1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 碳纤维系列报告之（ 二）： 风电 及航空航天 领域是短期 发力点 碳纤维系列报告分为三篇，此为第二篇，主要梳理碳纤维下游应用领域、并讨论相关领域是否具有成长性，以及我国碳纤维产业发展现状和前景。 我们对全球以及国内碳纤维主要应用领域进行了扫描式的再梳理，得出以下结论： 1.全球范围内看，碳纤维的增速可圈可点。 2019 年全球碳纤维需求达10.3 万吨，未来有望保持 13%的中高速增长，远高于全球 GDP 的增幅。 2.中国碳纤维市场有望 实现 30%高增长。 2019 年中国碳纤维的总需求为3.8 万吨，同比增长 22%。 国内市场需求大多被进口纤维满足， 对外依存度 约 70%，实现进口替代及突破技术封锁十分迫切 。 3.风电叶片领域是全球碳纤维新的 发力点 。 全球叶片龙头 Vestas 的技术创新为碳纤维打开了新的成长空间，可以预期未来大型叶片的碳纤维化将加速进行。 4.航空航天装备及商飞有望拉动我国碳纤维市场增长。 材料的轻量化在航空航天领域 可以带来巨大经济效益 。 随着 我国航空航天装备的升级和放量 、以及 民航交付量的大幅提升 ，我国碳纤维市场规模有望快速增长 。 5.降低成本将会带来更多领域的需求爆发。 鉴于碳纤维的优异性能及制件成本的进一步降低，汽车轻量化及氢燃料电池等领域均有可能成为碳纤维未来新的 重要 增长点。 风险提示 ： 产品开发、验证及推广不及预期；价格大幅下滑 Table_Tit le 2020 年 07 月 30 日 合成纤维及树脂 Table_BaseI nfo 行业深度分析 证券研究报告 投资 评级 领先大市 维持 Table_Char t 行业表现 资料来源： Wind 资讯 % 1M 3M 12M 相对收益 -1.95 -10.75 -28.55 绝对收益 10.42 8.84 -7.66 孟瞳媚 分析师 SAC 执业证书编号： S1450520040003 mengtmessence 010-83321073 张汪强 分析师 SAC 执业证书编号： S1450517070003 zhangwq1essence 010-83321072 相关报告 碳纤维系列报告之（一）：碳纤维概览及生产壁垒详解 2020-07-29 -10%-7%-4%-1%2%5%2019-07 2019-11合成纤维及树脂 沪深 300 行业深度分析 /合成纤维及树脂 2 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 内容目录 0. 序言 . 4 1. 碳纤维需求总量判断：全球市场稳步增长，中国发展速度较快 . 4 2. 风 电叶片领域：大尺寸化拉动碳纤维需求 . 6 2.1. 低风速风场和海上风电共同推进叶片大型化发展 . 6 2.2. Vestas 引领风电叶片进入碳纤维时代 . 9 3. 航空航天领域：民航及航空装备是拉动需求的又一重点 .11 3.1. 碳纤维复材在民航结构件上占比可高达 50% .11 3.2. 商飞及 航空装备有望拉动我国碳纤维需求 . 14 3.3. 国产航天级碳纤维突破技术封锁 . 16 4. 汽车船舶领域：优化制造成本将有望打开市场 . 16 4.1. 节能减排政策推动汽车轻量化 . 17 4.2. 碳纤复合材料有望成 为汽车结构件轻量化材料首选 . 18 4.3. 宝马 i3 成首款全碳纤维车架的量产车 . 19 4.4. 成本问题限制碳纤维汽车大范围推广 . 21 5. 体育休闲领域：市场规模稳定 . 22 6. 其他领域：有望成为新的快速增长点 . 23 6.1. 高压容器 . 23 6.1.1. 燃料电池汽车的发展推动储氢罐碳纤维需求增长 . 24 6.1.2. 我国储氢罐碳纤维需求测算 . 25 6.2. 土木建筑 . 26 7. 风险提示 . 27 图表目录 图 1：碳纤维系列产品 . 4 图 2： 全球碳纤维需求持续增长 . 4 图 3： 2019 全球碳纤维分应用需求 . 5 图 4： 2019 年全球碳纤维分应用需求价值 . 5 图 5： 中国碳纤维需求高速增长 . 5 图 6： 2019 年中国碳纤维需求量来源 . 5 图 7： 2019 年中国碳纤维需求价 值来源（千美元） . 5 图 8： 2019 年中国碳纤维需求分布（按应用领域） . 6 图 9：全球风电新增装机容量持续增长 . 7 图 10： 风电叶片向大型化发展 . 7 图 11： 风电叶片结构图 . 8 图 12： 全球风电叶片碳纤维需求预测 . 9 图 13： Vestas 风电叶片主梁结构示意图 . 9 图 14： Vestas 全球工厂布局图 . 10 图 15： TPI 全球工厂布局图 . 10 图 16： 国内风电机装机容量 .11 图 17： 碳纤维在航空航天领域的应用 .11 图 18： 全球及中国航空航天领域碳纤维需求 . 12 图 19： 波音和空客各机型碳纤维复合材料使用比例 . 12 图 20： 波音 787 使 用材料及比例 . 13 行业深度分析 /合成纤维及树脂 3 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 21：波音 777X 采用整体翼梁设计 . 14 图 22： C919 各个部位所用 材料示意 . 15 图 23：碳纤维在汽车船舶领域的应用 . 16 图 24：汽车领域碳纤维需求 . 17 图 25： 2006-2016 年传统车平均燃料消耗量发展趋势（ L/100km） . 17 图 26：各国二氧化碳排放指标 . 18 图 27：各种材料比强度和比模量性能对比 . 19 图 28：传统汽车与碳纤维复合材料汽车重量对比 . 19 图 29：宝马 i3 的碳纤维车身 . 20 图 30：汽车厂商与复合材料供应商之间 的联盟 . 21 图 31：碳纤维车身和钢铁车身成本对比 . 22 图 32：碳纤维在体育休闲领域的应用 . 23 图 33：体育休闲领域碳纤维需求量 . 23 图 34：碳纤维在高压容器领域的应用 . 23 图 35：压力容器领域碳纤维需求 . 24 图 36：丰田 MIRAI 结构图 . 25 图 37：丰田 MIRAI 储氢罐各部位材料 . 25 图 38：我国氢燃料电池汽车技术路线 . 25 图 39：我国燃料电池乘用车销量预 测 . 26 图 40：国内燃料电池汽车储氢罐碳纤维需求测算 . 26 图 41：碳纤维在土木建筑领域的应用 . 27 表 1： 碳纤维复合材料风电叶片应用实例 . 8 表 2： Vestas 碳纤维消耗测算 . 10 表 3： 国内风电叶片碳纤维空间测算 .11 表 4：碳纤维在波音飞机上的应用情 况 . 12 表 5： 碳纤维在空客飞机上的应用情况 . 13 表 6： 碳纤维在国产客机上的应用 . 14 表 7：碳纤维在国产军机上的应用 . 15 表 8：碳纤维在国产火箭和太空站的应用 . 16 表 9：碳纤维在汽车上的应用实例 . 20 表 10： 不同型号储氢容器对比 . 24 行业深度分析 /合成纤维及树脂 4 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 0. 序言 碳纤维系列报告分为三篇，此为第二篇，主要梳理碳纤维下游应用领域、并讨论相关领域是否具有成长性，以及我国碳纤维产业发展现状和前景。 1. 碳纤维需求总量判断：全球 市场稳步增长 ，中国 发展 速度较快 碳纤维指的是 含碳量超过 90%的 纤维状碳材料 ，凭借密度小、强度高、耐腐蚀、易成型等 特点 ，已成为轻量化材料的重要一员，逐步 取代以往 的 金属材料 ， 在 体育休闲、 航空航天、风力发电、汽车、建筑补强等领域 都有广泛应用 。 图 1： 碳纤维系列产品 资料来源： 东丽官网 、 安信证券研究中心 近年来， 全球碳纤维市场需求呈稳步增长态势。 2019 年全球碳纤维需求 10.37 万 吨 ，据赛奥碳纤维技术预测，未来 5 年碳纤维仍将保持 约 13%的需求增速。 图 2： 全球碳纤维需求持续增长 资料来源： 赛奥碳纤维技术、 安信证券研究中心 全球的碳纤维下游应用主要是风电叶片、航空航天、体育休闲和汽车四大领域， 2019 年这四个领域合计需求 75800 吨，占比高达 80.9%，需求价值 23.24 亿美元，占比达 80.98%。 -50510152025300501001502002503003504004502008200920102011201220132014201520162017201820192020E2021E2022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E需求量（千吨，左轴） 增长率（ %，右轴 ) 行业深度分析 /合成纤维及树脂 5 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 3： 2019 全球碳纤维分应用需求 图 4： 2019 年全球碳纤维分应用需求价值 资料来源： 赛奥碳纤维技术、 安信证券研究中心 资料来源： 赛奥碳纤维技术、 安信证券研究中心 中国碳纤维市场近年快速增长，国产化率逐步提升。 在 2017 年之前，国内市场需求大多被进口纤维满足，国产纤维在国内市场的份额与贡献很少， 2017 年，国产纤维达 7400 吨，实现巨大增长，增速为 105%。 2019 年中国碳纤维的总需求为 37840 吨，对比 2018 年的 31000吨，增长了 22%，其中，进口量为 25840 吨（占总需求的 68%，比 2018 增长了 17.5%），国产纤维供应量为 12000 吨（占总需求的 31.7%），国产纤维供应增速为 22%。 2019 年的增长率少于 2018，其重要原因是供不应求。 据赛奥碳纤维技术预测，未来国产碳纤维需求有望实现 30%的较高增速，高于全球（约 10-15%）的水平，乐观估计在 2025 年前后，国产碳纤维有望超过进口。 图 5： 中国碳纤维需求 高速增长 资料来源： 赛奥碳纤维技术、 安信证券研究中心 图 6： 2019 年中国碳纤维需求量来源 图 7： 2019 年中国碳纤维需求价值来源（千美元） 资料来源： 赛奥碳纤维技术、 安信证券研究中心 资料来源： 赛奥碳纤维技术、 安信证券研究中心 25% 23% 15% 11% 8% 7% 4% 3% 1% 1% 1% 1% 风电叶片 航空航天 体育休闲 汽车 混配模成型 压力容器 建筑 碳碳复材 电子电气 电缆芯 船舶 其他 12% 49% 12% 7% 6% 5% 3% 2% 1% 1% 1% 1% 风电叶片 航空航天 体育休闲 汽车 混配模成型 压力容器 建筑 碳碳复材 电子电气 电缆芯 船舶 其他 01000020000300004000050000600002008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020E2021E国产（吨 ) 进口（吨） 32% 20% 15% 7% 7% 5% 4% 4% 3% 3% 中国 日本 中国台湾 美国 墨西哥 韩国 英国 土耳其 匈牙利 其他进口 28% 25% 11% 12% 4% 4% 4% 3% 2% 7% 日本 中国 中国台湾 美国 韩国 墨西哥 英国 匈牙利 土耳其 其他进口 行业深度分析 /合成纤维及树脂 6 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 国内碳纤维仍主要为日本产品。 当前国内碳纤维的需求主要由国内、日本和中国台湾满足。从直接数据来看，国产碳纤维 是 国内 碳纤维的 最大供应 方 ， 但实际上，日系产品仍是国内碳纤维需求的最大来源，因为从韩国进口的碳纤维主要来自于东丽在韩国的子公司东丽（韩国），此外，被东丽收购的 ZOLTEK 在墨西哥、匈牙利和美国生产的产品也可归为日系产品。从碳纤维的市场需求量来看， 国产 碳纤维已逐渐向 日本 产品靠拢 ，但 在价值 上 仍 有较大的差距 。 2019 年国内碳纤维最主要的使用领域是 风叶电片 ， 是 行业 超高增长的主要驱动者 。 大陆和台湾的体育休闲领域合计 也 占据了总应用需求的半壁江山。 2019 年风电消耗 13,800 吨碳纤维， 较 2108 年的 8,000 吨 增加 72.5%。 2019 年用于风电的国产碳纤维大约有 1,000 吨，而2018 年是全部进口。 显然，这几年跳跃式增长的风电叶片用量（ 2017： 3,060 吨， 2018：8,000 吨， 2019： 13,800 吨），给国内碳纤维企业带来了难得的发展机遇。 图 8： 2019 年中国碳纤维需求分布（按应 用领域） 资料来源： 赛奥碳纤维技术、 安信证券研究中心 根据我们对各个细分市场的扫描式分析， 2019 年全球碳纤维市场由风电领域及航空航天领域提供主要需求增量，这主要依赖于 Vestas 碳纤维风电机组市场的快速拓展、民航交付量的大幅提升、以及我国航空航天装备的升级和放量 ， 未来这两个领域仍有望 维持较高增长 。长期来看，汽车轻量化及氢燃料电池发展带来的碳纤维市场空间巨大，随着成本方面及应用方面问题的突破解决，碳纤维需求有望爆发增长。 下文，我们将分别对各个应用领域进行较详细的分析。 2. 风电叶片领域： 大尺寸化拉动碳纤维需求 2.1. 低风速风场和海上风电共同推进叶片大型化发展 风能作为一种最具成本优势的可再生能源近 10 年来在世界范围内取得了飞速发展，据世界风能协会（ WWEA）发布的最新新闻数据显示，截止 2019 年全球风电装机总量达 650GW，较 2018 年增长 10%， 其中 ， 中国装机数量高居榜首 超过 200GW。 2019 年全球新增风电装机容量为 60GW，较 2018 年增长 19%。 根据 GWEC 预测， 2020 年至 2022 年 新增 风电装机容量将按 9%的年增长率递增 。 36% 19% 19% 5% 4% 4% 3% 3% 2% 2% 1% 0% 2% 风叶电片 中国大陆体育 中国台湾体育 建筑补强 压力容器 混配模改型 碳碳复材 航空航天 电子电气 汽车 电缆芯 船舶 其他 行业深度分析 /合成纤维及树脂 7 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 9：全球风电 新增 装机容量持续增长 资料来源： GWEC、 安信证券研究中心 为了能在有限的土地面积上实现大规模发电，提高风力发电效率，叶片需要往大型化的方向发展。但叶片长度增加会导致叶根受到的荷载增加，使叶根疲劳失效，还会使风轮在摆动方向受到较大荷载，导致扭转变形。叶片重量增加导致的荷载上升会增加主梁帽层间失效的风险，若重量的增加大于刚度增加，叶片还易发生共振，破坏结构。因此随着叶片的大型化，使用高刚性、高比强度、高比拉伸模量的材料制造决定叶片刚性的主梁非常必要。 传统的叶片制造材料玻璃纤维复合材料无法满足这些要求，而碳纤维复合材料密度更低、强度更高，是风电叶片大型化、轻量化的首选材料。 图 10： 风电叶片向大型化发展 资料来源： 中国碳纤维网 、 安信证券研究中心 出于成本考虑， 碳纤维复合材料 在叶片制造中主要用于梁帽、叶根、叶尖和蒙皮等关键部位，其中最 主要的应用部位是主梁帽 。近年，随着碳纤维价格走低，其在风电叶片中的应用部位有望增加，从而带动需求量提升。 -30-20-1001020304050010203040506070802010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020E 2021E新增装机容量（ GW， 左轴） 增长率（ %，右轴） 行业深度分析 /合成纤维及树脂 8 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 11： 风电叶片结构图 资料来源： 碳纤维产业技术研究院 、 安信证券研究中心 表 1： 碳纤维复合材料风电叶片应用实例 公司 部位 应用形式 Gamesa 梁帽 预浸碳纤与预浸玻璃纤维交替 LM 梁帽 /后缘 碳纤维和玻璃纤维混合 Vestas 梁帽 全碳纤维 GEC 梁帽 全碳纤维 Nordex 梁帽 全碳纤维 NEG 梁帽 木质材料与碳纤维混合 Dewind 梁帽 全碳纤维 Repower 梁帽 碳纤维和玻璃纤维混合 Gmbh 梁帽 全碳纤维 梁帽 全纤维预浸料 美国能源部 蒙皮全表面 碳纤维和玻璃纤维混合 南道东泰 梁帽 全碳纤维 中材科技 梁帽 全碳纤维 中复连众 梁帽 全碳纤维 资料来源： 赛瑞研究 、安信证券研究中心 2016 年以来，低风速风场和海上风电共同推进了叶片的大型化发展，加上碳纤维成本走低，叶片复合材料工艺得到创新，风电领域对碳纤维的需求大幅增长。 随着风电机组装机量稳步增加以及大型化机组渗透率提升，预计 碳纤维在风电领域 的需求将持续增长 。 行业深度分析 /合成纤维及树脂 9 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 12： 全球风电叶片碳纤维需求预测 资料来源：赛奥碳纤维技术、 Wood Mackenzle、安信证券研究中心 2.2. Vestas 引领 风电叶片进入碳纤维时代 2015 年以前 ，风电叶片的碳纤维 主要采用预浸料或织物的真空导入 加工工艺 ，部分采用小丝束碳纤维，因此平均价格 较高。 2015 年后则 主要采用大丝束碳纤维 拉挤成型工艺 ， 成本明显 降低。 能够 采用高效低成本高质量的拉挤梁片 要归功于 Vestas 在大梁结构的革命性创新设计 。 Vestas 把 原本为一个 整体 的 主梁主体受力部分拆分为拉挤梁片标准件，然后把这些标准件组装成型 。这种设计 优点 在于， 拉挤 成型 工艺生产 的复合材料 纤维体积含量 高 ， 主梁主体承载的重量 降低； 拉挤梁片标准件生产效率 高； 产品性能稳定 ； 运输成本和组装整成本降低 。 Vestas 凭借拉挤成型 工艺迅速打开市场 ，一跃成为风电产业龙头 ， 据 赛奥碳纤维 数据，2019 年 Vestas 风机新增装机容量 9.6GW，以 18%的份额领先全球 。 图 13： Vestas风电叶片主梁结构示意图 资料来源： 新材料在线 、 安信证券研究中心 Vestas 的碳纤维复合材料主要由 Zoltek（被东丽收购）、土耳其的 DowAska、国内的光威复材和江苏澳盛以及中国台湾的台塑提供。 2017 年 国内 为 TPI 公司（ Vestas 风电叶片主要供应商之一）等进口的碳纤维量由 2016年的 2465吨 锐减至 240吨纤维， 差额主要源于 Vestas坚定了 使用大丝束拉挤成型工艺 制备梁帽的路线 ，使得碳纤维的供应来源向国内的 光威复材和 江苏澳盛 转移。 2018 年光威复材生产碳梁 5002 千米， 2019 年生产 6979 千米， 同比增长40%。 Vestas 的碳纤维消耗量在风电叶片领域为全球之首， 2017 年消耗 2 万吨，占比高达 83%。根据我们测算，假设 Vestas 市占率不变， 2018-2022 年其消耗的碳纤维量将达到2.8/3.0/3.2/3.4/3.7 万吨。由于风电机的大型化趋势在欧洲增长较为稳定，目前以中国、印度为中心的亚洲以及南美为增速较快的市场。 Vestas 在全球共有 11 个风电叶片厂， 在天津 设-60-40-20020406080050001000015000200002500030000350004000045000500002012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E风电叶片碳纤维需求（吨，左轴） 增长率（ %，右轴） 行业深度分析 /合成纤维及树脂 10 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 有涵盖叶片厂、控制器厂、发电机厂及机舱厂的大型 一体化风能设备制造基地 。 TPI 在全球共有 11 个风电叶片厂，在国内江苏 大丰， 江苏 太仓 和江苏 扬州 都设有工厂。 国内碳纤维供应商如光威复材等将显著受益。 表 2： Vestas碳纤维消耗测算 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 全球风电装机容量（ GW） 539 591 647 708 773 843 当年新增风电装机容量 52 52 56 61 65 70 其中： onshore 47 50 53 56 60 offshore 5 6.25 7.5 8.75 10 Vestas 当年新增装机容量 8 11 12 13 14 15 Vestas 市占率 16% 22% 22% 22% 22% 22% Vestas 当年碳纤维消耗（万吨） 2 2.8 3.0 3.2 3.4 3.7 碳纤维消耗量（万吨） 2.4 3.3 3.6 3.9 4.1 4.5 资料来源：赛瑞研究、安信证券研究中心 图 14： Vestas全球工厂布局图 资料来源： Vestas 官网 、 安信证券研究中心 图 15： TPI 全球工厂布局图 资料来源： TPI 官网 、 安信证券研究中心