机械周报：风电碳纤维叶片的经济性及设备国产化趋势.pdf

本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 1 Table_Summary 报告摘要 ： 本周关注： 国茂股份、精功科技、晶盛机电、应流股份、森松国际、帝尔激光 。 本周核心观点： 继续看好在碳中和大背景下风电、光伏、氢能、核能等相关设备机遇，尤其是由于能源形式升级带来的材料、工艺变化所导致的设备需求。重点关注碳纤维、复合铜箔等领域。 叶片经济性问题 （仅从材料角度）： 减重 24.1%-32.5%，成本提升 14%-20.7%。 在拉挤工艺仍被维斯塔斯垄断的时候， 这里探讨浸渍法。 根据 专家 测算，集合 20 年中所有可能发生的应力，碳纤维叶片等效破坏疲劳负载相比玻璃纤维下降 32%。 从材料成本角度： 对 57 米 、 74 米 ， 90 米 叶片进行减重和叶片材料成本角度的经济性测算，得出主梁采用碳纤维的叶片重量分别减少 27.0%、 24.1%和 32.5%，而材料成本分别增加19.7%、 20.7%和 14.0%。目前以海风为代表的风机单体装机 上到 6MW 甚至以上 ，经济性日益凸显， 且 对于减重后的叶片对整机成本的降低有较大的帮助 。 维斯塔斯解决的问题： 使用合宜材料进行标准化。 维斯塔斯把整体成型的主梁主体受力部分拆解为高效、低成本高质量的拉挤梁片标准件，然后把标准件一次组装整体成型，且采用大丝束相对小丝束更经济的材质。按照这种设计和工艺制造出来的碳纤维主梁，兆瓦级叶片均可使用 。 原丝： 丙烯腈占成本约 50%，国内龙头为吉林碳谷 。 碳纤维原丝的工艺主要分为聚合过程、制胶过程（原液）、纺丝过程三个过程 ， 腈纶生产具备先天优势 。 生产 1 吨原丝需要 1 吨的丙烯腈， 700-900m的天然气， 0.05 吨的油剂等。 成本占比最高的是直接材料 （ 60%-65%） ，其次是制造费用（含折旧）（ 18%-19%） ，后面是能源（ 主要是天然气）（ 17%-18%） ，人工费占比只有 3%-4%。 碳丝：原丝占成本约 56%，叶片是当前主要增长动力 。 碳丝是原丝经过碳化后的产物，目前最主要的成本是原丝，目前大约生产 1 吨碳纤维需要 2 吨原丝， 2.2 万度电 。 2020 年我国碳纤维需求量 4.89 万吨， 其中 风电叶片2 万吨，但 62%依赖进口； 预计到 2025 年，全球风电叶片用碳纤维会提升至 9.34万吨；到 2030 年，全球碳纤维需求量将提升至 59-64 万吨（航空航天 8-10 万吨，风电 19-20 万吨，氢气瓶及 CNG 气瓶 18 万吨，汽车 +轨交 9-10 万吨，功能材料 5-6万吨），复合增速 19.3%。 设备： 氧化炉和碳化炉是核心设备，国产替代进行时 。 在碳纤维的生产过程中，主要涉及原丝制备、氧化环节、碳化环节、石墨化环节、表面处理上浆最后形成石墨碳纤维。参与者主要以德国、日本、美国企业为主，国内目前能做的相对较少。 精功科技是目前国内在碳纤维设备领域有较大突破的企业 ，其目前主要涉足氧化炉、碳化炉、石墨化炉、表面处理设备，其与吉林化纤一起推动碳纤维国产化进程，目前客户以吉林化纤系为主， 2020 年 4 月至今已 获 碳纤维 取设备订单 27.1 亿元（含税）。 风险提示 1.项目进度低于预期； 2.国内技术进度低于 预期 预导致国内需求仍被海外垄断 。 Table_ProfitDetail Table_Invest 推荐 维持评级 Table_QuotePic 行业与沪深 300 走势比较 -4%3%10%17%23%20-11 21-02 21-05 21-08 21-11机械 沪深300 资料来源： Wind，民生证券研究院 Table_Author 分析师：李哲 执业证号： S0100521110006 电话： 13681805643 邮箱： lizhe_ Table_docReport 相关研究 1.民生机械周报 20211025：下游需求加速放量，锂电设备行业景气度持续 2.【民生机械】 2021 年 9 月工业机器人行业数据点评： 9 月产量同比增幅收窄，不改长期高增长逻辑 Table_Title 机械 行业研究 /周报 风电碳纤维叶片的经济性及设备国产化趋势 机械周报 20211122 机械周报 2021 年 11 月 22 日 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 2 Table_Page 周报 /机械 目录 1 碳纤维叶片的经济性问题 . 3 1.1 仅从材料角度：减重 24.1%-32.5%，成本提升 14%-20.7% . 3 1.2 维斯塔斯解决了什么问题？ . 5 2 碳纤维产业链情况 . 7 2.1 原丝：丙烯腈占成本约 50%，国内龙头为吉 林碳谷 . 8 2.2 碳丝：原丝占成本约 56%，叶片是当前主要增长动力 . 10 2.3 设备：氧化炉和碳化炉是核心设备，国产替代进行时 . 12 3 风险提示 . 15 插图目录 . 16 表格目录 . 16 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 3 Table_Page 周报 /机械 1 碳纤维叶片的经济性问题 风机 大型化是未来发展趋势，随之带来的是各项零部件的增大，其中叶片长度目前已经突破百米，随着叶片长度的增加，提高叶片强度，减轻叶片质量，碳纤维的经济性日益凸显。 图 1: 风机旋转半径与叶片质量几乎呈指数关系 图 2: 叶片长度和叶片重量的关系 资料来源： 中国复合材料集团有限公司 ，民生证券研究院 资料来源： 中国复合材料集团有限公司 ，民生证券研究院 1.1 仅从材料角度：减重 24.1%-32.5%，成本提升 14%-20.7% 在拉挤工艺仍被维斯塔斯垄断的时候，我们这里探讨浸渍法，在 20 年的寿命期间，碳纤维预浸料的疲劳损伤很小；疲劳情况下，玻璃纤维材质的叶片叶根弯矩远超过碳纤维材质的叶片。根据中国建材陈虹专家的测算，集合 20 年中所有可能发生的应力，碳纤维叶片等效破坏疲劳负载相比玻璃纤维下降 32%。 图 3: 碳纤维 与 玻璃纤维材料的疲劳性能对比 图 4: 静态和疲劳状态下玻璃纤维和碳纤维的叶根弯矩对比 资料来源： 中国复合材料集团有限公司 ，民生证券研究院 资料来源： 中国复合材料集团有限公司 ，民生证券研究院 从材料成本角度：参考目前的材料价格，我们对 57米（ 3MW）、 74米（ 7MW）， 90米（ 10MW）叶片进行减重和叶片材料成本角度的经济性测算，得出主梁采用碳纤维的叶片重量分别减少27.0%、 24.1%和 32.5%，而单个叶片材料成本分别增加 19.7%、 20.7%和 14.0%。目前以海风 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 4 Table_Page 周报 /机械 为代表的风机单体装机已经到了 6MW-10MW 区间甚至更高的单体装机，在碳纤维的经济性方面将日益明显。 表 1: 碳纤维叶片的减重及材料成本经济性测算 叶片 指标 单位 WEI57-3000G WEI57-3000C WEI74-7000G WEI74-7000C WEI90-7000G WEI90-7000C 基础信息 长度 m 57 57 74 74 90 90 风轮直径 m 116 116 153 153 185 185 额定功率 MW 3 3 7 7 10 10 外壳材料 环氧树脂浸渍无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍无碱玻璃纤维 环氧树脂浸渍无碱玻璃纤维 主梁材料 浸渍玻璃纤维 碳纤维预浸料 浸渍玻璃纤维 碳纤维预浸料 浸渍玻璃纤维 碳纤维预浸料 主梁设计 盒式梁（ 2 腹板） 工字梁（ 1腹板） 盒式梁（ 2 腹板） 工字梁（ 1腹板） 盒式梁（ 2腹板） 工字梁（ 1腹板） 材料质量 碳纤维预浸料 kg - 1,298 - 3,598 - 4,500 干碳纤维 kg - - 干玻纤 kg 9,444 5,632 27,506 17,085 35,438 19,524 环氧树脂 kg 3,494 2,084 11,499 7,560 13,112 7,224 巴沙木 kg 875 926 2,125 2,344 2,600 2,700 PVC 泡沫 kg 235 235 920 1,040 815 815 粘合剂 kg 286 286 480 480 991 991 合计 kg 14334 10,461 41,219 31,293 52,955 35,753 减重 % -27.0% -24.1% -32.5% 材料单价 碳纤维预浸料 美元 /kg 14 14 14 14 14 14 干碳纤维 美元 /kg 14 14 14 14 14 14 干玻纤 美元 /kg 0.9 0.92 0.9 0.92 0.9 0.92 环氧树脂 美元 /kg 4.9 4.85 4.9 4.85 4.9 4.85 巴沙木 美元 /kg 13.4 13.4 13.4 13.4 13.4 13.4 PVC 泡沫 美元 /kg 8.7 8.69 8.7 8.69 8.7 8.69 粘合剂 美元 /kg 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 材料价格 碳纤维预浸料 美元 - 18,172 - 50,372 - 63,000 干碳纤维 美元 - - - - - - 干玻纤 美元 8,688 5,181 25,305 15,718 32,603 17,962 环氧树脂 美元 16,947 10,107 55,768 36,666 63,593 35,035 巴沙木 美元 11,725 12,408 28,475 31,410 34,839 36,180 PVC 泡沫 美元 2,042 2,042 7,995 9,038 7,079 7,079 粘合剂 美元 3,861 3,861 6,480 6,480 13,384 13,384 合计 美元 43,264 51,772 124,023 149,683 151,498 172,640 同比 % 19.7% 20.7% 14.0% 成本构成 碳纤维预浸料 % 26% 24% 27% 干碳纤维 % 干玻纤 % 39% 24% 39% 25% 41% 25% 环氧树脂 % 34% 21% 38% 25% 35% 21% 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 5 Table_Page 周报 /机械 巴沙木 % 18% 20% 15% 17% 15% 17% PVC 泡沫 % 4% 4% 5% 6% 4% 4% 粘合剂 % 5% 5% 3% 3% 5% 6% 合计 % 100% 100% 100% 100% 100% 100% 资料来源： 中国复合材料集团有限公司 ，民生证券研究院 对于减重后的叶片对整机成本的降低有较大的帮助，例如轮毂的重量一般是叶片重量呈线性关系，叶片减重后对轮毂的减重也有帮助，同时安装时间方面也可获得一定节省。 1.2 维斯塔斯解决了什么问题？ 2015 年之前，碳纤维应用在风电叶片的工艺主要是预浸料或织物的真空导入，部分采用小丝束碳纤维，平均价格偏高，近些年采用大丝束拉挤梁碳纤维，价格降低了很多（单价由 23 美元 /kg 降至 2016 年的 14 美元 /kg）。虽然碳纤维的用量和制件大幅增加，但单体碳纤维叶片成本却大大降低了，主要因为风电叶片（主要是大梁）碳纤维复合材料价格大幅度降低了。 表 2: 2014-2018 年全球风电叶片用碳纤维数据汇总 年份 碳纤维单 价 制件单价 碳纤维 用量 碳纤维用 量占比 制件产量 制件产量 占比 碳纤维产 值 碳纤维产 值占比 制件产值 制件产值占比 单位 美元 /kg 美元 /kg Kt % Kt % 百万美元 % 百万美元 % 2014 23 50 6 11 138 9 2015 23 50 18 24.2 27.7 24 414 16 1385 10 2016 14 18 18 230 27.7 23 252 12 480 4 2017 14 18 19.8 23 30.5 23.5 277 12 530 4.2 2018 14 17.5 22 23.8 33.8 23.8 308 12.8 590 4.3 资料来源：国产碳纤维在风电叶片产业中的机会 ，民生证券研究院 2015 年随着维斯塔斯开始采用碳纤维叶片之后，其选择的是卓尔泰克（ Zoltek）的大丝束为其供应商，选择国内的光威复材和江苏澳盛为其复材供应商，导致国内叶片用 碳纤维用量从 2015 年开始暴增 （产业链本质上是光威复材等从卓尔泰克购买碳纤维丝后加工为复材供维斯塔斯，因为我们看到的国内叶片碳纤维用量暴增大部分不算国内份额） 。 2020年虽然我国碳纤维使用量 4.9 万吨，但进口依赖度高达 62%。 表 3: 2014-2020 年我国风电碳纤维使用量级占全球风电碳纤维使用量的比例 年份 单位 2014A 2015A 2016A 2017A 2018A 2020A 叶片 碳纤维用量 Kt 0 0.9 3.0 3.06 8.0 20 占全球比例 % 0% 5% 15% 13% 36.4% 65.4% 资料来源：国产碳纤维在风电叶片产业中的机会 ，民生证券研究院 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 6 Table_Page 周报 /机械 维斯塔斯的叶片主梁结构设计如下图所示，其把整体成型的主梁主体受力部分拆解为高效、低成本高质量的拉挤梁片标准件，然后把标准件一次组装整体成型。 按照这种设计和工艺制造出来的碳纤维主梁，兆瓦级叶片均可使用 。这种设计的优点： 通过拉挤工艺生产方式大大提高了碳纤维体积含量，减轻了主体承载部分的质量； 通过标准件的生产大大提高了生产效率，保证产品性能的一致性和稳定性； 大大降低了运输成本和最后组装整体成型的生产成本； 预浸料和纺织物都有一定的边角料，拉挤梁片及整体灌注极少。 图 5: 叶片主体采用玻璃纤维增强复合材料 图 6: 叶片大梁采用碳纤维增强复合材料 资料来源： 国产碳纤维在风电叶片产业中的机会 ，民生证券研究院 资料来源： 国产碳纤维在风电叶片产业中的机会 ，民生证券研究院 图 7: 拉挤工艺生产碳纤维拉挤板材 示意图 资料来源： 吉林化纤公告 ，民生证券研究院 维斯塔斯在推动全球叶片碳纤维趋势下做的工作主要是采取了高效、低成本、高质量的拉挤梁片工艺，但究其根源维斯塔斯在大梁结构的革命性创新设计才使拉挤梁片的使用成为可能（ 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 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 7 Table_Page 周报 /机械 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，预计 2022 年 7 月专利保护到期 ，国内叶片生产企业都跃跃欲试 ） 。 2 碳纤维产业链情况 完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程：首先，产业链上游企业先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并经氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（ PAN）原丝；然后，产业链中下游企业再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维；碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可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。 图 8: 碳纤维产业链情况 资料来源： 吉林碳谷公告 ，民生证券研究院 表 4: 我国目前碳纤维原丝和碳纤维的已投运产能及拟建规划（截止 2020 年底，吨 /年） 公司简称 原丝 碳纤维 拟建（含在建）设规划 碳谷 +宝旌 40,000 8,500 十四五期间拟建 20 万吨原丝 +6 万吨碳纤维 +1 万吨复合材料 中复神鹰 21,250 8,500 在西宁建设 2 万吨碳纤维产能， 2020 年 已建成 4000 吨 江苏恒神 13,750 5,500 光威复材 12,750 5,100 在包头拟建万吨碳纤维基地，同时在威海扩建 兰州蓝星 4,500 1,800 上海石化 3,750 1,500 2.4 万吨碳原丝 +1.2 万吨大丝束碳纤维 中简科技 3,125 1,250 太钢钢材 3,125 1,250 吉林化纤 1,000 中油吉化 1,500 500 河南永煤 1,250 500 新创碳谷 3.6 万吨大丝束碳纤维 杭州超探 1 万吨碳纤维及复合材料 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 8 Table_Page 周报 /机械 广州金辉 5 万吨原丝 +2 万吨碳纤维 +4 万吨复合材料 新疆隆炬 5 万吨碳纤维碳化项目 国泰大成 2.5 万吨原丝 +1 万吨碳纤维及复合材料 合计 105,000 35,400 资料来源： 2020 全球碳纤维复合材料市场报告 ，民生证券研究院 2.1 原丝 ：丙烯腈占成本约 50%， 国内龙头为吉林碳谷 碳纤维原丝的工艺主要分为聚合过程、制胶过程（原液）、纺丝过程三个过程 ，腈纶生产具备先天优势 。 图 9: 碳纤维原丝生产工艺 资料来源：公司网站，民生证券研究院 参考吉林碳谷的财报数据， 2018-2021H1，公司小丝束原丝销售均价分别为 14.5、 24.0、16.4 及 27.9 万元 /吨，而中小丝束和大丝束价格相对较低（风电叶片一般采用大丝束）。毛利率角度来看， 2018-2021H1，各种丝束毛利率均呈现提升趋势，其中小丝束毛利率最高，大丝束毛利率最低，但 2021H1 也达到 38.4%，在这一过程中，除了均价的提升趋势，单位成本也呈现下降的趋势。 表 5: 吉林化纤原丝销售均价及成本毛利率（万元 /吨） 产品类型 2018A 2019A 2020A 2021H1 均价 单位 成本 毛利率 均价 单位 成本 毛利率 均价 单位 成本 毛利率 均价 单位 成本 毛利率（估算） 小丝束 （ 1/3/6K） 14.5 7.4 50.9% 24.0 10.4 56.4% 16.4 5.3 65.9% 27.9 5.7 79.5% 中小丝束 （ 12K） 2.6 2.9 2.9% 2.7 2.5 5.3% 2.7 1.8 21.5% 3.0 1.7 42.7% 大丝束 （ 24/25/48/50K） 2.2 2.5 -1.0% 2.3 2.2 2.6% 2.4 1.6 19.6% 2.7 1.6 38.4% 资料来源：公司公告，民生证券研究院 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 9 Table_Page 周报 /机械 在原丝生产中，成本占比最高的是直接材料（包括丙烯腈（占比约 80%）和油剂），占成本的 60%-65%，其次是制造费用（含折旧），占成本的 18%-19%，后面是能源（包含气（占比约 70%）、电、水）占 17%-18%，人工费占比只有 3%-4%。 表 6: 碳纤维原丝的单价及成本构成情况 项目 单位 2018A 2019A 2020A 2021H1 主营业务收入（万元） 万元 20,862.75 30,961.98 59,244.98 37,906.97 主营业务收入增长率（ %） % 27.58 48.41 91.35 77.65 原丝销售量（吨） 吨 8,051.52 11,683.20 21,695.03 13,805.76 销售量增长率（ %） % 56.56 45.11 85.69 74.97 单吨原丝收入 元 /吨 25,912 26,501 27,308 27,457 单位直接材料成本 元 /吨 17,072 14,223 10,601 10,596 单位直接人工成本 元 /吨 752 863 592 550 单位制造费用成本 元 /吨 4,823 4,577 3,256 2,978 单位动力能源成本 元 /吨 4,655 4,134 2,933 2,718 单位营业总成本 元 /吨 27,301 23,796 17,381 16,843 单位直接材料成本占比 % 63% 60% 61% 63% 单位直接人工成本占比 % 3% 4% 3% 3% 单位制造费用成本占比 % 18% 19% 19% 18% 单位动力能源成本占比 % 17% 17% 17% 16% 资料来源：吉林碳谷公告 ，民生证券研究院 从单位原丝原材料及能耗用量角度，生产 1 吨原丝需要 1 吨的丙烯腈， 700-900m的天然气， 0.05 吨的油剂等。 表 7: 单吨碳纤维原丝的原材料和能耗情况 项目 单位 2018A 2019A 2020A 2021H1 单吨原丝原材料 其中： 丙烯腈 吨 /吨 1.1 1.0 1.0 1.2 其中： 油剂 吨 /吨 0.05 0.05 0.05 0.06 原材料 采购 单价 其中： 丙烯腈 元 /吨 13,180 9,616 7,018 12,192 其中： 油剂 元 /吨 55,403 53,925 49,992 46,627 单吨原丝能耗 其中： 水 吨 /吨 769 683 546 493 其中： 电 度 /吨 2,469 1,672 1,489 1,735 其中： 气 m/吨 1,162 1,020 729 896 能耗 采购 单价 其中： 水 元 /吨 1.02 0.73 0.80 0.81 其中： 电 元 /度 0.66 0.69 0.61 0.57 其中： 气 元 /m 4.27 3.40 3.60 3.41 资料来源：吉林碳谷公告 ，民生证券研究院 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 10 Table_Page 周报 /机械 目前市场能够对外大规模外销原丝的仅有吉林碳谷一家，其他的例如中复神鹰、光威复材、兰州蓝星、上海石化、中简科技等基本自供消化。吉林碳谷的产品涉及大小丝束，外销客户下游涉及运动器材、风电、轨交、军工 &航天、海洋工程、新能源产品等。 表 8: 2020 年吉林碳谷主要客户情况（万元） 项目 销售金额 年度销售占比 丝束类型 类比等级 下游 吉林精功 24,934.9 42.08% 大丝束 T400 风电、轨交、碳碳复合材料等 浙江精功 3,385.0 5.71% 江苏宏飞 5,370.1 9.06% 常州市宏发纵横 3,630.9 6.13% 大丝束 T400 运动器材、汽车改装件、医疗器械、电子产品外壳、风电、轨道交通。 ALABUGA-FIBRE LLC 7,519.2 12.69% 均需要 T400-T700 航天、原子能、风电、汽车等。 江苏恒神 5,437.0 9.18% 均需要 T400 及以上 民用航空、海洋工程、新能源产品、轨道交通、汽车、建筑补强和体育休闲 吉林国兴 2,902.1 4.90% 中小丝束 T400 体育休闲、风力发电、工业自动化、轨道交通、汽车轻量化、压力容器。 合计 53,179.2 89.75% 资料来源：吉林碳谷公告 ，民生证券研究院 2.2 碳丝 ：原丝占成本约 56%， 叶片 是当前主要增长动力 碳丝是原丝经过碳化后的产物，目前最主要的成本是原丝，目前大约生产 1 吨碳纤维需要 2 吨原丝， 2.2 万度电 （碳化环节需要消耗大量的电能，因此项目选址及能耗指标是一个比较核心的指标），其他还会消耗小部分的自来水和天然气。除了原材料和能源成本，折旧占比约 15%，运维 +人工合计占比 10%出头。 图 10: 碳丝生产工艺流程图 资料来源： 吉林碳谷公告 ，民生证券研究院 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 11 Table_Page 周报 /机械 表 9: 1 万吨 /年碳纤维项目的单体模型 项目 单位 测算数据 成本构成（ %） 碳纤维产能 吨 10,000 总投资 万元 202,400 生产人员 人 660 碳纤维 单价 假设 万元 /吨 12.0 营收 万元 120,000 总成本 万元 82,451 100% 原丝成本 万元 46,466 56.4% 原丝价格假设 万元 /吨 2.32 能源成本 14,521 17.6% 其中： 电 万元 14,300 17.3% 其中： 天然气 万元 165 0.2% 其中： 自来水 万元 56 0.1% 折旧成本 万元 12,092 14.7% 折旧年限 假设 年 16.7 人工费 万元 3,300 4.0% 维修费 万元 6,072 7.4% 可获利润总额 万元 37,549 所得税率 % 15% 应缴所得税 万元 5,632 净利润 万元 31,917 净利率 % 27% ROE % 16% 资料来源：光威复材公告 ，民生证券研究院 根据 2020 全球碳纤维复合材料市场报告 数据， 2020 年我国碳纤维需求量 4.89 万吨（全球需求 10.7 万吨），风电叶片 2 万吨（占需求的 40.9%），但 62%依赖进口； 报告预计到 2025年，全球风电叶片用碳纤维会提升至 9.34万吨（“十四五”期间复合增速 25%）；根据广州奥赛预测，到 2030 年，全球碳纤维需求量将提升至 59-64 万吨（航空航天 8-10万吨，风电 19-20 万吨，氢气瓶及 CNG 气瓶 18 万吨，汽车 +轨交 9-10 万吨，功能材料5-6 万吨），复合增速 19.3%。 图 11: 2020 年中国碳纤维需求 -应用（吨） 图 12: 中国碳纤维需求量（吨） 资料来源： 广州奥赛碳纤维技术股份有限公司 ，民生证券研究院 资料来源： 广州奥赛碳纤维技术股份有限公司 ，民生证券研究院 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 12 Table_Page 周报 /机械 碳纤维产业链目前主要垄断在日本东丽等海外企业手中，国内军工碳纤维企业尝试国产替代，以吉林化工为代表的民用碳纤维企业日益强大。 图 13: 全球碳纤维版图 图 14: 全球碳纤维厂家业务模式 资料来源： 广州奥赛碳纤维技术股份有限公司 ，民生证券研究院 资料来源： 广州奥赛碳纤维技术股份有限公司 ，民生证券研究院 2.3 设备：氧化炉和碳化炉 是核心 设备 ，国产替代进行时 在碳纤维的生产过程中，主要涉及原丝制备、氧化环节、碳化环节、石墨化环节、表面处理上浆最后形成石墨碳纤维。参与者主要以德国、日本、美国企业为主，国内目前能做的相对较少。 图 15: 碳纤维不同环节设备 及全球核心参与者情况 资料来源： 碳纤维生产技术 ，民生证券研究院 （注：北京化工大学、山东大学、中科院山西煤化所、威海拓展、 中复神鹰、中简科技等单位也具备设备设计或制造能力。） 在制造聚丙烯腈 (PAN)基碳纤维过程中，结构经过两次重大变化后由有机原丝转化为聚丙烯结构 预氧丝结构 碳纤维结构原丝氧化炉碳化炉石墨化炉表面处理、上浆碳纤维喷丝板株式会社化纤喷丝板制作所日本精线川崎重工日本协和德国 E N K A德国巴马格德国 W U M A G德国特吕茨勒意大利 M A E美国 p a ll黎巴嫩米卡英国斯奈克中国恒天常州纺兴精密机械美国 D ES P A T C H美国 L IT Z L ER美国 H ar p e r德国艾森曼台湾聚川顶立科技精功科技美国 H ar p e r 美国 L IT Z L ER 德国艾森曼德国音斯楚特台湾聚川顶立科技西安富瑞达精功科技德国艾森曼德国杜尔台湾聚川恩国环保台湾聚川精功科技石墨纤维结构 表面处理上浆 碳纤维丝 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 13 Table_Page 周报 /机械 无机碳纤维。一是在预氧化过程中，使 PAN 的线型分子链转化为耐热梯型结构的预氧丝；二是在碳化过程中，由预氧丝的梯型结构转化为碳纤维的乱层石墨结构。 图 16: 生产 PAN 基碳纤维过程中两次结构转化示意图 资料来源： 碳纤维生产技术 ，民生证券研究院 氧化炉和碳化炉是生产线的主体设备，也是关键设备。碳化炉应满足碳化工艺的要求，可分为低温碳化炉和高温碳化炉 。与此配套的还有非接触式迷宫密封装置、加热系统、废气排出和处理系统以及牵伸装置，由它们集成组合为一个完整的碳化炉，可实现稳定规模化生产。 图 17: 哈泊公司碳纤维生产线流程示意图 资料来源： 碳纤维生产技术 ，民生证券研究院 根据美国橡树林国家实验室发布的数据分析得出，全产业链来看，原丝（占比50%-60%）、高温碳化（ 19%-23%）、预氧化（ 13%-16%）成本是占比较高的环节，随着规 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 14 Table_Page 周报 /机械 模化的情况整体成本会有降低。 图 18: 小型碳纤维项目成本构成 图 19: 万吨碳纤维项目成本构成 资料来源： 美国橡树林国家实验室 ，民生证券研究院 资料来源： 美国橡树林国家实验室 ，民生证券研究院 精功科技是目前国内在碳纤维设备领域有较大突破的企业 ，其目前主要涉足氧化炉、碳化炉、石墨化炉、表面处理设备，其与吉林化纤一起推动碳纤维国产化进程，目前客户以吉林化纤系为主， 2020 年 4 月至今已 获取 碳纤维 设备订单 27.1 亿元（含税）。 表 10: 近期精功科技碳纤维中标情况（亿元） 时间 客户情况 订单金额 构成 最新进展 2020 年 4 月 吉林精功碳纤维 1.83（含税） 大丝束碳纤维成套生产线 1 套 2021 年 1 月 5 日，公司将该生产线交付吉林精功碳纤维投入使用。 2020 年 6 月 吉林国兴新材料（ 2020 年 12 月修改为新增吉林碳谷） 6.8（含税） 一期： 3.70 亿元（含税）， 3 条线（后修改为 2 条国兴新材料线 3.4 亿 +吉林碳谷线0.3 亿），将于合同生效后 380 日完工；二期金额 3.10 亿元（含税）， 2 条线，工期待定，预计启动时间在 2021 年 7 月以后 1） 2021 年 3 月吉林碳谷线完成交付投入使用； 2021 年 6 月和 9 月完成国兴碳纤维一期2 条的交付投入使用； 2）二期在推进。 2021 年 2 月 吉林凯美克 0.6 碳化线 截止 2021 年 10 月，公司累计收到该合同总金额的 38.33%的货款（即 2,300 万元），合同正在履行中。 2021 年 2 月 国兴碳纤维 1.1 大丝束碳化线 截止 2021 年 10 月，公司累计收到该合同总金额的 48.18%的货款（即 5,300 万元），合同正在履行中。 2021 年 9 月 新疆隆炬新材料 3.3（含税） 2 台（套）碳纤维成套生产线 要求 2022 年 9 月底前交付完毕。 2021 年 10 月 国兴碳纤维 6.5（含税） 4 条碳纤维生产线 签订合同，卖方在收到买方各合同预付款后的 380 日内完工。 2021 年 11 月 吉林化纤 7.0 4 条碳纤维生产线 预计于正式合同签署生效后 8 个月内完工 合计 27.1 资料来源：精功科技公告 ，民生证券研究院 原丝 , 59%预氧化 , 13%高温碳化 , 19%表面处理 , 4%缠绕 &包装 , 5%原丝 , 51%预氧化 , 16%高温碳化 , 23%表面处理 , 4%缠绕 &包装 , 6% 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 15 Table_Page 周报 /机械 3 风险提示 1.项目进度低于预期； 2.国内技术进度低于预期导致国内需求仍被海外垄断。 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 16 Table_Page 周报 /机械 插图目录 图 1: 风机旋转半径与叶片质量几乎呈指数关系 . 3 图 2: 叶片长度和叶片重量的关系 . 3 图 3: 碳纤维与玻璃纤维材料的疲劳性能对比 . 3 图 4: 静态和疲劳状态下玻璃纤维和碳纤维的叶根弯矩对比 . 3 图 5: 碳纤维产业链情况 . 7 图 6: 叶片主体采用玻璃纤维增强复合材料 . 6 图 7: 叶片大梁采用碳纤维增强复合材料 . 6 图 8: 拉挤工艺生产碳纤维拉挤板材示意图 . 6 图 9: 碳纤维原丝生产工艺 . 8 图 10: 碳丝生产工艺流程图 . 10 图 11: 2020 年中国碳纤维需求 -应用（吨） . 11 图 12: 中国碳纤维需求量（吨） . 11 图 13: 全球碳纤维版图 . 12 图 14: 全球碳纤维厂家业务模式 . 12 图 15: 碳纤维不同环节设备 . 12 图 16: 生产 PAN 基碳纤维过程中两次结构转化示意图 . 13 图 17: 哈泊公司碳纤维生产线流程示意图 . 13 图 18: 小型碳纤维项目成本构成 . 14 图 19: 万吨碳纤维项目成本构成 . 14 表格 目录 表 1: 碳纤维叶片的减重及材料成本经济性测算 . 4 表 2: 我国目前碳纤维原丝和碳纤维的已投运产能及拟建规划（截止 2020 年底，吨 /年） . 7 表 3: 2014-2018 年全球风电叶片用碳纤维数据汇总 . 5 表 4: 2014-2020 年我国风电碳纤维使用量级占全球风电碳纤维使用量的比例 . 5 表 5: 吉林化纤原丝销售均价及成本毛利率（万元 /吨） . 8 表 6: 碳纤维原丝的单价及成本构成情况 . 9 表 7: 单吨碳纤维原丝的原材料和能耗情况 . 9 表 8: 2020 年吉林碳谷主要客户情况（万元） . 10 表 9: 1 万吨 /年碳纤维项目的单体模型 . 11 表 10: 近期精功科技碳纤维中标情况（亿元） . 14 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 17 Table_Page 周报 /机械 分析师承诺 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，结论不受任何第三方的授意、影响，特此声明。 评级说明 公司评级标准 投资评级 说明 以报告发布日后的 12 个月内公司股价的涨跌幅为基准。 推荐 分析师预测未来股价涨幅 15%以上 谨慎推荐 分析师预测未来股价涨幅 5% 15%之间 中性 分析师预测未来股价涨幅 -5% 5%之间 回避 分析师预测未来股价跌幅 5%以上 行业评级标准 以报告发布日后的 12 个月内行业指数的涨跌幅为基准。 推荐 分析师预测未来行业指数涨幅 5%以上 中性 分析师预测未来行业指数涨幅 -5% 5%之间 回避 分析师预测未来行业指数跌幅 5%以上 民生证券研究院： 上海：上海市浦东新区浦明路 8号财富金融广场 1幢 5F； 200120 北京：北京市东城区建国门内大街 28号民生金融中心 A座 18层； 100005 深圳：广东省深圳市深南东路 5016 号京基一百大厦 A 座 6701-01 单元； 518001 本公司具备证券投资咨询业务资格， 请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 18 Table_Page 周报 /机械 免责声明 本报告仅供民生证券股份有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。 本报告是基于本公司认为可靠的已公开信息，但本公司不保证该等信息的准确性或完整性。本报告所载的资料、意见及预测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，且预测方法及结果存在一定程度局限性。在不同时期，本公司可发出与本报告所刊载的意见、预测不一致的报告，但本公司没有义务和责任及时更新本报告所涉及的内容并通知客户。 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