2022年碳纤维行业细分产业及供需结构分析

1、2022年碳纤维行业细分产业及供需结构分析1.碳纤维需求：碳纤维应用广泛，新能源需求旺盛碳纤维在可量产纤维材料中性能最佳，下游领域逐步拓展。碳纤维是由聚丙烯腈（PAN） 等有机纤维，在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于 90%的碳主链结构无机纤维，其中 全球 90%以上的碳纤维通过 PAN 制造。碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性，是目前 已大量生产的高性能纤维中比强度和比模量最高的纤维。相比于传统的高性能纤维玻纤、 玄武岩纤维等，碳纤维重量轻/低密度（密度是钢的 1/5、铝合金的 1/2）、高强度（T300 拉 伸强度3500MPa，T1000/6370MPa，T1200/9000MPa）

2、、高模量（弹性强弱，T300/230GPa， T800/290GPa，M40/400GPa）、耐高温（2000以上强度不降）、耐腐蚀（耐海水及各种 酸碱盐等介质腐蚀）、热膨胀系数小（急冷急热下尺寸稳定性高）、导热/导电性能独特（可 用于电加热及军工屏蔽防护）。随着技术成熟和成本下降，碳纤维已逐步应用到航空航天、 风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域。需求体量看，2021 年碳纤维在全球/中国有 12/6 万吨、34/16 亿美元市场规模，预计至 21-25 年 CAGR 为 13%/26%，国产碳纤维需求预计保持 30%以上高增长。据赛奥碳纤维技术 2021 年全球碳纤

3、维复合材料市场报告（下称“市场报告”），2021 年全球碳纤维整体需 求约 11.8 万吨/34 亿美元，同比+10%/+30%；预计 25/30 年需求分别达到 20/40 万吨， 21-25/21-30 年 CAGR 为 13%/14%。2021 年中国碳纤维需求约 6.2 万吨，同比+28%，占 到全球需求量的 53%，同比+7pct。其中国产/进口为 2.9/3.3 万吨，同比+58%/+9%，国产 碳纤维增速已连续 4 年超 30%。预计国内碳纤维需求在 2023/2025 年总体达到 9.9/15.9 万 吨，21-23/21-25 年 CAGR 为 26%/27%，其中国产 CA

4、GR 预计为 42%/39%。目前国内大 部分碳纤维需求依靠进口满足，2021 年国内需求自给率 47%（2.9/6.2 万吨），随着国内下 游需求的逐步打开，据市场报告，预计到 2023/2025 年碳纤维自给率可达到 54%/61%。进 口碳纤维主要来自日本、美国等，根据海关总署的数据，2021 年我国进口碳纤维产品合计 为 2.8 万吨，同比+4%，其中碳纤维/碳纤维预浸料/制品 0.6/0.2/2.0 万吨，同比 +54%/+79%/-7%。需求结构看，碳纤维下游需求以风电叶片、航天航空、体育休闲、汽车为主。从全球需求 来看，碳纤维下游相对分散，风电叶片（主梁、梁帽）、航空航天（飞机构

5、件）、体育休闲 （球拍/钓具等）、压力容器（氢气瓶）为主要应用领域，2021 年合计占到全球需求的 67%。 而国内碳纤维主要应用于风电叶片、体育休闲和碳碳复材，2021 年三者合计占比达到 75%。从附加值来看，航空航天单价达到 72 美元/kg，产品相对高端，市场基本被海外公司所占 据；风电叶片单价最低（16.8 美元/kg），全球应用相对更多。21 年汽车领域碳纤维需求同 比增速下降较多，21 年全球汽车碳纤维用量 9.5 万吨，同比-24%，主要系两款大面积采用 碳纤维的宝马 I8 与 I3，分别在 2020 年底与 2021 年中停产。体育用品中碳纤维的发展速度 相对较低，2021

6、年全球体育用品碳纤维用量 1.9 万吨，同比+3%，预计 2025 年 2.0 万吨， 21-25 年 CAGR 达到 5%。风电叶片：价格下行拖累，受益于大型化及海风景气玻纤增强复合材料为风电叶片主流材料，2021 年碳纤维在风电叶片中渗透率或不到 10%。 现阶段大型风机的叶片外壳主要材料为玻纤增强复合材料、玻纤+碳纤维增强复合材料、碳 纤维增强复合材料，玻纤价格较碳纤维价格优势明显（约为 1/10 以下），玻纤增强复合材 料为叶片制造主流选项。据明阳智能（601615 CH）招股书（2019 年），1GW 风电装机对 玻纤需求量约 1 万吨；根据 GWEC（全球风能理事会），2021 年

7、全球风电装机量 93.6GW， 以上可得对应 2021 年理论风电领域玻纤用量 93.6 万吨。碳纤维主要用作风电叶片的主梁 或分段叶片连接区域，承担主要荷载作为结构材料；其次是用在塔架前缘，通过加热除冰， 作为功能材料，但用量少。事实上当叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片反而比玻纤叶片便 宜，因为材料用量、劳动力、运输和安装成本等都下降。一个直径为 120m 的风机叶片， 由于梁的质量超过总质量一半，梁结构采用碳纤维和采用全玻纤相比，质量可减轻 40%左 右1。据市场报告，2021 年碳纤维风电需求 3.3 万吨，计算可得碳纤维在风电叶片中的渗透 率仅 3%，但考虑到碳纤维使用后整体重量可减轻

8、40%左右，故实际渗透率有所低估，假 设考虑 40%减重影响，渗透率为 7.5%，整体或不超过 10%。叶片大型化和大功率化有望加速碳纤维渗透率提升。随着风电行业商业化及市场竞争的不 断加剧，以及低风速风机和海上风机的用量增多，风机叶片正逐步向大型化、轻量化的方 向发展。通过加大风轮长度增加扫风面积，进而提升低风速下风电发电效率是风电行业的 发展趋势，风电叶片大型化是行业趋势。此外增加叶片长度同时避免叶片质量大幅增加是 叶片制造企业降本的重要方式，目前解决方案主要包括应用更高模量的玻纤作为增强材料、 增强材料加入碳纤维/使用更高比例碳纤维、采用新型树脂材料、叶片制造工艺改进。风电迎来快速发展机

9、遇，叶片大型化尤其是海上风电的快速发展有望加速碳纤维产业化， 预计 21-25 年全球风电叶片碳纤维需求量 CAGR 为 25%。双碳目标下，风电已经成为重要 的发展领域。根据风能北京宣言的目标，到 2030 年，我国风电至少要达到 8 亿千瓦， 年均复合增长率达 12%；到 2060 年，风电至少达到 30 亿千瓦。海上风电因最小的涡轮机 额定功率为 3MW，且耐腐蚀性等要求更高，碳纤维有望成为最佳的使用材料。21 年海上 风电抢装后，预计 22 年海风新增装机量有所下滑，在风电降本以及海风基地带动下，23 年以后海上风电有望再次恢复快速增长，根据 GWEC（全球风能理事会）预测，2026

10、年全 球海上风机装机量有望达到 31.4GW，23-26 年 CAGR 为 38%。据 2021 年全球碳纤维复 合材料市场报告（以下简称“市场报告”），2025 年全球风电叶片碳纤维需求有望达到 8.1 万吨，22-25 年 CAGR 为 25%。短期招标价格快速回落，或助力 22 年招标量快速增长。22 年以来风机招标价格屡创新低， 根据北极星电力网披露，22 年 1 月，华润电力（0836 HK）云南宜良中营 80MW 风电项目 风力发电机组货物及服务采购项目，中标价格 1904 元/KW，跌破 2000 元/KW，此后到 2 月底部分招标价均在 1800-2500 元/KW 波动，但

11、3 月 15 日深能苏尼特左旗 500MW 特高 压风电项目，招标价创新低至 1408 元/KW。“十三五”期间，陆上风机价格约为 3000-4000 元/千瓦，现在已快速降至 1500 元/KW 左右，风机价格实现减半，我们认为大型化是风电 行业快速降本的重要推手，深能苏尼特左旗 500MW 特高压风电项目中标风机均为 6MW， 随着风机大型化持续推进，风机价格有望进一步下降。汽车轻量：轻量化理想复材，单车潜在用量空间广阔碳纤维是汽车轻量化最佳选择，但 2020 年车用碳纤维量仅为车用玻纤量的 4.5%，替代空 间大。据中简科技（300777 CH）招股书，欧洲铝协研究数据表明，若汽车整车质

12、量降低 10%，燃油效率可提高 6%-8%；具体从绝对量来说，汽车重量每降低 100kg，每百公里可 节约 0.3-0.6L 燃油，二氧化碳排放可减少约 10g/Km，新能源汽车续航可提高 6%-11%。随着复合材料技术的不断进步，如今碳纤维复合材料在汽车车身、尾翼、汽车底盘、发动机 罩、汽车内饰等各个地方。宝马 i3 大批量应用碳纤维复合材料，减重约 250-350 公斤；宝 马 7 系轿车碳纤维复合材料仅占 7 系轿车车体结构的 3%，但贡献了 40kg 的减重。据市场 报告，2024 年全球汽车用碳纤维需求量达 1.3 万吨。18 年中国交通运输领域玻纤消费量约 53 万吨，其中 70-

13、80%用于汽车制造使用的玻纤增强材料（假设为 75%），则理论汽车用玻 纤体量为 40 万吨，则碳纤维在汽车中使用量仅为玻纤的 4.5%，价格高昂仍为主要劣势。 据市场报告，22-24 年全球汽车用碳纤维 CAGR 为 10%，24 年有望达到 1.26 万吨。航空航天：单机用量可超 50%，但需求仍在缓慢恢复航空航天领域复材应用比例提升是主要逻辑，碳纤维可用于中央翼盒、整机身段等主承力 结构件，玻纤主要用于零散飞机蒙皮和内部仪器的通讯罩等。碳纤维在航空航天领域的需 求仅次于风电叶片。据市场报告，2021 年航空航天碳纤维需求大部分市场份额为商用飞机， 占比 35%。据中简科技及中复神鹰招股书

14、，在航天航空领域，碳纤维复合材料主要应用于 飞机的结构材料，可占飞机整机重量的 30%左右，部分机型可 50%以上，如波音 B787 及 空客 A350。飞机复材重要的里程碑主要是 A380 第一个将复材用于中央翼盒的大型民机， 整机复材用量超过 25%；A350 和 B787 整机复材用量超 50%。碳纤维在航空中优势有：1） 民航客机的燃油成本占据了整个运营成本的 40%左右，碳纤维与常规材料相比可使飞机减 重 20%-40%，飞机整体重量减轻 6%-12%，可节省较多燃油成本；2）克服了金属材料易 疲劳和易腐蚀的缺点，增加了耐用性；3）降低结构设计成本和制造成本大幅度。以上高端 领域基本

15、为欧美日本等国家碳纤维公司占据。据国际复材（未上市）招股书，高强玻璃纤维做成的直接纱、短切纱、经编织物等产品用 于制造飞机蒙皮、行李架等部件，低介电玻纤用于火箭、导弹、卫星的电磁通讯窗口及雷 达罩，整体用量空间相对碳纤维少。疫情重挫航空领域需求，预计碳纤维需求至 25 年仍处于恢复阶段。2021 年全球航天航空 碳纤维需求量 1.6 万吨，同比持平。疫情影响下，全球航空业受挫严重，据市场报告，2020 年全球航空客运量较 2019 年下降约 63%；波音（BA）及空客（AIR）大幅度减少了飞机 的产能。由于航空航天市场复杂且疫情恢复时间未知，未来该领域碳纤维需求量需要较长 的恢复时间，预计 2

16、024/25 年重回高增长，并达到 1.9/2.1 万吨，22-25 年 CAGR 6%。压力容器：燃料电池汽车景气，加速碳纤储氢瓶渗透20 年全球压力容器复材市场规模约 15 亿美元/20-26 年 CAGR 5%，碳纤维主导的 III、IV 型储氢瓶为车载储氢主流模式。压力容器的发展始于上世纪 50 年代，早期主要采用玻纤、 芳纶纤维等传统材料，60 年代开始逐步采用硼纤维和碳纤维等新型增强复合材料。根据 Market Watch 的全球复合材料压力容器市场报告，截至 2026 年，全球复合材料压力容器 的市场规模预计将从 2020 年的 14.5 亿美元增至 19.6 亿美元，复合年增长

17、率为 5.2。前 期天然气存储和运输一直为压力容器供应链的重点，但自 2020 年起储氢压力容器受到更多 关注。储氢瓶作为目前主流的燃料储存方式，可将氢气以气态、液态、固态三种状态储存 在氢瓶中，保持氢能源车的能源供给，赋予氢燃料车低成本、低能耗、高充放气速度等特 点，得到主流车厂的大力推广。目前共有 4 种主流高压气态储氢方案，其中 I、II 型储氢瓶 重量大、成本低，多用于储氢站等固定式应用场景；III、IV 型储氢瓶采用碳纤维全缠绕的 方式加强罐体，具备轻量化的同时保持良好的力学性能，实现了高压气态储氢由固定式应 用向车载储氢应用的转变。政策指引燃料电池汽车渗透率快速提升，有望带动碳纤维

18、需求高增。1）2017 年 4 月 25 日， 三部委发布的汽车产业中长期发展规划指出，应加速提高国内 IV 型瓶关键技术和产品 水平；2）2019 年 6 月 26 日中国氢能源及燃料电池产业白皮书（2019 版）显示，2030/2050 年 我 国 燃 料 电 池 商 用 车 销 量 有 望 达 36-72/160-300 万 ， 占 商 用 车 市 场 份 额 的 7%-13%/37%-70%；2030/2050 年，我国燃料电池乘用车销量占全体乘用车市场份额的 3%/14%，氢能消费占交通领域整体用能的 19%-28%；3）2020 年 3 月 23 日国家发改委、 能源局联合印发氢能

19、产业发展中长期规划（2021-2035 年）提出，2025 年基本掌握核 心技术和制造工艺，燃料电池车辆保有量约 5 万辆，部署建设加氢站，可再生能源制氢量 达到 10-20 万吨/年，实现二氧化碳减排 100-200 万吨/年；2030 年，形成较为完备的氢能 产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，有力支撑碳达峰目标实现；2035 年，形成 氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。据市场报告，2025 年全球压力容器碳纤维需求有望达到 2.3 万吨，22-25 年 CAGR 为 20%。2021 年我国压力 容器碳纤维需求达 0.3 万吨，17-21 年 CAGR

20、 为 19%。碳碳复材：光伏热场核心材料，碳纤维用量增速最高碳/碳复合材料逐步成为主流热场材料，光伏行业高景气拉动碳纤维需求。碳/碳复合材料指 以碳纤维为增强体，以碳或碳化硅等为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合 材料，凭借质量轻、耐烧灼、抗热冲击、高温强度高、损伤容限高、可设计性强等优良性 能逐步成为主流热场材料。目前碳/碳复合材料在热场应用领域具有较高的渗透率，且不断 向大直径、高强度、长寿命发展，以满足单晶硅的发展需要。在全球气候变暖以及化石能 源日益枯竭的背景下，可再生能源开发日益受到国际社会的重视，在光伏发电成本持续下 降和新兴市场拉动等多因素推动下，全球光伏市场将保持快速

21、增长。2010 年-2020 年全球 光伏市场稳步扩张，其中中国扩张速度最快，光伏累计装机量由 0.5GW 提升至 4.82GW， 累计装机量位于全球首位。21-25 全球光伏累计装机量复合增速有望达 18.9%。2021 年 10 月 24 日，中共中央、国务 院印发关于完整准确全面观测新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见，在双碳“1+N” 政策体系中明确了“1”的顶层设计指导意见，强调应提升能源利用效率、提高非化石能源 消费比重。2020 年我国非化石能源消费占一次能源消费比重为 15.9%，预计截至 2025 年 该比例提升至 20%，其中光伏及风电发电量达 14533 亿千瓦时。若按光

22、伏平均年发电利用 小时数 1200h 计算，预计截至 2025 年，光伏累计装机量达 5.81 亿千瓦，5 年复合增速达 18.9%。受益于政策推动，光伏需求可持续发展，碳/碳复合材料将保持较快增速。碳/碳复材逐步实现进口替代，渗透率快速提升。碳/碳复合材料在热场系统中逐步超越国外 等静压石墨产品，2020 年成为主流。根据金博股份可转债募集书，2020 年坩埚、导流筒、 保温筒中碳/碳复合材料占比分别超过 95%/60%/55%，预计 2025 年渗透率将达 100%/90%/85%，热场行业对碳/碳复合材料总需求突破 70 亿元。据市场报告，2021 年全 球碳碳复材碳纤维需求量为 0.8

23、5 万吨，同比+70%，2025 年有望达到 2.43 万吨、22-25 年 CAGR 为 30%。体育休闲：市场保持平稳，碳纤维应用有望持续增长体育休闲领域应用广泛，中国加工保持较高份额。碳纤维具有质量轻、高比强度、高比模 量、高疲劳强度、高阻尼等优秀特性，在体育休闲器材得到了广泛运用。2021 年，体育休 闲领域对碳纤维的总需求量达 18500 吨，其中高尔夫球杆对碳纤维的需求量最高，占比达 27.2%，其次为自行车和钓鱼竿，占比分别为 24.9%、22.7%。随着健康生活、绿色出行等 理念的流行，体育休闲领域的碳纤维需求有望稳定增长。根据中复神鹰公司招股书数据， 全球近 90%的碳纤维体

24、育器材加工在中国大陆和中国台湾完成，目前在台中、厦门、东莞 等地形成碳纤维体育用品产业的集聚区，占有优势地位。据市场报告，2025 年全球体育休 闲碳纤维需求有望达到 2.25 万吨，21-25 年 CAGR 为 5%。2020 年我国体育休闲碳纤维需 求达 1.46 万吨，17-20 年 CAGR 为 11%。2.碳纤维供给：扩产热潮下高端低成本产品有缺口产能扩张热潮显现，国企加速碳纤维布局供给体量上，2021 年全球碳纤维产能 21 万吨，技术和应用受限导致产能利用率仅 57%， 国内产能利用率已在加速追赶国际水平。2021 年全球碳纤维运行产能约为 20.76 万吨。从 区域角度来看，中

25、国大陆是产能最多的国家，运行产能达 6.34 万吨，占 2021 年全球碳纤 维运行产能的 31%；美国位居第二，运行产能为 4.87 万吨，占比为 24%；日本位列第三， 运行产能为 2.5 万吨，占比为 12%。2021 年全球需求量仅 11.8 万吨，占运行产能的 57%， 实际产能利用率较低。据百川盈孚统计，2021 年度国产碳纤维总产量 1.92 万吨，产能利用 率 46%（2018 年仅 34%），主要系涌入碳纤维行业的大多数企业在一些关键技术上无突破， 生产线运行及产品质量不稳定，导致“有产能，无产量”的现象出现，另下游应用未完全打开 和疫情亦有影响。国际上正常开车的企业，达产率

26、通常在 65%以上，因 21 年下半年国内投 产产能较多，全年实际产能利用率预计高于 46%的水平，达产率正趋近国际水平。碳纤维进入加速扩产阶段，2025 年前全球新建产能约 21 万吨，国内占到 85%以上，但原 丝工艺依然有望限制有效产能增长，且基本为大丝束。据市场报告，全球主要企业未来计 划扩产约 15 万吨，其中海外公司 3.4 万吨，国内公司 11.7 万吨。根据我们统计，实际国内 其他企业未来亦有规模较大的扩产计划，不完全统计下预计国内有 18 万吨，产品多为大丝 束纤维，主要应用于轨道交通、风电能源等领域。碳纤维的核心技术为原丝制备技术，需 要经过长期的技术研究和工程化实践，国际

27、上形成了湿法纺丝和干喷湿法纺丝两种原丝制 备工艺，干喷湿纺工艺具有碳纤维表面缺陷少、拉伸性能和复合材料加工工艺性能优异、 纺丝速度快等优点。国际上日本东丽和美国赫氏率先实现了干喷湿纺工艺的突破。由于干 喷湿纺工艺技术难度较大，目前世界上仅少量企业掌握该生产技术并形成成熟的碳纤维产 品，国内绝大部分碳纤维制造企业仍以湿法碳纤维产品为主。我们认为碳纤维制造需要长 期的技术和人才积累，激进的产能扩张不一定会带来行业供给的显著恶化，部分新增产能 仍然面临开工率低及成品率低的情况。据市场报告预计，全球 22-24 年新增产能 3.7/4.7/5.3 万吨。供给结构来看，目前碳纤维仍处于海外企业领头的局面

28、，但国产碳纤维替代率逐步提升。 长期以来，国内碳纤维市场中海外碳纤维的供给量远超国产碳纤维。根据公司招股书数据， 2020 年国产碳纤维供给量为 1.84 万吨，占国内需求的比重仅为 38%。但 2020 年以来，疫 情影响下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，同时日本美国加 强对碳纤维出口中国的政策管控，进一步加大碳纤维境外供应的难度，国产碳纤维面临加 速进口替代的机遇期。国有资本加大收购兼并布局碳纤维，已形成中国建材/陕煤集团/吉林化纤集团/宝武集团为 首的四大碳纤维主力。国有资本加大进入国产碳纤维行业的力度，成为目前的一种趋势， 双方在优势方面形成互补。2019 年

29、3 月陕煤集团（未上市）通过二级市场定向收购恒神 40% 股份，成为控股股东。另吉林化纤集团和宝武集团（均未上市）也在通过兼并收购加速布 局，逐步形成三大碳纤维主力。我们认为，碳纤维逐步成为传统材料大型集团的转型突破 口，如陕煤集团“以煤为基、能材并进、技融双驱、蜕变转型”战略的新尝试且具备悠久 的技术积累，宝武集团在钢铁及非金属新材料领域处于全球领先地位，吉林化纤集团作为 老牌化纤企业具有超 40 年的化纤技术沉淀，未来碳纤维布局更为宏大。海内外格局集中，龙头强者恒强高筑壁垒海外龙头占据全球 48%产能，国内供给格局集中。供给格局看，卓尔泰克被东丽收购后全 球传统的七大碳纤维巨头变为六大巨头

30、，日本东丽等全球龙头企业已经基本完成国际产业 基地布局，尤其是日本东丽，数十年时间，在日本、韩国、美国、法国、匈牙利、墨西哥 完成大小丝束的布局。巨头们无论是生产技术、成本、应用、生态，都主导着全球碳纤维 行业。其中日本东丽、西格里、三菱丽阳、日本东邦占据全球 48%的产能。2021 年中国碳 纤维原丝/碳纤维产能 CR4 占 85%/70%，同时产业技术进步明显，头部企业产品规格和结 构更加丰富。碳纤维在投资和技术层面要求高，具备强者恒强的基础。碳纤维处于产业化初期，单吨投资 较高，根据中复神鹰/中简科技/光威复材招股书，碳纤维单吨投资额大约在 20-30 万元/吨的 水平，高强高模碳纤维试验级别的单吨投资在 120 万元/吨左右；而接近于日本东丽中高端的 高强高模碳纤维产品，单吨投资在 1300 万元/吨的级别。相比于玻纤单吨投资 1 万元而言， 产线投资额更具挑战，而目前单线水平最高仅在 1 万吨左右，高强高模的仅在百吨左右。此 外，与玻纤中铂铑合金投资占主导相类似，碳纤维设备投资占到项目建设总投资的 50%-80% （预浸料在 40%以上），如果没有优质高效的设备或者没有较好的商业化路径提升产能利用 率，投资建成后面临较高的折旧，盈利堪忧。产业化初期更考验企业的投资理