碳纤维国产替代加速,大型化风机招标超预期引爆需求

目前国内碳纤维的模式

1、光威复材为代表的自产自用模式,从碳纤维一直到应用。

2、中复神鹰的只做碳纤维,然后外销的模式。

3、吉林碳谷原丝+精功科技碳化设备+碳化厂家模式。

碳纤维需求分布及产能分析

近年我国碳纤维运行产能 6.35 万吨,同比增长 75.41%,占全球碳纤维运行产能的 30.5%,产能规模全球第一。过去我 国碳纤维产业“有产能无产量”的现象较为严重,产能利用率远低于国际平均水平,近年来随着国内企业不断实现技术 突破,产能利用率快速提升,从 2016 年的 14.94%增长至 2020 年的 51.1%,但较 65%-85%的国际普遍水平仍有一 定提升空间。
我国碳纤维市场国产替代趋势明显。

近年来我国碳纤维市场需求不断提升,2021我国碳纤维市场需求量达 6.24 万 吨,同比增长 27.7%。国产化率从 2016 年的 18.4%提升至 2021 年的 46.9%,国产替代趋势明显。主要原因一是受 疫情影响碳纤维进口难度增加;二是日本、美国等国限制碳纤维对华出口,国内需求缺口增加;三是国内碳纤维新产品 能投放,产量增加。


我国碳纤维产品需求结构存在进一步升级的空间。我国碳纤维应用以风电叶片和体育休闲为主,而高附加值的航空航 天应用占比不到 5%,与全球水平存在显著差距。从单价来看,应用于航空航天领域的碳纤维单价达 7.2 万美元/吨,价格水平为其他领域碳纤维价格的 2.5 倍以上。

龙头企业正逐步打破国外技术垄断。经过长期的技术积累,我国以吉林化纤、中复神鹰、宝旌、新创碳谷、恒神股份、光威复材等为代表的国内碳纤维龙头企业正逐步打破国外技术垄断,产能规模不断扩张,部分企业产品性能与国际龙头比肩。

风电叶片应用市场

2021年,风电市场发展风云剧变,陆上主机 价扣除塔筒成本后,价格已低至大约1600元/KW,比起2020年几乎腰斩。再加上源头的材料涨价,整个产业链基本处于微利或亏损状态。这个市场行情不光让国内外众多计划采用碳纤维的叶片企业犹豫及止步,也让需求巨头VESTAS放缓了碳纤维需求增长的力度。

2022年,受国外风场补贴因素影响以及成本因素影响,预计全球两大巨头VESTAS及GE的碳纤维板材用量基本不会增长,维持在全年用量为30,000吨,其他几家如GAMESA、NorDex,明阳、三一、上海电气等的用量预计为3500-4500吨,大概率与2021的需求持平。

从工艺角度:拉挤板材用于大梁已成为主流,近两年中材科技、时代新材、中复连众、艾朗等叶片厂家以及主机厂三一重工、明阳电气、上海电气等都陆续发布了使用碳纤维或碳玻混合拉挤大梁叶片,值得一提的是,东方电气、中船双瑞目前使用的织物灌注以及金风科技的预浸料工艺,对比拉挤板材,劣势越来越明显。2022 开始,碳纤维织物及预浸料工艺在全球范围内大概率被被拉挤板材全部替代掉。当然,不排除有基于这些传统工艺的思想,但产品形态及制造效率、成本更有优势的新工艺出现。

玻纤与碳纤的竞争:2019年年底,中材科技发布SINOMA85.6的全玻纤海上风电叶片并于2020年在福建兴化湾装机使用。2022年3月,株洲时代最新发布的TMT185叶片,长度达91米,全部使用玻璃纤维而非碳纤维,适配4.5MW到6.5MW机型。所有叶片企业非常清晰碳纤维的减重优势及趋势,只是在成本上算不过账,尤其这两年碳纤维供不应求的情况下。这个问题的解决有待于叶片企业与碳纤维企业更深入的精诚合作。

风电市场的波动剧烈,但是总体上发展前景光明,风电碳纤维巨头-卓尔泰克,是可以批量按照13美元/公斤左右供应碳纤维的。这个成本优势,是我国大丝束碳纤维企业的参照系。

全球风电整机巨头维斯塔斯碳梁专利保护期7月19日正式到期需求加速

这意味着其他风电叶片制造商将可以不受限制地推出应用碳梁的风电叶片产品,适应目前风电发展大功率化的趋势,碳梁的风电叶片有望加速开启。

根据全球风能理事会的预测,未来几年,海上风电将在全球范围实现快速增长,预计2020-2024年全球海上风电新增装机容量预计达50.8GW,年复合增长率约19.72%。

由于海上风速高,对风机性能的要求更高,轻量化、大型化要求更加明显。因此海上风机的单机容量一般都远远高于陆上风机,正因如此,海上风机对于轻量化的碳纤维材料的需求更为强烈。

据中信建投预测,到2025年中国陆上风电碳纤维需求为4.39万吨,海上风电碳纤维需求为1.50万吨,两者合计总需求达5.89万吨,复合增速达27.2%。预计到2025年,中国风电领域碳纤维需求将占全球风电领域碳纤维总需求(8.06万吨)的73.08%。

除海上风电市场较高的用材需求外,氢能、光伏等新能源领域以及航空航天领域需求的不断攀升,碳纤维材料下游应用场景不断扩展,市场空间逐步打开。

根据赛奥碳纤维的数据,过去10年全球碳纤维需求量年复合增长率达10.37%,2021年全球碳纤维需求量同比增长10.38%至11.80万吨,增速显著提升7.59个百分点。

同期中国市场由于应用比例基数较低,年复合增长率达20.97%,但由于新兴行业需求快速释放,中国市场增速处在持续上升的态势;截至2021年中国市场需求量为6.24万吨,同比增长27.69%,需求量全球占比首次超过50%,增速及需求规模均全球领先。

未来几年全球新增碳纤维产能主要集中在中国,目前国内掌握碳纤维核心生产技术的企业仅有几家龙头企业碳纤维规模效应明显,龙头企业扩产有助于降低生产成本提升市场竞争力,同时碳纤维成本下降将有利于提升其在下游的渗透率。随着国家政策持续加码、下游需求增长以及国内企业技术水平的不断提高,碳纤维国产化进程有望加速推进。”招商证券在6月20日的研 中这样表示

碳纤维风电叶片用量及成本测算

1、碳纤维在叶片上的用量∶

●碳纤维在叶片上的用量∶叶片用量不是完全确定的,一般来说主梁用碳纤维,主梁重量占比1/3。

● 实例∶42米叶片1.5MW-1MW叶片12.8吨,83.5米叶片3.6MW21吨-1MW17.5吨,90米叶片-1MW16.74吨、86.6米2.5MW-1MW16.8吨。

● 综上∶1MW叶片在17吨左右,这种预估情况下,主梁碳纤维用量3吨(60米以上叶片,小叶片不适用)

● 专家计算∶90米叶片6.45MW,主梁3.4吨碳纤维用量

● 目前有的厂家迎风面碳纤维,背风面用玻纤维,玻碳混合情况中占比可以灵活抉择,没有确定占比

●4-6MW(60-90米叶片)碳纤维用量平均在3吨左右。

2、碳纤维在风电叶片中的成本∶

● 复合材料叶片用量占比∶灌注成型叶片中树脂30%碳纤维70%,拉挤成型叶片中树脂25%碳纤维75%

● 玻纤6MW重量 9.8吨-1KW71元,树脂3.1MW重量5.1吨-1KW175

● 陆风1KW2000元左右,海风1KW3548元(其中∶叶片1064,其中碳纤+玻纤+树脂共696 元)

● 材料总成本在叶片中超过85%,增强材料和树脂超过60%(无利润的情况下)

● 新叶片附加成本相对较高∶能达到20%

● 陆风玻纤整机1KW2000元情况下,叶片占30%有600元价值量,其中玻纤维1KW100元,树脂1KW175元,

● 1KW叶片主梁全部用碳纤维做用3吨

● 碳纤维实际采购价格150元/公斤左右

3、碳纤维产业趋势∶

● 碳纤维在叶片上的使用方式(迎风、背风、玻纤混合)取决于不同工艺方式成本考量、

● 风电叶片在设计上也是百花齐放,所以不确定主流材料是什么

●维斯塔斯专利到期会对碳纤维推广有拉动作用

●拉挤可以充发挥纤维的特性,不会弯曲,不需要模具和辅料,成本和生产效率有所提升,产品一致性稳定性有所提升

4、维斯塔斯碳纤维供给情况∶

● 维斯塔斯15-16年开始拉挤(由光威,江苏澳盛供给)

● 17年光威提供维斯塔斯1600吨,18年供应4500吨,19年供应5000吨左右

● 20年中国碳纤维风电用量2万吨

● 21年世界风电碳纤维用量3万吨,中国用量2万吨

●维斯塔斯18年碳纤维用量2万吨,光威奥胜提供超过1万吨

● 预计维斯塔斯未来业绩的增幅不会像想象那么大

● 未来10MW以上的风电叶片都用碳纤维

● 未来是新玩家拉动碳纤维在风电叶片上的应用

5、风电叶片发展情况∶

● 21年开始许多厂家都在发展超过10MW的海风叶片

● 东方电气∶20年4月20号,90米长的10MW叶片,主梁用碳纤维

●东方电气∶21年10月21号,103米长13MW叶片,主梁高模量高比强碳纤维

● 上海电气风电∶ F02,102米11MW海风叶片,主梁碳纤维

● 明阳风电∶99A1叶片,99米11MW海风叶片,主梁碳玻混杂

● 明阳风电∶16MW118米叶片正在研发

综上,10MW90米以上风电叶片都用碳纤维(但是80、94米的海风叶片也有全玻纤的)

● 陆风叶片都向7MW方向发展

●材料使用限制主要是成本考虑,碳纤维能够减重10吨左右(40吨玻纤-30吨碳纤),对主机、塔筒等部件带来利好

6、叶片长度和碳纤维用量关系∶

● 不确定,也可以用全玻纤,碳纤维用量主要取决于叶片设计,要和主机匹配,用玻纤能够满足重量要求也可

● 叶片长度和叶型共同决定MW(80米叶片6-8MW都有可能)

7、国内主机厂拉挤工艺情况∶

● 明阳∶玻碳混杂用拉挤工艺

● 中材科技∶碳纤维用拉挤工艺

● 拉挤工艺未来会在新设计的叶片上大量采用

● 22年低碳纤维价格下来以后,能够获得较大的推广力度

8、维斯塔斯专利到期∶

●彻底打开专利限制不存在,专利没到期的时候已经有人在用了

●专利到期时间22年7月19号

9、主梁叶片占比∶

●主梁占叶片重量的1/3

●主梁由树脂和纤维组成(70%纤维和30%树脂)

●拉挤工艺下,纤维含量75%,树脂25%

10、主机厂能够接受的碳纤维的价格∶

●主机厂越便宜越好,预计碳纤维降低到80元/公斤下游厂商的接受度会比较高

11、碳纤维成本下降渠道∶

● 技术可以实现降本

● 和东丽的差距不在路线上,主要差距就在细节上

产业链个股整理

光威复材:主要供应军品碳纤维,是国内少有的拥有碳纤维全产业链的企业。截至 2021 年底,公司碳纤维设 计产能 2655 吨,在建 5030 吨,其中内蒙古光威低成本碳纤维项目规划产能 1 万吨;高性能碳纤 维产业化项目在建 M55J 级纤维产能 30 吨;另外有一条新的千吨级产业化生产线用于生产 T700G/T800H 级碳纤维产品,预计今年年内完成项目验收。

中简科技:公司主要客户为国内大型航空航天集团,旗下 ZT7 系列碳纤维织物打破发达国家对宇航级碳纤维的 技术封锁,达到国际先进水平。2021 年公司千吨线完成等同性验证工作并进行了试生产。2022 年 3 月,公司募集资金 20 亿元用于建设年产 1500 吨高性能碳纤维及织物产品项目,预计 2024 年前 部投产。

吉林碳谷:公司销售的主要产品是碳纤维原丝,碳纤维原丝小丝束到大丝束全系列产品都能稳定大规模生产。目 前公司拥有 4.5 万吨柔性化产能,预计今年年底将新增柔性化产能 4 万吨以上。公司 300 吨高性 能碳纤维碳化生产线生产正常,并承担着部分新品研发的任务。计划未来 2-3 年新增 15-20 万吨左 右的原丝产能。

吉林化纤:公司全资子公司吉林凯美克筹建了年产 600 吨小丝束碳纤维生产线,截至 2021 年底,已建成一半产 能;公司参股 49%的吉林宝旌主要从大丝束、低成本碳纤维的研发、生产和销售。2021 年 11 月发 不定增公告,拟建设年产 1.2 万吨碳纤维复材拉挤板项目。

中复神鹰:在国内率先突破了千吨级碳纤维原丝干喷湿纺工业化制造技术。公司主要产品为 T700 级及以上小 丝束碳纤维,性能不亚于国际同类产品,性能更优的的 M40、T1000 级碳纤维也达到百吨年产能

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