“黑色黄金”——碳纤维行业初探（二）
本篇共4960字，主要介绍第四至六章节。
目录
1.0 行业简介
2.0 行业上下游价值链分析
3.0 行业竞争格局
4.0 未来市场空间
4.1 航空航天
4.2 风电叶片领域
5.0 行业政策导向
6.0 总结
4.0 未来市场空间
图8：全球碳纤维市场需求（资料来源：东吴证券研究所）
全球的碳纤维需求为10.7万吨，同比仅增加了3%，主要是疫情对民用航空市场的不利影响，飞机订单大量减少，航空航天领域的碳纤维需求下降了30%，但是风电叶片、压力容器、碳碳复合材料等领域的增势强劲，弥补了航空航天领域负增长，最终实现了2020年的微增长。
此外，根据《2020全球碳纤维复合材料市场报告》的数据，预计2025年就会进入20万吨，2030年会进入40-50万吨，未来10年的年复合增速可达到15%。碳纤维基于其高强度、高模量纤维、耐高温腐蚀能力等特点，可用在航空航天、休闲体育、风电叶片、船舶、工业等众多领域。从中国和全球市场的碳纤维应用领域可以看出，全球碳纤维在航空航天领域的需求占比为15%，要明显高于国内市场的4%。
为什么要说这一部分，主要是航空航天中所使用的碳纤维均为高价值含量，2020年全球航空航天中碳纤维的需求量仅占比为15%，但其价值量占到全球碳纤维价值量的37.7%，可见其价值含量极高。而中国航空航天领域2020年碳纤维需求量仅为4%，还有很大的提升空间。根据WoodMac最新研究《2021年第一季度全球风电市场展望》数据显示，预计未来10年中国的风电新增并网容量稳居全球第一位，碳纤维作为风电叶片的必需原材料势必也会迎来一波需求增长。基于这些数据可以推测，中国未来碳纤维市场需求的增量市场主要是在航空航天、风电叶片领域。
图9：2020年全球及中国碳纤维为需求分布（资料来源：东吴证券研究所）
此外，还有一个国产替代的逻辑。我国2020年碳纤维总需求4.89万吨，其中进口3.04万吨，占比达到了62%。虽然我国碳纤维国产化率从2015年的15%上升到了2020年38%，但是国产化率可提升空间依旧很大。而且，从2020年的8、9月份开始，日本、美国陆续加强了对碳纤维出口中国的政策管控，导致碳纤维进口难度进一步较大。中国2020年的自主保障能力仅37.81%，作为碳纤维需求大国，国外禁运将会进一步刺激对国产碳纤维需求的上升。
分类
2016
2020
2023E
2025E
进口（吨）
15963
30351
48611
66543
国产（吨）
3600
18450
45517
82955
图10：中国碳纤维的需求（资料来源：2020全球碳纤维复合材料市场报告、格菲资本）
4.1 航空航天
碳纤维在航空航天的应用主要分为军用和民用两大领域。2020年中国的碳纤维需求细分市场航空航天仅占4%，与全球碳纤维航空航天占比的15%相差甚远，可提升空间很大。从军用市场来看，碳纤维主要应用在机翼、尾翼、口盖、前/中/后机身等更多核心部件的制造中。碳纤维除了可以帮助飞机减重20%-40%的同时还能克服金属材料容易出现的疲劳和被腐蚀的缺点，增加了飞机耐用性。基于这些优势，碳纤维复合材料应用比例近几年也是稳步提升中。
机型
设计年代
各种战斗机结构材料用量
其他
铝合金
钛合金
钢
碳纤维复合材料
F-14A
1969
39%
24%
17%
1%
19%
F-15A
1972
36%
27%
6%
2%
29%
F-16A
1976
64%
3%
9%
2%
22%
F-18A
1978
49%
13%
17%
10%
11%
F-22
1989
11%
41%
—
24%
24%
幻影2000
1978
—
23%
—
7%
70%
JAS39
1982
30%
—
—
—
70%
阵风
1986
—
—
5%
24%
71%
AV813
1982
44%
9%
—
26%
21%
EP2000
1993
25%
12%
—
40%
23%
图11：世界范围内先进战斗机已大量使用碳纤维复合材料情况（资料来源：信达证券研发中心）
从上面的表中可以清楚地看出，碳纤维复合材料在各机型中的用料占比明显呈现逐步上升的趋势中。根据《World Air Forces2020》数据显示，目前美国拥有军机数量为13266家，我国为3210架，在美国和俄罗斯之后排在世界第三位，可提升空间很大。
国内军用市场未来的增量主要是在两个方面，第一个是，我国航空装备正处于上量阶段时期，未来几年先进战机采购量有望不断增加。国内的战斗机、直升机、运输机等机型虽有新机型入役，但仍有很多老旧军用飞机在役，加上与美国军机在数量上的悬殊，对新型航空装备的需求量迫在眉睫；第二个方面就是新型军机的碳纤维复合材料渗透率的提升，过去由于西方和日本的封锁，中国的一些战斗机不敢使用复合材料，害怕被卡脖子。但是随着我国在碳纤维技术上的突破，我国战机的碳纤维复材占比也逐渐升高。
根据《复合材料在航空战机上的应用》信息显示，我国歼－7战机总重约5.3吨，其中碳纤维复合材料占到了2%，而新型战机总重17吨，碳纤维复合材料占比最高可达到30%。信达证券研发中心和德邦证券对未来10年国内军机机碳纤维复合材料需求量的预测分别为8210吨和7500吨，就按照8000吨来计算的话市场空间也是比较大的。
图12：国产大型喷气客机C919和支线客机ARJ21（资料来源：公开资料）
随着中国商用大飞机C919在国内取得了适航证，意味着国产大型喷气客机在中国民航万亿市场中占有一席之地。而中国自主研发的ARJ21早在2015年时就已经正式进入市场运营，在2019年完成了首飞国际航线，至投入到现在市场运营及销售情况良好。根据中国商飞预测数据，2020-2039年中国民航客机队规模将从2019年的3863架增长到9641架，全球占比将从16.2%增长至21.7%，其产生的市场价值约8万亿人民币（其中单通道客机5.1万亿元），全球占比约22%，是全球民航第一大市场和增长速度最快的市场。
此外，碳纤维作为大飞机配套产业链的重要上游原材料，随着技术的不断发展，碳纤维的渗透率在民航飞机在不断提升中。以空客大飞机为例，其碳纤维复合材料占比从最初的7%（空客A310）上升到了52%（空客A350），碳纤维需求量提升的趋势极为明显。而根据公开资料显示，国产C919大飞机的碳纤维复合材料占比仅为12%，跟空客和波音相比的话可提升空间很大。
根据信达证券研发数据，目前C919和ARJ21-700的飞机订单总数分别为815架和596架，经测算这些在手订单可兑现1383吨碳纤维复材的需求，市场规模超过55亿。
下表是根据太平洋研究院预测统计的2020-2039年中国上得和波音公司的客机订单请，从各个机型的未来交付量可以看出，中国商飞在各类客机中的交付数量还是比较大的，未来随着国内碳纤维技术的提升和渗透率的提高，有望为碳纤维行业带来较大的增量市场。
预测单位
类型
全球交付量（架）
中国交付量（架）
中国商飞
支线客机
4318
920
单通道客机
39127
5937
宽体客机
7219
1868
波音公司
支线客机
2430
380
单通道客机
32270
6450
宽体客机
7480
1590
货机
930
180
图13：2020-2039年全球及中国市场民用飞机交付量预测（资料来源：中国商飞、波音、太平洋研究院）
4.2 风电叶片领域
图14：不同材料在风电叶片上的应用情况（资料来源：信达证券研发中心）
随着风电能源的快速发展，未来风电叶片趋势必然会向大尺寸和高功率的方向发展，而全玻璃钢叶片无法满足叶片大型化和轻量化的要求。碳纤维就成了最佳的选择，碳纤维比普通的玻璃纤维可实现20%-30%的轻量化效果，其减重、耐腐蚀性以及性能要优于传统材料，随着技术的突破和成本的降低，碳纤维及其复合材会广泛地在风电叶片中使用，在风电叶片中大多使用的是24K以上的碳纤维。根据信达证券整理的数据可以看出，当风电叶片的长度大于34米时，碳纤维复合材料的重量要明显低很多。
目前，国外的风电叶片大厂商，像是维塔斯已经实现了碳梁（碳梁是由碳纤维制作而成的大梁，有助于减轻叶片重量并增加其长度，且不会影响到风电叶片整体的强度和刚度。）在风机叶片中的规模化应用。而国内受技术和碳纤维成本过高等因素的影响，目前主要采用的依旧是玻璃纤维。据赛奥碳纤维技术数据显示，全球风电叶片市场对于碳纤维的需求从2014年的0.6万吨上升到了2019年的2.55万吨，年复合增长率高达33.6%。未来随着维塔斯2年的专利到期和国内风电企业在开发碳纤维应用方面有取得进展，会推动碳纤维在国内风电叶片领域规模的扩大。
根据伍德麦肯兹发布《2020年度全球风机整机企业市场份额排名》数据显示，全球新增风电装机容量103GW。而全球风电叶片碳纤维需求大3.06万吨，同比增速20%，其中中国风电叶片领域碳纤维需求量为2.00万吨，占全球总需求的65.36%。粗略地计算一下，1GW大概会需要297吨的碳纤维。根据WoodMac最新研究《2021年第一季度全球风电市场展望》数据显示，预计2021-2030年，全球将新增1TW风电装机容量，那么计算下来全球将新增1TW风电装机容量碳纤维的需求量为29.7万吨。
这里需要说一下这一计算是极其保守的，主要原因一是未来大型化是风电叶片的发展趋势，碳纤维的渗透率将会越来越高；原因二海外风电叶片市场主要采用的是碳纤维，2020年受疫情影响装机量会有所下滑，而中国主要采用的是玻璃纤维，2020年风电叶片碳纤维需求量占全球市场高达65.36%，这会明显拉低碳纤维用量在全球的占比。所以全球将新增1TW风电装机容量碳纤维的需求量为29.7万吨明显是偏低的。
根据未来碳纤维在风电叶片中的渗透率来看，给一个翻倍的空间应该在合理范围内，最终可以算出未来风电叶片增量市场最少有59.4万吨的空间，平均下来每年有5.94万吨的碳纤维市场空间。
图15：2021-2030年全球风电新增并网容量预测（资料来源：WoodMac）
5.0 行业政策导向
碳纤维作为我国的关键战略材料，其应用领域从风电叶片、体育用品、交通建设到国防建设广泛的应用在各个领域。受制于中国碳纤维行业相关核心技术落后和美日国家对这些技术的垄断等原因，导致我国无法满足国家在重大装备等高端领域的需求。自2000年以来，国家开始注重推动了碳纤维的产业化发展并将碳纤维列为重点研发项目。
从2015年到2021年国家陆陆续续的发布多项有关于支持碳纤维发展的政策，伴随着国家政策的支持，我国碳纤维行业在技术上取得了重大的突破，目前产品已经覆盖高强、高模、高强中模、高强高模等领域，与美日等国家的产业技术差异水平逐渐缩小。
政策名称
颁布日期
颁布主体
主要内容及影响
《中国制造2025》
2015年5月
国务院
将碳纤维等先进复合材料列为发展重点，加强基础研究和体系建设，突破产业化制备瓶颈。
《“十三五”国家斩落新新兴产业发展规划》
2016年9月
国务院
加强碳纤维产业链上下游协作配套，开展协同用试点示范，搭建协同应用平台。
《新材料产业发展指南》
2017年1月
工业和信息化部、国家发改委、科技部、国家财务部
明确高性能碳纤维为国家关键战略材料，要求突破高强高模碳纤维产业化技术，组织展开碳纤维应用示范。
《“十三五”材料领域科技创新专项规划》
2017年4月
科学技术部
大力发展高性能碳纤维与复合材料，满足国家重大工程与国防建设的材料需求。
《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2018-2020年）》
2017年4月
科学技术部
解决碳纤维的重大科学问题，突破碳纤维制备及应用的关键共性技术，提升碳纤维复合材料的保障能力和国际竞争力。
《新材料标准领航行动计划（2018-2020年）》
2017年11月
科学技术部
促进碳纤维等新材料关键技术产业化，提升现金复合材料及产用水平，重点发展高性能碳纤维等高性能纤维及其应用。
《重点新材料首批次应用示范指导目录（2018年版）》
2018年11月
国家统计局
将高强、高强中模、高模碳纤维等列为战略新兴产业中高性能碳纤维及制品制造领域的重点产品。
《产业结构调整指导目录（2019年版）》
2019年10月
国家发改委
将碳纤维等发哦性能及制品的开发、应用和生产列为国家产业架构调整指导目录的鼓励类项目。
《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》
2020年9月
国家发改委、科技部、财政部等
提出聚焦重点产业投资领域，围绕保障大飞机等重点领域产业链供应链稳定，加快在高性能纤维材料等领域实现突破，为碳纤维等战略性新兴产业高质量发展、发挥重要引擎作用提供了政策支持。
《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》
2021年3月
全国人大
提出要加强碳纤维等高性能纤维及其复合材料的研发应用，为未来碳纤维行业的技术进步提供了良好的政策环境。
图15：碳纤维相关政策信息（资料来源：信达证券研发中心、公开资料）
6.0 总结
综合来看碳纤维的行业壁垒较高，特别是在一些高性能产品领域，对资金、设备、制作工艺等要求均比较高，目前碳纤维的核心技术被美日等国家垄断着，我国碳纤维厂商虽然已经实现了对不同性能碳纤维的覆盖，但是能实现规模化生产的产品种类较少。国内主要的碳纤维企业以光威复材、中间科技、中复神鹰、恒神股份为代表，虽然在一些核心技术上与美日等国家有些差异，但在近几年国家政策和技术创新的支持下，具备了高强型、高模型、高强中模型以及高强高模型等碳纤维品类的生产能力，实现了零的突破。
此外，根据2020年中国的碳纤维进出口情况，国内碳纤维市场明显是供不应求的局面，碳纤维的自给率不足40%。再加上美日在2020年相继对出口中国的高性能碳纤维产品颁布了禁令，在未来更是会加剧市场需求的增长。从下游应用需求来看，未来我国的碳纤维市场的增量市场主要来自于航空航天、风电叶片等领域。
航空航天的业绩增长主要美日对拥有核心技术产品的禁令，会使得这部分市场空间都转向国内，另一方面商用大飞机C919取得国内适航证、ARJ21近几年的发展良好以及碳纤维在民用飞机中渗透率的提高，这些因素都将进一步推动碳纤维在民航中的应用；风电叶片领域主要受益于国家对新能源的大力扶持以及风电叶片向大型化和轻量化转变的必然趋势也会给碳纤维带来巨大增量市场。
文章来自：格菲研究院
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