1、2021 年深度行业分析研究报告 目录目录 1 碳纤维行业部分碳纤维行业部分 . 3 1.1. 全球需求：2030 年全球碳纤维需求约 60 万吨，CAGR19% . 3 1.2. 全球供给：目前欧美日优势明显，国内企业崛起 . 5 1.3. 国内消费格局：进口依赖度超过 60%，呈下降趋势 . 6 2 碳纤维叶片的经济性问题碳纤维叶片的经济性问题. 8 2.1 叶片大型化驱动碳纤维用量增加 . 8 2.2 仅从材料角度：减重 24.1%-32.5%，成本提升 14%-20.7% . 9 2.3 维斯塔斯解决了什么问题？ . 10 3 碳纤维产业链情况碳纤维产业链情况 . 14 3.1 原丝：

2、丙烯腈占成本约 50%，国内龙头为吉林碳谷 . 15 3.2 碳丝：原丝占成本约 56%，叶片是当前主要增长动力 . 17 3.3 设备：氧化炉和碳化炉是核心设备，国产替代进行时 . 18 4 投资建议投资建议 . 22 4.1. 精功科技：为数不多的碳化整线提供商，率先受益于下游扩产 . 22 4.2. 吉林碳谷：原丝国内龙头，“十四五”规划原丝产能达 20 万吨 . 23 4.3. 天宜上佳：由轨交闸片到碳基复材，第二成长曲线渐显 . 24 插图目录插图目录 . 29 表格目录表格目录 . 29 插图目录插图目录 图 1: 2020 年全球碳纤维需求量（千吨） . 3 图 2: 2015-

3、2030E 全球及中国碳纤维消费量预测 . 3 图 3: 全球风电叶片碳纤维需求-趋势（吨） . 5 图 4: 2020 年全球碳纤维供给图谱 . 6 图 5: 全球碳纤维厂家业务模式 . 6 图 6: 国内碳纤维需求量及进口依赖度 . 7 图 7: 我国碳纤维使用下游情况（kt） . 7 图 8: 中国碳纤维使用量全球占比（%） . 7 图 9: 全球碳纤维使用下游情况（kt） . 7 图 10: 风机叶片构成示意图 . 8 图 11: 风机叶片材料成本构成 . 8 图 12: 风机旋转半径与叶片质量几乎呈指数关系 . 8 图 13: 叶片长度和叶片重量的关系 . 8 图 14: 碳纤维与玻

4、璃纤维材料的疲劳性能对比 . 9 图 15: 静态和疲劳状态下玻璃纤维和碳纤维的叶根弯矩对比 . 9 图 16: 拉挤工艺生产碳纤维拉挤板材示意图 . 11 图 17: 风电叶片大梁采用的 3 种工艺 . 12 图 18: VESTAS 的主梁结构示意图 . 12 图 19: 2020 年中国碳纤维需求-应用（吨） . 13 图 20: 中国碳纤维需求量（吨） . 13 图 21: 碳纤维产业链情况 . 14 图 22: 碳纤维原丝生产工艺 . 15 图 23: 碳丝生产工艺流程图 . 17 图 24: 碳纤维不同环节设备及全球核心参与者情况 . 19 图 25: 生产 PAN 基碳纤维过程中

5、两次结构转化示意图 . 19 图 26: 哈泊公司碳纤维生产线流程示意图 . 20 图 27: 小型碳纤维项目成本构成 . 20 图 28: 万吨碳纤维项目成本构成 . 20 表格表格目录目录 表 1: 2020 年全球碳纤维需求图谱 . 3 表 2: 碳纤维下游的景气度判断 . 4 表 3: 全球碳纤维理论产能-制造商（千吨，截止 2020 年底） . 5 表 4: 碳纤维叶片的减重及材料成本经济性测算 . 9 表 5: 2014-2018 年全球风电叶片用碳纤维数据汇总 . 11 表 6: 目前全球已不少风电企业开始应用碳纤维叶片 . 12 表 7: 2014-2020 年我国风电碳纤维使

6、用量级占全球风电碳纤维使用量的比例 . 13 表 8: 我国目前碳纤维原丝和碳纤维的已投运产能及拟建规划（截止 2020 年底，吨/年） . 14 表 9: 吉林碳谷原丝销售均价及成本毛利率（万元/吨） . 15 表 10: 吉林碳谷碳纤维原丝的单价及成本构成情况 . 15 表 11: 单吨碳纤维原丝的原材料和能耗情况 . 16 表 12: 2020 年吉林碳谷主要客户情况（万元） . 17 表 13: 1 万吨/年碳纤维项目的单体模型 . 18 表 14: 近期精功科技碳纤维中标情况（亿元） . 21 表 15: 精功科技盈利预测及财务指标 . 22 表 16: 吉林碳谷盈利预测及财务指标

7、. 23 表 17: 天宜上佳盈利预测及财务指标 . 24 表 18: 精功科技财务报表数据预测汇总 . 26 表 19: 吉林碳谷财务报表数据预测汇总 . 27 表 20: 天宜上佳财务报表数据预测汇总 . 28 kUhUcZlXaZeVuMuMwOwO9P8Q9PpNmMnPrQlOoPoMlOrQoO6MoOxOvPnQoPMYqQnO 1 碳纤维碳纤维行业部分行业部分 1.1. 全球需求：全球需求：2030 年全球碳纤维需求年全球碳纤维需求约约 60 万吨万吨，CAGR19% 全球全球碳纤维需求碳纤维需求未来未来或或将持续处于将持续处于高速高速增长期增长期，增长驱动力主要来自于风电叶片

8、、航空增长驱动力主要来自于风电叶片、航空 航天等航天等。2020-2025E：全球碳纤维用量由 10.7 万吨增至 20 万吨（CAGR=13.3%） ，国内由 4.9 万吨增至 15 万吨 （CAGR=25%） 。 根据 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ， 到 2030 年， 全球碳纤维需求量将提升至 59-64 万吨 （航空航天 8-10 万吨， 风电 19-20 万吨， 氢气瓶及 CNG 气瓶 18 万吨，汽车+轨交 9-10 万吨，功能材料 5-6 万吨） ，复合增速 19.3%。增速驱动力来自 风电叶片、航空航天、碳碳复材、压力容器。 图图1: 2020 年全球碳纤维需求量（

9、千吨）年全球碳纤维需求量（千吨） 图图2: 2015-2030E 全球及中国碳纤维消费量预测全球及中国碳纤维消费量预测 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 2020 年全球年全球风电叶片碳纤维需求量风电叶片碳纤维需求量在在总需求中的占比约为总需求中的占比约为 28.6%（按重量（按重量计计） ，按按金额计金额计 算占比约为算占比约为 16.4%。 按重量计， 目前风电叶片是碳纤维需求的最大下游， 2020 年占比为 28.6%。 不过出于成本考虑，风电叶片使用的碳纤维是低成本的大丝束工艺产品

10、，因此按金额计 2020 年占比约为 16.4%。 表表1: 2020 年全球碳纤维需求图谱年全球碳纤维需求图谱 市场市场 需求量（需求量（千吨千吨） 占比占比 需求金额 （需求金额 （百万美元百万美元） 占比占比 单价（美元单价（美元/kg） 风电叶片 30.6 28.6% 428.4 16.4% 14.0 航空航天 16.5 15.4% 987.0 37.7% 60.0 体育休闲 15.4 14.4% 354.2 13.5% 23.0 汽车 12.5 11.7% 225.0 8.6% 18.0 压力容器 8.8 8.2% 176.0 6.7% 20.0 混配模成型 9.5 8.9% 171

11、.0 6.5% 18.0 碳碳复材 5.0 4.7% 90.0 3.4% 18.0 建筑 4.1 3.8% 82.0 3.1% 20.0 电子电气 1.5 1.4% 34.5 1.3% 23.0 船舶 1.2 1.1% 27.6 1.1% 23.0 电缆芯 1.0 0.9% 23.0 0.9% 23.0 其他 0.8 0.8% 16.2 0.6% 20.0 16.919.6 23.5 31.034.7 48.8 149.4 24.7% 25.6% 27.9% 33.5%34.1% 45.7% 74.7% 0% 20% 40% 60% 80% 0 500 2015 2016 2017 2018

12、2019 2020 2025* 全球（千吨）其中：中国（千吨）国内占比 合计 106.9 100.0% 2614.9 100.0% 24.5 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 风电叶片是风电叶片是“十四五”期间“十四五”期间碳纤维下游碳纤维下游需求需求增长最快的领域增长最快的领域。风电叶片未来将是全球碳 纤维需求增长的主要动力，到 2025 年风电叶片碳纤维需求复合增速约为 25%，到 2030 年需 求复合增速约为 16%。报告预测，全球风电叶片碳纤维需求未来将持续增长，或从 2020 年的 3.06 万吨，提升至 2025 年的 9.34 万吨。 表表2

13、: 碳纤维下游的景气度判断碳纤维下游的景气度判断 下游下游 整体态度整体态度 全球（全球（20202020 年需求）年需求） 全球（全球（2025E） 全球（全球（2030E） 整体的表述整体的表述 叶片叶片 积极乐观 3.1 万吨（+20%） 9.34 （CAGR=25%） 20 （CAGR=16.4%） 全球比较乐观（维斯塔斯主导） ，国内进去可能比全球慢一些。 航空航天航空航天 持久稳健 1.6 万吨（2019 年 2.5 万吨） ， 主要是上 半年疫情 2.63 （CAGR=10%） 10 （CAGR=30.6%） 2020 年是一个萎缩的过程， 但是今年的需求又重新出现了， 如 果考

14、虑到之后的 35 年，因为欧美的航空业相对比较稳定，所 以航空工业相对来说是持久稳健的，规模大约接近于 3 万吨。 同时中国民用航空的需求是碳纤维需求的潜在增量，但是现在 刚在起步、验证阶段，大约四五年之后才会有规模化的需求被 释放出来。 体育休闲体育休闲 相对稳定 1.5 万吨（每年较稳 定，1 万吨在国内） 1.97 （CAGR=5.6%） 比较稳定，主要在国内。 汽车汽车 相对稳定 1.25 1.83 （CAGR=7.9%） 目前轻量化主要以铝材实现，只有部分高端车采用了碳纤维， 主要因为价格因素，未来随着价格走低渗透率提升。 碳碳复材碳碳复材 潜力较大 0.5 万吨 （+60%-70%

15、） 1.86 （CAGR=30%） 主要受益于光伏的需求，光伏大部分又在中国，所以一多半的 需求增量体现在国内。碳纳米材料以热场材料为主的对碳纤维 的需求非常乐观。因为热场材料是耗材，所以碳耐火材料尤其 是热场材料作为光伏的耗材用，需求是随着光伏的发展是持续 向好的。 压力容器压力容器 前景可期 0.88 万吨（+20%） 2.19 （CAGR=20%） 18 （CAGR=52.4%） 增量也主要体现在国内，受益于国内对以氢能源为主的氢燃料 电池汽车的开发，尤其今年是冬奥年，一些产业政策不停给予 示范性支持。 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 总结来看：总结

16、来看：1） “十四五”期间主要驱动力来自风电叶片，按照） “十四五”期间主要驱动力来自风电叶片，按照 1GW 使用使用 1500 吨计算（仅吨计算（仅 主梁使用碳纤维） ，假设全球到主梁使用碳纤维） ，假设全球到 2025 年年均新增装机年年均新增装机 120GW，其中国内，其中国内 60GW 估算，假设所估算，假设所 有机组主梁部件钧采用碳纤维，则有机组主梁部件钧采用碳纤维，则 2025 年年全球风电叶片碳纤维需求量全球风电叶片碳纤维需求量 18 万吨，其中国内万吨，其中国内 9 万吨；万吨；2）碳碳复材是增速比较快的领域，主要受益于光伏的高景气，目前单）碳碳复材是增速比较快的领域，主要受益

17、于光伏的高景气，目前单 GW 热场材料需热场材料需 要要 30 吨左右，目前大约吨左右，目前大约 50%使用碳碳复材（其余是静压石墨） ，这里假设到使用碳碳复材（其余是静压石墨） ，这里假设到 2025 年全球光伏年全球光伏 装机装机 400GW， 碳碳复材渗透率， 碳碳复材渗透率 100%， 则， 则 2025 年年全球碳碳复材需求量约全球碳碳复材需求量约 1.2 万吨；万吨； 3） 2025-2030 年， 全球碳纤维驱动力可能会由叶片单极切为风电年， 全球碳纤维驱动力可能会由叶片单极切为风电+氢能储氢瓶双极， 目前小轿车按照氢能储氢瓶双极， 目前小轿车按照 70Mpa 的储氢瓶计算，单台

18、车需要使用碳纤维的储氢瓶计算，单台车需要使用碳纤维 75kg，假设，假设 2030 年全球氢能车销量达年全球氢能车销量达 300 万辆，则对万辆，则对 应碳纤维需求量将达应碳纤维需求量将达 22.5 万吨，与风电体量相当。万吨，与风电体量相当。 图图3: 全球风电叶片碳纤维需求全球风电叶片碳纤维需求-趋势（吨）趋势（吨） 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 1.2. 全球供给：目前欧美日优势明显，国内企业崛起全球供给：目前欧美日优势明显，国内企业崛起 全球全球碳纤维碳纤维供给供给目前仍以目前仍以日美欧等厂商日美欧等厂商为主为主， 但， 但国内厂商正在迅速崛起国

19、内厂商正在迅速崛起。 截止2020年底， 全球碳纤维产能约 170.9 千吨，其中日本三大巨头占据 81.4 千吨，德国 SGL 运营 15 千吨，美 国 Hexcel+ Cytec/Solvay+陶氏投运 20.8 千吨，国内最大是台塑，其次为吉林化纤系、中复神 鹰、恒神股份、光威复材等。从未来的扩产来看，吉林化纤系计划到 2025 年产能达 8 万吨（即 新扩约 7 万吨） ，其次，中复神鹰、光威复材、上海石化等均有较大的扩产规划，此外会新增 新创碳谷、杭州超探等新参与者。 表表3: 全球碳纤维理论产能全球碳纤维理论产能-制造商（千吨，截止制造商（千吨，截止 2020 年底）年底） 英文名

20、英文名 中文名中文名 国别国别 扩产计划扩产计划 运营产能运营产能 布局布局 Toray+Zoltek 东丽+卓尔泰克 日本 54.5 1）东丽：东丽：除了本国，韩国布局 5.2kt，美国的产能比国内还大，法国 布局；2）卓尔泰克：）卓尔泰克：匈牙利 15.4kt，墨西哥 10kt，美国少量产能 SGL 西格里 德国 15.0 英国 4kt，美国有厂 MCCFC 三菱化工 日本 14.3 本国和美国市场 Toho/Teijin 日本东邦 日本 5.4 12.6 本国，德国布局 5.1kt，还有美国市场 Hexcel 美国赫氏 美国 5.0 10.2 本土偏军用，法国布局 5.1kt，西班牙布局

21、 0.6kt；承担美国军工碳纤 维的制造，部分服务民用 FPC 台塑 中国 8.8 Tangu+Baojing 吉林化纤系 中国 70.0 8.5 CCGC 中复神鹰 中国 20.0 8.5 Cytec/Solvay 美国氰特 美国 7.0 承担美国军工碳纤维的制造，部分服务民用 Hengshen 恒神股份 中国 5.5 Guangwei 光威复材 中国 10.0 5.1 DowAksa 陶氏 美国 10.0 3.6 Hyosung 韩国晓星 韩国 20.0 4.0 UMATEX 俄罗斯最大 俄罗斯 2.0 Bluestar 兰州蓝星 中国 1.8 Sinopec 上海石化 中国 12.0 1

22、.5 中简科技 中国 1.0 1.3 太钢钢材 中国 1.3 吉林化纤 中国 1.0 中油吉化 中国 0.5 河南永煤 中国 0.5 全球其他 3.5 新创碳谷 中国 36.0 杭州超探 中国 10.0 广州金辉 中国 20.0 新疆隆炬 中国 50.0 国泰大成 中国 10.0 宝旌碳材 中国 18.0 合计合计 297.4 170.9 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 图图4: 2020 年全球碳纤维年全球碳纤维供给供给图谱图谱 图图5: 全球碳纤维厂家业务模式全球碳纤维厂家业务模式 资料来源:2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 资

23、料来源: 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 1.3. 国内消费格局：进口依赖度超过国内消费格局：进口依赖度超过 60%，呈下降趋势，呈下降趋势 国内碳纤维需求量巨大，但目前每年都需要大量进口国内碳纤维需求量巨大，但目前每年都需要大量进口，国产替代需求迫切国产替代需求迫切。2020 年国内 碳纤维进口量为 30350 吨，占 2020 年国内总需求量的 62%，国产替代形势严峻。我国碳纤维 下游需求分布广泛，近年来主要受风机大型化影响，碳纤维叶片渗透率逐步提升，2020 年风 电叶片碳纤维需求量约为 2 万吨，相比 2016 年的 3 千吨增长 5.7 倍左右。 图图6:

24、 国内碳纤维需求量及进口依赖度国内碳纤维需求量及进口依赖度 图图7: 我国我国碳纤维使用下游情况（碳纤维使用下游情况（kt） 资料来源: 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 资料来源: 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 中国中国碳纤维需求在全球市场中扮演越来越重要的位置碳纤维需求在全球市场中扮演越来越重要的位置，尤其是风电叶片尤其是风电叶片碳纤维碳纤维在全球中在全球中 的占比提升至的占比提升至 65%左右。左右。2016 年至 2020 年全球风电碳纤维需求持续增长，国内风电碳纤维 增长是主要的驱动因素，国内风电叶片碳纤维需求在全球中的占比从约 1

25、7%提升至约 65%。 图图8: 中国碳纤维使用量全球占比（中国碳纤维使用量全球占比（%） 图图9: 全球全球碳纤维使用下游情况（碳纤维使用下游情况（kt） 资料来源:2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 资料来源:2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 8.0 8.4 9.0 8.5 7.5 13.612.814.415.916.1 22.025.8 30.4 0.2 0.2 0.5 0.8 0.7 1.52.02.5 3.6 7.4 9.0 12.0 18.5 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 0 20 40 60 2008 2

26、009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 进口（千吨）国产（千吨）进口依赖度（%） 3.03.1 7.0 13.8 20.0 9.7 12.0 13.5 14.0 14.6 0 20 40 60 2016A2017A2018A2019A2020A 风电叶片体育休闲碳碳复材建筑补强 压力容器航空航天混配模成型汽车 电子电气其他电缆芯船舶 0% 20% 40% 60% 80% 100% 风电叶片 体育休闲 碳碳复材 建筑补强 压力容器 航空航天 混配模成型 汽车 电子电气 其他 电缆芯 船舶 2016A2017A2018A

27、2019A2020A 16 17.6 19.2 21.0 23.5 16.5 18 18 19.8 22.0 25.530.6 0 50 100 150 2015A2016A2017A2018A2019A2020A 碳碳复材压力容器混配模成型汽车 体育休闲航空航天风电叶片其他 电缆芯船舶电子电气建筑补强 2 碳纤维叶片的经济性问题碳纤维叶片的经济性问题 2.1 叶片大型化驱动碳纤维用量增加叶片大型化驱动碳纤维用量增加 碳纤维材料硬度高、质量轻，适合风电叶片大型化的趋势碳纤维材料硬度高、质量轻，适合风电叶片大型化的趋势。碳纤维材料特点是重量轻、 强度高，风电叶片采用碳纤维材料在保证叶片在长度增加

28、的同时，可以明显减重，而且还能提 高风电叶片的耐候性。风电叶片材料主要由增强纤维、基体树脂、芯材、粘接胶等构成，其成 本占比分别为 28%、36%、12%、11%。其中，增强纤维主要包括两类，即碳纤维增强复合材 料（CFRP）和玻纤增强复合材料（GFRP） ，碳纤维呈现取代玻璃纤维的趋势。 图图10: 风机叶片构成示意图风机叶片构成示意图 图图11: 风机叶片材料成本构成风机叶片材料成本构成 资料来源：维斯塔斯官网，民生证券研究院 资料来源：新材料在线，民生证券研究院 风机风机旋转半径与叶片质量几乎旋转半径与叶片质量几乎呈呈指数关系，碳纤维指数关系，碳纤维可可明显为叶片减重。明显为叶片减重。风

29、机大型化是未 来发展趋势，随之带来的是各项零部件的增大，其中叶片长度目前已经突破百米，随着叶片长 度的增加，提高叶片强度，减轻叶片质量，碳纤维的经济性日益凸显。 图图12: 风机旋转半径与叶片质量几乎呈指数关系风机旋转半径与叶片质量几乎呈指数关系 图图13: 叶片长度和叶片重量的关系叶片长度和叶片重量的关系 资料来源：中国复合材料集团有限公司，民生证券研究院 资料来源：中国复合材料集团有限公司，民生证券研究院 而且而且，碳纤维抗疲劳碳纤维抗疲劳性能性能也也明显明显优于浸渍优于浸渍玻璃纤维玻璃纤维。在拉挤工艺仍被维斯塔斯垄断的时 候， 我们这里探讨浸渍法， 在 20 年的寿命期间， 碳纤维预浸料

30、的疲劳损伤很小； 疲劳情况下， 主要包括不饱和聚酯树脂、环氧树 脂、乙烯基树脂等；近年来聚氨酯也 逐渐被应用到基体材料领域 夹芯材料以PVC泡沫最为常见，此外 PMI泡沫、SAN泡沫、Balsa（轻木） 以及天然纤维（竹纤维）也可被用作 夹芯材料 主要有聚氨酯、氟聚合物以及聚丙酸 酯三类，其中聚氨酯因具有较强的附 着力，耐油耐磨性，而被广泛使用 主要有碳纤维增强复合材料（CFRP） 和玻纤增强复合材料（GFRP），碳纤 维呈现取代玻璃纤维的趋势 玻璃纤维材质的叶片叶根弯矩远超过碳纤维材质的叶片。 图图14: 碳纤维碳纤维与与玻璃纤维材料的疲劳性能对比玻璃纤维材料的疲劳性能对比 图图15: 静态

31、和疲劳状态下玻璃纤维和碳纤维的叶根弯矩静态和疲劳状态下玻璃纤维和碳纤维的叶根弯矩 对比对比 资料来源：中国复合材料集团有限公司，民生证券研究院 资料来源：中国复合材料集团有限公司，民生证券研究院 2.2 仅从材料角度：减重仅从材料角度：减重 24.1%-32.5%，成本提升，成本提升 14%-20.7% 仅从材料角度：叶片减重仅从材料角度：叶片减重 24.1%-32.5%，成本提升，成本提升 14%-20.7%。从材料成本角度：参考 目前的材料价格，我们对 57 米（3MW） 、74 米（7MW） ，90 米（10MW）叶片进行减重和叶 片材料成本角度的经济性测算，得出主梁采用碳纤维的叶片重量

32、分别减少 27.0%、24.1%和 32.5%，而单个叶片材料成本分别增加 19.7%、20.7%和 14.0%。目前以海风为代表的风机单体 装机已经到了 6MW-10MW 区间甚至更高的单体装机，在碳纤维的经济性方面将日益明显。 表表4: 碳纤维叶片的减重及材料成本经济性测算碳纤维叶片的减重及材料成本经济性测算 叶片叶片 指标指标 单位单位 WEI57WEI57- -3000G3000G WEI57WEI57- -3000C3000C WEI74WEI74- -7000G7000G WEI74WEI74- -7000C7000C WEI90WEI90- -10K10K- -G G WEI90

33、WEI90- -10K10K- -C C 基 础 信息 长度 m 57 57 74 74 90 90 风轮直径 m 116 116 153 153 185 185 额定功率 MW 3 3 7 7 10 10 外壳材料 环氧树脂浸渍 无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍 无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍 无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍无 碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍 无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍 无碱玻璃纤维 主梁材料 浸渍玻璃纤维 碳纤维预浸料 浸渍玻璃纤维 碳纤维预浸料 浸渍玻璃纤维 碳纤维预浸料 主梁设计 盒式（2 腹板） 工字梁 （1腹板） 盒式梁 （2腹板） 工字梁（1 腹板） 盒式梁 （2腹板） 工字梁 （1

34、腹板） 材 料 质量 碳纤维预浸料 kg - 1,298 - 3,598 - 4,500 干碳纤维 kg - - 干玻纤 kg 9,444 5,632 27,506 17,085 35,438 19,524 环氧树脂 kg 3,494 2,084 11,499 7,560 13,112 7,224 巴沙木 kg 875 926 2,125 2,344 2,600 2,700 PVC 泡沫 kg 235 235 920 1,040 815 815 粘合剂 kg 286 286 480 480 991 991 合计合计 kg 14334 10,461 41,219 31,293 52,955 35

35、,753 减重减重 % -27.0% -24.1% -32.5% 材 料 单价 碳纤维预浸料 美元/kg 14 14 14 14 14 14 干碳纤维 美元/kg 14 14 14 14 14 14 干玻纤 美元/kg 0.9 0.92 0.9 0.92 0.9 0.92 环氧树脂 美元/kg 4.9 4.85 4.9 4.85 4.9 4.85 巴沙木 美元/kg 13.4 13.4 13.4 13.4 13.4 13.4 PVC 泡沫 美元/kg 8.7 8.69 8.7 8.69 8.7 8.69 粘合剂 美元/kg 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 材 料 价

36、格 碳纤维预浸料 美元 - 18,172 - 50,372 - 63,000 干碳纤维 美元 - - - - - - 干玻纤 美元 8,688 5,181 25,305 15,718 32,603 17,962 环氧树脂 美元 16,947 10,107 55,768 36,666 63,593 35,035 巴沙木 美元 11,725 12,408 28,475 31,410 34,839 36,180 PVC 泡沫 美元 2,042 2,042 7,995 9,038 7,079 7,079 粘合剂 美元 3,861 3,861 6,480 6,480 13,384 13,384 合计合计

37、 美元美元 43,264 51,772 124,023 149,683 151,498 172,640 同比同比 % 19.7% 20.7% 14.0% 成 本 构成 碳纤维预浸料 % 26% 24% 27% 干碳纤维 % 干玻纤 % 39% 24% 39% 25% 41% 25% 环氧树脂 % 34% 21% 38% 25% 35% 21% 巴沙木 % 18% 20% 15% 17% 15% 17% PVC 泡沫 % 4% 4% 5% 6% 4% 4% 粘合剂 % 5% 5% 3% 3% 5% 6% 合计合计 % 100% 100% 100% 100% 100% 100% 资料来源：中国复合

38、材料集团有限公司，民生证券研究院 碳纤维碳纤维应用于叶片后， 不仅可以帮助叶片本身减重， 而且还应用于叶片后， 不仅可以帮助叶片本身减重， 而且还对整机成本降低有明显帮助。对整机成本降低有明显帮助。 对于减重后的叶片对整机成本的降低有较大的帮助， 例如轮毂的重量一般是叶片重量呈线性关 系，叶片减重后对轮毂的减重也有帮助，同时安装时间方面也可获得一定节省。 2.3 维斯塔斯解决了什么问题？维斯塔斯解决了什么问题？ Vestas 采取拉挤工艺采取拉挤工艺，大幅下降的碳纤维成本，大幅下降的碳纤维成本，引领风电叶片进入碳纤维时代引领风电叶片进入碳纤维时代。2015 年 之前， 碳纤维应用在风电叶片的工

39、艺主要是预浸料或织物的真空导入， 部分采用小丝束碳纤维， 平均价格偏高，近些年采用大丝束拉挤梁碳纤维，价格降低了很多（根据国产碳纤维在风电 叶片产业中的机会披露，单价由 23 美元/kg 降至 2016 年的 14 美元/kg） 。虽然碳纤维的用 量和制件大幅增加，但单体碳纤维叶片成本却大大降低了，主要因为风电叶片（主要是大梁） 碳纤维复合材料价格大幅度降低了。2015 年 Vestas 开始应用碳纤维，采用拉挤工艺（小丝束（小丝束 改用大丝束，改用大丝束，2022 年年 7 月专利到期）月专利到期） ，占全球碳纤维叶片的 80%以上份额（根据国产碳纤维 在风电叶片产业中的机会披露，2017

40、年消耗 2 万吨碳纤维，占全球风电用量的 83%） ，装机 分布在 2MW-3MW 之间（国内目前陆风平均装机容量基本也处在该区间） ，国内中材科技、中 复连众推出碳纤维叶片。 图图16: 拉挤工艺生产碳纤维拉挤板材拉挤工艺生产碳纤维拉挤板材示意图示意图 资料来源：吉林化纤公告，民生证券研究院 表表5: 2014-2018 年全球风电叶片用碳纤维数据汇总年全球风电叶片用碳纤维数据汇总 年份年份 碳纤维碳纤维 单价单价 制件制件 单价单价 碳纤维碳纤维 用量用量 碳纤维用碳纤维用 量占比量占比 制件制件 产量产量 制件产量制件产量 占比占比 碳纤维碳纤维 产值产值 碳纤维碳纤维 产值占比产值占比

41、 制件制件 产值产值 制件产制件产 值占比值占比 单位单位 美元美元/kg/kg 美元美元/kg/kg K Kt t % % K Kt t % % 百万美元百万美元 % % 百万美元百万美元 % % 2014 23 50 6 11 138 9 2015 23 50 18 24.2 27.7 24 414 16 1385 10 2016 14 18 18 230 27.7 23 252 12 480 4 2017 14 18 19.8 23 30.5 23.5 277 12 530 4.2 2018 14 17.5 22 23.8 33.8 23.8 308 12.8 590 4.3 资料来源：

42、 国产碳纤维在风电叶片产业中的机会 ，民生证券研究院 维斯塔斯的维斯塔斯的主梁设计大幅提高碳纤维含量主梁设计大幅提高碳纤维含量进行进行减重，并通过标准件生产降低成本、减重，并通过标准件生产降低成本、保证保证 性能性能。维斯塔斯的叶片主梁结构设计如下图所示，其把整体成型的主梁主体受力部分拆解 为高效、低成本高质量的拉挤梁片标准件，然后把标准件一次组装整体成型。按照这种设按照这种设 计和工艺制造出来的碳纤维主梁，兆瓦级叶片均可使用计和工艺制造出来的碳纤维主梁，兆瓦级叶片均可使用。这种设计的优点： 通过拉挤工艺生产方式大大提高了碳纤维体积含量， 减轻了主体承载部分的质量； 通过标准件的生产大大提高了

43、生产效率，保证产品性能的一致性和稳定性； 大大降低了运输成本和最后组装整体成型的生产成本； 预浸料和纺织物都有一定的边角料，拉挤梁片及整体灌注极少。 图图17: 风电叶片大梁采用的风电叶片大梁采用的 3 种工艺种工艺 图图18: VESTAS 的主梁结构示意图的主梁结构示意图 资料来源: 国产碳纤维在风电叶片产业中的机会 ，民生证券研究院 资料来源: 国产碳纤维在风电叶片产业中的机会,民生证券研究院 大梁大梁结构设计结构设计创新创新是是维斯塔斯推动维斯塔斯推动叶片碳纤维化的叶片碳纤维化的关键关键点，其专利技术将于点，其专利技术将于 2022 年年 7 月月 到期到期。维斯塔斯在推动全球叶片碳纤

44、维趋势下做的工作主要是采取了高效、低成本、高质量的 拉挤梁片工艺， 但究其根源维斯塔斯在大梁结构的革命性创新设计才使拉挤梁片的使用成为可 能（2002 年 7 月 19 日分别向中国/丹麦等国家知识产权局、欧洲专利局、世界知识产权局等 国际性知识产权局申请了以碳纤维条带为主要材料的风力涡轮叶片的相关专利， 预计 2022 年 7 月专利保护到期） 。 表表6: 目前全球已不少风电企业开始应用碳纤维叶片目前全球已不少风电企业开始应用碳纤维叶片 公司公司 叶片叶片尺寸尺寸/机组功率机组功率 部位部位 应用应用形式形式 Gamesa 42.5m/2Mw 梁帽 预浸碳纤维与预浸玻璃纤维交替 44m/2

45、MW, 62m LM 61.5m/5MW 梁帽/后缘 碳纤维和玻璃纤维混合 Vestas 44m/3MW 梁帽 全碳纤维 GEC 48.5m 梁帽 全碳纤维 Nordex 44m/2.5MW 梁帽 全碳纤维 56m/5MW NEG 40m/1.5MW 梁帽 木质材料与碳纤维混合 Dewind 40m/2MW 梁帽 全碳纤维 Repower 40m/2Mw 梁帽 碳纤维和玻璃纤维混合 GmbH 56.5m/5MW 梁帽/叶根 全碳纤维 MTorres 40m 梁帽 全碳纤维预浸料 美国能源部 9m 蒙皮全表面 碳纤维和玻读纤维混合 南通东泰 2MW 梁帽 全碳纤维 中材科技 56m/3MW 梁帽

46、 全碳纤维 中复连众 39.2m/2MW 梁帽 全碳纤维 资料来源：新材料在线，民生证券研究院 国内国内风电叶片厂碳纤维用量从风电叶片厂碳纤维用量从 2015 年年开始暴增开始暴增， 2020 年国内风电叶片年国内风电叶片碳纤维碳纤维用量用量在在 全球比例持续攀升至全球比例持续攀升至 65%。Vestas 的碳纤维复合材料主要由 Zoltek（被东丽收购） 、土耳 其的 DowAska、 国内的光威 复材和江苏澳盛以及中国台湾的台塑提供， 导致国内风电叶 片厂碳纤维用量从 2015 年开始暴增。国内中材科技、中复连众等企业开始推出碳纤维叶 片。 表表7: 2014-2020 年我国风电碳纤维使

47、用量级占全球风电碳纤维使用量的比例年我国风电碳纤维使用量级占全球风电碳纤维使用量的比例 年份年份 单位单位 2 2014A014A 2 2015A015A 2 2016A016A 2 2017A017A 2 2018A018A 2 2020A020A 叶片碳纤维用量 Kt 0 0.9 3.0 3.06 8.0 20 占全球比例 % 0% 5% 15% 13% 36.4% 65.4% 资料来源： 国产碳纤维在风电叶片产业中的机会 ，民生证券研究院 2015 年年以来国内以来国内厂商厂商开始开始为维斯塔斯供货，为维斯塔斯供货， 但但国内厂商国内厂商仍仍以以海外碳纤维丝为原材料海外碳纤维丝为原材料。

48、 2015 年随着维斯塔斯开始采用碳纤维叶片之后，其选择的是卓尔泰克（Zoltek）的大丝束 为其供应商， 选择国内的光威复材和江苏澳盛为其复材供应商， 导致国内叶片用碳纤维用 量从 2015 年开始暴增（产业链本质上是光威复材等从卓尔泰克购买碳纤维丝后加工为复 材供维斯塔斯，因为我们看到的国内叶片碳纤维用量暴增大部分不算国内份额） 。2020 年 虽然我国碳纤维使用量 4.9 万吨，但进口依赖度高达 62%。 图图19: 2020 年中国碳纤维需求年中国碳纤维需求-应用（吨）应用（吨） 图图20: 中国碳纤维需求量（吨）中国碳纤维需求量（吨） 资料来源: 2020 年全球碳纤维复合材料市场报

49、告 ，民生证券研究院 资料来源: 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 3 碳纤维产业链情况碳纤维产业链情况 完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程。首先，产业链上游企 业先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并经氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈经 聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；然后，产业链中下游企业再经过预氧化、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；碳纤维与树脂、 陶瓷等材料结合， 可形成碳纤维复合材料， 最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终 产品。 图图21:

50、 碳纤维产业链情况碳纤维产业链情况 资料来源：吉林碳谷公告，民生证券研究院 表表8: 我国目前碳纤维原丝和碳纤维的已投运产能及拟建规划（截止我国目前碳纤维原丝和碳纤维的已投运产能及拟建规划（截止 2020 年底，吨年底，吨/年）年） 公司简称公司简称 原丝原丝 碳纤维碳纤维 拟建（含在建）设规划拟建（含在建）设规划 碳谷+宝旌 40,000 8,500 十四五期间拟建 20 万吨原丝+8 万吨碳纤维+1 万吨复合材料 中复神鹰 21,250 8,500 在西宁建设 2 万吨碳纤维产能，2020 年 已建成 4000 吨 江苏恒神 13,750 5,500 光威复材 12,750 5,100 在