（报告出品方/作者：东北证券，濮阳、陶昕媛）
1.大丝束碳纤维：民用工业新材料佼佼者碳纤维按照丝束大小可分为小丝束和大丝束。碳纤维的一个重要的指标是每束碳纤维中所含单纤维的根数：小丝束碳纤维，通常指碳纤维根数在根以下（不含）的纤维束，包括1K，3K，6K，12K，24k等，主要用于国防军工、航空航天等高端技术领域，产量低、成本高，价格高，被称为“宇航级材料”；大丝束碳纤维，通常指碳纤维根数在根即48k或以上的纤维束，包括48K，50k，60K，广泛用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等工业和民用领域，成本低，但生产控制难度大，被称为“工业级材料”。
碳纤维大丝束的制作工艺主要采用聚合的两步法和纺丝的湿法。在碳纤维的制备过程中，原丝的制备过程是决定碳纤维性能的关键。原丝的两个重要环节为聚合和纺丝，聚合是将丙烯腈单体聚合成纺丝液，纺丝决定了原丝的性能。聚合按工艺不同可分为一步法和二步法，小丝束主要采用聚合转化率高，工艺流程短的一步法，大丝束更适合二步法。纺丝过程分为干法、湿法、干湿法，大丝束主要采用湿法工艺：将聚合物溶于溶剂中，通过喷丝孔喷出细流，进入凝固浴形成纤维，最后再将初生纤维卷装或直接进行后处理。湿法成本较低，但纺速较慢。
相较于小丝束，大丝束产能在性能上偏弱，但性价比较强。从大丝束生产工艺可看出其生产成本较低，这也是大丝束的核心竞争力。从性能上来看：大丝束碳纤维拉伸强度3.5-5.0GPa、拉伸模量-GPa。相比之下，小丝束碳纤维力学性能更加优异，拉伸强度3.5-7.0GPa、拉伸模量-GPa。从成本上看：大丝束原丝成本比小丝束低，且大丝束碳纤维售价只有小丝束的50-60%。
也正是因为大丝束性价比高的特点，常把大丝束碳纤维运用于工业领域。碳纤维大丝束的性能虽然不比小丝束，但是其成本更低，随着科技的发展，大丝束的运用也更加广泛。其主要可以应用于机电、交通运输、土木建筑、能源、纺织等工业领域，因此也被称为工业级碳纤维。
年国内碳纤维的主要应用领域均是风电叶片。根据赛奥碳纤维《—全球碳纤维复合材料市场报告》，年国内碳纤维需求量占比前三的领域分别是风电叶片（36.10%）、体育休闲（28.10%）和碳/碳复材（11.30%）。
年国内大丝束的主要应用领域中风电叶片占比第一。国内碳纤维大丝束的主要具体细分应用领域有风电叶片、混配模成型、建筑、电缆芯与船舶。根据全球碳纤维复合材料市场报告中的数据，风电叶片占主要大丝束应用领域需求的78.4%，位居第一，第二与第三分别为占比10.5%的混配模成型与8.7%的建筑。
全球主要增量产能中，国内厂家贡献颇多。全球十强厂家中，包含了吉林化纤集团，中复神鹰与宝旌三家中国大陆企业，其中除中复神鹰主要生产小丝束外，其他两家均为大丝束厂家。年全世界主要增加的产能是：吉林化纤集团增长近吨(含收购江城的产能)；常州新创碳谷新入行，新建产能吨；卓尔泰克在墨西哥增加的吨；宝旌增加吨;东邦增加了吨。可见国内大丝束主要生产厂家为全球碳纤维大丝束产能提供了很大的帮助。
2.需求端：风电叶片为目前我国大丝束需求核心增量2.1.风电叶片核心诉求：更强、更轻、更大
风电叶片为风机的关键构件，主梁为叶片的核心。叶片的尺寸、形状决定了能量转化效率，也直接决定了机组功率和性能，所以叶片在设计中处于核心地位。同时叶片在风电整体成本体系中占比最高，可达20%-30%。叶片是由复合材料制成的薄壳结构，主要分为三部分：根部圆柱段、中部气动翼型段、尖部段，根部圆筒段结构简单，主要是纯玻璃钢，中部气动翼型段内部结构复杂，尖部段外形为气动翼型，一般仅为玻璃钢薄壳。
风电叶片主梁起到关键的支撑作用，其由增强材料构成。除了主梁部分，腹板等重要部件一般采用夹芯结构将叶片所受的剪切力从表层向内部传递，以提高叶片的承载能力。基体树脂则是整个叶片的材料“包裹体”，包裹了纤维材料和芯材。目前，国内叶片总成本的80%源于原材料，其中增强纤维与基体树脂占比超过60%，粘接胶与芯材占比各超过10%。构成叶片主梁的增强材料主要有碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）。风电叶片传统以玻璃纤维增强复合材料为主材制造，但玻璃纤维材料密度大于碳纤维，同时力学性能尤其是模量远低于碳纤维复合材料。为了避免大尺寸风电叶片在受力变形后与支撑柱产生碰撞，就需要采用质量轻、强度高、模量高的碳纤维增强复合材料来制造叶片。
未来随着技术发展，高性能玻纤提质降本，叶片的生产成本进一步降低，将助力风电行业更多参与到平价时代。在风电叶片大型化趋势下，碳纤维物理性能优势凸显，但是短期来看，碳纤维仍难以完全替代玻纤。在风电叶片的发展过程中，为了达到更高的发电效率，满足叶片更大更强更轻的诉求，叶片的制作工艺和材料也随着技术和科技的发展不断进步。
选择适合的制造工艺，制造出低成本、高性能的产品是风电产业永恒的话题。风电叶片的制造工艺总共有七种，但是当下主流的工艺为预浸料和灌注工艺。灌注工艺被普遍认为是低成本的工艺，因为其原材料价格较低。而预浸料制造的叶片拥有更好的性能、更轻的质量，同时保证了生产工艺和成品质量稳定性。随着风电事业的蓬勃发展，未来复合材料风机叶片将向复杂化，大型化的方向发展，各种工艺在风力机叶片制造中都会得到应用。但是叶片的制造工艺最终都会向着能够制造出质量更强、长度更长、发电效率更高的方向发展。
在材料的选择演变上，叶片材料的演变经历三个时期：木质材料→金属材料→复合材料。叶片成本中，材料占大头，最开始的叶片材料为木质叶片，但是由于木质叶片不易扭曲成型，强度不高，在潮湿环境下也容易被腐蚀。随着大、中型风力发电机的发展，木质叶片越来越无法满足叶片尺寸增加的要求，因此逐渐被淘汰；金属叶片虽然克服了木质叶片的缺点，但由于金属叶片对于叶跟到叶尖渐缩的部分加工特别困难，因此也逐渐被淘汰。
随着叶片制造技术的不断发展与提升，纤维增强复合材料原材料体系被逐步开发。其潜在性能优势不断被发掘，随着应用技术的积累，长纤维增强聚合物基复合材料以其优异的力学性能、工艺性能和耐环境侵蚀性能，成为当今大型风力发电机叶片材料的首选。这种复合材料主要分为玻璃纤维与碳纤维。
我国玻璃纤维的叶片长度已经能够达到米，但是根据专家描述这种长度已然达到上线。由于我国对于风电叶片长度的需求将会只会更大，因此米长度的玻璃纤维已经无法满足国内对于风机发电效率以及叶片长度的诉求。在这种情况下，具备高强高模、低密度的碳纤维复合材料，成为了人们的重点考虑的对象。碳纤维复合材料是一种新型的材料，将其应用在风电叶片的制造中，可以很好的满足风力发电装置的大功率需求，其突破了玻璃纤维复合材料的性能极限，而且可以保证风电叶片在增加长度的同时，重量大大降低。因此，玻纤复合材料能够提供足够的刚度与强度，而碳纤维复合材料密度低，更适合大型风电叶片生产制造。
使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少了对塔架和轮毂的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高了风能利用效率。同时，碳纤维的轻质高强特性可使叶片能够设计成更薄更有效的结构形式，叶片更长，提高了能量的输出效率。相同叶片长度下,采用碳纤维复合材料制作的重量远远低于玻璃纤维复合材料制作的重量。叶片质量的减小和刚度的增加,可以有效改善叶片的空气动力学性能,降低叶片对机塔和轮轴的负载，风机的输出功率更平滑更均衡、运行效率更高，更有利于风机的风力收集。因此，碳纤维在风电叶片中的应用快速增长，在年中国风电叶片领域对碳纤维的需求量达到2.25万吨，全球风电叶片领域对碳纤维的需求量达到3.3万吨。
全球风电叶片需求量快速增长推动海上风电叶片的增长。随着世界各国对环境问题认识的不断深入，以及可再生能源综合利用技术的不断提升，风力发电作为新型能源在许多国家的战略能源结构中扮演着重要角色，近年来全球风力发电行业高速发展，风电装机容量呈现不断上升的趋势，根据iFinD数据显示，年全球风电累计装机容量达到兆瓦，增长率达到58.5%，可见近年增势较快。
全球风电累计装机容量的不断增大，拉动对于风电叶片的大型化、轻量化的发展要求，而大型叶片的风电装机尤其以海上风电使用量较高。近年来，由于我国陆上风电的建设技术已逐渐成熟，同时海上风电资源更为广阔，国家风电发展政策的重心逐渐向海上发电转移。海上风电作为我国可再生能源发展的重点领域，“十四五”期间进入到了新的发展时期，多地相继出台规划，海上风电规模有望大幅提升。年6月，国家发改委等九个部门联合印发《“十四五”可再生能源发展规划》，提出要有序推进海上风电基地建设，加快推动海上风电集群化开发，重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地。风电叶片领域中，海上风电叶片的应用未来将逐步加强。
风力发电叶片大型化轻量化发展带动海上风电对碳纤维需求增长。风力发电叶片是风力发电机实现能量转化功能的关键部件，叶片的尺寸大小直接影响风力发电机对风能的捕捉。叶片在经过多年的发展后，有一个最为明显的变化-叶片大型化。20世纪80年代国内外风电叶片长度是17m，而现在的叶片最长则已经超过m。叶片不断往大型化发展是必然趋势，为了能在有限的土地面积上实现大规模发电，提高风力发电效率，叶片需要往大型化的方向发展。叶片的尺寸、形状直接决定了能量转化效率，也直接决定了机组功率和性能，因此，大叶片意味着直径越长，扫风面积越大，发电量就越大，实现规模发电的同时，还可以降低成本，在总发电量相同的情况下需要安装的风机数量将会减少，从而使分摊下来的原材料、运输、吊装、和土地资源等成本就得以降低。
风机大型化意味着风机需要更大的占地面积，因此海上风电逐渐成为全球风电发展的新趋势。年以来，低风速风场和海上风电共同推进了叶片的大型化发展。另外，海上风机功率普遍高于陆上风机，海风的快速发展，将进一步加强风机大型化趋势。海风相对陆风存在多方面优势。从分布区域和占地方面来看，海上风电场机组传输损耗更低，占地面积更小。因此，近年来，海风领域应用更为广阔，年中国风电累计装机量为.5GW，累计海上风电装机容量为26.39GW。未来风电叶片在海上风电的占比也将进一步提升。
全球海上风电叶片的增长及叶片呈大型化轻量化的发展趋势正逐步扩大海上风电在未来的发展空间。随着叶片的大型化轻量化，使用高刚性、高比强度、高比拉伸模量的材料制造作为叶片刚性的主梁非常必要。传统的叶片制造材料玻璃纤维复合材料无法满足这些要求，而碳纤维复合材料密度更低、强度更高，是风电叶片大型化、轻量化的首选材料。并且，随着叶片复合材料工艺得到创新，风电领域对碳纤维等轻质高模高强增强材料用量剧增，因此，未来海上风电叶片对于碳纤维的需求不断增长。
新变量：维斯塔斯专利到期带动碳纤维需求向好。今年7月19日，全球风电整机巨头维斯塔斯碳纤维叶片核心专利拉挤工艺到期。维斯塔斯通过核心专利技术解决了碳纤维板应用在风电叶片上的工艺问题，将拉挤碳板成功运用到风电叶片，通过这一拉挤工艺，大幅提高了碳纤维体积含量，减轻了主体承载部分的质量，且降低了碳纤维成本。由于专利的保护，风电叶片用碳纤维主要集中于维斯塔斯。
风电叶片大丝束碳纤维最大的下游应用，且近几年风电叶片对碳纤维的需求量不断增加。维斯塔斯专利正式到期意味着国内其他风电叶片厂商可以不受限制地推出应用碳梁的风电叶片产品，其他风电叶片制造商碳梁叶片将更多地推向市场，未来将带动碳纤维需求增加。
2.3.碳纤维价格走高、平价上网时代的到来制约碳纤维在风电领域的应用
碳纤维虽在性能上具有显著优势，但其在风电领域的应用受到高成本的制约，目前碳纤维处于高位，碳纤维价格每公斤-元，碳纤维单价远高于玻璃纤维，且工艺要求更高，导致芯材及碳梁耗用的成本金额持续上升，这会使得很多厂家对于使用碳纤维望而却步，制约碳纤维在风电叶片领域的应用。但由于碳纤维本身制造成本并不高以及国内碳纤维供给量的提升，在未来，风电叶片厂商对于碳纤维的使用量会进一步改善。
自年以来，我国风电产业相关政策密集出台，通过取消财政补贴、风电资源竞争性配置等方式，推动风电平价上网。年发改委发布公告，对海上风电新建项目实施平价上网政策，上网电价自年起由当地省级价格主管部门制定。我国风电上网电价的持续走低，平价上网的不断推行，以及我国海上风电成本目前仍处于较高水平，实现平价上网较难，因此降本成为推动实现平价上网的关键。小型发电机组采用玻纤更具性价比，而大型风电机组使用碳纤维可在保持叶片强度的同时减重20%，但成本上升80%，因此我国风电厂商使用小型机组为主，碳纤维应用较少。这在一定程度上制约了碳纤维在风电叶片领域中的应用，但在未来，随着厂商降本增效取得一定效果后，碳纤维的应用会进一步扩大。
2.4.大丝束碳纤维年需求增速超45%
风电领域碳纤维需求有望快速释放，年或达到7.8万吨。根据过去风电装机情况，我们对未来装机情况以及相关参数进行以下假设：1、陆风平均单机容量每年上升0.4MW，海风平均单机容量年上升至10MW；2、叶片平均长度按照下表长度增长；3、叶片长度与重量关系按照y（重量）=0.*x2.公式计算；（公式来源：《基于工程经济学评估的风力及叶片长度设计》）4、根据北极星电力网以及公开资料收集整理，假设碳纤维占叶片重量的1/4；5、海外方面：年国内维斯塔斯碳纤维用量1.8万吨左右，参考GWEC数据，假设其增长率维持4%左右。
海上风电的快速发展，碳纤维在风电尤其是大叶片制造领域全面替代玻纤的将成为现实。预计年我国风电领域碳纤维需求同比年增长5.84%，年我国风电领域碳纤维需求为3.8万吨，同比增加61.31%，其中海风贡献了1.4万吨需求。按照上表测算在年我国风电领域碳纤维需求量达到7.82万吨，复合增长率超过40%。若碳纤维制造成本逐渐降低，碳纤维风电领域需求释放节奏将进一步加快。
全部大丝束领域需求年由于风电发展迅速，若混配模成器、建筑、传播、电缆芯领域按照复合增长率10%计算，其他应用按照15%计算，则大丝束碳纤维在年总需求为4.75万吨，同比增长48.38%。
3.供给端：产能加速投放，价格下行推动应用拓展预计年我国大丝束碳纤维产能为8.2万吨，同比增加超过70%。我国大丝束主要产能厂家中，吉林系为最大最主要的碳纤维生产商。根据目前厂家中已公布的扩产计划与运行产能，从碳丝方面来看：年产能共2.85万吨，主要来源于吉林国兴的1.2万吨、吉林宝旌0.8万吨、浙江宝旌0.25万吨、新创碳谷的0.45万吨、兰州蓝星0.15万吨；年预期共8.2万吨产能投放，有效产能（考虑到公司产线的投产日期，以及历年来的产能利用率）为4.46万吨，至“十四五”末的年，预期共20.8万吨产能要投放。
根据上述供需盘点，年若按照常规投产计划，我国大丝束供需处于紧平衡状态，但若上表中尚未由明确投产计划的企业提前投产，则可能面临供过于求的局面。反观我国大丝束纤维，已经出现价格下降情况，从年开始国内大丝束价格不断爬坡式上涨，在年年初上涨至近两年最高点元／千克，但后续开始出现下滑。截至年12月，国内碳纤维大丝束价格下降至元／千克。从价格的涨幅数据来看，国内大丝束价格年涨幅-18％，年初至今涨幅-19.5％，季涨幅为-3.5％。
故随产能扩张，国内大丝束价格进入下降通道。同时随着各个公司生产技术的进步，生产成本也将处于下行空间，目前国际中先进生产企业单吨成本可以做到6万元/吨左右，我国企业生产成本下降尚有较大下降空间，并且上游主要原材料丙烯腈目前正处于价格下降通道，碳纤企业成本结构进一步得到优化，成本压力减弱便于企业面临竞争激烈的行业格局，产品价格下降所带来的压力减弱。
碳纤价格下降，有助于下游应用渗透率进一步提升，经过上文分析，以风电为例的应用场景在由其他较优替代品的情况下，碳纤维由于价格昂贵无法在目前成为最优增强材料，风电领域由于收益较高，对价格敏感度为碳纤维工业应用领域中较低，其他领域碳纤维用量较少的原因不言而喻。若随着产能提升——规模效应体现——成本下降，而带来的价格下降，则下游应用领域的渗透率将会得到提升，尤其是在陆上风电领域，若60-70米的叶片也可以应用碳纤维，那么风电领域的碳纤维需求量将会大大跃升，未来大丝束碳纤维价格将会呈现：供给增加——价格下降——需求增加——价格上升——供给增加的动态平衡中，整体价格趋势将波动式下降。
4.主要公司介绍4.1.吉林碳谷——正在崛起的大丝束碳纤维原丝龙头
吉林碳谷于年成立，年在新三板挂牌，年上市北交所。公司主要从事聚丙烯腈基碳纤维原丝的研发、生产和销售。公司在国内是首家采用三元水相悬浮聚合两步法生产碳纤维聚合物，DMAC为溶剂湿法生产碳纤维原丝，致力于成为国内领先、国际知名的聚丙烯腈基碳纤维原丝及相关产品的供应商。公司现在主要生产有1K、3K、6K、l2K、24K、48K等聚丙烯腈基(PAN)碳纤维原丝以及预氧丝。公司主要客户是碳纤维生产商及碳纤维复合材料生产厂商和贸易商。公司设立之初，拟打破国际巨头对碳纤维行业技术的垄断，专注于攻关小丝束碳纤维原丝，并成功实现了军工级别的1K、3K、6K等小丝束产品；年至今，开始研发大丝束碳纤维原丝，目前已经实现了24K、25K和48K的稳定大规模生产；未来公司将继续在大丝束领域加大研发投入，力争未来五年实现35K、50K、75K、K、K等系列产品稳定大规模生产，使公司成为全球知名的大丝束碳纤维原丝供应商。公司全部产品碳化后均可以达到T的稳定大规模生产，部分产品亦实现了碳化后T的稳定规模生产。
公司碳纤维原丝整体规模、研制、生产能力及技术水平在国内均处于行业先进水平，并且是国内目前少数可对外销售原丝的企业。公司现有原丝产能为4.5万吨，计划“十四五”内完成20万吨原丝扩产计划，今年产能预计可达8.5万吨以上。公司所特有的两步法三元水相悬浮聚合技术聚合反应速率快，克服了溶液聚合后期体系粘度增大导致换热、脱单困难等难题，具有传热效果好、反应平稳均衡、聚合釜不易结疤等优点，聚合釜体积放大后质量更趋稳定，解决目前单个聚合釜生产能力较小问题，易于大规模、低成本、工业化生产。
4.2.吉林化纤——大丝束+民品是重点
公司过去主要从事粘胶长丝、粘胶短纤的生产与销售，产能分别达8/12万吨，为全球最大的粘胶长丝厂商。近年来，公司投身碳纤维生产，尤以大丝束碳纤维为主。公司控股49%的吉林宝旌聚焦25-50K大丝束制造，目前产能为吨，折合权益产能约0吨，计划在十四五期间形成1.2万吨碳纤维产能，以满足下游工业级应用需求；公司全资子公司吉林凯美克聚焦1K、3K小丝束原丝生产，主要以航空航天、国防军工等特殊应用领域为主，目前产能达吨；吉林国兴碳纤维目前是吉林系最大的碳丝生产商，现有产能约1.5万吨，预计明年达2.5万吨，十四五期间完成6万吨扩产计划。同时公司利用非公开发行募集资金到位，紧锣密鼓地建设年产1.2万吨碳纤维复材拉挤板项目，主要应用于风电叶片等民用领域，进一步向碳纤维产业链迈进。
区位优势形成产业集群，打造全产业链一体化布局。公司所处吉林化纤集团位于吉林市，是国家级碳纤维高新技术产业基地。公司将充分利用国资平台优势和产业集群的资源优势，积极进行资源整合，延伸下游产业链，提高产品附加值。同时受益一体化布局降低生产成本，更多资金致力研发投入，加大新材料市场的开拓力度，提高公司业务辐射区域和服务及时性，加强对市场机会的实时动态跟踪，提升公司产品的市场占有率，全面有效地抓牢未来新材料发展的市场红利。
4.3.上海石化——扛起碳纤维产业发展国之重任
上海石化原名为上海石油化工股份有限公司，于年6月在上海注册登记，同年11月在上交所上市。上海石化是一家石油及其附属产物类公司，主要生产石油制品、中间化工原料、合成树脂及塑料制品、合纤原料及合成纤维等四大类60多种产品，是目前中国规模最大的炼油化工一体化、高度综合的现代化石油化工企业之一,也是中国发展现代石油化工工业的重要基地。在碳纤维生产领域，上海石化也颇有建树。目前国内大部分PAN基碳纤维纺丝，都要进口日本东丽的DMSO溶剂，而上海石化是在国内独有的NaSCN（硫氰酸钠）湿法工艺和自主知识产权的成套技术基础上发展的大丝束产品，独创性更加彻底。并且上海石化研发试产的大丝束碳纤维是一种含碳量95%以上的高强度新型纤维材料，其力学性能优异，比重不到钢的四分之一，强度却是钢的7-9倍，并且还具有耐腐蚀的特性，被称为“新材料之王”，也被称为“黑黄金”。
早在年上海石化已实现碳纤维原丝生产，年上海石化自行开发的国内独有的NaSCN（硫氰酸钠）湿法工艺和自主知识产权的成套技术，年开始48K大丝束原丝工业化研究试验。年公司形成了千吨级PAN基48K大丝束碳纤维成套技术工艺包，试制出48K大丝束碳纤维并贯通工艺全流程，并且装置已累计生产原丝吨，生产碳纤维吨。年上海石化拟投入约35亿元人民币建设2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年48K大丝束碳纤维项目，并于年实现0吨PAN基碳纤维产线二期投产，公司产品已用于高速地铁等领域。年10月10日，我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线在中国石化上海石化碳纤维产业基地投料开车并生产出合格产品，产品性能媲美国外同级别产品，质量达到国际先进水平。该项目计划于年全部建成投产，届时将达到2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年大丝束碳纤维产能。这标志上海石化大丝束碳纤维从关键技术突破、工业试生产、产业化，成功走向规模化和关键装备国产化。
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