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1、 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 Table_Info1Table_Info1 建筑材料建筑材料 Table_Date 发布时间:发布时间:2023-01-05 Table_Invest 优于大势优于大势 上次评级:优于大势 Table_PicQuote 历史收益率曲线 Table_Trend涨跌幅(%)1M 3M 12M 绝对收益-3%6%-26%相对收益-3%4%-4%Table_Market 行业数据 成分股数量(只)74 总市值(亿)9,890 流通市值(亿)7,818 市盈率(倍)14.11 市净率(倍)1.47 成分股总营收(亿)9,089 成分股总净利润
2、(亿)974 成分股资产负债率(%)49.88 Table_Report 相关报告 防水材料年产量同比下降,2023 年挑战与机遇并存-20230103 11 月楼市仍探底,中央经济工作会议提出确保房地产市场平稳发展-20221219 低端产能出清,建陶龙头集中度有望提升-20221212 Table_Author 证券分析师:濮阳证券分析师:濮阳 执业证书编号:S0550522070002 证券分析师:陶昕媛证券分析师:陶昕媛 执业证书编号:S0550522100002 Table_Title 证券研究报告/行业深度报告 风电叶片提振需求,
3、动态平衡产业快速增长风电叶片提振需求,动态平衡产业快速增长 碳纤维行业深度报告碳纤维行业深度报告大丝束供需研判大丝束供需研判 报报告摘要:告摘要:Table_Summary 大丝束碳纤维大丝束碳纤维民用工业新材料佼佼者。民用工业新材料佼佼者。碳纤维具有除一般碳素材料耐高温,耐磨擦,导电,导热及耐腐蚀等特性,还可表现出稳定的化学性能及物理性能。将每束碳纤维中所含单纤维的根数作为标准进行分类,24K 以上的为大丝束,与小丝束相比大丝束受到制作工艺的限制其模量与强度稍显逊色,但是制作成本与售价具备高性价比,在泛工业领域尤其是风电领域得到了较为广泛应用。需求方面:需求方面:1、工业领域应用繁多,风电叶
4、片为需求提振主力、工业领域应用繁多,风电叶片为需求提振主力。无论是全部碳纤维类别还是大丝束碳纤维的应用领域中,风电叶片需求应用均排名第一。其中,2021 年我国大丝束需求中风电叶片需求占比超过 70%。风电叶片在技术与材料的不断变革中,尺寸更大、质量更轻、性能更强成为核心诉求,能够满足上述诉求的增强材料屈指可数,碳纤维走进人们视野.2、海风的发展为碳纤维在海风的发展为碳纤维在风电叶片上的应用提供机遇。风电叶片上的应用提供机遇。“十四五”可再生能源发展规划提供政策支撑,重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地。2021 年中国累计海上风电装机容量为26.39GW。海风叶片大型
5、化趋势相比陆风更加明显,目前最长叶片已经超过 120 米,且大型叶片运输相比陆地便捷。加之维斯塔斯碳梁拉挤工维斯塔斯碳梁拉挤工艺专利到期艺专利到期,我国在拉挤工艺上已实现技术突破,后续拉挤碳梁规模应用将会进一步推动碳纤维在叶片应用渗透率提升。3、大丝束碳纤维在大丝束碳纤维在 2023 年总需求为年总需求为 4.75 万吨,同比增长万吨,同比增长 48.38%。其其中中风电领域风电领域碳纤维需求为碳纤维需求为 3.8 万吨,同比增加万吨,同比增加 61.31%。其中海风贡献了1.4 万吨需求。按照正文测算在 2025 年我国风电领域碳纤维需求量达到7.82 万吨,复合增长率超过 40%。若碳纤维
6、制造成本逐渐降低,碳纤维风电领域需求释放节奏将进一步加快。供给方面供给方面产能加速投放,价格下行推动应用拓展产能加速投放,价格下行推动应用拓展 1、预计预计 2023 年我国大丝束碳纤维产能为年我国大丝束碳纤维产能为 8.2 万吨,同比增加超过万吨,同比增加超过 70%。有效产能(考虑到公司产线的投产日期,以及历年来的产能利用率)为4.46 万吨,至“十四五”末的 2025 年,预期共 20.8 万吨产能投放。2、供给创造需求的动态平衡供给创造需求的动态平衡有望是未来常态。有望是未来常态。若随着产能提升规模效应体现成本下降,而带来的价格下降,则下游应用领域的渗透率将会得到提升,未来大丝束碳纤维
7、价格将会呈现:供给增加价格下降需求增加价格上升供给增加的动态平衡中,整体价格趋势将波动式下降。投资建议:投资建议:大丝束碳纤维供需动态平衡下,国产替代进行时,风电领域积极向好,建议关注碳纤维产能缺口较大成本要求高的原丝制造环节;风险提示:风险提示:产能投放超预期,成本下降不及预期。产能投放超预期,成本下降不及预期。-40%-30%-20%-10%0%10%2022/12022/42022/72022/10建筑材料沪深300 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 2/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 目目 录录 1.大丝束碳纤维:民用工业新材料佼佼者大丝束碳纤维:民用
8、工业新材料佼佼者.4 2.需求端:风电叶片为目前我国大丝束需求核心增量需求端:风电叶片为目前我国大丝束需求核心增量.6 2.1.风电叶片核心诉求:更强、更轻、更大.6 2.2.海上风电为碳纤维提供广阔天地.11 2.3.碳纤维价格走高、平价上网时代的到来制约碳纤维在风电领域的应用.16 2.4.大丝束碳纤维 2023 年需求增速超 45%.18 3.供给端:产能加速投放,价格下行推动应用拓展供给端:产能加速投放,价格下行推动应用拓展.19 4.主要公司介绍主要公司介绍.22 4.1.吉林碳谷正在崛起的大丝束碳纤维原丝龙头.22 4.2.吉林化纤大丝束+民品是重点.23 4.3.上海石化扛起碳纤
9、维产业发展国之重任.24 5.风险提示风险提示.24 附录:附录:碳纤维在风电叶片应用的公司各产品介绍碳纤维在风电叶片应用的公司各产品介绍.25 图表目录图表目录 图图 1:湿法纺丝工艺过程:湿法纺丝工艺过程.4 图图 2:2021 中国碳纤维需求中国碳纤维需求-应用(吨)应用(吨).5 图图 3:2021 中国主要大丝束需求中国主要大丝束需求-应用(吨)应用(吨).6 图图 4:2021 全球碳纤维大丝束主要生产商产能(千吨)全球碳纤维大丝束主要生产商产能(千吨).6 图图 5:叶片内部结构(立体):叶片内部结构(立体).7 图图 6:叶片内部结构(横截面):叶片内部结构(横截面).7 图图
10、 7:风电叶片中部结构关键材料:风电叶片中部结构关键材料.8 图图 8:风电叶片材料构成:风电叶片材料构成.8 图图 9:我国风电叶片的材料演变与制作工艺整合:我国风电叶片的材料演变与制作工艺整合.8 图图 10:木质叶片:木质叶片.10 图图 11:金属叶片:金属叶片.10 图图 12:玻璃纤维(左)和碳纤维(右):玻璃纤维(左)和碳纤维(右).11 图图 13:2016-2021 年全球和中国风电叶片领域对碳纤维需求(单位:万吨)年全球和中国风电叶片领域对碳纤维需求(单位:万吨).12 图图 14:2011-2021 年全球风电累计装机容量走势(单位:兆瓦)年全球风电累计装机容量走势(单位
11、:兆瓦).12 图图 15:叶片大型化发展趋势叶片大型化发展趋势.14 图图 16:2010-2021 年中国陆上与海上风电新增装机容量占比年中国陆上与海上风电新增装机容量占比.14 图图 17:全球海上风电累计装机容量(单位:兆瓦)全球海上风电累计装机容量(单位:兆瓦).15 图图 18:拉挤碳板工艺介绍拉挤碳板工艺介绍.15 图图 19:2022 年国内碳纤维下游消费比年国内碳纤维下游消费比例例.16 图图 20:碳纤维进口价格累计值(单位:万美元):碳纤维进口价格累计值(单位:万美元).16 RYnUmOoMSWjYpXZWoYbRaObRmOqQtRnOjMnNmNjMpPoQ7NoP
12、nNuOrMzQvPnMyR 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 3/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 图图 21:近两年国内碳纤维大丝束价格走势(元千克):近两年国内碳纤维大丝束价格走势(元千克).21 图图 22:丙烯腈:丙烯腈价格价格.21 图图 23:未来碳纤维大丝束价格动态平衡过程:未来碳纤维大丝束价格动态平衡过程.22 图图 24:吉林系公司股权关系:吉林系公司股权关系.23 图图 25:碳玻混合碳玻混合 MySE11-99A1 叶片下线叶片下线.25 图图 26:碳玻混合碳玻混合 111.5 米的叶片抗台米的叶片抗台风叶片风叶片.25 图图 27:东
13、方电气海上风电机组首次采用碳纤拉挤工艺东方电气海上风电机组首次采用碳纤拉挤工艺.26 图图 28:时代新材首款碳纤维海上风电叶片时代新材首款碳纤维海上风电叶片.26 表表 1:大小丝束对比:大小丝束对比.4 表表 2:大小丝束性能成本对比:大小丝束性能成本对比.5 表表 3:大丝束碳纤维主要应用领域:大丝束碳纤维主要应用领域.5 表表 4:风电叶片制作工艺:风电叶片制作工艺.9 表表 5:碳纤维复合材料与玻璃纤维复合材料的主要性能特点比较碳纤维复合材料与玻璃纤维复合材料的主要性能特点比较.11 表表 6:海上风电行业相关政策海上风电行业相关政策.13 表表 7:我国陆上风电标杆电价:我国陆上风
14、电标杆电价/指导电价(元指导电价(元/kWh)变化情况)变化情况.17 表表 8:我国海上风电上网电价(元:我国海上风电上网电价(元/kWh)变化情况)变化情况.17 表表 9:风电领域大丝束需求测算:风电领域大丝束需求测算.18 表表 10:碳纤维大丝束需求测算(万吨):碳纤维大丝束需求测算(万吨).19 表表 11:我国大丝束产能现状及未来规划(单位:吨):我国大丝束产能现状及未来规划(单位:吨).19 表表 12:其他规划中碳纤维扩产项目计划:其他规划中碳纤维扩产项目计划.20 表表 13:一步法与两步法对比:一步法与两步法对比.23 表表 14:各公司碳纤维在风电叶片产品中的应用情况:
15、各公司碳纤维在风电叶片产品中的应用情况.27 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 4/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 1.大丝束大丝束碳纤维:碳纤维:民用工业新材料佼佼者民用工业新材料佼佼者 碳纤维按照丝束大小可分为小丝束和大丝束。碳纤维按照丝束大小可分为小丝束和大丝束。碳纤维的一个重要的指标是每束碳纤维中所含单纤维的根数:小丝束碳纤维,通常指碳纤维根数在 48000 根以下(不含48000)的纤维束,包括 1K,3K,6K,12K,24k 等,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”;大丝束碳纤维,通常指碳纤维根数
16、在 48000 根即 48k 或以上的纤维束,包括 48K,50k,60K,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”。表表1:大小丝束对比:大小丝束对比 丝束数量丝束数量 价格价格 应用领域应用领域 大丝束大丝束 48K 较低 工业领域 小丝束小丝束 48K 较高 军工、航空航天领域 数据来源:东北证券,吉林碳谷招股说明书 碳纤维大丝束的制作工艺主要采用聚合的两步法和纺丝的湿法。碳纤维大丝束的制作工艺主要采用聚合的两步法和纺丝的湿法。在碳纤维的制备过程中,原丝的制备过程是决定碳纤维性能的关键。原丝的两个重要环节为聚合
17、和纺丝,聚合是将丙烯腈单体聚合成纺丝液,纺丝决定了原丝的性能。聚合按工艺不同可分为一步法和二步法,小丝束主要采用聚合转化率高,工艺流程短的一步法,大丝束更适合二步法。纺丝过程分为干法、湿法、干湿法,大丝束主要采用湿法工艺:将聚合物溶于溶剂中,通过喷丝孔喷出细流,进入凝固浴形成纤维,最后再将初生纤维卷装或直接进行后处理。湿法成本较低,但纺速较慢。图图 1:湿法纺丝工艺过程湿法纺丝工艺过程 数据来源:东北证券,公开资料 相较于小丝束,大丝束产能在性能上偏弱,但性价比较强。相较于小丝束,大丝束产能在性能上偏弱,但性价比较强。从大丝束生产工艺可看出其生产成本较低,这也是大丝束的核心竞争力。从性能上来看
18、:大丝束碳纤维拉伸强度 3.5-5.0 GPa、拉伸模量 230-290GPa。相比之下,小丝束碳纤维力学性能更加优异,拉伸强度 3.5-7.0 GPa、拉伸模量 230-650GPa。从成本上看:大丝束原丝成本 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 5/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 比小丝束低,且大丝束碳纤维售价只有小丝束的 50-60%。表表2:大小丝束性能成本对比大小丝束性能成本对比 拉伸强度拉伸强度 GPa 拉伸模量拉伸模量 GPa 成本成本 价格价格 大丝束大丝束 3.5-5.0 230-290 较低 较低 小丝束小丝束 3.5-7.0 230-650
19、 较高 较高 数据来源:东北证券,吉林碳谷招股说明书 也正是因为大丝束性价比高的特点,常把大丝束碳纤维运用于工业领域也正是因为大丝束性价比高的特点,常把大丝束碳纤维运用于工业领域。碳纤维大丝束的性能虽然不比小丝束,但是其成本更低,随着科技的发展,大丝束的运用也更加广泛。其主要可以应用于机电、交通运输、土木建筑、能源、纺织等工业领域,因此也被称为工业级碳纤维。表表3:大丝束碳纤维主要应用领域大丝束碳纤维主要应用领域 主要领域主要领域 具体应用具体应用 风电 风电叶片、碳梁 轨道交通 车体、车道等 建筑 加固补强、维修养护、部分建筑构件 汽车 车身、底盘、保险杠、氢气燃料管等 碳纤维功能饮料 碳纸
20、、碳毡等 数据来源:东北证券,赛奥碳纤维 2021 年国内碳纤维的主要应用领域均是风电叶片。年国内碳纤维的主要应用领域均是风电叶片。根据赛奥碳纤维 20162021 全球碳纤维复合材料市场报告,2021 年国内碳纤维需求量占比前三的领域分别是风电叶片(36.10%)、体育休闲(28.10%)和碳/碳复材(11.30%)。图图 2:2021 中国碳纤维需求中国碳纤维需求-应用(吨)应用(吨)数据来源:东北证券,2021 全球碳纤维复合材料市场报告 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 6/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 2021 年国内年国内大丝束大丝束的主要应用领
21、域的主要应用领域中风电叶片占比第一中风电叶片占比第一。国内碳纤维大丝束的主要具体细分应用领域有风电叶片、混配模成型、建筑、电缆芯与船舶。根据 2021 全球碳纤维复合材料市场报告中的数据,风电叶片占主要大丝束应用领域需求的 78.4%,位居第一,第二与第三分别为占比 10.5%的混配模成型与 8.7%的建筑。图图 3:2021 中国中国主要大丝束主要大丝束需求需求-应用(吨)应用(吨)数据来源:东北证券,2021 全球碳纤维复合材料市场报告 2021 全球主要全球主要增量产能中,国内厂家贡献颇多。增量产能中,国内厂家贡献颇多。全球十强厂家中,包含了吉林化纤集团,中复神鹰与宝旌三家中国大陆企业,
22、其中除中复神鹰主要生产小丝束外,其他两家均为大丝束厂家。2021 年全世界主要增加的产能是: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;卓尔泰克在墨西哥增加的 3000 吨;宝旌增加 2000 吨;东邦增加了 1900 吨。可见国内大丝束主要生产厂家为全球碳纤维大丝束产能提供了很大的帮助。图图 4:2021 全球碳纤维大丝束主要生产商产能全球碳纤维大丝束主要生产商产能(千千吨)吨)数据来源:东北证券,2021 全球碳纤维复合材料市场报告 2.需求端:风电叶片为目前我国大丝束需求核心增量需求端:风电叶片为目前我国大丝束需求核心增量 2.1.风
23、电叶片核心诉求:更强、更轻、更大 风电叶片为风机的关键构件,主梁为叶片的核心。风电叶片为风机的关键构件,主梁为叶片的核心。叶片的尺寸、形状决定了能量转 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 7/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 化效率,也直接决定了机组功率和性能,所以叶片在设计中处于核心地位。同时叶片在风电整体成本体系中占比最高,可达 20%-30%。叶片是由复合材料制成的薄壳结构,主要分为三部分:根部圆柱段、中部气动翼型段、尖部段,根部圆筒段结构简单,主要是纯玻璃钢,中部气动翼型段内部结构复杂,尖部段外形为气动翼型,一般仅为玻璃钢薄壳。图图 5:叶片内部结构(立体
24、)叶片内部结构(立体)图图 6:叶片内部结构(横截面)叶片内部结构(横截面)数据来源:东北证券,公开资料 数据来源:东北证券,公开资料 风电叶片主梁风电叶片主梁起到关键的支撑作用起到关键的支撑作用,其由增强材料构成。,其由增强材料构成。除了主梁部分,腹板等重要部件一般采用夹芯结构将叶片所受的剪切力从表层向内部传递,以提高叶片的承载能力。基体树脂则是整个叶片的材料“包裹体”,包裹了纤维材料和芯材。目前,国内叶片总成本的 80%源于原材料,其中增强纤维与基体树脂占比超过 60%,粘接胶与芯材占比各超过 10%。构成叶片主梁的增强材料主要有碳纤维增强复合材料(构成叶片主梁的增强材料主要有碳纤维增强复
25、合材料(CFRP)和)和玻璃纤维玻璃纤维增强复增强复合材料(合材料(GFRP)。)。风电叶片传统以玻璃纤维增强复合材料为主材制造,但玻璃纤维材料密度大于碳纤维,同时力学性能尤其是模量远低于碳纤维复合材料。为了避免大尺寸风电叶片在受力变形后与支撑柱产生碰撞,就需要采用质量轻、强度高、模量高的碳纤维增强复合材料来制造叶片。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 8/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 图图 7:风电叶片风电叶片中部中部结构关键材料结构关键材料 图图 8:风电叶片材料风电叶片材料构成构成 数据来源:东北证券,国际先进材料与制造工程学会 数据来源:东北证券,公开
26、资料 未来随着技术发展,高性能玻纤提质降本,叶片的生产成本进一步降低,将助力风电行业更多参与到平价时代。在风电叶片大型化趋势下,碳纤维物理性能优势凸显,但是短期来看,碳纤维仍难以完全替代玻纤。在风电叶片的发展过程中,为了达到更高的发电效率,满足叶片更大更强更轻的诉求,叶片的制作工艺和材料也随着技术和科技的发展不断进步。图图 9:我国风电叶片的材料演变与制作工艺整合我国风电叶片的材料演变与制作工艺整合 数据来源:东北证券 选择适合的制造工艺,制造出低成本、高性能的产品是风电产业永恒的话题。选择适合的制造工艺,制造出低成本、高性能的产品是风电产业永恒的话题。风电叶片的制造工艺总共有七种,但是当下主
27、流的工艺为预浸料和灌注工艺。灌注工艺被普遍认为是低成本的工艺,因为其原材料价格较低。而预浸料制造的叶片拥有更好的性能、更轻的质量,同时保证了生产工艺和成品质量稳定性。随着风电事业的蓬勃发展,未来复合材料风机叶片将向复杂化,大型化的方向发展,各种工艺在风力机叶片制造中都会得到应用。但是叶片的制造工艺最终都会向着能 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 9/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 够制造出质量更强、长度更长、发电效率更高的方向发展。表表4:风电叶片制作工艺风电叶片制作工艺 工艺内容工艺内容 优点优点 缺点缺点 手糊工艺手糊工艺 手糊是一种传统工艺。将纤维基材铺
28、放于单模内,然后用滚子或毛刷涂敷玻璃布和树脂,常温固化后脱模。手糊方法成本低、设备简单。已淘汰 模压成型模压成型 模压成型工艺首先将增强材料和树脂置于双瓣模具中,然后闭合模具,加热加压,然后脱模,进行后固化。这项工艺的优点在于纤维含量高和孔隙率低,并且生产周期短,精确的尺寸公差及良好的表面处理。模压成型适用于生产简单的复合材料制品如滑雪板,很难制造包括蒙皮、芯材和梁的叶片等复杂形状部件。预浸料铺放预浸料铺放工艺工艺 预浸料方法依其所使用的预浸增强材料而得名。在这种工艺中,部分固化树脂和增强材料铺放在单模中,加热固化。目前,市场上商业化的预浸料一般需要较高的固化温度(90-l10%)。生产过程中
29、纤维增强材料排列完好,可以制造低纤维缺陷以及性能优异的部件。碳纤维预浸料广泛应用于航空业中,因为他们可以用来制造复杂结构的部件。选择预浸料生产风机叶片的主要缺陷是成本高。这种材料通常比普通树脂和增强材料贵 5-10倍。拉挤工艺拉挤工艺 拉挤成型工艺一般用于生产具有一定断面,连续成型制品的生产中。这种连续成型工艺中,增强材料通过树脂浸胶槽,固化成型。拉挤制品的纤维含量高,质量稳定,由于是连续成型易于自动化,适合大批量生产。而且,产品无须后期休整,质量一致,无须检测动平衡,成品率 95%。与其他工艺成本相比,可降低40%。拉挤工艺曾经成功制造立轴风机叶片以及一些小型水平轴风机叶片,却不可能制造变截
30、面的风机叶片,I 型梁和其他实体截面对于拉挤工艺只是小挑战,而中空部分包括梁和芯材才是难点。纤维缠绕纤维缠绕 纤维缠绕主要用于制造容器和管道,工艺中连续纤维浸入浸胶槽后在机器控制的芯模上进行缠绕。缠绕工艺可控制纤维张力、生产速度及缠绕角度等变量,能够制造不同尺寸及厚度的部件。个缺陷是在叶片纵向不能进行缠绕,长度方向纤维的缺乏使叶片在高拉伸和弯曲载荷下容易产生问题。树脂传递模树脂传递模塑塑(RTM)树脂传递模塑工艺属于半机械化的复合材料成型工艺,工人只需将设计好的干纤维预成型体放到模具中并合模,随后的工艺则完全靠模具和注射系统来完成和保证,没有任何树脂的暴露,并因而对工人的技术和环境的要求远远低
31、于手糊工艺并可有效地控制产品质量。与手糊工艺相比,不但节约了粘接工艺的各种工装设备,而且节约了工作时间,提高了生产效率,降低了生产成本。同时由于采用了低粘度树脂浸润纤维以及采用加温固化工艺,大大提高了复合材料质量和生产效率。RTM 工艺生产较少的依赖工人的技术水平,工艺质量仅仅依赖确定好的工艺参数,产品质量易于保证,产品的废品率低于手糊工艺。RTM 在叶片生产中的限制因素首先是成本。RTM 的模具设备非常昂贵。另外,由于RTM 属于闭模工艺,很难预测树脂流动状况,容易产生不合格产品。真空灌注成真空灌注成型工艺型工艺 将纤维增强材料直接铺放在模具上,在纤维增强材料顶上铺设一层剥离层,剥离层通常是
32、一层很薄的低孔隙产品质量稳定性高、重复性能好。制品表观质量好,相同铺层而厚度薄,强度高,相对于手糊成型拉伸强度 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 10/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 率、低渗透率的纤维织物,剥离层上铺放高渗透介质,然后用真空薄膜包覆及密封。真空泵抽气至负压状态,树脂通过进胶管进入整个体系,通过导游管引导树脂流动的主方向。提高 20%以上,该工艺对模具要求不高,模具制作简单,与传统 RTM 工艺相比,其模具成本可降低50-70%。数据来源:东北证券,国际能源网 在材料的选择在材料的选择演变演变上,上,叶片材料的演变经历三个时期:木质材料金属材料
33、复合叶片材料的演变经历三个时期:木质材料金属材料复合材料。材料。叶片成本中,材料占大头,最开始的叶片材料为木质叶片,但是由于木质叶片不易扭曲成型,强度不高,在潮湿环境下也容易被腐蚀。随着大、中型风力发电机的发展,木质叶片越来越无法满足叶片尺寸增加的要求,因此逐渐被淘汰;金属叶片虽然克服了木质叶片的缺点,但由于金属叶片对于叶跟到叶尖渐缩的部分加工特别困难,因此也逐渐被淘汰。图图 10:木质叶片木质叶片 图图 11:金属叶片金属叶片 数据来源:东北证券,碳纤维复合材料风电叶片技术 数据来源:东北证券,碳纤维复合材料风电叶片技术 随着叶片制造技术的不断发展与提升,纤维增强复合材料原材料体系被逐步开发
34、。其潜在性能优势不断被发掘,随着应用技术的积累,长纤维增强聚合物基复合材料以其优异的力学性能、工艺性能和耐环境侵蚀性能,成为当今大型风力发电机叶片材料的首选。这种复合材料主要分为玻璃纤维与碳纤维。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 11/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 图图 12:玻璃纤维(左)和碳纤维(右)玻璃纤维(左)和碳纤维(右)数据来源:东北证券,碳纤维复合材料风电叶片技术 我国玻璃纤维的叶片长度已经能够达到 110 米,但是根据专家描述这种长度已然达到上线。由于我国对于风电叶片长度的需求将会只会更大,因此 110 米长度的玻璃纤维已经无法满足国内对于风
35、机发电效率以及叶片长度的诉求。在这种情况下,具备高强高模、低密度的碳纤维复合材料,成为了人们的重点考虑的对象。碳纤维复合材料是一种新型的材料,将其应用在风电叶片的制造中,可以很好的满足风力发电装置的大功率需求,其突破了玻璃纤维复合材料的性能极限,而且可以保证风电叶片在增加长度的同时,重量大大降低。因此,玻纤复合材料能够提供足够的刚度与强度,而碳纤维复合材料密度低,更适合大型风电叶片生产制造。表表5:碳纤维复合材料与玻璃纤维复合材料的主要性能特点比较碳纤维复合材料与玻璃纤维复合材料的主要性能特点比较 密度密度(g/cm3)抗拉强度抗拉强度(MPA)弹性模量弹性模量(GPA)比强度比强度 比模量比
36、模量 耐腐蚀性耐腐蚀性 减重率减重率(%)玻璃纤维复合玻璃纤维复合材料材料 2 1100 40000 5.5 0.25 强 25-35 碳 纤 维 复 材碳 纤 维 复 材(高强度)(高强度)1.5 1400 130000 9.3 0.25 非常强 55-60 碳 纤 维 复 材碳 纤 维 复 材(高模量)(高模量)1.6 1100 190000 6.2 0.25 非常强 55-60 数据来源:东北证券,当代石油石化,碳纤维复合材料在汽车轻量化中的应用 2.2.海上风电为碳纤维提供广阔天地 使用碳纤维后,叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能,减少了对塔架和轮毂的负载,从而使风机
37、的输出功率更平滑更均衡,提高了风能利用效率。同时,碳纤维的轻质高强特性可使叶片能够设计成更薄更有效的结构形式,叶片更长,提高了能量的输出效率。相同叶片长度下,采用碳纤维复合材料制作的重量远远低于玻璃纤维复合材料制作的重量。叶片质量的减小和刚度的增加,可以有效改善叶片的空气动力学性能,降低叶片对机塔和轮轴的负载,风机的输出功率更平滑更均衡、运行效率更高,更有利于风机的风力收集。因此,碳纤维在风电叶片中的应用快速增长,在 2021 年中国风电叶片领域对碳纤维的需求量达到 2.25 万吨,全球风电叶片领域对碳纤维的需求量达到 3.3 万吨。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 1
38、2/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 图图 13:2016-2021 年年全球和中国风电叶片领域对全球和中国风电叶片领域对碳纤维需求(单位:万吨)碳纤维需求(单位:万吨)数据来源:东北证券,赛奥碳纤维 2016-2021 年报告 全球风电叶片需求量快速增长推动海上风电叶片的增长。随着世界各国对环境问题认识的不断深入,以及可再生能源综合利用技术的不断提升,风力发电作为新型能源在许多国家的战略能源结构中扮演着重要角色,近年来全球风力发电行业高速发展,风电装机容量呈现不断上升的趋势,根据 iFinD 数据显示,2021 年全球风电累计装机容量达到 57176 兆瓦,增长率达到 58.5%,可
39、见近年增势较快。图图 14:2011-2021 年全球风电累计装机容量走势(单位:兆瓦)年全球风电累计装机容量走势(单位:兆瓦)数据来源:iFinD 全球风电累计装机容量的不断增大,拉动对于风电叶片的大型化、轻量化的发展要求,而大型叶片的风电装机尤其以海上风电使用量较高。近年来,由于我国陆上风电的建设技术已逐渐成熟,同时海上风电资源更为广阔,国家风电发展政策的重心逐渐向海上发电转移。海上风电作为我国可再生能源发展的重点领域,“十四五”期间进入到了新的发展时期,多地相继出台规划,海上风电规模有望大幅提升。2022年 6 月,国家发改委等九个部门联合印发“十四五”可再生能源发展规划,提出要有序推进
40、海上风电基地建设,加快推动海上风电集群化开发,重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地。风电叶片领域中,海上风电叶片的应用未来将逐步加强。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 13/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 表表6:海上风电行业相关政策海上风电行业相关政策 发布时间 文件名称 文件内容 2021 年 3 月 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 加快发展非化石能源,坚持集中式和分布式并举,大力提升风电、光伏发电规模,加快发展东中部分布式能源,有序发展海上风电,加快西南水电基地建设,安全稳妥推进沿海核电
41、建设,建设一批多能互补的清洁能源接地,非化石能源占能源消费总量比重提高到 20%左右。2021 年 10 月 2030 年前碳达峰行动方案 坚持陆海并重,推动风电协调快速发展,完善海上风电产业链,鼓励建设海上风电基地,到 2030 年,风电、太阳能发电总装机容量达到 12 亿千瓦以上。2022 年 2 月 关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见 符合条件的海上风电等可再生能源项目可按规定申请减免海域使用金。2022 年 3 月 “十四五”现代能源体系规划 鼓励建设海上风电基地,推进海上风电向深水远岸区域布局,重点建设广东、福建、浙江、江苏、山东等海上风电基地。安全有序推动沿海地区核电
42、项目建设,统筹推动海上风电规模化开发,积极发展风能、太阳能、生物质能、地热能等新能源。2022 年 6 月 “十四五”可再生能源发展规划 有序推进海上风电基地建设,开展省级海上风电规划制修订,同步开展规划环评,优化近海海上风电布局,鼓励地方政府出台支持政策,积极推动近海海上风电规模化发展。加快推动海上风电集群化开发,重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地。2022 年 9 月 关于支持山东深化新旧动能转换推动绿色低碳高质量发展的意见 支持山东大力发展可再生能源,打造千万千瓦级深远海海上风电基地,打造集成风能开发、氢能利用、海水淡化及海洋牧场建设等海上“能源岛”。开 数据来
43、源:东北证券,公开资料整理 风力发电叶片大型化轻量化发展带动海上风电对碳纤维需求增长。风力发电叶片大型化轻量化发展带动海上风电对碳纤维需求增长。风力发电叶片是风力发电机实现能量转化功能的关键部件,叶片的尺寸大小直接影响风力发电机对风能的捕捉。叶片在经过多年的发展后,有一个最为明显的变化-叶片大型化。20 世纪 80 年代国内外风电叶片长度是 17m,而现在的叶片最长则已经超过 120m。叶片不断往大型化发展是必然趋势,为了能在有限的土地面积上实现大规模发电,提高风力发电效率,叶片需要往大型化的方向发展。叶片的尺寸、形状直接决定了能量转化效率,也直接决定了机组功率和性能,因此,大叶片意味着直径越
44、长,扫风面积越大,发电量就越大,实现规模发电的同时,还可以降低成本,在总发电量相同的情况下需要安装的风机数量将会减少,从而使分摊下来的原材料、运输、吊装、和土地资源等成本就得以降低。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 14/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 图图 15:叶片大型化发展趋势叶片大型化发展趋势 数据来源:艾朗科技招股说明书 风机大型化意味着风机需要更大的占地面积,因此海上风电逐渐成为全球风电发展的新趋势。2016 年以来,低风速风场和海上风电共同推进了叶片的大型化发展。另外,海上风机功率普遍高于陆上风机,海风的快速发展,将进一步加强风机大型化趋势。海风
45、相对陆风存在多方面优势。从分布区域和占地方面来看,海上风电场机组传输损耗更低,占地面积更小。因此,近年来,海风领域应用更为广阔,2021 年中国风电累计装机量为 328.5GW,累计海上风电装机容量为 26.39GW。未来风电叶片在海上风电的占比也将进一步提升。图图 16:2010-2021 年中国陆上与海上风电新增装机容量占比年中国陆上与海上风电新增装机容量占比 数据来源:2021 北京国际风能大会暨展览会专刊,风电回顾与展望 2021 全球海上风电叶片的增长及叶片呈大型化轻量化的发展趋势正逐步扩大海上风电全球海上风电叶片的增长及叶片呈大型化轻量化的发展趋势正逐步扩大海上风电在未来的发展空间
46、。在未来的发展空间。随着叶片的大型化轻量化,使用高刚性、高比强度、高比拉伸模量的材料制造作为叶片刚性的主梁非常必要。传统的叶片制造材料玻璃纤维复合材料无法满足这些要求,而碳纤维复合材料密度更低、强度更高,是风电叶片大型化、轻量化的首选材料。并且,随着叶片复合材料工艺得到创新,风电领域对碳纤维等轻质高模高强增强材料用量剧增,因此,未来海上风电叶片对于碳纤维的需求 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 15/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 不断增长。图图 17:全球海上风电累计装机容量(单位:兆瓦)全球海上风电累计装机容量(单位:兆瓦)数据来源:iFinD 新变量:维
47、斯塔斯专利到期带动碳纤维需求向好。今年 7 月 19 日,全球风电整机巨头维斯塔斯碳纤维叶片核心专利拉挤工艺到期。维斯塔斯通过核心专利技术解决了碳纤维板应用在风电叶片上的工艺问题,将拉挤碳板成功运用到风电叶片,通过这一拉挤工艺,大幅提高了碳纤维体积含量,减轻了主体承载部分的质量,且降低了碳纤维成本。由于专利的保护,风电叶片用碳纤维主要集中于维斯塔斯。图图 18:拉挤碳板工艺介绍拉挤碳板工艺介绍 数据来源:东北证券,复材应用技术 风电叶片大丝束碳纤维最大的下游应用,且近几年风电叶片对碳纤维的需求量不断增加。维斯塔斯专利正式到期意味着国内其他风电叶片厂商可以不受限制地推出应用碳梁的风电叶片产品,其
48、他风电叶片制造商碳梁叶片将更多地推向市场,未来将带动碳纤维需求增加。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 16/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 图图 19:2022 年国内碳纤维下游消费比例年国内碳纤维下游消费比例 数据来源:百川盈孚 2.3.碳纤维价格走高、平价上网时代的到来制约碳纤维在风电领域的应用 碳纤维虽在性能上具有显著优势,但其在风电领域的应用受到高成本的制约,目前碳纤维处于高位,碳纤维价格每公斤 140-150 元,碳纤维单价远高于玻璃纤维,且工艺要求更高,导致芯材及碳梁耗用的成本金额持续上升,这会使得很多厂家对于使用碳纤维望而却步,制约碳纤维在风电叶
49、片领域的应用。但由于碳纤维本身制造成本并不高以及国内碳纤维供给量的提升,在未来,风电叶片厂商对于碳纤维的使用量会进一步改善。图图 20:碳纤维进口价格累计值(单位:万美元)碳纤维进口价格累计值(单位:万美元)数据来源:iFinD 自 2018 年以来,我国风电产业相关政策密集出台,通过取消财政补贴、风电资源竞争性配置等方式,推动风电平价上网。2021 年发改委发布公告,对海上风电新建项目实施平价上网政策,上网电价自 2021 年起由当地省级价格主管部门制定。我国风电上网电价的持续走低,平价上网的不断推行,以及我国海上风电成本目前仍处于较高水平,实现平价上网较难,因此降本成为推动实现平价上网的关
50、键。小型发电机组采用玻纤更具性价比,而大型风电机组使用碳纤维可在保持叶片强度的同时减重 20%,但成本上升 80%,因此我国风电厂商使用小型机组为主,碳纤维应用较 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 17/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 少。这在一定程度上制约了碳纤维在风电叶片领域中的应用,但在未来,随着厂商降本增效取得一定效果后,碳纤维的应用会进一步扩大。表表7:我国陆上风电标杆电价:我国陆上风电标杆电价/指导电价(元指导电价(元/kWh)变化情况)变化情况 资源区资源区 2009-2014 2015 2016-2017 2018 2019 2020 类类 0
51、.51 0.49 0.47 0.4 0.34 0.29 类类 0.54 0.52 0.5 0.45 0.39 0.34 类类 0.58 0.56 0.54 0.49 0.43 0.38 类类 0.61 0.61 0.6 0.57 0.52 0.47 数据来源:东北证券,节能风电年报 表表8:我国海上风电上网电价(元:我国海上风电上网电价(元/kWh)变化情况)变化情况 资源区资源区 2009-2014 2014-2019 2019/指导价指导价 2020/指导价指导价 2021 近海近海 特许权招标 0.85 0.80 0.5 不 高 于当 年 指导价 潮间带潮间带 0.75 不高于项目所在资
52、源区陆上风电指导价 数据来源:东北证券,节能风电年报 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 18/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 2.4.大丝束碳纤维 2023 年需求增速超 45%风电领域碳纤维需求有望快速释放,2025 年或达到 7.8 万吨。根据过去风电装机情况,我们对未来装机情况以及相关参数进行以下假设:1、陆风平均单机容量每年上升 0.4MW,海风平均单机容量 2025年上升至 10MW;2、叶片平均长度按照下表长度增长;3、叶片长度与重量关系按照 y(重量)=0.527*x2.473公式计算;(公式来源:基于工程经济学评估的风力及叶片长度设计)4、根据
53、北极星电力网以及公开资料收集整理,假设碳纤维占叶片重量的 1/4;5、海外方面:2021 年国内维斯塔斯碳纤维用量 1.8 万吨左右,参考 GWEC 数据,假设其增长率维持 4%左右。表表9:风电领域大丝束需求测算风电领域大丝束需求测算 2022 2023 2024 2025 陆风平均装机功率(陆风平均装机功率(MW)3.5 3.9 4.3 4.7 叶片长度(米)叶片长度(米)60 64 66 68 陆风装机总功率(陆风装机总功率(GW)50 56.88889 60.5 64.22222 叶片重量叶片重量 11.35 13.29 14.32 15.40 碳纤维主梁重量占比碳纤维主梁重量占比 1
54、/4 1/4 1/4 1/4 陆风每兆瓦碳纤维需求(吨)陆风每兆瓦碳纤维需求(吨)2.43 2.56 2.50 2.46 陆风碳纤维渗透率陆风碳纤维渗透率 3.0%3.5%4.0%4.0%陆风碳纤维总需求(吨)陆风碳纤维总需求(吨)3649.64 5088.19 6045.71 6314.57 海风平均装机功率(海风平均装机功率(MW)7.5 8.57 9 10 叶片长度(米)叶片长度(米)88 95 103 110 海风装机总功率(海风装机总功率(GW)5 13 16.5 21 叶片重量(吨)叶片重量(吨)28.87 34.80 42.37 49.74 碳纤维主梁重量占比碳纤维主梁重量占比
55、1/4 1/4 1/4 1/4 海风每兆瓦碳纤维需求(吨)海风每兆瓦碳纤维需求(吨)2.89 3.05 3.53 3.73 海风碳纤维渗透率海风碳纤维渗透率 10%35%50%65%海风碳纤维总需求(吨)海风碳纤维总需求(吨)1443.726 13855.27 29131.82 50918.84 内需总计内需总计 5093.364 18943.46 35177.53 57233.41 海外维斯塔斯需求(吨)海外维斯塔斯需求(吨)18720 19468.8 20247.55 21057.45 全口径总计(吨)全口径总计(吨)23813.36 38412.26 55425.08 78290.86
56、yoy 5.84%61.31%44.29%41.26%数据来源:东北证券 海上风电的快速发展,碳纤维在风电尤其是大叶片制造领域全面替代玻纤的将成为现实。预计 2022 年我国风电领域碳纤维需求同比 2021 年增长 5.84%,2023 年我国风电领域碳纤维需求为 3.8 万吨,同比增加 61.31%,其中海风贡献了 1.4 万吨需求。按照上表测算在 2025 年我国风电领域碳纤维需求量达到 7.82 万吨,复合增长率超过40%。若碳纤维制造成本逐渐降低,碳纤维风电领域需求释放节奏将进一步加快。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 19/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业
57、深度 全部大丝束领域需求 2023 年由于风电发展迅速,若混配模成器、建筑、传播、电缆芯领域按照复合增长率 10%计算,其他应用按照 15%计算,则大丝束碳纤维在 2023年总需求为 4.75 万吨,同比增长 48.38%。表表10:碳纤维大丝束需求测算碳纤维大丝束需求测算(万吨)(万吨)2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 风电叶片风电叶片 0.31 0.70 1.38 2.00 2.25 2.38 3.84 5.54 7.83 yoy 3.33%125.81%97.14%44.93%12.50%5.84%61.31%44.29%41.26
58、%混配模成器混配模成器 0.13 0.16 0.15 0.17 0.30 0.33 0.36 0.40 0.44 yoy 8.33%23.08%-6.25%13.33%76.47%10%10%10%10%建筑建筑 0.18 0.20 0.20 0.22 0.25 0.28 0.30 0.33 0.37 yoy 20.00%11.11%0.00%10.00%13.64%10%10%10%10%船舶船舶 0.01 0.03 0.01 0.01 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 yoy 200.00%-66.67%0.00%200.00%10%10%10%10%电缆芯电缆芯 0.04
59、 0.06 0.05 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 yoy 33.33%50.00%-16.67%-20.00%0.00%10%10%10%10%其他其他 0.08 0.11 0.06 0.07 0.12 0.14 0.16 0.18 0.21 yoy-11.11%37.50%-45.45%16.67%71.43%15%15%15%15%总计总计 0.75 1.26 1.85 2.51 2.99 3.20 4.75 6.55 8.95 yoy 8.70%68.00%46.83%35.68%19.12%7.07%48.38%37.90%36.59%风电需求占比风电需
60、求占比 41.3%55.6%74.6%79.7%75.3%74.4%80.9%84.6%87.5%3.供给端:供给端:产能加速投放,价格下行产能加速投放,价格下行推动应用拓展推动应用拓展 预计预计 2023 年我国大丝束碳纤维产能为年我国大丝束碳纤维产能为 8.2 万吨,同比增加超过万吨,同比增加超过 70%。我国大丝束主要产能厂家中,吉林系为最大最主要的碳纤维生产商。根据目前厂家中已公布的扩产计划与运行产能,从碳丝方面来看:2021 年产能共 2.85 万吨,主要来源于吉林国兴的 1.2 万吨、吉林宝旌 0.8 万吨、浙江宝旌 0.25 万吨、新创碳谷的 0.45 万吨、兰州蓝星 0.15
61、万吨;2023 年预期共 8.2 万吨产能投放,有效产能(考虑到公司产线的投产日期,以及历年来的产能利用率)为 4.46 万吨,至“十四五”末的 2025 年,预期共 20.8 万吨产能要投放。表表 11:我国大丝束产能现状及未来规划(单位:吨):我国大丝束产能现状及未来规划(单位:吨)企业企业 原原/碳丝碳丝 2021 2022E 2023E 2024E 2025E 吉林碳谷吉林碳谷 原丝 45000 80000 120000 150000 200000 碳丝 吉林化纤吉林化纤 原丝 碳丝 9000 12000 12000 12000 吉林国兴吉林国兴 原丝 请务必阅读正文后的声明及说明请务
62、必阅读正文后的声明及说明 20/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 碳丝 12000 15000 25000 40000 60000 吉林宝旌吉林宝旌 原丝 碳丝 8000 8000 8000 10000 12000 浙江宝旌浙江宝旌 原丝 60000 碳丝 2500 2500 2500 2500 18000 上海石化上海石化 原丝 12000 24000 24000 碳丝 6000 12000 12000 兰州蓝星兰州蓝星 原丝 4000 4000 10000 10000 50000 碳丝 1500 1500 4500 4500 25000 新创碳谷新创碳谷 原丝 38000 碳丝 4
63、500 4500 6000 12000 19000 新疆隆炬新疆隆炬 原丝 碳丝 6000 18000 30000 50000 设计产能合计设计产能合计 原丝原丝 49000 84000 142000 184000 372000 碳丝碳丝 28500 46500 82000 123000 208000 yoy 63.16%76.34%50.00%69.11%预计有效产能预计有效产能 碳丝 28500 32550 44641.12 yoy 14.21%20.00%数据来源:东北证券,公司公告 表表 12:其他规划中碳纤维扩产项目计划其他规划中碳纤维扩产项目计划 宣告日期宣告日期 企业企业 项目计
64、划项目计划 2020 年 6 月 霍尔果斯旭航复合材料有限公司 总投资 100 亿元,建 12000 吨/年 T800 高性能碳纤维及碳纤维装备制造产业基地,项目全部达产后,预计实现年产值 100 亿元,利税 20 亿元,解决就业 1200 人左右。2020 年 12 月 杭州超探新材料科技有限公司 总投资 32 亿元,新建 10000 吨高性能碳纤维生产线项目、2500 吨碳-碳复合材料及碳素产品生产线项目等 6 个子项目和后期产业链延伸项目约 50 个,全部达产后预计年总产值 100 亿元,利润及税收 18 亿元。2020 年 12 月 广东金辉碳纤维材料科技公司 在茂名滨海新区投资 30
65、 亿元人民币,建设碳纤维原丝50000 吨/年、碳纤维 20000 吨/年、碳纤维增强复合材料40000 吨/年的生产基地,年产值预计 60 亿元人民币。2021 年 3 月 山东国泰大成科技有限公司 建设年产 25000 吨原丝及 10000 吨高端碳纤维及复合材料深加工,销售收入突破 50 亿元,税收过 5 亿元。数据来源:东北证券,公开资料 根据上述供需盘点,根据上述供需盘点,2023 年若按照常规投产计划,我国大丝束供需处于紧平衡状态,年若按照常规投产计划,我国大丝束供需处于紧平衡状态,但若上表中尚未由明确投产计划的企业提前投产,则可能面临供过于求的局面。但若上表中尚未由明确投产计划的
66、企业提前投产,则可能面临供过于求的局面。反观我国大丝束纤维,已经出现价格下降情况,从 2020 年开始国内大丝束价格不断爬坡式上涨,在 2022 年年初上涨至近两年最高点 149 元千克,但后续开始出现下滑。截至 2022 年 12 月,国内碳纤维大丝束价格下降至 129 元千克。从价格的涨幅数据来看,国内大丝束价格年涨幅-18,年初至今涨幅-19.5,季涨幅为-3.5。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 21/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 图图 21:近两近两年年国内碳纤维国内碳纤维大丝束价格走势(元千克)大丝束价格走势(元千克)数据来源:东北证券,百川盈孚
67、 故随产能扩张,故随产能扩张,国内大丝束价格国内大丝束价格进入下降通道进入下降通道。同时随着各个公司生产技术的进步,生产成本也将处于下行空间,目前国际中先进生产企业单吨成本可以做到 6 万元/吨左右,我国企业生产成本下降尚有较大下降空间,并且上游主要原材料丙烯腈目前正处于价格下降通道,碳纤企业成本结构进一步得到优化,成本压力减弱便于企业面临竞争激烈的行业格局,产品价格下降所带来的压力减弱。图图 22:丙烯腈价格丙烯腈价格 数据来源:东北证券,百川盈孚 碳纤价格下降,有助于下游应用渗透率进一步提升,碳纤价格下降,有助于下游应用渗透率进一步提升,经过上文分析,以风电为例的应用场景在由其他较优替代品
68、的情况下,碳纤维由于价格昂贵无法在目前成为最优增强材料,风电领域由于收益较高,对价格敏感度为碳纤维工业应用领域中较低,其他领域碳纤维用量较少的原因不言而喻。若随着产能提升规模效应体现成本下降,而带来的价格下降,则下游应用领域的渗透率将会得到提升,尤其是在陆上风电领域,若 60-70 米的叶片也可以应用碳纤维,那么风电领域的碳纤维需求量将会大大跃升,未来大丝束碳纤维价格将会呈现:供给增加价格下降需求增加价格上升供给增加的动态平衡中,整体价格趋势将波动式下降。05000000025000 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 22/29 建筑材料建筑材料/
69、行业深度行业深度 图图 23:未来碳纤维大丝束价格动态平衡过程未来碳纤维大丝束价格动态平衡过程 数据来源:东北证券 4.主要公司介绍主要公司介绍 4.1.吉林碳谷正在崛起的大丝束碳纤维原丝龙头 吉林碳谷于 2008 年成立,2016 年在新三板挂牌,2021 年上市北交所。公司主要从事聚丙烯腈基碳纤维原丝的研发、生产和销售。公司在国内是首家采用三元水相悬浮聚合两步法生产碳纤维聚合物,DMAC 为溶剂湿法生产碳纤维原丝,致力于成为国内领先、国际知名的聚丙烯腈基碳纤维原丝及相关产品的供应商。公司现在主要生产有 1K、3K、6K、l2K、24K、48K 等聚丙烯腈基(PAN)碳纤维原丝以及预氧丝。公
70、司主要客户是碳纤维生产商及碳纤维复合材料生产厂商和贸易商。公司设立之初,拟打破国际巨头对碳纤维行业技术的垄断,专注于攻关小丝束碳纤维原丝,并成功实现了军工级别的 1K、3K、6K 等小丝束产品;2016 年至今,开始研发大丝束碳纤维原丝,目前已经实现了 24K、25K 和 48K 的稳定大规模生产;未来公司将继续在大丝束领域加大研发投入,力争未来五年实现 35K、50K、75K、100K、480K 等系列产品稳定大规模生产,使公司成为全球知名的大丝束碳纤维原丝供应商。公司全部产品碳化后均可以达到 T400 的稳定大规模生产,部分产品亦实现了碳化后 T700 的稳定规模生产。公司碳纤维原丝整体规
71、模、研制、生产能力及技术水平在国内均处于行业先进水平,并且是国内目前少数可对外销售原丝的企业。公司现有原丝产能为 4.5 万吨,计划“十四五”内完成 20 万吨原丝扩产计划,今年产能预计可达 8.5 万吨以上。公司所特有的两步法三元水相悬浮聚合技术聚合反应速率快,克服了溶液聚合后期体系粘度增大导致换热、脱单困难等难题,具有传热效果好、反应平稳均衡、聚合釜不易结疤等优点,聚合釜体积放大后质量更趋稳定,解决目前单个聚合釜生产能力较小问题,易于大规模、低成本、工业化生产。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 23/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 表表 13:一步法与两步
72、法对比一步法与两步法对比 两步法两步法 一步法一步法 特点特点 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,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。数据来源:东北证券,吉林碳谷招股说明书 4.2.吉林化纤大丝束+民品是重点 公司过去主要从事粘胶长丝、粘胶短纤的生产与销售,产能分别达 8/12 万吨,为全球最大的
73、粘胶长丝厂商。近年来,公司投身碳纤维生产,尤以大丝束碳纤维为主。公司控股 49%的吉林宝旌聚焦 25-50K 大丝束制造,目前产能为 8000 吨,折合权益产能约 4000 吨,计划在十四五期间形成 1.2 万吨碳纤维产能,以满足下游工业级应用需求;公司全资子公司吉林凯美克聚焦 1K、3K 小丝束原丝生产,主要以航空航天、国防军工等特殊应用领域为主,目前产能达 600 吨;吉林国兴碳纤维目前是吉林系最大的碳丝生产商,现有产能约 1.5 万吨,预计明年达 2.5 万吨,十四五期间完成 6 万吨扩产计划。同时公司利用非公开发行募集资金到位,紧锣密鼓地建设年产1.2 万吨碳纤维复材拉挤板项目,主要应
74、用于风电叶片等民用领域,进一步向碳纤维产业链迈进。图图 24:吉林系公司股权关系吉林系公司股权关系 数据来源:东北证券,Wind 区位优势形成产业集群,打造全产业链一体化布局。公司所处吉林化纤集团位于吉林市,是国家级碳纤维高新技术产业基地。公司将充分利用国资平台优势和产业集群的资源优势,积极进行资源整合,延伸下游产业链,提高产品附加值。同时受益一体化布局降低生产成本,更多资金致力研发投入,加大新材料市场的开拓力度,提高公司业务辐射区域和服务及时性,加强对市场机会的实时动态跟踪,提升公司 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 24/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 产
75、品的市场占有率,全面有效地抓牢未来新材料发展的市场红利。4.3.上海石化扛起碳纤维产业发展国之重任 上海石化原名为上海石油化工股份有限公司,于 1993 年 6 月在上海注册登记,同年 11 月在上交所上市。上海石化是一家石油及其附属产物类公司,主要生产石油制品、中间化工原料、合成树脂及塑料制品、合纤原料及合成纤维等四大类 60 多种产品,是目前中国规模最大的炼油化工一体化、高度综合的现代化石油化工企业之一,也是中国发展现代石油化工工业的重要基地。在碳纤维生产领域,上海石化也颇有建树。目前国内大部分 PAN 基碳纤维纺丝,都要进口日本东丽的 DMSO 溶剂,而上海石化是在国内独有的 NaSCN
76、(硫氰酸钠)湿法工艺和自主知识产权的成套技术基础上发展的大丝束产品,独创性更加彻底。并且上海石化研发试产的大丝束碳纤维是一种含碳量95%以上的高强度新型纤维材料,其力学性能优异,比重不到钢的四分之一,强度却是钢的 7-9 倍,并且还具有耐腐蚀的特性,被称为“新材料之王”,也被称为“黑黄金”。早在 2008 年上海石化已实现碳纤维原丝生产,2012 年上海石化自行开发的国内独有的 NaSCN(硫氰酸钠)湿法工艺和自主知识产权的成套技术,2016 年开始 48K大丝束原丝工业化研究试验。2018 年公司形成了千吨级 PAN 基 48K 大丝束碳纤维成套技术工艺包,试制出 48K 大丝束碳纤维并贯通
77、工艺全流程,并且装置已累计生产原丝 4286 吨,生产碳纤维 709 吨。2020 年上海石化拟投入约 35 亿元人民币建设2.4 万吨/年原丝、1.2 万吨/年 48K 大丝束碳纤维项目,并于 2021 年实现 1500 吨 PAN基碳纤维产线二期投产,公司产品已用于高速地铁等领域。2022 年 10 月 10 日,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并生产出合格产品,产品性能媲美国外同级别产品,质量达到国际先进水平。该项目计划于 2024 年全部建成投产,届时将达到 2.4 万吨/年原丝、1.2万吨/年大丝束碳纤维产能。这标志上海石化
78、大丝束碳纤维从关键技术突破、工业试生产、产业化,成功走向规模化和关键装备国产化。5.风险提示风险提示 产能投放超预期,成本下降不及预期。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 25/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 附录附录:碳纤维在风电叶片应用的公司各产品介绍碳纤维在风电叶片应用的公司各产品介绍 明阳智能在 2021 年 7 月 29 日,MySE11-99A1 叶片在广东汕尾海上叶片生产基地成功下线,这是公司完全独立自主研发设计和制作的国内首款 11MW 级别的超大型海上叶片,长度 99 米,风轮直径 203 米,主梁采用新型碳玻混材料,结合了碳纤维高强高模低密度
79、与玻璃纤维高延伸率低成本的特点,突破了传统玻璃纤维大叶片设计所面临的低模量,重量大的技术壁垒,碳玻混材料的成功应用,极大降低了叶轮系统重量和整机系统载荷,为重量与成本寻找到最佳契合点。公司在 2022 年 6 月 23 日,公司下线了一款 111.5 米的叶片,主梁使用碳玻混合,是目前亚洲最长抗台风型海上风电叶片。111.5 米抗台风型海上叶片适用于超 I 类风区的抗台风型海上叶片,主要使用碳玻混的工艺技术,相比纯玻纤材料,叶片减重35%40%,极大降低机组部件的载荷及成本,将有力促进海上风电进一步大规模化发展。图图 25:碳玻混合碳玻混合 MySE11-99A1 叶片下线叶片下线 图图 26
80、:碳玻混合碳玻混合 111.5 米的叶片抗台风叶片米的叶片抗台风叶片 数据来源:东北证券,公开资料整理 数据来源:东北证券,公开资料整理 东方电气在 2022 年 2 月 22 日,13 兆瓦、叶轮直径 211 米的抗台风型海上风电机组下线,这款海上风电机组可抵御 77 米/秒的超强台风,适用于我国 98%的海域。与机组配套的叶片,首次采用碳纤拉挤工艺,突破了百米级超长柔性叶片研制的系列难题,单支长度达 103 米,刷新了我国风电叶片最长纪录。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 26/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 图图 27:东方电气海上风电机组首次采用碳纤拉
81、挤工艺东方电气海上风电机组首次采用碳纤拉挤工艺 数据来源:东北证券,公开资料整理 时代新材的经营理念专注风电叶片“大型化、轻量化”,2020 年 4 月,公司的 EN161叶片顺利下线,这也是公司首款批量生产的碳纤维海上风电叶片。EN161 叶片长 80米,相比传统的玻璃纤维叶片,密度更低、强度更高,适合当前叶片大型化、轻量化发展趋势。该叶型采用了新材料和新工艺,目前工厂建设了一条碳拉挤板自动放卷、切割、倒角的生产线,将在 2021 年再建一条全球最先进的碳拉挤板放卷切割生产线。2022 年 9 月,时代新材“海风 1 号”大型风电叶片项目首支产品顺利下线,此款产品是公司首款定制化海上风机叶片
82、,叶片长达 110 米。叶片首次采用碳纤拉挤板材与玻纤拉挤板材组合型式结构,以及大实度气动外形设计理念,可满足低风速海上区域、额定功率 10 兆瓦风力发电机组平价上网需求。图图 28:时代新材首款碳纤维海上风电叶片时代新材首款碳纤维海上风电叶片 数据来源:东北证券,中国江苏网 中材科技在 2020 年 8 月,公司 6 兆瓦及以上、长 90 米的风电叶片项目首支采用碳纤维制造新工艺的风电叶片成功下线,这是公司的第一支碳纤维风电叶片。这种生产工艺的最大优点就是大大减轻重量,对于同规格风机来说,它的重量更轻,安全 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 27/29 建筑材料建筑材
83、料/行业深度行业深度 系数就会更高,发电量也会更高;2022 年 8 月,中材科技风电叶片股份有限公司研发总监李成良说:“现在正在生产的是 122 米,全球最长的海上叶片,这个叶片采用了最先进的高性能翼型和碳纤维拉挤技术研发而成。”表表 14:各公司碳纤维在风电叶片产品中的应用情况各公司碳纤维在风电叶片产品中的应用情况 日期 公司 风电叶片产品 2021 年 7 月 明阳智能 国内首款 11MW 级别的超大型海上叶片MySE11-99A1 叶片在广东汕尾海上叶片生产基地成功下线,该叶片长度 99 米,风轮直径 203 米,该叶型主梁采用新型碳玻混材料。2022 年 6 月 明阳智能 下线了一款
84、 111.5 米的叶片,主梁使用碳玻混合,也是目前亚洲最长抗台风型海上风电叶片。2022 年 2 月 东方电气 下线了一款 103 米、13 兆瓦抗台风型海上风电机组,与机组配套的叶片,首次采用碳纤拉挤工艺 2020 年 4 月 时代新材 时代新材与远景能源合作研制的首套EN161 叶片顺利下线,EN161 叶片长 80 米,也是时代新材首款批量生产的碳纤维海上风电叶片。2022 年 9 月 时代新材 长 110 米的“海风 1 号”大型风电叶片顺利下线,此款产品是公司首款定制化海上风机叶片,叶片首次采用碳纤拉挤板材与玻纤拉挤板材组合型式结构。2020 年 8 月 中材科技 90 米、6 兆瓦
85、的首支采用碳纤维制造新工艺的风电叶片成功下线。2022 年 8 月 中材科技 公司目前正在生产的是 122 米,全球最长的海上叶片,这个叶片采用了最先进的高性能翼型和碳纤维拉挤技术研发而成。数据来源:东北证券,公开资料整理 请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 28/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 研究研究团队团队简介:简介:Table_Introduction 濮阳:上海交通大学金融学硕士、金融学本科。曾在长城证券、西南证券、兴业证券担任建材、公用事业分析师。曾获 2021年金牛最佳分析师建材第五名、2021 上半年东方财富最佳分析师建材第一名、2021 年东方
86、财富最佳分析师建材第三名。2022年 7 月加入东北证券,现任东北证券建材组首席。陶昕媛:香港中文大学经济学硕士,现任东北证券建材组分析师,2020 年加入东北证券。重要重要声明声明 本报告由东北证券股份有限公司(以下称“本公司”)制作并仅向本公司客户发布,本公司不会因任何机构或个人接收到本报告而视其为本公司的当然客户。本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格。本报告中的信息均来源于公开资料,本公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证。报告中的内容和意见仅反映本公司于发布本报告当日的判断,不保证所包含的内容和意见不发生变化。本报告仅供参考,并不构成对所述证券买卖的出价或征价。在任何情况
87、下,本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的证券买卖建议。本公司及其雇员不承诺投资者一定获利,不与投资者分享投资收益,在任何情况下,我公司及其雇员对任何人使用本报告及其内容所引发的任何直接或间接损失概不负责。本公司或其关联机构可能会持有本报告中涉及到的公司所发行的证券头寸并进行交易,并在法律许可的情况下不进行披露;可能为这些公司提供或争取提供投资银行业务、财务顾问等相关服务。本报告版权归本公司所有。未经本公司书面许可,任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的,须在本公司允许的范围内使用,并注明本报告的发布人和发布日期,提示使用本报告的风险。若本
88、公司客户(以下称“该客户”)向第三方发送本报告,则由该客户独自为此发送行为负责。提醒通过此途径获得本报告的投资者注意,本公司不对通过此种途径获得本报告所引起的任何损失承担任何责任。分析师声明分析师声明 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格,并在中国证券业协会注册登记为证券分析师。本报告遵循合规、客观、专业、审慎的制作原则,所采用数据、资料的来源合法合规,文字阐述反映了作者的真实观点,报告结论未受任何第三方的授意或影响,特此声明。投资投资评级说明评级说明 股票 投资 评级 说明 买入 未来 6 个月内,股价涨幅超越市场基准 15%以上。投资评级中所涉及的市场基准:A 股市场以沪深 3
89、00 指数为市场基准,新三板市场以三板成指(针对协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的)为市场基准;香港市场以摩根士丹利中国指数为市场基准;美国市场以纳斯达克综合指数或标普 500 指数为市场基准。增持 未来 6 个月内,股价涨幅超越市场基准 5%至 15%之间。中性 未来 6 个月内,股价涨幅介于市场基准-5%至 5%之间。减持 未来 6 个月内,股价涨幅落后市场基准 5%至 15%之间。卖出 未来 6 个月内,股价涨幅落后市场基准 15%以上。行业 投资 评级 说明 优于大势 未来 6 个月内,行业指数的收益超越市场基准。同步大势 未来 6 个月内,行业指数的收益与市场基准持平。落
90、后大势 未来 6 个月内,行业指数的收益落后于市场基准。请务必阅读正文后的声明及说明请务必阅读正文后的声明及说明 29/29 建筑材料建筑材料/行业深度行业深度 Table_SalesTable_Sales 东北证券股份有限公司东北证券股份有限公司 网址:网址:http:/http:/ 电话:电话:-06860686 地址地址 邮编邮编 中国吉林省长春市生态大街 6666 号 130119 中国北京市西城区锦什坊街 28 号恒奥中心 D 座 100033 中国上海市浦东新区杨高南路 799 号 200127 中国深圳市福田区福中三路 1006 号诺德中心 34D 51
91、8038 中国广东省广州市天河区冼村街道黄埔大道西 122 号之二星辉中心 15 楼 510630 机构销售联系方式机构销售联系方式 姓名姓名 办公电话办公电话 手机手机 邮箱邮箱 公募销售公募销售 华东地区机构销售华东地区机构销售 王一(副总监) 吴肖寅 李瑞暄 周嘉茜 陈梓佳 chen_ 屠诚 康
92、杭 丁园 吴一凡 王若舟 华北地区机构销售华北地区机构销售 李航(总监) 殷璐璐 曾彦戈 吕奕伟 孙伟豪 陈思 1838803
93、9903 chen_ 徐鹏程 曲浩蕴 华南地区机构销售华南地区机构销售 刘璇(总监) liu_ 刘曼 王泉 王谷雨 张瀚波 zhang_ 王熙然 wangxr_ 阳晶晶 0755-33975
94、865 yang_ 张楠淇 钟云柯 杨婧 梁家潆 非公募销售非公募销售 华东地区机构销售华东地区机构销售 李茵茵(总监) 杜嘉琛 王天鸽 王家豪 白梅柯 刘刚 曹李阳 曲林峰 华北地区机构销售华北地区机构销售 温中朝(副总监) 王动 wang_ 闫琳 张煜苑