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“黑色黄金”——碳纤维行业初探(二)

  本篇共4960字,主要介绍第四至六章节。目录1.0 行业简介2.0 行业上下游价值链分析3.0 行业竞争格局4.0 未来市场空间4.1 航空航天4.2 风电叶片领域5.0 行业政策导向6.0 总结4.0 未来市场空间

  图8:全球碳纤维市场需求(资料来源:东吴证券研究所)全球的碳纤维需求为10.7万吨,同比仅增加了3%,主要是疫情对民用航空市场的不利影响,飞机订单大量减少,航空航天领域的碳纤维需求下降了30%,但是风电叶片、压力容器、碳碳复合材料等领域的增势强劲,弥补了航空航天领域负增长,最终实现了2020年的微增长。此外,根据《2020全球碳纤维复合材料市场报告》的数据,预计2025年就会进入20万吨,2030年会进入40-50万吨,未来10年的年复合增速可达到15%。碳纤维基于其高强度、高模量纤维、耐高温腐蚀能力等特点,可用在航空航天、休闲体育、风电叶片、船舶、工业等众多领域。从中国和全球市场的碳纤维应用领域可以看出,全球碳纤维在航空航天领域的需求占比为15%,要明显高于国内市场的4%。为什么要说这一部分,主要是航空航天中所使用的碳纤维均为高价值含量,2020年全球航空航天中碳纤维的需求量仅占比为15%,但其价值量占到全球碳纤维价值量的37.7%,可见其价值含量极高。而中国航空航天领域2020年碳纤维需求量仅为4%,还有很大的提升空间。根据WoodMac最新研究《2021年第一季度全球风电市场展望》数据显示,预计未来10年中国的风电新增并网容量稳居全球第一位,碳纤维作为风电叶片的必需原材料势必也会迎来一波需求增长。基于这些数据可以推测,中国未来碳纤维市场需求的增量市场主要是在航空航天、风电叶片领域。

  图9:2020年全球及中国碳纤维为需求分布(资料来源:东吴证券研究所)此外,还有一个国产替代的逻辑。我国2020年碳纤维总需求4.89万吨,其中进口3.04万吨,占比达到了62%。虽然我国碳纤维国产化率从2015年的15%上升到了2020年38%,但是国产化率可提升空间依旧很大。而且,从2020年的8、9月份开始,日本、美国陆续加强了对碳纤维出口中国的政策管控,导致碳纤维进口难度进一步较大。中国2020年的自主保障能力仅37.81%,作为碳纤维需求大国,国外禁运将会进一步刺激对国产碳纤维需求的上升。

  图10:中国碳纤维的需求(资料来源:2020全球碳纤维复合材料市场报告、格菲资本)4.1 航空航天碳纤维在航空航天的应用主要分为军用和民用两大领域。2020年中国的碳纤维需求细分市场航空航天仅占4%,与全球碳纤维航空航天占比的15%相差甚远,可提升空间很大。从军用市场来看,碳纤维主要应用在机翼、香港六合白小姐平码。尾翼、口盖、前/中/后机身等更多核心部件的制造中。碳纤维除了可以帮助飞机减重20%-40%的同时还能克服金属材料容易出现的疲劳和被腐蚀的缺点,增加了飞机耐用性。基于这些优势,碳纤维复合材料应用比例近几年也是稳步提升中。

  图11:世界范围内先进战斗机已大量使用碳纤维复合材料情况(资料来源:信达证券研发中心)从上面的表中可以清楚地看出,碳纤维复合材料在各机型中的用料占比明显呈现逐步上升的趋势中。根据《World Air Forces2020》数据显示,目前美国拥有军机数量为13266家,我国为3210架,在美国和俄罗斯之后排在世界第三位,可提升空间很大。国内军用市场未来的增量主要是在两个方面,第一个是,我国航空装备正处于上量阶段时期,未来几年先进战机采购量有望不断增加。国内的战斗机、直升机、运输机等机型虽有新机型入役,但仍有很多老旧军用飞机在役,加上与美国军机在数量上的悬殊,对新型航空装备的需求量迫在眉睫;第二个方面就是新型军机的碳纤维复合材料渗透率的提升,过去由于西方和日本的封锁,中国的一些战斗机不敢使用复合材料,害怕被卡脖子。但是随着我国在碳纤维技术上的突破,我国战机的碳纤维复材占比也逐渐升高。根据《复合材料在航空战机上的应用》信息显示,我国歼-7战机总重约5.3吨,其中碳纤维复合材料占到了2%,而新型战机总重17吨,碳纤维复合材料占比最高可达到30%。信达证券研发中心和德邦证券对未来10年国内军机机碳纤维复合材料需求量的预测分别为8210吨和7500吨,就按照8000吨来计算的话市场空间也是比较大的。

  图12:国产大型喷气客机C919和支线(资料来源:公开资料)随着中国商用大飞机C919在国内取得了适航证,意味着国产大型喷气客机在中国民航万亿市场中占有一席之地。而中国自主研发的ARJ21早在2015年时就已经正式进入市场运营,在2019年完成了首飞国际航线,至投入到现在市场运营及销售情况良好。根据中国商飞预测数据,2020-2039年中国民航客机队规模将从2019年的3863架增长到9641架,全球占比将从16.2%增长至21.7%,其产生的市场价值约8万亿人民币(其中单通道客机5.1万亿元),全球占比约22%,是全球民航第一大市场和增长速度最快的市场。此外,碳纤维作为大飞机配套产业链的重要上游原材料,随着技术的不断发展,碳纤维的渗透率在民航飞机在不断提升中。以空客大飞机为例,其碳纤维复合材料占比从最初的7%(空客A310)上升到了52%(空客A350),碳纤维需求量提升的趋势极为明显。而根据公开资料显示,国产C919大飞机的碳纤维复合材料占比仅为12%,跟空客和波音相比的话可提升空间很大。根据信达证券研发数据,目前C919和ARJ21-700的飞机订单总数分别为815架和596架,经测算这些在手订单可兑现1383吨碳纤维复材的需求,市场规模超过55亿。下表是根据太平洋研究院预测统计的2020-2039年中国上得和波音公司的客机订单请,从各个机型的未来交付量可以看出,中国商飞在各类客机中的交付数量还是比较大的,未来随着国内碳纤维技术的提升和渗透率的提高,有望为碳纤维行业带来较大的增量市场。

  图13:2020-2039年全球及中国市场民用飞机交付量预测(资料来源:中国商飞、波音、太平洋研究院)4.2 风电叶片领域

  图14:不同材料在风电叶片上的应用情况(资料来源:信达证券研发中心)随着风电能源的快速发展,未来风电叶片趋势必然会向大尺寸和高功率的方向发展,而全玻璃钢叶片无法满足叶片大型化和轻量化的要求。碳纤维就成了最佳的选择,碳纤维比普通的玻璃纤维可实现20%-30%的轻量化效果,其减重、耐腐蚀性以及性能要优于传统材料,随着技术的突破和成本的降低,碳纤维及其复合材会广泛地在风电叶片中使用,在风电叶片中大多使用的是24K以上的碳纤维。根据信达证券整理的数据可以看出,当风电叶片的长度大于34米时,碳纤维复合材料的重量要明显低很多。目前,国外的风电叶片大厂商,像是维塔斯已经实现了碳梁(碳梁是由碳纤维制作而成的大梁,有助于减轻叶片重量并增加其长度,且不会影响到风电叶片整体的强度和刚度。)在风机叶片中的规模化应用。而国内受技术和碳纤维成本过高等因素的影响,目前主要采用的依旧是玻璃纤维。据赛奥碳纤维技术数据显示,全球风电叶片市场对于碳纤维的需求从2014年的0.6万吨上升到了2019年的2.55万吨,年复合增长率高达33.6%。未来随着维塔斯2年的专利到期和国内风电企业在开发碳纤维应用方面有取得进展,会推动碳纤维在国内风电叶片领域规模的扩大。根据伍德麦肯兹发布《2020年度全球风机整机企业市场份额排名》数据显示,全球新增风电装机容量103GW。而全球风电叶片碳纤维需求大3.06万吨,同比增速20%,其中中国风电叶片领域碳纤维需求量为2.00万吨,占全球总需求的65.36%。粗略地计算一下,1GW大概会需要297吨的碳纤维。根据WoodMac最新研究《2021年第一季度全球风电市场展望》数据显示,预计2021-2030年,全球将新增1TW风电装机容量,那么计算下来全球将新增1TW风电装机容量碳纤维的需求量为29.7万吨。这里需要说一下这一计算是极其保守的,主要原因一是未来大型化是风电叶片的发展趋势,碳纤维的渗透率将会越来越高;原因二海外风电叶片市场主要采用的是碳纤维,2020年受疫情影响装机量会有所下滑,而中国主要采用的是玻璃纤维,2020年风电叶片碳纤维需求量占全球市场高达65.36%,这会明显拉低碳纤维用量在全球的占比。所以全球将新增1TW风电装机容量碳纤维的需求量为29.7万吨明显是偏低的。根据未来碳纤维在风电叶片中的渗透率来看,给一个翻倍的空间应该在合理范围内,最终可以算出未来风电叶片增量市场最少有59.4万吨的空间,平均下来每年有5.94万吨的碳纤维市场空间。

  图15:2021-2030年全球风电新增并网容量预测(资料来源:WoodMac)5.0 行业政策导向碳纤维作为我国的关键战略材料,其应用领域从风电叶片、体育用品、交通建设到国防建设广泛的应用在各个领域。受制于中国碳纤维行业相关核心技术落后和美日国家对这些技术的垄断等原因,导致我国无法满足国家在重大装备等高端领域的需求。自2000年以来,国家开始注重推动了碳纤维的产业化发展并将碳纤维列为重点研发项目。从2015年到2021年国家陆陆续续的发布多项有关于支持碳纤维发展的政策,伴随着国家政策的支持,我国碳纤维行业在技术上取得了重大的突破,目前产品已经覆盖高强、高模、高强中模、高强高模等领域,与美日等国家的产业技术差异水平逐渐缩小。

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