核心观点
　　需求端：风光氢驱动需求，大丝束占比不断提升：碳纤维是一种高强度高模量的耐高温纤维，具有轻质、热膨胀系数小、导热性好、高强度、耐磨性好等诸多优良性能，在全球被广泛用于风电叶片、体育休闲、航空航天、压力容器、碳碳复材等诸多领域。就国内而言，目前风电、碳碳复材（主要为光伏）、压力容器（主要为氢能）是驱动碳纤维需求的重要下游，根据赛奥碳纤维技术预计，2022-2025年三领域需求量CAGR分别为25%、30%、20%。总体上，预计到2025年，全球及国内碳纤维需求量将分别达到20万吨、15.9万吨，对应4年CAGR分别为14%、26.4%。与民用需求持续增长相匹配地，大丝束需求量明显提升，在2021年超过小丝束需求。
　　供给端：全球产能加速扩张，大丝束产业化布局开启：碳纤维行业的技术、资金和产品验证门槛高，大多数企业都拥有较为悠久的历史，企业数量有限。2021年以前全球扩产主要来自于日本东丽、Zoltek、Hexcel、SGL等国外厂商。2021年新增产能主要来自于中国，中国大陆地区运行产能达6.34万吨，首次超越美国，成为全球最大产能国。展望未来，中国企业扩产计划依然宏大，将拉动全球碳纤维产能快速扩张。同时我国大丝束开启产业化布局，吉林化纤、光威复材、上海石化、精功科技大丝束产品相继启动或投入应用。
　　以史为鉴：90年代大幅降本后，海外生产成本趋于稳定，氧化、碳化环节，设备与能源是降本之关键：从工艺流程看，PAN原丝成本占碳纤维生产成本比重51%，其次为氧化、碳化环节（16%、23%），从生产要素看，原材料依然是最主要成本，设备、人力成本其次。回顾海外降本历程，在经历90年代大幅降本后，生产成本逐渐趋于稳定，原材料消耗可率先实现一定程度的降本，但降本幅度有限，且后续波动较大，设备、能源是实现大幅降本的关键生产要素，而从生产环节看，氧化、碳化是压缩生产成本的关键，因此与其相对应生产环节的设备、能耗是实现降本的关键。而人力成本整体呈上升趋势，可降低空间有限。
　　经济性分析：国产碳纤维具备进一步降本空间：1）原材料：碳纤维随原材料及原油价格波动幅度逐渐减弱；2）能源成本方面：单吨电力费用逐渐下降，低电费地区扩产有望实现能源成本进一步下降；3）设备方面，增加炉幅宽度可提高产能和能源效率。总体上看，近年国内碳纤维生产企业技术水平不断提升，体现为产能利用率不断提升，单吨生产成本不断下降，毛利率水平提高。根据我们的测算，相比2021H1，预计短期内碳纤维生产成本还有19.7%左右的下探空间。
　　投资建议：需求端，风光氢共同驱动碳纤维需求，有望维持较长期高景气度。供给端全球产能加速扩张，将从供需格局及技术进步等多方面实现降本，此前受成本抑制下游需求释放在即。产业链中建议关注竞争格局较好的原丝及设备环节，相关标的吉林碳谷、精功科技；碳丝生产领域建议关注在大丝束领域率先实现量产的吉林化纤，以及民用、军用碳纤维领军企业中复神鹰、光威复材、中简科技。
　　风险提示：测算误差风险、关键设备进口风险、产业政策风险、下游需求不及预期风险、人才流失风险。

研究报告全文：机械设备行业深度分析报告20221223碳纤维行业深度报告证券研究报告投资评级看好维持新能源驱动需求把握国产历史机遇最近12月市场表现核心观点需求端风光氢驱动需求大丝束占比不断提升碳纤维是一种高强度机械设备沪深3000高模量的耐高温纤维具有轻质热膨胀系数小导热性好高强度耐磨-7性好等诸多优良性能在全球被广泛用于风电叶片体育休闲航空航天-14压力容器碳碳复材等诸多领域就国内而言目前风电碳碳复材主要-21为光伏压力容器主要为氢能是驱动碳纤维需求的重要下游根据赛-28奥碳纤维技术预计2022-2025年三领域需求量CAGR分别为2530-3620总体上预计到2025年全球及国内碳纤维需求量将分别达到20万吨159万吨对应4年CAGR分别为14264与民用需求持续增长相匹配地大丝束需求量明显提升在2021年超过小丝束需求分析师佘炜超SAC证书编号S0160522080002碳纤维行业的shewcctseccom供给端全球产能加速扩张大丝束产业化布局开启技术资金和产品验证门槛高大多数企业都拥有较为悠久的历史企业数联系人赵璐量有限2021年以前全球扩产主要来自于日本东丽ZoltekHexcelSGLzhaoluctseccom等国外厂商2021年新增产能主要来自于中国中国大陆地区运行产能达634万吨首次超越美国成为全球最大产能国展望未来中国企业扩产计划依然宏大将拉动全球碳纤维产能快速扩张同时我国大丝束开启产业相关报告化布局吉林化纤光威复材上海石化精功科技大丝束产品相继启动或1财通机械佘炜超团队机械行业2023年投资策略拥抱顺周期重视投入应用新技术迎接工业品大航海时代2022-12-15以史为鉴90年代大幅降本后海外生产成本趋于稳定氧化碳化环节设备与能源是降本之关键从工艺流程看PAN原丝成本占碳纤维生产成本比重51其次为氧化碳化环节1623从生产要素看原材料依然是最主要成本设备人力成本其次回顾海外降本历程在经历90年代大幅降本后生产成本逐渐趋于稳定原材料消耗可率先实现一定程度的降本但降本幅度有限且后续波动较大设备能源是实现大幅降本的关键生产要素而从生产环节看氧化碳化是压缩生产成本的关键因此与其相对应生产环节的设备能耗是实现降本的关键而人力成本整体呈上升趋势可降低空间有限经济性分析国产碳纤维具备进一步降本空间1原材料碳纤维随原材料及原油价格波动幅度逐渐减弱2能源成本方面单吨电力费用逐渐下降低电费地区扩产有望实现能源成本进一步下降3设备方面增加炉幅宽度可提高产能和能源效率总体上看近年国内碳纤维生产企业技术水平不断提升体现为产能利用率不断提升单吨生产成本不断下降毛利率水平提高根据我们的测算相比2021H1预计短期内碳纤维生产成本还有197左右的下探空间投资建议需求端风光氢共同驱动碳纤维需求有望维持较长期高景气度供给端全球产能加速扩张将从供需格局及技术进步等多方面实现降本此前受成本抑制下游需求释放在即产业链中建议关注竞争格局较好的请阅读最后一页的重要声明机械设备行业深度分析报告20221223行业深度分析报告证券研究报告原丝及设备环节相关标的吉林碳谷精功科技碳丝生产领域建议关注在大丝束领域率先实现量产的吉林化纤以及民用军用碳纤维领军企业中复神鹰光威复材中简科技风险提示测算误差风险关键设备进口风险产业政策风险下游需求不及预期风险人才流失风险表1重点公司投资评级总市值收盘价EPS元PE代码公司投资评级亿元12222021A2022E2023E2021A2022E2023E002006精功科技1106024300240841231120029011974未覆盖300699光威复材353836826146190240578635972840未覆盖300777中简科技2081447350501031561237645753039未覆盖数据来源wind数据财通证券研究所未覆盖标的盈利预测数据来自Wind一致预期谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准2行业深度分析报告证券研究报告内容目录1碳纤维性能优异应用广泛的黑色黄金611碳纤维的特点及分类612碳纤维的产业链72需求端风光氢驱动需求大丝束占比不断提升721全球及中国碳纤维应用领域对比722风电风电叶片大型化发展静待碳纤维经济性显现923体育休闲我国占全球体育休闲碳纤维用量9成以上预计未来平稳增长1024碳碳复材光伏产业蓬勃发展驱动碳碳复合材料市场需求1125压力容器氢能源市场的崛起推动储氢瓶的发展长期潜力巨大1226航空航天疫情及生产问题拖累需求预计平稳恢复123供给端全球产能加速扩张大丝束产业化布局开启1331全球产能扩张加速中国跃升为第一大生产国1332国内碳纤维进口总量仍然高于国产量大丝束开启产业化布局164碳纤维的经济性分析1841成本构成原材料及设备占比最高预氧化是决定生产速度和效率的关键1842海外降本之路90年代经历大幅下降后趋于稳定设备能源是关键因素1943国产碳纤维成本具备进一步下降空间205碳纤维工艺流程及相关企业布局2651原丝生产两步法可解决单聚合釜产能小问题干喷湿纺将成高性能碳纤维主流工艺2652碳丝生产氧化和碳化是关键环节2853碳纤维生产设备具备生产线供应能力进口替代空间巨大306投资建议及相关标的3161精功科技3262光威复材3263中简科技327风险提示33图表目录图1碳纤维按力学性能分类图7谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准3行业深度分析报告证券研究报告图2碳纤维产业链示意图7图32020及2021年全球碳纤维需求量变化万吨8图42021年全球碳纤维在不同领域的应用需求8图52021年中国碳纤维不同应用领域需求8图6全球及中国碳纤维需求量变化万吨9图72018及2021年全球碳纤维需求结构变化万吨9图8VESTAS主梁结构示意图10图9全球风电叶片碳纤维需求变化吨10图102021年全球体育休闲领域碳纤维需求下游占比11图11全球体育休闲领域碳纤维需求变化吨11图12全国光伏硅片产量GW11图13全球碳碳复材碳纤维需求变化吨11图14国内压力容器领域碳纤维需求构成12图15全球压力容器碳纤维需求变化吨12图16航空航天碳纤维需求分布13图17全球航空航天领域碳纤维需求变化吨13图182006-2021年全球碳纤维产能及产量变化万吨13图192015-2021年全球大小丝束产能变化万吨13图202021年各国地区碳纤维运行产能及占比万吨14图212021年全球碳纤维运行产能及扩产计划万吨15图22国内碳纤维产能变化万吨16图23国内碳纤维产量变化万吨16图24我国碳纤维进口及国产供应量变化万吨16图25我国碳纤维进口及国产供应占比16图262021年中国大陆地区碳纤维产能分布17图272020年全球小丝束企业产能占比17图282020年全球大丝束产能分布17图29碳纤维生产过程各环节成本构成18图30规模化前后碳纤维生产成本对比美元kg18图31按生产要素划分碳纤维制备成本构成美元19图32各生产环节生产要素构成美元19图331986年之后海外碳纤维生产成本变化19图341986年之后海外碳纤维生产成本构成变化20谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准4行业深度分析报告证券研究报告图35中复神鹰2018-2021H1碳纤维生产成本构成20图362021H1中复神鹰生产成本构成美元kg20图372014-2021丙烯腈表观消费及进出口万吨21图38丙烯腈与原油价格走势高度相关美元kg21图39碳纤维与原材料价格走势相关性22图40碳纤维单吨电耗成本逐渐下降万元吨22图41电力占碳纤维生产成本比重变化22图42单丝密度碳化线宽及速度对产能的影响23图43氧化炉宽对单位能耗的影响23图44主要企业碳纤维产能利用率变化23图45主要企业碳纤维生产成本变化万元吨24图46主要企业毛利率变化24图47碳纤维生产成本推演及测算26图48原丝生产工艺流程26图49聚合工段一步法两步法示意图26图50吉林碳谷主营业务成本构成28图51生产单吨原丝的原材料及能源消耗测算28图52碳丝生产工艺流程29图53碳纤维到石墨纤维生产原理29图54哈泊Harper公司碳纤维生产线流程示意图31图55生产Panel基碳纤维过程中两次结构转化31表1碳纤维按原丝分类6表2碳纤维生产单吨能耗成本测算25表3聚合工段一步法与两步法工艺比较27表4纺丝工段湿法纺丝与干喷湿纺的比较27表5吉林碳谷产品类型占比及毛利率变化正常品28表6碳纤维主要生产企业布局情况29表7精功科技碳纤维成套生产线销量及收入变化30表8精功科技千吨级生产线参数31谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准5行业深度分析报告证券研究报告1碳纤维性能优异应用广泛的黑色黄金11碳纤维的特点及分类碳纤维是一种高强度高模量的耐高温纤维由粘胶腈纶芳纶聚酰亚胺等纤维在高温下烧制而成属于化纤的高端品种从结构上看碳纤维主要由碳原子构成直径约5-10微米在碳纤维的烧制过程中碳原子在晶体中被键合在一起产生平行排列的纤维长轴赋予了碳纤维外柔内刚的特性轻于铝却强于铁碳纤维的优良性能包括轻质高强度高模量热膨胀系数小导热性好耐化学腐蚀性好耐磨性好耐高温性好阻尼突出具有优良的透声纳高X射线透射率疲劳强度高等碳纤维也因其优良的性能而被广泛应用到航空航天汽车工业风电行业建筑行业交通运输运动器械制造等领域目前对于碳纤维的分类主要有三种方式分别是从原材料产品规格力学性能角度出发1按原材料分类可以分为聚丙烯腈基碳纤维PAN-CF市场主流碳纤维沥青基碳纤维粘胶基碳纤维磺化聚乙烯基碳纤维木质素与PAN混合基碳纤维表1碳纤维按原丝分类分类优势劣势应用现状成品品质优异工艺相对简单聚丙烯腈基成本较高已经为碳纤维市场主流产品力学性能优异碳化效率高目前应用规模较小主要用于体沥青基原材料来源丰富碳化效率高原料调制复杂碳化效率高育用品工业滚轴航空航天等碳化效率较低技术难度大设备粘胶基高耐温性主要用于耐烧蚀材料及隔热材料复杂成本高强度弱数据来源光威复材招股说明书财通证券研究所2按产品规格分类可以将碳纤维分为大丝束和小丝束48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维主要分为48K60K80K等目前主要应用于工业领域如纺织医药卫生交通运输土木建筑和能源等小丝束碳纤维主要分为1K3K6K后又发展为12K和24K主要应用于国防军工等高科技领域如飞机导弹卫星等以及体育休闲用品如渔具球拍等3按力学性能分类可以分为通用型和高性能型通用型碳纤维强度为1400MPa模量在140GPa以下高性能型碳纤维又分为高强型和高模型其中称强度大于4000MPa的为超高强型模量大于450Gpa的为超高模型谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准6行业深度分析报告证券研究报告图1碳纤维按力学性能分类图数据来源中简科技招股说明书财通证券研究所12碳纤维的产业链碳纤维的产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程从石油煤炭天然气均可得到丙烯丙烯经过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碳纤维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过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客户需要的最终产品碳纤维行业产业链如下图所示图2碳纤维产业链示意图数据来源光威复材招股说明书财通证券研究所2需求端风光氢驱动需求大丝束占比不断提升21全球及中国碳纤维应用领域对比谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准7行业深度分析报告证券研究报告2021年全球碳纤维市场需求量为118万吨风电虽然仍是下游最大占比但同比增速回落至78体育用品需求同比2020年增长幅度高达20回到全球第二大需求市场压力容器虽然很多仍是小批量需求但依然保持25的较高速增长碳碳复材受光伏行业驱动依然保持70超高增速航天航空基本同比持平图32020及2021年全球碳纤维需求量变化万吨35202020213252151050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数据来源光威复材招股说明书财通证券研究所相比之下国内风电叶片体育休闲热场材料等工业领域应用占比更高航空航天汽车等领域占比较小2021年国内碳纤维需求总量约为624万吨体育复材的领导地位再次被风电大幅超越而碳碳复材压力容器成为迅速崛起的新星图42021年全球碳纤维在不同领域的应用需求图52021年中国碳纤维不同应用领域需求建筑电子电气船舶电缆芯其他汽车电子电缆芯船舶其他411113电气10航空航天2碳碳复材327建筑汽车风电叶片4混配模成型8285风电叶片混配模成型压力容器3695热场材料体育休闲11压力容器1610航空航天体育休闲1428数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所从全球碳纤维需求量看中国占比不断增加从2011年的21增加至2021年的53展望未来根据赛奥碳纤维技术预测预计到2025年全球碳纤维需求量将达到20万吨4年CAGR14到2030年达到40万吨5年CAGR148预计到2025年国内碳纤维需求量将达到159万吨4年CAGR264谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准8行业深度分析报告证券研究报告从产品结构看大丝束占比明显提升根据赛奥碳纤维技术2021年大丝束产品份额与小丝束相当大约均占比43相比之下2018年占比仅为32大丝束占比的不断提升反映的是2021年民用航空市场的疲软以及风电市场的持续增长而对于碳纤维工业应用而言成本尤为重要大丝束是降低成本的主要路径不仅可以通过低成本扩大工业应用领域也会不断吞噬成本敏感的小丝束传统市场图6全球及中国碳纤维需求量变化万吨图72018及2021年全球碳纤维需求结构变化万吨20中国左轴100201820216全球左轴5145115457中国占全球比重右轴1181041079341084502996877623444650544931382162148202309151517081007000010大丝束小丝束中模量高模量数据来源赛奥碳纤维技术前瞻产业研究院财通证券研究所数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所22风电风电叶片大型化发展静待碳纤维经济性显现风电是当前碳纤维最大下游需求来源2021年全球风电碳纤维用量约为33万吨占全球碳纤维总需求比重28国内风电叶片领域碳纤维需求量为225万吨占国内碳纤维需求总量的361根据国际风力发电网碳纤维在风电叶片中的主要应用部位为主梁与同级别高模玻纤主梁相比采用碳纤维可实现减重20-30以122m长叶片为例叶片重量的减轻可以大幅降低因自重传递到主机上的载荷进而可以减少轮毂机舱塔架和桩基等结构部件1520的重量有效降低风机10以上的整体成本此外风机的输出功率也更加平稳均衡运行效率更高由于碳纤维的抗疲劳性较高因此还可以延长叶片的生命周期降低日常维护费用等综合成本从工艺上看碳纤维复合材料主梁的成型工艺主要有碳纤维织物真空灌注预浸料成型拉挤工艺3种其中前两者在叶片中应用较早技术成熟但随着叶片大型化对重量要求提高拉挤工艺逐渐成为主流风电厂商维斯塔斯自2015年最早将拉挤工艺应用于叶片上这种设计理念把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效低成本高质量的拉挤梁片标准件然后把这些标准件一次组装整体成型极大地推动了碳纤维在风电领域的应用近年来中材科技时代新材中复连众艾朗等叶片厂家以及金风科技三一重工明阳电气上海电气等主机厂均陆续发布了使用碳纤维或碳玻混合拉挤大梁叶片谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准9行业深度分析报告证券研究报告目前风电叶片市场上玻纤与碳纤仍然存在一定竞争中材科技发布SINOMA856的全玻纤海上风电叶片并于2020年在福建兴化湾装机使用2022年3月株洲时代最新发布的TMT185叶片长达91米全部使用玻璃纤维而非碳纤维碳纤维的减重优势非常明显但在碳纤维供不应求的情况下经济性问题在一定程度上阻碍了在风电领域的应用虽然如此但总体上风电领域应用前景依然光明根据赛奥碳纤维技术预测预计2025年全球风电叶片对碳纤维需求将达到806万吨复合增长率为25图8VESTAS主梁结构示意图图9全球风电叶片碳纤维需求变化吨1000008056680000600004000033000200008000200420212025E数据来源新材料在线财通证券研究所数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所23体育休闲我国占全球体育休闲碳纤维用量9成以上预计未来平稳增长根据赛奥碳纤维技术数据2021年国内体育休闲领域碳纤维用量为175万吨约占全球185万吨使用量的946相比于传统的金属结构件碳纤维产品具备不易变形质量轻的优点一般使用T300级碳纤维就可以满足体育休闲用品的需求但为了提升产品性能部分产品也也开始使用T700级甚至更高性能碳纤维总体上看体育休闲领域产品类别广泛对碳纤维需求成高低端并存局面目前国内需求以T300T700级为主包括少量T800级和高模量规格上以3K12K等小丝束为主受全球疫情影响2020年群体运动器材对碳纤维需求有较大幅度下滑个人体育休闲器材需求上升随着各国防控措施优化群体运动器材恢复较高速增长根据赛奥碳纤维技术预测预计到2025年体育休闲领域碳纤维需求量将达到225万吨复合增长率为5谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准10行业深度分析报告证券研究报告图102021年全球体育休闲领域碳纤维需求下游占比图11全球体育休闲领域碳纤维需求变化吨滑雪杆其他曲棍250002248733球杆20000185006球拍11钓鱼竿1500035自行车100002046005000高尔夫022200420212025E数据来源新材料在线财通证券研究所数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所24碳碳复材光伏产业蓬勃发展驱动碳碳复合材料市场需求碳碳复材是以碳纤维为增强相的碳基复合材料是目前极少数可以在2000以上保持较高力学性能的材料主要应用于三大领域刹车盘航天部件热场部件1刹车盘市场目前国际企业主要包括法国Messier-Bugatti美国Honeywell英国Dunlop等国内飞机刹车盘企业主要有北摩高科中航飞机股份有限公司西安制动分公司博云新材西安超码等目前市场较平稳发展2航天部件目前碳碳复材以其优异性能成为大型固体火箭喉衬发动机的喷管扩散段端头帽等的首选材料3热场部件主要用于单晶硅炉内包括碳毡功能材料和坩埚保温桶护盘等结构材料正在快速形成晶硅制造热场系统中对石墨材料部件的进口替代与升级换代国际企业主要包括SGL日本东海碳素公司等国内企业主要包括金博股份西安超码等由于光伏及半导体行业的技术迭代硅片也在向高纯度大尺寸发展因此热场系统应用中碳碳复材产品向高纯度大尺寸的方向发展也是必然趋势根据赛奥碳纤维技术数据2021年我国热场材料碳纤维需求量为07万吨占全球碳碳复材碳纤维需求量085万吨的8232021年全球碳碳复材碳纤维需求量085万吨同比2020年增长70根据赛奥碳纤维技术预测预计2025年全球碳碳复材碳纤维需求量将达到24万吨复合增长率为30图12全国光伏硅片产量GW图13全球碳碳复材碳纤维需求变化吨300002427725000200001500085001000050006080200420212025E数据来源中国光伏行业协会中复神鹰招股书财通证券研究所数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准11行业深度分析报告证券研究报告25压力容器氢能源市场的崛起推动储氢瓶的发展长期潜力巨大根据赛奥碳纤维技术数据2021年全球压力容器碳纤维需求量为11万吨其中我国压力容器碳纤维用量约为3000吨占全球比重约为27全球压力容器对碳纤维的需求依然主要在欧美例如2021年我国最大气瓶企业碳纤维用量约为800吨而国际巨头LUXFER约为2400吨HexagonLincon约为3200吨从压力容器碳纤维下游需求构成看储氢瓶未来潜力最大其中呼吸气瓶用量大约为600吨CNG气瓶大约500吨储氢气瓶用量约为1900吨占比超过一半预计未来数年呼吸气瓶会保持较稳定增长但受基数影响增长有限CNG气瓶的用量在未来3年会保持较高速增长但2025年增速或有所减缓储氢瓶未来增长潜力较大当前市场中的新能源汽车通常采用高压储氢的方式车载高压气态储氢气瓶中塑料内胆纤维缠绕瓶IV型凭借着其质量轻耐疲劳的特点成为全球市场的研究热点根据我国氢能产业发展中长期规划2021-2035年2025年氢燃料电池车保有量约为5万辆一般而言根据赛奥碳纤维技术重卡储氢瓶容量约为210-385L单瓶碳纤维用量再40-45kg单车配置6-8个瓶组最大重卡碳纤维用量可达500kg根据赛奥碳纤维技术预测预计2025年全球压力容器碳纤维需求量约为228万吨复合增长率为20图14国内压力容器领域碳纤维需求构成图15全球压力容器碳纤维需求变化吨2500022810呼吸气瓶200002015000CNG11000储氢瓶171000063500010250200420212025E数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所26航空航天疫情及生产问题拖累需求预计平稳恢复航空航天是高性能碳纤维的重要下游需求根据赛奥碳纤维技术Cirium数据2021年全球商用飞机交付量达1034架同比增长286新增确认订单1647架约为2020年的27倍宽体飞机方面根据波音公司网站信息2021年年中波音787被查出存在生产缺陷并暂停交付全年仅交付14架波音787远低于2020年53架的交付量以及疫情前上百台年交付量空客2021年A350交付量为55架依然较为低迷总体上看由于主要需求来源较为低迷虽然商用谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准12行业深度分析报告证券研究报告飞机需求表现较好但总体需求与2020年基本持平但预计随着生产问题解决以及疫情好转航空航天需求将稳步恢复根据赛奥碳纤维技术预测预计2025年全球航空航天碳纤维需求量约为206万吨复合增长率为58图16航空航天碳纤维需求分布图17全球航空航天领域碳纤维需求变化吨通用飞机航天飞行汽车250003180120直升机206359102000016450公务机商用飞机150001280353010000无人机50003500军用飞机2115800200420212025E数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所3供给端全球产能加速扩张大丝束产业化布局开启31全球产能扩张加速中国跃升为第一大生产国碳纤维行业的技术资金和产品验证门槛高大多数企业都拥有较为悠久的历史企业数量有限2011-2021年全球碳纤维产能从93万吨增加至207万吨年均扩产约114万吨2021年以前扩张产能主要来自日本东丽ZoltekHexcelSGL等国外厂商图182006-2021年全球碳纤维产能及产量变化万吨图192015-2021年全球大小丝束产能变化万吨250运行产能207实际产量122001531015081026931004562503526020152020E002006201120162021数据来源StatistaCompositesWorldMagazine财通证券研究所数据来源StatistaCompositesWorldMagazine财通证券研究所2021年全球新增产能主要来自于中国根据赛奥碳纤维技术吉林化纤集团增长近16000吨含收购江城的产能常州新创碳谷新入行新建产能6000吨谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准13行业深度分析报告证券研究报告卓尔泰克在墨西哥增加的3000吨中复神鹰增加的8000吨老厂有产能调整宝旌增加2000吨东邦增加了1900吨根据赛奥碳纤维数据2021年中国大陆地区首次超越美国成为全球最大产能国且从扩产计划上看预计我国将在产能上有望较长期保持第一的地位图202021年各国地区碳纤维运行产能及占比万吨英国042西班牙0060其他0211德国0513俄罗斯021土耳其0060韩国0874法国0724中国台湾0884墨西哥136中国大陆63431匈牙利1548日本25美国4872412数据来源赛奥碳纤维技术财通证券研究所展望未来从各厂商公布计划看中国企业扩产计划宏大将拉动全球碳纤维产能快速扩张根据赛奥碳纤维技术2021全球碳纤维复合材料市场报告2022年已经宣布并在进行中的扩产有吉林27000吨2022年完成宝旌21000吨2023年完成中复神鹰14000吨2023年完成上海石化12000吨2023年完成新创碳谷12000吨2022年完成光威包头4000吨2022年完成ZOLTEK6000多吨2023年完成DOWAKSA1800吨2022年完成韩国晓星2500吨2022年完成此外根据中简科技公开投资者调研纪要按照公司三期项目1500吨预计将在2024年全部完成据赛奥碳纤维技术化工新材料2022年7月15日报道兰州蓝星计划新建2500吨碳纤维生产线预计完成后兰州纤维将拥有3500-4000吨碳纤维年产能力预计2023年6月投产此外2023-2025年预计将启动二期项目计划分三期建设预计达产后碳纤维产能在25万吨年另据晋城市人民政府门户网站山西新闻网山西日报太钢将继续投资建设两条2000吨生产线和一条试验线预计十四五末将实现年产6000吨高端碳纤维远期达到万吨产能谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准14行业深度分析报告证券研究报告图212021年全球碳纤维运行产能及扩产计划万吨72021扩产计划6543210数据来源赛奥碳纤维技术中国化工报中简科技公开投资者调研纪要山西钢科官网山西新闻网山西日报财通证券研究所碳纤维产能折算过程中存在的问题前文使用的运行产能概念主要是为了反映实际运行产能区别于理论产能但依然无法完全反映厂家的真实产能主要原因在于一些企业兼顾生产1K-6K的小丝束企业一般也会按照12K的惯例来折算产能例如在相同生产宽幅与生产速度下3K与12K的产能显然有很大区别根据赛奥碳纤维技术一条产线若生产3K的产能为300吨折算成12K约为1000吨因此这样折算的结果就是总产能与产出之间会存在较大差距导致达产率低的误解根据赛奥碳纤维技术2021全球碳纤维复合材料市场报告若按照实际小丝束企业3-6K核算产能预计全国运行产能数据要扣除万吨即对应实际产能万08-1534-554吨而在实际生产过程中目前国内绝大部分产线是按照设计产能含改造的90以上生产逐渐趋近于国际水平但满负荷生产的产线产品性能和质量稳定性仍有较大提升空间总体上看即使刨除折算带来的误差我国产能依然处于全球首位而根据前文我们的初步统计从扩产计划上看预计我国将在产能上有望较长期保持第一的地位而2021年虽然中国碳纤维产能增长很快但市场依然较为紧张主要原因是吉林化纤中复神鹰新创碳谷等产能建设主要是在下半年及年底完成因此这些产能实际在2022年才会得到充分释放谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准15行业深度分析报告证券研究报告图22国内碳纤维产能变化万吨图23国内碳纤维产量变化万吨数据来源赛奥碳纤维技术前瞻产业研究院财通证券研究所数据来源赛奥碳纤维技术前瞻产业研究院百川盈孚财通证券研究所32国内碳纤维进口总量仍然高于国产量大丝束开启产业化布局2021年国内碳纤维仍然供不应求进口占比53依然较高国内碳纤维供应可以分为进口国产供应两部分2021年我国碳纤维总需求为624万吨同比2020年489万吨增长277其中进口量为331万吨同比增长92国产碳纤维供应量为293万吨同比增长581总体上看2021年进口和国产碳纤维仍然处于供不应求图24我国碳纤维进口及国产供应量变化万吨图25我国碳纤维进口及国产供应占比数据来源Wind中国复合材料学会赛奥碳纤维技术财通证券研究所数据来源Wind中国复合材料学会赛奥碳纤维技术财通证券研究所从国内市场竞争格局看目前国内碳纤维企业集中于国企占比约80民企占比约20国内领先碳纤维企业主要包括中石化上海石化中国建材中复神鹰中国宝武宝旌碳纤维及太钢钢科中化集团蓝星陕煤国企恒神吉林化纤国企民营企业主要包括光威复材中简科技新创碳谷2021年全球产能排在前十的厂家中吉林化纤中复神鹰宝旌等三家来自中国大陆台塑来自中国台湾总体上看国内产能主要集中于国企民营企业占比较低谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准16行业深度分析报告证券研究报告图262021年中国大陆地区碳纤维产能分布数据来源Wind中国复合材料学会赛奥碳纤维技术财通证券研究所从产品结构看长期以来我国主要在小丝束碳纤维方面实现突破根据南京日报目前国内每束碳纤维基本处于1-12K之间即以小丝束为主但由于小丝束成本较高因此抑制了下游企业应用碳纤维的积极性业内通常将每束碳纤维根数在48K以上的碳纤维称为大丝束随着我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线在中国石化上海石化碳纤维产业基地投料开车标志着我国大丝束碳纤维开启产业化布局此前大丝束碳纤维生产技术主要掌握在美国德国日本的几家大公司手中中国石油化工集团有限公司以下简称中国石化成为国内最早掌握大丝束碳纤维技术的企业之一此外吉林化纤也是目前较早48K大丝束的优势在于在相同工艺条件下能够大幅度提升碳纤维单线生产能力而如果控制得好质量性能也能得到保证从而实现低成本打破碳纤维高价带来的应用局限根据南京日报2022年11月24日报道中国复合材料工业协会秘书长孟弋洁表示2030年我国大丝束碳纤维产值应该能达到500亿元量级将带动千亿级的复合材料市场规模图272020年全球小丝束企业产能占比图282020年全球大丝束产能分布东丽1蓝星1三菱9其他东丽2626SGL31AKSA4东邦HexelCytec13586Hexel7三菱台塑810数据来源Wind中国复合材料学会赛奥碳纤维技术财通证券研究所数据来源中国化学纤维工业协会前瞻产业研究院财通证券研究所谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准17行业深度分析报告证券研究报告4碳纤维的经济性分析41成本构成原材料及设备占比最高预氧化是决定生产速度和效率的关键从工艺流程看PAN原丝成本占比近一半其次为氧化碳化环节碳纤维的制备工艺主要包括丙烯晴聚合物溶液制备PAN原丝制备PAN纤维预氧化及热稳定化PAN预氧纤维碳化表面处理等大多数碳纤维厂商从采购丙烯腈开始进入碳纤维产业链PAN基碳纤维制备的核心是原丝制备技术碳纤维制备过程中原丝制备占成本比例较高接下来分别是氧化碳化环节因此从各环节成本构成看PAN原丝成本占比近一半其次为氧化碳化环节占比较高此外通过规模化生产可以实现在相同时间及能耗下更大的丝束通过量降低总体生产成本根据中科院宁波材料所特种纤维事业部数据通过生产规模的扩大可以将碳纤维生产成本从988美元公斤基础上降低203美元公斤对应降幅约为205图29碳纤维生产过程各环节成本构成图30规模化前后碳纤维生产成本对比美元kg数据来源中科院宁波材料所特种纤维事业部财通证券研究所数据来源中科院宁波材料所特种纤维事业部财通证券研究所从生产要素看原材料依然是最主要成本设备人力成本其次碳纤维的制备成本主要包括原丝生产成本装备设施折旧劳动力能耗等根据SandiaNationalLaboratories数据以50K碳纤维为例其中45成本来自于原丝生产37的成本在于装备设施折旧费用除上述成本以外还有环境安全质量安全产品质量稳定性等影响碳纤维价格的多种因素在后续各主要生产环节中氧化环节本占比最高占总成本比重18也是对固定资产能耗要求最高的工艺环节占固定资产投资的226此外氧化也是决定生产速度和产出效率的关键步骤氧化炉是耗时最长的生产环节根据蓝鲸腾飞如果生产碳纤维全过程需要88min其中预氧化时间大约需80min约占总生产时间的90左右因此如何在保证质量的前提下缩短预氧化时间也是提升产量和降低成本的重要方式之一谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准18行业深度分析报告证券研究报告图31按生产要素划分碳纤维制备成本构成美元图32各生产环节生产要素构成美元数据来源OptimizedCarbonFiberCompositesinWindTurbineBladeDesign数据来源OptimizedCarbonFiberCompositesinWindTurbineBladeDesignBrandonLetal财通证券研究所BrandonLetal财通证券研究所42海外降本之路90年代经历大幅下降后趋于稳定设备能源是关键因素根据TimEllringmann等人对过去发布的碳纤维成本模型的统计去除通胀因素影响碳纤维生产技术在90年代取得很大改进Goss在1986年的统计数据显示碳纤维单吨生产成本达428美元kg而2000年以后碳纤维成本稳定在18-25美元kg之间分生产要素看2000年以后虽然原丝成本波动幅度较大但由于技术水平的提升90年代期间还是实现了较为可观的降幅而最主要的还是设备能源成本在90年代大幅下降后趋于稳定相比之下人力成本整体成上升趋势图331986年之后海外碳纤维生产成本变化数据来源CarbonfiberproductioncostingamodularapproachEllringmannetal财通证券研究所分生产环节看原丝环节占据主要份额且占比逐渐提升氧化碳化上浆成本占比皆有所减少谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准19行业深度分析报告证券研究报告根据海外碳纤维降本的历史经验我们可以发现1通过技术水平的提升单吨原材料消耗可率先实现一定程度的降本但降本幅度有限且后续波动较大主要系原材料为大宗商品价格受供需影响较大影响因素较为复杂2设备能源是实现大幅降本的关键生产要素且降本后趋于稳定而从生产环节看氧化碳化是压缩生产成本的关键因此与其相对应生产环节的设备能耗是实现降本的关键3人力成本整体成上升趋势可降低空间有限图341986年之后海外碳纤维生产成本构成变化数据来源CarbonfiberproductioncostingamodularapproachEllringmannetal财通证券研究所43国产碳纤维成本具备进一步下降空间从中复神鹰和我国主要企业碳纤维产品结构看国内碳纤维产品主要为小丝束但相比而言大丝束生产更有利于降低成本因此随着我国大丝束产能扩张我国碳纤维生产成本优势有望进一步凸显从各类生产要素占比看2021H1公司直接材料人工成本设备折旧能源等在生产成本中占比分别为33161228相比海外国内能源消耗占比较高设备成本占比较低图35中复神鹰2018-2021H1碳纤维生产成本构成图362021H1中复神鹰生产成本构成美元kg数据来源中复神鹰招股书财通证券研究所注1销量按照2021年上半年202461吨计算单位生产成本这里使用2021数据来源中复神鹰招股书财通证券研究所年上半年主营业务成本构成销量注2汇率按照2022年12月15日1美元696人民币计算谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准20