如果开门过度过频，一方面会使电冰箱的耗电量显著增强，同时还会降低电冰箱的应用寿命。当打开箱门的同时，箱内照明灯就开启，既消耗电能又散温度升高量，不利于节能。如果房间内光线好，冰箱内的照明灯可拧下不用。

（报告出品方/作者：中泰证券，孙颖、陈鼎如、杜先康）

1 国产碳纤维领军企业，军民业务双轮驱动

1.1 国产碳纤维龙头，竞争优势显著

国内碳纤维首家上市公司，参与制定多项行业标准。光威复材成立于 1992 年，2017 年登陆创业板。公司发展初期主要从事碳纤维渔具生产 与销售，历经多次技术突破与产品拓展，现已成为国内碳纤维领军企业， 其产品种类最全、生产技术最先进、产业链最完善。公司招股说明书显 示，截止 2017 年 8 月，公司已承担包括科技部 863 计划项目、发改委 产业化示范工程项目在内的 70 余项高科技研发项目，同时主持起草了 《聚丙烯腈基碳纤维》（2011 年发布）国家标准和《碳纤维预浸料》国 家标准（2013 年发布）。

立足碳纤维制造，加强业务横向拓展。公司现已构建 521 发展战略：五 大产业是生产主体，涉及碳纤维、通用新材料、能源新材料、复合材料 及精密机械五大板块。两个平台是研发平台，即碳纤维研发平台和复合 材料研发平台。一个园区是孵化园区，即依托碳纤维产业园设立孵化园 区，对碳纤维及其复材领域的尖端技术、产品和人才进行开发、孵化和 吸收。

公司股权集中度较高。2021 年中报显示，公司前三大股东分别为光威集 团、北京信聿投资、香港中央结算，持股比例分别为 37.33%、10.89%、 3.19%，合计持股 51.41%。陈亮和陈洞兄弟二人分别持有光威集团 39.89%、39.89%股份，陈亮是光威复材的实际控制人。

1.2 经营持续稳健，盈利能力亮眼

下游需求旺盛，业绩有望持续稳健增长。营收方面，2016-2021H1 公司 实现收入 6.33 亿元、9.49 亿元、13.64 亿元、17.15 亿元、21.16 亿元、 12.83 亿元，同比增长 16.64%、49.87%、43.63%、25.77%、23.36%、 35.22%，受益于航空航天及风电等下游需求释放，公司近五年收入CAGR 达 27.30%。归母净利润方面，2016-2021H1 公司归母净利润为 1.99 亿元、2.37 亿元、3.77 亿元、5.22 亿元、6.42 亿元、4.34 亿元， 13.01%、18.99%、58.76%、38.56%、22.98%、23.40%，近五年 GAGR 达 34.02%。下游需求持续旺盛，公司龙头地位牢固，业绩有望持续稳 健增长。

碳纤维及织物业务受益于航空应用加速放量。2021H1 碳纤维及织物业 务收入占比达 56.9%，2016-2021H1 收入增速分别为 16.82%、13.88%、 21.22%、32.33%、35.10%、26.35%，航空应用放量是主要增长动力。

碳梁业务有望重回快速增长。2021H1 碳梁业务收入占比达 24.27%， 2019-2021H1 收入增速分别为 29.24%、6.61%、0.27%。2020 年开始， 上游碳纤维供求紧张、价格上涨，叠加国外疫情影响，碳梁业务订单交 付不足，导致收入增速放缓。随着原材料供需失衡及疫情状况的缓解， 碳梁业务有望重回快速增长。

预浸料业务高端应用拓展顺利。2021H1 预浸料业务收入占比达 15.46%，2016-2021H1 收入增速分别为-16.94%、35.51%、12.88%、 -3.38%、33.62%、114.07%，受体育休闲类业绩下滑影响，2019 年预 浸料业务收入小幅下降。公司积极拓展下游应用，在航空航天、风电及 轨交等高端应用的拉动下，预浸料收入现已恢复高速增长。（报告来源：未来智库）

我们每个社会成员既是环境保护的受益者，又是环境污染的制造者，更应该成为治理污染的积极参与者。

综合毛利率有望进一步提升。2016-2021H1 年公司综合毛利率分别为 60.97%、49.43%、46.71%、48.01%、49.81%、50.53%，军品和民品 的毛利率分别约 70%和 20%，军品以碳纤维及织物为主，民品以风电碳 梁为主，产品结构变化是综合毛利率的主要影响因素。随着军品需求放 量带动军品业务占比提升以及规模效应的逐步显现，综合毛利率有望进 一步增长。

碳纤维及织物毛利率波动系产品结构变化所致：2016-2021H1 年毛利率 分别为 77.30%、78.02%、79.99%、79.29%、75.28%、75.61%，2019 年前，毛利率上升主要系军品订单增加和规模效应凸显所致，2019 年起， 毛利率下降主要系民品占比提升所致。

碳梁毛利率回升有望：2018-2021H1 年毛利率分别为 21.88%、21.82%、 21.64%、11.33%，2021H1 碳梁毛利率下降主要系原材料涨价和汇率波 动等负面因素影响所致。碳梁业务的标准化程度与生产效率较高，随着 上述负面因素逐步消除，毛利率有望回升。

预浸料毛利率有望持续提升：2016-2021H1 年毛利率分别为 25.28%、 16.65%、16.26%、14.17%、27.94%、29.69%，2020 年前预浸料毛利 率下降主要系下游渔具价格竞争所致。公司主动调整产品结构，积极拓 展航空航天、电子通讯等高端应用，预浸料毛利率显著回升，未来持续 增长有望。

持续重视研发投入，资产负债率较低。2020 年期间费用率为 19.49%， 研发费用率达 12.96%。公司持续重视研发投入，研发费用率常年高于 10%，主要用于新产品开发、国家课题及项目、型号验证取样。公司研 发团队成熟，核心研发人员稳定，2020 年研发人员数量为 331 人，占 比 17.87%。公司资产负债率较低，2017 年上市后逐步降至 20%左右。

2 需求空间：新材料之王，军民并举前景广阔

碳纤维性能优异，被誉为 21 世纪新材料之王。碳纤维是由聚丙烯腈、 沥青、粘胶等有机母体纤维，在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构， 含碳量高于 90%的无机高分子纤维。碳纤维力学性能优异，密度仅为钢 材的 1/5，抗拉强度通常在 3500MPa（3.5GP，即 T300）以上，是钢的 7-10 倍，同时具有重量轻、强度高、耐腐蚀、耐高温、抗疲劳等特点， 广泛应用于航空航天、体育休闲、风电叶片、汽车及轨交等领域。

高强高模是高性能碳纤维的主要特征。按力学性能，碳纤维可分为通用 型和高性能型，其中通用型碳纤维强度约 1000MPa、模量约 100GPa， 高性能型碳纤维又可分为高强型（强度 2000MPa、模量 250GPa）和高 模型（模量 300GPa 以上）。按丝束大小，碳纤维可分为大丝束和小丝 束，其中小丝束的原丝含量小于 24000（24K）根，初期以 1K、3K、6K 为主，逐渐发展到 12K 和 24K，大丝束的原丝含量大于 48000（48K） 根，包括 48K、60K、80K 等。小丝束的性能优于大丝束，主要应用于 航空航天等国防领域。

2.1 国产先进军机列装加速，军用碳纤维需求有望大幅释放

先进军机复材用量大幅提升。国外军机的复合材料应用经历了小受力件 →次承力件→主承力件→起落架应用4 个阶段：第一阶段主要应用于非 承力或受力较小的部件，如舱门、口盖、整流罩以及襟副翼、方向舵等；第二阶段开始应用于垂直尾翼、水平尾翼的壁板等受力较大、规模较大 的部件；第三阶段逐步应用于机翼、机身等主要承力结构；第四阶段开 始推进起落架上试用研究。根据《先进复合材料在军用固定翼飞机上的 发展历程及前景展望》，目前在 F22、F35 及 EF2000 等四代机上，复材 用量达 20%-40%；先进直升机上复材用量高达 90%；各类无人机上复 材用量约为 50%-80%，部分机型甚至全结构均使用复合材料。

碳纤维在国产四代军机上的应用实现重大突破。四代机之前，国内军机 复材应用仅限于尾翼、鸭翼等次承力结构，用量占比不到 10%；四代机 复材用量实现明显突破，约达整机结构件的 20%。自 20 世纪 60 年代末 70 年代初起，国内相关单位开始将先进复材应用于国产战斗机，先后 开展歼-8、强-5 的尾翼和前机身的复材应用研究。此后新设计的军机均 应用了复合材料，但一般用量占比均未超过 10%，如歼-10 用量占比 6%， 歼-11 用量占比 9%。最新研制成功的四代战机复材用量有了较明显的突 破，约占整机结构件的 20%，并且将目标用量增至 29%，将超过美国 F-22 的复材用量水平。

国产先进军机列装加速，军用碳纤维需求有望大幅释放。根据《World Air Force2021》统计，我国空军军用飞机数量位居全球第三，仅次于美国 和俄罗斯。但美国军用飞机总数是我国的 4.1 倍，从战斗机总量来看我 国也仅为美国的 60%。代际结构方面，美国四代机数量近 500 架，我国 四代机仅 19 架，提升空间较大。自 2015 年，我国首次将空军定位为战 略军种，空军建设发生战略转变，加大先进战机的列装是下一阶段我国 国防建设的重点。先进机型中的复合材料用量较高，军机列装及换装需 求将推动国内军用碳纤维市场的快速发展。

未来十年国内军用航空碳纤维市场规模将超过 300 亿元。以 2030 年实 现我国国防实力与现阶段经济实力相匹配的目标，我们首先保守假设美 军除四代机之外其余机型保有量不变，四代机每年按照 FY2022 财年 85 架的采购规模持续列装（10 年新增 850 架，远小于《World Air Force 2021》中 F35 系列战机 2071 的计划采购总数）。再保守假设到 2030 年 我国各类飞机总量达到美军的 80%，则中国新增三代机、四代机分别为 1090 架和 1055 架左右，各类直升机 3550 架，大型运输机 490 架，特 种飞机 1000 架左右，合计价值量在 2.62 万亿元。按照飞机结构重量占 飞机空机重量约 30%，军机领域碳纤维价格为 3000 元/kg，我们预计未 来 10 年国内军用航空碳纤维市场空间约 307.54 亿元。

2.2 国产大飞机批产在即，有望打开民用碳纤维国产替代新市场

民用航空碳纤维需求总量大，新型民机复材应用占比不断提升。2020 年全球商用飞机碳纤维需求总量达 8700 吨，占航空航天碳纤维需求总 量的52.9%，疫情之前商用飞机碳纤维需求占比更大，2019 年高达 70%。 先进复合材料质量占比，已成为民用飞机先进程度和市场竞争力的重要 衡量指标。根据《先进复合材料在航空领域的应用》，波音 B787 和空客 A350 代表当今世界民用飞机制造技术最高水平，复合材料质量占比分 别高达 50%和 52%。复合材料能够降低民用飞机重量、提高结构效率、 减小燃油损耗，经济收益显著。以波音 B787 为例，复合材料的大量使 用是该机型最大的亮点和难点，该机在机翼、机身、垂尾、整流罩甚至 起落架后撑杆、发动机机匣、叶片等部位均使用复合材料，结构质量大 幅降低，燃油效率提升 20%，维护成本较 B767 下降 30%。

国产大飞机研制进展顺利，碳纤维复材用量有望大幅提升。目前全球民 航客机市场中，美国波音、欧洲空客双寡头位于第一梯队，巴西航空工 业、加拿大庞巴迪公司和法国 ART 公司位于第二梯队，国产民航客机起 步较晚，目前市场占有率较低。2006 年，我国将发展大型飞机列入国家 中长期科技发展规划，作为大型客机项目的实施主体，中国商飞集团同 年成立。2017 年 5 月 5 日，中国商飞制造的 C919 大飞机首飞成功，整 体国产化率达到 50%以上，定位市场占有率和需求最大的单通道喷气客 机，市场布局为与波音 B737、空客 A320 竞争的机型。根据新华网文章， 截至 2021 年 3 月，C919 已累计获得 815 架订单量。根据《先进复合 材料在飞机上的应用及其制造技术发展概述》，目前中国商飞正与俄罗斯 联合航空制造公司，共同研发 CR929 宽体客机，预计 2029 年试飞。C919 中复合材料用量占比约 12%，主要分布于水平尾翼、垂直尾翼、翼梢小 翼、后机身等部件。CR929 中复合材料用量占比预计超过 50%，并将 应用于机身、机翼等主承力构件。

未来二十年中国民机交付总价值将达 8.57 万亿元。2020 年受疫情影响， 全球航空业增速放缓，国内民航飞机数量增至3903 架，同比增长 2.22%。 中长期来看，受益于中等收入群体增长、基础设施投入加大及航空技术 发展等因素，国内民航市场增长前景广阔。随着疫情防控机制的完善， 国内民航市场将步入快速成长期。民航市场的发展将推动民航机队规模 增长，根据《中国商飞公司市场预测年报（2020-2039）》，预计到 2039 年中国机队规模将达到 9641 架，未来二十年，中国航空市场将接收 50 座以上客机 8725 架，支线、单通道、双通道飞机分别为 920 架、5937 架、1868 架，交付总价值约 8.57 万亿元。

根据《全球碳纤维复合材料市场报告》，2021-2025 年全球航空航天碳纤维需 求量分别为 1.63 万吨、1.63 万吨、1.63 万吨、2.34 万吨、2.63 万吨。假设 未来五年全球商用飞机占航空航天碳纤维总需求量的 69.3%，国内商用飞机 碳纤维需求量的全球占比与商用飞机增量占比一致，预计 2021-2025 年国内 商用飞机碳纤维需求量分别为 0.25 万吨、0.25 万吨、0.25 万吨、0.36 万吨、0.41 万吨。参照《从国产碳纤维的处境谈碳纤维全产业链》，假设民机碳 纤维价格为 1500 元/kg，预计未来五年国内商用飞机碳纤维规模约为 230 亿 元。

2.3 海上风电开发潜力大，叶片大型化驱动风电碳纤维迅速放量

风电行业增长，以及叶片大型化带动碳纤维渗透率提升，驱动碳纤维在 风电领域快速增长。一方面，随着陆上风电平价上网时代的开启，陆上 风电装机有望稳健增长，2020 年受中国陆上风电抢装影响，全球陆上风 电装机为 86.9GW，同比增长 60%，根据 GWEC 预测，到 2025 年全球 陆上风电装机有望达到 88.3GW。2020 年全球海上风电装机为 6.1GW， 得益于政策驱动和降本因素，海上风电有望快速增长，根据 GWEC 预 测，到 2025 年全球海上风电装机有望达到 23.9GW。另一方面，随着 叶片大型化，从材料性能以及风电综合成本方面考虑，碳纤维渗透率有 望不断提升。

风机大型化带动叶片大型化。为了提高风电发电效率，风机逐渐大型化。 一方面，大风机可以提高风轮直径，增大扫风面积，提高效率；另一方 面，风电机组重量的提升幅度小于机组功率的提升幅度，因此随着风电 机组功率提升，单位 MW 下原材料用量更少，以达到降本效果。根据 CWEA 数据，2020 年全国新增陆上/海上风电机组平均功率为 2.6/4.9MW，较 2019 年 2.4/4.2MW 继续提升。为匹配风电机组的大型 化，风电叶片也呈现大型化的趋势。

风电叶片大型化、轻量化，带动碳纤维渗透率提升。一方面，随着叶片 长度的增加，会使风轮在摆动方向受到较大载荷，导致扭转变形。叶片 大型化中，重量也会增加，会增加主梁帽层间失效的风险，若重量的增 加大于刚度增加，叶片还易发生共振，破坏结构。因此随着叶片大型化， 对材料性能的要求也会不断提高。而碳纤维质量更轻、强度/模量更高， 是风电叶片首选材料，根据《复合材料风电叶片技术的现状与发展》，一 个旋转直径为 120m 的风机叶片，梁结构采用碳纤维与采用全玻纤相比， 质量可减轻 40%左右。另一方面，风电叶片减重后，风机可对低风速的 风资源得以利用，从而提高风电发电小时数，带来发电效率的提升以及 综合成本的下降，也大大减弱了碳纤维价格较高对综合成本带来的影响。 因此从材料性能以及风电综合成本方面考虑，随着风电叶片的长度增加， 碳纤维的使用需求将更为迫切，碳纤维渗透率有望逐步提升。此外，根 据赛奥碳纤维数据，目前全球风电碳纤维需求约 3.06 万吨，其中维斯塔 斯使用量约 2 万吨，主要由于维斯塔斯在 2002 年 7 月 19 日分别在中国 /丹麦等国家申请了以碳纤维为主要材料的风力涡轮叶片的相关专利。维 斯塔斯申请的系列专利将在 2022 年 7 月到期，我们认为届时风电用碳 纤维有望加快推广，碳纤维渗透率有望加快提升。通常海上风机功率高 于陆上风机，相较陆上风电，海上风电叶片更长/更重；此外，海上风电 面临的环境更为恶劣，对材料性能要求更高，因此我们判断海上风电的 碳纤维渗透率或远高于陆上风电。（报告来源：未来智库）

为达到更好的减重效果，单个叶片碳纤维用量也会有所增加。从 Sandia 国家实验室的三种叶片类型来看，SNL 100-01 型号叶片重碳纤维占比约 13.6%；SNL 100-02 型号（碳纤维重量占比 17.1%）在 01 型号的基础 上，对作为主要填充材料的泡沫板进行了改进，采用了更轻质的、更环 保的材料，使得泡沫板占比大大下降，同时实现了整个叶片减重 20%的 目标；SNL 100-03 型号（碳纤维重量占比 30.1%）在 02 型号的基础上， 深化了空气动力学方面的研究，改变了翼型，并用更高强度的碳纤维来 代替玻纤，并减少了树脂的用量，再次成功将整个叶片的质量减少了 16%。考虑到海上风电为提高发电效率、降低综合成本，对单个叶片减 重的需求更强，因此我们判断海上风机的单个叶片的碳纤维用量，或高 于陆上风机的单个叶片用量。

我们预计 2021-2025 年全球风电 用碳纤维需求分别为 4.2/3.4/5.5/6.3/9.9 万吨，YoY+40%/-20%/+61%/+15%/+58%。根据 CWEA 数据，2020 年陆上/海上新增装机的平均功率分别为 2.6/4.9MW， 考虑到风电机组逐渐大型化，我们预计陆上/海上新增装机平均功率在 2021-2025 年不断提升。通常海上风机的机组功率要高于陆上风机，因 此碳纤维在海上风电的渗透率相对更高，我们估算并假设 2020 年陆上/ 海上新增机组中，碳纤维渗透率分别为 7%/50%；在叶片大型化带动， 以及碳纤维价格中枢下移带来性价比提升的影响下，我 们预计 2021-2025 年碳纤维渗透率有望不断提升。随着叶片大型化，叶片重量 也将有所提升，我们参考中材科技典型叶片的长度以及重量，其中 2.5MW 机型的 3 款叶片平均重量为 15.3 吨，4.5/6.0MW 机型的叶片分 别重 23.6/31.5 吨，我们假设 2020 年陆上/海上风电叶片重量分别为 15.3/27.6 吨，并逐年提升。我们参考 Sandia 国家实验室数据，同时考 虑到海上风电减重需求相较陆上风电更强，我们假设 2020-2025 年陆上 /海上风电的叶片中碳纤维重量占比分别为 13.6%/30.1%。对于 2020 年 风电用碳纤维价格，我们参考赛奥碳纤维数据，为 9.7 万/吨。考虑到 2021 年碳纤维价格有所上涨，我们参考中复神鹰风电用碳纤维价格涨幅约 30%（2020/21H1 中复神鹰风电用碳纤维均价 15.28/20.13 万/吨，由于 中复神鹰为小丝束产品，价格相对行业偏高），假设 2021 年风电用碳纤 维均价约 12.6 万/吨。考虑到随着成本不断下降，碳纤维价格中枢下移， 我们预计 2022-2025 年均价逐年下降。

2.4 汽车和轨交等领域碳纤维需求巨大

轻量化趋势下，碳纤维成为最理想的车用材料。节能和环保是汽车工业 目前面临的两大难题，为实现双碳目标，工信部制定了 GB27999-2019 标准，提出 2025 年我国乘用车耗油量需低于 4L/100km，对应二氧化碳 排放约为 95g/km。汽车质量是耗油量的重要影响因素，根据《车身材料 与车身轻量化》，对于三厢轿车和两厢轿车，整车质量每降低 100kg，油 耗量分别降低 0.37L/100 km 和 0.31L/100 km。轻量化已成为汽车工业 的重要趋势，新材料的应用则是汽车减重的关键方式。与传统车用金属 相比，碳纤维复合材料的密度低、强度高、耐腐蚀性及可设计性强，是 最有发展前景的汽车轻量化材料。

2025 年全球汽车用碳纤维市场将达 2.01 万吨。2020 年全球车用碳纤维 市场规模为 1.25 万吨，2015-2020 年 CAGR 约 7.5%。随着中高端汽车 市场的扩张、汽车轻量化的推进，叠加碳纤维技术水平与生产工艺的不 断成熟，车用碳纤维市场有望加速发展，我们预计，2021-2025 年 CAGR 为 10%，2025 年将达 2.01 万吨。

在负荷侧，通过特高压通道将西北地区丰富的风力和光伏资源，输送至对氢需求较大的东南地区直接制氢。在成熟的电力市场价格机制下，相比“源侧电制氢+管道输氢”应用场景，“特高压输电+负荷侧制氢”在经济上更具有竞争力。

我国铁路建设发展迅速，节能环保成为重要发展方针。2016 年我国出 台《中长期铁路网规划》，明确建设八纵八横高铁网，铁路建设年投资 持续超过 8000 亿元。截止 2020 年底，我国铁路运营里程达 14.6 万公 里，其中高铁运营里程达 3.8 万公里，较 2015 年末增长近 1 倍，稳居 世界第一。根据 2020 年 8 月发布的《新时代交通强国铁路先行规划纲 要》，到 2035 年，全国提路网运营里程预计将达 20 万公里，其中高铁 运营里程预计将达 7 万公里。纲要同时强调，铁路建设要遵循节能环保 方针，新型材料的使用能够降低装备重量、节约运行能耗，并能有效减 少列车运行成本和维护成本。

碳纤维是下一代轨道交通的理想材料。轨道交通车体材料经历了两次代 际更迭，即由普通碳素钢发展到不锈钢，再到铝合金。相比于铝合金等 轻质材料，碳纤维复材比强度高、耐腐蚀性强，通过一体化成型工艺设 计，能够减少零件连接，提升制造效率与工艺稳定性，进而成为下一代 轨道交通的理想材料。

未来十五年国内动车组碳纤维市场规模将超 500 亿元。增量市场方面， 根据上文数据，2035 年预计将达 7 万公里，是 2020 年底的 1.84 倍。 假设国内动车组数量增速与高铁里程增速保持一致，根据《2020 年铁道 统计公报》，截止 2020 年底，全国在线运营动车组 3918 组、31340 节， 我们预计 2035 年国内动车组将达 7209 组、57666 节。根据中国铁路总 局 2017 年发布的《铁路动车组运用维修规则》，动车组设计寿命为 20-30 年，且多数车型设计寿命为 20 年，因此，未来 15 年国内新增动车组数 量为 3291 组、26326 节。根据《碳纤维增强复合材料在轨道车辆中的 应用》，动车组车体和内饰是轻量化的重点，重量占比分别为 36%/16%。 根据《轨道交通装备复合材料应用现状及发展趋势展望》，碳纤维密度约 为铝合金的 0.67 倍，若采用全碳纤维车身，我们预计未来 15 年动车组增量对应的碳纤维总需求为 31.67 万吨，参考《从国产碳纤维的处境谈 碳纤维全产业链》，假设动车组用碳纤维单价维持在 100 元/kg，我们 预计未来 15 年动车组增量对应的碳纤维市场规模为 316.7 亿元。存量 市场方面，鉴于目前国内动车组设计寿命约为 20 年，2015-2020 年的 新增动车组将在未来 15 年正常运行。根据国家铁路局的数据，2015 年 国内动车组数量为 1883 组、17648 辆，结合动车组设计寿命，预计将 在未来 15 年实现替换，对应碳纤维总需求为 21.18 万吨，市场规模为 211.78 亿元。综合而言，未来 15 年国内高铁碳纤维将达 52.85 万吨， 市场规模为 528.47 亿元。

3 竞争格局：碳纤维行业壁垒高，国产化率将持续提升

3.1 碳纤维工艺、技术壁垒高，美日企业曾垄断市场

强度与模量是碳纤维新品开发的技术难点。拉伸强度和弹性模量是碳纤 维的主要性能指标，高强度、高模量是高性能碳纤维的发展趋势，也是 新品研制中的技术难点。以第三代碳纤维为例，其主要技术特征是同时 实现高强度和高模量。然而，碳纤维是由大量石墨微晶组成的各向异性 材料，高强碳纤维通常具有较小的微晶尺寸，高模碳纤维通常具有较大 的微晶尺寸，如何在强度和模量两个基本属性上取得突破，成为第三代 碳纤维研制中的技术难点。

碳纤维制造工艺流程长、控制难度大。碳纤维制造流程分为原丝制备和 高温热处理两大部分：原丝制备是从初始原料获取碳纤维原丝的过程， 主要包括聚合、纺丝两大环节；高温热处理是由碳纤维原丝制备碳纤维 的过程，主要包括预氧化、低温碳化和高温碳化等环节。碳纤维制造工 艺流程长、控制难度大，以千吨级产业化生产线为例，全部工艺流程涉 及温度、浓度、粘度、流量、压力、转速、风速、电流等几千个参数， 需要高精度的自动化监控和调节，其中一个环节出现问题，便会严重影 响碳纤维的性能。

碳纤维生产设备具有定制化特征，国内企业设备进口受限。碳纤维生产 设备包括聚合反应釜、纺丝机、预氧化炉、碳化炉等专用设备，需要根 据产能和品种进行定制，同时需要配备自动控制系统，对生产工艺及装 备进行数字化管理。国外碳纤维巨头基本都会结合自身技术特点，对专 有设备进行改造升级，进而形成具有自主知识产权的自有生产设备。碳 纤维是军民两用的敏感物资，国外对中国进口碳纤维高端设备进行严格 限制，国内企业只能高价进口非禁运、通用型设备。在对进口设备的消 化吸收和技术改造方面，多数国内企业能力有限，导致生产工艺的稳定 性和过程控制的一致性较差，严重影响碳纤维产品质量，且生产成本较 高。

碳纤维制造具有显著的规模效应。碳纤维生产设备价值高、能源消耗大， 因此在成本构成中，制造费用占比较高。国内碳纤维生产企业中，光威 复材、中简科技、中复神鹰均涉及原丝和碳丝生产环节，2020 年制造费 用占比分别为 64.6%、76.2%、57.5%；吉林碳谷仅涉及原丝生产环节， 直接材料占比较高，2020 年占比达 61.0%。随着碳纤维生产规模的提升， 固定成本摊薄效应降低单位制造费用，工艺成熟化降低单位材料成本， 自动化水平提升降低单位人工成本。根据恒神股份的公开转让说明书， 同等效率下，单线年产 1 千吨的生产线与年产 1 百吨的生产线相比，单 位成本降低约 30%。国外碳纤维巨头生产规模领先、制造经验丰富，成 本优势显著，新进入者将面临较大成本压力。

美日企业在碳纤维技术/应用起步早，具备先发优势，形成垄断。1879 年爱迪生发明碳丝为发光体的白炽灯，碳纤维以此为起点。1959 年日本 大阪工业试验所的近藤昭男发明了 PAN 基碳纤维制备技术，从此拉开全 球碳纤维产业发展序幕。上世纪 60 年代，日、英主导开启实验室技术 研发，而美国当时仍致力于攻克粘胶基技术，因此美国聚丙烯腈（PAN） 基碳纤维发展晚于日本与英国。至 70 年代，行业开启工程化技术的研 发及应用，英、美、日三国技术合作频繁，碳纤维技术先后应用于发动 机风扇叶片、高尔夫球杆、钓鱼竿等，同时也实现复合材料在航空航天 结构的工程化应用。随后的 80-90 年代，行业正式进入工业化时代，行 业并购抢占市场成为主旋律。此时的日本东丽公司已基本开发完成现有 绝大多数产品型号；美国波音公司将碳纤维应用于航天飞机，并提出商 用飞机对碳纤维的需求；而缺乏应用支撑的英国则转以销售技术。进入 21 世纪后，碳纤维在风电、汽车轻量化等方面的需求得到快速扩增，海 外企业由于较早将技术与产业发展相融合，在产业地位上形成垄断地位。

受限于技术封锁等多重因素，国内碳纤维行业发展之路相对曲折。根据 《2019 年全球碳纤维复合材料市场报告》，中国碳纤维发展起点实际与 海外基本同步，20 世纪 60 年代研究起步，中科院长春应用化学院及沈 阳金属研究所启动开展对碳纤维的研究。70 年代举国研发碳纤维。为满 足国防需求，时任国防科委主任张爱萍将军于 1975 年部署国内碳纤维 研究工作；随后 5 年时间，中央各部委实现建成 PAN 原丝试制能力 50 吨/年，碳纤维长丝的试制能力 1.5-2.0 吨/年。80 年代的主基调是引进。 国家科委为鼓励引进国外先进技术、设备，承诺给予资金支持；但受限 于国外技术封锁，引进过程并不顺利。90 年代碳纤维发展有所停滞。由 于缺乏产业支撑，国内碳纤维行业发展陷入停滞，大厂勉强维持、小厂 撤出经营。进入 21 世纪初，由于欧美实施禁运致使碳纤维价格大幅上 涨，并影响到国内军机生产，国内开启大干快上，掀起碳纤维投资浪 潮，10 年间累计投资超 300 亿元。然而由于众多企业并未掌握核心技术， 且投资大/周期长，导致超半数企业淘汰出局，国内碳纤维企业数量自高 峰时期的 40 家演变为如今的 10 余家。

3.2 全球/国内行业集中度高，CR5 分别达 62%/81%

美国、中国、日本碳纤维运行产能合计占比近 60%。根据《2020 全球 碳纤维复合材料市场报告》统计，2020 年全球碳纤维运行产能约 17.2 万吨，分区域来看，美国运行产能 3.7 万吨，占全球 22%；中国大陆位 居第二，运行产能 3.6 万吨，占比 21%；日本位列第三，运行产能 2.9 万吨，占比 17%。

全球/国内行业集中度较高，2020 年 CR5 分别达 62%/81%。全球前五 大企业为日本东丽（美国卓尔泰克被东丽收购）、德国西格里、日本三菱 丽阳、日本东邦、美国赫氏，2020 年合计市占率 62%。根据《全球碳 纤维复合材料市场报告》数据，国内玩家数量更少，集中度相较海外更 高，2020 年中国碳纤维行业的产能CR3和CR5分别为 63.2%和 81.3%。 产能靠前的厂商主要为中复神鹰、碳谷+宝旌（吉林宝旌使用吉林碳谷 的原丝）、江苏恒神、光威复材等。

海外玩家发展时间长，具备先发优势。根据吉林碳谷公开发行说明书， 日本东丽成立于 1926 年，经历 90 多年的发展，完善了从上游原丝制备 到下游复合材料制品设计制造的整个产业链，2020 年运行产能达 4.9 万 吨。日本东邦成立于 1934 年，母公司为帝人集团，1975 年开始量产丙 烯腈系的碳纤维，2020年运行产能1.26 万吨。日本三菱丽阳成立于 1933 年，1983 年开始生产碳纤维，2020 年运行产能 1.43 万吨。美国赫氏成 立于 1946 年，2020 年运行产能 1.02 万吨。美国卓尔泰克成立于 1975 年，1988 年进入碳纤维领域，2014 年被日本东丽收购。德国西格里由 德国 SIGRI 和美国大湖碳素公司于 1992 年合并设立，2020 年运行产能 1.5 万吨。

3.3 产能扩张拐点已至，国内企业占主导，国产化率有望提升

产能扩张有望提速。随着碳纤维需求的快速增长，供给端也呈现持续扩 张的趋势。根据赛奥碳纤维统计，全球碳纤维运行产能从 2015 年 13.5 万吨提升至 2020 年 17.2 万吨，5 年 CAGR+4.9%；全球碳纤维产量从 2015年9.5万吨提升至2020年11.8万吨，5年CAGR+4.4%。2015-2020 年全球产能扩张节奏整体稳健，且有产能，无产量情况明显，我们 认为一是由于前期新能源需求（风电、碳碳复材、储氢瓶等）还未迎来 爆发，二是由于中国企业技术尚未完全成熟，成本较高导致盈利水平较 低，从而产能扩张相对稳健。随着新能源需求的拉动，以及国内企业技 术进步，成本快速下降带来盈利水平提升，我们判断行业产能扩张有望 迎来拐点，产能扩张有望提速。

头部企业快速扩张。国内玩家主要为中复神鹰、国兴碳纤维、吉林化纤、 碳谷+宝旌、恒神股份、光威复材、中简科技等。根据中复神鹰官网， 21 年 9 月中复神鹰万吨级碳纤维产线投产，碳纤维产能规模达 13500吨。根据人民资讯信息，截至 11 月 12 日，国兴碳纤维 1.5 万吨碳纤维 项目中，第四条大丝束碳化线顺利试车，碳纤维年产能突破 1 万吨。根 据新华网信息，国兴碳纤维 1.5 万吨碳纤维项目的全部碳化线预计在 2022 年上半年投产。根据吉林化纤公告，吉林化纤拟非公开发行股票募 资不超过 12 亿，用于建设 1.2 万吨碳纤维复材（对应约 1 万吨碳纤维） 项目，我们预计吉林化纤碳纤维项目有望于 22 年投产。根据吉林化纤 公告，吉林精功碳纤维（吉林宝旌）目前具备年产 8000 吨碳纤维能力。 根据光威复材公告，包头拟新建万吨线，预计2022年新增产能4000吨， 合计达 7855 吨，后续 6000 吨产能逐步投产。其中，中复神鹰/恒神股 份/光威复材等自产碳纤维原丝，国兴碳纤维/吉林化纤/吉林宝旌主要向 吉林碳谷采购碳纤维原丝。

我们预计 2021/2022 年全球碳纤维有效产能分别为 12.1/14.1 万吨， YoY+3.0%/16.7%。根据赛奥碳纤维数据，2020 年全球碳纤维产量为 11.8 万吨，考虑到全球有产能，无产量情况明显，我们假设 2020 年底全球碳纤维在产产能为 11.8 万吨。考虑到部分企业虽有扩产规划， 但无明确投产时间，或可能因为技术/资金等原因，导致产能投放延期， 因此我们并未将所有的拟扩产项目纳入测算。根据赛奥碳纤维统计数据， 以及各公司公告数据，我们大致测算 2021/2022 年全球碳纤维有效产能 分别为 12.1/14.1 万吨，YoY+3.0%/16.7%。

在拟新增产能中，中国占据主导地位，国产化率有望继续提升。根据 《2020 全球碳纤维复合材料市场报告》以及各公司公告，我们统计 2021-2022 年全球拟新增产能约 6.4 万吨（较 2020 年底运行产能 17.2 万吨增长 37%），主要由中国企业主导。根据《2020 全球碳纤维复合材 料市场报告》数据及预测，2020 年国产碳纤维供给量 1.84 万吨，国产 化率约 38%，到 2025 年国产化率有望提升至 55%。

4 光威复材：全产业链协同发展，包头项目打开民品增长空间

4.1 国产军用碳纤维核心供应商，包头项目打开民品增长空间

国内最大的军用碳纤维供应商，T300 级碳纤维稳定供货十余年。2005 年公司承担的两项 863 碳纤维专项通过验收，同时建成国内首条 T300 级碳纤维生产线。T300 级碳纤维是目前产装备的主流型号，主要用于次 级承力结构上，公司 T300 级碳纤维已稳定供货十余年，是国产碳纤维 航空航天应用领域的核心供应商。

T800 级碳纤维或将应用于主承力结构，军用碳纤维业绩有望高速增长。 2012 年公司开始研制 T800 级碳纤维，并在国家级项目评选中获得第一。 2019 年公司 T800H 级一条龙项目完成批次性能评价和相关标准工作， 开始小批量供货。T800 级碳纤维将成为提高国产装备复材使用率的主要 产品，或将应用于主承力结构上。军用碳纤维的质量稳定性要求较高， 验证程序漫长，定型产品的碳纤维供应商一般不会轻易更换，行业壁垒 较高。公司凭借技术实力和先发优势，已在多个军品型号上实现配套， 随着相关型号产品大规模批产，公司军用碳纤维业务有望实现高速增长。

C919 适航认证顺利推进，碳纤维业务有望打开新的增长空间。目前 C919 所用碳纤维及预浸料为国际采购，CR929 的设计则基于国产材料， 目前仍处于开发阶段。公司前期与下游复材制造商共同参与了 C919 的PCD 适航认证，目前公司 T300 级碳纤维及预浸料 PCD 验证工作已结 束。C919 复材质量占比较高，随着国产替代的顺利推进，公司碳纤维 业务有望打开新的增长点。

维斯塔斯碳梁的重要供应商，有望充分受益风电碳梁需求释放。公司 2014 年开始研发风电碳梁技术，2016 年通过维斯塔斯装机试验，公司 碳梁业务占维斯塔斯需求 30%左右。一方面，维斯塔斯风电碳纤维市场 化领先，近年业绩发展势头良好，是公司碳梁业务发展的坚实基础。另 一方面，在风机大功率、叶片大尺寸的背景下，国内外风机制造商开始 启动碳梁叶片布局，公司具有丰富的碳梁批产经验，有望优先受益于碳 梁市场增量释放。

包头项目建成在即，短期保障碳梁业务发展，长期助力民品碳纤维业务。 目前公司碳梁原材料主要来自境外采购，2019 年公司投建包头大丝束项 目，设计产能达 1 万吨。包头项目一期产能为 4000 吨，具有原丝制备 与碳化加工能力，计划 2022 年建成投产。短期来看，包头地区工业基 础良好、能源成本优势显著，自有产能的建设是缓解大丝束供应紧张、 价格上涨的有效方式，将成为碳梁业务持续稳健增长的重要保障。长期 来看，低成本是碳纤维民品应用的重要方向，大丝束是碳纤维低成本化 的重要技术途径，包头项目的顺利推进将为公司民品业务的发展注入强 大动力。

包头项目能源优势显著，成为民品业务重要发展动力。在碳纤维生产成 本中，制造费用占比较大，折旧和电费是重要组成部分。2016 年光威复 材折旧、电费分别占比 51.09%、23.44%，2018 年中简科技折旧、电费 分别占比 41.7%、30.2%，2020 年中复神鹰折旧、电费分别占比 23.8%、 32.6%，因此单位折旧和单位电费成为取得成本优势的主要方式。据《大 丝束碳纤维产业化项目可行性研究报告》，包头项目年用电量 2.1 亿度，2021 年 11 月，内蒙西部工业用电平均电价约 0.46 元/度，我们预计， 包头项目达产后，单位电费仅为 0.97 万元/吨。纵向来看，2016 年公司 单位电费为 14.91 万元/吨，同年中简科技单位电费为 17.28 万元/吨，包 头项目定位民品，产品结构变化将促使单位电费下降。横向来看，中复 神鹰定位民品，2020 年单位电费为 1.49 万元/吨，包头项目具有显著的 成本优势。

民用碳纤维项目建成投产，降本措施持续推进。高强度碳纤维高效制备 技术产业化项目于 2021 上半年建成投产，产能为 2000 吨，主要生产 T700S、T800S 级碳纤维，定位民品市场。民用碳纤维的价格敏感度较 高，该项目采用干湿法纺丝工艺，并将纺丝速度由 250 米/分钟提升至 500 米/分钟，能够大幅降低单位生产成本。随着公司产能建设及降本措 施的持续推进，民用碳纤维产品有望在汽车、轨交等领域实现应用推广。

4.2 全产业链布局，业绩有望持续高增长

全产业链协同发展，碳纤维复材市场空间更为广阔。公司以碳纤维为核 心，持续拓展业务领域，逐步形成原丝-碳化-织物-预浸料-碳纤维制品 的碳纤维全产业链布局，成为碳纤维复材业务的系统方案供应商。一方 面，复材制品的批量生产将为碳纤维提供需求增量，是碳纤维业务规模 增长及产品性能优化的重要动力。另一方面，根据赛奥碳纤维的数据， 2020 年全球碳纤维复合材料市场规模为 186.8 亿美元，是碳纤维市场规 模的 7.14 倍，全产业链布局将为公司打开更广阔发展空间。

预浸料：高端应用拓展顺利，收入与毛利率双增长。公司预浸料包括碳 纤维预浸料和玻璃纤维预浸料两大类，目前是国内碳纤维预浸料行业最 大制造商之一。预浸料业务最早应用于渔具和体育休闲领域，近年正向 航空航天、风电叶片、通讯电子等高端应用领域拓展，2020 年成功开发 风电预浸料、阻燃预浸料、无人机预浸料等高端产品，其中风电预浸料成功应用于风电叶片，并获取批产订单。受益于下游高端应用需求释放， 近年预浸料业务收入及毛利率迅速攀升。随着产品高端化的持续推进， 预浸料业绩有望保持高速增长。

复材制品：研发中心项目顺利建成，复材制品业绩有望增厚。公司复材 制品主要包括工作梯、各规格管材、大尺寸板材、体育医疗用品等产品， 现已具备热压罐、RTM、模压等复材成型工艺。公司复材业务目前以民 品为主，募投项目先进复合材料研发中心计划投入 2.38 亿元，提升高 性能及超高性能碳纤维复材研制能力，逐步拓展航空航天等高端应用领 域，2021 年该项目二期工程完工并投入使用。公司的碳纤维业务拥有多 年的航空航天应用验证历史，并实现多年连续稳定供应，为航空航天复 材应用打下坚实的基础。根据《2015-2025 年复合材料发展趋势专项分 析预测报告》，2025 年国内航空航天复材需求预计为 7216 吨，供给预 计为 3812 吨，缺口达 3404 吨。公司持续强化复材研制能力，随着国内 航空航天复材市场需求的释放，复材制品业绩有望进一步增厚。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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