全球新一轮的科技革命正催生风光氢产业的新模式和新业态，材料，特别是碳纤维，作为风光氢产业发展的重要支撑，从打破技术空白，到突破产业瓶颈，再到打开商业应用前景，积极应对着风电、光伏、氢能产业每个阶段的进化需求。
　　碳纤维应用之风电篇
　　从风电产业复盘看，补贴与消纳两大周期驱动因素消退，风电正式步入以经济性为核心驱动的高成长阶段。我们认为，在经济性驱动的时代，碳纤维在风电渗透节奏是动态决定的，与碳纤维作为替材相对于玻纤的性价比，整机企业的设计优化能力，产业链组织方式（包括风机招标模式，以及产业链横纵向整合模式）相关。2022年，碳纤维风电应用一定程度上受到相对高位的碳纤维价格以及较底的招标价格两头压制，而我们认为中期看国内海风场景由于其性能敏感性大于价格敏感性，有望率先实现碳纤维渗透率提升。
　　碳纤维应用之光伏篇
　　光伏热场测算与趋势：硅料对光伏产业的制约迎来拐点。从纤维用量的角度来看，尺寸升级和碳碳材料新部件渗透率提升的趋势，将增加每GW硅片实际产能的碳纤维实用量。热场行业竞争参与者增加带来纤维使用多样性的增加，N型趋势提升纤维纯度要求。从热场行业对碳纤维的库存来看，在2022年老玩家和新玩家呈现明显分化趋势。乘用车碳陶刹车领域摸索从0-1的起点：长纤盘成为行业重点发展方向，目前碳陶企业先行布局，渗透率提升预期空间弹性大，对纤维贡献有望快速增加。
　　碳纤维应用之氢能篇
　　高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景，因此碳纤维在氢能领域的应用与燃料电池汽车产业的发展紧密相关。借鉴锂电池汽车和光伏产业，我们认为未来氢燃料电池汽车的发展短期看财政补贴、中长期看全生命周期成本、拐点看重卡龙头企业。预计到2030年，氢能领域碳纤维用量预计超12万吨，其中燃料电池汽车用碳纤维12万吨（对应30万辆）、长管拖车用碳纤维0.3万吨（对应0.24万辆）。
　　风险提示：技术突破不及预期，降本进度不及预期，产业政策不及预期

研究报告全文：产业深度TableMainTableTitle产业研究月报TableAuthor2023021701期产业研究中心作者鲍雁辛绿见未来风光氢产业碳纤维应用电话0755-23976830邮箱baoyanxingtjascom摘要TableSummary资格证书编号S0880513070005全球新一轮的科技革命正催生风光氢产业的新模式和新业态材料特别是碳纤维作作者肖洁为风光氢产业发展的重要支撑从打破技术空白到突破产业瓶颈再到打开商业应用电话021-38674660前景积极应对着风电光伏氢能产业每个阶段的进化需求邮箱xiaojiegtjascom资格证书编号S0880513080002碳纤维应用之风电篇作者花健祎从风电产业复盘看补贴与消纳两大周期驱动因素消退风电正式步入以经济性为核心电话0755-23976858驱动的高成长阶段我们认为在经济性驱动的时代碳纤维在风电渗透节奏是动态决邮箱huajianyigtjascom定的与碳纤维作为替材相对于玻纤的性价比整机企业的设计优化能力产业链组织资格证书编号S0880521010001方式包括风机招标模式以及产业链横纵向整合模式相关2022年碳纤维风电应作者杨冬庭用一定程度上受到相对高位的碳纤维价格以及较底的招标价格两头压制而我们认为中电话0755-23976166期看国内海风场景由于其性能敏感性大于价格敏感性有望率先实现碳纤维渗透率提升邮箱yangdongtinggtjascom资格证书编号S0880522080004碳纤维应用之光伏篇光伏热场测算与趋势硅料对光伏产业的制约迎来拐点从纤维用量的角度来看尺寸作者陈磊升级和碳碳材料新部件渗透率提升的趋势将增加每GW硅片实际产能的碳纤维实用量电话021-38038037热场行业竞争参与者增加带来纤维使用多样性的增加N型趋势提升纤维纯度要求从邮箱chenlei022459gtjascom热场行业对碳纤维的库存来看在2022年老玩家和新玩家呈现明显分化趋势乘用车碳资格证书编号S0880522060001陶刹车领域摸索从0-1的起点长纤盘成为行业重点发展方向目前碳陶企业先行布局往期回顾TableDocReport渗透率提升预期空间弹性大对纤维贡献有望快速增加锂电产业技术迭代芳纶涂覆0-1产业化趋势确定新能源产业研究系列碳纤维应用之氢能篇四高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景因此碳纤维在氢能领域的应用与燃料20230216电池汽车产业的发展紧密相关借鉴锂电池汽车和光伏产业我们认为未来氢燃料电池锂电产业技术迭代芳纶行业国产替代汽车的发展短期看财政补贴中长期看全生命周期成本拐点看重卡龙头企业预计到势在必行0-1产业化趋势确定新能源产业研究系列三2030年氢能领域碳纤维用量预计超12万吨其中燃料电池汽车用碳纤维12万吨对20230213应30万辆长管拖车用碳纤维03万吨对应024万辆动作捕捉联结虚实世界的桥梁元宇宙之钥20230123风险提示技术突破不及预期降本进度不及预期产业政策不及预期思内观外氢燃料电池企业亿华通在港交所主板上市20230121锂电产业技术迭代复合铜箔产业化在即20230111请务必阅读正文之后的免责条款部分产业深度目录1碳纤维应用之风电篇311御风之路从补贴到平价经济性为第一驱动力3111补贴和消纳为过去影响风电装机的两大波动因素3112平价后经济性成为第一驱动力412叶片大型化谁决定了碳换玻的临界点5121碳玻性价比材料性能极限与价格的博弈6122整机系统优化能力为材料升级奠定空间7123产业链重新组织带来各环节利益的重新分配913国内海风率先突围13131海风场景性能敏感性大于价格敏感性13132阶段性低谷后看国内海风放量142碳纤维应用之碳碳复合材料篇1521光伏热场测算与趋势15211光伏装机硅料价格拐点石英决定装机或在340GW15212单位纤维用量尺寸升级和部件增加将增加单位纤维用量17213纤维性能纤维多样性增加N型趋势提升纯度要求21214产业链纤维库存22情况分化23将重回平稳区间22215新应用负极热场开始应用保温毡类还是沥青基市场2322碳陶刹车测算与趋势24221乘用车碳陶刹车领域开始进入定点到路试的阶段24222长纤盘或成行业主流共识放量车型或选配先行24223渗透率提升预期波动较大对纤维贡献有望快速增强253碳纤维应用之氢能篇2631高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景26311四种储氢方式中仅高压气态储氢会用到碳纤维26312碳纤维在高压储氢瓶的应用以轻量化为目标提高质量密度储氢比273132021年国内高压储氢瓶碳纤维需求量超500吨2832氢燃料电池发展关键变量补贴成本龙头28321初期看财政补贴燃料电池的补贴弱于锂电和光伏29322中长期看全生命周期成本燃料电池重卡可具备经济性31323拐点看重卡龙头企业关注潍柴的燃料电池重卡布局3233未来氢能的碳纤维用量取决于燃料电池汽车发展33331预计到2030年燃料电池汽车用碳纤维12万吨33332预计到2030年长管拖车用碳纤维03万吨334风险提示34请务必阅读正文之后的免责条款部分2of35产业深度1碳纤维应用之风电篇11御风之路从补贴到平价经济性为第一驱动力111补贴和消纳为过去影响风电装机的两大波动因素十一五至十三五时期政策决定发展节奏通过电价补贴与消纳调控影响风电行业呈周期波动2006年我国风电年度新增装机正式迈入GW时代产业化加速十一五时期一法多规提振风电开发积极性国内风电供应链初步形成十二五时期消纳瓶颈首现开发节奏宏观调控性增强十三五时期补贴退坡叠加弃风限电再现行业调整后迎接平价时代图1十一五至十三五时期补贴叠加消纳驱动风电行业周期波动数据来源中国风能协会全国新能源消纳监测预警中心国家能源局Wind国泰君安证券研究十一五阶段政策推动风电产业化初期发展高增速2005年可再生能源法正式实施我国可再生能源发展进入一个新的历史阶段同时可再生能源发展十一五规划明确以风电场的规模化建设带动产业化发展提高装备国产化制造能力2009年起关于完善风力发电上网电价政策的通知明确执行标杆上网电价政策集中释放积极信号有效推动产业化进程2006年风电新增装机首次突破1GW2006-2010年新增装机CAGR达958十二五阶段初现消纳瓶颈行业发展逐步规范风电产业化初期粗放式的发展积累众多乱象十二五初期全国弃风率显著提升至171行业遇首轮大规模弃风限电为引导行业规范化健康发展政府宏观调控力度加大十二五时期各地加强风电资源在释放节奏上的调控同时加大对电网调度消纳能力的重视1国家能源局印发风电开发建设管理暂行办法要求各省核准风电项目前须先向国家能源局上报请务必阅读正文之后的免责条款部分3of35产业深度核准计划收紧地方政府风电项目核准审批权避免495万千瓦现象2为解决消纳问题可再生能源保障性收购和优先上网政策逐步落实同期国家力促跨区输电发展特高压等大容量高效率远距离先进输电技术十三五阶段2015年现退补抢装潮三北地区重现大规模弃风限电政策调控力度进一步加大2015年风电上网电价补贴开始退坡迎来首轮抢装潮受抢装潮影响弃风率再次大幅提升2016年全国平均弃风率达171三北地区再现大规模弃风限电受制于消纳瓶颈风电新增装机规模在2016-2017年连续两年进一步收缩2016年建立风电投资监测预警制度直至2020年红六省全部脱帽红色预警全面解除112平价后经济性成为第一驱动力退补加速风电平价上网进度风机大型化进一步推动降本十三五阶段政策加速推进风电平价上网自2015年起逐步下调陆上风电上网电价倒逼产业链加速降本增效逐步实现无补贴经济性降本需求促使风机大型化进程同步加速图2陆上风电上网标杆电价2017-2020年加速退坡图3风机大型化进程加速数据来源国家能源局国泰君安证券研究数据来源中国风能协会IRENA国泰君安证券研究市场化推动产业降本增效提速政策调控为良性发展护航2020年以来风电投标均价显著下降20Q1平均3924元kW22Q2平均仅1939元kW降幅超50产业链降本成效显著双碳目标下国内风电政策环境持续向好众多涉及消纳保障风光大基地风电下乡分散式风电海上风电老旧机组改造新型电力系统建设等的政策出台政策正以目标引领的方式推进可再生能源高质量发展深入推动能源行业改革图4风电月度公开投标均价显著下降元kW请务必阅读正文之后的免责条款部分4of35产业深度数据来源金风科技公告国泰君安证券研究12叶片大型化谁决定了碳换玻的临界点与光伏相比风电的降本路径相对单一大型化是唯一方向光电转换效率的提升从路径上看短期是换结构硅片和电池片设计从P型PERC变为N型TopconHJT本质是改变晶硅PN结的导电方式更长期的效率提升构想是更换材料比如未来可能从晶硅到钙钛矿但风力发电本质是将机械能转换为电能在这个传导路径中大型化几乎是唯一的降本路径图5风电装机容量不断提升国内新增装机平均单机容量MW600564950042393838400363728300262731192620024212119171818100151516000201020112012201320142015201620172018201920202021陆上海上数据来源中国风能协会IRENA国泰君安证券研究风电机组通过不断增加单机容量来降低度电成本由此也对风电叶片长度提出了不断增加的要求叶片作为风能转化的动力源泉其良好的设计可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素是推动机组大型化的关键环节在成本和性能中取舍国内风电用碳纤维需求拐点是动态决定的叶片大型化无法脱离叶片材料升级材料升级又必然带来叶片绝对制造成本的上升出现了叶片升级过程中低成本和轻量化无法兼顾的两难局面综合来看我们认为国内风电碳纤维应用爆发的拐点是动态的由碳玻材料相对性价比整机厂家的设计能力及国内风电产业链的组织方式共同决定请务必阅读正文之后的免责条款部分5of35产业深度1碳纤维的相对性价比提高碳纤维与玻纤的价格差距缩小或者叶片长度加到玻纤无法满足性能要求2从整机设计角度抵消部分叶片成本的上升整机厂家叶片设计包括整机系统优化能力可以为用碳纤维腾挪出成本空间3产业链组织方式的优化下游招标模式变化以及通过产业链横纵向整合来增厚整机环节盈利空间图6叶片玻纤换碳纤的主要驱动因素一览数据来源中国知网产业链调研国泰君安证券研究121碳玻性价比材料性能极限与价格的博弈碳纤对玻纤的替换主要发生在承重要求更高的叶片主梁上叶片目前涉及的主流复合增强材料主要是玻璃纤维玻纤在叶片的蒙皮腹板和主梁上都有广泛的应用不同部件采用的纤维布类型因承载需要而各有差异但随着叶片长度的增加其重量也越来越大全玻纤叶片逐渐无法满足机组大型化和轻量化的要求因此在叶片设计上会采用轻质高强的碳纤维替换对载荷要求更高的叶片主梁上的玻纤图7典型风电叶片截面结构型式数据来源中国知网风电叶片材料升级的路径中面临的最大制约是大型化轻量化与低成本之间的不可兼得请务必阅读正文之后的免责条款部分6of35产业深度一方面在更长的叶片设计环境下使用碳纤维优势是显而易见的1整机安全性和稳定性增加叶片越长运行过程中可能产生的柔性形变就越大控制叶尖挠度变形可以确保叶片与塔架之间具有足够的安全距离否则很容易发生扫塔事故因此其模量的增加对叶片刚度的提升意义重大而碳纤维相对玻纤最突出的性能优势就是模量优势表1碳纤维具备高强轻质特点产品拉伸模量Gpa拉伸强度Mpa密度gcm3E73-751900-2000263E681-832500-2700262-263中国巨石E789-912800-3000260-261E895-983100-3500262-263E9100-1033100-3500T3002303530176日本东丽T700S230490018T800S294588018数据来源中国巨石公告日本东丽公告国泰君安证券研究2同等风场条件下叶片轻质化能带来转换效率提升海上风场叶片加长后其重量按照叶片长度三次方增加碳纤维作为轻质高强替材的性价比快速抬升轻量化叶片带来转速增加同样条件的风场下可以提升转换效率在低速风场下这一优势更为明显但从另一方面看叶片设计上使用碳纤维最大的劣势是叶片造价的大幅增加简单测算看以目前约1800元kw的陆风装机价格测算合理假设6mw陆风单只叶片约重27吨一台风机3只叶片换算后叶片采购成本在400-500元kw左右若将主梁替换为碳纤维净增叶片成本在120-130元kw增加叶片绝对成本约30表2当前价位下替换碳纤维将显著提高叶片成本装机容量MW60招标价格元kw1800玻纤方案单只叶片重量kg27000叶片总重kg81000叶片成本元kw405叶片成本占招标价23碳纤方案叶片成本净增加元kw125碳纤叶片成本净增加31数据来源每日风电国泰君安证券研究122整机系统优化能力为材料升级奠定空间1221整机设计和集成能力请务必阅读正文之后的免责条款部分7of35产业深度整机系统管理能力决定了叶片材料升级空间材料升级必然增加叶片绝对成本但材料升级同时也会带来整机层面的塔筒齿轮箱等其他成本的相应降低碳纤维用量具体能够带来多少程度的整机降本是没有确定答案的涉及到整机厂家的核心设计能力维斯塔斯目前3mw以上的叶片全部使用碳纤维而国内企业目前主流6mw风机仍以全玻纤方案为主从整机专利角度上看国内龙头和维斯塔斯仍有较大差距根据全球专利库数据截至2021年底维斯塔斯在涉及风力发动机的控制以及相关零部件控制等领域专利数量均大幅高于国内整机龙头图8从整机专利角度上看国内龙头和维斯塔斯仍有较大差距数据来源全球专利数据库国泰君安证券研究1222工艺优化能力作为轻资产部分的复合材料制造工艺向多元化和自动化快速发展针对轻资产下游快周转是关键因此更关注加工工艺上的效率问题应用工艺改良体现在下游的模具成型部分复合材料成型工艺从初期以劳动密集为特点的手糊手工铺贴工艺发展到拉挤模具成型再到自动铺放技术复合材料成型工艺正在逐渐摆脱低效率低稳定性高污染的传统模式向效率更高的方向演进为碳纤维复材在下游的大规模应用奠定了坚实基础风电领域目前碳纤维主梁的工艺主要有三种预浸料工艺碳布灌注工艺和拉挤碳板工艺应用于叶片包括部分蒙皮前缘后缘等部件上1预浸料工艺主要用于叶片补强叶片手糊工艺的缺点也越来越明显材料利用率低且污染环境因此采用玻纤预浸料在前后缘和叶根补强被提上日程2碳布灌注工艺该工艺比较成熟对模具要求不高模具制作简单产品质量稳定性高重复性能好制品表观质量好相同铺层厚度薄强度高但该工艺对碳布要求较高且生产效率不高成本也较高制约了其推广3拉挤工艺复合材料工艺中效率最高成本最低的而且纤维含量高质量稳定连续成型易于自动化适合大批量生产利用碳纤维拉挤板材制备叶片大梁可以和叶片一起制作铺层工艺简单利用该工艺制作请务必阅读正文之后的免责条款部分8of35产业深度叶片的时间只有灌注工艺的一半根据实验对比发现碳纤维拉挤板材的拉伸模量比灌注工艺提升25压缩强度提升了42图9拉挤与灌注工艺力学性能对比数据来源中国知网拉挤工艺在风电叶片大梁上的应用推动风电需求在2016年超越航空航天成为第一大碳纤维下游维斯塔斯2014年率先推出拉挤碳梁叶片工艺的进步带动碳纤维应用扩大2016年全球碳纤维在风电领域的用量首次超过航空航天达到18万吨成为碳纤维最大下游2020年维斯塔斯一家碳纤维用量占风电总量的80以上年用量超2万吨图10拉挤工艺带动碳纤维2016年后快速在风电应用上放量3500060300005025000402000030150002010000500010002015201620172018201920202021全球风电用碳纤维吨yoy数据来源赛奥碳纤维国泰君安证券研究123产业链重新组织带来各环节利益的重新分配1231国内招标模式加重了整机对成本敏感性从招标主体看国内风电运营商以大型央国企发电集团为主以五大六小发电集团为代表的大型央国企一直是我国风光等清洁能源装机的主力军在2021年风电新增装机与累计装机中所占比重均超50图11国内主要风电运营商2021年新增装机占比图12国内主要风电运营商2021年累计装机占比请务必阅读正文之后的免责条款部分9of35产业深度数据来源中国风能协会国泰君安证券研究运营商对于即期造价的关注通过招标层层传导以央国企为主的运营商一方面从发电集团财务角度出发风场资源以平价竞价为主同时国内面临的上网电价更低导致其要获得更高投资回报率需要更低的当期整机造价另一方面在执行层面看业主更加关注即期建设成本对全周期成本关注偏弱从选定风场到整机叶片招标价格和成本是层层传导的整个风电的开发流程包括1确定风场资源分配风场资源由各省的发改委批给业主风资源都是政府对外招标的现在基本都以平价和竞价性资源配置为主2业主确定招标机型和成本业主根据选定风场位置的要素包括风速情况距离市场的远近以及叶片运输便利性等等分配风场建设成本塔筒成本风机成本从而确定招标的机型得出整机的招标预算3整机厂竞标整机厂根据自身竞标机型进行报价相较于技术标而言价格标仍是主要考量因素低价中标占比较高但是如果报价比业主的预算高了这个标就会流标然后重新再投4确定叶片采购价格整机厂把载荷条件叶片长度的需求提出来叶片按公斤报价载荷和长度定了就等于重量就定了叶片的成本也就定了招标的可靠性因缺乏统一标准细则而变得难以衡量价格成为最直观的中标标准与工程造价相比全生命周期实际发电小时数难以系统衡量且根据我们调研国内整机厂家竣工后续运维服务质量良莠不齐因此报价中难以体现产品和服务的溢价造成低价中标成为主流据风芒能源统计2022Q1共有6897MW陆上风机中标候选公示其中最低价次低价中标占比493未知占比235非最低价次低价中标仅占272图13国内陆风招标价格远低于海外请务必阅读正文之后的免责条款部分10of35产业深度8000国内外陆风招标价格对比7000738860006701632862486044611662955000549540003000309829402000261624012267100018721939180802020Q42021Q12021Q22021Q32021Q42022Q12022Q22022Q3Vestas元kW国内公开市场招标均价元kW数据来源中国知网国泰君安证券研究PS维斯塔斯招标均价由当期欧元汇率换算成人民币相较于海外市场来看维斯塔斯产品价格具备更合理的成本传导能力同时带来更高的后市场运维利润率从维斯塔斯年报来看其陆风产品均价保持在6000元kw以上同时在原材料涨价的时候可以通过价格传导成本同时我们认为海外风机龙头更高的产品价格本身其实部分涵盖了后续质保成本带来了后续更好的运维服务利润率赚取的前后市场的一体化利润根据Vestas公告其风机服务板块EBITmargin保持在20以上的高盈利水平而国内企业后续服务体量均较小利润率水平也远低于Vestas图14维斯塔斯风电服务利润率高于国内9003050250080025452128252000232240197270020163860018203515351500305001224116812041525100040081780272170020643617623300101550020051001005-274000-5002021Q32021Q42022Q12022Q22022Q32012201320142015201620172018201920202021Vestas运维收入百万欧元EBIT金风科技风电服务收入亿元毛利率数据来源Vestas金风科技官网国泰君安证券研究1232低盈利环境将催化整机厂家向产业链横纵向整合平价后风电产业链盈利集中在运营商低盈利环境有望带动整机环节加速产业链整合从产业链各环节近年的毛利率看盈利水平下游运营商上游零部件中游整机及配套整机厂家作为风电资源的主要整合方以及降本的主要推动方其利润水平在平价后却一直处于压制状态同样限制了整机厂家选用更好的材料图15产业链各环节盈利水平运营商零部件中游整机及配套请务必阅读正文之后的免责条款部分11of35产业深度数据来源Wind国泰君安证券研究我们认为整机单一环节盈利较低这一现象有望通过产业链重新整合得以改善目前主流整机产业链整合方向有两个1纵向整合向上游整合战略物料以及向下游走向风场运营一方面部分整机厂向上游开发战略物料比如自制叶片和齿轮箱以及提前绑定碳纤维等核心材料供应商通过穿透供应链来降低成本另一当面向下游进入利润率更高的风场开发环节2横向整合国内整机厂集中度较海外仍有提升空间补贴时期国内风电整机厂家一度接近60家平价之后市场玩家数量显著萎缩整机厂的横向整合在显著加快随着目前招标价格下低盈利环境持续未来可能继续出清截至2021年国内目前CR3集中度在47整机行业玩家数量仍在15-20家量级海外看整机厂以GE维斯塔斯和西门子为首的三大家几乎瓜分了海外大部分市场份额图162021年中国主要风电整机企业竞争格局请务必阅读正文之后的免责条款部分12of35产业深度数据来源Wind国泰君安证券研究13国内海风率先突围从第二章的分析框架来看我们认为2022年风电用碳纤维需求疲弱主要受到碳纤维价格居高不下以及国内风机招标价格持续下行的影响2023年我们认为国内风电碳纤维应用障碍将较2022年有所减弱1从招标上看预计2023年将为海风装机大年海风装机对于性能敏感性高于价格将为碳纤维应用提供更好的需求市场22022年下半年到23年全球范围内碳纤维大丝束扩产提速叠加海外经济疲弱带来的海外风机三大家规划装机需求均有所下滑整体碳纤维价格中枢有望下移131海风场景性能敏感性大于价格敏感性海风市场具备更好的价格容忍度以及对性能更为敏感一方面海风目前的招标价格对碳纤维价格具备足够容忍度另一方面海风对稳定性和轻量化的要求更为迫切因此预计将在海风应用上先达到玻纤性能极限根据我们测算以单机容量7mw机型来看陆风整机报价仍需一定程度的提高才有使用碳纤维盈利空间而这一条件对于目前海风的招标价是完全可以容纳的性能上玻纤和碳纤维过去理论替换极限是90米叶片但随着玻纤本身配方迭代升级以及高碳纤维价格下厂家通过叶片设计尽量延缓碳纤维用量目前这一性能长度极限已经被推至110米左右我们预计基于行业平均叶片设计水平大部分厂家在110米以上的叶片上将不得不使用碳纤维以降低负荷提高稳定性表3风电叶片玻纤换碳纤的预期整机报价分析关键参数与价格假设部分叶片主梁碳纤替玻纤单MV材料用量整机玻璃纤维t800额定功率MV700碳纤维t120叶片基体树脂t500长度m75-80叶片成本合计元kW63016单叶片重量t3600假定叶片占整机成本比重不变单MV重量t1543预期整机报价元kW232360其中忽略其他材料请务必阅读正文之后的免责条款部分13of35产业深度玻璃纤维t1000基体树脂t500叶片报价元kW48816整机报价元kW180000叶片占整机成本比重27数据来源每日风电国泰君安证券研究未来陆风使用碳纤维则主要依赖于碳纤维降价以及叶片无法加长后的减重增效根据敏感性测算可看出如若目前的陆风招标价格仍徘徊在1800-2000元kw水平每MW使用1吨碳纤维用量假设下至少需要碳纤维价格降至9-10万吨含税价距离大丝束现价仍有较大差距陆风使用碳纤维的另一催化路径或在于陆上叶片长度达到运输极限后或不得不通过叶片轻量化继续加大单机容量132阶段性低谷后看国内海风放量海外风电整机厂家仍为全球碳纤维的主要需求主体海外主要使用碳纤维的整机厂家包括维斯塔斯GE西门子-歌美飒Nordex等其中维斯塔斯和GE是全球主要风电碳纤维用量的驱动力2021年全球风电用碳纤维33万吨其中我们预计不包括来料加工的国内风机厂实际碳纤维需求在3000-4000吨左右意味着剩余3万吨均来自于维斯塔时和GE牵头的海外需求短期看风电用碳纤维需求处于阶段性低谷期2022年全球整机厂家都面临钢材碳纤维等主要原材料上涨的压力整机利润变薄影响整体招标接单量1海外看我们预计22年维斯塔斯GE的整体用量将回落到23万吨左右海外其他企业总用量维持在3000-5000吨2国内看陆风招标价格低位徘徊整机几乎没有盈利海风招标将主要贡献2023年用量因此我们预计22年国内需求在2000吨左右同比21年略有降低但中长期看我们认为国内海风放量仍将是未来风电碳纤维应用的重要增量根据22年1-9月招标数据海风对应23年装机有望达到9-12GW有望在中长期贡献万吨以上的使用增量同时大丝束产能在这一时期快速提升碳纤维预计将在23年加速降价与风电需求低谷期相对的是全球大丝束产能预计将在23年开始大面积扩产23年看国内大丝束名义投产产能达到77万吨考虑到部分产能不匹配原丝且技术爬坡有延后可能性我们中性预计23年国内大丝束产能将达到54万吨左右同时海外包括赫氏三菱西格里在内的老牌大丝束企业产能稳定卓尔泰克匈牙利工厂受到欧洲天然气影响预计将有一定缩量综合来看23年全球大丝束产能有望达到10万吨规模而21年全球48K以上大丝束需求仅514万吨22-23年其中风电作为用量大头的增量有限大丝束价格有较大下行压力表4全球大丝束在建及远期产能规划请务必阅读正文之后的免责条款部分14of35产业深度公司目前产能吨2023年产能吨远期规划吨产品类别吉林系国兴吉林化纤180003500060000大丝束宝旌8000800012000大丝束光威复材2655665512655大小丝束并行新创碳谷120001800018000大丝束兰州蓝星200020004000大丝束上海石化1500750012000大丝束国内名义产能合计4415577155118655中性预测实际落地产能54000卓尔泰克250002000035000大丝束赫氏160001600016000大丝束三菱143001430014300大丝束西格里130001300013000大丝束海外产能合计683006330078300数据来源赛奥碳纤维光威复材上海石化等公司公告国泰君安证券研究降价同时将为23年后用量快速提升奠定基础也会带动真正有成本优势的企业脱颖而出根据前序测算23年开始碳纤维供给过剩将开始出现碳纤维价格下行有望真正通过市场竞争摸清行业真正的成本底线在哪里为后续海风需求放量奠定需求基础而我们认为即将见到的降价将带动真正有成本竞争力的企业加速获取更多的市场份额同样有望将过去两年伴随行业景气大规模投产的无效产能加速出清2碳纤维应用之碳碳复合材料篇21光伏热场测算与趋势211光伏装机硅料价格拐点石英决定装机或在340GW硅料对光伏产业的制约在近期迎来拐点2022年全球实际新增光伏装机估计在230-250GW测算统计口径有不同其中硅料供应的紧缺以及其对组件价格高企的影响同步对供给端和需求端产生了影响但伴随硅料新产能在Q4开始投产爬坡硅料以及硅片的价格近期已经同步进入到价格的拐点硅料2022年11月开始至2022年初价格已经开始出现明显的下滑硅片10月31日中环率先调降硅片报价3-411月24日隆基下调单晶硅片报价155m-M6M10尺寸分别下调1416至624742元片182尺寸对应降价002元W龙头企业的步调的协同基本意味着价格拐点的来临从目前看光伏产业链价降量增的周期已经到来按硅耗量29gW计算假如若硅料从当前约30万吨逐步降至10万吨对应组件成本下降05-06元W占2022年光伏组件均价的近30产业链利润的重新请务必阅读正文之后的免责条款部分15of35产业深度打散分配将降低组件端成本压力一定程度上有利于释放辅材边际议价空间表5硅料2023年将不再成为制约产业链发展的最大因素202020212022E2023E合计吨数570576051448519685硅料硅耗3292726合计GW190262536757202020212022E2023E硅片合计GW215368568785202020212022E2023E电池片合计GW17472803735503数据来源国泰君安证券研究2023年石英最紧环节为共识但是影响幅度分歧较大2023年石英材料是制约光伏产业链供给释放的核心因素这一点目前已经成为产业链判断和测算的共识其余相对可能也较紧的环节主要还有EVA粒子IGBT等但非石英外的主辅材基本测算下来可以支撑380-400GW以上的装机量需求因此高纯石英砂还将是产业链供给端的核心因素但在石英材料到底可以支撑多少装机量的问题上站在产业链的不同利益位置以及使用不同测算假设其得到的结果有较大的偏差供方预测相对谨慎供给方会给出更谨慎的预测一般认为合成石英砂或者是非石英砂行业竞争者扩产商业化取得成功的概率较低那从可预见的产能核心厂商扩产节奏来看2023年石英材料扩产约3959至82同比例装机量可以从230GW提升至320GW左右而这种方式测算2024年开始石英的短缺程度将明显缓解其他环节预测相对乐观而站在产业链其他环节的利益角度来看其普遍认为石英材料最短缺但是其完全可以支撑350-360GW以上的装机体量这里最大的假设分歧包括社会库存新玩家产能进入部分替代品人工合成SIC层坩埚大型化使用寿命等假设因此综合这两种预测我们认为对2023年全球光伏装机量的中性预测可以放在340GW左右表62019-2024年全球高纯石英砂供需平衡分析表单位万吨供给端节奏2019202020212022E2023E2024E尤尼明和TQC内层242424242436石英股份050714358其他030030050080080合计2934415982124数据来源石英石网BNEF国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分16of35产业深度表7全球高纯石英砂主要供应商情况产能公司名称主要产品应用领域地域可供国内石英长石正长岩橄榄石碳酸尤尼明15万吨左右半导体广泛光源光钙黏土高岭土石灰石和ITOA系国外2022年伏等高纯石英砂产品等1万吨左右半导体光伏及电光源领挪威TQC高纯石英砂等国外2022年域高端电光源石英管光伏石英股份高纯石英砂石英管棒大口径石33万吨左右等领域半导体领域应用国内英扩散管石英坩埚各种石英器件等2022年较少数据来源智研咨询国泰君安证券研究2023年上下半年具体的分化或比较明显从需求端的角度考虑由于全产业链对此轮硅料降价的幅度都有较大的预期30万至10万因此在硅料与硅片的降价降价通道中择时相对灵活的部分需求将有所观望等待而从供给端的角度看环节最紧张的石英其供给增加主要是石英股份预期也主要在2023H2供需环节最有利的因素都将主要在2023H2出现2023年产业链景气度或在年内有较为明显的加速硅片行业有望保持产能扩张体量虽然目前从整个产业链的角度来看硅片的存量产能相对是最为充裕的但这也与此板块技术路径确定叠加资源瓶颈即将改善有关行业还将有持续扩产动力表8硅片行业扩产规模将保持单位GW公司201820192020202121年新增2022E22年新增2023E23年新增隆基28428095151202515030中环25335095451354016025晶科5112027740135010晶澳3511518301245155510环太25151030154010京运通38201230105020上机数控520301050207020美科131071553015高景101030205020锦州阳光3759425164015通威771583015双良节能101020105030其他72726104100100合计701143215368153568200785217数据来源隆基绿能等公司公告国泰君安证券研究212单位纤维用量尺寸升级和部件增加将增加单位纤维用量从纤维用量的角度来看尺寸升级和碳碳在新的部件中渗透率将提升每请务必阅读正文之后的免责条款部分17of35产业深度GW硅片实际产能带来的碳纤维使用量趋势尺寸升级其实增加了每GW的碳碳材料用量伴随着大硅片确定性的发展趋势热场尺寸升级是不可避免产业趋势目前行业主流正在从32寸热场全面向36寸热场升级36寸热场从半径上为32寸的1125倍那么从理论上考虑三维结构其使用热场的体积重量应该是1125倍的三次方约为142倍实际从产业链的数据观察中可以看到坩埚重量伴随热场尺寸的扩大更符合三维同步扩大的特征而导流筒和保温筒更多呈现的是二维扩大的特征这或许与其尺寸增加但是厚度相对增加幅度较小有关表9一个典型的热场模型测算32寸36寸增幅坩埚kg486944导流筒kg232926保温筒kg556925合计kg126167331GW炉数10080-1GW总重12600133606数据来源金博股份公司公告国泰君安证券研究而从这个角度看可以得到应相对反直觉的结论也就是伴随拉晶炉尺寸的增加每GW的热场使用量反而是上升的如果考虑到增重最多的坩埚其本身渗透率也最高而替换周期也最短则伴随尺寸的增加实际碳碳用量以及对应碳纤维的用量增幅应该是更高的而这种增长趋势从原理上来看再迈向40寸以及更大热场的过程中有望继续延续我们判断2022年32寸热场与36寸热场的市场基本已经实现持平而2023年开始36寸热场比重有望快速提升新部件逐步开始增加渗透率伴随拉晶炉和热场尺寸的增加趋势更多石墨材料为主导的部件环节会面临结构强度的问题这种结构强度的要求来自于三个方面1结构功能对强度要求的增加2自重随尺寸的增加对强度和轻量化设计的要求增加3尺寸重量增加后安装和运输的风险增加因此必须增加强度才能满足对磕碰风险的容错率这也就促使迎来碳碳复合材料替代的新的机会过去在坩埚导流筒保温桶加热器四大传统部件中加热器的替代渗透率最低5但并非其对受力不敏感而更多在于拉晶炉运行时其处在温度最高的环境单独裸露的碳碳加热器会面临高温氧化的侵扰但伴随尺寸的增加加热器设计结构的特点下空上实将对其材料力学性能有更高的要求是应确定性的方向加热器表面处理等工艺的进展或对此板块较为重要图17热场四大传统主要部件请务必阅读正文之后的免责条款部分18of35产业深度数据来源金博股份公司公告而相对替代更为容易的主要在于埚拖托杆等力学性能要求提升而性能要求维度相对较为单一的环节且目前较多碳碳厂家开始同步推出这样的产品供给端需求端开始形成共振图18埚托托杆内导流筒等作为新产品系列数据来源金博股份公司官网估算埚托和托杆在36寸热场中自重有望分别实现约30kg和15kg对市场需求贡献还是将较为明显而内导流筒等部分新部件自重可能还不及5kg其对整个市场需求端的贡献相对较小因此在这里我们可以对2022-2023年每GW实际对应的热场销量和碳纤维销量进行一个相对具体的测算这个测算依赖于热场尺寸部件重量部件渗透率部件替换周期等假设表10单位GW热场碳纤维利用使用量估算请务必阅读正文之后的免责条款部分19of35产业深度2022E2023E36寸36寸及以上36寸以下36寸及以上坩埚45604560渗透率100100100100预制体倍数18181818年更换次22232223年纤维用量55775577导流筒22262227渗透率65656565预制体倍数14141414年更换次07070707年纤维用量7879保温筒75857585渗透率50605060预制体倍数125125125125年更换次07070707年纤维用量21292129加热器32383238渗透率27210预制体倍数18181818年更换次221221年纤维用量1314板材等14181418渗透率100100100100预制体倍数13131313年更换次07070707年纤维用量810810埚托托杆35453545渗透率05520预制体倍数14141414年更换次07070707年纤维用量0115比重55454555每GW炉数1008010080合计kg96209988数据来源金博股份公司公告国泰君安证券研究这时结合我们对光伏总体装机需求的假设以及损耗率产业链备货率以及净新增净改造需求等预测测算出2022年光伏热场对纤维用量约在5014吨而2023年这一数字或在6500-7500吨之间浮动表11光伏热场碳纤维用量估算项目2022E2023E悲观2023E中性2023E乐观最终装机GW230320340360容配比损耗13131313开工硅片产能GW299416442468请务必阅读正文之后的免责条款部分20of35