。2021年6月《浙江省新材料产业发展“十四五”规划》重点发展高性能碳纤维技术，以及连续纤维增强预浸料及复合材料、树脂基复合材料、注塑用纤维增强特种工程塑料复合材料等；突破纤维表界面成键化学的精准调控技术、高粘聚酯制备技术，多尺度、高精高效设计仿真技术，超高强度超高模量碳纤维等制备技术；围绕高性能碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、复合材料预浸料等领域培育3-5家国内领先的新材料企业。2021年7月《山东省“十四五”战略性新兴产业发展规划》前沿新材料中将大力推动碳纤维T700、T800的产业化，积极开展碳纤维T1000、T1100、M60J、M65J、M40X的技术攻关，将威海、济宁、德州、泰安打造成为全国重要的碳纤维产业基地。资料来源：人民政府网，吉林省政府网，浙江省政府网，山西省政府网，山东科技咨询协会，国海证券研究所碳纤维国产化占比逐年提升由2015年的15%上升至2021年的47%，主要受益于产能扩张与技术水平提升带来的产能利用率增加。我国碳纤维行业前期“有产能，无产量”现象严重，产能利用率较低，虽然规划及在建产能较大，但实际产量却较少，主要由于涌入碳纤维行业的大多数企业在一些关键技术上无突破，生产线运行及产品质量不稳定导致。但随着碳纤维企业整体技术水平的不断提升，产能利用率呈现出不断增长的趋势。2021年国内达产率下滑或因吉林化纤、中复神鹰、新创碳谷的产能建设完成是在下半年或年底，正常生产时间不足。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分19图22：碳纤维国产化率情况图23：国内碳纤维产能与达产率情况资料来源：Wind，赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所2.2、双碳战略有望成为碳纤维行业需求增长的核心动力双碳战略推动光伏风电装机需求增长，风电叶片与单晶炉热场碳纤维应用有望成为需求增长核心动力。2021年全球已有130多个国家提出了“零碳”或“碳中和”气候目标，双碳目标下以光伏和风电为代表的清洁能源加速发展。据GWEC预测，2021-2026年全球风电新增装机可达650.5GW，年均复合增长6.6%，其中海上风电新增装机111.7GW，占比达17.2%，中国风电新增装机可达280GW，年均复合增长率11.3%。图24：2021-2026全球风电装机预计图25：2021-2026中国风电装机预计资料来源：GWEC，国海证券研究所资料来源：GWEC，国海证券研究所中电联《2021-2022年度全国电力供需形势分析预测报告》预测2022年国内风电新增规模可达50GW，据国家能源局统计2021年海风新增装机16.9GW，2022年第一季度风电新增装机7.9GW，我们预计2021-2026年中国风电装机证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分20规模有望达到372GW，其中海上风电新增装机111.2GW；在此基础上参考GWEC预测，我们预计2021-2026年全球风电新增装机规模有望达到725.4GW，其中海上风电新增装机规模160.7GW。图26：2021-2026全球风电装机预计图27：2021-2026中国风电装机预计资料来源：GWEC，人民资讯网，北极星电力网，国海证券研究所资料来源：GWEC，人民资讯网，北极星电力网，国海证券研究所据CPIA预测，2022-2025年全球光伏年均新增装机可达232-286GW，中国光伏年均新增装机可达83-99GW。参考中电联《2021-2022年度全国电力供需形势分析预测报告》预测2022年光伏新增规模有望达到90GW，国家能源局统计2022年一季度国内光伏新增装机13.2GW，我们预计未来全球及国内光伏装机量有望达到CPIA乐观预期。图28：2022-2030全球光伏装机预计图29：2022-2030中国光伏装机预计资料来源：CPIA，国海证券研究所资料来源：CPIA，国海证券研究所维斯塔斯风电叶片巧用拉挤板拼粘工艺促进碳纤维大规模使用，拉挤碳梁主要原材料为树脂及T300级24K、48K碳纤维。从风电叶片碳纤维发展历史看，最早采用经典的预浸料铺放，由于成本太过昂贵，通常用真空袋工艺，因此出现了生产效率低下，产品性能差等问题。后来借鉴玻璃纤维的工艺方法，采用多层织物真空灌注，但是不同于单丝直径较粗的玻纤的浸润性，要想灌透多层证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分21的碳纤维织物，织物本身必须留出树脂的流道，这就导致织物需要特殊的技术，进而增加了成本，同时很难保证织物在树脂的冲击之下纤维的直线度，直接影响了复合材料的性能。当维斯塔斯采用了拉挤板拼粘方法后，无论性能还是成本都对预浸料铺放和多层织物灌注工艺展现出了压倒性的优势，碳纤维的用量飞速增长。据赛奥碳纤维，2019年风电叶片行业用碳纤维量超过2万吨，其中80%就是用于生产拉挤碳梁片材。据光威复材投资者调研纪要，风电碳梁的主要原材料为树脂及T300级24K、48K碳纤维。表7：2014-2018年全球风电叶片用碳纤维年份碳纤维单价（美元/kg）制作单价（美元/kg）碳纤维用量（千吨）201423506201523501820161418182017141819.820181417.522资料来源：《国产碳纤维在风电叶片产业中的机会》，国海证券研究所图30：拉挤成型一般过程资料来源：《风电叶片用碳梁的生产技术及性能研究》图31：拉挤成型工艺流程资料来源：《国产碳纤维在风电叶片主梁上的应用研究》证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分22维斯塔斯碳梁叶片制作技术核心专利2022年7月到期，其他厂商跟进有望提高碳纤维在叶片中渗透率。2002年7月19日维斯塔斯申请了《风力涡轮机叶片》专利（申请号CN02814543.7），提出了一种采用预制条带制造风电叶片的方法，其叶片主体采用玻璃纤维增强复合材料，叶片大梁采用碳纤维增强复合材料，相比传统制造技术有优良硬度和高强度同时又易于制造和低成本。2020年其他风电巨头如西门子-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。据光威复材投资者问答称，专利保护的不是碳梁的制作，光威拥有碳梁自主专利技术，目前已开展对国内风电叶片碳梁的应用推广。图32：维斯塔斯风电叶片主体结构示意图资料来源：《国产碳纤维在风电叶片产业中的机会》风机大型化推动碳纤维在叶片中渗透率不断提高。据GWEC《2020全球叶片供应链报告》统计，2014-2019年全球平均风轮直径尺寸持续在增加。2014年直径为91m-110m的风轮装机量最高，占据全球市场份额的49.5%。在2019年该产品份额下降至10.7%，风轮直径121m-140m成为主流产品，占全球市场份额的52.5%。驱动风轮直径增长的动力主要是：风电主机厂不断推出更大风轮直径的产品以降低LCOE(平准化度电成本,即对项目生命周期内的成本和发电量先进行平准化，再计算得到的发电成本)；陆上风电低风速区装机需求增加需要更大的风轮直径；以中国和欧洲为代表的风电叶片直径大于150m的海上风电装机需求增加。据艾朗科技招股书，维斯塔斯目前所有产品叶片大梁均采用碳梁；据明阳智能年报披露风机MYSE3.0-155开始在叶片中使用碳玻混合编织材料；据央视财经《万吨碳纤维生产基地投产“黑黄金”价值凸显》，中材科技董事长薛忠民表示目前风电叶片主流的结构材料还是玻璃纤维，正在开发的110米海上风电叶片必须使用碳纤维。影响碳纤维在风电叶片应用渗透率的关键因素或为碳纤维价格。据连云港中复连众复合材料集团有限公司专利《一种采用拉挤工艺制造的单向片材制造风机叶片主梁或辅梁的方法》，玻纤使用拉挤成型工艺制备得到的铺设片材铺设主梁或辅梁可有效提高材料的拉伸强度和弹性模量，同时能够减少叶片材料使用量,节约材料成本。据赛奥碳纤维，2022年3月，株洲时代最新发布的TMT185叶片长度达91米，全部使用玻璃纤维并适配4.5MW到6.5MW机型。风电叶片企业非常清晰碳纤维的减重优势及趋势，2021年风电领域碳纤维需求同比增速放缓主要受制于成本。据北极星风力发电网预计，碳纤维降低到80元/kg下游厂商的接受度会比较高，有望迎来大规模应用。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分23图33：2016-2021中国新增陆上和海上风电平均单机容量资料来源：CWEA，国海证券研究所图34：陆地与海上风电2035年尺寸预计资料来源：《Expertelicitationsurveypredicts37%to49%declinesinWindenergycostsby2050》装机增长叠加碳纤维渗透率提升，我们预计2026年国内风电领域碳纤维需求有望达到12.69万吨。结合前文对风电行业需求端的分析，我们基于以下假设对风电领域碳纤维需求进行测算：（1）参照《基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计》拟合结果与明阳智能风机叶片参数，假设风电叶片重量与长度关系为𝑦=0.527∗𝑥2.473；（2）参考北极星风力发电网数据，主梁占叶片重量的1/3，拉挤工艺中主梁纤维含量为75%；（3）根据风能吸收公式𝑃=0.5𝜌𝑉3𝐶𝑝∗𝜋𝑅2𝜂，风力发电机功率P正比于风电叶片长度R的平方。（4）假设陆风平均单机容量按照每年0.5MW上升，海风平均单机容量按照每年1MW上升。（5）假设碳纤维成本逐渐下降能够满足风电大规模应用。（6）据赛奥碳纤维估计2021年全球风电碳纤维用量中维斯塔斯2.5万吨，国内风电企业0.45万吨，欧美其他风电企业0.35万吨，国内碳纤维用量2.25万吨，暂不考虑欧美其他风电企业国内碳纤维用量，估计2021年维斯塔斯国内碳纤维消耗1.8万吨，参考GWEC预计，国外风电装机CAGR月3.92%，假设维斯塔斯维持市占率不变。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分24表8：中国风电领域碳纤维需求测算年份2021E2022E2023E2024E2025E2026E陆风总装机功率（GW）485057.566.176.087.5陆风平均装机功率（MW）3.13.64.14.65.15.6陆风叶片长度（m）566064687275陆风叶片重量（吨）111316182123碳纤维主梁重量占比25%25%25%25%25%25%陆风每MW碳纤维需求（吨）2.682.782.872.953.023.09陆风碳纤维渗透率1%5%6%7%8%9%陆风碳纤维需求（万吨）0.130.700.991.361.842.43海风总装机功率（GW）21.18.712.513.524.531.4海风平均装机功率（MW）5.66.67.68.69.610.6海风平均叶片长度（m）76838994100105海风叶片重量（吨）242934404652碳纤维主梁重量占比25%25%25%25%25%25%海风每MW碳纤维需求（吨）3.163.293.403.503.593.68海风碳纤维渗透率5%10%20%30%50%70%海风碳纤维需求（万吨）0.330.290.851.424.408.08海外维斯塔斯需求（万吨）1.801.871.942.022.102.18国内风电碳纤维需求（万吨）2.252.853.784.808.3412.69资料来源：《基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计》，北极星风力发电网，国海证券研究所图35：2021-2026年国内风电领域碳纤维需求预计资料来源：《基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计》，北极星风力发电网，国海证券研究所双碳目标推动光伏装机增长，单晶炉碳碳热场材料需求增长带动碳纤维需求。光伏行业竞争激烈，成本压力显著，采用碳纤维制作的碳碳复合材料相比传统石墨材料具有更优异的保温性能、更高的强度、更好的韧性，且不易破碎，可有效降低生产能耗、提升设备使用寿命，从而降低整个生产的成本。碳碳复合材料热场部件主要包括坩埚、导流筒、保温筒、加热器等，是单晶拉制炉热场系统的关键部件，在性价比方面相比传统石墨材质展现出了非常大的优势。受证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分25双碳目标推动光伏装机增长，2021年碳碳复材领域碳纤维同比增长162%。图36：碳碳复合材料预制体制造流程图37：碳碳复合材料热场部件在单晶炉中应用资料来源：金博股份招股书资料来源：金博股份招股书2021年碳碳复材领域碳纤维需求为8500吨，据2021全球碳纤维复合材料市场报告预测，未来4年碳碳复材领域全球碳纤维需求增速有望达到30%。图38：全球碳碳复材领域碳纤维需求预测资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所随着光伏装机增长以及碳碳热场部件渗透率增加，我们预计2025年中国碳碳热场领域碳纤维市场规模有望达到12亿元。（1）假设容配比为1.15；（2）根据2020年和2021年单晶硅片市占率情况，假设2022-2025年单晶硅片的市占率为98%；（3）根据隆基股份2021年产能利用率情况，假设2022-2025年单晶硅片产能利用率分别为65%/60%/60%/60%；（4）根据金博股份招股书，随着单晶硅拉制炉容量的快速增大，热场尺寸也随之增大，假设2020年热场尺寸为26英寸，直径每年增加1英寸，坩埚密度和厚度不变，则坩埚重量随直径扩大而相应扩大，假设热场其他部件重量同坩埚重量等比例扩大；（5）由于热场尺寸不断增大，单晶炉产出提升，根据包头美科二期建设数据，假设每GW所需单晶炉从2020年的约90台，逐年下降5台，至2025年65台；（6）根据金博股份招股书，坩埚消耗量为2件/年、导流筒消耗量为0.67件/年、保温筒消耗量为0.67件/年、加热器消耗量为3件/年；（7）根据金博股份招股书给出的证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分262019与2020年各产品的测算渗透率，预计2020年碳碳复合材料坩埚渗透率为95%，并每年增加1%、导流筒渗透率为60%，并每年增加5%、保温筒渗透率为55%，并每年增加5%、加热器渗透率为5%，并每年增加1%；（8）假设2021年存量硅片改造比例为20%，并每年减少2%；（9）根据奥赛纤维《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，假设碳碳热场领域碳纤维单价为21.6美元/千克，即14.36万元/吨；（10）根据金博股份招股书，假设碳碳复材中碳纤维占比90%。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分27表9：中国碳碳热场领域碳纤维市场规模测算年份2021E2022E2023E2024E2025E全球光伏新增装机量(GW)170240275300330容配比1.151.151.151.151.15单晶硅片市占率94.8%96.0%97.0%98.0%98.0%单晶硅片产能利用率70%65%60%60%60%中国单晶硅产能全球占比98%98%98%98%98%中国单晶硅片产量（GW）182260301331364中国单晶硅片产能（GW）259399501552607中国单晶硅新增产能（GW）711401025155每GW组件需求单晶炉数量8580757065单件重量坩埚（千克/件）4346505357导流筒（千克/件）2223252728保温筒（千克/件）75818793100加热器（千克/件）3336394144单个热场重量（千克/件）174187200214229每年消耗量坩埚（件/年）22222导流筒（件/年）0.670.670.670.670.67保温筒（件/年）0.670.670.670.670.67加热器（件/年）33333碳碳复合材料渗透率坩埚96%97%98%99%100%导流筒65%70%75%80%85%保温筒60%65%70%75%80%加热器6%7%8%9%10%新增需求坩埚（吨）249504371189204导流筒（吨）841821427687保温筒（吨）272591464250286加热器（吨）1228241316合计（吨）61713051002529592替换需求坩埚（吨）18272876366540764490导流筒（吨）207348470552639保温筒（吨）6691130153518102106加热器（吨）133241348431522合计（吨）28364595601868697758改造需求坩埚（吨）138173239261245导流筒（吨）6987119131122保温筒（吨）242303417458429加热器（吨）107134185203190合计（吨）5576989601053986中国碳碳复合材料需求（吨）40106598797984509336中国碳碳复合材料领域碳纤维需求（吨）36095938718176058403碳碳复材领域碳纤维单价（万元/吨）14.3614.3614.3614.3614.36中国碳碳复合材料领域碳纤维市场规模（亿元）5.188.5310.3210.9212.07资料来源：CPIA，隆基绿能公告，前瞻经济学人，大连连城数控机械有限公司官网，北极星太阳能光伏网，中国光伏（2021年版）产业发展路线图，金博股份公告，智研咨询，国海证券研究所注：以1美元=6.65人民币进行换算证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分28图39：2021-2025年国内碳碳复材领域碳纤维需求预计资料来源：CPIA，隆基绿能公告，前瞻经济学人，大连连城数控机械有限公司官网，北极星太阳能光伏网，中国光伏（2021年版）产业发展路线图，金博股份公告，智研咨询，国海证券研究所2.3、商用航空静待恢复，军用航空及航天市场稳定增长新冠疫情过后航空航天领域碳纤维需求有望恢复。航空航天领域碳纤维复合材料主要应用于飞机的结构，除了通过减重显著降低飞机的燃油成本，还能克服金属材料易疲劳不耐腐蚀的缺点从而增强飞机的耐用性。航空航天领域碳纤维需求主要集中在商用飞机和公务机，受新冠疫情影响，商用飞机和公务机碳纤维用量由2019年的1.86万吨，占比79.2%下降至2021年的0.79万吨，占比48.1%，叠加波音787被查出存在生产缺陷并暂停交付影响，国际航空专家预测商用航空飞机需求2025年有望恢复。军用飞机、直升机、无人机、通用飞机、航天领域仍保持稳定增长。目前高性能大丝束已经应用于航空航天市场，例如德国西格里的大丝束预浸料已经开始在空客350上使用，成本的降低有助于需求的增长。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分29图40：2021年全球航空航天碳纤维需求（吨）图41：全球航空航天碳纤维需求预计资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所图42：复合材料在航空产品应用占比持续增长资料来源：中简科技招股书，中航工业复合材料技术中心以碳纤维复材为主的复合材料在航空产品渗透率持续提升。据《新型碳纤维在军事领域中的应用研究》，军用飞机的结构大部分由碳纤维复合材料制成，比如战斗机和直升机的机体，机翼、蒙皮和刹车片等。据《碳纤维复合材料的性能分析及与航空应用》，民用飞机A380机身有大约25%的复合材料，其中碳纤维复合材料约22%。据中国商飞《复合材料在大飞机主承力结构上的应用与发展趋势》，波音B787客机是世界上第一款将复合材料应用于机翼和机身主承力结构的大型民机，复合材料单机用量约25吨，占全机结构重量的50%左右，所用碳纤维为日本东丽研发的第三代增韧环氧复合材料T800S/3900-2B，据东丽产品手册T800S碳纤维包含12K与24K两种规格。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分30图43：波音B787机身材料应用情况资料来源：《ExperimentalandNumeriacalStudiesofIntralaminarCrackinginHighPerformanceComposites》随着C919和C929的量产，我们预计2025年中国航空航天领域碳纤维需求有望达到3462吨，对应市场规模16.58亿元。我们基于以下假设对中国航空航天领域碳纤维需求进行测算：（1）根据奥赛纤维《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，假设碳纤维在树脂基碳纤维复材中占比为65%；（2）参考航空航天碳纤维趋势，假设每年需求增加300吨；（3）根据奥赛纤维《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，假设航空航天领域碳纤维单价为72美元/千克；（4）据中国商飞预计，假设C919销量如下表所示；（5）据中航工业发展研究中心《民用飞机中国市场预测年报2021-2040》对需求的分析，我们预计2026年C929销量有望达到40架；（6）据《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》，C919空重42吨，碳纤维复材占比12%，C929空重110吨，复合材料占比50%，假设碳纤维复材占比47.5%。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分31表10：中国航空航天领域碳纤维市场规模测算年份2021E2022E2023E2024E2025E2026EC919单机重量（吨）424242424242碳纤维复材比例12%12%12%12%12%12%单机碳纤维消耗量3.283.283.283.283.283.28销量（架）2050100100100100碳纤维需求量（吨）65.52163.80327.60327.60327.60327.60C929单机重量（吨）110110110110110110碳纤维复材比例47.5%47.5%47.5%47.5%47.5%47.5%单机碳纤维消耗量33.962533.962533.962533.962533.962533.9625销量（架）0000040碳纤维需求量（吨）000001359中国民航碳纤维需求量（吨）65.5163.8327.6327.6327.61686.1中国军用碳纤维需求（吨）193422342534283431343434航空航天碳纤维总需求（吨）200023982862316234625121航空航天碳纤维单价（万元/吨）47.8847.8847.8847.8847.8847.88中国航空航天碳纤维市场规模（亿元）9.5811.4813.7015.1416.5824.52资料来源：《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》，《民用飞机中国市场预测（2021-2040）》，赛奥碳纤维，中国商飞，立鼎产业研究网，国海证券研究所注：以1美元=6.65人民币进行换算图44：2021-2026年国内航空航天领域碳纤维需求预计资料来源：《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》，《民用飞机中国市场预测（2021-2040）》，赛奥碳纤维，中国商飞，立鼎产业研究网，国海证券研究所2.4、体育休闲及汽车领域需求或稳定增长，压力容器有望保持较高景气度据赛奥碳纤维预计，体育休闲领域碳纤维需求有望保持5%年均复合增长率。体育领域碳纤维主要用于球杆球拍、滑雪杆、自行车及钓鱼竿等，通常每年按证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分32照4%-5%稳定增长。2020年受疫情影响，群体运动器材大幅下滑，个人运动休闲器材有所上升，整体增速有所回落。2021年，部分国家开始放开群体运动，体育器材需求回升，全球需求由2020年的1.54万吨增加至2021年1.85万吨，同比增长20.13%。据赛奥碳纤维预计，后续有望保持5%年均复合增长。图45：2021年全球体育休闲碳纤维需求图46：全球体育休闲碳纤维需求预计（吨）资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所双碳目标促进汽车节能减排，据赛奥碳纤维预计汽车领域碳纤维需求有望达到10%年均复合增长。碳纤维复合材料应用于汽车领域具有质量轻、强度高、抗冲击性好、减震隔音性能高的优势。同时还可以提高汽车集成度，减少零部件，有助于降低汽车生产线投资规模。当前碳纤维复合材料在汽车领域应用进程缓慢的主要原因是成本较高。2021年的市场需求为9500吨，对比2020年的12500吨，降低3000吨，其主要原因是宝马公司在2020年底停产复合材料车型I8，在2021年7月停产了I3。从全周期轻量化价值出发，碳纤维复材除了节能降本外，在绿色环保方面十分有优势，当前有从F1赛车、豪华车逐步扩大应用的趋势。2020年推出的雪佛兰C8车架部分采用了弧形拉挤的碳纤维复合材料。2021年3月，廊坊的飞泽复材为蔚来ES6（中国第一款批量采用碳纤维的车款）生产的5万套碳纤维复材后地板开始下线。图47：HCR碳纤维车身图48：全球汽车碳纤维需求预计（吨）资料来源：盖世汽车社区资料来源：奥赛碳纤维，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分33据赛奥碳纤维预计，全球压力容器领域碳纤维需求有望达到20%年均复合增长率。高压气态储氢是目前唯一商用的储氢技术，正不断朝着轻质高压、高质量/体积储氢密度方向发展。为推进氢能技术产业化，2018-2020年国家重点研发计划启动实施“可再生能源与氢能技术”重点专项。其中科技部通过“可再生能源与氢能技术”重点专项部署了27个氢能研发项目，研发经费投入约5亿元。2020年12月，斯林达车用IV型储氢瓶通过“三新”评审，成为国内首家通过“三新”评审的车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶制造厂家。根据相关政策以及预测，2022年，中国将至少新增10,000辆氢能源车，据美国能源部测算，高压氢气瓶采用碳纤维要实现规模经济效益需要性能达到T700或以上的同时价格达到12.6美元/kg。图49：IV型碳纤维缠绕储氢瓶结构图50：全球压力容器碳纤维需求预计资料来源：《IV型储氢瓶用复合材料及制备工艺》资料来源：奥赛碳纤维，国海证券研究所国内压力容器碳纤维2021年需求约3000吨，其中呼吸气瓶用量约600吨，天然气气瓶约500吨，储氢气瓶约1900吨，氢气瓶领域应用有望成为未来主要增长点。图51：国内压力容器碳纤维需求结构（吨）资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分34截至2025年我国氢燃料电池汽车总计规划推广数量达6.6万辆，有望全部落地助推氢能产业发展。2021年8~12月，国内五大氢燃料电池汽车示范城市群落地，山东省“氢进万家”科技示范项目正式实施。从各个示范城市群的规划目标来看，到2025年，预计可以推广超3.8万辆氢燃料电池汽车。据高工氢电统计，截至到2025年，我国氢燃料电池汽车总计规划推广数量可达6.6万辆。表11：全国各地燃料电池汽车推广规划地区文件名称时间段规划量/辆北京《北京市氢能产业发展实施方案（2021-2025年）》2023年前30002025年前7000河北省《河北省氢能发展“十四五”规划》2022年10002025年9000上海市《上海市加快新能源汽车产业发展实施计划（2021-2025年）》2025年10000浙江省《浙江省加快培有氢燃料电池汽车产业发展实施方案》2025年4100山东省《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030年)》2022年30002025年7000天津市《天津市氢能产业发展行动方案（2020-2022年)》2022年1000重庆市《重庆市氢燃料电池汽车产业发展指导意见》2022年8002025年700六安市《六安市氢能产业发展规划(2022-2025年》2025年699内蒙古《内蒙古自治区“十四五”氢能发展规划》2025年5000苏州《苏州市氢能及燃料电池产业发展规划》2025年3000广州《氢能产业发展规划（2019-2030年）》2022年30002025年1000佛山《佛山市南海区氢能产业发展规划（2020-2035年)》2025年6000深圳《深圳市氢能产业发展规划（2021-2025年）》2025年1000资料来源：高工氢电、国海证券研究所燃料电池示范城市群落地促进氢气瓶下游厂商备货，重卡渗透率提升驱动单车氢气瓶用量提升。据北极星储能网2021年燃料电池汽车销售1881辆，据高工氢电统计，2021年中国市场氢燃料电池车载储氢系统出货4129套，同比增长67.85%；车载储氢瓶出货量为30284支，同比增长122.43%，燃料电池示范城市群的落地促进了氢气瓶下游厂商备货，同时重卡渗透率提升驱动单车氢气瓶用量提升，使得车载储氢系统出货量高于燃料电池汽车销售量，车载储氢瓶出货量同比增速高于车载储氢系统。据高工氢电预计，2022年国内氢燃料电池汽车销量在1.1万辆，对应车载储氢系统配套数量将达到1.1万套。随着燃料电池汽车渗透率提升，我们预计2025年中国压力容器碳纤维需求有望达到7993吨。我们基于以下假设对中国压力容器领域碳纤维需求进行测算：（1）参照赛奥碳纤维与宁波材料所数据，假设乘用车碳纤维用量约为75kg/辆，商用车碳纤维用量约为320kg/辆；（2）据北极星储能网，2021年燃料电池商用车销售1881辆，截至2021年底累计销售燃料电池商用车近9000辆；（3）据2022年3月24日发改委发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，规划2025年燃料电池汽车保有量达5万辆；（4）据高工氢电，到2025年我国氢燃料电池汽车总计规划推广数量达6.6万辆，假设2022-2025年规划燃料电池汽车推广数量完全落地，对应2023-2025年燃料电池商用车销量每年20%增长；（5）考虑2022年4月长安汽车发布了全新数字化纯电品牌“深蓝”，包括证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分35氢能版乘用车，假设2022-2025年在燃料电池汽车中销量产比可达11%；（6）据赛奥碳纤维，假设呼吸气瓶及天然气气瓶碳纤维需求维持每年10%稳定增长。表12：中国压力容器领域碳纤维需求测算结果2021E2022E2023E2024E2025E燃料电池商用车销量（辆）188111000132001584019008同比25.7%585%20%20%20%单量商用车储氢碳纤维需求量（kg）320320320320320商用车储氢纤维需求总量6023520422450696083燃料电池乘用车销量（辆）0500100020004000同比100%100%100%单量乘用车储氢碳纤维需求量（kg）7575757575乘用车储氢纤维需求总量（吨）0.0037.5075.00150.00300.00燃料电池车储氢碳纤维需求总量（吨）19003558429952196383呼吸气瓶及天然气气瓶碳纤维需求（吨）11001210133114641611中国压力容器碳纤维需求（吨）30004768563066837993压力容器碳纤维价格（万元/吨）15.9615.9615.9615.9615.96压力容器碳纤维市场（亿元）4.797.618.9910.6712.76资料来源：中国发展改革委员会，赛奥碳纤维，宁波材料所，国际氢能网，IT之家，高工氢电，北极星储能网，国海证券研究所预测注：以1美元=6.65人民币进行换算图52：2021-2025年国内压力容器领域碳纤维需求预计资料来源：中国发展改革委员会，赛奥碳纤维，宁波材料所，国际氢能网，IT之家，高工氢电，北极星储能网，国海证券研究所预测2.5、各领域应用性能要求存在差别，2025国内市场空间有望达到230亿元从下游应用看，不同领域对碳纤维的性能要求有一定区别，参考东丽产品应用领域，以T700级应用范围最广。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分36表13：东丽公司不同碳纤维型号应用领域产品型号航空航天城市空中交通汽车火车船舶压力容器管道电缆医疗土木工程体育用品T300T300-1K√√√√T300-3K√√√√√√√T300-6K√T300BT300B-1K√√√√T300B-3K√√√√√√√T300B-6K√T400HBT400HB-3K√T400HB-6K√T700SCT700SC-6K√√T700SC-12K√√√√√√√√√√√√T700SC-24K√√√√√√√√T700GCT700GC-12K√√√T800SCT800SC-12K√√T800SC-24K√√√√√√√√√√T800GCT800GC-24K√√T800HBT800HB-6K√√√√T800HB-12K√√√T830HBT830HB-6K√√T1000GBT1000GB-12K√√T1100GCT1100GC-12K√√√√T1100GC-24K√√√√T1100SCT1100SC-12K√T1100SC-24K√M35JBM35JN-6K√M40JBM40JB-6K√√√√M40JB-12K√√√M46JBM46JB-6K√√√√√√M46JB-12K√√√√√√M50JBM50JB-6K√M55JBM55JB-6K√√√√M60JBM60JB-3K√M60JB-6K√√M30SCM30SC-18K√√资料来源：东丽官网，国海证券研究所结合前文对各个应用领域需求端的分析，我们基于以下假设对碳纤维具体空间进行测算：量的层面主要假设为：据赛奥碳纤维，混配模成型、建筑及其他领域有望维持10%年均复合增速。价的层面主要假设为：假设价格2022-2025年维持不变，据赛奥碳纤维，航空证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分37航天、风电领域碳纤维单价分别为72、16.8美元/kg，体育休闲及其他碳纤维单价为27.6美元/kg，建筑和压力容器领域碳纤维单价为24美元/kg，汽车、混配模成型和碳碳复材领域碳纤维单价为21.6美元/kg。表14：国内碳纤维市场测算2021A2022E2023E2024E2025E航空航天碳纤维需求（吨）20002398286231623462航空航天市场空间（亿元）9.5811.4813.7015.1416.58风电叶片碳纤维需求（吨）2254628517378284801283359风电叶片市场空间（亿元）25.1931.8642.2653.6493.13体育休闲碳纤维需求（吨）2692328269296833116732725体育休闲市场空间（亿元）49.4151.8954.4857.2060.06汽车碳纤维需求（吨）24622708297932773605汽车市场空间（亿元）3.543.894.284.715.18压力容器碳纤维需求（吨）30004768563066837993压力容器市场空间（亿元）4.797.618.9910.6712.76混配模成型碳纤维需求（吨）46155077558461436757混配模成型市场空间（亿元）6.637.298.028.829.71碳碳复材碳纤维需求（吨）36095938718176058403碳碳复材市场空间（亿元）5.188.5310.3210.9212.07建筑碳纤维需求（吨）38464231465451195631建筑碳纤维市场空间（亿元）6.146.757.438.178.99其他碳纤维需求（吨）50455550610467157386其他市场空间（亿元）9.2610.1911.2012.3213.56总计碳纤维需求（吨）7404687455102506117883159320总计市场空间（亿元）119.71139.49160.68181.60232.02资料来源：《基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计》，北极星风力发电网，CPIA，隆基绿能公告，前瞻经济学人，大连连城数控机械有限公司官网，北极星太阳能光伏网，中国光伏（2021年版）产业发展路线图，金博股份公告，智研咨询，《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》，《民用飞机中国市场预测（2021-2040）》，中国商飞，立鼎产业研究网，中国发展改革委员会，宁波材料所，国际氢能网，IT之家，高工氢电，北极星储能网，赛奥碳纤维，国海证券研究所预测注：以1美元=6.65人民币进行换算证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分38图53：2025年国内碳纤维需求结构预计（万吨）图54：2025年国内碳纤维市场结构预计（亿元）资料来源：《基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计》，北极星风力发电网，CPIA，隆基绿能公告，前瞻经济学人，大连连城数控机械有限公司官网，北极星太阳能光伏网，中国光伏（2021年版）产业发展路线图，金博股份公告，智研咨询，《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》，《民用飞机中国市场预测（2021-2040）》，中国商飞，立鼎产业研究网，中国发展改革委员会，宁波材料所，国际氢能网，IT之家，高工氢电，北极星储能网，赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：《基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计》，北极星风力发电网，CPIA，隆基绿能公告，前瞻经济学人，大连连城数控机械有限公司官网，北极星太阳能光伏网，中国光伏（2021年版）产业发展路线图，金博股份公告，智研咨询，《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》，《民用飞机中国市场预测（2021-2040）》，中国商飞，立鼎产业研究网，中国发展改革委员会，宁波材料所，国际氢能网，IT之家，高工氢电，北极星储能网，赛奥碳纤维，国海证券研究所图55：2021-2025年国内碳纤维需求预计图56：2021-2025年国内碳纤维市场规模预计资料来源：《基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计》，北极星风力发电网，CPIA，隆基绿能公告，前瞻经济学人，大连连城数控机械有限公司官网，北极星太阳能光伏网，中国光伏（2021年版）产业发展路线图，金博股份公告，智研咨询，《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》，《民用飞机中国市场预测（2021-2040）》，中国商飞，立鼎产业研究网，中国发展改革委员会，宁波材料所，国际氢能网，IT之家，高工氢电，北极星储能网，赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：《基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计》，北极星风力发电网，CPIA，隆基绿能公告，前瞻经济学人，大连连城数控机械有限公司官网，北极星太阳能光伏网，中国光伏（2021年版）产业发展路线图，金博股份公告，智研咨询，《军机+航天航空+风电，让碳纤维派上大用场》，《民用飞机中国市场预测（2021-2040）》，中国商飞，立鼎产业研究网，中国发展改革委员会，宁波材料所，国际氢能网，IT之家，高工氢电，北极星储能网，赛奥碳纤维，国海证券研究所3、供给：技术进步跨越低达产率阶段，国内头部证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分39公司大规模扩产碳纤维产业发展形成大丝束、小丝束两种技术路线与标准模量、中高模量两个割裂市场。国际碳纤维行业发展始于20世纪60年代以日本和英国为主导的实验室技术开发，至70年代应用于体育休闲与航空航天结构件。80年代碳纤维在商业飞机领域应用实现重大突破，单线产能达到千吨每年，东丽公司开发完成了大部分现有产品型号。90年代卓尔泰克开始研发并推进低成本大丝束在工业领域的应用，形成了高性能小丝束和低成本大丝束两种技术路线，同时碳纤维行业开始了大规模并购整合，进入平稳发展期，至21世纪10年代碳纤维的应用急剧扩大，产业进一步整合。国内碳纤维行业早期在实验室进行技术研发产量较低，技术引进持续受到封锁限制，一直未能实现大规模工业化生产，至20世纪90年代基本停滞。21世纪初欧美对中国T300以上采取禁运措施，国内碳纤维企业大干快上，将实验室技术简单放大扩充产能，整体效果不佳。21世纪10年代以来国内碳纤维企业由40余家逐渐变为10余家，具备核心工艺技术的企业获得了较大的发展，形成了国内中高模量产品自产，标准模量与国际巨头充分竞争的市场格局。图57：碳纤维行业发展史资料来源：赛奥碳纤维，《美国卓尔泰克公司炭纤维的发展》，国海证券研究所3.1、跨越低达产率阶段，国产碳纤维开启产能扩张国内企业达产率已趋近国际水平，2021年经产能扩张全球占比已达30.6%。过去中国碳纤维行业达产率低的现象比较严重，产能利用率远低于国际水平，主要原因是核心工艺技术掌握不足，大部分企业尚达不到T300的水平，产品技术含量低、质量较差。近些年随着自主研发的突破产能利用率不断上升，已经从2015年的10.5%达到了2020年的51.2%，2021年达产率略有下滑主要系吉林化纤、中复神鹰、新创碳谷的产能建设完成是在下半年或年底，正常生产时间不足所致。从2020年来看，正常开车的企业达产率通常在65%以上，甚至有些企业已经达到90%。在达产率方面已经跨越了低达产率的历史阶段，趋近国际水平，经2021年产能扩张全球占比已达30.5%。1959日本大阪工业试验所近藤昭男发明PAN基碳纤维制备技术1964英国皇家航空研究所研制出PAN基高模量碳纤维1970东丽碳纤维首次在民用货机B707扰流板使用1969英国Hawker的鹞式飞机AV8B机翼与机身开始使用碳纤维1972Olympic公司使用东丽碳纤维制造鱼竿1972美国使用碳纤维制造高尔夫球杆1962长春应用化学所开展聚丙烯腈基碳纤维的研制1975国防科委张爱萍主任主持7511会议，部署碳纤维研究工作，1981年建成碳纤维试制能力1.5～2.0吨/年东丽T300开始应用于B757、B767及航天飞机19821984上海碳素厂试图引进美国Hitco碳化设备被美国国防部否决1986吉林化学工业公司引进英国RK公司年产100吨（12K）的碳化线，1990年经多次试车碳化炉仍无法开车1984东丽研制成功高强中模碳纤维T8001989东丽研制成功中强高模碳纤维M601994卓尔泰克开始在大丝束领域开展研制开发19世纪80年代台湾台塑与Hitco公司合作，进入碳纤维行业2001师昌绪先生给江泽民主席写了关于加速开发高性能碳纤维的请示报告2007卓尔泰克与世界最大风电设备商维斯塔斯达成大丝束碳纤维长期供应协议2014东丽收购卓尔泰克，研制成功高强中模T1100G及其预浸料2014空客A350交付卡塔尔航空，碳纤维复合材料占比53%证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分40图58：中国碳纤维产能与全球产能占比图59：中国碳纤维达产率不断接近国际水平资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所注：产能按照12K口径统计，与实际产量存在一定误差，但也能一定程度上反映产能利用率水平图60：2021年碳纤维行业主要公司产能（万吨）资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所碳纤维景气度走高，国际巨头进行了一定的产能扩张。碳纤维行业目前产能集中度较高，2021年CR5为57.1%。在全球需求的持续增长下，国际巨头也进行了一定的产能扩张。东丽旗下卓尔泰克继2021年6月碳纤维产能由1万吨扩张到1.3万吨后，于11月18日宣布注资1.3亿美元扩张产能至2万吨，计划于2023年1月完成。2021年5月韩国晓星宣布新建一条年产2500吨碳纤维生产线，预计将于2022年建成投产达到6500吨总产能，远期计划2028年达到2.4万吨总产能。国内碳纤维企业持续扩产，或改变世界碳纤维产能格局。2021年国内企业吉林化纤集团碳纤维产能增长近1.6万吨(含收购江城的产能)，常州新创碳谷新建产能6000吨，中复神鹰扩产8000吨（含老厂产能调整），浙江宝旌扩产2000吨，整体扩产近3.2万吨。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分41图61：全球碳纤维产能及后续扩产计划资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所3.2、规模化、技术改进与设备国产化驱动成本优化碳纤维行业规模效应显著，产能扩张可有效降低单位生产成本。碳纤维生产成本主要包括原丝生产成本和碳化成本，生产1kg碳纤维需要消耗2.1至2.2kg原丝。原丝生产成本主要包括原材料成本、能源成本、人工成本和制造成本，碳纤维生产成本构成也类似。据《PAN基碳纤维制备成本构成分析及其控制探讨》2010，某1100吨/年原丝产线单位成本为4.784万元/吨，规模上升至3500吨/年时单位成本可下降至为3.807万元/吨。据ORNL《LowCostCarbonFiberOverview》2011，碳纤维产线规模化可以使得碳纤维生产总成本降低2.03美元/磅，规模化降本占原总成本比例可达21%。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分42图62：某1100吨/年原丝产线生产成本构成（万元/吨）资料来源：《PAN基碳纤维制备成本构成分析及其控制探讨》，国海证券研究所图63：碳纤维规模化前成本构成（美元/磅）图64：碳纤维规模化后成本构成（美元/磅）资料来源：ORNL，国海证券研究所资料来源：ORNL，国海证券研究所碳纤维工艺复杂生产壁垒高，技术优化可有效降低单位生产成本。碳纤维生产主要分两步：第一步是原丝的制备，包括聚合和纺丝；第二步是原丝的预氧化和高温碳化，即碳纤维的制备。预氧化使得PAN线性分子链转化为耐热的梯形结构，使其在高温碳化时不熔不燃和保持纤维形态；碳化则是形成碳纤维，若制备高模量石墨纤维还需在氩气中对已碳化的碳纤维再进行高温石墨化处理。碳纤维降本通常以“新原料”、“新技术”和“新工艺”为方向，新原材料主要探索聚丙烯腈以外的原丝来制作碳纤维，新工艺通过干喷湿纺与大丝束碳纤维的方式提高生产效率，新技术研究提高原液浓度、加快聚合及纺丝速度，降低预氧化与碳化能耗的方法。例如中复神鹰大规模应用的干喷湿纺工艺具有纺丝速度快、碳化时间短、生产效率高等优点，在高性能小丝束碳纤维生产方面有效降低了成本，荣获2017年国家科技进步一等奖。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分43图65：干喷湿纺工艺资料来源：《高性能碳纤维原丝与干喷湿纺》国内碳纤维厂家及设备商逐渐掌握核心工艺技术，国产化有望降低设备投资。碳纤维进口设备价格通常为国产设备3-5倍。绝大部分欧美设备厂家对碳纤维的工艺、生产与维护的理解并不深入，主要是因为碳纤维生产商在与设备商的合作中对技术保密，只对设备方提出基本要求，待设备交付后再根据自己的技术经验进行一定的改造，技术的核心部分通常会在改造上，所以国际碳纤维巨头技术不断地进步，而一些欧美厂家的设备却极少有改进。国内碳纤维厂家通过多年使用欧美设备，自行改造解决大量工艺适配性问题，有些逐渐成为了设备专家。据光威复材、精功科技公告，光威复材子全资公司光威精机具备成套生产设备的设计、制造和安装以及生产线的建设的能力，可自产氧化炉、高温碳化炉、低温碳化炉、预浸料设备、涂胶机、混合反应釜等；精功科技通过与德国、意大利设备商合作和持续自主研发投入，已经具备千吨级成套碳化线交钥匙能力，2020年底交付吉林精功大丝束碳化线基本接近全国产，2020年初顺利交付韩国2000吨级碳纤维生产线预氧炉设备，风速均匀性和温度均匀性两项关键技术指标达到国际一流水平。图66：精功科技碳化线预氧炉图67：精功科技碳化线低碳炉资料来源：精功科技官网资料来源：精功科技官网以风电拉挤板为例，碳纤维与复材制造一体化有望节省卷绕及放卷工序成本。据赛奥碳纤维分析，碳纤维生产与后续应用过程中会经历卷绕与放卷的过程，放卷过程中丝束在纱锭上往复行走会造成预浸料制备过程中分丝梳上的毛丝与毛团间隙、叠丝以及丝束预浸带的丝宽变化等问题。在风电领域用量足够时可证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分44采取定制化风电拉挤板碳化生产线，原丝碳化后直接进行拉挤板生产，不仅可以节省卷丝和放卷的成本，而且丝束没有经历收卷与放卷过程的伤丝，能够使力学性能达到最好的状态。丙烯腈为大宗化工原料，油剂已实现国产化，碳纤维生产无原材料进口依赖。生产碳纤维原丝所用原材料主要是丙烯腈和油剂。2020年全球碳纤维需求10.686万吨，按照丙烯腈生产碳纤维比例2.2：1计算，仅占全球丙烯腈产能788.4万吨的2.98%。碳纤维原丝的工艺主要分为纺丝原液的聚合和原丝的纺制过程，其中油剂使用在纺丝上油过程中。油剂质量和上油工序直接影响原丝和碳纤维的质量，据《索式萃取法测定聚丙烯腈原丝的含油率》测量，碳纤维原丝的油剂重量占比约1.2%。缺陷是制约拉伸强度的主要因素，油剂和合理的上油工序有助于防止表面缺陷。碳纤维的各类缺陷中其表面缺陷约占90%。质量好的油剂和合理的上油工序是防止产生表面缺陷的有效手段，对提高碳纤维强度的贡献率为0.5~1GPa，东丽在T1000的8项授权专利中纺丝油剂的占了5项。国内2000年以后才开展了大量碳纤维油剂的研究，但是截至目前能批量应用的油剂体系与国外仍有一定差距。据中复神鹰公告，中复神鹰自主研发油剂与上油工艺，具备多项相关专利，与油剂供应商连云港长运纺织材料有限公司签订了战略协议。据《“高性能碳纤维用油剂和，上浆剂研究开发及应用项目”通过鉴定》，2019年4月26日吉林化工学院与吉林乾仁新材料有限公司联合开展的“高性能碳纤维用油剂和上浆剂研究开发及应用项目”在吉林通过中国纺织工业联合会组织的鉴定。由中国科学院赵东元院士、陈小明院士、江雷院士以及中国工程院孙晋良院士等组成的鉴定委员会认为，该项目总体技术达到国际同类先进水平，有望解决中国碳纤维生产助剂依赖进口的局面。图68：2021年丙烯腈下游应用占比图69：一种油槽浸渍法上油控制系统资料来源：华经产业研究院，国海证券研究所资料来源：《全流程角度探讨PAN基碳纤维油剂的开发及应用》，国海证券研究所3.3、如何看竞争要素与格局演变？碳纤维上游原料丙烯腈生产装置主要集中在中石化和中石油所属企业，碳纤维证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分45企业就近建设有利于降低运输成本。据华经情报网，中石化的丙烯腈产能合计为86万吨，全国占比约34.8%；中石油的产能为70万吨，全国占比约28.3%；民营企业江苏斯尔邦石化、山东海江化工和浙江石化，丙烯腈生产能力分别为52万吨、13万吨和26万吨，合计全国占比约36.8%。工业用丙烯腈为易燃、剧毒危险品，据《以积极的态度解决丙烯腈的运输问题》，以丙烯腈为主要原料的腈纶厂约有85%与上游石化的丙烯腈生产厂建在一起，便于运输的同时可有效节省运输成本。从碳纤维产能分布来看，吉林化纤集团所在的吉林市有丙烯腈年产能42万吨，中复神鹰所在的连云港市有丙烯腈年产能52万吨，上海石化计划扩产大丝束所在地上海有丙烯腈年产能52万吨，中复神鹰西宁碳纤维扩产项目原料来自同属甘河工业园的青海大美煤业的丙烯腈项目。图70：国内碳纤维产业链原料设备丙烯腈中石油中石化江苏斯尔邦石化浙江石化山东海江化工原丝预氧化炉意大利MAE日本川崎重工德国埃森曼美国DESPETCH美国LITZLER台湾聚川威海拓展中复神鹰中简科技精功科技碳纤维原丝中间材料复合材料下游应用光威复材中简科技恒神股份中复神鹰吉林化纤吉林国兴浙江宝旌光威复材中简科技恒神股份中复神鹰浙江宝旌碳纤维织物预浸料光威复材中简科技恒神股份江苏奥盛光威复材恒神股份江苏奥盛碳化炉德国埃森曼德国音斯楚特美国哈泊美国LITZLER台湾聚川威海拓展中复神鹰中简科技精功科技中航高科威海光威中复神鹰江苏恒神新万兴山东江山浙江宝旌航空航天风电中国商飞中航工业维斯塔斯TPI中材科技时代新材明阳风电中复连众重通叶片压力容器中复科金浙江凯博江苏中盛上海高压南京宝色山东环日碳碳热场金博股份中天火箭隆基股份体育休闲威海光威飞鸽车业喜德盛李宁上海永久资料来源：新材料在线，国海证券研究所表15：2020年国内丙烯腈产能分布公司名称产能（万吨）装置地点中石化上海赛科石油化工有限责任公司52上海市金山区江苏斯尔邦石化有限公司52江苏省连云港市中石油吉林石化公司丙烯腈厂42吉林市吉林市浙江石油化工有限公司26浙江舟山中石化安庆石化腈纶有限公司21安徽省安庆市中石化山东科鲁尔13山东省东营市山东海江化工有限公司13山东省淄博市中石油抚顺石油化工公司9辽宁省抚顺市中石油大庆石化分公司8黑龙江省大庆市中石油大庆炼化分公司8黑龙江省大庆市中石油兰州石化分公司3甘肃省兰州市合计247资料来源：华经情报网，国海证券研究所高性能碳纤维企业通常覆盖设备、原丝、碳纤维、中间材料等多个产业环节。世界领先的碳纤维企业在设备端通常采用自主设计、委托加工，或者购买标准设备、自行改造的模式，欧美绝大多数设备厂家对碳纤维的工艺、生产和维护证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分46理解并不深入，同时由于碳纤维用途及客户的敏感性，国外对中国进行了严格的技术封锁，碳纤维高端生产设备的进口也受到严格限制，国内具备高性能碳纤维生产能力的企业通常走设备自制路线。表16：高性能碳纤维企业设备供应情况公司主要产品等级设备供应情况光威复材T300、T700、T800全资子公司光威精机中简科技T700聚合釜、纺丝机等核心工艺设备由关联方江苏鹰游独供中复神鹰T70098%以上为自主研发设计和国内制造资料来源：光威复材公告，中简科技公告，中复神鹰公告，国海证券研究所当前国内航空航天复合材料主要以高强型碳纤维应用为主，未来有望升级至高强中模碳纤维为主，不同耐温级别及韧性的复合材料或依赖于树脂基体研发。据航空工业复合材料技术中心《国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展》，20世纪90年代以后发展的新机型（如F-22，F-35，B-2，CH-53K，B777，B787，A380，A400M，A350等）主要应用高强中模碳纤维，高强型碳纤维应用在一些次承力结构中，国内应用的航空航天复合材料主要以高强型碳纤维增强复合材料为主，未来相当长一段时间内高强中模碳纤维将在航空结构复合材料中占据绝对主导的地位。以耐温级别为标准，航空碳纤维增强树脂基复合材料可分为中温、中高温和高温复合材料，主要对应的为环氧、双马、聚酰亚胺树脂基体等热固性树脂。以复合材料的冲击后压缩强度（CAI）为划分标准，航空碳纤维复合材料可分为基础型、第一代韧性复合材料、第二代韧性复合材料和第三代韧性复合材料，如高温固化环氧树脂基复合材料就经历了基础型、第一代韧性、第二代韧性和第三代韧性树脂基体的发展过程。图71：高强中模与高强型碳纤维环氧树脂基复合材料力学性能对比图72：高强中模与高强型碳纤维双马树脂基复合材料力学性能对比资料来源：《国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展》资料来源：《国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展》航空航天等高附加值领域碳纤维性能或为主要竞争要素。据中简科技招股书，核心客户A和核心客户B进行型号应用评价主要涉及拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、面密度及上述指标相应的离散系数，与国产树脂基体的复合性等。据《碳纤维复丝拉伸强度稳定性评价指标研究》，使用碳纤维制作筒体复合材料时，其强度最小值的点会成为复合材料的最薄弱点，在受到载荷时最先发生破证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分47坏，因此碳纤维的离散系数或对复合材料的性能有较大影响。据《碳纤维表面改性技术研究进展》，碳纤维的表面光滑且无活性基团，呈现出物理与化学惰性，进而导致碳纤维增强复合材料界面结合力弱，发生界面脱粘和纤维拔出现象，导致复合材料实际应用强度远低于理论强度，通常可采用涂层改性、氧化改性、聚合改性等方式，提高碳纤维的树脂亲和性。图73：中简科技ZT7系列拉伸强度离散系数对比图74：中简科技ZT7系列弹性模量离散系数对比资料来源：中简科技招股书资料来源：中简科技招股书据SGL，碳纤维使用其研发的T140上浆剂与PA6树脂结合的紧密性较使用E100上浆剂有明显改善。图75：碳纤维采用E100上浆与PA6复合微观结构图76：碳纤维采用T140上浆与PA6复合微观结构资料来源：SGL资料来源：SGL对比东丽与SGL，开展高性能碳纤维复材业务或需具备优秀的树脂体系。据中国商飞官网披露，波音787所用日本东丽研发的第三代增韧环氧复合材料T800S/3900-2B，其碳纤维T800S与基材3900-2B均为东丽自研。据中科院宁波材料所特种纤维事业部，2019年12月Solvay公司和德国碳纤维制造商SGL宣布达成联合开发协议，将第一批50k大丝束、中等模量的碳纤维复合材料推向民用航空市场，其中碳纤维采用SGL公司提供的大丝束中等模量碳纤维和Solvay公司所提供的树脂体系。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分48图77：Solvay公司PRISM™EP2410树脂体系加工工艺资料来源：Solvay标准模量碳纤维领域主要竞争要素或为成本，大丝束或为主要降本技术路线。据赛奥碳纤维，以目前技术水平看大丝束(巨丝束)是主要的降本思路，东丽旗下ZOLTEK的碳纤维在售价13美元/公斤时依然可以有不错的毛利，据ORNL《Lowcosttextile-gradecarbon-fiberepoxycompositesforautomotiveandWindenergyapplications》2020，由纺织级聚丙烯腈原丝制成的巨丝束（450-600k）碳纤维成本可达每公斤11美元左右。因此我们判断国产碳纤维降本可期，有望通过降本满足风电领域的大规模应用，据SGL，其SIGRAFIL®CT50-4.8/280牌号50K大丝束碳纤维拉伸强度4800MPa，弹性模量280GPa，已满足国标高强中模型QZ4526标准，因此我们判断国产大丝束未来性能有望提升至T700以上，或会在性能要求相对不高但成本敏感的小丝束应用领域形成竞争。图78：SGLSIGRAFIL®系列碳纤维资料来源：SGL腈纶工业基础是发展大丝束碳纤维的前提，国内具备腈纶工业基础的主要有吉林化纤和上海石化两家。大丝束产业链方面原丝设备有较多进口，国内企业会参与前期设计、设备生产及后端安装、调试全流程，且设备中多数组件在国内企业加工，2016年5月，国产48K大丝束原丝工业化试验正式开展，到2018年3月，我国成功试制出48K大丝束碳纤维，并掌握工艺全流程。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分49产能扩张方面我们认为产品达标周期或为关键要素。据赛奥碳纤维，建设一条完整的12K年产1600吨碳纤维产线需要投入2.5亿元。碳纤维产能建设主要经历5个阶段，分别是建设期、试生产、稳定期、达标期、满意期，各个阶段不同厂家建设周期不同，各个周期之间产品售价也有一定差异。建设周期不同的主要原因是厂家的系统工程能力不同，主要体现在整线工艺布置的合理性与设备的稳定性。工艺和设备的整改会消耗大量时间，尤其是解决工艺和设备的适配性问题，通常国际水平是12~14个月进入达标期，满足A等品超过90%和生产成本达标。国内绝大部分碳纤维企业均经历过长期处于试生产与稳定期产品难以达标的痛苦时期，甚至有7年亏完所有固定资产的案例，因此我们更看好具备核心工艺技术的厂家扩产。表17：碳纤维产能建设周期名称描述周期（月）成本收益建设期厂房建设、安装调试5-15人工+折旧无试生产投料、工艺设备调整3-6全成本90-200吨等外品，无法销售稳定期生产正常，主要性能达标，但品质稳定性差6-24全成本全产能B/C等品，B等80元/kg、C等50元/kg达标期工艺性能积累提升24-36全成本全产能A等品，110元/kg满意期客户满意愿意支付好价格长期全成本最好收益，120元/kg资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所扩产与降本均顺利条件下，未来几年碳纤维供需或较为平衡。据赛奥碳纤维，2022年已经宣布并在进行中的扩产中，计划2022年完成的包括吉林化纤集团2.7万吨、新创碳谷1.2万吨、光威包头4000吨,计划2023年完成的包括浙江宝旌2.1万吨，中复神鹰1.4万吨,上海石化1.2万吨，即2022年计划完成扩产4.3万吨，2023年计划完成扩产4.7万吨。暂不考虑2024年的扩产，考虑到从试生产到稳定期时间不确定，若扩产顺利同时降本速度较快能够满足风电等领域大规模应用，则整体供需或较为平衡，但需关注国际巨头在标准模量领域的竞争。图79：碳纤维供需测算资料来源：赛奥碳纤维，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分504、碳纤维行业推荐标的4.1、精功科技：碳化设备龙头，具备碳化线成套设备交钥匙能力精功科技为民营碳纤维碳化设备龙头，自2013年启动碳纤维生产线项目，通过与欧洲设备商合作，集成意大利和德国核心设备的方式，于2015年推出千吨以上12K和24K原丝碳化线，在实控人精功集团全资子公司浙江精业新兴材料（现归属宝武钢铁）实现了碳化线销售。目前公司已成功交付使用9套碳化线，并在韩国2000吨级碳纤维生产线上实现了预氧炉设备的出口。表18：精功科技碳化线重大合同统计公告时间2015.10.292017.2.172017.11.292020.4.32020.12.192020.12.192021.10.92021.10.16合同金额2.59亿2.25亿2.25亿1.83亿6.5亿0.3亿3.3亿6.5亿签约对象浙江精业新兴材料吉林精功碳纤维吉林精功碳纤维吉林精功碳纤维吉林国兴碳纤维-新疆隆炬新材料吉林国兴碳纤维交付内容1套千吨碳化线1套大丝束碳化线1套大丝束碳化线1套大丝束碳化线4条碳化线1条碳化线2套碳化线4套大丝束碳化线交付情况已交付已交付已交付已交付已交付已交付实施中实施中资料来源：精功科技公告，国海证券研究所图80：精功科技营业收入构成资料来源：Wind，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分51图81：精功科技营业收入情况图82：精功科技归母净利润情况资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所吉林化纤、浙江宝旌与新疆隆炬扩产有望提供超20亿元市场空间。精功科技2021年碳纤维成套生产线营收达7.49亿元，同比增长261.13%。2021年主要毛利润来自碳纤维碳化线的2.42亿元，2021年公司累计完成6条碳纤维生产线交付，签署了10条碳纤维生产线的销售合同（目前正在履行中），产品得到市场的高度认可，并正在逐步“进口替代”。精功科技长期合作方吉林化纤与浙江宝旌计划扩产7.8万吨，以及新疆隆炬计划扩产5万吨碳化产能（正在实施2套碳化线合同），按照2020年精功科技大丝束2500吨年产能碳化线1.65亿元合同额计算，具备20亿元以上市场空间。4.2、光威复材：全产业链龙头，碳纤维与碳梁业务同步扩产光威复材为民营碳纤维全产业链龙头，具备碳纤维生产线及关键设备、预浸料生产线以及复合材料成型设备等自主设计与制造能力，主要产品包括碳纤维及织物、预浸料、碳梁等，军品方面光威复材具有日本东丽性能相当的碳纤维产品，民品方面以碳梁为主，占维斯塔斯份额约30%。目前光威复材正在扩充碳纤维与碳梁产能，有望在需求高景气中进一步成长。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分52图83：光威复材营业收入构成资料来源：Wind，国海证券研究所图84：光威复材营业收入情况图85：光威复材归母净利润情况资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分53表19：光威复材产能建设情况产品当前产能（年）2021年产能利用率在建产能投产情况碳梁10200千米83.14%1700千米预计2022年投产预浸料1375万平方米58.42%85万平方米已经建设完成，待验收后投入使用碳纤维2655吨78.41%5030吨内蒙古光威低成本碳纤维项目规划产能1万吨，一期在建产能4000吨，预计2022年建成投产;高性能碳纤维产业化项目在建M55J级纤维产能30吨；公司原有实验线，用于“军民融合高强度碳纤维高效制备技术产业化项目”募投项目技术论证和优化，将通过改造，用于生产T700G/T800H级碳纤维产品。资料来源：光威复材2021年年报，国海证券研究所光威复材2021年产能利用率较高，公司适时扩产。目前光威复材产能主要为高性能小丝束，碳梁业务采用购买碳纤维加工的方式，军品碳纤维方面需求增长稳定，公司“军民融合高强度碳纤维高效制备技术产业化项目”将通过改造用于生产T700G/T800H级碳纤维产品。据光威复材披露，产线改造完成后如果生产T800H级约有700-800吨的产能，如果生产T700G约有1000吨的产能。低成本碳纤维方面公司在内蒙古包头九园工业区计划建设1万吨产能，生产包括24k在内的高级别碳纤维产品，定位主要是中高端市场气瓶、热场、建筑补强领域。据光威复材披露，包头电价为0.26元/kwh，较威海电价0.6-0.7元/kwh，在能源成本方面有较大节省空间，同时使用自供碳纤维毛利率有望提升。图86：光威复材各业务毛利率情况资料来源：Wind，国海证券研究所4.3、中简科技：专注航空航天，产品附加值高中简科技主营业务为军用高性能碳纤维及织物，产品以ZT7系列（高于T700级）为主。据中简科技公告，公司技术团队核心成员具有公司控制权，均来自证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分54山西煤化所，包含多名经实验室研发、中试放大和工程化生产一线锻炼成长起来的博、硕士和工程技术人员，2010年8月建成的50吨/年（3K）高性能碳纤维生产线，公司生产设备98%以上为自主研发设计和国内制造。2012年至2014年，公司ZT7系列碳纤维通过航空航天产品定型转入批量供货，2015年8月，国内率先研制成功ZT9系列（T1000/T1100级别）高强中模型碳纤维，2018年5月M55J高强高模碳纤维通过科技部组织的课题验收。图87：中简科技营业收入构成资料来源：Wind，国海证券研究所图88：中简科技营业收入情况图89：中简科技归母净利润情况资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分55表20：中简科技产能及销售情况统计201620172018201920202021产能(吨)505050100未提及未提及产量(吨)6863.2945.2990.61114.08未提及销量(吨)71.1856.3144.3779.86116.16156.06产能利用率90.58%126.58%136%90.61%--销售单价（万元/吨）2113.300893002.400134792.013452935.822693353.26618211.3300.2479.2293.6335.3263.9资料来源：中简科技招股说明书，国海证券研究所注：产能为3K口径，销售单价按营收/销量估算中简科技上市募投的300吨3K小丝束碳纤维产能建设已达到预定可使用状态，后续几年将根据不同市场的需求逐步满产。据中简科技投资者调研纪要，公司已掌握干喷湿纺和湿纺工艺，产业化选择的是湿法纺丝。公司业务聚焦于军用及民用高端碳纤维，具有产量低、单价高、毛利率高的特点。2021年公司主营业务毛利率小幅下降，主要系公司与主要客户经协商对产品价格下调所致。图90：中简科技各业务毛利率情况资料来源：Wind，国海证券研究所4.4、中复神鹰：干喷湿纺产业化，荣获国家科技进步一等奖中复神鹰属于中国建材集团，以民品3K至24K小丝束碳纤维生产销售为主，2020年国内碳纤维产量国内占比达20.98%，位居第二。公司碳纤维生产设备主要向关联方江苏鹰游定制采购，采用提出核心设备工艺技术要求，鹰游集团进行装备设计制造的模式。2013年，公司在国内率先突破了千吨级碳纤维原丝干喷湿纺工业化制造技术，建成了国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线，并放弃了湿法T300碳纤维生产路线，目前已实现了干喷湿纺400米/分钟产业化。公司碳纤维产品涵盖了高强型、高强中模型、高强高模型等，已基本实现对行业龙头日本东丽的主要碳纤维产品的对标，计划研发下一代T1100级证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分56碳纤维，拓展国内碳纤维航空航天领域市场，进一步提升公司经营业绩。图91：中复神鹰营业收入及毛利率资料来源：Wind，国海证券研究所图92：中复神鹰营业收入情况图93：中复神鹰归母净利润情况资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所表21：中复神鹰产能及销售情况统计201820192020产能(吨)350035003500产量(吨)2979.893342.153777.21销量(吨)2734.943422.483761.14产能利用率85.14%95.49%107.92%销售单价（万元/吨）11.0912.0114.03资料来源：中复神鹰招股书，国海证券研究所中复神鹰毛利率的提升或主要受益于销售单价上升与单位成本下降。销售方面，碳纤维市场需求快速增长产品供不应求，公司产品量价齐升；成本方面，主要原材料丙烯腈的市场价格降幅较大，且产量提高有效地降低了单位产品分摊的证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分57固定成本。另一方面按照连云港市大气污染防治行动要求，2019年来公司不再使用锅炉自产蒸汽，改为对外直接采购蒸汽，对外采购的主要能源结构和种类发生变化，单位产品能源成本有一定增加。随着全资子公司神鹰西宁扩产的万吨碳纤维项目陆续投产，公司业绩有望放量。4.5、吉林化纤：粘胶长丝龙头依托一体化产业链大规模布局碳纤维复材吉林化纤为全球粘胶长丝龙头，业务扩张大规模布局原丝碳化与碳纤维复材，实控人为吉林市国资委。公司主营业务为粘胶长、短丝，俗称人造丝和人造棉，业务模式为购买长丝棉浆粕与短丝浆粕原料，经粘胶制备、纺丝、后处理、后加工过程生产成品并销售。2020年吉林化纤粘胶长丝销售收入17亿元，粘胶短纤销售收入6.94亿元，合计占总收入95.76%。2020年粘胶长丝全球产能约21万吨/年左右，国内吉林化纤产能8万吨/年（1万吨/年产能建设中），新乡化纤产能8万吨/年，宜宾丝丽雅产能约5万吨/年，其他化纤企业因产能落后和环保等原因，已陆续退出了市场，未来也难有新进入者，竞争格局稳定。2016年至2020年吉林化纤持续扩张粘胶长、短丝产能，2019年前主要生产粘胶长丝，2020年12万吨粘胶短纤建成投产。公司持续筹资扩产，2019年财务费用较2018年增长8931万元，在收入增长的同时归母净利润同比下降31.3%。2020年受新冠疫情因素影响，下游开工率严重不足，订单减少需求大幅下滑，造成粘胶纤维价格探底，公司净利润大幅下降。随着疫情得到控制，粘胶长丝市场价回暖，长期看粘胶长丝市场前景良好。粘胶短纤行业随着近年来下游纺织出口需求下滑，供需严重失衡，处于产能过剩状态，景气度持续下行，2020年部分企业开始停产观望，至四季度国内全面复工复产，市场开始反转，粘胶短纤行业周期上行延续到今年一季度。今年二季度后纺织市场转淡，粘胶短纤价格有所下滑。公司粘胶短纤毛利率较低，今年上半年为11.41%。图94：吉林化纤营业收入构成图95：吉林化纤粘胶长短丝产量情况资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分58图96：吉林化纤营业收入情况图97：吉林化纤归母净利润情况资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所图98：吉林化纤营业毛利率情况图99：粘胶长丝市场价情况资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所图100：粘胶短纤市场价情况资料来源：Wind，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分59吉林化纤依托吉林市大丝束碳纤维产业链布局，大规模布局原丝碳化与碳纤维复材，2021年10月28日，子公司吉林凯美克年产600吨1K、3K碳纤维生产线开车成功。2021年11月4日吉林化纤公告计划通过非公开发行的方式募资12亿元用于1.2万吨碳纤维复材项目的建设，产品主要用于风电叶片的生产，运用路径为碳纤维-拉挤成型-碳板，之后直接进入叶片的大总成的环节。公司预计该项目建成达产后，将形成年营业收入15.4亿元，且毛利率有望高于光威复材外购碳纤维生产碳梁所获得的21%毛利率。定增完成后公司资产负债率会由64.91%下降至57%，同时有望在碳纤维行业获得第二增长曲线。4.6、中航高科：碳纤维复材龙头，远期有望受益于国产商用大飞机放量中航高科是中国航空工业集团有限公司旗下上市公司，主要业务分为“航空新材料”和“高端智能装备”两大板块。公司拥有航空工业复材等6家子公司，业务涵盖航空新材料、高端智能装备、轨道交通零部件、汽车零部件、医疗器械等应用领域。其中，复合材料业务营业占比较高并呈现逐渐上升趋势，2021实现营业收入36.12亿元，占总营业收入达95%。图101：中航高科营业收入构成资料来源：Wind，国海证券研究所证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分60图102：中航高科营业收入情况图103：中航高科归母净利润情况资料来源：Wind，国海证券研究所资料来源：Wind，国海证券研究所聚焦新材料生产交付和生产经营，航空复合材料运营能力稳步提升。公司全资子公司航空工业复材作为航空复合材料专业化供应商，在航空复合材料领域具有较强的核心竞争力和领先的行业地位。2021年航空工业复材预浸料生产计划完成率超过97%，全年预浸料产品生产和交付量创历史新高。公司复合材料毛利率整体呈上升趋势，2021年复合材料毛利率达30.9%，复合材料业务增长拉动公司业绩整体增长，2021年公司总营业收入达38.08亿元，同比增长30.77%；2021年实现归母净利润5.91亿元，同比增长37.56%。图104：中航高科复合材料毛利率资料来源：Wind，国海证券研究所参与CR929研发工作，拓展航空复合材料应用领域。公司多次获得国家级及省部级科技进步奖、国防科技进步奖，在航空复合材料领域具有较强的核心竞争力和稳固的行业地位。公司成功入选中国商飞CR929前机身工作包唯一供应商，2021年按进度完成了CR929前机身研发攻关任务，协同开展了C919项目尾翼优化设计，配合完成了垂直安定面详细设计工作，突破了AG600复合材料关键技术并持续推进预浸料、蜂窝等材料在民用航空领域应用，未来随着C919证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分61及CR929的量产，公司有望受益。5、行业评级及盈利预测碳纤维行业国产化率由2015年15%逐渐提升至2021年47%，生产企业通过不断的技术探索与工艺优化艰难度过了“有产能，无产量”阶段，毛利率逐年上升，据各公司公告，精功科技具备千吨级碳化线成套设备交钥匙能力，已成功交付使用9套碳化线；光威复材具备碳纤维生产线及关键设备、预浸料生产线以及复合材料成型设备等自主设计与制造能力；中简科技生产设备98%以上为自主研发设计和国内制造，ZT7系列产品各项指标优于东丽T700；中复神鹰建成了国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线；吉林化纤业务扩张大规模布局原丝碳化与碳纤维复材；碳纤维复材龙头中航高科有望受益于国产商用大飞机放量。自2021年国内碳纤维行业开启大规模扩产，若碳纤维成本下降则有望持续推动各下游领域需求高景气，叠加进口替代逻辑，我们认为碳纤维行业的收入与利润有望增长，给予“推荐”评级。我们看好碳纤维产业链，重点关注：①碳化线设备制造【精功科技】；②全产业链龙头【光威复材】；③军用高端碳纤维【中简科技】；④民用高性能碳纤维【中复神鹰】；⑤一体化产业链大规模布局碳纤维复材【吉林化纤】；⑥碳纤维复材龙头【中航高科】，并持续关注恒神股份、上海石化等。重点关注公司及盈利预测重点公司股票2022-05-25EPSPE投资代码名称股价20212022E2023E20212022E2023E评级300699.SZ光威复材53.021.461.872.3657.74--未评级300777.SZ中简科技44.300.501.121.60122.9839.5927.63未评级688295.SH中复神鹰32.720.350.580.86-56.1738.07未评级000420.SZ吉林化纤--0.030.050.17-100.3575.3919.57未评级002006.SZ精功科技24.440.241.221.68113.4520.0414.56未评级600862.SH中航高科24.150.420.570.7584.2342.2932.06未评级资料来源：Wind资讯，国海证券研究所注：吉林化纤2021年EPS和PE为预测数据，未评级公司盈利预测来自万得一致预期，股价取自5月25日收盘。证券研究报告请务必阅读正文后免责条款部分626、风险提示1）风电叶片大型化不及预期；2）碳纤维碳碳热场材料应用增长不及预期；3）航空航天领域碳纤维需求不及预期4）碳纤维产能扩张进度不及预期；5）碳纤维规模化降本不及预期；6）碳纤维应用推广不及预期；7）行业竞争加剧；8）因环境不同难以复制国外巨头成长路径；9）测算具有主观性，仅供参考；10）重点关注公司业绩不及预期。国海证券股份有限公司国海证券研究所请务必阅读正文后免责条款部分【公共事业与中小盘小组介绍】杨阳，中央财经大学会计硕士，湖南大学电气工程本科，5年证券从业经验，现任国海证券公用事业和中小盘团队首席，曾任职于天风证券、方正证券和中泰证券。获得2021年新财富分析师公用事业第4名，21世纪金牌分析师和Wind金牌分析师公用事业行业第2名，21年水晶球公用事业入围，2020年wind金牌分析师公用事业第2,2018年新财富公用事业第4、水晶球公用事业第2核心成员。【化工小组介绍】李永磊，天津大学应用化学硕士，化工行业首席分析师。7年化工实业工作经验，7年化工行业研究经验。【分析师承诺】杨阳,李永磊,本报告中的分析师均具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格并注册为证券分析师，以勤勉的职业态度，独立，客观的出具本报告。本报告清晰准确的反映了分析师本人的研究观点。分析师本人不曾因，不因，也将不会因本报告中的具体推荐意见或观点而直接或间接收取到任何形式的补偿。【国海证券投资评级标准】行业投资评级推荐：行业基本面向好，行业指数领先沪深300指数；中性：行业基本面稳定，行业指数跟随沪深300指数；回避：行业基本面向淡，行业指数落后沪深300指数。股票投资评级买入：相对沪深300指数涨幅20%以上；增持：相对沪深300指数涨幅介于10%～20%之间；中性：相对沪深300指数涨幅介于-10%～10%之间；卖出：相对沪深300指数跌幅10%以上。【免责声明】本报告的风险等级定级为R3，仅供符合国海证券股份有限公司（简称“本公司”）投资者适当性管理要求的的客户（简称“客户”）使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。客户及/或投资者应当认识到有关本报告的短信提示、电话推荐等只是研究观点的简要沟通，需以本公司的完整报告为准，本公司接受客户的后续问询。本公司具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格。本报告中的信息均来源于公开资料及合法获得的相关内部外部报告资料，本公司对这些信息的准确性及完整性不作任何保证，不保证其中的信息已做最新变更，也不保证相关的建议不会发生任何变更。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可能会波动。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。报告中的内容和意见仅供参考，在任何情况下，本报告中所表达的意见并不构成对所述证券买卖的出价和征价。本公司及其本公司员工对使用本报告及其内容所引发的任何直接或间接损失概不负责。本公司或关联机构可能会持有报告中所提到的公司所发行的证券头寸并进行交易，还可能为这些公司提供或争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等服务。本公司在知晓范围内依法合规地履行披露义务。【风险提示】市场有风险，投资需谨慎。投资者不应将本报告为作出投资决策的唯一参考因素，亦不应认为本报告可以取代国海证券股份有限公司国海证券研究所请务必阅读正文后免责条款部分自己的判断。在决定投资前，如有需要，投资者务必向本公司或其他专业人士咨询并谨慎决策。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。投资者务必注意，其据此做出的任何投资决策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。若本公司以外的其他机构（以下简称“该机构”）发送本报告，则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议。任何形式的分享证券投资收益或者分担证券投资损失的书面或口头承诺均为无效。本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。【郑重声明】本报告版权归国海证券所有。未经本公司的明确书面特别授权或协议约定，除法律规定的情况外，任何人不得对本报告的任何内容进行发布、复制、编辑、改编、转载、播放、展示或以其他任何方式非法使用本报告的部分或者全部内容，否则均构成对本公司版权的侵害，本公司有权依法追究其法律责任。