碳纤维行业发展机会分析风电及航空航天领域是短期发力点.docx
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碳纤维行业发展机会分析风电及航空航天领域是短期发力点
碳纤维行业投资机会分析
风电及航空航天领域是短期发力点
1.碳纤维需求总量判断：
全球市场稳步増长f中国发展速度
较快
近年来,全球碳纤维市场需求呈稳步增长态势。
2019年全球碳纤维需求10.37万吨,据赛奥碳纤维技术预测,未来5年碳纤维仍将保持约13%的需求増速。
图2;全球碾幷维需求拎侯增悅
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全球的碳纤维下游应用主要是风电叶片、航空航天、体育休闲和汽车四大领域,2019年这四个领域合计需求75800吨，占比高达80.9%,需求价值23.24亿美元，占比达80.98%。
图4;2019年全球碳纤维分应用需求价值
■风电叶片■航空航夭■体育休闲■汽车
混配模成型■压力容器■建筑■碳碳复材■电子电气■电缆芯■船舶■其他
资料来源:
赛奥碳纤维技农、安信证券研究卡心
中国碳纤维市场近年快速増长，国产化率逐步提升。
在2017年之前,国内市场需求大多被进口纤维满足,国产纤维在国内市场的份额与贡献很少,2017年，国产纤维达7400吨,实现巨大增长，增速为105%。
2019年中国碳纤维的总需求为37840吨，对比2018年的31000吨，增长了22%,其中,进口量为25840吨（占总需求的68%,比2018增长了17.5%）,国产纤维供应量为12000吨（占总需求的31.7%）,国产纤维供应増速为22%。
2019年的增长率少于2018,其重要原因是供不应求。
据赛奥碳纤维技术预测,未来国产碳纤维需求有望实现30%的较高增速,高于全球（约10-15%）的水平，乐观估计在2025年前后，国产碳纤维有望超过进口。
資料来汲:
赛咚戰幵堆扶术、安信注慕硏究中p
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图7:
2049年中国碳纤维需求价值来源（千美元）
2%
■日本■中国■中国台湾
■美国
韩国■墨西哥■英国■匈牙利■土耳其■其他进口
资料来源:
赛奥碳纤维技术、安信证券研究中心
国内碳纤维仍主要为日本产品。
当前国内碳纤维的需求主要由国内、日本和中国台湾满足。
从直接数据来看,国产碳纤维是国内碳纤维的最大供应方，但实际上,日系产品仍是国内碳纤维需求的最大来源，因为从韩国进口的碳纤维主要来自于东丽在韩国的子公司东丽（韩国）,此夕卜,被东丽收购的ZOLTEK在墨西哥、匈牙利和美国生产的产品也可归为日系产
品。
从碳纤维的市场需求量来看，国产碳纤维已逐渐向日本产品靠拢，但在价值上仍有较大的差距。
2019年国内碳纤维最主要的使用领域是风叶电片,是行业超高増长的主要驱动者。
大陆和台湾的体育休闲领域合计也占据了总应用需求的半壁江山。
2019年风电消耗13,800吨碳纤维,较2108年的&000吨増加72.5%。
2019年用于风电的国产碳纤维大约有1,000吨，而2018年是全部进口。
显然,这几年跳跃式增长的风电叶片用量（2017:
3,060吨，2018:
8,000吨,2019:
13,800吨），给国内碳纤维企业带来了难得的发展机遇。
图8:
2019年中国碳歼维需求分布（按应用领城〉
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■凤叶电片■屮国大陆体育■中国台湾体育■建筑补强
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■其他
资林*源：
賽奥咬歼堆戟衣、林注泰研寬中心
根据我们对各个细分市场的扫描式分析,2019年全球碳纤维市场由风电领域及航空航天领域提供主要需求增量,这主要依赖于Vestas碳纤维风电机组市场的快速拓展、民航交付量的大幅提升、以及我国航空航天装备的升级和放量,未来这两个领域仍有望维捋较高增长。
长期来看,汽车轻量化及氢燃料电池发展带来的碳纤维市场空间巨大,随看成本方面及应用方面问题的突破解决,碳纤维需求有望爆发增长。
下文,我们将分别对各个应用领域进行较详细的分析。
2.风电叶片领域:
大尺寸化拉动碳纤维需求
2.1.低风速风场和海上风电共同推进叶片大型化发展
风能作为一种最具成本优势的可再生能源近10年来在世界范围内取得了飞速发展,据世界风能协会（WWEA）发布的最新新闻数据显示,截止2019年全球风电装机总量达650GW,较2018年増长10%,其中，中国装机数量高居榜首——超过200GW。
2019
年全球新增风电装机容量为60GW,较2018年增长19%。
根据GWEC预测,2020年至2022年新增风电装机容量将按9%的年增长率递增。
图9；全球风电斷坪装机容:
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■持续增长
新堺装机容值（GW.左轴）—站长帑（%.右铀）
資料兴源:
GWEC.安滋注幕研兗中心
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。
但叶片长度增加会导致叶根受到的荷载增加,使叶根疲劳失效,还会使风轮在摆动方向受到较大荷载,导致扭转变形。
叶片重量增加导致的荷载上升会增加主梁帽层间失效的风险,若重量的增加大于刚度增加，叶片还易发生共振,破坏结构。
因此随看叶片的大型化,使用高刚性、高比强度、高比拉伸模量的材料制造决定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。
图10；风电叶片向大型化发展
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出于成本考虑,碳纤维复合材料在叶片制造中主要用于梁帽、叶根、叶尖和蒙皮等关键部位,其中最主要的应用部位是主梁帽。
近年，随看碳纤维价格走低,其在风电叶片中的应用部位有望増加，从而带动需求量提升。
图11:
风电叶片结构图
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，加上碳纤维成本走低，叶片复合材料工艺得到创新,风电领域对碳纤维的需求大幅増长。
随看风电机组装机量稳步増加以及大型化机组渗透率提升,预计碳纤维在风电领域的需求将持续增长。
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2.2.Vestas引领风电叶片逬入碳纤维时代
2015年以前,风电叶片的碳纤维主要采用预浸料或织物的真空导入加工工艺，部分采用小丝束碳纤维,因此平均价格较高。
2015年后则主要采用大丝束碳纤维拉挤成型工艺，成本明显降低。
能够采用高效低成本高质量的拉挤梁片要归功于Vestas在大梁结构的革命性创新设计。
Vestas把原本为一个整体的主梁主体受力部分拆分为拉挤梁片标准件,然后把这些标准件组装成型。
这种设计优点在于,拉挤成型工艺生产的复合材料纤维体积含量高,主梁主体承载的重量降低；拉挤梁片标准件生产效率高；产品性能稳定；运输成本和组装整成本降低。
Vestas凭借拉挤成型工艺迅速打开市场,—跃成为风电产业龙头,据赛奥碳纤维数据,2019年Vestas风机新增装机容量9.6GW,以18%的份额领先全球。
0913:
Vestas凤茗叶片主塞结构示意图
■叶片主体（TheBodyofBlade）
-玻璃纤维堰强复合材料
GFRP
■梁（Spar）
-破纤维増强复合材料
CFRP
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。
2017年国内为TPI公司（Vestas风电叶片主要供应商之一）等进口的碳纤维量由2016年的2465吨锐减至240吨纤维,差额主要源于Vestas坚定了使用大丝束拉挤成型工艺制备梁帽的路线，使得碳纤维的供应来源向国内的光威复材和江苏澳盛转移。
2018年光威复材生产碳梁5002千米,2019年生产6979千米，同比增长40%。
Vestas的碳纤维消耗量在风电叶片领域为全球之首,2017年消耗2万吨,占比高达83%。
根据我们测算，假设Vestas市占率不变,2018-2022年其消耗的碳纤维量将达到2.8/3.0/3.2/3.4/3.7万吨。
由于风电机的大型化趋势在欧洲増长较为稳定，目前以中国、印度为中心的亚洲以及南美为増速较快的市场。
Vestas在全球共有11个风电叶片厂，在天津设有涵盖叶片厂、控制器厂、发电机厂及机舱厂的大型一体化风能设备制造基地。
TPI在全球共有11个风电叶片厂，在国内江苏大丰，江苏太仓和江苏扬州都设有工厂。
国内碳纤维供应商如光威复材等将显著受益。
Vestas、Gamesa.GEC等海外风电制造企业已对碳纤维市场有了较成功的开拓，据中国产业信息网报道，我国时代新材、中材科技、重通成飞、明阳风电、中复连众等主要的叶片制造商也在积极推进碳纤维应用。
南车时代新材与国防科技大学联合自主硏发的2MW超低风速碳纤维叶片于2014年试制成功,在国内率先成功硏制该类产品，成为南方地区低风速风场复合材料叶片霸主；中材科技自主开发了采用碳纤维主梁的Sinoma75产品,已在福建兴化湾挂机；重通成飞于2018年开发出长达83.6米、重25.2吨的碳纤维叶片,较传统玻璃纤维减重近25%;明阳风电在硏的155米直径的风轮运用到了碳纤维和玻璃纤维混合编制的技术来降低风轮重量；2017年中复连众68米的碳纤维海上风电叶片通过江苏省首台重大装备产品件认定。
我们以Vestas产品为参照对象,根据国内风电机的装机量可测算出,当前,国内碳纤维风电叶片潜在的市场空间约6万吨,市场空间巨大。
图16;国內风电机装机容•童
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S内风电發机客量（GW）碳歼维需赦万吨）
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3.航空航天领域:
民航及航空装备是拉动需求的又一重点
3.1.碳纤维复材在民航结构件上占比可高达
50%航空航天领域的产品耗资巨大，即使是很小的减重也能对总成本产生巨大影响,据波音公司估算,喷气客机质量每减轻1kg,飞机在整个使用期限内可节省2200美元;美国NASA数据显示，航天器每减重1千克,将増加1kg有效载荷,可以节约2万美元。
因此材料的轻量化在航空航天领域至关重要。
图17:
威纤维在杭空病天领城的应用
漫针矣沁:
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全球航空航天领域碳纤维近几年稳定増长,2019年需求2.35万吨，同比増长12%。
Mordorintelligence预计全球航空碳纤维市场2019年-2024年复合年増长率将超过11%。
中国市场2018年需求0.11万吨,同比增长22.2%,高于全球水平。
中国市场在全球市场的占比逐年增长，从2015年的3.1%増长到2019年的4.68%,2022年有望占全球航空航天领域碳纤维需求的6.3%。
2017年,经过了前几年的技术硏究和下游产品的研发准备,随看新航空航天设备硏制结束,批产期到来,国内航空航天领域碳纤维需求迎来快速增长,根据赛奥碳纤维预测,随后两年都有望保持20%以上的高速增长。
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1970年代起碳纤维开始在飞机阻流板,升降陀等二次构造材料上被使用。
积累了实际使用经验后,1980年代后期开始,尾翼和客舱等一次构造材料上也逐渐开始使用碳纤维。
美国波音公司和欧洲空中客车公司这两家大型飞机生产企业在各机型上不断増加碳纤维的使用量,飞机零部件使用的碳纤维型号也从早期的T300变化成T700、T800以及高模高强的M系列碳纤维。
图49;波音和空客各机型夜纤维复合材料使用比例
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2007年投入运营的空客A380以及2009年起航的波音787单机都使用了超过30吨的碳纤维增强复合材料。
波音787的主翼和舱体全部采用碳纤维增强复合材料制造生产，夕卜板也采用全碳制造，碳纤维增强复合材料占据了其结构重量的约50%,可以说是一款划时代的飞机”该款机型是2015年前拉动碳纤维需求增长的主要驱动力。
2016年开始,空客A350成为增加碳纤维需求的重要助力,2017年空客A350XWB交付78架，比2016年增加60%。
此夕卜，2019年亮相的波音777X对发动机^复合材料机翼则进行了优化设计,革命性地采用整体翼梁设计，机翼长度达32米，4根翼梁需要约640km碳纤维丝束,降低了777X的空机重量。
图初：
液音787使用材外及比例
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