- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据 (人民币） 市场优化平均市盈率 18.90 国金基础化工指数 2779 沪深 300 指数 4156 上证指数 3247 深证成指 12331 中小板综指 12855 相关报告 1.己二腈及顺酐产业迎来拐点，看好其下游 -【国金化工】行业研究周 .， 2022.8.7 2.锂电材料坡长雪厚，关注格局较好的细分材料 -【国金化工】锂电上 .， 2022.8.3 3.前期强势产品价格承压，建议继续防守 -【国金化工】行业研究周报， 2022.7.30 4.新能源化工材料仍受青睐，继续看好相关标的 -【国金化工】 202.， 2022.7.24 5.景气赛道有所分化，攻守切换 -【国金化工】行业研究周报， 2022.7.23 陈屹 分析师 SAC 执业编号： S1130521050001 chenyi3 王明辉 分析师 SAC 执业编号： S1130521080003 wangmh 杨翼荥 分析师 SAC 执业编号： S1130520090002 yangyiying 产业化迎来拐点 ，下游应用全面开花 行业观点 碳纤维性能优异，拥有广泛的应用领域。 碳纤维在力学性能方面，具有高强度、高模量，兼有碳材料的强抗拉力和纤维的柔软可加工性；在物理性能方面，具有耐高低温、导热、导电、摩擦系数小和各向异性；在化学性能方面，具有耐腐蚀性 ，优异的性能使得碳纤维可广泛应用于航空航天、风电叶片、碳碳复材、压力容器、体育休闲、汽车工业等领域。 新能源推动 碳纤维 需求高增长 ，航空航天等领域空间广阔 。 2021 年全球碳纤维需求量达 11.8 万吨，其中国内需求 6.24 万吨， 近年来随着 新能源行业的发展， 碳纤维 在风电叶片、碳碳复材、压力容器等领域的增长迅速。 产业趋势方面， 风电叶片逐步从内陆转向海上，大功率风电机组开始推广使用，推动叶片轻量化发展； 光伏硅片大尺寸进程下，碳碳复材逐步取代传统石墨 ； 氢燃料电池汽车在 2022 年步入爆发元年， 压力容器需求跟随提升。2021 年风电、光伏、燃料电池领域的碳纤维国内需求增速分别 为 13%、133%、 50%，我们预计未来四年三大领域的 GAGR 也将分别达到 19%、18%、 22%， 2025 年需求量将达到 4.59 万吨、 1.37 万吨、 0.66 万吨 。 在附加值很高的航空航天领域，商用飞机、国产大飞机、无人机以及军机需求的提升，将为碳纤维提供广阔空间 ，此外，轨交渗透率的提升和汽车轻量化方向也有望成为未来碳纤维需求新的增长点。 中 国碳纤维产能快速扩张，大丝束成为重要方向 。 2021 年 全球碳纤维运行产能达 20.76 万吨，其中中国大陆运行产能 达 6.34 万吨 ，位居第一，较2020 年增长 74%。 今明 两年 国内碳纤维 仍处于 投产高峰期 ，我们统计2022-2023 年国内待投项目的名义产能分别为 4.28 万吨和 3.55 万吨（不考虑投产节奏），产能的大幅投放将缓解去年由疫情和进口扰 动带来的供需缺口，今年下半年以来，国内碳纤维价格也出现下滑趋势，预计未来国内供需矛盾将进一步缓解。在产业方向上，近年 来 我国逐步突破大丝束原丝和碳纤维制备技术， 成功将低成本大丝束转入规模化量产，我们统计 2021 年 -2023年， 国内 大丝束的新增名义产能分别占国内当前新增名义产能的 58%、93%、 61%，大丝束已成为我国碳纤维发展的重要方向，从而在与大丝束相关的风电叶片、压力容器、轨道交通、汽车轻量化等领域有望实现国产替代 。 投资建议 随着 产业结构的升级 ，新材料 需求不断增加 ， 为 我国碳纤维行业 提供了肥沃的土壤 ； 大丝束技术的突破，为我国实现低成本碳纤维工业化提供了路径；行业将进一步集中，技术优势将带来规模优势和一体化优势 。我们建议重点关注 吉林化纤 （ 供应链配套完善，大丝束产能快速扩张 ）、中复神鹰（ 高性能碳纤维龙头企业，布局航空航天与新能源领域 ）、 光威复材 （ 全产业链布局，军品民品双轮驱动 ）、 中简科技（ 聚焦小丝束高端产品，供应航天军工 ） 。 风险提示 市场竞争加剧风险； 风电市场开拓不及预期；航空航天等高端 领域发展不及预期；新技术开发冲击风险 ；原材料价格大幅上涨 风险； 成本下降不及预期 风险。 2241247827142951318734243660210809211109220209220509国金行业沪深300 2022年08月10日 资源与环境研究中心 基础化工行业研究 买入（维持评级） 行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 一、碳纤维的性能优异，下游应用广泛 . 5 1.1 碳纤维是一种性能优异的材料 . 5 1.2 碳纤维主要以聚丙烯腈基为主 . 6 1.3 碳纤维应用领域不断拓展 . 8 二、新能源推动碳纤维需求高速增长，航空航天等领域空间广阔 . 10 2.1 风电叶片：受益于叶片轻量化与海风发展，碳纤维需求有望高速增长 . 10 2.2 碳碳复材：光伏装机增长与单晶炉扩容助力碳纤维需求高速增长 . 14 2.3 压力容器：氢燃料电池车推广加快，储氢瓶用碳纤维需求高速增长 . 16 2.4 航空航天：碳纤维应用广泛，需求空间巨大 . 18 2.5 轨道交通：碳纤维推广障碍相对较小，未来潜力较大 . 23 2.6 汽车：空间广阔，成本问题制约其推广 . 24 三、我国碳纤维产能快速扩张，大丝束成为重要方向 . 25 3.1 中国碳纤维产能快速扩张，供需矛盾有望缓解 . 25 3.2 我国大丝束实现技术突破，成为未来重要发展方向 . 28 3.3 我国高性能碳纤维持续突破，政策支持为行业发展保驾护航 . 29 四、碳纤维的制备工艺：原丝和碳化 . 31 4.1 碳纤维原丝环节：聚合- 纺丝 . 32 4.2 碳纤维碳化环节：预氧化- 碳化- 表面处理- 上浆 . 34 五、投资建议 . 35 5.1 吉林化纤 ：供应链配套完善，大丝束产能快速扩张 . 35 5.2 中复神鹰：高性能碳纤维龙头企业，布局航空航天与新能源领域 . 36 5.3 光威复材：全产业链布局，军品民品双轮驱动 . 36 5.4 中简科技：聚焦小丝束高端产品，供应航天军工 . 37 六、风险提示 . 38 图表目录 图表 1：碳纤维产业链 . 5 图表 2：碳纤维与其他材料力学性能对比 . 5 图表 3：树脂基复合材料是碳纤维复合材料的主要形式 . 6 图表 4：三种碳纤维分类（原丝分类）对比 . 6 图表 5：三种碳纤维分类（原丝分类）占比 . 6 图表 6：碳纤维力学性能划分与海内外牌号对比 . 7 图表 7：碳纤维主要应用领域性能要求 . 7 图表 8：按力学性能分全球碳纤维需求量（吨） . 8 图表 9：碳纤维及其复合材料应用领域不断拓展 . 8 行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 10： 2008-2021 年全球碳纤维运行产能、需求量及增速 . 9 图表 11：2021 年全球碳纤维分行业需求量（吨） . 9 图表 12：2021 年全球碳纤维分行业市场规模（亿美元） . 9 图表 13：2021 年碳纤维下游应用领域价格（美元/ 公斤） . 10 图表 14：中国碳纤维分行业需求量近三年 CAGR . 10 图表 15：2021 年中国和全球碳纤维下游应用领域对比 . 10 图表 16：全球风电累计装机容量及增速（GW） .11 图表 17：中国风电累计装机容量及增速（GW） .11 图表 18：为实现 1.5以内升温目标所需风电装机容量测算（GW） .11 图表 19：全球风电叶片用碳纤维需求量（吨） . 12 图表 20：2010- 2020 年中国新增装机风轮直径占比 . 12 图表 21：全球与国内海上风电累计装机量（GW） . 12 图表 22：“ 十四五” 各省规划海上风电装机容量（GW） . 12 图表 23：中国风电叶片用碳纤维需求量（吨） . 13 图表 24：我国风电机组平均单机容量（MW ） . 13 图表 25：中国风电市场碳纤维需求量测算 . 13 图表 26：全球新增光伏装机量（GW） . 14 图表 27：中国新增光伏装机量（GW） . 14 图表 28：光伏单晶炉热场系统 . 14 图表 29：碳碳复材用碳纤维预制体制作流程 . 14 图表 30：单晶拉制炉热场产品替代率逐步提升 . 15 图表 31：中国碳碳复材市场碳纤维需求量测算 . 15 图表 32：中国氢燃料电池车销量（辆） . 16 图表 33：“3+2”燃料电池车示范群车辆推广目标 . 16 图表 34：中国氢燃料电池车销售结构（辆） . 17 图表 35：近年我国燃料电池专用车车型吨位结构走势 . 17 图表 36：全球压力容器用碳纤维需求量（吨） . 17 图表 37：中国压力容器用碳纤维需求量（吨） . 17 图表 38：中国压力容器市场碳纤维需求量测算 . 18 图表 39：2021 年碳纤维在航空航天细分领域占比 . 18 图表 40：全球航天航空碳纤维需求量（吨） . 18 图表 41：全球航空航天用碳纤维分行业需求量（吨） . 19 图表 42：复合材料在民机结构中的应用增长趋势 . 19 图表 43：波音 B787 复合材料占比 . 20 图表 44：空客 A350 复合材料占比 . 20 图表 45：波音商用飞机及 B787 历年交付量（架） . 20 图表 46：空客商用飞机及 A350 历年交付量（架） . 20 图表 47：ARJ21 历年交付数量（架） . 21 图表 48：C919 应用碳纤维复合材料图示 . 21 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 49：中国民用无人机历年市场规模（亿元） . 21 图表 50：部分中、美无人机复合材料的使用情况 . 21 图表 51：先进复合材料在军用飞机上的应用比例 . 22 图表 52：中美机型碳纤维材料使用比例对比 . 22 图表 53：2021 年中国战斗机数量占比 . 23 图表 54：2021 年美国战斗机数量占比 . 23 图表 55：我国航天发射次数 . 23 图表 56：我国高铁密度及增速 . 24 图表 57：我国动车组保有量基增速 . 24 图表 58：中国城市轨道交通建设运营情况 . 24 图表 59：下一代地铁列车碳纤维应用 . 24 图表 60：全球汽车用碳纤维需求量（吨） . 25 图表 61：中国汽车用碳纤维需求量（吨） . 25 图表 62：各类汽车轻量化材料性能比较 . 25 图表 63：2021 年全球产能分布（企业，吨） . 26 图表 64：中国碳纤维自给率大幅提升 . 26 图表 65：2021 年全球主要企业碳纤维产能及扩产计划（吨） . 27 图表 66：国内大、小丝束碳纤维价格（元/ 千克） . 27 图表 67：国内企业 2022-2023 年碳纤维扩产统计（吨） . 28 图表 68：小丝束碳纤维和大丝束碳纤维制备过程成本对比 . 28 图表 69：吉林碳谷与卓尔泰克、西格里技术与关键业务对比 . 29 图表 70：我国大丝束碳纤维项目部分统计 . 29 图表 71：我国对碳纤维复合材料发展相关政策 . 30 图表 72：碳纤维技术工艺路线 . 32 图表 73：原丝制备过程 . 32 图表 74：碳纤维聚合工艺比较 . 33 图表 75：PAN 原丝的纺丝工艺流程图 . 34 图表 76：湿法纺丝和干湿法纺丝工艺对比 . 34 图表 77：海内外主要碳纤维企业原丝制备工艺 . 34 图表 78：碳丝制备过程 . 35 图表 79：吉林化纤营业收入及增速 . 36 图表 80：吉林化纤归母净利润及增速 . 36 图表 81：中复神鹰营业收入及增速 . 36 图表 82：中复神鹰归母净利润及增速 . 36 图表 83：光威复材营业收入及增速 . 37 图表 84：光威复材归母净利润及增速 . 37 图表 85：中简科技营业收入及增速 . 38 图表 86：中简科技归母净利润及增速 . 38 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 一、碳纤维 的性能优异 ，下游应用 广泛 1.1 碳纤维 是一种性能优异的材料 碳纤维是由聚丙烯腈、黏胶纤维、沥青纤维等有机纤维在 1000以上裂解碳化形成的含碳量高于 90%的无机纤维，碳纤维呈黑色，其质轻、强度高 ，密度仅是钢的四分之一，而强度却是钢的十倍，同时具有易于成型、耐腐蚀、耐高温等多种优良性质，广泛用于航空航天 、 风电叶片、汽车工业 、体育休闲等领域。 图表 1： 碳纤维 产业链 来源：新材料在线，国金证券研究所 碳纤维在力学性能方面，兼有碳材料的强抗拉力和纤维的柔软可加工性 ，高强度、高模量 ；在物理性能方面，具有 耐高低温、导热、导电、摩擦系数小和各向异性 ；在化学性能方面，具有 耐腐蚀性 。 图表 2： 碳纤维与其他材料力学性能对比 材料 密度（ g/cm3） 拉伸强度（ Mpa） 拉伸模量（ Gpa） 碳纤维 1.5-2 2000-7000 200-700 铝合金 2.8 470 75 钛合金 4.5 1000 110 钢 7.8 1080 210 玻璃纤维 /聚酯 2 1500 42 来源： 立鼎产业研究，国金证券研究所 碳纤维的应用通常呈现为碳纤维复合材料。 碳纤维复合材料由基体材料和增强纤维材料组成，在性能上互相弥补，根据不同的基体材料可分为树脂基复合材料（ CFRP）、 碳 /碳复合材料（C/C ）、金属基复合材料（CFRM ）、陶瓷基复合材料（CFRC ）和橡胶基复合材料（CFRR ），目前主要以树脂基复合材料为主，约占全部碳纤维复合材料的 90%以上。 行业上游原油 轻油丙烯丙烯腈碳纤维产业链丙烯腈 聚丙烯腈聚丙烯腈原丝预氧丝碳丝聚丙烯腈基碳纤维 碳纤维中间体碳纤维复合材料碳纤维制品行业下游航空航天体育休闲风电叶片汽车工业压力容器建筑补强行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 3： 树脂基 复合材料 是碳纤维复合材料的主要形式 分类 子分类 特点 应用领域 树脂基复合材料（CFRP ） 热固性树脂（ TS） 强度、刚度高；酚醛树脂基耐热性好 宇宙飞行器外表面防热层及火箭喷嘴（酚醛树脂基）、航空航天结构材料（环氧树脂基）、钓鱼竿、建筑补强等 热塑性树脂（TP ） 耐湿热、强韧、优良的成型加工性 碳 /碳复合材料（C/C） 由碳纤维及其制品（碳布等）增强的复合材料 低密度、耐烧蚀、抗热震、高导热、低膨胀、摩擦磨损性能优异 导弹弹头、固体火箭发动机喷管、航天飞机、飞机刹车盘、人工骨骼等 金属基复合材料（ CFRM） 锕、铝、镍、铜 高比强度、高比模量、优异的疲劳强度 宇航结构材料、汽车、铁道、机械等 陶瓷基复合材料（ CFRC） - 改善韧性、提高机械冲击 /热冲击性 发动机高温部件等 橡胶基复合材料（ CFRR） - 改善热疲劳性、提高使用寿命 管材、耐磨衬轮、特殊密封件等 来源：光威复材招股说明书，国金证券研究所 1.2 碳纤维 主要以聚丙烯腈基为主 碳纤维按原丝类型可分为 粘胶基、沥青基和聚丙烯腈（ PAN）基 。 其中 聚丙烯腈（ PAN）基由于其工艺相对简单，性能优良，是目前主流产品，产量约占全球碳纤维总量的 90%以上，而粘胶基和沥青基碳纤维仍然处于开发阶段，只有小规模的生产。 图表 4： 三种碳纤维分类（原丝分类）对比 分类 优势 劣势 应用现状 聚丙烯腈（ PAN）基 成品品质优异，工艺简单，产品力学性能优良 - 已经成为碳纤维主流 沥青基 原料来源丰富，碳化收率高 原料调制复杂，产品性能较低 目前规模较小 粘胶基 高耐温性 碳化收率低，技术难度大，设备复杂，成本高 主要用于耐烧蚀材料和隔热材料 来源： 光威复材招股说明书，国金证券研究所 图表 5：三种碳纤维分类（原丝分类）占比 来源：新材料在线，国金证券研究所 碳纤维按照力学性能可分位高强型、高强中模型、高模型和高强高模型 ，划分的维度为碳纤维的拉伸强度和拉伸模量 。上述标准是我国 2020 年发布的 GB/T 26752-2020 所规定的聚丙烯腈基碳纤维国家标准，由于日本东丽在全球碳纤维行业中具有领先优势，业内一般以日本东丽的产品牌号为基础，将碳纤维产品划定为 T300、T700、T800 等不同级别，国内大部分聚丙烯腈（PAN）基, 91%沥青基, 8%粘胶基, 1%行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 碳纤维厂商在此基础上确定自身的产品牌号， 根据吉林碳谷的年报，随着我国碳纤维技术的发展，行业整体达到了 T400 的技术能力，部分企业实现了 T700 碳纤维规模化生产，T800 及以上已经进入了小批量试验生产。例如中复神鹰相继开发出 T700、 T800、 T1000、 M30、 M35、 M40 等级别的碳纤维，光威复材 的 产品涵盖 T300、 T700、 T1000、 M40J、 M55J等。 图表 6： 碳纤维力学性能划分 与海内外牌号对比 GB_T 26752-2020 日本东丽 国内企业对应牌号 按力学性能分类 国家标准牌号 东丽牌号 丝束 拉伸强度 （ MPa） 拉伸模量（ Gpa） 中复神鹰 光威复材 恒神股份 中简科技 高强型 GQ3522 T300 1K/3K/6K 3530 230 SYT45 TZ300 HF10 GQ4522 T400 3K/6K 4610 250 GQ4522 T700S 6K/12K/24K 4900 230 SYT45S TZ700S HF20 GQ4523 SYT49 TZ700G HF30 GQ4524 SYT49S 高强中模型 QZ5526 T800S 12K/24K 5880 294 SYT55S TZ800S HF40 ZT8 ZT9 TZ800H HF40T QZ6026 T1000G 12K 6370 294 SYT65 TZ1000G HF50 QZ7026 T1100G 12K/24K 7000 324 QZ5526 M30S 18K 5690 294 QZ4526 M35J 6K 4610 343 SYM35 高强高模型 QM4035 M40J 6K/12K 4400 377 SYM40 TZ40J HM37 ZM40J QM4040 M46J 6K/12K 4200、 4020 436 QM4045 M50J 6K 4120 475 QM4050 M55J 6K 4020 540 QM3555 M60J 3K/6K 3820 588 来源： 日本东丽官网， GB/T 26752-2020，中复神鹰招股书，国金证券研究所 碳纤维按 丝束大小可分为大丝束和小丝束。 目前普遍把每条丝束含有48000 根以上单丝的碳纤维划分为大丝束，反之为小丝束。小丝束产量低、成本高，常用于国防军工、航空航天、体育休闲等领域，被称为“宇航级材料”；大丝束成本低，但生产控制难度大，可广泛用于工业与民用领域 ，如风电叶片、压力容器、汽车、轨道交通、建筑补强、海洋工程等，被称为“工业级材料”。根据赛奥碳纤维的统计，2 021 年全球大丝束需求量为5.14 万吨，小丝束为 5.11 万吨。 图表 7： 碳纤维主要应用领域性能要求 应用领域 强度GPa 丝束类型 类比等级 备注 飞机 3.5 小丝束 /中小丝束 T300T700T800 主要运用于机身、机翼、整流罩、地板、地板梁等 军工 3.5 小丝束 /中小丝束 T300 以上 运用于装备的不同部位 汽车 3.5 小丝束-大丝束 T300T700 主要运用于车身、底盘、保险杠、电池、氢气燃料罐等 风电 3.5 大丝束 T300 以上 主要运用于叶片、梁 轨道交通 3.5 大丝束 T300 以上 主要为车体 建筑 3.5 小丝束 -大丝束 T300 以上 应用于大型建筑物增加建筑物的强度、耐腐蚀性。 体育 3.5 小丝束 -大丝束 T300 以上 用于高档体育器材 来源： 吉林碳谷公告，国金证券研究所 行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 8： 按力学性能分全球碳纤维需求量（吨） 来源：赛奥碳纤维，国金证券研究所 1.3 碳纤维应用领域不断拓展 1959 年是碳纤维的 元年，UCC 公司生产低模量粘胶基碳纤维，进腾昭男发明 PAN 基碳纤维， 1965 年太谷杉郎发明沥青基碳纤维，日本牢牢抓住了技术领先的地位；1972 年，碳纤维开始应用于体育领域，鱼竿、高尔夫相继使用碳纤维；1982 年，随着石油危机引起的航空业降低油耗、追求结构轻量化需求，碳纤维材料进入到航空航天领域，波音 757、 767 以及空客 A310 相继采用；20 世纪 90 年代以后，随着技术革新，成本的下降，碳纤维开始应用于船艇、建筑、风电叶片、新能源汽车等领域，进入到了全面扩张阶段。 图表 9：碳纤维及其复合材料应用领域不断拓展 体育领域鱼竿高尔夫航空航天领域波音 757波音 767空客 A310从次承力结构件扩大到主承力结构件工业领域船艇建筑风电汽车1982 19931972 来源： 高分子网，国金证券研究所 2008-2021 年，全球碳纤维需求量逐年增长，2021 年达到 11.8 万吨，年复合增长率为 9.5%。而在供给端，由于中国产能在近两年大幅扩张，全球碳纤维产能也水涨船高 ， 2021 年全球运行产能 20.76 万吨 ， 同比增长20.9%，其中中国产能 6.28 万吨，同比增长 74%。 299004220048300514004570041800437005110001000020000300004000050000600002018 2019 2020 2021标模-大丝束标模-小丝束中模量高模量行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 10： 2008-2021 年 全球碳纤维 运行产能 、 需求量 及增速 来源： 赛奥碳纤维，国金证券研究所 全球风电叶片 对碳纤维需求量最大，航空航天用碳纤维市场规模第一。 碳纤维下游应用领域广阔，主要有风电叶片、航天航空、体育休闲、碳碳复材 和 压力容器等领域。 从需求量角度看，风电叶片的碳纤维需求最大，2021 年全球风电叶片用碳纤维需求量为 3.3 万吨，占比 28%，其次为体育休闲和航空航天，占比分别为 16%、 14%。 从 市场规模来看，航天航空领域的市场规模最大，2 021 年航空航天领域碳纤维市场规模达 11.88 亿美元，占比 35%，其次为风电叶片和体育休闲，占比分别为 16%、1 5%。从单价角度看，风电叶片用碳纤维价格最低，2 021 年约为 16.8 美元/ 公斤，航空航天用碳纤维价格最高，2 021 年约为 72 美元/ 公斤。 图表 11： 2021 年 全球 碳纤维 分行业需求量（吨） 图表 12： 2021 年 全球 碳纤维 分行业市场规模（亿美元） 来源： 赛奥碳纤维，国金证券研究所 来源： 赛奥碳纤维，国金证券研究所 -5%0%5%10%15%20%25%30%0500001000001500002000002500002008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021全球碳纤维运行产能（吨）全球碳纤维需求量（吨）产能增速（%）需求量增速（%）05000100001500020000250003000035000风电叶片体育休闲航空航天压力容器混配模成型汽车碳碳复材建筑电子电气船舶电缆芯其他全球碳纤维分行业需求量（吨）02468101214航空航天风电叶片体育休闲压力容器混配模成型汽车碳碳复材建筑电子电气船舶其他电缆芯全球碳纤维分行业市场规模（亿美元）行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 13： 2021 年碳纤维下 游应用领域价格 （美元 /公斤） 来源： 赛奥碳纤维，国金证券研究所 我国碳纤维需求结构中新能源占比高，航空航天与海外差距较大。 2021 年我国碳纤维需求量达到 6.24 万吨，同比增长 27.7%，需求结构中，排名前四的行业分别是风电叶片、体育休闲、碳碳复材和压力容器，需求量分别为 2.25 万吨、1 .75 万吨、0 .7 万吨和 0.3 万吨。近年来，受新能源行业的拉动，碳纤维在风电、碳碳复材和压力容器领域的需求高速增长，三个行业需求量的三年 CAGR 分别为 48%、8 5%、3 6%，远超其他行业。而在全球市场规模最大的航天航空领域，我国目前需求量仅 2000 吨，在全球1.65 万吨的需求体量中占比很小，未来有很大的提升空间。 图表 14：中国 碳纤维分行业需求 量近三年 CAGR 图表 15： 2021 年 中国和全球碳纤维下游应用领域对比 来源： 赛奥碳纤维，国金证券研究所 来源： 赛奥碳纤维，国金证券研究所 二、 新能源推动 碳纤维需求 高速增长 ，航空航天等领域空间广阔 碳纤维因其优异的性能在许多行业皆有渗透，近几年来以风电、光伏和氢燃料电池汽车 为代表的 新能源行业 正在经历或具备爆发式增长的前景 ，受益于风电叶片大型化、 光伏硅片大尺寸和氢燃料电池车的大规模量产，碳纤维在新能源领域的渗透率有望提升，需求将迎来高速增长。在航空航天领域碳纤维也将受益于商用飞机的复苏、无人机的高增长以及军机换代带来的需求增长。在交通领域，碳纤维在汽车和轨道交通中的渗透率还有很大提升空间，尤其是轨道交通有望成为碳纤维未来新的增长点。 2.1 风电 叶片 ：受益于叶片轻量化 与海风发展 ，碳纤维需求有望高速增长 清洁能源政策推动， 风电 未来发展空间巨大。 全球多个国家和地区鼓励发展风电产业， 根据全球风能理事会（ GWEC）统计数据，全球风电累计装机容量从 2012 年的 283.2GW 增至截至 2021 年的 837.5GW，年复合增01020304050607080全球碳纤维分行业单价（美元/公斤）-20%0%20%40%60%80%100%碳碳复材风电叶片压力容器航空航天汽车混配模成型电子电气体育休闲建筑其他船舶电缆芯中国碳纤维18- 21年需求量复合增速（%）05000100001500020000250003000035000风电叶片体育休闲航空航天压力容器混配模成型汽车碳碳复材建筑电子电气船舶电缆芯其他全球需求量（吨）中国需求量（吨）行业深度研究 - 11 - 敬请参阅最后一页特别声明 长率为 12.8%。我国风电累计装机容量从 2012 年的 60.6GW 增至 2021 年的 328.5GW，年复合增长率为 20.7%，增长率位居全球第一。G WEC 预计，到 2026 年，全球和我国风电累计装机量将分别达到 1394GW 和617GW，近五年 CAGR 分别为 10.7%和 13.4%。尽管全球风电装机量快速上升，但 GWEC 预计，按当前的发展速度，到 2030 年，全球风电装机容量将不足巴黎协定设定的在本世纪将升温幅度限制在 1.5以内目标及净零排放路径所需容量的 2/3，无法实现气候目标。在全球环保政策推动下，风电未来发展空间巨大。 图表 16：全球风电 累计 装机容量及增速（ GW） 图表 17：中国风电 累计 装机容量及增速（ GW） 来源： GWEC，国金证券研究所 来源： GWEC，W ind，国金证券研究所 图表 18： 为实现 1.5以内升温目标所需风电装机容量测算（ GW） 来源： GWEC，国金证券研究所 风机降本需求推动叶片大型化，从而带动碳纤维需求增加。 降低风机成本是使风力发电成为有竞争力发电选择的必由之路，根据理论发电量的计算公式，风电机组产生的电能与叶片长度的平方成正比，增加叶片长度可以带来较为可观的发电量提升，而大容量机组搭配长叶片，能够减少同等装机规模项目所用的机组数量，相应降低机组及其施工安装等方面的投入。因此，风机叶片的大型化被视为增强风电机组捕风能力以及降低风电项目成本的主要途径之一。随着叶片长度的增加，对于材料强度及刚度性能要求具有更高的标准，研究表明，碳纤维的密度比玻璃纤维低 30%-35%，应用碳纤维可使叶片减重 20%以上，碳纤维的拉伸模量比玻璃纤维高 3-8 倍，因此未来大型叶片的碳纤维用量将进一步增长 。 根据赛奥碳纤维的统计，2021 年全球风电市场碳纤维用量在 3.3 万吨，预计到 2025 年将增长到 8.1万吨，四年 GAGR 达 25%。 0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%02004006008001000120014001600全球风电累计装机容量（GW）yoy（%）0%5%10%15%20%25%30%35%40%0100200300400500600700中国风电累计装机容量（GW）yoy（%）行业深度研究 - 12 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 19：全球风电 叶片用 碳纤维需求量（吨） 图表 20： 2010-2020 年中国新增装机风轮直径占比 来源： 赛奥碳纤维，国金证券研究所 来源： CWEA，国金证券研究所 风电由内陆向海上转移，碳纤维渗透率有望进一步提升。 海风相较于陆风，具有发电量高、靠近负荷中心便于消纳、不占用土地等优势，随着海风成本的快速下降，未来海风在风力发电中的地位有望快速提升， GWEC 预计，2026 年全球的海风累计装机量将达到 147.8GW，五年 GAGR 达 20.9%，海风在风电中的占比将由 2021 年的 6.8%提升至 2026 年的 10.6%。在国内，由于 2022 年起海风的国家补贴政策正式退出，2 021 年我国海风新增装机容量达到了创纪录的 16.9GW，2 022 年后预计每年的海风装机会有下滑，但根据地方多个省份提出的 “十四五”的海风装机规划以及部分省份的海风补贴计划，预计 2022-2025 年我国海风装机仍会有较大增长，根据GWEC 预测，到 2026 年我国海风装机量将达到 66.7GW，五年 GAGR 达19.2%。 相对于陆 风机组，海风机组大型化的降本作用更加明显，根据Rystad Energy 的研究项目推算，对于 1GW 的海上风电项目，采用14MW 的风电机组将比采用 10MW 风电机组节省 1 亿美元的投资。因此海风机组将更有动力使用大叶片，从而进一步提升碳纤维的渗透率。 图表 21：全球与国内海上风电 累计 装机量（ GW） 图表 22：“十四五”各省规划海上风电装机容量（ GW） 来源： GWEC，国金证券研究所 来源：各省政府公告，北极星风力发电网，国金证券研究所 VESTAS 拉挤梁工艺使得大丝束碳纤维广泛应用于风电叶片， 专利到期利好国内拉挤碳梁发展。 从经济的角度考虑， VESTAS 的拉挤碳梁工艺是碳纤维得以在风电叶片中大幅推广的重要工艺。2015 年以前，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，导致成型叶片价格偏高，2 015 年以后由 VESTAS 发明的叶片拉挤梁工艺也使得成本更低的大丝束碳纤维广泛应用于风电叶片 ， 目前维斯塔斯兆瓦级以上风机叶片都使用碳纤维复合材料，极大的推动了碳纤维在风电领域的应用 。 根据赛奥碳纤维的数据， 2022 年在风电领域， VESTAS 和GE 的碳纤维板材用量预计维持在 3 万吨，其他企业如 GAMESA、NorDex ，明阳、三一、上海电气等的用量预计为 3500-4500 吨。在价格方面，2015-40%-30%-20%-10%0%10%20%30%40%50%60%020000400006000080000100000全球风电叶片用碳纤维需求量（吨）yoy（%）020406080100120140160全球海上风电累计装机量（GW)国内海上风电累计装机量（GW）行业深度研究 - 13 - 敬请参阅最后一页特别声明 年风电用碳纤维价格为 23 美元/ 公斤，到了 2016 年以后，价格就稳定在14 美元/ 公斤左右。近两年中材科技、时代新材、中复连众、艾朗等叶片厂家以及主机厂三一重工、明阳电气、上海电气等都陆续发布了使用碳纤维或碳玻混合拉挤大梁叶片，2 022 年 7 月 19 日，随着 VESTAS 拉挤梁专利保护到期，国内拉挤碳梁需求有望快速上升。 叶片大型化与海风的发展推动国内碳纤维需求增长，预计 2026 年国内风电叶片用碳纤维需求量达 5.7 万吨。 根据赛奥碳纤维的统计， 2021 年我国风电叶片碳纤维需求量为 2.25 万吨，同比增长 12.5%，占全球风电叶片用碳纤维需求的 68.2%。 随着 2022 年以后我国风电上网全面取消中央补贴，风电产业将逐步步入平价上网时代，为了降低度电成本，我国风电机组将继续向大型化方向发展，同时各省对海风的补贴也在陆续跟进以实现海风平价上网的平稳过渡。根据 GWEC 的预测，到 2026 年我国陆风累计装机量将达到 550GW，海风累计装机量将达到 67GW，根据我们的测算，届时国内风电叶片用碳纤维需求量将从 2021 年的 2.25 万吨增至 2026 年的5.69 万吨，五年 CAGR 达 20.4%。 图表 23： 中国风电叶片用碳纤维需求量（吨） 图表 24： 我国风电机组平均单机容量（ MW） 来源： 赛奥碳纤维，国金证券研究所 来源： CWEA，国金证券研究所 图表 25： 中国风电市场 碳纤维 需求量测算 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 陆上风电 新增装机容量（ GW） 68.5 30.1 46.3 50.2 49.7 50.1 52.8 平均单机功率（ MW） 2.6 3.1 3.6 4.1 4.6 5.1 5.6 叶片长度（米） 52.0 56.9 61.3 65.4 69.3 72.9 76.4 叶片重量（吨） 13.9 17.2 20.5 23.8 27.2 30.7 34.3 单叶片碳纤维重量（吨） 2.4 3.0 3.6 4.2 4.8 5.4 6.0 碳纤维渗透率（ %） 8.0% 7.0% 9.0% 12.0% 15.0% 18.0% 21.0% 碳纤维用量（吨） 15392 6092 12376 18296 23097 28480 35557 海上风电 新增装机容量（ GW） 3.8 16.9 4.0 6.0 8.0 10.0 11.0 平均单机功率（ MW） 4.9 5.6 6.4 7.3 8.1 9.0 9.8 叶片长度（米） 71.4 76.0 81.6 86.9 91.8 96.5 101.0 叶片重量（吨） 29.2 33.9 40.1 46.4 52.8 59.3 66.0 单叶片碳纤维重量（吨） 5.1 5.9 7.0 8.1 9.2 10.4 11.5 碳纤维渗透率（ %） 38.3% 30.3% 35.0% 40.0% 45.0% 50.0% 55.0% 碳纤维用量（吨） 4608 16408 4593 8045 12301 17381 21362 合计 碳纤维用量（吨） 20000 22500 16969 26342 35398 45860 56919 来源： 赛奥碳纤维， GWEC，CWEA ，C NKI，WINDnovation，国金证券研究所 0%20%40%60%80%100%120%140%05000100001500020000250002016 2017 2018 2019 2020 2021中国风电叶片用碳纤维需求量（吨）yoy（%）1.5 1.51.61.71.8 1.81.92.1 2.12.42.63.12.62.72.81.93.93.63.83.73.84.24.95.60123456陆风海风行业深度研究 - 14 - 敬请参阅最后一页特别声明 注：电机 功率与叶片长度换算公式： P=Cp*0.5* * *r2*V3，其中 =空气密度 =1.225kg/m3、 Cp 假设取 Cp_max=0.5、 v=11m