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价格表现低迷 我国碳纤维行业迎来扩产爆发期 未来市场该如何推演?

1、碳纤维是“21世纪新材料之王”

根据观研报告网发布的《中国碳纤维行业现状深度研究与未来投资预测报告(2024-2031年)》显示,碳纤维(CarbonFiber)是一种丝状碳素材料,由有机纤维经碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料,直径5-10微米,含碳量高达90%以上。碳纤维力学性能优异,同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性,广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。

碳纤维主要性能特点

性能特点

简介

强度高

抗拉强度在3,500MPa以上

模量高

弹性模量在230GPa以上

密度小,比强度高

密度是钢的1/4,是铝合金的1/2比强度比钢大16倍,比铝合金大12

耐超高温

在非氧化气氛条件下,可在2,000°C时使用,在3,000°C的高温下部分熔融软化

耐低温

-180°C低温下,钢铁变得比玻璃脆,而碳纤维依旧具有弹性

耐酸、耐油、耐腐蚀

能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀,其耐腐蚀性能超过黄金和铂金,同时拥有较好的耐油、耐腐蚀性能热

膨胀系数小,导热系数大

可以耐急冷急热,即使从3000°C的高温突然降到室温也不会炸裂

资料来源:观研天下整理

碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。小丝束性能优异,但成本较高。碳纤维的开发起初应用于航空航天领域,小丝束性能更能满足航空航天、军工复材的需要,但受成本制约,难以在风电叶片等领域实现推广应用。大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下,通过提高单线产能,大幅降低成本,打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。

大丝束和小丝束碳纤维对比

类别

小丝束碳纤维

大丝束碳纤维

丝束数量

<24K(1K代表一束碳纤维中有1000根丝)

24K

拉伸强度

3500-7000MPa

3500-5000MPa

拉伸模量

230-680GPa

230-290GPa

价格

较高

一般

产能分布

日本

欧美

应用领域

国防军工、航空航天

工业领域

资料来源:观研天下整理

2、我国碳纤维行业需求端萎靡不振,但产能迎来扩产爆发期

近几年,随着“碳中和、碳达峰”战略的提出,碳纤维最主要的下游领域——风电行业快速崛起,需求端也日益旺盛。数据显示,2023年,我国碳纤维运行产能为14.08万吨,比上年增长25.7%,已经接近全球碳纤维产能的半壁江山。然而,自2023年开始,我国碳纤维行业供需关系180度大转向。

尤其是,在下游蓬勃发展的背景下,各路资本和企业大量涌入碳纤维产业,投资热度持续高涨,产能大幅度提升。根据数据显示,2022年我国碳纤维供应量达4.5万吨,同比增长55.17%;截至2023年6月,国内碳纤维生产商总产能达到11.7万吨,较2021年末大幅增加。

不过,需求端表现不佳,2023年碳纤维需求量比2022年的7.44万吨反而下降7.2%,这也导致碳纤维厂商库存高企。数据显示,国内碳纤维库存整体保持低位,由2023年6月的4000吨左右增至2023年末的1.2万吨左右。除此之外,各大碳纤维企业也出现增收不增利的现象,如2023年中复神鹰、吉林碳谷、光威复材、中简科技、中航高科5家碳纤维龙头上市企业共实现主营收入121.65亿元,同比增长2.81%;归母净利润27.42亿元,同比下降22.32%。

不过,需求端表现不佳,2023年碳纤维需求量比2022年的7.44万吨反而下降7.2%,这也导致碳纤维厂商库存高企。数据显示,国内碳纤维库存整体保持低位,由2023年6月的4000吨左右增至2023年末的1.2万吨左右。除此之外,各大碳纤维企业也出现增收不增利的现象,如2023年中复神鹰、吉林碳谷、光威复材、中简科技、中航高科5家碳纤维龙头上市企业共实现主营收入121.65亿元,同比增长2.81%;归母净利润27.42亿元,同比下降22.32%。

数据来源:观研天下整理

而就算面对价格下跌、企业营收下降等等终端市场出现疲软迹象,但碳纤维龙头厂商却选择继续扩大产能。例如,2024年4月,中复神鹰年产能30000吨的高性能碳纤维建设项目举行了开工仪式,这个项目的总投资达到了60亿元左右。除此之外,吉林化纤集团正在推进1.5万吨/年高性能碳纤维项目;上海石化6000吨/年碳纤维项目也预计将在今年投产。

整体来看,未来几年,我国碳纤维企业扩产计划总量预计接近30万吨,但在供给短缺的背景下,率先实现项目落地并稳定生产的企业将具备明显的先发优势,抢占更多的市场份额。

我国碳纤维企业扩产计划

生产商

项目

在建产能

预计投产节奏

项目情况

预计当年实际新增产能*

2023E

2024E

2025E

2023E

2024E

2025E

吉林化纤集团

国兴年产6万吨碳纤维项目

6

2

2

2

“十四五”期间完成

0

2

2

1.2万吨碳纤维复材项目碳化线

0

0.6

0

0

20231月和2月,第三、四条碳化线投产

0.6

0

0

中复神鹰

西宁二期1.4万吨高性能碳纤维及配套原丝项目

0

1.4

0

0

2023H1已全面投产

1.4

0

0

连云港年产3万吨碳纤维建设项目

3

0

0.6

1.2

建设周期为20234月至20268

0

0.6

1.2

上海石化

1.2t/a48K大丝束碳纤维项目

0.6

0

0.6

0

预计2024年全部完成

0

0

0.6

光威复材

万吨级大丝束碳纤维产业化项目

0.4

0.4

0

0

一期4000吨预计2023年内投产

0

0.4

0

中简科技

高性能碳纤维及织物产品项目

0.15

0.075

0.075

0

预计于2023年部分投产,2024年全部投产

0

0.075

0.075

恒神股份

2t/a高性能碳纤维生产基地

0.5

0

0.5

0

一期5000t/a2023H1开工,建设周期20个月

0

0

0.5

浙江宝旌

6万吨碳纤维原丝项目和年产1.8万吨碳丝项目

1.55

0.5

0.5

0.55

预计于“十四五”期间陆续投产

0

0.5

0.5

新创碳谷

1.8t/a大丝束项目

1.2

1.2

0

0

2023年已全部建成1.8万吨产能

0.6

0.6

0

新疆隆炬

年产5t碳纤维碳化项目

4.4

1.2

1.2

2

2022年一期6000吨建成,后续三期陆续建设,预计2025年形成5t/a产能

0.6

1.2

1.2

长盛科技

高性能碳纤维项目二期

0.08

0.08

0

0

已于202312月投产

0

0.08

0

高性能碳纤维项目三期

0.26

0

0

0.26

预计2025年投产达产

0

0

0.26

资料来源:观研天下整理

3、碳纤维新领域:低空经济蓄势腾飞

资本市场通常都会以推断甚至想象来评判企业或者产业的价值,尤其是在新兴产业中。当然,碳纤维作为典型的新材料行业也不例外,目前市场上最火热的低空经济与碳纤维关系明确。

eVTOL是低空经济的重要载体之一,其主流的设计方案均采用碳纤维作为主要机身结构材料。其中,约有75~80%用于结构部件和推进系统,12~14%用于横梁、座椅结构等内部应用,电池系统、航空电子设备和其他小型应用占比为8~12%。而国内头部eVTOL制造商亿航智能、小鹏汇天、峰飞航空等公司公布的设计方案来看,机身结构均采用碳纤维复材,小鹏汇天旅航者X2的旋翼桨叶和起落架也采用碳纤维复材。

我国部分eVTOL设计方案碳纤维应用

企业

型号

主要参数

碳纤维应用

亿航智能

亿航AAV

机身高度:1.93m机身宽度:5.73m最大起飞重量:620kg最大航程:30km最大设计速度:130km/h

机身结构采用环氧基碳纤维复合材料优化整体结构强度和刚度,实现轻量化与机身刚性实现完美统一,搭配航空铝合金,有效降低机身重量,保证各部位的支撑强度。

小鹏汇天

旅航者X2

双人乘坐最高续航达:25分钟最大时速:130km最高飞行高度1000m

全机身碳纤维材质;旋翼桨叶采用先进碳纤维环氧树脂基复合材料,是现阶段航空业最先进的桨叶用材。起落架的材料主要为碳纤维和玻璃纤维,碳纤维保证起降所需要的强度,玻璃纤维保证减震缓冲所需要的韧性

峰飞航空

盛世龙

最大起飞重量:2000kg最大载荷:350kg最大航程:250km最大巡航速度:200km/h载客能力:4+1飞行员

整机机身使用高强度碳纤维复合材料一体成型技术

资料来源:观研天下整理

而单台eVTOL对碳纤维需求在100-400kg之间,有望拉动千吨级需求。以超长续航问界Ultra锂电池作为参考,假设在电池能量100kWh、能量密度400Wh/kg情况下,2人座eVTOL电池自重约250kg(假设5人座电池能量随最大起飞重量同比例提升);假设单台eVTOL复材重量占其机身结构重量比例为70%,碳纤维复材占全部复材比例为90%,且碳纤维:树脂比例为7:3,则单台eVTOL碳纤维需求量约在97-363kg之间,全球未来eVTOL订单约为6300架且在2030年前全部释放,则预计为碳纤维带来600-2300吨增量需求。

eVTOL对碳纤维需求示意性测算

类别

亿航AAV2座)

盛世龙(5座)

1.相关参数

最大起飞重量(kg

620

2000

实际业务载重量(kg):(全座人数+行李)

150

370

eVTOL自重(kg

470

1630

锂电池重量(kg

250

806

eVTOL机身结构重量(kg

220

824

2.材料需求测算

复合材料重量(kg)占比70%

154

576

单台eVTOL碳纤维需求量(kg)占比90%,碳丝树脂比7:3

97

363

eVTOL订单量(架)-截至235

6300

6300

碳纤维增量需求(吨)

611

2288

资料来源:观研天下整理

4、市场进一步低迷,我国碳纤维行业未来该如何发展?

纵观市场现状来看,低空经济短期内对碳纤维产业的需求拉动的时间有限,那么随着市场持续低迷,未来碳纤维行业该如何推演?

事实上,碳纤维行业增长逻辑属于典型的创新供给驱动应用场景,所以不断寻找下游应用新场景,产业规模才能扩张。例如,1995年,碳纤维进入工业领域;二十一世纪,大飞机、风力叶片、汽车、深海油田成推动碳纤维行业发展驱动力。

目前,全球领域风电叶片能够拉动碳纤维约3.5万吨的需求;2017-2020年我国风电新增装机量从1503万千瓦迅速飙升至7167万千瓦,成为国内碳纤维市场关键的增量需求。在满足刚度和强度的前提下,采用碳纤维的风轮叶片比玻璃钢叶片质量轻30%以上,虽然碳纤叶片成本上升,但其带来的传动链上相关部件以及塔筒的优化减重,使得风电机组的整体成本降低10%以上。例如,120m的碳纤维风轮叶片可以减少总体自重达38%,使得风电机组的整体成本下降14%。未来,随着风电抢装的影响逐渐消退,预计未来三年内中国风电新增装机量的增速能够保持在15%-20%,持续拉动碳纤维市场需求。

此外,航空航天工业对碳纤维行业需求巨大。飞机结构材料约占起飞总重量30%左右,减轻结构材料重量可带来诸多好处,而用碳纤维复合材料代替钢或铝,减重效率可达到20%-40%。根据相关资料可知,2022年11月8日,七家租赁公司与中国商飞又签署300架C919飞机和30架ARJ21飞机确认订单;2023年9月28日,中国商飞与东航签订C919最大单笔订单100架。因此,据不完全统计,C919拥有1215架订单总量。长远来看,1215架C919订单全部交付对应碳纤维需求量约5882吨,对应约13.4亿元市场空间。

综上所述,我国碳纤维行业需求空间大,但是头部企业仍然大幅扩产,并且选择“以量换价”策略,可见产业供给依旧是扩张态势,再加上当下需求增速不太明朗。因此,如果头部企业持续保持扩张态势,并且在市场价格低迷的背景下,或许碳纤维行业将迎来落后企业出清,市场集中度也将随之上升。(WYD)

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