中复神鹰评级需求高景气，小丝束领导者扩张产能精准卡位

股票代码 ：688295
股票简称 ：中复神鹰
报告名称 ：需求高景气，小丝束领导者扩张产能精准卡位
评级 ：买入
行业：化纤行业

公司报告 | 首次覆盖报告

中复神鹰（688295）

证券研究报告
2022 年 05 月 29 日

业产能扩张超预期，短期内股价波动风险，假设存在偏差导致市场空间测算结果有 偏差。

资料来源：wind，天风证券研究所

内容目录
1. 公司简介：国内碳纤维领导企业，掌握碳纤维生产全流程核心技术 ................................ 5 1.1. 突破干喷湿纺关键技术，实现不同类别高性能碳纤维全覆盖 ....................................... 5 1.2. 专注小丝束碳纤维，近年侧重发展碳/碳复材及航空航天领域 ..................................... 6 1.3. 财务分析 ............................................................................................................................................ 9 2. 生产工艺：采用一步法+干喷湿纺，达国内领先水平......................................................... 11 2.1. 碳纤维的生产工艺主要包括聚合，纺丝及碳化 ................................................................ 11 2.2. 公司技术领先，把控高品质碳纤维赛道 .............................................................................. 12 3. 需求：国产化率不断提升，应用领域百花齐放 .................................................................... 13 3.1. 国内碳纤维需求放量，中国市场未来可期 .......................................................................... 13 3.2. 下游应用广泛，大小丝束各有所长 ....................................................................................... 14 3.3. 短期：光伏氢能发展打开小丝束空间，大丝束风电叶片渗透率或逐步提升 ......... 16 3.3.1. 小丝束：伴随光伏扩容，碳/碳复合材料具备较强应用潜力............................ 16 3.3.2. 小丝束：氢燃料汽车带动碳纤维需求快速释放，景气度或持续至 35 年 .... 18 3.3.3. 大丝束：风电叶片大型化趋势下，碳纤维渗透率有望提升 ............................. 22 3.4. 长期：航空航天领域亟待突破，大飞机有望带动需求提升 ......................................... 26 4. 供给：东丽为行业龙头，高端化及成本优势或为核心竞争力 ........................................... 29 4.1. 国内销量/产能比较低，关键技术仍需加强 ........................................................................ 29 4.2. 全球来看，大小丝束东丽产能均为业内第一 ..................................................................... 30 4.3. 国内来看，公司小丝束领域产量领先，积极扩产夯实护城河 ..................................... 31 4.4. 全球来看，小丝束公告扩产企业较少，供需格局良好 .................................................. 33 5. 盈利预测与估值探讨 .................................................................................................................. 34 6. 风险提示 ....................................................................................................................................... 36

图表目录
图 1：发展历程 ................................................................................................................................................. 5 图 2：中复神鹰股权结构图（截至 2022 年 3 月 31 日） .................................................................. 5 图 3：公司获得奖项 ........................................................................................................................................ 6 图 4：东丽公司碳纤维产品及型号 ............................................................................................................ 6 图 5：公司碳纤维产品 ................................................................................................................................... 8 图 6：公司发展规划 ........................................................................................................................................ 9 图 7：2018-2021H1 公司产品下游应用领域占比 .................................................................................. 9 图 8：2018-2021 年营收与净利润（亿元） ......................................................................................... 10 图 9：2018-2021 年公司毛利率与净利率 .............................................................................................. 10 图 10：2018-2021 年公司资产负债率与资产周转率 ......................................................................... 10 图 11：2018-2021 年公司 ROE ................................................................................................................. 10 图 12：2018-2021 年公司各项费用率 ..................................................................................................... 10

图 13：2018-2021 年公司收现比及付现比 .......................................................................................... 10 图 14：PAN 基碳纤维制造流程 ................................................................................................................ 12 图 15：中国碳纤维国产需求量及占比 ................................................................................................... 14 图 16：全球和中国碳纤维需求量及增速 .............................................................................................. 14 图 17：2017-2021 年不同模量碳纤维需求占比 ................................................................................. 14 图 18：2017-2021 年全球碳纤维需求拆分（吨） ............................................................................ 14 图 19：2019 年小丝束应用领域 ............................................................................................................... 15 图 20：2019 年大丝束应用领域 ............................................................................................................... 15 图 21：2021 年全球碳纤维下游应用量占比 ........................................................................................ 15 图 22：2021 年全球碳纤维下游应用产值占比.................................................................................... 15 图 23：2021 年国内/全球碳纤维需求-应用对比（单位：千吨） ............................................... 16 图 24：光伏领域中的碳/碳复合材料产品类别 ................................................................................... 16 图 25：碳/碳热场单晶硅拉制炉结构图 ................................................................................................. 16 图 26：2011-2025 年预计全球新增光伏装机加速 ............................................................................ 17 图 27：2011-2025 年我国新增装机预测 ............................................................................................... 17 图 28：2016-2021 年压力容器碳纤维需求量及增速（单位：吨） ............................................ 19 图 29：IV 型气瓶结构 ................................................................................................................................... 19 图 30：压力容器类型.................................................................................................................................... 20 图 31：丰田 Mirai 燃料电池汽车构造 ..................................................................................................... 20 图 32：压力容器碳纤维需求测算（吨） .............................................................................................. 22 图 33：拉挤成型工艺的一般流程 ............................................................................................................ 22 图 34：三种成型工艺下碳纤维复合材料的力学性能对比（90°拉伸） ..................................... 23 图 35：三种成型工艺下碳纤维复合材料的力学性能对比（0°拉伸） ....................................... 23 图 36：三种成型工艺下层间剪切强度平均值 ..................................................................................... 23 图 37：三种成型工艺下碳纤维复合材料的碳纤维体积含量 ......................................................... 23 图 38：风电叶片材料构成 .......................................................................................................................... 23 图 39：风电机组成本构成 .......................................................................................................................... 24 图 40：风电叶片成本拆分 .......................................................................................................................... 24 图 41：风电叶片大型化趋势明显 ............................................................................................................ 24 图 42：2010-2020 我国海上及路上风电机组平均装机容量 .......................................................... 24 图 43：中国风电累计装机容量 ................................................................................................................. 25 图 44：中国风电新增装机容量 ................................................................................................................. 25 图 45：东丽碳纤维业务发展历程 ............................................................................................................ 27 图 46：东丽碳纤维复合材料应用领域占比 .......................................................................................... 27 图 47：波音商用机交付量和东丽应用于航空领域碳纤维复材营收同比增速对比 ................ 27 图 48：波音系列材料占比 .......................................................................................................................... 28 图 49：2021 全球碳纤维运行产能及扩产计划-制造商（万吨） ................................................. 29 图 50：2021 中国碳纤维原丝及碳纤维运行产能-制造商（吨） ................................................. 29 图 51：2020 年主要小丝束厂家产能对比 ............................................................................................. 30 图 52：2020 年主要大丝束厂家产能对比 ............................................................................................. 30 图 53：全世界碳纤维厂家的业务模式 ................................................................................................... 30

图 54：2020 年国内碳纤维市场占有率 ................................................................................................. 32 图 55：中复神鹰技术路线，下游应用及产能图谱 ............................................................................ 33

表 1：碳纤维按照丝束分类 .......................................................................................................................... 6 表 2：国内碳纤维分类及与东丽对应型号 .............................................................................................. 7 表 3：公司产品 ................................................................................................................................................. 7 表 4：公司产线分布 ........................................................................................................................................ 8 表 5：两步法工艺和一步法工艺对比 ...................................................................................................... 11 表 6：湿纺工艺和干喷湿纺工艺对比 ...................................................................................................... 11 表 7：国内主要碳纤维企业工艺及主营业务情况 .............................................................................. 12 表 8：中复神鹰单吨碳丝生产指标 .......................................................................................................... 13 表 9：原辅料单耗对比 ................................................................................................................................. 13 表 10：碳纤维主要应用领域及性能要求 .............................................................................................. 14 表 11：碳/碳复合材料和石墨材料性能对比 ........................................................................................ 17 表 12：不同细分场景下碳/碳复合材料对石墨的替代情况 ............................................................ 17 表 13：全球光伏领域碳/碳复材市场空间测算 ................................................................................... 18 表 14：碳/碳复材市场碳纤维需求（单位：吨） ............................................................................... 18 表 15：2021 年全球碳纤维在压力容器领域需求构成 ...................................................................... 19 表 16：高压储氢气瓶种类 .......................................................................................................................... 19 表 17：各国储氢气瓶技术研究情况 ........................................................................................................ 21 表 18：燃料电池汽车储氢气瓶国内碳纤维用量测算 ....................................................................... 21 表 19：各类纤维性能和价格对比 ............................................................................................................ 24 表 20：SNL 100-00 型风电叶片将主梁改用碳纤维后的重量变化............................................... 25 表 21：风电叶片碳纤维市场规模测算 ................................................................................................... 26 表 22：东丽碳纤维在国防和航天领域的典型应用和代表性产品 ................................................ 26 表 23：东丽不同型号碳纤维在波音飞机上的应用 ............................................................................ 27 表 24：国外部分军用飞机复合材料用量 .............................................................................................. 28 表 25：国内部分民用飞机复合材料用量情况 ..................................................................................... 29 表 26：国内小丝束碳纤维主要生产企业 .............................................................................................. 31 表 27：2020 年碳纤维产量及销量数据 ................................................................................................. 31 表 28：国内其他厂商主要扩产情况 ........................................................................................................ 32 表 29：中复神鹰新增产能及应用领域 ................................................................................................... 33 表 30：小丝束供需平衡表（单位：吨） .............................................................................................. 34 表 31：关键项目预测.................................................................................................................................... 34 表 32：吨成本测算（万元/吨） ............................................................................................................... 34 表 33：毛利率和费用率预测 ...................................................................................................................... 35 表 34：可比公司估值表 ............................................................................................................................... 35

1.公司简介：国内碳纤维领导企业，掌握碳纤维生产全流程核心 技术

1.1.突破干喷湿纺关键技术，实现不同类别高性能碳纤维全覆盖

率先实现干喷湿纺的关键技术突破和核心装备自主化，国内碳纤维的领导企业。中复神鹰 前身神鹰新材料成立于 2006 年，开始从事碳纤维产品的研发、生产与销售，2007 年公司 产业化生产的第一批碳纤维成功下线，2008 年公司建成千吨 SYT35（T300 级）碳纤维生 产线并稳定生产，至 2012 年公司主要从事湿法 T300 碳纤维的生产和销售；2009 年公司 开始进行更先进的干喷湿纺碳纤维技术攻关，2012 年公司自主突破干喷湿纺千吨级 SYT49（T700 级）碳纤维产业化技术，此后逐步实现了 SYT55（T800 级）、SYT65（T1000 级，QZ6026）等产品的工程化生产。2020 年公司进行股份制改制，中复神鹰碳纤维股份有限 公司成立，2022 年 4 月公司于科创板上市。

图 1：发展历程

资料来源：公司官网，公司公告，天风证券研究所

第一大股东中国建材集团持股 43.52%。中国建材集团通过中建材联合投资有限公司、中国 复合材料集团有限公司合计控制中复神鹰 43.52%的股权，为公司的实际控制人。中复神鹰 有 3 家全资子公司，中复神鹰碳纤维西宁有限公司主要从事高性能碳纤维的生产和销售，中复神鹰（上海）科技有限公司主要从事下游碳纤维复合材料应用研发，江苏中复神鹰碳 纤维工程中心有限公司并未实际开展生产经营活动。

图 2：中复神鹰股权结构图（截至 2022 年 3 月 31 日）

资料来源：wind，公司招股书，天风证券研究所

公司在国内率先实现高性能干喷湿纺碳纤维产业化，根据招股书，公司已取得 67 项授权 专利，其中发明专利 26 项，以主要起草单位身份 2 次参与《聚丙烯腈基碳纤维》国家标 准的制定，1 次参与《聚丙烯腈基碳纤维原丝》行业标准的制定。公司的核心技术多次荣 获国家和行业奖项，2016 年，公司“千吨级干喷湿纺高性能碳纤维产业化关键技术及自主

装备”荣获中国纺织工业联合会科学技术奖进步一等奖。2018 年公司“干喷湿纺千吨级高 强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”成果荣获国家科学技术进步一等奖，为国内 碳纤维领域唯一获得该项殊荣的企业。2020 年，公司“百吨级超高强度碳纤维工程化关键 技术”荣获中国纺织工业联合会科学技术奖科技进步一等奖、“干喷湿纺千吨级高强/百吨 级中模碳纤维产业化关键技术及应用项目”荣获中国工业大奖表彰。

图 3：公司获得奖项

资料来源：公司官网，天风证券研究所

1.2.专注小丝束碳纤维，近年侧重发展碳/碳复材及航空航天领域

在应用领域，将碳纤维按照丝束和性能两个维度进行分类。丝束方面，碳纤维按纤维数量 不同可分为小丝束和大丝束。一般将丝束数量小于 24K 的碳纤维称为小丝束（1K 代表一 束碳纤维中有 1000 根丝），24K 以上的为大丝束。碳纤维原丝对应的也可区分为小丝束 碳纤维原丝和大丝束碳纤维原丝。

表 1：碳纤维按照丝束分类

资料来源：吉林碳谷招股书，天风证券研究所

碳纤维性能通常按照其拉伸强度和拉伸模量进行分类。目前行业内一般采用东丽各类型产 品对应强度和模量对于产品标准的制定，国内碳纤维行业分类标准也参考于此。日本东丽 是世界生产小丝束碳纤维最大的企业。主要产品有 T 系列，M 系列及 PX35 系列，T 代表 高强度，M 代表高模量，两类为小丝束（24K 以下）产品，PX35 系列为旗下卓尔泰克公司 生产型号，为大丝束（50K）产品。

图 4：东丽公司碳纤维产品及型号

资料来源：东丽官网，天风证券研究所

表 2：国内碳纤维分类及与东丽对应型号

资料来源：公司招股书，光威复材招股书，天风证券研究所

公司对外销售的产品主要为小丝束碳纤维。主要产品型号包括 SYT45、SYT45S、SYT49S、SYT55S、SYT65 和 SYM40 等，在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合 材料、交通建设等领域广泛应用。其中，SYT45S、SYT49、SYT49S 属于 T700 级碳纤维，SYT55S 属于 T800 级碳纤维，SYT65 属于 T1000 级碳纤维，SYM40 属于 M40 级碳纤维，实现了高强型、高强中模型、高强高模型各类型碳纤维的品种覆盖。

表 3：公司产品

于 T700S

24K:高压容器、平面织物、多轴向织物、预浸料、

拉挤、缠绕、塑料改性等

资料来源：公司官网，招股说明书，天风证券研究所

图 5：公司碳纤维产品

资料来源：公司官网，天风证券研究所

公司现有 2 个生产基地，分别位于江苏连云港及青海西宁。截至 20 年公司产能 3500 吨，均来自连云港生产基地。西宁基地 19 年规划产能 2 万吨（后增加至 2.4 万吨），其中项目 一期产能 1 万吨，于 2022 年 3 月份全部建成。二期规划产能 1.4 万吨，建设周期 21 年 9 月-23 年 12 月。

除西宁项目外，为解决国产碳纤维及其制品在国产大飞机及航空领域应用等问题，公司于 连云港建设航空航天 T1100 级试验线（200 吨）及上海建设 T800 级航空预浸料项目（航 空预浸料 100 万 m 2/年，高模预浸料 200 万 m 2/年）。上海基地位于航空产业园，靠近航 空应用端，减少运输成本（由于碳纤维预浸料需在-18 摄氏度的环境中保存不超过 6 个月），及时把握客户需求。

表 4：公司产线分布

资料来源：招股说明书，公司公告，天风证券研究所

25 年目标大概率完成，期待 30 年 10 万吨产能布局。根据公司产线规划情况，25 年前建 成西宁基地及满足产品在航空航天领域应用的规划将完成，展望 2030 年，公司计划建成 10 万吨碳纤维生产基地，其中连云港基地规划扩产 2.5 万吨，若 30 年规划如期完成，产 能有望较我们预计 24 年的 2.77 万吨产能将翻近两番。

图 6：公司发展规划

资料来源：公司官网，天风证券研究所

产品侧重发展碳/碳复合材料，航空航天领域。碳/碳复合材料及航空航天领域 2021H1 营 收占比 22.44%（相比 20 年+10.86pct，下同）及 13.98%（+5.87pct）。应用于交通建设和 体育休闲领域的产品占比逐渐下降，但应用于体育休闲领域的产品占比仍然保持较高水平，2021H1 为 27.10%。碳/碳复合材料，航空航天等领域为 T700 级及以上碳纤维的主要应用 领域，结合公司扩产规划，我们认为未来公司在此领域的占比或逐渐提升。

图 7：2018-2021H1 公司产品下游应用领域占比

资料来源：公司招股书，天风证券研究所

1.3.财务分析

公司 2021 年营业收入/净利润大幅增长。2021 年中复神鹰实现营业收入/净利润 11.73 亿 /2.79 亿，同比增长 120.44%/227.01%。公司营业收入持续增长，2019 年业绩扭亏为盈，此 后公司净利润同比增长均超过 200%。公司毛利率和净利率逐年上升，2021 年分别为 41.62% 和 23.75%。公司毛利率和净利率的提高主要受益于：1）2019 年-2020 年主要原材料丙烯 腈的市场价格降幅较大，2）2019 年-2021 年因为产品品质的提高和国内下游客户对碳纤 维需求的持续增长，公司碳纤维产品平均单价提高。

40%

公司 ROE 水平持续增长，近三年资产负债率大幅增长，资产周转率保持稳定。因为随着 生产经营规模扩大，公司对资金的需求进一步增加，并且随着西宁碳纤维项目的建设，公 司资本支出有所增加，2020 年和 2021 年公司资产负债率大幅增长，2021 年达到 66.83%。公司的资产周转率保持稳定，维持在 30%~40%。公司 ROE 水平持续增长主要是由于公司净 利润的持续增长。

公司费用控制良好，除研发费用率外均逐渐降低，主要是因为公司营收持续增长，规模效 应的体现，2021 年公司销售费用率/管理费用率/财务费用率为 0.34%/10.08%/2.26%；研发 费用率稳中有升，表明公司逐渐加大研发投入，2021 年公司研发费用率为 5.04%。公司收 现比与付现比逐渐增长，2021 年均接近 100%，主要是因为公司流动资金充裕，并调整了 信用政策，对主要客户采用先款后货的销售模式，加强对应收账款的回收管理。

2.生产工艺：采用一步法+干喷湿纺，达国内领先水平

2.1.碳纤维的生产工艺主要包括聚合，纺丝及碳化

聚合制备 PAN 溶液分为一步法和两步法。一步法是丙烯腈采用均相聚合后直接用于原丝 制备；两步法采用水相沉淀聚合，所得粉体经水洗、干燥后再溶解于二甲基亚砜（DMSO）、二甲基乙酰胺（DMAc）等溶剂中制备纺丝溶液，其中 DMAc 链转移常数较大，不适宜溶 液聚合方式制备高分子量、高转化率的聚合体，DMSO 基本无毒，是理想溶剂。一步法可 控性好，有利于获得高质量的 PAN 原丝，但转化率低；两步法速率快，转化率高，获得 原液聚合物平均分子量和浓度较高，但工序复杂，对 PAN 粉末的干燥耗能较大。

表 5：两步法工艺和一步法工艺对比

质量

资料来源：吉林碳谷招股书，《碳纤维用 PAN 聚合物的水相合成与结构性能研究》王晓红，天风证券研究所

纺丝工艺目前主要采用湿纺和干喷湿纺。湿纺是指喷丝板浸在凝固浴里，纺丝原液经喷丝 孔喷出后直接进入凝固浴进行溶剂萃取、相分离等形成丝条的方法。干喷湿纺法通过将喷 丝板抬出凝固浴一段距离，单纤维内部纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层，再进入凝 固浴成丝的方法。湿法纺丝纺丝速度较低，碳纤维表面沟槽明显，与树脂基的复合性能优 越，适用于航天航空器结构材料的使用，东丽在 T300 之后仍然研发了湿法高性能碳纤维（如 T800H），以针对航天航空器的设计需求；干喷湿纺纺丝速度快，生产纤维缺陷大量 减少，生产出的原丝更符合碳纤维对于原丝的要求。

表 6：湿纺工艺和干喷湿纺工艺对比

资料来源：公司招股书，《聚丙烯腈基碳纤维原丝的 300 米/分干湿法纺丝工艺》张大勇，天风证券研究所

原丝碳化主要分为预氧化，碳化及石墨化三个过程。原丝碳化是将原丝放入氧化炉中在 200 到 300℃下预氧化，后放入碳化炉中进行碳化，碳化过程分为低温碳化（300-800℃）和 高温碳化（800-1600℃），若制备高模量碳纤维，还需经过高温石墨化（2000-3000℃），最终制成碳纤维。原丝到碳纤维生产全过程中，预氧化时间占比较高。由于氧化炉及碳化 炉需保持高温条件，故除原材料成本外，能源消耗为主要成本。

图 14：PAN 基碳纤维制造流程

注：碳化时间根据工艺先进性不同或有时间差异，图中所指为大致数据

资料来源：公司招股书，新材料在线，天风证券研究所

2.2.公司技术领先，把控高品质碳纤维赛道

目前阶段大丝束更适合两步法湿纺工艺，小丝束一般采用一步法干喷湿纺工艺。大丝束对 碳纤维的性能要求较低，纺丝阶段适合工艺简单的湿纺，聚合阶段两步法的反应速度快，转化率更高，更益于与湿纺工艺结合。小丝束对碳纤维性能要求较高，在纺丝阶段适合采 用干湿法，聚合阶段一步法的制备的纺丝原液粘度较高，更易满足干湿法要求。

表 7：国内主要碳纤维企业工艺及主营业务情况

资料来源：公司招股书，吉林碳谷招股书，天风证券研究所

中复神鹰碳纤维生产采用 DMSO+一步法+干喷湿纺工艺，工艺达国内领先水平。目前国 际领先（东丽）的干喷湿纺工艺纺丝速度 700m/min，碳化单线 4000 吨/年。公司工艺国 3 内领先，在聚合阶段，公司研发了干喷湿纺纺丝原液聚合物配方和制备技术和大容量 60m 专用聚合釜和匹配聚合工艺，实现了单套 5000 吨/年 PAN 原液的稳定化均质化制备；在 干喷湿纺纺丝工艺阶段，公司研发了干喷湿纺凝固成型核心技术、高压蒸汽高倍牵伸技术 和多纺位均质纺丝技术，成功实现了高取向、低缺陷高品质 PAN 原丝的高效制备，纺丝速 度达到 400m/min；在预氧化、碳化工艺阶段，研发了干喷湿纺高性能碳纤维高效预氧化 技术、快速碳化技术，高强型碳纤维和中模型碳纤维性能与国际同类产品相当，单线规模 达到 2000 吨/年（12K）。公司西宁基地项目，主要生产指标较连云港项目更优，除自身 工艺提升外，我们认为更有产能提升规模效应增强带来的部分单耗下降。

表 8：中复神鹰单吨碳丝生产指标

资料来源：公司环评公告，天风证券研究所

综合能耗方面，中复神鹰（西宁 1.4 万吨）较其他产线较高，而吨耗水量较低。原辅料单 耗方面，我们测算中复神鹰（西宁 1.4 万吨）较其他产线有较强成本优势。以自身对比来 看，公司西宁基地相比于连云港基地在丙烯腈和 DMSO 两个主要原材料上可以节约成本 1242 元/吨，占单位生产成本的 1.6%，约提升毛利率 0.7pct。与其他公司对比来看，单吨 碳丝消耗丙烯腈数量最少，溶剂损耗近乎追平吉化。总金额来看，相比同为小丝束生产企 业的恒神股份降低 1920 元/吨，优势更加明显。

其中我们假设：

➢碳纤维单位生产成本约 7.9 万元/吨、售价 18 万元/吨；

➢恒神股份每吨碳丝按最低测算，即 2 吨原丝生产 1 吨碳丝；

➢丙烯腈价格 1.17 万元/吨、DMSO 价格 1.18 万元/吨。

表 9：原辅料单耗对比

万吨）

资料来源：公司环评公告，天风证券研究所

3.需求：国产化率不断提升，应用领域百花齐放

3.1.国内碳纤维需求放量，中国市场未来可期

我国碳纤维具备较强的发展潜力，国产需求占比提升。伴随我国碳纤维产能规模的扩张，我国碳纤维需求量由 2015 年的 1.7 万吨增长至 2021 年的 6.2 万吨，CAGR+24.3%。其中国 产需求占比由不足 15%迅速提升至 2021 年的 45%左右。而同期全球碳纤维需求量由 6.8 万 吨增长至 11.8 万吨，CAGR+9.5%。总体来看，我国碳纤维需求增速高于全球平均增速，且 国产需求提升较快，未来市场空间有望进一步扩容。

图 15：中国碳纤维国产需求量及占比

国产占比（%）

资料来源：《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》林刚，天风证券研究所

图 16：全球和中国碳纤维需求量及增速

资料来源：《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》林刚，天风证券研究所

细分来看，标准模量碳纤维占比占据较大份额。当前市场需求主要集中在标准模量的碳纤 维，2021 年标准模量的大丝束以及小丝束碳纤维合计占总需求的比例为 86.8%，其中大丝 束碳纤维需求占比由 2017 年的 41.4%提升至 2021 年的 43.5%。一方面，伴随风电市场扩容，大丝束需求得到快速放量；另一方面，由于全球航空航天市场下滑以及小丝束产品供应不 足，部分小丝束产品使用大丝束进行替代，进而推动了大丝束需求的增长。

图 17：2017-2021 年不同模量碳纤维需求占比

资料来源：吉林碳谷招股书，天风证券研究所

2019 年小丝束主要应用于航空航天，大丝束应用于风电。根据东丽测算数据，2019 年全 球小丝束碳纤维应用领域中，航空航天占比最大，达 34%，压力容器占比 9%，汽车占比 7%。大丝束风电则为绝对主力，2019 年占比达 74%。从整体用量上来看，目前全球碳纤维应用 量最多的领域为风电叶片，2021 年占整个碳纤维用量的比例为 28%。其次为体育休闲、航 空航天和压力容器，占比分别为 16%、14%、9%。而以产值来看，航空航天领域的产品较高 端且附加值较高，虽然用量不是最多但产值的规模最大，2021 年全球占比达 35%。

图 19：2019 年小丝束应用领域

图 20：2019 年大丝束应用领域

14%

7%

资料来源：东丽官网，天风证券研究所

图 21：2021 年全球碳纤维下游应用量占比

14%

资料来源：《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》林刚，天风证券研究所

资料来源：东丽官网，天风证券研究所

图 22：2021 年全球碳纤维下游应用产值占比

8%

资料来源：《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》林刚，天风证券研究所

相对于国外以航空航天为主的碳纤维应用市场结构，当前国内碳纤维应用市场处于初级发 展阶段。目前国内主要集中在体育休闲、风电叶片和建筑加固等领域，航空航天、新能源 汽车等工业领域应用还未完全打开，风电叶片领域还存在进一步提升的空间。未来，随着 国产大飞机 C919 的逐步量产和 CR929 的研发推进，航空航天领域的碳纤维用量有望迎 来快速增长，同时，大型风电叶片、压力容器以及碳/碳复材等领域对碳纤维的需求也有望 大幅增加，中国碳纤维市场需求的持续高速增长有助于国内碳纤维企业的蓬勃发展。

图 23：2021 年国内/全球碳纤维需求-应用对比（单位：千吨）

左右的部件为碳基复合材料产品，40%左右为石墨材料产品。随着国内先进碳基复合材料 制备技术的发展，先进碳基复合材料成为降低硅晶体制备成本、提高硅晶体质量的最优选 择，正逐步形成在晶硅制造热场系统中对石墨材料部件的升级换代。

表 11：碳/碳复合材料和石墨材料性能对比

资料来源：中天火箭招股书，天风证券研究所

表 12：不同细分场景下碳/碳复合材料对石墨的替代情况

资料来源：金博股份招股书，天风证券研究所

光伏装机容量攀升，未来碳/碳复合材料有望持续放量。据 CPIA，2021 年我国光伏新增装 机量 55GW，同比增长达 15%，2022-2025 年我国光伏新增装机量有望达 90-110GW，21-25 年新增装机量复合增速有望达 13.10%。随着下游晶硅制造行业向大尺寸、高拉速和高品质 方向的发展，碳/碳复合材料的高安全性、高纯度和可设计等方面的技术优势越来越明显，碳/碳复合材料已经成为市场需求主导，我们认为未来渗透率有望持续提升。

我们将热场需求拆分为新增与更换周期：

新增需求：对应新增光伏硅片产能，我们测算热场中一套坩埚/导流筒/保温筒使用碳纤维 为 33/40/74 千克/套，其他使用 30 千克/套，合计 177 千克/套；

更换需求：对应去年对应光伏硅片产能，坩埚半年一换，导流筒（2 个）和保温筒（2 个）一年半一换，其他使用 30 千克/套，对应年消耗碳纤维 182 千克/套；

我们认为到 2025 年，全球光伏领域碳/碳复材消耗碳纤维 9281 吨， 21-25 年 CAGR 为 25%。根据国内产能占全球约 90%，测算国内光伏领域碳/碳复材消耗碳纤维 8353 吨。

其中我们假设：

➢新增 1GW 硅片对应 75 台单晶炉

➢光伏硅片综合产能利用率 54%

➢碳/碳复材热场渗透率目前为 60%，25 年提升至 80%

➢由于单 GW 更换需求=单 GW 对应单晶炉*单套耗材，两项系此消彼长关系，我们假设单 GW 更

换需求不变

表 13：全球光伏领域碳/碳复材市场空间测算

资料来源：CPIA，Wind，天风证券研究所

碳/碳复材领域 5 年内景气度上佳。碳/碳复材其他两个领域主要是刹车盘及航天部件，以 2021 年数据推算，刹车片及航天领域用量约为 4753 吨，两个领域与高端汽车及航天器有 着密切关系，我们假设保持 10%的增长。根据测算，碳/碳复材领域碳纤维用量 25 年或将 达 16240 吨，21-25 年 CAGR+17.6%。

表 14：碳/碳复材市场碳纤维需求（单位：吨）

资料来源：《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》林刚，天风证券研究所

3.3.2.小丝束：氢燃料汽车带动碳纤维需求快速释放，景气度或持续至 35 年

目前压力容器主要用于呼吸气瓶、压缩天然气（CNG）气瓶、储氢气瓶、移动管线、火箭 发动机等领域。与传统容器用钢等金属材料相比，碳纤维具有高比强度及模量、高疲劳强 度、高刚度、高压承受能力、较低的热膨胀系数、耐腐蚀性和其他优异特性，在压力容器 领域具有广阔的应用前景。由于压力容器对于产品安全性能要求较高，目前压力容器对于 碳纤维的用量整体较少，市场整体处于起步阶段。根据 Compositesworld 数据，2021 年全 球需求量为 14300 吨（可能只有 10000 吨供应），主要应用在 CNG 气瓶、移动管线和储

氢气瓶；根据奥赛的《全球碳纤维复合材料市场报告》， 2021 年全球需求量为 11,000 吨，国内需求量为 3,000 吨，其中国内主要应用于储氢气瓶、CNG 气瓶和呼吸气瓶。目前，全球压力容器领域的碳纤维需求主力仍在欧美，国内压力容器领域用碳纤维需求高速增长，最具发展前景的方向为储氢气瓶领域的使用，呼吸气瓶和 CNG 气瓶的用量增长有限。

表 15：2021 年全球碳纤维在压力容器领域需求构成

注：2021 年碳纤维需求 14300 吨，但可能供应仅 10000 吨。

资料来源：Compositesworld，天风证券研究所

图 28：2016-2021 年压力容器碳纤维需求量及增速（单位：吨）图 29：IV 型气瓶结构

资料来源：《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》林刚，天风证券研究所

资料来源：《IV 型车载储氢气瓶关键技术研究进展》陈明和，天风证券研究 所

氢燃料电池汽车（FCV）以其零排放的特点成为未来汽车的发展趋势，用于存储高压氢气 的储氢气瓶是燃料电池汽车必不可少的关键零部件之一。目前已商业化的高压储氢气瓶分 为四种，其中 III 型、IV 型瓶主要是基于碳纤维增强塑料材料，前者内胆为金属，后者内胆 为塑料，外部都通过碳纤维增强塑料缠绕加工而成。V 型仍处于初期阶段，主要用于太空 应用，例如储存低温液体推进剂。

表 16：高压储氢气瓶种类

资料来源：复材应用技术公众号，碳纤维生产技术公众号，compositesworld，天风证券研究所

图 30：压力容器类型

资料来源：compositesworld，天风证券研究所

车载储氢气瓶向着轻量化、高压力、高储氢密度、长寿命的方向发展。目前，车载高压气 态储氢气瓶主要包括铝内胆纤维缠绕瓶（III 型）和塑料内胆纤维缠绕（IV 型）。不同于国 际燃料电池汽车广泛使用 IV 型储氢瓶的情况，当前铝内胆纤维缠绕 III 型瓶一直占据国内 市场的主流地位。IV 型储氢气瓶因其内胆为塑料，质量相对较小，具有轻量化的潜力，比 较适合乘用车使用，目前丰田公司的燃料电池汽车 Mirai 已经采用了 IV 型气瓶的技术，配 置了 2 个氢储存罐，容积分别为 60L 和 62.4L，罐内储存着燃料电池反应所需要的氢气，最大可承受 70MPa 的压力（约 700 个大气压），氢存储量可以容纳约为 5.0kg。2021 新 款丰田 Mirai 所搭载的氢气瓶由 2 个增加到了 3 个，续航里程达到 850 公里左右。

图 31：丰田 Mirai 燃料电池汽车构造

资料来源：氢能源网公众号，天风证券研究所

伴随氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化，IV 型储氢气瓶因其质量轻、耐疲劳等特 点正成为全世界的研究热点。日本、韩国、美国与挪威等国的 IV 型储氢气瓶均已量产，其 余国家也有相关计划加大 IV 型气瓶的研究力度。2019 年，中国开展了“可再生能源的技 术研究”项目，针对我国碳纤维缠绕气瓶储氢密度偏低、瓶口组合阀主要依赖进口的问题，开展高密度车载储氢技术的研究。其中明确要求氢气存储压力为 70MPa，储氢密度大于 5%，并建立相应的国家和行业标准。我国储氢气瓶行业发展正处于上升阶段，目前中集安 瑞科、京城股份、亚普股份、科泰克都在布局 IV 型瓶项目，佛吉亚、Hexagon 等国外企 业也对中国 IV 型储氢瓶市场加快开拓。

表 17：各国储氢气瓶技术研究情况

资料来源：《Ⅳ型车载储氢气瓶关键技术研究进展》陈明和，天风证券研究所

燃料电池车爆发将带动碳纤维需求猛增。根据中汽协，2021 年，我国燃料电池汽车保有量 仅为 8941 辆，根据《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》和《节能与新能源汽 车技术路线图 2.0》，到 2025/2035 年，我国氢燃料电池汽车保有量将达到 5/100 万辆。假如平均每辆汽车的氢气瓶数量为 3 个，则 2025 年我国燃料电池汽车储氢气瓶的碳纤维 使用量将达 3672 吨，21-25 年 CAGR+82%，2030/2035 年碳纤维使用量将达 1.2/5.4 万 吨，全球来看，2035 年将有 500 万辆燃料电池汽车，是中国的 5 倍，则对应碳纤维使用 量将达 27 万吨。

表 18：燃料电池汽车储氢气瓶国内碳纤维用量测算

资料来源：中汽协，《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》，天风证券研究所

受益于燃料电池汽车的大范围推广，我们认为压力容器是一个保持 15 年景气度的长赛道。对于国内市场来看，主要的增长点会出现在氢气瓶领域，故以上述氢气瓶中碳纤维用量作 为压力容器领域碳纤维的需求，而全球来看，由于 CNG 气瓶之前的高基数，25 年占比 38%，仍为第一大需求，而移动管线及氢气瓶领域受益于需求增速较高，占比已达 18%/38%。燃 料电池汽车的大范围应用带动相关需求持续高景气，35 年其需求占压力容器领域的 85%。我 们 预 测 25/30/35 年 全 球 压 力 容 器 领 域 碳 纤 维 需 求 为 3.0/7.8/32 万 吨 ， 对 应 21-25/25-30/30-35 年 CAGR+20%/21%/33%。

其中我们假设：

➢呼气气瓶：保持 5%左右的增长。

➢CNG 气瓶：根据 Grandview Research 预测，21-28 年天然气汽车 (NGV) CAGR+ 3.3%，我们假

设对应碳纤维的用量保持 5%增长。

➢移动管线：根据 AJR Consultancy 预测，26 年需求碳纤维用量 6900 吨，对应 21-26 年 CAGR+26%，

而之后年份我们出于谨慎预测，调低复合增长率至 16%。

图 32：压力容器碳纤维需求测算（吨）

资料来源：Compositesworld，天风证券研究所

3.3.3.大丝束：风电叶片大型化趋势下，碳纤维渗透率有望提升

拉挤成型工艺的发展支撑起碳纤维在风电叶片的广泛应用。拉挤成型工艺是一种连续生产 固定截面纤维增强复合材料的成型方法，该技术始于 1948 年的美国，并在全世界得以发 展推广。典型的拉挤线速度为 0.2-1.5 米/分钟，快速成型的速率可以达到 4 米/分钟以上，并且可以同时生产多件产品，提高成型效率。此外，自动化的生产过程可以显著降低复合 材料制品质量的离散性，在保持质量稳定的同时也可以充分发挥纤维性能、原材料利用率 可以达到 95%以上。

图 33：拉挤成型工艺的一般流程

资料来源：《风电叶片用碳粱的生产技术及性能研究》林凤森，天风证券研究所

拉挤成型工艺优势凸显。目前风电叶片碳纤维主梁的工艺主要有三种：预浸料工艺、碳布 灌注工艺和拉挤碳板工艺。其中拉挤工艺的效率最高、成本最低，而且纤维含量高，质量 稳定，连续成型易于自动化，适合大批量生产。利用碳纤维拉挤板材制备叶片大梁可以和 叶片一起制作，铺层工艺简单，且制作叶片的时间只有灌注工艺的一半。利用拉挤成型工 艺生产的环氧树脂基碳纤维板可以极大的满足风电叶片的使用需求。

图 34：三种成型工艺下碳纤维复合材料的力学性能对比（90°拉伸）

15%

3%

资料来源：前瞻经济学人，天风证券研究所

100%

60%

20%

0%

资料来源：明阳智能招股书，天风证券研究所

风电叶片大型化趋势明显。风电叶片的尺寸决定了风电机组的发电效率，相较而言，大型 化风电叶片的发电效率更高且成本更低。近年来我国风电叶片大型化趋势十分明显，单个 风电机组的装机容量不断提升。2020 年，我国海上风电平均装机容量为 4.9MW，陆上风 电为 2.6MW，相较 2010 年的十年时间里分别增加了 88.5%/73.3%，预计未来有望进一步提 升。

图 41：风电叶片大型化趋势明显

资料来源：碳纤维生产技术公众号，天风证券研究所

图 42：2010-2020 我国海上及路上风电机组平均装机容量

1.9

0
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

资料来源：《风电回顾与展望 2021》CWP，天风证券研究所

碳纤维相较于玻璃纤维更能适应风电叶片的大型化需求。目前风电叶片制造还是以玻璃纤 维复合材料为主，价格低廉。但由于自身重量和结构强度的限制，当风力发电机功率高于 3MW，相应叶片长度超过40m时，玻纤材料的性能便不能满足大型风电叶片的制造要求。相较于玻纤而言，每单位碳纤维拥有更高的模量和强度以及更轻的重量。以日本东丽 T300 为例，当前标准模量的 T300 碳纤维在拉伸强度方面不逊于玻璃纤维，并且在拉伸模量上 远远超过了后者。使用碳纤维制作主梁的风电叶片可以减重 20%-30%，并能够增加风电叶 片的长度，提高发电效率。吉林重通制备的长 83.6 米的风电叶片采取了灌注工艺制备的碳 纤维大梁，总重量为 25.2 吨，减轻了近 11 吨的重量。大丝束碳纤维（≥24K）性价比高 的优势使其在风电叶片领域成为大势所趋，尤其是近年来碳纤维行业采用大丝束碳纤维拉 挤梁片工艺以降低成本，大丝束碳纤维及其复合材料价格下降，叠加需求提升引起风电叶 片领域碳纤维用量的急剧增加。

表 19：各类纤维性能和价格对比