2023年中國碳纖維行業(yè)報告

2023年中國碳纖維行業(yè)報告碳纖維丨研究報告導(dǎo)語：碳纖維因其力學(xué)性能優(yōu)異，輕于鋁，卻強于鐵，且具有高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，成為21世紀的“新材料之王”。自2017年始，國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能擴張加速。2022年國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量達到4.5萬噸，首次高于進口量。多家碳纖維制造企業(yè)宣布擴產(chǎn)。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈長，壁壘高。上游聚丙烯腈基性能優(yōu)越，已成為碳纖維市場主流，占據(jù)全球90%市場。中游大絲束碳纖維與小絲束相比，在相同的生產(chǎn)條件下可大幅度提高碳纖維的單線產(chǎn)能，實現(xiàn)生產(chǎn)的低成本化，拓寬下游企業(yè)應(yīng)用碳纖維的積極性，國產(chǎn)企業(yè)布局開啟產(chǎn)業(yè)化。同時國產(chǎn)碳纖維已實現(xiàn)工藝技術(shù)的突破，產(chǎn)品性能對標國際先進企業(yè)。碳纖維下游受益于寬應(yīng)用領(lǐng)域，碳纖維需求實現(xiàn)多點開花，多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域處于高景氣階段。國產(chǎn)碳纖維成本有進一步下降空間，隨著國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能利用率提升，生產(chǎn)工藝不斷完善和成熟，使得單位電耗不斷下降。碳中和為碳纖維行業(yè)帶來新的發(fā)展機會，例如新能源車等領(lǐng)域創(chuàng)造新需求。碳纖維材料概念與產(chǎn)品分類性能優(yōu)異的“黑色黃金”碳纖維是由粘膠、腈綸、芳綸、聚酰亞胺等纖維在高溫下燒制而成，屬于化纖的高端品種。其力學(xué)性能優(yōu)異，輕于鋁，卻強于鐵，且具有高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異特性。碳纖維因其優(yōu)良的性能而被廣泛應(yīng)用到風(fēng)電行業(yè)、航空航天、汽車工業(yè)、建筑行業(yè)等領(lǐng)域，被譽為21世紀的“新材料之王”。目前對于碳纖維的分類主要有三種方式，分別是從原材料、產(chǎn)品規(guī)格、力學(xué)性能角度出發(fā)。碳纖維發(fā)展歷程碳纖維長期被日美歐企業(yè)壟斷，中國企業(yè)取得長足進步PAN基碳纖維的生產(chǎn)起步于20世紀60年代，日美領(lǐng)先。目前，世界碳纖維技術(shù)仍主要掌握在日本公司手中，其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位，日本東麗是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的領(lǐng)頭羊。我國碳纖維工業(yè)總體上與日本碳纖維的研發(fā)同步進行，經(jīng)歷了長期低水平徘徊、技術(shù)轉(zhuǎn)型和快速發(fā)展3個階段。依靠長期自主研發(fā)，打破了國外技術(shù)裝備封鎖，碳纖維產(chǎn)業(yè)化目前取得長足進步。碳纖維產(chǎn)能擴張加速多家碳纖維制造企業(yè)宣布擴產(chǎn)2017年之前，碳纖維以進口為主，自2017年始，國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能擴張加速。2022年國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量達到4.5萬噸，首次高于進口量。2022年，中國多企業(yè)宣布擴產(chǎn)，包括吉林化纖、寶旌碳纖維、中復(fù)神鷹等，并計劃在2022/2023年完成，拉動全球碳纖維產(chǎn)能快速擴張。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈長，技術(shù)壁壘高碳纖維的產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過程，包含預(yù)氧化、炭化、預(yù)浸料等多個過程。碳纖維工藝復(fù)雜，涉及多種設(shè)備，生產(chǎn)條件要求嚴格，整個工藝流程中涉及技術(shù)參數(shù)控制點3000-5000個。從全產(chǎn)業(yè)鏈來看，中游是核心環(huán)節(jié)，技術(shù)、資金、設(shè)備、產(chǎn)品質(zhì)量門檻高。碳纖維競爭格局碳纖維上中游行業(yè)集中度較高我國丙烯腈、原絲及碳纖維產(chǎn)能集中度較高，2020年和2021年CR5產(chǎn)能集中度均大于75%。碳纖維生產(chǎn)原料丙烯腈主要集中于上海賽科、斯爾邦、吉林石化等，原絲及碳纖維產(chǎn)能主要集中在吉林化纖、中復(fù)神鷹、寶旌碳纖維、恒神股份等制造商，資金壁壘與技術(shù)壁壘使大量企業(yè)難以進入。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈成本構(gòu)成PAN原絲占據(jù)碳纖維生產(chǎn)過程一半成本碳纖維的制備工藝主要包括丙烯晴聚合物溶液制備、PAN原絲制備、PAN纖維預(yù)氧化及熱穩(wěn)定化、PAN預(yù)氧纖維碳化、表面處理等。從工藝流程看，PAN原絲成本占比過半，其次為氧化、碳化環(huán)節(jié)。通過規(guī)?；a(chǎn)，可以實現(xiàn)在相同時間及能耗下更大的絲束通過量，降低總體生產(chǎn)成本。根據(jù)中科院寧波材料所特種纖維事業(yè)部數(shù)據(jù)，通過生產(chǎn)規(guī)模的擴大，可以將碳纖維生產(chǎn)成本從9.88美元/kg降低至2.03美元/kg，降幅約為20.5%。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈利潤分配下游碳纖維制品附加值高在碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈中，下游環(huán)節(jié)（碳纖維制品、碳纖維復(fù)材）附加值更高，以工業(yè)領(lǐng)域高端應(yīng)用的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈為例，上游碳纖維產(chǎn)品平均價格為80~140元/千克，預(yù)浸料平均價格為120~200元/千克，而下游碳纖維制品平均價格為500~1000元/千克。從頭部企業(yè)毛利率來看，從碳纖維、預(yù)浸料到碳纖維制品，產(chǎn)品毛利率逐漸提高。聚丙烯腈基已成為碳纖維市場主流聚丙烯腈基碳纖維結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越，占據(jù)全球90%市場碳纖維按照原絲類型可分為聚丙烯腈基、瀝青基、粘膠基等。其中聚丙烯腈基碳纖維因生產(chǎn)工藝簡單、原料來源豐富及優(yōu)越的結(jié)構(gòu)和功能特性迅速占據(jù)市場，2020年全球產(chǎn)量占有率達到91%。黏膠基和瀝青基碳纖維用途較單一，產(chǎn)量也較為有限。瀝青基碳纖維保持約1000噸年產(chǎn)量，被日、美企業(yè)平分秋色；粘膠基碳纖維基本停產(chǎn)，有可能完全退出碳纖維市場。聚丙烯腈國內(nèi)產(chǎn)能不斷釋放，出口量逐漸趕超進口丙烯腈原材料豐富易得，可通過從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中制備得到。由于國內(nèi)新增產(chǎn)能不斷釋放，2014-2022年我國丙烯腈進口量逐年下降，出口量不斷上升。2022年丙烯晴表觀消費達270萬噸，進口為10.4萬噸，出口達到21.7萬噸。隨著山東海江、浙江石化等新產(chǎn)能陸續(xù)釋放，國內(nèi)自給率不斷提升。從歷史價格看，丙烯腈價格基本與原油價格走勢相一致，近年來波動幅度明顯減弱。此外，隨著國內(nèi)近年來丙烯腈產(chǎn)能釋放，國產(chǎn)丙烯腈價格從原來高于進口價逐漸趨近于與進口相一致。大絲束開啟產(chǎn)業(yè)化布局大絲束成本低、生產(chǎn)技術(shù)難度大，國產(chǎn)企業(yè)開始布局小絲束碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，但成本較高，抑制了下游企業(yè)應(yīng)用碳纖維的積極性。而大絲束碳纖維最大的優(yōu)勢為在相同的生產(chǎn)條件下可大幅度提高碳纖維的單線產(chǎn)能，實現(xiàn)生產(chǎn)的低成本化。大絲束碳纖維生產(chǎn)技術(shù)難度更大，體現(xiàn)在原絲、預(yù)浸料和碳化等多個環(huán)節(jié)的均勻性和毛絲控制等方面。此前大絲束碳纖維生產(chǎn)技術(shù)主要掌握在美國、德國、日本的幾家大公司手中。上海石化建設(shè)國內(nèi)首套萬噸級大絲束碳纖維國產(chǎn)線；吉林化纖48K大絲束在相同工藝條件下，能夠大幅度提升碳纖維單線生產(chǎn)能力。國產(chǎn)大絲束有望逐步迎來大規(guī)模應(yīng)用。碳纖維擁有高研發(fā)壁壘工藝技術(shù)革新與規(guī)模生產(chǎn)是降本增效重要舉措碳纖維屬于技術(shù)密集型產(chǎn)品，產(chǎn)業(yè)鏈長，產(chǎn)品系列眾多，生產(chǎn)技術(shù)繁雜，且研發(fā)周期長，同時對產(chǎn)品性能與質(zhì)量穩(wěn)定性要求嚴苛。只有具備生產(chǎn)線長周期連續(xù)穩(wěn)定運行的技術(shù)水平及管理能力，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。工藝技術(shù)革新與規(guī)模生產(chǎn)是碳纖維降本增效的兩大重要舉措：1)在生產(chǎn)過程中通過對工藝技術(shù)和設(shè)備進行不斷優(yōu)化改進使得資源的綜合利用率有效提高，從而實現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。例如，在給定單絲密度、絲束大小和碳化時間的條件下，碳化爐幅越寬，則絲束數(shù)量越多、碳化線產(chǎn)能越大；氧化線越寬，氧化環(huán)節(jié)的單位能耗越低。2）原絲及碳纖維生產(chǎn)規(guī)模的擴大將降低原料采購成本并攤薄固定資產(chǎn)折舊費用，帶動成本下降。碳纖維擁有高資金壁壘碳纖維行業(yè)初始投入/生產(chǎn)環(huán)節(jié)投入/研發(fā)費用高碳纖維行業(yè)初始投入高：碳纖維屬于重資產(chǎn)行業(yè)，各公司固定資產(chǎn)占比總資產(chǎn)比例高，固定資產(chǎn)中設(shè)備涉及到反應(yīng)釜、牽引設(shè)備、氧化爐、碳化爐等核心設(shè)備。從各碳纖維頭部企業(yè)生產(chǎn)線投入成本來看，每萬噸投資額在20-100億元。碳纖維生產(chǎn)環(huán)節(jié)投入高：碳纖維生產(chǎn)原材料聚丙烯腈、衣康酸等共聚單體等需要大量成本，且碳纖維企業(yè)屬于高能耗企業(yè)，能耗成本占生產(chǎn)成本比例較高。碳纖維研發(fā)費用高：從頭部企業(yè)研發(fā)費用來看，光威復(fù)材始終保持高研發(fā)費用投入，而中復(fù)神鷹與中簡科技自2018年起持續(xù)增加研發(fā)投入。國產(chǎn)碳纖維已實現(xiàn)工藝技術(shù)的突破，產(chǎn)品性能對標國際先進企業(yè)干噴濕紡可實現(xiàn)高速紡絲，碳纖維密度較高；國外先進企業(yè)以干噴濕紡工藝為多。我國雖起步較晚，但中復(fù)神鷹、光威復(fù)材、中簡科技、恒神股份等企業(yè)已實現(xiàn)干噴濕紡工藝技術(shù)的突破。國產(chǎn)碳纖維型號已覆蓋T300級至T1100級、M35至M65級。碳纖維產(chǎn)品已實現(xiàn)與國際頭部企業(yè)（日本東麗）主要型號的對標，部分型號甚至性能更優(yōu)。如中復(fù)神鷹SYT55S（T800級）具有更高的強度和模量優(yōu)勢；光威復(fù)材TZ1100G（T1100級）具有延伸率優(yōu)勢；恒神股份HM37（M40級）的抗拉強度、拉伸模量、延伸率更高。碳纖維下游需求受益于寬應(yīng)用領(lǐng)域，碳纖維需求實現(xiàn)多點開花在全球范圍，風(fēng)電葉片依然占據(jù)絕對主流。2021年全球碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是風(fēng)電葉片、體育休閑、航空航天14%，三者占比分別為28%、16%和14%。我國碳纖維應(yīng)用分布具有本國特色，與全球差異較大。其中航空航天領(lǐng)域碳纖維需求僅為3.2%，遠遠低于全球14.0%。其主要原因是國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)技術(shù)有限，無法批量供應(yīng)T800強度以上的小絲束碳纖維。隨著未來我國碳纖維在航空航天等高端領(lǐng)域的拓展，碳纖維需求結(jié)構(gòu)將向高端化邁進。風(fēng)電葉片風(fēng)機大型化推動碳纖維替代趨勢全球低碳經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，風(fēng)電行業(yè)活躍度極高，中國新增裝機量保持高占比。2022年全球風(fēng)電新增裝機總量為97GW，中國新增裝機量占比為55.7%。風(fēng)機大型化能提高效率和經(jīng)濟效益，是風(fēng)電發(fā)展主流趨勢。風(fēng)機大型化一方面可以增大掃風(fēng)面積，提高發(fā)電功率，另一方面，單機容量/功率的增長使得相同風(fēng)力容量項目所需風(fēng)機臺數(shù)減少，有助于降低均攤建設(shè)成本和后期運維成本。具備高比強度、比模量的碳纖維復(fù)材在風(fēng)機大型化發(fā)展中具有不可替代的優(yōu)勢。風(fēng)機的主要成本來源于零部件原材料，葉片在風(fēng)機零部件成本中占比最大，為23.3%。使用碳纖維復(fù)材替代傳統(tǒng)材料能夠降低凈重，減小單位功率重量，起到節(jié)約零部件采購成本的作用，推動風(fēng)機降本。碳纖維在風(fēng)電葉片中的主要應(yīng)用部位為主梁，與同級別高模玻纖主梁相比，采用碳纖維可實現(xiàn)減重20-30%。光伏碳碳復(fù)材在光伏熱場滲透率持續(xù)攀升光伏行業(yè)的快速發(fā)展推動碳碳復(fù)材需求快速增長。中國光伏硅片產(chǎn)量持續(xù)增長，2022年產(chǎn)量達到357GW，同比增長57%。中國光伏裝機量逐年上升，2022年累計裝機量達到393GW，據(jù)CPIA預(yù)計，2023年光伏新增裝機預(yù)計達95-120GW。碳碳復(fù)材在晶硅制造熱場系統(tǒng)中滲透率逐步提升，直拉單晶硅工藝成為市場主流。2017-2022年中國單晶硅比例逐年上升，2022年占比達到96.1%，未來或?qū)⑻娲嗑Ч?。光伏行業(yè)發(fā)展早期，晶硅制造熱場系統(tǒng)部件主要以特種石墨為主。而碳碳復(fù)合材料相比石墨材料具有更優(yōu)異的保溫性、強度、韌性，且不易破碎，可有效降低生產(chǎn)能耗、提升設(shè)備使用壽命，從而降低整個生產(chǎn)成本。因此碳碳復(fù)材滲透率逐步提升，目前替代率約為60%~65%，未來仍有較大提升空間。體育休閑高端市場為主力，需求持續(xù)增長在全球范圍內(nèi)，體育領(lǐng)域碳纖維主要用于釣魚竿、高爾夫和自行車，三者占比分別為35%、22%和20%。中國體育休閑領(lǐng)域碳纖維用量約占全球的94.6%。目前，國內(nèi)需求以T300、T700級為主，包括少量T800級和高模量。規(guī)格上以3K、12K等小絲束為主。隨著各國防控措施優(yōu)化，各國開始放開群體運動，體育器材需求回升，2022年需求量達到1.95萬噸。根據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)預(yù)測，預(yù)計到2025年體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求量將達到2.25萬噸，復(fù)合增長率為5%。未來發(fā)展趨勢國產(chǎn)碳纖維成