【研报】中银证券---碳纤维行业深度：新能源高景气等推动需求高增，技术突破和产能扩张加速国产替代.pdf

基础化工 | 证券研究报告 — 行业深度 2023年 1月 28日 强于大市 公司名称 股票代码 股价 评级 光威复材 300699.SZ 66.12 买入 资料来源： Wind，中银证券 以 2023年 1月 18日 当地货币收市价为标准 相关研究报告 《化工行业 2023年度策略：需求有望复苏，看 好一体化龙头与新材料等中长期发展》 20221214 《 公司点评 – 光威复材：净利润稳健增长，碳 纤维各产线有序推进 》 20221030 《新股报告 – 中复神鹰：民品碳纤维龙头，产 能扩张成长可期》 20220310 中银国际证券股份有限公司 具备证券投资咨询业务资格 基础化工 证券分析师：余嫄嫄 (8621)20328550 yuanyuan.yu@bocichina.com 证券投资咨询业务证书编号： S1300517050002 碳纤维行业深度 新能源高景气 等 推动需求 高增 ，技术突破 和 产能 扩张加速国产替代 2022 年 下半年 碳纤维原料成本走低，价格波动下滑。风电叶片、光伏热 场等新能源领域碳纤维需求预计迎来高增速，航空航天、体育休闲等领 域碳纤维需求有望稳健增长，未来碳纤维需求将长期 保持增长态势 。国 内企业大规模扩产，生产技术不断突破，受下游需求拉动以及进口受限 影响，碳纤维国产替代进程有望加速。光威复材等国内碳纤维龙头企业 有望持续受益。 支撑评级的要点  碳纤维是性能优异、用途广泛的国家战略性新材料。 碳纤维由丙烯腈聚合、碳 化制得，具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电 及热导性高、热及湿膨胀系数低、 X 光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽效应等 特点， 可 广泛应用于风电叶片、碳 /碳复材、航空航天、压力容器、休闲体育等 领域。 根据 华经产业研究院 数据 ， 2021年全球、中国碳纤维市场规模分别为 34.0 亿美元、 15.9亿美元， 2015-2021年 CAGR分别为 4.8%、 23.1%。  新能源等领域带动碳纤维需求高速增长。 根据 广州赛奥《 2021 全球碳纤维复合 材料市场报告》， 2021年全球碳纤维需求量为 11.8万吨，下游主要应用领域风 电叶片、体育休闲、航空航天、压力容器、碳 /碳复材需求量分别为 3.30万吨、 1.85万吨、 1.65万吨、 1.10万吨、 0.85万吨，占比分别为 28.0%、 15.7%、 14.0%、 9.3%、 7.2%。双碳背景下风电加速增长，风电叶片大型化和轻量化要求有望推 动碳纤维渗透率提升。光伏新增装机量持续增长，单晶硅片市场份额快速提升， 单晶拉制炉需求走高，光伏热场碳 /碳复材有望扩大份额。军机更新换代、国产 大飞机批产提升航空航天领域碳纤维需求。随着经济好转以及人均消费力提 升， 我们 预计体育休闲碳纤维市场长期将平稳增长。 我们预计 2025年我国碳纤 维需求将达到 13.2 万吨， 2022-2025 年 CAGR 为 21.7%； 2025 年我国碳纤维市 场规模将达到 29.2亿美元， 2022-2025年 CAGR为 16.0%。  国产替代正当时 ，碳纤维供需短期偏紧、中长期或趋于宽松。 全球碳纤维市场 受国际巨头垄断， 根据中国化学纤维工业协会数据， 小丝束方面 2020年 日本东 丽 全球产能占比约为 26%，大丝束方面 2020年美国赫氏全球产能占比约为 58%。 近年来我国碳纤维行业产能建设加快， 根据广州赛奥《 2021 全球碳纤维复 合材 料市场报告》， 2021 年国内 碳纤维 运行产能为 6.3 万吨，成为全球运行产能最 大的地区。 另一方面， 日本与美国加大对碳纤维出口的管控， 政策助力、 技术 突破加速碳纤维国产替代进程 。根据公开项目统计，我们预计 2025年我国碳纤 维产量将达到 12.5 万吨， 2022-2025 年 CAGR 为 38.2%。短期来看，我国碳纤 维行业供需仍旧偏紧。中长期来看，未来随着我国碳纤维产能快速释放，供需 缺口有望改善，碳纤维价格有望下降 。  国内碳纤维企业蓬勃发展。 光威复材：技术沉淀持续创新，军品民品双重驱动 业绩增长；中复神鹰：民用碳纤维龙头，干喷湿纺工艺领先者；吉林化纤：粘 胶长丝龙头，转型前景可期；吉林碳谷：原丝产业化龙头，独创 DMAC两步湿 法工艺；中简科技：专注高附加值领域，超级订单助力业绩 增长 ；恒神股份： 全产业链发展模式，前瞻布局新兴领域 。 投资建议  看好国内碳纤维行业中长期发展。 需求端：风电叶片、光伏热场等新能源领域 碳纤维需求快速增长，航空航天、体育休闲等领域碳纤维需求稳健增长，未来 碳纤维总体需求将长期 保持增长态势 。供给端：国内企业打破技术垄断，国产 替代正当时。国内企业大规模扩产，生产技术不断突破，受下游需求拉动以及 进口受限影响，碳纤维国产替代进程有望加速。成本端：碳纤维行业规模效应 显著，原料价格回落，生产成本长期有望下降。供需两端双轮驱动，我们预计 碳纤维行业景气度有望持续向上。碳纤维行业 技术和资金壁垒较高，生产成本 长期有望下降，未来行业竞争格局趋向高集中度、上下游全产业链平台化布局， 碳纤维龙头企业有望受益。 推荐光威复材 ，建议关注中复神鹰 。 评级面临的主要风险  行业产能扩张风险、原材料价格上涨风险、国产化不及预期、技 术升级迭代风 险、环保风险。 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 2 目录 碳纤维：刚柔并济、性能卓越的 “黑色黄金 ” 6 碳纤维是 性能优异、用途广泛的国家战略性新材料 . 6 原丝和碳化是碳纤维生产的关键环节 . 8 碳纤维行业规模效应显著，生产成本长期有望下降 . 9 政策助力我国碳纤维行业发展 . 11 需求端：新能源等领域带动碳纤维需求高速增长 . 13 我国是全球最大的碳纤维市场 . 13 风电叶片：碳纤维主要应用领域，渗透率提升空间大 . 14 碳 /碳复合材料：光伏热场推动需求增加 19 压力容器：氢燃料电池车产业扩张带动储氢瓶需求增长 . 21 航空航天：军民两用领域需求持续提升 . 25 体育休闲：消费需求稳步增长 . 28 预计 2022-2025年 我国 碳纤维需求量 CAGR将达 21.7% . 28 供给端：国内企业打破技术垄断，国产替代正当时 . 30 全球碳纤维产能持续扩张，国内产能建设加快 . 30 国内产能利用率较低，碳纤维进口受限 . 32 技术突破加速碳纤维国产替代进程 . 34 供需格局展望：短期内供需偏紧， 中长期供需或趋于宽松 . 35 国内主要碳纤维企业 37 光威复材：技术沉淀持续创新，军品民品双重驱动业绩增长 . 37 中复神鹰：民用碳纤维龙头，干喷湿纺工艺领先者 . 39 吉林化纤：粘胶长丝龙头，转型前景可期 . 41 吉林碳谷：原丝产业化龙头，独创 DMAC两步湿法工艺 . 42 中简科技：专注高附加值领域，超级订单助力业绩增长 . 43 恒神股份：全产业链发展模式，前瞻布局新兴领域 . 44 投资建议 47 看好国内碳纤维行业中长期发展，推荐光威复材，建议关注中复神鹰 . 47 风险提示 48 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 3 图表目录 图表 1. 碳纤维与传统材料性能对比 6 图表 2. 全球碳纤维历史里程碑 6 图表 3. 碳纤维分类 7 图表 4. PAN基碳纤维制备过程 7 图表 5. 原丝与碳纤维成品 7 图表 6. 碳纤维产业链 8 图表 7. 碳纤维下游应用 8 图表 8. 碳纤维全过程工艺流程图 8 图表 9. 碳纤维原丝生产两步法和一步法工艺比较 9 图表 10. 湿法纺丝与干湿法纺丝的差异 9 图表 11. 原丝环节约占碳纤维生产成本的 51% . 9 图表 12. 不同型号碳纤维价格（国产：华东） 10 图表 13. 碳纤维进口数量与单价 10 图表 14. 碳纤维各生产环节成本在不同量产规模下的对比（单位：美元 /千克） 10 图表 15. 2018-2021年我国丙烯腈进出口数量 11 图表 16. 2019-2021年我国丙烯腈产能、产量、产能利用率 11 图表 17. 碳纤维统计平均生产成本 11 图表 18. 碳纤维与丙烯腈价差图 11 图表 19. 碳纤维行业毛利 11 图表 20. 2018-2021年 我国 碳纤维相关政策 12 图表 21. 2015-2021年全球及国内碳纤维市场规模 13 图表 22. 2015-2021年全球及国内碳纤维需求量 13 图表 23. 国内碳纤维下游需求量拆分 13 图表 24. 2021年全球不同应用碳纤维需求量及单价 14 图表 25. 不同丝束、等级碳纤维应用场景 14 图表 26. 2021-2026年全球风电新增装机容量（ GW） . 14 图表 27. 风机零部件成本占比 14 图表 28. 风电叶片结构 15 图表 29. 重量增加对风电叶片的影响 15 图表 30. 风电叶片大型化趋势 16 图表 31. 风电叶片重量和风机功率之间的关系 16 图表 32. 2021年不同功率主机碳纤维主梁叶片占比变化（功率单位： MW） 16 图表 33. 2021年不同叶片 长度碳纤维主梁叶片占比变化 17 图表 34. 各企业碳纤维风电叶片应用实例 17 图表 35. 2035年陆上、海上风机预计性能与 2019年比较 18 图表 36. 2022-2025年我国风电叶片领域碳纤维需求及市场规模预测 19 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 4 图表 37. 热场单晶拉制炉结构 19 图表 38. 单晶拉制炉热场系统各个关键部件碳纤维渗透率 20 图表 39. 2017-2022年单晶硅片与多晶硅片市场份额对比 20 图表 40. 2022-2025年我国光伏热场碳 /碳复材需求及市场规模预测 . 21 图表 41. 储氢容器分类 22 图表 42. 储氢容器性能对比 22 图表 43. 氢燃料电池车结构图 23 图表 44. 2015-2021年我国氢燃料电池车销量及保有量 23 图表 45. 2022-2025年我国压力容器碳 纤维需求及市场规模预测 25 图表 46. 飞行器每减少 1 kg所带来的经济效益 . 25 图表 47. 2021年航空航天碳纤维需求拆分 25 图表 48. 2016-2025年全球、国内航空航天碳纤维需求 26 图表 49. 中美军用机代次占比 26 图表 50. 碳纤维复合材料在军机上的应用情况 26 图表 51. 国内外民机复合材料用量情况 27 图表 52. 全球新增民机分布 27 图表 53. 2022-2025年我国航空航天碳纤维需求及市场规模预测 28 图表 54. 2021年体育休闲领域碳纤维需求拆分 28 图表 55. 2016-2025年全球体育休闲碳纤维需求预测 28 图表 56. 2022-2025年我国碳纤维需求及市场规模预测 29 图表 57. 2020年全球小丝束碳纤维主要生产 企业产能占比 . 30 图表 58. 2020年全球大丝束碳纤维主要生产企业产能占比 30 图表 59. 2021年全球碳纤维制造商运行产能 30 图表 60. 2021年全球分区域碳纤维运行产能 31 图表 61. 2017-2022年我国碳纤维相关企业新成立数 量 31 图表 62. 2016-2021年我国碳纤维运行产能 31 图表 63. 2021年国内主要碳纤维生产商运行产能 31 图表 64. 2021年国内主要碳纤维生产商原丝运行产能 31 图表 65. 2021年全球碳纤维制造商扩产产能 32 图表 66. 国内碳纤维行业产能利用率 32 图表 67. 美国赫氏限制出口的产品牌号多为高性能小丝束碳纤维 33 图表 68. 2022-2025年中国碳纤维供应结构预测 33 图表 69. 2021年中国碳纤维来源 33 图表 70. 我国低成本大丝束碳纤维发展主要瓶颈 34 图表 71. 国内企业干喷湿纺技术水平对比 34 图表 72. 各公司碳纤维产品性能对比 35 图表 73. 我国碳纤维企业扩产项目 36 图表 74. 我国碳纤维行业供需测算 36 图表 75. 光威复材核心技术演变 37 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 5 图表 76. 光威复材主要产品情况 37 图表 77. 近年光威复材研发费用及同比 38 图表 78. 近年碳纤维企业研发费用率对比 38 图表 79. 2014-2021年光威复材军品、民品收入 38 图表 80. 2014-2021年光威复材军品、民品收入占比 38 图表 81. 2017-2022年光威复材碳梁营 业收入 39 图表 82. 2017-2021年光威复材碳梁销量、产量、产销率 39 图表 83. 中复神鹰核心技术体系 39 图表 84. 中复神鹰碳纤维干喷湿纺技术研发情况 40 图表 85. 中复神鹰新建项目情况 40 图表 86. 近年中复神鹰碳纤维产品单位成本 41 图表 87. 2017-2021年吉林化纤分业务营业收入 41 图表 88. 2016-2021年吉林化纤化纤产量、销量、产销率 41 图表 89. 吉林化纤碳纤维扩产项目情况 42 图表 90. 公司主要产品碳化后性能指标 42 图表 91. 2017-2022年 9月吉林碳谷营业收入 42 图表 92. 2017-2022年 9月吉林碳谷归母净利润 42 图表 93. 2017-2021年吉林碳谷原丝业务收 入 43 图表 94. 2017-2021年吉林碳谷原丝毛利率快速提升 43 图表 95. 可比公司综合毛利率 43 图表 96. 可比公司销售净利率 43 图表 97. 2017-2022年中简科技合同金额及营业收入 44 图表 98. 恒神股份各领域客户及产品情况 44 图表 99. 2017-2022年恒神股份研发费用情况 45 图表 100. 2021年恒神股份在研项目情况 45 图表 101. 近年来恒神股份营业总收入 46 图表 102. 近年来恒神股份归母净利润 46 图表 103. 可比公司估值分析 47 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 6 碳纤维：刚柔并济、性能卓越的 “ 黑色黄金 ” 碳纤维是 性能优异、用途广泛的国家战略性新材料 碳纤维是性能优异的军民两用新材料。 碳纤维是一种由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向堆砌所 得、含碳量高于 90%的材料，由上游原料丙烯腈聚合、碳化所得。碳纤维 “ 刚柔并济 ” ，密度比铝 低、强度比钢高，在目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量，同时具有 低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热及湿膨胀系数低、 X光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽效应等特点，被誉为 21 世纪的 “ 黑色黄金 ” ，在 国防军工及民 用领域均有广泛的应用前景 ，是不可或缺的国家战略性物资。 图表 1. 碳纤维与传统材料性能对比 材料 密度（ g/cm3） 拉伸强度（ MPa） 拉伸模量（ GPa） 碳纤维 1.5-2 2,000-7,000 200-700 玻璃纤维 /聚酯 2 1,500 42 钢 7.8 1,080 210 铝合金 2.8 470 75 钛合金 4.5 1,000 110 资料来源：中国纤维复材网，中银证券 碳纤维 行业 起步于 20世纪 60年代，国外巨头占据全球市场主要地位。 国际上碳纤维生产始于上世 纪 60 年代，日本进藤昭男发明了以 PAN 纤维为原料制取碳纤维的方法，为碳纤维工业化发展奠定 了基础。 20 世纪 70 年代，日本东丽开发出高性能 PAN 基碳纤维。经过 50 多年发展，碳纤维生产 工艺已经较为成熟，目前日本、美国等国家的巨头企业掌握了碳纤维生产的核心技术。 我国碳纤维行业正快速发展。 21世纪以来， 我国大力发展碳纤维产业，国内企业逐渐打破国外技术 封锁，逐步缩小与世界碳纤维先进生产技术的差距。目前我国已突破 T700、 T800 等高性能碳纤维 的千吨级产业化； 2019年中复神鹰率先实现干喷湿纺 T1000级超高强度碳纤维工程化， 提升了我国 碳纤维行业整体技术水平 ；此外，国产 T700S-12K小丝束碳纤维的复丝拉伸强度与模量也已达到日 本东丽同级别碳纤维性能水平。根据广州赛奥《 2021全球碳纤维复合材料市场报告》， 2021年我国 碳纤维运行产能达 6.34万吨，同比增长 75.14%，占全球碳纤维运行产能的 30.5%，产能规模全球第 一，我国碳纤维行业进入快速发展阶段。 图表 2. 全球碳纤维历史里程碑 资料来源：光威复材招股说明书，中银证券 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 7 碳纤维可以根据其原丝类型、丝束规格、力学性能进行分类： 1）从原丝类型划分，碳纤维可以分为聚丙烯腈（ PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三 大类。聚丙烯腈（ PAN）基碳纤维由于产品性能优异、工艺简单且无明显缺陷，逐步成为碳纤维市 场主流，在碳纤维产品中产量占比达 91%；沥青基碳纤维原料调制复杂、产品性能较低，目前规模 较小；粘胶基碳纤维碳化收率低、技术难度大、设备复杂、成本高，产量较小，主要用于耐烧蚀材 料及隔热材料。 PAN原丝经历预氧化、碳化、石墨化三个过程，最终转变成为具备片状的石墨纤维 结构。根据中复神鹰及吉林碳谷披露，生产 1吨碳纤维约需消耗丙烯腈 1.96吨。 2）从丝束规格划分，根据每条碳纤维丝束中单丝数量，可划分为 1K-24K的小丝束与 48K-80K的大 丝束。小丝 束产品抗拉能力更强，生产成本更高，大多应用在国防军工以及体育用品中，而大丝束 主要应用在工业、能源领域； 3）从力学性能划分，根据聚丙烯腈基碳纤维国家标准 GB/T 26752-2020，可以分为高强型（ GQ）、 高强中模型（ QZ）、高模型（ GM）、高强高模型（ QM），其中高强指 拉伸强度大于 3,500 MPa， 高模量 指拉伸弹性模量大于 350 GPa。根据光威复材招股说明书披露，国产的碳纤维型号性能对等 东丽： GQ3522（ T300）、 GQ4522（ T700S）、 QZ5526（ T800S/T800HB）、 QM4035（ M40J），其 中 GQ3522等指代产品拉伸模量大于 3,522 MPa、 T700指代产品强度约为 700 PSI。 图表 3. 碳纤维分类 资料来源： 光威复材招股说明书， 百川盈孚，中复神鹰招股说明书， 中银证券 图表 4. PAN基碳纤维制备过程 图表 5. 原丝与碳纤维成品 资料来源： 光威复材招股说明书，中银证券 资料来源： 百川盈孚，中银证券 碳纤维产业链包括从上游丙烯到下游终端应用的完整工艺流程。 首先，上游企业从石油、煤炭、天 然气等化石燃料中制得丙烯，经氨氧化后得到丙烯腈（ AN） 。丙烯腈经聚合和纺丝后，得到聚丙烯 腈（ PAN）原丝。原丝再经过预氧化、低温（ 90%以上含碳量， 1,000-2,000℃）和高温碳化后，得 到碳纤维（ 99%以上碳含量， 2,000-3,000℃）。碳纤维经过表面处理后，可制成碳纤维织物和碳纤 维预浸料（中间料）。另外，碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合还可形成碳纤维复合材料。最后经各 种成型工艺，可得到下游终端应用产品。碳纤维产业链下游应用包括风电、航空航天、体育休闲等 领域。 PA N 基 碳纤维 原丝类型 碳纤维主流产品 ， 成品品质优异 、 工艺简单 力学性能 高强型 GQ 3500 - 5 0 0 0 Mp a 220 - 260 G Pa 沥青基 粘胶基 丝束规格 大丝束 （ 48 K 、 50 K 、 60 K 、 80 K 等 ） 小丝束 （ 1K 、 3 K 、 6K 、 12K 、 2 4 K 等） 目前规模小 ， 原 料丰富但产品性 能较低 用于耐烧蚀 、 隔热 材料 ， 技术难度大 、 成本高 纺织、医药卫生、机电、 土木建筑、交通运输和 能源等 飞机、导弹、火箭、卫 星和渔具、高尔夫球杆、 网球拍等 高强中模型 GZ 4500 - 7 5 0 0 Mp a 260 - 350 G Pa 高模型 GM 3000 - 3 5 0 0 Mp a 350 - 400 G Pa 高强高模型 QM 3500 - 7 0 0 0 Mp a 350 - 700 G Pa 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 8 图表 6. 碳纤维产业链 图表 7. 碳纤维下游应用 资料来源： 光威复材招股说明书，中银证券 资料来源：光威复材招股说明书，中银证券 原丝和碳化是碳纤维生产的关键环节 碳纤维生产包括原丝和碳化两个过程。 原丝生产 按照聚合和纺丝的连续性分为一步法和两步法，一 步法包括聚合、纺丝，两步法则包括聚合、制胶、纺丝；按照纺丝工艺， 主要分为湿法纺丝和干湿 法纺丝。 纺丝工艺的选择及控制是保证高性能原丝稳定生产的关键因素。 原丝经过一段氧化、二段 氧化、三段氧化、低温碳化和高温碳化，再经过浆料表面处理，然后上浆，即可生产出碳纤维。 图表 8. 碳纤维全过程工艺流程图 资料来源：光威复材招股说明书，中银证券 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 9 图表 9. 碳纤维原丝生产两步法和一步法工艺比较 技术工艺 两步法 一步法 特点 工艺相对复杂，水相沉淀聚合得到 PAN固体粉末后粉 碎、烘干等之后再进行溶解产生原液。水相聚合可以 获得溶液聚合不能得到的高分子量 PAN，溶解得到的 原液可用于纺丝的范围广，提高了原液聚合物分子量 和浓度上限 均相溶液聚合工艺，流程较短，工序较少，操作性强， 可控性好，利于获得高质量的 PAN原丝。溶剂介质既 能溶解单体又能溶解聚合体，聚合纺丝一条线 工艺区别 经水相聚合得到 PAN粉末，再溶解至溶剂中 直接在溶剂中进行聚合 溶剂 DMSO、 DMF、 DMAC DMSO、 DMF、 DMAC、 NaSCN、 ZnCl2 主要厂商 陶氏、三菱丽阳、吉林碳谷 东丽、中简科技、光威复材、恒神股份 资料来源：华经产业研究院，中银证券 图表 10. 湿法纺丝与干湿法纺丝的差异 项目 湿法纺丝 干湿法纺丝 喷丝孔直径 小， 0.05-0.075 mm 大， 0.10-0.30 mm 纺丝液 中、低分子量和固含量 高分子量，高固含量，高粘度 牵伸率 喷丝后为负牵伸，一般负率 20%-50% 喷丝后为正牵伸，一般正率 100%-400% 纺速 纺丝纺速速度慢，一般 80 m/min左右 纺丝纺速速度快，可在 300 m/min 左右 纤维 纤维表面有沟槽，体密度一般 纤维表面光亮平滑，纤维致密，密度较高 纺丝温度 纺丝温度较高，一般为 50-70度 纺丝温度较低，一般为 40-45度 资料来源：光威复材招股说明书，中银证券 原丝 环节 成本约占碳纤维生产成本的 51%， 是碳纤维生产的核心环节 。 碳纤维强度依赖于原丝的微 观形态结构及其致密性。若原丝品质有所缺陷，如表面孔洞、沉积、刮伤、单丝间黏结等，在后续 加工中很难消除，将对碳纤维性能产生较大影响。根据美国橡树岭国家实验室（ Oak Ridge National Laboratory），原丝成本约占碳纤维生产成本的 51%。低质量原丝将增加碳纤维的生产成本，也将降 低产品的市场竞争力。 图表 11. 原丝环节约占碳纤维生产成本的 51% 资料来源： Oak Ridge National Laboratory，中银证券 碳纤维行业规模效应显著，生产成本长期 有望下降 2022年碳纤维价格上涨后回落。 根据百川盈孚统计， 2022年上半年碳纤维价格稳定增长，国产小丝 束 T700最高涨至 270.00元 /千克，同比上升 14.89%。下半年由于国内碳纤维企业大幅扩产、供应量 增加，碳纤维价格有所回落。进口方面， 2022 年 1-10月碳纤维进口总量达 8,596.35 吨，相较于去年 同期增长 85.48%。 2022年 1-10月碳纤维进口平均单价为 21.01美元 /千克，与 2021年全年进口均价 相比上涨 12.78%。 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 10 图表 12. 不同型号碳纤维价格（国产：华东） 图表 13. 碳纤维进口数 量与单价 资料来源：百川盈孚，中银证券 资料来源：海关总署，万得，中银证券 碳纤维生产具有规模经济性。 碳纤维生产设备价值高，各期折旧较大，且生产所需高温加热耗电量 大。根据中简科技与光威复材招股说明书数据统计，折旧、燃料分别占碳纤维生产成本大约 38%、 24%，原材料聚丙烯腈原丝占比 10%。 根据朱波《 PAN基碳纤维制备成本构成分析及其控制探讨》 统计， 1500 吨线相较于 500 吨线总生产建造成本由 15.89 万元 /单吨 下降至 11.67 万元 /单吨 。根据 Oak Ridge National Laboratory测算，若单线规模由 1,000吨上升到 2,000吨，成本可以降 10%； 2,000 吨到 3,000 吨，成本可能降 15%；万吨线理论成本降幅在 30%左右，可降至约 17.44 美元 /千克。 我 们预计未来碳纤维生产成本将因规模经济效应持续下降。 图表 14. 碳纤维各生产环节成本在不同量产规模下的对比（单位：美元 /千克） 原丝 预氧化 高温碳化 表面处理 缠绕 &包装 一般情景成本 11.20 3.42 5.16 0.82 1.36 总计 21.96 万吨规模情景成本 10.31 2.20 3.29 0.73 0.91 总计 17.44 资料来源： Oak Ridge National Laboratory，中银证券 原料丙烯腈价格有望回落。 我国在 2020 年以前是丙烯腈进口国， 2021 年我国丙烯腈出口量首次超 过进口量。根据百川盈孚数据， 2021年我国丙烯腈出口 21.02万吨，同比增长 188.69%；进口量 20.38 万吨，同比减少 33.55%； 2021年我国丙烯腈产能 289.90万吨，产量 238.17万吨，产能利用率达 82.16%。 2019-2021年我国丙烯腈产能、产量复合增长率分别为 12.25%、 7.41%。 根据生意社统计，丙烯腈行 业自 2021 年陆续新增 130 万吨产能，叠加疫情对物流、下游 ABS 树脂需求的影响，丙烯腈供需错 配， 2022年丙烯腈价格整体有所下滑。根据隆众资讯，预计 2023-2027 年仍有 300万吨丙烯腈新产 能投放，加上丙烯腈上游原油价格震荡回落，我们预计丙烯腈价格将持续下跌。综上所述，碳纤维 生产成本长期有望下降。 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 11 图表 15. 2018-2021年我国丙烯腈进出口数量 图表 16. 2019-2021年我国丙烯腈产能、产量、产能利用率 资料来源：百川盈孚，中银证券 资料来源：百川盈孚，中银证券 图表 17. 碳纤维统计平均生产成本 图表 18. 碳纤维与丙烯腈价差图 资料来源：中简科技、光威复材招股说明书，中银证券 资料来源：百川盈孚，中银证券 图表 19. 碳纤维行业毛利 资料来源：百川盈孚，中银证券 政策助力我国碳纤维行业发展 国家出台多项碳纤维相关政策。 2018年 11 月，国家统计局出台《战略性新兴产业分类（ 2018）》， 将高性能碳纤维及制品制造列入战略性新兴产业分类； 2019年 11月，工信部将应用于航空、航天、 轨道交通、海工、风电装备、压力容器等领域的高强型、高强中模型、高模型等碳纤维列入关键战 略材料； 2021 年 3 月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远 景目标纲要》提出要加强碳纤维等高性能纤维及复合材料的研发应用，为未来碳纤维行业的技术进 步提供了良好的政策环境。国家相关政策的出台将大力促进我国碳纤维行业发展。 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 12 图表 20. 2018-2021年 我国 碳纤维相关政策 发布日期 发布单位 政策名称 内容 2021年 3月 十三届全国人大四次会议 《中华人民共和国国民经 济和社会发展第十四个五 年规划和 2035年远景目标 纲要》 提出要加强碳纤维等高性能纤维及复合材料的研发应用，为未 来碳纤维行业技术进步提供了良好的政策环境 2020年 9月 国家发改委、科技部、工 信部、财政部 《关于扩大战略性新兴产 业投资培育壮大新增长点 增长极的指导意见》 要求聚焦重点产业投资领域，加快新材料产业强弱项。围绕保 障大飞机、微电子制造、深海采矿等重点领域产业链供应链稳 定，加快在光刻胶、高纯靶材、高温合金、高性能纤维材料、 高强高导耐热材料、耐腐蚀材料、大尺寸硅片、电子封装材料 等领域实现突破 2019年 11月 工信部 《重点新材料首批次应用示范指导目录（ 2019年版）》 将应用于航空、航天、轨道交通、海工、风电装备、压力容器 等领域的高强型、高强中模型、高模型等碳纤维列入关键战略 材料 2019年 10月 国家发改委 《产业结构调整指导目录 （ 2019年本）》 将碳纤维等高性能纤维及制品的开发、应用和生产列为国家产业架构调整指导目录的鼓励类项目 2018年 12月 工信部 《产业发展与转移指导目 录（ 2018年本）》 1. 鼓励上海、江苏、浙江、山东和天津等地加快发展先进无 机非金属材料、碳纤维、高性能复合材料及特种功能材料、战 略前沿材料等产业 2. 鼓励江苏省优先承接发展高性能碳纤维及其复合材料、碳 / 碳复合材料、无机非金属高性能纤维、新型纤维 2018年 11月 国家统计局 《战略性新兴产业分类 （ 2018）》 1. 将高性能碳纤维及制品制造列入战略性新兴产业分类 2. 将高强碳纤维、高强中模碳纤维、高模碳纤维、高强高模 碳纤维、碳纤维织物预制体、碳纤维预制体等列入重点产品和 服务 2018年 3月 质检总局、工信部、国家 发改委、科技部、国防科 工局、中科科学院、中国 工程院、国家认监委、国 家标准委 《新材料标准领航行动计 划（ 2018-2020年）》 指出将完善碳纤维行业各项指标，建立并完善测试评价体系， 有利于促进碳纤维等新材料关键技术商业化，提升先进复合材 料生产及应用水平，重点发展高性能碳纤维等高性能碳纤维及 应用 2018年 2月 工信部原材料工业司 《 2017年石化化工行业经济运营情况》 指导碳纤维及复合材料、电子化工新材料产业发展联盟，推动 碳纤维、电子化学品、膜材料在下游领域的应用推广。推动成 立汽车轻量化非金属材料产业联盟，推动工程塑料、碳纤维复 合材料在汽车行业的应用 资料来源：中商产业研究院，中银证券 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 13 需求端：新能源等领域带动碳纤维需求高速增长 我国是全球最大的碳纤维市场 碳纤维需求持续上涨，我国逐渐成为全球最大的需求市场。 根据华经产业研究院数据， 2021年全球 碳纤维市场规模为 34.0亿美元，同比增长 30.1%；我国碳纤维市场规模为 15.9亿 美 元，同比增长 54.6%， 占全球市场规模的 46.7%。 2021年全球碳纤维需求量为 11.8万吨，同比增长 10.4%；我国碳纤维需 求量为 6.2万吨，同比增长 27.6%，占全球需求量的 52.9%。广州赛奥预测， 2025年全球碳纤维需求 量将增长至 20.0 万吨， 2021-2025 年复合增长率 约 为 14.1%； 2025 年碳纤维国内市场需求 量 预计达 到 15.9万吨，占 2025年 全球总需求的 79.6%， 2021-2025年复合增长率 约 为 26.4%。 图表 21. 2015-2021年全球及国内碳纤维市场规模 图表 22. 2015-2021年全球及国内碳纤维需求量 资料来源： 华经产业研究院 ，中银证券 资料来源： 华经产业研究院 ，中银证券 碳纤维主要应用在风电叶片、体育休闲、航空航天、碳 /碳复材等领域。 根据 广州赛奥《 2021全球碳 纤维复合材料市场报告》 ， 从全球来看， 2021年全球碳纤维需求量占比前三的领域为风电叶片、体 育休闲、航空航天，需求量分别为 3.30万吨、 1.85万吨、 1.65万吨，占比分别为 28.0%、 15.7%、 14.0%； 从国内来看，碳纤维需求量占比前三的领域为风电叶片、体育休闲、碳 /碳复材，需求量分别为 2.25 万吨、 1.75万吨、 0.70万吨，占比分别为 36.1%、 28.1%、 11.2%。 图表 23. 国内碳纤维下游需求量拆分 资料来源：广州赛奥《 2021全球碳纤维复合材料市场报告》，中银证券 2023年 1月 28日 碳纤维行业深度 14 图表 24. 2021年全球不同应用碳纤维需求量及单价 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 电缆芯 其他 合计 需求量（千吨） 16.5 33.0 18.5 11.0 10.6 9.5 8.5 4.2 2.0 1.5 1.1 1.6 118 数量份额（ %） 14.0 28.0 15.7 9.3 9.0 8.1 7.2 3.6 1.7 1.3 0.9 1.4 100 单价（美元 /千克） 72 16.8 27.6 24 21.6 21.6 21.6 24 27.6 27.6 27.6 24 - 需求金额 （百万美元） 1,188 554 511 264 229 205 184 101 55 41 30 38 3,400 金额占比（ %） 34.9 16.3 15 7.8 6.7 6 5.4 3 1.6 1.2 0.9 1.1 100 资料来源：广州赛奥《 2021全球碳纤维复合材料市场报告》，中银证券 大、小丝束碳纤维应用场景不同。 小丝束碳纤维力学性能优异，拉伸强度 3.5-7.0 GPa，拉伸模量 230-650 GPa，主要应用于航空航天、国防军工、高端体育休闲用品等领域，因此被称为 “ 宇航级 ” 碳纤维。大丝束碳纤维拉伸强度 3.5-5.0 GPa、拉伸模量 230-290 GPa，一般应用于纺织、医药卫生、 机电、土木建筑、交通运输、能源等领域，因此被称为 “ 工业级 ” 碳纤维。 图表 25. 不同丝束、等级碳纤维应用场景 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 T300/T700/T800 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 T300-T700 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 资料来源：吉林碳谷招股说明书，中银证券 风电叶片：碳纤维主要应用领域，渗透率提升空间大 全球风电新增装机容量持续提升。 根据广州赛奥《 2021全球碳纤维复合材料市场报告》， 2021年全 球风电叶片碳纤维需求量为 3.3 万吨，占总需求的 28%，为目前碳纤维最主要的下游产品之一。根 据全球风能理事会（ GWEC）发布的 2022 年版《全球海上风电报告》