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http:/ 请参考最后一页评级说明及重要声明 投资评级:强于大市(维持) 报告日期:2021年 12月 28日 分析师:王志杰 S1070519050002 021-31829812 联系人(研究助理):孙培德 S1070121050045 021-31829829 联系人(研究助理):雷迅 S1070120070041 0755-83667984 行业表现 数据来源:贝格数据 拥抱景气,看好未来,聚焦行业发展新动能 机械设备&国防军工2022年度投资策略 在“碳达峰,碳中和”、“智能制造”等政策背景下,展望 2022年,我国发展仍处于重要战略机遇期,高端制造、进口替代、节能环保等领域均有望迎来较大的发展空间,并且随着全球能源转型的需求愈发迫切,光伏、锂电、碳纤维设备等具有较强优势的板块仍将维持高景气,国防军工进入中下游放量加速阶段,看好未来持续高景气。我们重点看好细分赛道的专用设备龙头、市场空间大的通用设备龙头,拥抱景气,聚焦行业发展新动能。 碳纤维材料下游应用场景不断扩展,风电需求装机量增大+渗透率不断提升,十四五产能扩张与需求放量并行,行业龙头扩产加速,设备产线进口替代加快,龙头公司受益明显:根据 2020年应用分市场数据显示,从数量方面看,碳纤维在风电叶片中的应用排在首位,达 30600 吨,占全部市场需求的 28.64%;其次为航空航天方面,应用需求量为 16450吨,占比为 15.39%。根据2020全球碳纤维复合材料市场报告中的数据,2020 年我国风电叶片所需碳纤维达到 3.06 万吨,同比增长 20%,成为我国碳纤维产业重要增长点。渗透率提升方面,2022 年,Vestas 的碳梁专利保护将到期,由于碳纤维材料应用在风电叶片上有着诸多无法代替的优势,因此我们认为届时其他风电叶片制造商有望推出应用碳梁的风电叶片产品,将为碳纤维在风电领域贡献非常大的增量市场。玻璃纤维性能已无法满足叶片大型化的使用要求,碳纤维则成为叶片制造中的首选材料。 在设备端,由于碳纤维的制备工艺流程复杂,涉及工艺参数较多,积累这些参数往往需要很长的周期,且国外企业对该类设备一直实施封锁禁售。而目前,国内一些高端装备企业如精功科技,已经在产业链的不少设备上实现技术突破,未来碳纤维设备进口替代的需求大增。我们建议重点关注:中航高科、精功科技、吉林化纤、吉林碳谷、中简科技。 光伏行业前景广阔,“双碳目标”打开长期增长空间:2021 年,在光伏发电成本持续下降和全球绿色复苏等有利因素的推动下,全球光伏市场将快速增长。 近年来,行业内对于异质结电池项目等新一代电池技术的关注度越来越高,主要原因是随着技术红利的逐渐消失,以及目前来看 PERC 电池的效率已逐渐接近其理论效率的极限。我们认为随着未来生产成本的持续降低及产品良率的提升,N 型电池将在未来成为电池技术的最主要发展方向之一。 而硅片大尺寸趋势持续,也推动着全产业链设备更新升级;大尺寸的硅片可以以提高组件功率,降低制造与发电成本。从市场方面来看,目前我国市场上有约近 100GW 166mm及以下尺寸的组件/电池片/硅片产能,而大多无法直接升级至 210mm尺寸,因而面临产能更新的硬性需求。因-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%35%国防军工(申万) 机械设备(申万)沪深300核心观点 分析师 证券研究报告 行业投资策略 行业报告 机械设备&国防军工 行业投资策略 长城证券2 请参考最后一页评级说明及重要声明 此受益于硅片尺寸的升级,设备端的需求量将可持续的增长。我们建议重点关注:京山轻机、帝尔激光、迈为股份、捷佳伟创。 碳中和助力核电发展,设备端突破技术垄断,行业迎来新的发展机遇:碳中和背景下发展核电是我国改善能源结构的重要选项,中国核能发电量占比较低,落后于其他主流国家。据国家统计局数据显示,2020 年全年累计发电量 74170.4 亿千瓦时,核电占比 4.9%,发电量占比不足5%。根据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,到 2025年我国核电运行装机容量将达到 7000万千瓦,在建装机规模接近 4000 万千瓦,未来 15 年是我国核电发展的重要战略机遇期,提升空间巨大。据中国核能行业协会在中国核能发展报告(2020)中预计,到 2025 年中国在运核电装机达到 7000 万千瓦,在建核电装机达到 3000 万千瓦;到 2035 年在运和在建核电装机容量合计将达到 2 亿千瓦;我们预计核电建设有望按照每年 6-8 台机组的步伐稳步推进,若以每台投资约 200 亿元计算,投资规模将高达千亿。我们建议重点关注江苏神通、中国核电、中国广核、中国核建、久立特材、佳电股份、浙富控股。 全球电动化进程加快,支撑锂电设备行业高成长性:国家发改委发布关于“十四五”公共机构节约能源资源工作规划,规划指出“十四五“期间规划推广应用新能源汽车约 26.1 万辆,建设充电基础设施约 18.7万套,对发展我国新能源汽车起到引领示范作用。2021 年,国内在新能源汽车高速增长的带动下,动力电池电池装机量也呈现爆发式增长。根据 Wind 数据显示,2021 年国内新能源汽车对比去年都呈现产销回升,上游动力电池装机量也明显回升,其中 10 月和 11 月分别同比增长162.8%、96.2%。在此背景下,锂电设备成长性出色,我们建议重点关注先导智能、杭可科技、星云股份。 半导体设备成多市场主力需求,产品国产化进程加快:半导体设备处于半导体产业链的中游,具有技术和资本密集型的特点,在整个半导体产业链中有着举足轻重的作用。中国大陆半导体产业正迎来产业转移的关键时期 ,各领域设备进口替代需求将加速增加。WSTS 预测,全球半导体市场的增长将从 2020年的 6.8%上升到 2021年的 25.6%,相当于 5530亿美元的市场规模。这将是自 2010 年增长 31.8%以来的最大进步。IC Insights数据显示,2018 年至 2020 年全球硅片产能稳定增长,2020年达2.60 亿片,同比增长 8.33%。在市场总体规模稳定发展的环境下,我们预计全球硅片产能将持续稳步增长,到 2023 年预计达到 3.4 亿片。我们建议重点关注北方华创、精测电子、中微公司。 农业机械市场未来发展空间广阔,拖拉机行业或持续好转:自 2004年政策出台以来,政策支持强度逐渐加大,惠及范围不断扩大,政策效果也持续显现。截至 2020年底,中央财政累计投入 2392亿元,扶持 3800多万农民和农业生产经营组织购置各类农机具 4800 多万台(套)。根据国家统计局数据,2020年我国农用大中型拖拉机保有量为 477.47万台,同比增长 7.53%;小型拖拉机保有量为 1727.60万台,同比减少 2.97%。大中型拖拉机占所有拖拉机保有量的 21.65%,较上年增长了 1.69%。总体来说,我国农业机械结构发展不均衡,大中型拖拉机不足 30%,但该比例近几年来一直持续提升,预计未来结构会有进一步的优化。可实现以拖拉机为动力的农机具的精准作业的北斗农业自动导航驾驶系统目前已经在超过 9 个省市实现规模化应用,我国农业机械将朝着精细化方面蓬勃发展。我们建议继续重点关注一拖股份。 分离膜市场进口替代空间大,工业应用场景成长性可期:分离膜是一种特殊的、具有选择性透过功能的薄层物质,在一定浓度及压力下进行物 rQtOpRuMsNrNmNnRtOsPyR8OaO8OpNoOpNsQlOrRoPlOrRtQ8OpOoQvPpNmRwMoPtR 行业投资策略 长城证券3 请参考最后一页评级说明及重要声明 质分离的膜,起到浓缩和分离纯化的作用。膜分离技术下游应用市场主要包括市政污水处理、钢铁行业及石油化工行业的中水回用、自来水净化、海水淡化、家用水净化等领域。随着新能源市场的发展,锂矿是国民经济和国防建设的重要战略资源,盐湖提锂的工程中也逐渐运用到各种分离膜技术。我们建议重点关注沃顿科技、唯赛勃。 国防军工行业不改景气向上趋势,改革红利推动行业持续发展:未来五年军事装备列装进程加速、量质齐升,行业将处于业绩释放的高景气周期。尤在十四五全面加强练兵备战的背景下,消耗性装备大幅增长。目前我国国防军工行业需求旺盛,对于产业链各个环节的供给提出要求。我们认为,未来几年能够符合发展需求的企业将迎来业绩的持续释放。 军工新材料作为武器装备的物质基础,是决定武器装备性能和拓展武器功能的重要因素。我国军工新材料各子行业准入壁垒较高、技术难度较大,因此市场集中度较高,头部企业未来发展值得关注。 发达国家装备机型以四代机为主,我国虽然装备了一定数量的四代机,但是数量最多的仍为二、三代机。未来我国军机换装需求强烈,战斗机作为作战需求及消耗属性较强的品种,其采购需求预计大幅增长。并且碳纤维复合材料等新材料在军机民机中占比不断提升,直接拉动新材料的需求增速高于装备整体需求量的增速。我们重点推荐中航沈飞、中航高科。 各细分板块方面:军工行业基本面持续改善,未来成长确定性高,建议关注:1)主机厂:中航沈飞、航发动力、中航西飞、中直股份、洪都航空;2)中游航空制造:中航高科、中航重机、航宇科技、爱乐达、华伍股份;3)军工芯片:景嘉微、紫光国微;4)军工电子:振华科技、宏达电子、鸿远电子;5)军工材料:宝钛股份、西部超导、西部材料、中简科技、万泽股份;6)资产证券化主线,关注中国电科集团的改革。 太空基建正当时,各类星座计划有望进入密集发射期,带动行业高景气:2021 年,我国商业航天产业迎来了重要的发展机遇期,商业卫星制造领域发展势头强劲,卫星制造主体数量快速增长。随着中国卫星网络集团有限公司近期已在京成立,国内低轨商业卫星项目正在加速,在对卫星平民化的市场需求和国家政策支持下,低成本、快响应的微小商业卫星有望成为一片蓝海市场,优先受益。此外,在以 SpaceX公司为代表的世界商业宇航企业快速崛起的刺激和影响下,我国商业航天也取得了较大的进展,民营航天企业在国家鼓励社会投资的产业政策引导下实现了快速发展。在卫星应用领域,随着天基资源的日益丰富,卫星互联网、物联网加速推进,应用领域和场景迅速扩展,传统的卫星通信、卫星导航、卫星遥感终端与系统集成也在向高度集成化、与信息服务深度融合的方向发展。我们认为,北斗三代组网完成后,对于北斗导航终端需求将具有更强的拉动作用。预计在此过程中,位于产业链上游、具有自主研发实力的卫星制造企业将率先受益。我们继续强烈推荐上海沪工;建议重点关注:中国卫星等行业内相关标的。 风险提示:宏观经济增速不及预期、贸易争端升级、制造业下游产业需求不及预期、国内产业技术进步低于预期、海外疫情加剧、原材料及部件成本波动风险、统计误差、预测参数、假设等不及预期风险。 行业投资策略 长城证券4 请参考最后一页评级说明及重要声明 目录 1. 碳纤维需求高景气,供给扩张与需求创造并行,全产业链成长可期 . 9 1.1 下游应用场景不断扩展,十四五产能扩张与需求放量并行 . 9 1.2 风电需求装机量增大,渗透率不断提升 . 10 1.3 碳梁技术有望大规模应用,或将带动碳纤维需求的快速增长 . 12 1.3.1 VESTAS 专利到期在即,碳纤维渗透率有望在风电领域实现持续增长 . 13 1.4 行业龙头进入扩产期,设备产线进口替代加快,龙头公司受益明显 . 13 1.5 国产碳纤维生产线需求强烈,受益于下游发展 . 16 1.6 中航高科:碳纤维复材龙头,核心能力持续强化,看好未来利润增长空间 . 16 1.7 行业内相关标的:碳纤维复合材料装备的领军企业,未来受益于下游应用场景拓宽精功科技 . 18 1.8 行业内相关标的:下游需求不断提升,驱动企业快速成长吉林化纤 . 20 1.9 行业内相关标的:覆盖完整产业链,未来开拓民用市场吉林碳谷 . 21 1.10 行业内相关标的:突破产能瓶颈,助力开拓新市场中简科技 . 22 2. 光伏行业前景广阔,“双碳目标”打开长期增长空间 . 23 2.1 光伏产业链概述 . 23 2.2 平价上网进程加速,光伏产业增长速度进一步加快 . 24 2.3 HJT、TOPCon 等电池设备市场空间广阔 . 26 2.4 大尺寸硅片时代到来,推动设备更新升级 . 28 2.5 京山轻机:光伏组件设备发力,布局HJT 设备 . 29 2.6 行业内相关标的:光伏激光设备龙头帝尔激光 . 30 2.7 推荐光伏设备先进制造商:捷佳伟创 . 31 2.8 推荐高端智能装备领先制造商:迈为股份 . 31 3. 碳中和助力核电发展,设备端突破技术垄断,行业迎来新的发展机遇 . 32 3.1 三代核电技术已成熟,加速我国核电出海 . 32 3.2 碳中和下核能优势显著,核能发电量、占比较低,增量空间大 . 33 3.3 核电政策东风推动行业发展,推动“十四五”千亿市场 . 34 3.4 我国四代核电技术领先,核能综合利用空间大 . 35 3.5 江苏神通:阀门细分龙头,成长有望加速 . 38 3.6 行业相关标的:中国核电在建及核准的核电机组有望成为公司新动能 . 41 3.7 行业相关标的:国内核电运营龙头中国广核 . 42 3.8 行业相关标的:国内核岛建设龙头中国核建 . 43 3.9 行业相关标的:蒸汽发生器U 型管国产化领军者久立特材 . 44 3.10 行业相关标的:四代核电主氦风机设备优质标的佳电股份 . 45 3.11 行业相关标的:具备多堆型控制棒驱动机构制造能力浙富控股 . 46 4. 全球电动化进程持续加快,支撑锂电设备行业高成长性 . 48 4.1 国内政策推动新能源汽车产销增长,引导市场化进程 . 48 4.2 欧洲成新能源乘用车第一大市场,加强碳排放控制力度推进电动化进程 . 49 4.3 全球动力电池装机量快速增长,我国锂电设备厂商表现亮眼 . 50 4.4 中国锂电产业链整体出海渐成趋势 . 51 4.5 推荐锂电池整线龙头:先导智能 . 52 4.6 推荐锂电后段设备龙头:杭可科技 . 52 4.7 行业内相关标的:锂电池检测设备领先企业星云股份 . 53 行业投资策略 长城证券5 请参考最后一页评级说明及重要声明 5. 半导体设备需求提升,产品国产化进程加快 . 54 5.1 全球半导体市场加速扩张,晶圆厂投资持续增长 . 54 5.2 我国半导体产品销售额稳步提升,高端供给不足 . 55 5.3 晶圆在建项目数量提升,国产设备进口替代进行时 . 56 5.4 推荐半导体核心设备龙头: 北方华创 . 58 5.5 推荐平面显示信号测试龙头:精测电子 . 58 5.6 推荐半导体介质刻蚀龙头:中微公司 . 59 6. 农业机械市场未来发展空间广阔,拖拉机行业或持续好转 . 59 6.1 农业机械结构均衡性不理想,每公顷耕地面积拖拉机保有量逐年下降 . 59 6.2 拖拉机年产量缓慢下降,耕地需求提升+更新周期到来有望推动产销量提升 . 61 6.3 政策支持加快农机研发,北斗自动导航系统助力农机精细化发展 . 61 6.4 推荐农业机械龙头:一拖股份 . 63 7. 分离膜市场进口替代空间大,工业应用场景成长性可期 . 64 7.1 下游应用场景丰富,国家政策为行业发展后盾 . 64 7.2 盐湖提锂助力国家战略资源采集,工艺革新推动产业效率提升 . 65 7.2.1 膜分离技术环保节能,纳滤膜可高效分离镁锂离子 . 65 7.2.2 我国主要盐湖提锂项目膜分离技术应用情况 . 68 7.3 市政水处理投入持续增长,零排放目标推进膜法水处理深入应用 . 69 7.4 海水淡化海内外市场潜力大,反渗透膜技术仍有发展空间 . 70 7.5 行业内相关标的:国内领先复合反渗透膜生产企业,聚焦新型膜材料产品生产,全球第二家拥有干式膜元件规模化生产能力的制造商沃顿科技 . 71 7.6 行业内相关标的:反渗透膜及纳滤膜核心企业唯赛勃 . 72 8. 国防军工行业不改景气向上趋势,改革红利推动行业持续发展 . 73 8.1 基本面和市场情绪共同作用下,军工2021 年走出整体行情 . 73 8.2 军用飞机需求不断提升,看好业绩持续释放 . 74 8.3 军用新材料:航空航天用量伴随十四万军民两用装备放量,需求快速扩张 . 75 8.3.1 碳纤维在航空航天领域的市场分布及预测 . 75 8.3.2 碳纤维在航空领域的应用 . 76 8.3.3 碳纤维在航天领域的应用 . 79 8.4 推荐军工整机公司:中航沈飞 . 80 8.5 中航高科:碳纤维复材龙头,市场地位稳固,受益军民两用装备放量 . 80 9. 太空基建正当时,各类星座计划有望 进入密集发射期,带动行业高景气 . 81 9.1 低轨卫星通信星座潜力巨大,移动互联网及通信有望全面带动卫星产业成长 81 9.2 中国国内卫星设计和制造自主可控,有望优先受益 . 82 9.3 推荐航天卫星公司:上海沪工 . 83 9.4 行业内相关标的:中国卫星 . 83 10. 风险提示 . 85 行业投资策略 长城证券6 请参考最后一页评级说明及重要声明 图表目录 图1:碳纤维产业链 . 9 图2:中国碳纤维总需求情况 . 10 图3:中国碳纤维需求(进口/国产)情况 . 10 图4:2020 年全球碳纤维需求结构 . 11 图5:2020 年中国碳纤维需求结构 . 11 图6:风轮直径扩大是风电未来趋势 . 12 图7:风电叶片大型化趋势明显 . 12 图8:风电叶片碳纤维需求(吨) . 13 图9:2020 年中国碳纤维原丝及碳纤维制造商运行产能 . 15 图10:中国碳纤维产能和产量情况 . 15 图11:中国碳纤维需求情况 . 15 图12:碳纤维微波石墨化生产线情况 . 16 图13:公司营业总收入及增速 . 18 图14:公司归母净利润及增速 . 18 图15:公司销售净利率及毛利率情况 . 19 图16:公司期间费用率情况 . 19 图17:公司研发支出及研发费用率 . 19 图18:吉林碳谷业务构成 . 21 图19:吉林碳谷毛利率及净利率 . 22 图20:中简科技业务结构情况 . 23 图21:光伏产业链构成 . 24 图22:煤炭、风能、太阳能发电成本趋势图 . 24 图23:全球光伏新增装机规模及趋势预测(GW) . 25 图24:我国光伏新增装机规模及趋势预测(GW) . 25 图25:2015-2020 中国光伏新增装机容量 . 25 图26:2015-2020 中国光伏累计装机容量 . 25 图27:光伏新增装机情况 . 26 图28:2020 年我国光伏制造端各环节生产情况 . 26 图29:我国光伏电池量产效率变化情况 . 27 图30:我国光伏晶硅电池实验室效率刷新记录情况 . 27 图31:1981-2020 年硅片边距变化趋势(mm) . 28 图32:硅片尺寸演变历程 . 28 图33:2020-2030 年不同尺寸硅片市场占比变化趋势. 28 图34:中国大陆地区在运及在建核电机组数情况 . 33 图35:中国大陆地区在运及在建核电容量情况(MWe) . 33 图36:各国核能发电占比情况(2019/12/31) . 34 图37:2020 年中国核电发电量占比约5% . 34 图38:20132050 年国内核电装机容量发展趋势(万千瓦) . 35 图39:核能制氢技术路线 . 37 图40:玲龙一号首堆安全壳底封头吊装成功 . 37 图41:中广核ACPR50S 海上浮动式核动力平台 . 37 图42:海阳核能供热原理图 . 38 行业投资策略 长城证券7 请参考最后一页评级说明及重要声明 图43:核能供热迎来窗口期 . 38 图44:江苏神通核电专用阀门 . 39 图45:2013-2021Q3 江苏神通营收及增速 . 40 图46:2013-2021Q3 江苏神通净利润及增速 . 40 图47:2020 年江苏神通主营业务收入结构 . 40 图48:2018-2020年神通毛利率、净利率及分业务毛利 . 40 图49:2013-2021Q3 江苏神通研发支出及增速 . 41 图50:2013-2021Q3 中国核电营收及增速 . 42 图51:2013-2021Q3 中国核电净利润及增速 . 42 图52:2013-2021Q3 中国广核营收及增速 . 43 图53:2013-2021Q3 中国广核净利润及增速 . 43 图54:2013-2021Q3 中国核建营收及增速 . 44 图55:2013-2021Q3 中国核建净利润及增速 . 44 图56:2013-2021Q3 久立特材营收及增速 . 45 图57:2013-2021Q3 久立特材净利润及增速 . 45 图58:2013-2021Q3 佳电股份营收及增速 . 46 图59:2013-2021Q3 佳电股份净利润及增速 . 46 图60:2013-2021Q3 浙富控股营收及增速 . 47 图61:2013-2021Q3 浙富控股净利润及增速 . 47 图62:国内新能源汽车产量及增速 . 49 图63:国内新能源汽车销量及增速 . 49 图64:欧洲新能源车销量急速增长 . 50 图65:欧洲新能源车渗透率持续提升 . 50 图66:国内动力电池装机量及增速 . 51 图67:2021 年1-10 月全球动力电池装机量TOP10 企业 . 51 图68:全球半导体硅片产能及增速 . 54 图69:全球半导体行业市场规模及增速 . 54 图70:300mm 晶圆投资支出情况 . 55 图71:电子供应链预测 . 55 图72:我国半导体销售额及增速 . 56 图73:各类型拖拉机保有量 . 60 图74:每公顷耕地面积拖拉机保有量 . 60 图75:各类型拖拉机产量变化情况 . 61 图76:北斗农机自动驾驶应用区域 . 63 图77:纳滤膜制备工艺路线 . 66 图78:纳滤膜表面微观形貌 . 66 图79:纳滤膜通量随原料液镁锂比的变化 . 67 图80:镁锂比对纳滤膜分离因子及镁、锂截留率的影响 . 67 图81:电渗析膜堆结构图 . 68 图82:中空纤维超滤膜设备 . 70 图83:超滤过程原理 . 70 图84:渗透海水淡化厂主要工艺组成 . 71 图85:沃顿科技营业总收入及增速 . 72 图86:沃顿科技归母净利润及增速 . 72 图87:唯赛勃营业总收入及增速 . 73 行业投资策略 长城证券8 请参考最后一页评级说明及重要声明 图88:唯赛勃归母净利润及增速 . 73 图89:2020 年航空航天碳纤维需求-分市场(吨) . 75 图90:2015-2025 年航空航天碳纤维需求预测(吨). 75 图91:碳纤维复合材料在美国战斗机中的发展 . 76 图92:国内外军用战机碳纤维复合材料占比 . 77 图93:2020 年各国军用飞机数量(架) . 77 图94:2013-2020 年中国军用飞机数量变化趋势(架) . 77 图95:波音客机的碳纤维复合材料发展 . 78 图96:空客 A380CFRP 分布以及A350 碳纤维涂装 . 78 图97:国内外民用飞机碳纤维复合材料占比 . 79 表1:风电叶片大梁主要采用的三种制造工艺生产 . 12 表2:我国部分碳纤维企业扩产情况 . 13 表3:各种晶硅电池名称缩写及释义对照表 . 26 表4:各种电池技术平均转换效率变化趋势 . 27 表5:国民经济规划-核电政策的演变脉络 . 34 表6:我国高温气冷堆研发、建设全历程 . 36 表7:中国锂电设备企业海外布局 . 51 表8:晶圆在建情况及产能 . 56 表9:农业机械相关政策 . 62 表10:我国膜法水处理行业发展历程 . 64 表11:我国主要盐湖基本特征及开发利用情况 . 68 表12:某废水相关水质参数 . 69 表13:申万军工涨跌情况 . 73 表14:五大主机厂三季报毛利率,净利润变化 . 74 表15:碳纤维复合材料在航空飞机上的使用部位 . 76 行业投资策略 长城证券9 请参考最后一页评级说明及重要声明 1. 碳纤维需求高景气,供给扩张与需求创造并行,全产业链成长可期 1.1 下游应用场景不断扩展,十四五产能扩张与需求放量并行 碳纤维各方面性质优势明显,具有较强减重加固效果: 碳纤维是一种含碳量在 90%以上的高强度高模量纤维,直径约 5 至 10 微米,主要由碳原子组成。碳纤维在风电叶片、航空航天、土木工程、军事和赛车运动以及其他竞技运动应用中广受欢迎。作为各类产业制造过程中的原材料,碳纤维具有以下特点:1)强度高:抗拉强度在 3,500MPa以上;2)模量高:弹性模量在 230GPa以上;3)密度小:密度是钢的 1/4,是铝合金的 1/2;4)比强度高:比钢大 16倍,比铝合金大 12倍;5)耐超高温:在非氧化气氛条件下,可在 2,000时使用,在 3,000的高温下部熔融软化;6)耐低温:在-180低温下,钢铁变得比玻璃脆,而碳纤维依旧具有弹性;7)耐酸、耐油、耐腐蚀:能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀,其耐腐蚀性能超过黄金和铂金,同时拥有较好的耐油、耐腐蚀性能热膨胀系数小;8)导热系数大:可以耐急冷急热,即使从3,000的高温突然降到室温也不会炸裂。 碳纤维复合材料下游应用主要包括航空航天、体育设施、工业和风电设备行业等其他领域,在绿色能源和新型材料发展的带动下,中国碳纤维复合材料的下游应用领域逐步扩大,开始在汽车制造、建筑交通等方面布局,并进一步加大了在风电设备领域的产业应用。 图 1:碳纤维产业链 资料来源:中商产业研究院,长城证券研究院 行业投资策略 长城证券10 请参考最后一页评级说明及重要声明 2015年至 2020年中国碳纤维总需求由 16808吨增长至 48851吨,期间 CAGR达 23.79%,每年增长率分别为 16.50%/20.00%/32.00%/22.00%/29.10%。其中 2020年进口 30351吨,同比增长17.46%,国产18500吨,同比增长54.17%。 我国碳纤维进口市场需求增长率五年来分别为 11.57%/0.84%/36.77%/17.37%/17.46%,国产碳纤维需求量整体增长速度更高,分别为 44.00%/105.56%/21.62%/33.33%/54.17%。在国产碳纤维技术迅速发展的今天,2020 全球碳纤维复合材料市场报告中预测,未来三年内国产碳纤维将会超过进口量。 图 2:中国碳纤维总需求情况 图 3:中国碳纤维需求(进口/国产)情况 资料来源:2020全球碳纤维复合材料市场报告,长城证券研究院 资料来源:2020全球碳纤维复合材料市场报告,长城证券研究院 碳纤维产业一直被政府高度重视,国家近 10 年出台了一系列关于碳纤维及碳纤维复合材料的产业支持政策,持续引导并进一步提升碳纤维材料重点品种的关键生产和应用技术。其中,2015 年 5 月国务院发布的中国制造 2025中对国家碳纤维及复合材料技术发展制定未来发展指标要求;2016年 8月中国科学院提出的中国科学院“十三五”发展规划纲要中将碳纤维及其复合材料核心关键技术列入科技创新 2030 重大工程;2019 年 10 月,国家发改委发布产业结构调整指导目录(2019 年本),将碳纤维等高性能纤维及制品的开发、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,推进碳纤维产业的发展。2021 年 3 月,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 年远景目标纲要中提出,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良好的政策环境。 1.2 风电需求装机量增大,渗透率不断提升 风力作为一种清洁能源,先于光伏发电受到全球各国的青睐,近十几年以来经历了全球化的高速增长。风力发电是指利用风力发电机组直接将风能转化为电能的发电方式。在风能的各种利用形式中,风力发电是风能利用的主要形式,也是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。 0%5%10%15%20%25%30%35%0200004000060000800001000001200001400001600002015 2016 2017 2018 2019 2020 2023E 2025E总需求(吨) 增长率0%20%40%60%80%100%120%01000020000300004000050000600007000080000900002015 2016 2017 2018 2019 2020 2023E 2025E进口(吨) 国产(吨) 进口量增速 国产量增速 行业投资策略 长城证券11 请参考最后一页评级说明及重要声明 根据2020 全球碳纤维复合材料市场报告的数据,对比 2020 年全球和中国的碳纤维需求市场,风电叶片均为碳纤维下游最大的市场,分别占比 28.27%和 40.90%,对比2019年的需求量,依然保持在 20%的强劲增长。对比遭受重挫的航空航天市场(主要受影响的是民用航空、公务机),用量急剧降低。风电市场的增长潜力非常巨大,这有待于维斯塔斯之外的其他风电巨头企业,尤其是中国风电企业批量使用碳纤维。 图 4:2020年全球碳纤维需求结构 图 5:2020年中国碳纤维需求结构 资料来源:2020全球碳纤维复合材料市场报告,长城证券研究院 资料来源:2020全球碳纤维复合材料市场报告,长城证券研究院 风电叶片大型化,碳纤维逐步替代玻纤趋势确立: 目前全球风电巨头为了降低风电的度电成本,提升产品盈利能力,均采用了风电叶片大型化、轻量化的发展目标。为降低成本,必须增加发电时间,提升风机捕捉风能的能力,其中一个最主要的途径就是增加叶片的扫风面积、增大叶片的直径。据统计,风电叶片尺寸迅速发展,2010 到 2019年,叶片的长度从 100 米逐步增长到 125 米,预计未来叶片尺寸还将进一步增大到 150米甚至更高。 随着叶片的长度逐渐增加,对于叶片的质量控制便提出了更高的要求。据了解,传统的叶片制造材料主要为玻璃纤维复合材料,但玻纤叶片重量比较大,已经无法满足风电叶片大型化的发展趋势。而碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料具有更低的密度,更高的强度,可以保证风电叶片在增加长度的同时, 大大降低叶片重量。 根据 GE 的分析结果显示,到 2025 年风轮直径将从现在的 100m 扩大到 160m,IEA 的分析也可以得出类似的结论。由此可见,为了提高风机效率,满足更广泛的风场条件,现在业界已经形成共识:风轮直径扩大是风电未来的发展趋势。 风轮直径扩大,必然导致叶片刚度下降,更加容易变形。如何在一定控制质量的前提下,提高叶片刚度,是风电叶片设计必须要考虑的问题。碳纤维(主要是大丝束碳纤维)作为质量轻、强度高、模量高的新型材料在风电叶片领域的应用必将进一步提升。 风电叶片, 28.27%航空航天, 15.47%体育休闲, 14.48%汽车, 11.76%混配模成型, 8.94%压力容器, 8.28%碳碳复材, 4.70%建筑, 3.86%电子电气, 1.41% 船舶, 1.13% 电缆芯, 0.94% 其他, 0.76%风电叶片, 40.90%体育休闲, 29.90%碳碳复材, 6.10%建筑补强, 4.50%压力容器, 4.10%航空航天, 3.50%混配模成型, 3.50%电子电气, 2.50%汽车, 2.50% 电缆芯, 0.80% 船舶, 0.20% 其他, 1.50% 行业投资策略 长城证券12 请参考最后一页评级说明及重要声明 图 6:风轮直径扩大是风电未来趋势 图 7:风电叶片大型化趋势明显 资料来源:GE,长城证券研究院 资料来源:IEA,长城证券研究院 1.3 碳梁技术有望大规模应用,或将带动碳纤维需求的快速增长 在提高风能的成本效益并延长发电机的使用寿命的目标下,将碳纤维应用在风电领域有诸多优势,(1)重量轻,碳纤维材料有助于减轻叶片重量并增加长度,而不会影响刚度和强度。(2) 优化叶片性能,使用碳纤维叶片增强件可以设计更长,更轻,效率更高的叶片。简单来说,风电碳梁的好处就是刚度和成本之间达到了极好的平衡,使叶片轮廓更加纤细,从而提高了空气动力学效率,使风力涡轮机叶片更轻,更长,更硬且更坚固,从而整体上更加高效,从而降低了能源的平均成本和更高的年度能源产量。 过去主要是工艺主要为真空袋压成型和真空导入,有效率低、成本高等劣势。而在VESTAS 新的结构工艺下,碳纤板材拉挤成型的碳梁应用拥有广阔的前景。 表 1:风电叶片大梁主要采用的三种制造工艺生产 项目/材料 碳纤预浸料 碳纤织物 碳纤板材 材料图片 工艺 真空袋压成型 真空导入 拉挤成型 叶片部位 蒙皮、梁帽、叶根 梁帽 梁帽 资料来源:国产碳纤维在风电叶片产业中的机会,长城证券研究院 高效、低成本、高质量的碳纤维拉挤梁片工艺,使得碳纤维使用成本大幅降低。VESTAS 这种用新设计和新工艺制造的碳纤维主梁,完成技术攻关后,碳纤维在风电领域的使用量进入快速增长。 行业投资策略 长城证券13 请参考最后一页评级说明及重要声明 1.3.1 VESTAS 专利到期在即,碳纤维渗透率有望在风电领域实现持续增长 Vestas在 2002 年 7 月 19 日分别向中国/丹麦等国家知识产权局、欧洲专利局、世界知识产权局等国际性知识产权局申请了以碳纤维条带为主要材料的风力涡轮叶片的相关专利,专利权利要求包含了制造预先预制的条带的方法和制造风力涡轮机叶片的方法。 2022 年,Vestas 的碳梁专利保护将到期,由于碳纤维材料应用在风电叶片上有着诸多无法代替的优势,因此我们认为届时其他风电叶片制造商将推出应用碳梁的风电叶片产品,将为碳纤维在风电领域贡献非常大的增量市场。 根据2020 全球碳纤维复合材料市场报告中的数据,2020 年全球风电叶片所需碳纤维达到 30600 吨,同比增长20%,成为我国碳纤维产业重要增长点。据其预测显示,2025年全球风电叶片所需碳纤维将有望达到9.34万吨。 图 8:风电叶片碳纤维需求(吨) 资料来源:2020全球碳纤维复合材料市场报告,长城证券研究院 1.4 行业龙头进入扩产期,设备产线进口替代加快,龙头公司受益明显 2020年中国碳纤维行业呈现的景气度较高。市场在强劲增长,叠加 8月后日本限制碳纤维对华销售,因此几乎每家主要碳纤维公司均在扩大产能。 表 2:我国部分碳纤维企业扩产情况 公司名称 项目名称 详情 公告日期 中复神鹰碳纤维西宁有限公司 年产14000吨高性能碳纤维及配套原丝建设项目 项目总投资279990万元,用汇额3290万美元。项目占地300亩,主要建设7条单线年产4300吨聚丙烯腈碳纤维原丝生产线、1条单线年产2000吨高性能碳纤维2021.6.25 30600933840100002000030000400005000060000700008000090000100000 行业投资策略 长城证券14 请参考最后一页评级说明及重要声明 公司名称 项目名称 详情 公告日期 生产线、4条单线年产3000吨高性能碳纤维生产线,项目建成后将形成年产14000吨高性能碳纤维的产能规模。 光威复材 内蒙古光威万吨级碳纤维产业化项目 一期到2022年预计达产碳纤维4000吨,二期6000吨,三期预留部分产能,项目总产能预计可达2万吨。 2021.3.25 吉林化纤 20万吨碳纤维全产业链项目 计划总投资115.75亿元,五个项目:吉林碳谷年产15万吨碳纤维原丝项目、吉林国兴1.5年产 1.5万吨大丝束碳纤维项目、吉林凯美年产600吨碳纤维项目、吉林化纤集团年产3.5万吨大丝束碳纤维项目、吉林国兴复材年产1万吨碳纤维复合材料制品项目。分三期建设,新增产值135.65亿元。 2021.4.29 中简科技 1000吨/年国产T700级碳纤维扩建项目 计划总投资68300万元。原有产线产能100吨/年,2020年产能利用率已超过100%。募投项目1000吨/年国产T700级碳纤维扩建项目已于2020年转固,将大幅提升公司未来业绩上升空间
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