（报告出品方/作者：湘财证券，王攀）
1碳纤维具备战略地位，我国仍处于追赶阶段
1.1碳纤维是重要战略物资，应用领域广泛
碳纤维（CarbonFiber，简称CF）是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等有机母体纤维采用高温分解法在1,摄氏度以上高温的惰性气体下裂解碳化（其结果是去除除碳以外绝大多数元素）形成碳主链机构制成的无机纤维，是一种含碳量在90%以上的无机高分子纤维。
碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低，强度比钢高，是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的纤维，并具有低密度、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，是发展国防军工与国民经济的重要战略物资，应用于国防工业以及高性能民用领域，涉及军工、航空航天、海洋工程、体育用品、汽车工业、新能源装备、医疗器械、工程机械、交通运输、建筑及其结构补强等领域。
1.2碳纤维的分类
碳纤维可以按照原丝种类、力学性能、丝束规格、原丝制备工艺等不同维度分为不同种类。
按照原丝种类，目前已实现工业化的碳纤维原丝主要有聚丙烯腈（PAN）原丝、沥青纤维和粘胶丝，由这三大类原丝生产出的碳纤维分别称为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。其中，粘胶基碳纤维因制造工艺复杂、碳化得率低仅有20-30%，成本高、产量小。沥青基碳纤维尽管原料来源丰富，碳化得率高达80-90%、成本低，但强度较低致使其应用领域受限。PAN基碳纤维由于生产工艺相对简单，产品力学性能优异，用途广泛，自20世纪60年代问世以来，迅速占据主流地位，占碳纤维总量的90%以上，沥青基、粘胶基的产量规模较小。因此，目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。
按力学性能分，碳纤维分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1MPa、模量为GPa左右；高性能型碳纤维又分为高强型（强度大于2MPa、模量大于GPa）和高模型（模量GPa以上）。强度大于4MPa的又称为超高强型；模量大于GPa的称为超高模型。碳纤维因其优异的力学性能作为增强材料而广泛应用，因此业内主要采用力学性能进行分类。业内产品分类主要参考日本东丽的牌号，并以此为基础确定自身产品的牌号及级别。按照现行聚丙烯腈基碳纤维国家标准的力学性能分类，PAN碳纤维分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型四类。
按照丝束规格，亦即每束碳纤维中单丝根数，碳纤维可以分为小丝束和大丝束两大类别，一般按照碳纤维中单丝根数与1,的比值命名。早期小丝束碳纤维以1K、3K、6K为主，逐渐发展出12K和24K。小丝束碳纤维性能优异但价格较高，一般用于航天军工等高科技领域，以及体育用品中产品附加值较高的产品类别，主要下游产品包括飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等。一般认为40K以上的型号为大丝束，包括48K、50K、60K等。大丝束产品性能相对较低但制备成本亦较低，因此往往运用于基础工业领域，包括土木建筑、交通运输和能源等。随着目前碳纤维制作工艺的提升及产品价格的下降，小丝束在工业领域的运用已逐步拓宽。
PAN基碳纤维原丝是生产高品质碳纤维的技术关键，原丝品质缺陷，如表面孔洞、沉积、刮伤以及单丝间黏结等，在后续加工中很难消除，从而造成碳纤维力学性能的下降。PAN基碳纤维原丝的生产过程为将丙烯腈单体聚合制成纺丝原液，然后纺丝成型。按纺丝溶剂区分，包括DMSO（二甲基亚砜）、DMAC（N,N-二甲基乙酰胺）、NaSCN（硫氰酸钠）等不同类别；按照聚合工艺的连续性，可以分为一步法、两步法；按照纺丝工艺，可以分为湿法和干喷湿纺法。
1.3碳纤维产业链价值逐环增大，碳纤维制备工艺流程复杂
完整的碳纤维产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程。从石油、煤炭、天然气均可以得到丙烯，丙烯经氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝，再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维，并可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，作为生产碳纤维复合材料的原材料；碳纤维经与树脂、陶瓷等材料结合，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。
碳纤维产业链下游价值逐环放大。根据《中国碳纤维行业现状及发展趋势》（俞胜华，），在碳纤维整体产业链中，不同阶段产品价格大幅增值，同一品种原丝的售价约40元/公斤，碳纤维约元/公斤，预浸料约元/公斤，民用复合材料约在1,元以下/公斤，汽车复合材料约3,元/公斤，航空复合材料约8,元/公斤，每一级的深加工都有大幅度的增值。
碳纤维制备环节工艺流程复杂，原丝质量决定碳纤维性能高低，氧化碳化工艺决定碳纤维最终力学性能。进入21世纪，碳纤维生产工艺技术己经成熟，其中PAN基碳纤维产能最大、应用最为广泛，工艺技术也相对更加成熟，其生产关键包括单体聚合、纺丝、预氧化、碳化、表面处理等环节。丙烯腈自由基共聚制备纺丝原液，原液通过纺丝工艺得到PAN原丝，原丝再经过预氧化、碳化、石墨化及后处理等一系列工序得到具有乱层石墨结构的高性能碳纤维。其中PAN原丝的质量控制是生产高性能碳纤维的基础，而预氧化和碳化工艺则决定碳纤维最终的力学性能。
单体聚合阶段，制备纺丝原液有一步法和二步法，一步法是采用均相溶液聚合的方法，直接获得均一的PAN溶液，再经洗涤、脱单、脱泡一系列处理后得到纺丝原液，优点是黏度低、可直接纺丝，而缺点是产物收率低，溶剂不易再回收，需要有洗涤、精制等工序。二步法是通过非均相聚合工艺，制得PAN固体粒子，粉料再经清洗、干燥、粉碎和溶解后制得均匀的PAN溶液，再经后续的脱单、脱泡处理，获得纺丝原液，相对于溶液聚合，这种方法的优点是可以获得分子量较高、分子量分布比较均匀的聚合物，并且聚合速率较快、转化率较高。缺点是纺丝前需要重新溶解，相较于一步法增加一道程序，同时ＰＡＮ固体粒子的分离和干燥耗能较大。
纺丝：在制备PAN原丝过程中，纺丝工艺主要有湿法纺丝和干喷湿纺。湿法纺丝是纺丝原液从喷丝头出来后直接浸入凝固液中，这种方法工艺简单，容易控制，典型代表是东丽T、T，通过这种方法制备的碳纤维表面有沿纤维轴向排布的沟槽，这种沟槽增大了碳纤维表面积有利于碳纤维与树脂的物理啮合，提高复合材料界面结合性能，但同时沟槽也是碳纤维表面的缺陷，容易产生应力集中，影响碳纤维的拉伸强度。干喷湿纺是原液从喷丝头流出后先经过空气再浸入凝液中，纺丝速度快，纤维致密，表面光滑，PAN分子链段沿纤维方向排列取向优化，拉伸强度更高，但缺点是纺丝原液细流断裂后原液容易沿喷丝头漫流，严重影响纺丝过程的连续性，同时容易残留的有机溶剂。
预氧化：原丝碳化前，为防止PAN纤维在高温中熔融，要对原丝进行预氧化处理，即将原丝置于-℃预氧化炉的氧化气氛中，分子链延纤维轴向取向，形成热稳定性能好的梯形结构。预氧化工艺的关键在于温度控制及设备排风，要及时排除炉内反应热防止局部过热导致纤维断裂。
碳化：经过预氧化处理后，预氧丝要在高纯度氮气的保护下进行两次碳化处理，分别是低温碳化，温度一般为-℃；高温碳化，温度一般为1-0℃。预氧化过程中产生的热稳定性梯形大分子发生交联，氢、氮、氧等元素随着碳化温度升高逐渐裂解排出，纤维中碳元素含量从60%提高到90%以上，最终得到乱层石墨片状结构的PAN基碳纤维。
石墨化：如果进一步制备高模量石墨碳纤维。则对碳化处理后的碳纤维进行石墨化处理，温度一般控制在为2-3℃，高纯度氩气作为介质气氛，碳纤维内部结晶在一定张力下进一步发生取向，最终产生有序的二维网面层状石墨结构纤维，碳元素含量也进一步提升到99%。
表面处理及上浆：表面处理是为了提高碳纤维表面与树脂基体的界面结合强度，未经表面处理的碳纤维表面具有石墨材料的天然化学惰性，反应活性低与树脂浸润性差，不能形成稳定的结合界面，当复合材料受到比较大的力的作用时，作为增强相的碳纤维不能有效传递来自树脂基体的载荷，阻止破坏发展，使得复合材料性能降低使用寿命减少。目前碳纤维表面处理的方法主要有两大类，分别是氧化处理和化学接枝。上浆是在碳纤维表面形成一层有效保护膜，隔绝环境中的杂质及水分，从而提高纤维的集束性和耐磨性，改善使用中的工艺性能。上浆剂成分和含量对碳纤维表面活性和纤维与树脂基体之间的界面性能有很大的影响，是目前碳纤维生产商的核心技术之一。（报告来源：未来智库）
2我国碳纤维技术水平逐渐缩短与国际差距，但在应用技术开发及产业链生态上仍较为薄弱
2.1国际碳纤维企业进入成熟发展阶段
国际碳纤维产业经过60年的发展，经历了完整的技术发明-实验技术研发-工程技术研发-规模工业化-产业链整合及应用拓展的历程。19世纪八十年代，英国人JosephSwan和美国人ThomasEdison首先发现了最原始的碳纤维——碳丝，并且申请了发明专利，20世纪50年代美国聚焦于粘胶基碳纤维，而日本大阪工业试验所的近藤昭男于年发明了PAN基碳纤维制备技术。
20世纪60年代是由日本与英国为主导的实验技术研发时期，日本主要有大阪工业试验所、东海碳素公司和日本碳素公司（最早获得近藤的专利授权）、东丽、三菱、东邦等；英国主要有皇家航空研究所（RAE）、皇家原子能公司(AERA)、考陶尔兹(Courtaulds)，罗尔斯-罗伊斯(Rolls-Royce)等。年，英国皇家航空研究所（RAE）的瓦特等人打通了生产高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的工艺流程，使聚丙烯腈（PAN）基碳纤维成为主流产品。年，日本东丽公司舍弃了质量较差的民用腈纶，采用共聚原丝作为生产PAN基碳纤维的前驱体，并突破了预氧化工艺和碳化工艺的关键技术。
20世纪70年代英国、美国、日本技术合作频繁，实现了吨/年的工程化产能，美国赫拉克勒斯（Hercules）在英国碳纤维技术转移时获得英国皇家航空研究所碳化技术，日本东丽、东邦、三菱也纷纷与美国相互转让技术，同时碳纤维在体育器材等民用领域开始应用。20世纪80年代碳纤维单线产能达到千吨/年，东丽公司基本完成了现有绝大部分产品系列，碳纤维应用突破至航空航天领域，英国由于缺乏应用支撑开始向新兴国家转让技术，同样地技术转让也促使美国工业碳纤维开拓者卓尔泰克的诞生。
20世纪90年代国际碳纤维行业兴起并购大潮。美国航空材料厂赫氏（Hexcel）并购了美国赫拉克勒斯；美国石油巨头阿莫科（AMOCO）整合了大部分美国的碳纤维资源，最后这些碳纤维资产在1年成了氰特（CYTEC）；德国石墨巨头西格里（SGL）在年收购了英国考陶尔兹留下的RKcarbon。2年前后除了延续并购外，碳纤维工业应用开始起步，碳纤维产品开始进入压力容器、工业机器、船艇、土木工程和建筑、修复和补强等领域。7年卓尔泰克与风电巨头维斯塔斯（VESTAS）建立合作，碳纤维应用拓展至风电领域。年以后碳纤维航空航天、风电需求迅猛增长，并试图进入汽车轻量化领域。同时碳纤维产业内部整合更加深入，年东丽收购卓尔泰克。
2.2我国通过自主研发掌握高性能碳纤维制备技术，与国际差距逐步缩窄
我国从20世纪60年代初期与日本基本上同步开展了PAN原丝及碳纤维研究工作，最早从事碳纤维研发的机构主要为中科院山西煤化所、长春应用
化学研究所、化学研究所（北京）。年11月张爱萍将军主持的“”会议上确定PAN碳纤维为战略核武器的关键材料，组织了全国力量进行科技攻关，对几乎所有可能的溶剂工艺路线都进行了探索，但由于当时体制机制、基础科学、工程技术、工业装备等诸多原因，我国一直停留在制备少量低性能碳纤维材料的水平，国防军工用于结构材料的高性能碳纤维几乎全部依赖国外产品。到20世纪末，我国在PAN原丝及碳纤维领域与国外先进水平相差甚远，工程化技术没有得到有效的突破，面临着既无法引进技术、又不能进口高性能PAN碳纤维、通用碳纤维供应极不稳定的严峻局面，甚至连技术发展方向都未能达成基本一致。国防军工结构材料用的碳纤维无货可供，国防军工急需、民口规模化应用的碳纤维全部依赖进口。
2年在师昌绪先生牵头发起了中国碳纤维技术攻关的又一轮战略构思，在师老的请示受到中央的高度重视下，1年10月国家科技部决定设立碳纤维关键技术专项（代号专项）。在政策支持、机制体制调整和专家组指导下，“十五”结束时我国聚丙烯腈碳纤维国产化研发已经有了根本性的改观，国防建设关键材料的难题之一，CCF-1级（相当于日本东丽T级）碳纤维的工业规模制备关键技术，开始向国防工业供货。后续又经过近十年碳纤维关键技术攻关和聚丙烯腈碳纤维的重大基础科学问题研究，在“十五”、“十一五”、“十二五”三个五年计划重点专项的强力支持下，基本上完成了高性能碳纤维及其复合材料国产化的过程，高性能碳纤维关键技术突破和产业规模生产。
国内主要企业碳纤维基本实现了对T级至T1级、M40级别的产品覆盖，产品性能指标与对应的日本东丽产品相当。中复神鹰在国内率先突破T级、T级、T1级干喷湿纺核心技术，在干喷湿纺碳纤维的技术成熟度方面具有一定优势；光威复材、恒神股份过往以湿法碳纤维为主，近年来逐渐突破了干喷湿纺工艺技术，开发了T、T级及T1级干喷湿纺产品并陆续推出市场，目前已形成批量化的干喷湿纺产品市场销售。
2.3我国应用技术薄弱，产业链生态尚未成熟
通过碳纤维国际发展历史，我们看到在不同发展阶段，正是由于应用领域的发展材支撑了碳纤维技术的不断进步，而在此过程中工艺、产品无法适应相关应用领域的企业，也最终被淘汰出局。这表明一个先进材料的诞生成长，离不开高端应用支撑的产业链与生态。
目前，国外已经形成设计、制造、分析及验证、应用牵引系统化的碳纤维复合材料体系。如日本东丽和美国赫克塞尔都有预浸料、织物、短切纤维、夹层材料等中间成型物，同时，直接为客户提供量身定制的复合材料解决方案和产品，方便了客户的使用，也解决了碳纤维产品与树脂匹配性问题。由于国内大部分碳纤维复合材料企业技术尚不成熟，缺乏相应的研发及工艺支持，未能形成体系化、系列化的碳纤维产业链发展模式。（报告来源：未来智库）
3航空航天提供长期需求支撑，风电仍是增长驱动力
3.1全球碳纤维需求保持增长，我国自给率仍有较大提升空间
年全球碳纤维需求继年之后再次突破10万吨级，达到10.69万吨。在全球新冠疫情的影响下，年全球碳纤维需求较年增长3%，与年的全球需求同比增长率12%相比已较大幅度放缓，但仍然保持了增长的态势。拉长来看，近五年全球碳纤维需求年均复合增速为9.3%。
根据CompositesWorld相关估计，全球所有领域对碳纤维的需求为11.38万吨，年有望增加到18.04万吨，年均复合增速预计为9.65%。根据广州奥赛碳纤维预计，年和年全球碳纤维需求有望分别达到20万吨和40万吨，年均复合增速分别为13.3%和14.9%。
年中国碳纤维需求规模为4.89万吨，同比年增长29%，-年年均复合增速达到23.82%,-年增速明显提升。年国内碳纤维需求同比增幅远高于全球碳纤维需求同比增幅，一方面是受全球风电叶片对碳纤维需求大幅增长，同时国际风电叶片代工由欧洲转向国内带动，另一方面国内需求结构决定受受疫情负面影响相对于国外较小。
根据广州奥赛预测，年和年中国碳纤维需求有望分别增长至9.41万吨和14.95万吨，-年年均复合增速有望达到25.1%。
我国碳纤维需求长期依赖于进口供给，年碳纤维国产化率得以明显提升。年以前我国碳纤维需求80%以上需要从国外进口，碳纤维供给对外依赖度很大，尽管近几年有所提高，但国内自给率仍仅为30%左右。年受疫情打断进口供应链和日美等主要碳纤维生产国紧缩对国内的供给影响，国产碳纤维供应量大幅增长至1.84万吨，占需求量的38%，自给率较年增长6个百分点，国产替代趋势明显。
全球碳纤维需求结构较为分散，下游应用领域众多，按照需求量统计风电、航空航天、体育休闲和汽车是主要的应用领域，占比分别为29%、15%、14%和12%，各应用领域分布相对均衡。而我国碳纤维需求主要集中在风电和体育休闲领域，分别占比41%和30%。未来随着碳纤维行业供应能力增强及国产化率提升，我国碳纤维需求结构有望向高端应用领域渗透。
3.2我国军用航空碳纤维需求有望提升，商业航空碳纤维需求有望逐步恢复
3.2.1我国军用航空为碳纤维提供长期需求空间
航天航空领域，以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料，在导弹、运载火箭和卫星飞行器上也发挥着不可替代的作用。其应用水平和规模已关系到武器装备的跨越式提升和型号研制的成败，碳纤维复合材料的发展推动了航天整体技术的发展。碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力件上。
碳纤维复合材料是生产武器装备的重要材料，在战斗机和直升机上碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。随着技术进步碳纤维的产量不断增大，质量逐渐提高，而生产成本稳步下降，各种性能优异的碳纤维复合材料将会越来越多地出现在航天航空领域中。
由于碳纤维复合材料在结构轻量化中无可替代的材料性能，在军用航空的应用领域得到了广泛应用和快速发展，自20世纪70年代至今，国外军用飞机从最初将复合材料用于尾翼级的部件制造到用于机翼、口盖、前机身、中机身、整流罩等。采用复合材料构件不仅可实现轻量化和设计自由度大，而且可以整体成型，减少零件数量，降低生产成本并提高生产效率。从年起，美国F14A战机碳纤维复合材料用量仅有1%，到美国F-22和F35为代表的第四代战斗机上碳纤维复合材料用量达到24%和36%，在美国B-2隐身战略轰炸机上，碳纤维复合材料占比更是超过了50%，用量与日俱增。
我国军费持续增长，军费向装备倾斜。自年以来，我国国防预算增长率维持在6.6%-8.1%之间，根据年政府预算草案，年军费支出增速预计增长7.1%，近两年军费支出增长有所回升。据《新时代的中国国防》，我国国防费由人员生活费、训练维持费和装备费三部分构成，-年，我国国防费中装备费从亿元增至亿元，年均增速13.44%，在国防费中占比从33.2%增至41.1%，军费支出向装备倾斜。
据《新时代的中国国防》，-年我国国防费占GDP的平均比重为1.3%，我国国防费占财政支出的平均比重为5.3%，低于美、俄、印等国，我国防投入不足与我国经济地位不加匹配。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出，要“加快国防和军队现代化，实现富国和强军相统一”、“提高国防和军队现代化质量效益”、“促进国防实力和经济实力同步提升”，因此未来我国军费支出有望维持稳定增长。考虑到当前航空航天装备已成为现代战争制胜的关键要素，未来我国航天航空投入仍将处于较快增长。
我国不仅在航空装备数量上与其他大国有差距，而且在先进装备结构上也有较大差距，根据WorldAirForces数据，美国军机数量约1.3万架，我国仅3余架。从结构上看，美国战斗机以三、四代机为主，我国战斗机中二代机尚占据半壁江山，缺乏战略轰炸机及重型直升机。随着近十年武器装备研制大量军费投入，重点型号近年来逐步定型列装将有望为碳纤维需求提供长期增量空间。
根据沈阳所扬州院对国产战机未来数量的预测，未来15年国产战机的数量将达到美国的七成左右，年将达到架左右。其中战斗机将达到2架，大型飞机达到1架，教练机1架，直升机架。按照各型军机空重和碳纤维复合材料比例，未来军机碳纤维需求量将达到吨，年均需求吨。
3.2.2民用航空有望迎来复苏拐点，国产大飞机C订单释放有望驱动碳纤维需求
20世纪80年代开始，碳纤维复合材料开始应用在客机上的非承力构件，在早期的A、B和B上，碳纤维复合材料的占比仅为5%-6%，随着技术的不断进步，碳纤维复合材料逐渐作为次承力构件和主承力构件应用在客机上，其质量占比也开始逐步提升，到A时，复合材料占比达到23%，具体应用在客机主承力结构部件如主翼、尾翼、机体、中央翼盒、压力隔壁等，次承力结构部件如辅助翼、方向舵及客机内饰材料等，开创了先进复合材料在大型客机上大规模应用的先河。而最新的B和A，复合材料的用量达到了50%以上，有更多部件使用碳纤维，例如机头、尾翼、机翼蒙皮等，使用量大大提升。
受波音Max停飞事件和新冠疫情的影响，-年全球范围内商用飞机的交付量显著下降，对航空航天领域碳纤维需求造成较大影响，广东奥赛预计年航空航天领域碳纤维需求预计下降30%。随着疫情逐渐得到控制，航空行业得以复苏，年空客及波音飞机交付量均出现回升，民用航空有望迎来复苏拐点。
据中国商飞年公布的C订单信息显示，C国内外用户达到28家，订单总数达到，年海航集团有限公司与中国商用飞机有限责任公司签署战略合作框架协议，计划未来逐步引进并运营架C大型客机，我国C意向订单有望突破1架。年3月1日，中国东方航空作为国产大飞机C全球首家启动用户，与中国商飞公司在上海正式签署C大型客机购机合同，首批引进5架，东航将成为全球首家运营C大型客机的航空公司，标志着我国C将逐步进入交付阶段。
根据广东奥赛预测，全球航空航天碳纤维需求有望在年恢复至疫情前水平，年预计增长至2.63万吨，较年增幅60%。
3.3风电将持续驱动碳纤维需求快速增长
风能成为全球清洁、更具竞争力的能源的主流来源。过去20年风能得到了突飞猛进的发展。世纪之初，它是欧洲和美国的一个利基能源，而目前却成为全球清洁、更具竞争力的能源的主流来源，同时风电装机不断壮大成为仅次于太阳能光伏的新能源部署。从最初相当昂贵开始，风能如今在全球约三分之二的地区比新建的煤炭或天然气更具成本竞争力。随着陆上风电技术的成熟，海上风电已被政府和国际机构视为能源转型的下一个游戏规则改变者。在接下来的十年里，建设新的风能将比运营现有的煤炭或天然气发电厂更具成本效益。
政策推动和技术改进叠加成本显著下降推动风电装机量迅速增长，拉动风电领域碳纤维需求快速增长。-年全球风电累计装机容量从GW增加至GW，年均增速14.14%。过去十年陆上风电的快速发展离不开政策持续推动、风电机组技术不断进步、以及由于规模经济、竞争力增强和行业不断成熟带来的总安装成本、运营和维护(OM)成本以及LCOE的明显下降。在风电装机快速增长拉动下，年全球及中国风电领域碳纤维需求分别增长20%和44.93%，迅速成为碳纤维应用最高的领域。
碳纤维作为大功率机组叶片材料更具综合成本优势，风电机组大型化大容量发展趋势将拓展其应用空间。出于经济性考虑，当前主流的叶片为玻璃钢材质（GFRP），但随着低速风机和海上风机的不断发展，叶片长度的不断增加，部分结构使用碳纤维或碳纤/玻纤混合材料在综合成本上将更具优势。
根据测算，40米以上的风电叶片中关键结构如梁帽、主梁使用碳纤维复合材料一方面可使叶片自重减少38%，成本降低14%；另一方面提高叶片抗疲劳性能，提高输出功率，以碳纤维为材质可更容易生产出大直径和自适应的风电叶片。碳纤维与传统玻璃纤维复合材料相比，可实现20%-30%轻量化效果，同时保持了更加有益的刚性和强度，而通过采用气动效率更高的薄翼型和增加叶片长度，能提高风能利用率和年发电量，从而降低综合使用成本，使得碳纤维及其复合材料在风电叶片领域使用广泛。
国际市场上，风电巨头Vestas生产的V-90型3.0MW风机叶片已经实现了较玻璃纤维相比减重32%、降本16%的效果，荷兰戴尔佛理工大学研制的m直径叶片，梁结构采用碳纤维重量减轻40%。年全球新增海上风电机组的平均功率已经突破6MW，而新增陆上风机的平均功率也达到2.9MW。我国陆上风电已从8-年以1.5MW级别机型为主流，提升至年以2.5MW为主，而3MW以上的风电机组占比已超过30%，同时单机容量4-5MW级别机组已经小批量投产。我国海上风电方面，从首个海上风电场以3MW级别为主提升至年5MW以上级别为主流。
“双碳”国家战略提升风电发展天花板，中长期将持续驱动碳纤维需求空间。年9月，在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布我国的“双碳”战略，力争于年前达到峰值，努力争取年前实现碳中和。年12月，在气候雄心峰会上进一步宣布，到年，中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。年3月我国对外公布“十四五规划”，提出“十四五”末中国非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。
基于双碳战略和十四五规划目标，我们测算风电市场容量，若正常完成政策目标，则-五年及-十年风电年均新增装机容量分别为44GW和49GW，较十三五期间按年均29GW分别增长51.7%和69%；若超过目标1个百分点，则五年年均和十年年均风电新增装机容量分别为53.7GW和54.7GW，分别较十三五增长85.2%和88.62%。
3.4体育休闲将保持对碳纤维的稳定需求
碳纤维在体育休闲市场中，主要使用于高尔夫球杆、曲棍球棍、网球拍、钓鱼竿、自行车架、滑雪板、赛艇等高端体育休闲市场。其应用主要基于碳纤维的轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等特点。例如碳纤维复合材料制作的高尔夫球杆比金属杆减重近50%，碳纤维自行车较铝材减重40%且实现更高的车架精度。钓鱼竿、球拍、滑雪板、高尔夫球杆等体育用品的碳纤维多使用大丝束碳纤维（≥24K）。
全球近90%的碳纤维体育器材加工在中国大陆和中国台湾完成，年全球体育休闲用品领域碳纤维需求为1.54万吨，同比增长2.67%；国内体育用品领域碳纤维需求量为1.46万吨，占国内需求总量的30%，较年增长4%。
根据广东奥赛预测，年全球体育休闲领域碳纤维需求将达到1.97万吨，年均复合增速5%。
4国内供给对外依赖度高提供空间，全球格局仍为巨头垄断仍存压力
年全球碳纤维运行产能约为17.17万吨，较年增加1.68万吨，主要是卓尔泰克在匈牙利增加的5,吨，碳谷+宝旌（前精功碳纤维）增加的2,吨，中复神鹰增加的2,吨，光威增加的2,吨，晓星公司增加的2,吨。
从区域角度来看，美国是产能最多的国家，运行产能达3.73万吨，占年全球碳纤维运行产能的22%；中国大陆位居第二，运行产能为3.62万吨，占比为21%；日本位列第三，运行产能为2.92万吨，占比为17%。尽管我国运行产能占比较高，但由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术的突破，生产线运行及产品质量不稳定，销量产能比仅为51%，对于正常开车企业，达产率在65%以上，甚至有企业达到90%以上，因此国内碳纤维行业仍呈现有产能、无产量的现象。但较之和年的33.6%和45%的销量产能比，也表明我国碳纤维企业已跨越低达产率阶段，向正常水平迈进。
全球碳纤维市场格局仍由国际巨头垄断，小丝束产品主要集中在日本企业，大丝束产能则主要在欧美。从全球碳纤维行业产能分布看，日本企业在全球小束丝碳纤维市场份额占到约58%，其中日本东丽占比27%、日本东邦占比18%、日本三菱占比13%；全球大束丝碳纤维市场集中度更高，基本被美国Zoltek和德国SGL两家控制，Zoltek全球占比49%，德国SGL全球占33%。
进口供给受限叠加国内有效供给不足，国内碳纤维短期呈现供需紧张格局。年以来受全球新冠疫情的影响，全球贸易整体受到较大冲击，国外碳纤维出口国内的难度加大，国内碳纤维市场整体呈现供不应求的局面。年下半年以来，日本、美国加强了对碳纤维出口中国的政策管控，导致国内碳纤维境外供应难度进一步较大。
年12月22日，因日本东丽子公司出口碳纤维流入了未获日本《外汇及外国贸易法》许可的中国企业，日本经济产业省对该公司实施了行政指导警告，要求东丽子公司防止再次发生此类事件，并彻底做好出口管理。年2月24日，美国总统拜登签署了行政命令，在联邦机构间展开为期天的审查，以解决四个关键产品供应链中的漏洞，其中包括碳纤维，主要目标是增强供应链的弹性，以保护美国免于未来面临关键产品短缺。但受制于国内碳纤维整体技术水平与日本、美国的差距，以及有效产能不足的问题，国内碳纤维整体呈现供需紧张格局。
5投资分析
在航空航天等高端领域建立领先优势，在高端碳纤维具备自主技术体系且实际产能加速释放的公司，以及开始向碳纤维产业链上下游全覆盖，未来有望通过规模扩张降本增效，拓展产品应用领域的公司。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
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