碳纤维行业深度报告：风电拉动碳纤维需求，大丝束产品空间广阔

sczq.com.cn风电拉动碳纤维需求，大丝束产品空间广阔翟绪丽首创证券化工行业首席分析师SAC执证编号：S0110522010001Email：zhaixuli@sczq.com.cn电话：010-811526832022-5-23化工新材料之一：碳纤维行业深度报告行业评级：看好 核心观点民用风电叶片是拉动碳纤维需求增长的主要引擎。碳纤维轻质且力学性能优异，广泛应用于航空航天、风电叶片、体育休闲等领域，2021年全球需求约11.8万吨，未来十年有望维持年均15%的需求增速。其中航空航天受疫情影响低迷，体育休闲平稳增长，而应用于风电叶片的碳纤维2021年全球达到3.3万吨， 预计2025年达到8.06万吨，CAGR为25%。国内风电叶片所需碳纤维2021年为2.25万吨， 占全球的68%，2017—2021年CAGR达到65%，预计2021-2025年GAGR为60%，得益于全球碳中和背景下风电装机的快速增长，以及叶片大型化背景下碳纤维的渗透率上升，未来风电叶片仍将是拉动碳纤维需求增长的主要引擎。中国碳纤维产业目前处于“从有到优”阶段。全球碳纤维产业呈现美日引领、欧洲紧随，中国追赶的局面，海外巨头供应高度集中。作为国家战略物资，碳纤维技术装备一直受到严格禁运，我国碳纤维产业经过多年摸索已经实现了“从无到有”的跨越，2021年理论产能达到6.34万吨， 成为全球最大产能国，今后将乘着民用需求快速增长的东风，在性能、稳定性、成本等方面继续优化，实现“从有到优”的蜕变。风电叶片需求增长抬升大丝束原丝及碳纤维发展空间。碳纤维从丙烯腈到复合材料制备流程长，其中原丝环节技术壁垒高，碳化环节投资壁垒高，尤其是对于大丝束碳纤维，腈纶产业经验是发展大丝束碳纤维的基础。重点推荐来自于腈纶行业龙头吉林奇峰化纤，现已成长为原丝龙头的吉林碳谷，建议关注背靠吉林化纤集团，切入碳纤维赛道的粘胶长丝龙头吉林化纤，以及具备从原油到碳纤维复合材料全产业链一体化优势的上海石化。吉林碳谷：公司原为吉林奇峰化纤的全资子公司，具有20多年腈纶产业经验，继2016年突破小丝束原丝产品之后，2019年逐步实现大丝束原丝的量产，现已形成小丝束、大丝束齐头并进的局面，具有4.5万吨/年柔性产能，是国内唯一大量外售大丝束碳纤维原丝的企业，约占国内原丝消耗的50%（其他多为碳纤维企业自备，并不外售），计划未来2-3年新增15-20万吨左右原丝产能，产能快速扩张带动业绩增长。吉林化纤：公司具有8万吨/年粘胶长丝产能，约占全球的30%，处于龙头地位，盈利能力相对平稳，同时多方面切入碳纤维赛道，包括全资子公司凯美克的300吨/年小丝束碳纤维产能已经投产、另外一条线也在调试中；持股49%的吉林宝旌具备8000吨/年大丝束碳纤维产能，计划2025年前形成1.2万吨/年碳纤维产能；公司新建1.2万吨碳纤维拉挤板材项目；国兴碳纤维具备1万吨/年大丝束碳纤维产能，在建产能5000吨/年，未来有望注入上市公司。上海石化：公司是中石化旗下的大型炼化一体化企业，石油产品包括汽油、航煤、柴油一直为公司主要利润来源，而合成纤维主要为腈纶产能，近年来一直为利润拖累项，公司利用盈利不佳的腈纶产能，积极向碳纤维领域延伸，具备“原油—丙烯腈—原丝—碳纤维—复合材料”全产业链一体化优势，包括1500吨/年碳纤维二期项目已建成投产，“2.4万吨原丝、1.2万吨48K大丝束碳纤维项目”已开工，计划2022年一阶段6000吨/年建成投产，2024年全部建成投产。风险提示：风电新增装机不及预期；碳纤维行业需求增长不及预期；产品价格大幅下行；公司项目进展不及预期。行业深度报告证券研究报告请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 目录一、碳纤维性能优异、应用广泛1.1 碳纤维产业链长，技术壁垒高，尤其对于大丝束产品二、碳纤维行业发展：美日引领，欧洲紧随，中国追赶三、碳纤维行业供需：供应高度集中，风电叶片拉动需求快速增长四、国内化工企业积极布局碳纤维行业4.1 腈纶产业经验是发展大丝束碳纤维的基础4.2 吉林化纤——粘胶长丝龙头切入碳纤维赛道4.3 吉林碳谷——碳纤维原丝龙头厚积薄发，快速成长4.4 上海石化——具备“原油——复合材料”全产业链一体化优势五、风险提示行业深度报告证券研究报告请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 一、碳纤维性能优异、应用广泛碳纤维是一种一维碳素材料，轻，且力学性能优异，应用场景广泛。碳纤维是由聚丙烯腈或沥青、粘胶等有机纤维，在高温环境下经碳化形成碳主链结构而得到的无机高分子纤维，直径5-10 微米，含碳量高达90%以上。碳纤维具有碳材料的固有本性特征，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。特性之一是轻质，比重不到钢的1/4，同时力学性能优异，抗拉强度是钢的7-9 倍，高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、抗疲劳等。通常与树脂、金属、陶瓷等材料复合后形成碳纤维复合材料，可广泛应用于军工、航天、交通、新能源、汽车轻量化以及体育用品等领域。资料来源：中国复合材料学会，中关村硬创空间，首创证券图1碳纤维轻、力学性能优异，应用广泛请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明行业深度报告证券研究报告 根据制造原料不同可以分为聚丙烯腈（PA N）基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维。其中，聚丙烯晴（PA N）基碳纤维成品品质优异、力学性能优良，且相较于其他两种碳纤维制造工艺难度更低，是最主要的碳纤维产品，占全球高性能碳纤维的90%以上。本报告下文如无特殊注明，均指聚丙烯腈基碳纤维。根据纤维数量不同可以分为小丝束和大丝束。一般将丝束数量小于24K的碳纤维称为小丝束（1K 就代表一束碳纤维中有1000 根丝），初期以1K、3K、6K 为主，逐渐发展为12K，主要用于国防军工、航空航天等高端技术领域，产量低、成本高，价格高，被称为“宇航级材料”；24K 及以上的为大丝束，广泛用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等工业和民用领域，成本低，但生产控制难度大，被称为“工业级材料”。大丝束碳纤维核心驱动力就是在保持碳纤维优良性能的前提下，大幅降低其成本，打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。根据不同的强度和模量的力学性能分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型。作为碳纤维龙头，日本东丽制定的T 系列和M 系列性能指标是实践中被运用最广的分类指标。航天航空领域往往要求材料更轻、力学性能更好，因此多采用T300-T800 强度的碳纤维，而民用如风电、体育领域则多采用T300 强度的碳纤维。资料来源：赛奥碳纤维技术，首创证券表1碳纤维大丝束和小丝束分类一、碳纤维性能优异、应用广泛行业深度报告证券研究报告请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 航天领域如飞机、火箭对材料轻量化的追求，早已达到以克为计量单位的程度，在安全的基础上不断追求更轻。用碳纤维制造的飞机，可以大幅节约能耗，扩展飞行航程，提高载荷，提高灵活性，延长飞行寿命等。美国早在1969年就已经把碳纤维复合材料用在了F-14A战斗机上，但由于工艺和造价的限制，当时仅仅使用了飞机自重1%用量的碳纤维。到了以F-22和F-35为代表的第四代战斗机，碳纤维的使用比例提升到飞机重量的24%和36%。发展到今天，X-47B、“神经元”、“雷神”等几个型号的无人机上，碳纤维的使用比例高达90%。民用飞机领域，在早期A310、B757和B767上，碳纤维复合材料占比仅为5%-6%，随着技术的不断进步，至A380 时，复合材料占比达到23%，最新的B787 和A350 机身上，复合材料的用量达到50%。中国人自己的民用大飞机C919的复合材料使用比例就达到了12%，而CR929更是要达到总重的51%，超过波音787的50%用量。碳纤维应用之航空航天根据波音出具的《2020-2039商用飞机市场预测》：在综合考虑2020年疫情的全面影响下，未来20年预计客运量将以年均4%的速度增长，全球商用飞机机队规模预计将从目前的25,900架飞机增加到48,400架；中国市场未来20年客运量每年将增长5.5%，预计未来20年中国将需要6,450架新单通道飞机、1,590架宽体飞机。民用航空方面碳纤维行业将有很大的发展空间。资料来源：中简科技照顾说明书，首创证券图5飞机制造中碳纤维占比越来越高行业深度报告证券研究报告请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 风电叶片是风电机组将风能转化为机械能的关键部件。叶片结构和用材会直接影响风能的转换效率，是风机获取更高风电机组利用小时数和实现经济效益的基础。从风电叶片结构来看，其主要由增强材料（梁）、夹芯材料、基体材料、表面涂料及不同部分之间的结构胶组成。叶片80%成本来自于原材料，而60%原材料成本来自于纤维材料——增强纤维与基体树脂。碳纤维将逐步替代玻璃纤维。在满足刚度和强度的前提下，碳纤维风叶比传统玻璃纤维风叶轻20%-30%。大丝束碳纤维由于其减重、耐腐蚀性，性能优于传统材料，随着技术和成本的突破，碳纤维逐步成为风电叶片、梁的主要材料。大风机背景下，叶片直径屡创新高，风电叶片直径和风塔高度大型化成主要趋势。叶片直径的增长意味着更大的扫风面积，可有效增强捕风能力，从而带动发电效率的提升。从叶片直径来看，2013-2015 年，105、110 和111 米的叶片替代了原来的93 米叶片，成为行业主流。2016年和2017年，115米和121米叶片是绝对主力叶型。2018年，121米叶片占领了大部分市场，131米叶片也开始批量生产。目前新增装机的平均直径已超过120 米。碳纤维应用之风电叶片资料来源：《国产碳纤维在风电叶片产业中的机会》等，首创证券图6碳纤维主要用作风电叶片的大梁行业深度报告证券研究报告请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 碳纤维在体育休闲市场中，主要应用于高尔夫球杆、曲棍球棍、网球拍、钓鱼竿、自行车架、滑雪板、赛艇等高端体育休闲领域。这些应用同样主要基于碳纤维的轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等特点。例如碳纤维复合材料制作的高尔夫球杆比金属杆减重近50%，碳纤维自行车较铝材减重40%且实现更高的车架精度。钓鱼竿、球拍、滑雪板、高尔夫球杆等体育用品的碳纤维多使用大丝束碳纤维（≥24K）。体育休闲是国内碳纤维应用的强势领域，中国主导的体育休闲器材，大约占据全球的90%因为疫情的原因，大家有更多时间投入在体育休闲中，这带动了器材较高速的增长。可以说体育休闲领域是中国碳纤维复合材料市场的压舱石。碳纤维应用之体育休闲资料来源：赛奥碳纤维技术，首创证券图7碳纤维在体育休闲领域应用广泛行业深度报告证券研究报告请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 得益于轻量化和优异的力学性能，碳纤维缠绕氢气瓶得以运用。对于氢燃料车来说，储氢罐是目前主流的燃料储存方式，通过将氢气能源以气态、液态、固态三种状态储存在储氢罐中，能够保证氢能源车的能源供给，通过高压压缩储存气态氢，能够赋予氢燃料车成本低、能耗小、充放气速度快的等特点，也是目前氢燃料车的动力供给的主流解决方案。III、IV型碳纤维全缠绕是移动式储氢罐的主流解决方案。高压储气瓶共有4种基本类型，分别是：I型瓶——金属气瓶；II型瓶——金属内胆环向缠绕气瓶；III型瓶——金属内胆全缠绕气瓶；IV型瓶——塑料内胆全缠绕气瓶，其中I、II型储氢罐由于工作压力小、重量大、成本低，多用在固定式的应用场景之中，如储氢站的固定式储氢装置中，而III、IV型瓶采用了碳纤维全缠绕的方式对罐体进行加强，不仅有效降低了气瓶的质量，还能够承受更高的压力，成为移动式储氢罐的主流解决方案。压力容器有望在十五·五期间引领碳纤维需求。日本丰田TOYOTA、挪威Hexagon等车企均公布了自己的氢能源车的储氢方案，根据Fuel Cell Technologies Office Webinar 预测，乘用车中的碳纤维用量约为75kg，商用车320kg，“我国至2025年燃料电池车销量将达到5万辆/年，至2050年将达到520万辆/年，对应碳纤维需求有望在