风光氢产业碳纤维应用.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 2023.02.17，01 期 绿见未来：风光氢产业碳纤维应用 摘要：全球新一轮的科技革命正催生风光氢产业的新模式和新业态，材料，特别是碳纤维，作为风光氢产业发展的重要支撑，从打破技术空白，到突破产业瓶颈，再到打开商业应用前景，积极应对着风电、光伏、氢能产业每个阶段的进化需求。碳纤维应用之风电篇碳纤维应用之风电篇 从风电产业复盘看，补贴与消纳两大周期驱动因素消退，风电正式步入以经济性为核心驱动的高成长阶段。我们认为，在经济性驱动的时代，碳纤维在风电渗透节奏是动态决碳纤维在风电渗透节奏是动态决定的，与碳纤维作为替材相对定的，与碳纤维作为替材相对于玻纤的性价比，整机企业的设计优化能力，产业链组织于玻纤的性价比，整机企业的设计优化能力，产业链组织方式（包括风机招标模式，以及产业链横纵向整合模式）相关方式（包括风机招标模式，以及产业链横纵向整合模式）相关。2022 年，碳纤维风电应用一定程度上受到相对高位的碳纤维价格以及较底的招标价格两头压制，而我们认为中期看国内海风场景由于其性能敏感性大于价格敏感性，有望率先实现碳纤维渗透率提升。碳纤维应用之光伏篇碳纤维应用之光伏篇 光伏热场测算与趋势：光伏热场测算与趋势：硅料对光伏产业的制约迎来拐点。从纤维用量的角度来看，尺寸升级和碳碳材料新部件渗透率提升的趋势，将增加每 GW硅片实际产能的碳纤维实用量。热场行业竞争参与者增加带来纤维使用多样性的增加，N 型趋势提升纤维纯度要求。从热场行业对碳纤维的库存来看，在 2022 年老玩家和新玩家呈现明显分化趋势。乘用车碳乘用车碳陶刹车领域摸索从陶刹车领域摸索从 0-1 的起点的起点：长纤盘成为行业重点发展方向，目前碳陶企业先行布局，渗透率提升预期空间弹性大，对纤维贡献有望快速增加。碳纤维应用之氢能篇碳纤维应用之氢能篇 高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景，因此碳纤维在氢能领域的应用与燃料电池汽车产业的发展紧密相关。借鉴锂电池汽车和光伏产业，我们认为借鉴锂电池汽车和光伏产业，我们认为未来氢燃料电池未来氢燃料电池汽车的发展短期看财政补贴、中长期看全生命周期成本、拐点看重卡龙头企业。汽车的发展短期看财政补贴、中长期看全生命周期成本、拐点看重卡龙头企业。预计到2030 年，氢能领域碳纤维用量预计超 12 万吨，其中燃料电池汽车用碳纤维 12 万吨（对应 30 万辆）、长管拖车用碳纤维 0.3 万吨（对应 0.24 万辆）。风险提示：风险提示：技术突破不及预期，降本进度不及预期，产业政策不及预期 产业研究中心 往期回顾 锂电产业技术迭代：芳纶涂覆，0-1 产业化趋势确定新能源产业研究系列（四）2023.02.16 锂电产业技术迭代：芳纶行业国产替代势在必行，0-1 产业化趋势确定新能源产业研究系列（三）2023.02.13 动作捕捉：联结虚实世界的桥梁，元宇宙之钥 2023.01.23 思内观外：氢燃料电池企业亿华通在港交所主板上市 2023.01.21 锂电产业技术迭代：复合铜箔产业化在即 2023.01.11 产业深度 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 35 目目 录录 1.碳纤维应用之风电篇.3 1.1.御风之路：从补贴到平价，经济性为第一驱动力.3 1.1.1.补贴和消纳为过去影响风电装机的两大波动因素.3 1.1.2.平价后，经济性成为第一驱动力.4 1.2.叶片大型化：谁决定了“碳”换“玻”的临界点.5 1.2.1.碳玻性价比：材料性能极限与价格的博弈.6 1.2.2.整机系统优化能力为材料升级奠定空间.7 1.2.3.产业链重新组织带来各环节利益的重新分配.9 1.3.国内海风率先突围.13 1.3.1.海风场景性能敏感性大于价格敏感性.13 1.3.2.阶段性低谷后看国内海风放量.14 2.碳纤维应用之碳碳复合材料篇.15 2.1.光伏热场测算与趋势.15 2.1.1.光伏装机：硅料价格拐点，石英决定装机或在 340GW.15 2.1.2.单位纤维用量：尺寸升级和部件增加将增加单位纤维用量 17 2.1.3.纤维性能：纤维多样性增加，N 型趋势提升纯度要求.21 2.1.4.产业链纤维库存：22 情况分化，23 将重回平稳区间.22 2.1.5.新应用：负极热场开始应用，保温毡类还是沥青基市场.23 2.2.碳陶刹车测算与趋势.24 2.2.1.乘用车碳陶刹车领域开始进入定点到路试的阶段.24 2.2.2.长纤盘或成行业主流共识，放量车型或选配先行.24 2.2.3.渗透率提升预期波动较大，对纤维贡献有望快速增强.25 3.碳纤维应用之氢能篇.26 3.1.高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景.26 3.1.1.四种储氢方式中，仅高压气态储氢会用到碳纤维.26 3.1.2.碳纤维在高压储氢瓶的应用以轻量化为目标，提高质量密度储氢比 27 3.1.3.2021 年国内高压储氢瓶碳纤维需求量超 500 吨.28 3.2.氢燃料电池发展关键变量：补贴、成本、龙头.28 3.2.1.初期看财政补贴：燃料电池的补贴弱于锂电和光伏.29 3.2.2.中长期看全生命周期成本：燃料电池重卡可具备经济性.31 3.2.3.拐点看重卡龙头企业：关注潍柴的燃料电池重卡布局.32 3.3.未来氢能的碳纤维用量取决于燃料电池汽车发展.33 3.3.1.预计到 2030 年，燃料电池汽车用碳纤维 12 万吨.33 3.3.2.预计到 2030 年，长管拖车用碳纤维 0.3 万吨.33 4.风险提示.34 rQsRmQpQyRzQuNoPpMsPoMaQ8Q8OpNpPsQpMfQmMpNeRmOqR7NrQrNvPmQsPMYnNtM 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 35 1.碳纤维应用之风电篇碳纤维应用之风电篇 1.1.御风之路：从补贴到平价御风之路：从补贴到平价，经济性为第一驱动力经济性为第一驱动力 1.1.1.补贴和消纳为过去影响风电装机的两大波动因素补贴和消纳为过去影响风电装机的两大波动因素 十一五至十三五时期，政策决定发展节奏，通过电价补贴与消纳调控影十一五至十三五时期，政策决定发展节奏，通过电价补贴与消纳调控影响风电行业呈周期波动。响风电行业呈周期波动。2006年我国风电年度新增装机正式迈入GW时代，产业化加速。十一五时期，一法多规提振风电开发积极性，国内风电供应链初步形成；十二五时期，消纳瓶颈首现，开发节奏宏观调控性增强；十三五时期，补贴退坡叠加弃风限电再现，行业调整后迎接平价时代。图图 1：十一五至十三五时期，补贴叠加消纳驱动风电行业周期波动：十一五至十三五时期，补贴叠加消纳驱动风电行业周期波动 数据来源：中国风能协会，全国新能源消纳监测预警中心，国家能源局，Wind，国泰君安证券研究 “十一五十一五”阶段：政策推动风电产业化，初期发展高增速。阶段：政策推动风电产业化，初期发展高增速。2005 年 可再生能源法正式实施，我国可再生能源发展进入一个新的历史阶段。同时，可再生能源发展“十一五”规划明确，以风电场的规模化建设带动产业化发展，提高装备国产化制造能力。2009 年起，关于完善风力发电上网电价政策的通知明确执行标杆上网电价。政策集中释放积极信号，有效推动产业化进程，2006 年风电新增装机首次突破 1GW，2006-2010 年新增装机 CAGR 达 95.8%。“十二五十二五”阶段：初现消纳瓶颈，行业发展逐步规范。阶段：初现消纳瓶颈，行业发展逐步规范。风电产业化初期粗放式的发展积累众多乱象，“十二五”初期全国弃风率显著提升至 17.1%，行业遇首轮大规模弃风限电。为引导行业规范化健康发展，政府宏观调控力度加大。“十二五”时期，各地加强风电资源在释放节奏上的调控，同时加大对电网调度消纳能力的重视：1）国家能源局印发风电开发建设管理暂行办法，要求各省核准风电项目前须先向国家能源局上报 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 35 核准计划，收紧地方政府风电项目核准审批权，避免“4.95 万千瓦现象”；2）为解决消纳问题，可再生能源保障性收购和优先上网政策逐步落实，同期国家力促跨区输电，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术。“十三五十三五”阶段：阶段：2015 年现退补抢装潮，三北地区重现大规模弃风限电，年现退补抢装潮，三北地区重现大规模弃风限电，政策调控力度进一步加大。政策调控力度进一步加大。2015 年，风电上网电价补贴开始退坡，迎来首轮抢装潮。受抢装潮影响，弃风率再次大幅提升，2016 年全国平均弃风率达 17.1%，三北地区再现大规模弃风限电。受制于消纳瓶颈，风电新增装机规模在 2016-2017 年连续两年进一步收缩。2016 年，建立风电投资监测预警制度，直至 2020 年“红六省”全部脱帽，红色预警全面解除。1.1.2.平价后，经济性成为第一驱动力平价后，经济性成为第一驱动力 退补加速风电平价上网进度，风机大型化进一步推动降本。退补加速风电平价上网进度，风机大型化进一步推动降本。“十三五”阶段政策加速推进风电平价上网，自 2015 年起逐步下调陆上风电上网电价，倒逼产业链加速降本增效，逐步实现无补贴经济性。降本需求促使风机大型化进程同步加速。市场化推动产业降本增效提速，政策调控为良性发展护航。市场化推动产业降本增效提速，政策调控为良性发展护航。2020年以来风电投标均价显著下降，20Q1 平均 3924 元/kW，22Q2 平均仅 1939 元/kW，降幅超 50%，产业链降本成效显著。双碳目标下，国内风电政策环境持续向好，众多涉及消纳保障、风光大基地、风电下乡、分散式风电、海上风电、老旧机组改造、新型电力系统建设等的政策出台，政策正以目标引领的方式推进可再生能源高质量发展，深入推动能源行业改革。图图 4：风电月度公开投标均价显著下降（元：风电月度公开投标均价显著下降（元/kW）图图 2：陆上风电上网标杆电价：陆上风电上网标杆电价 2017-2020 年加速退坡年加速退坡 图图 3：风机大型化进程加速：风机大型化进程加速 数据来源：国家能源局，国泰君安证券研究 数据来源：中国风能协会，IRENA，国泰君安证券研究 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 35 数据来源：金风科技公告，国泰君安证券研究 1.2.叶片叶片大型化：谁决定了“大型化：谁决定了“碳碳”换“玻”换“玻”的临界点的临界点 与光伏相比，风电的降本路径相对单一，大型化是唯一方向。与光伏相比，风电的降本路径相对单一，大型化是唯一方向。光电转换效率的提升，从路径上看，短期是换结构，硅片和电池片设计从 P 型（PERC）变为 N 型（Topcon，HJT），本质是改变晶硅 PN 结的导电方式，更长期的效率提升构想是更换材料，比如未来可能从晶硅到钙钛矿。但风力发电本质是将机械能转换为电能，在这个传导路径中，“大型化”几乎是唯一的降本路径。图图 5：风电装机容量不断提升：风电装机容量不断提升 数据来源：中国风能协会，IRENA，国泰君安证券研究 风电机组通过不断增加单机容量来降低度电成本，由此也对风电叶片长度提出了不断增加的要求。叶片作为风能转化的动力源泉，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素，是推动机组大型化的关键环节。在成本和性能中取舍，国内风电用碳纤维需求拐点是动态决定的。在成本和性能中取舍，国内风电用碳纤维需求拐点是动态决定的。叶片大型化无法脱离叶片材料升级，材料升级又必然带来叶片绝对制造成本的上升，出现了叶片升级过程中“低成本”和“轻量化”无法兼顾的两难局面。综合来看，我们认为国内风电碳纤维应用爆发的拐点是动态的，由碳玻材料相对性价比、整机厂家的设计能力及国内风电产业链的组织方式共同决定：1.51.51.61.71.81.81.92.12.12.42.63.12.62.72.81.93.93.63.83.73.84.24.95.60.001.002.003.004.005.006.00201020112012201320142015201620172018201920202021国内新增装机平均单机容量（国内新增装机平均单机容量（MW）陆上陆上海上海上 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 35 1）碳纤维碳纤维的相对性价比提高：碳纤维与玻纤的价格差距缩小，的相对性价比提高：碳纤维与玻纤的价格差距缩小，或者叶或者叶片长度加到玻纤无法满足性能要求；片长度加到玻纤无法满足性能要求；2）从整机设计角度抵消部分叶片成本的上升：整机厂家叶片设计、包从整机设计角度抵消部分叶片成本的上升：整机厂家叶片设计、包括整机系统优化能力，可以为用碳纤维腾挪出成本空间；括整机系统优化能力，可以为用碳纤维腾挪出成本空间；3）产业链组织方式的优化：产业链组织方式的优化：下游下游招标模式招标模式变化变化，以及，以及通过通过产业链横、产业链横、纵向纵向整合来增厚整机环节盈利空间。整合来增厚整机环节盈利空间。图图 6：叶片玻纤换碳纤的主要驱动因素一览：叶片玻纤换碳纤的主要驱动因素一览 数据来源：中国知网，产业链调研，国泰君安证券研究 1.2.1.碳玻性价比：材料性能极限与价格的博弈碳玻性价比：材料性能极限与价格的博弈 碳纤对玻纤的替换主要发生在承重要求更高的叶片主梁上。碳纤对玻纤的替换主要发生在承重要求更高的叶片主梁上。叶片目前涉及的主流复合增强材料主要是玻璃纤维，玻纤在叶片的蒙皮、腹板和主梁上都有广泛的应用，不同部件采用的纤维布类型因承载需要而各有差异。但随着叶片长度的增加，其重量也越来越大，全玻纤叶片逐渐无法满足机组大型化和轻量化的要求，因此在叶片设计上会采用轻质高强的碳纤维替换对载荷要求更高的叶片主梁上的玻纤。图图 7：典型风电叶片截面结构型式典型风电叶片截面结构型式 数据来源：中国知网 风电叶片风电叶片材料材料升级升级的的路径中，面临路径中，面临的最大制约，是的最大制约，是“大型化、轻量化”“大型化、轻量化”与“低成本”之间的不可兼得。与“低成本”之间的不可兼得。产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 35 一方面，在更长的叶片设计环境下，使用碳纤维优势是显而易见的：1）整机安全性和稳定性增加：整机安全性和稳定性增加：叶片越长，运行过程中可能产生的柔性形变就越大，控制叶尖挠度变形可以确保叶片与塔架之间具有足够的安全距离，否则很容易发生扫塔事故。因此其模量的增加对叶片刚度的提升意义重大，而碳纤维相对玻纤最突出的性能优势就是模量优势；表表 1:碳纤维具备高强、轻质特点碳纤维具备高强、轻质特点 产品产品 拉伸模量（拉伸模量（Gpa)拉伸强度拉伸强度(Mpa)密度密度(g/cm3)中国巨石中国巨石 E 73-75 1900-2000 2.63 E6 81-83 2500-2700 2.62-2.63 E7 89-91 2800-3000 2.60-2.61 E8 95-98 3100-3500 2.62-2.63 E9 100-103 3100-3500 日本东丽日本东丽 T300 230 3530 1.76 T700S 230 4900 1.8 T800S 294 5880 1.8 数据来源：中国巨石公告，日本东丽公告，国泰君安证券研究 2）同等风场条件下，同等风场条件下，叶片叶片轻质化轻质化能能带来转换效率提升：带来转换效率提升：海上风场叶片加长后其重量按照叶片长度三次方增加，碳纤维作为轻质高强替材的性价比快速抬升，轻量化叶片带来转速增加，同样条件的风场下可以提升转换效率，在低速风场下这一优势更为明显。但从另一方面看，叶片设计上使用碳纤维最大的劣势是叶片造价的大幅但从另一方面看，叶片设计上使用碳纤维最大的劣势是叶片造价的大幅增加。增加。简单测算看，以目前约 1800 元/kw 的陆风装机价格测算，合理假设 6mw 陆风单只叶片约重 27 吨，一台风机 3 只叶片，换算后叶片采购成本在 400-500 元/kw 左右。若将主梁替换为碳纤维，净增叶片成本在120-130 元/kw，增加叶片绝对成本约 30%。表表 2：当前价位下替换碳纤维将显著提高叶片成本：当前价位下替换碳纤维将显著提高叶片成本 装机容量（装机容量（MW）6.0 招标价格（元招标价格（元/kw）1800 玻纤方案玻纤方案 单只叶片重量（单只叶片重量（kg）27000 叶片总重（叶片总重（kg）81000 叶片成本（元叶片成本（元/kw）405 叶片成本占招标价叶片成本占招标价%23%碳纤方案碳纤方案 叶片成本净增加（元叶片成本净增加（元/kw）125 碳纤叶片成本净增加碳纤叶片成本净增加%31%数据来源：每日风电，国泰君安证券研究 1.2.2.整机系统优化能力为材料升级奠定空间整机系统优化能力为材料升级奠定空间 1.2.2.1.整机设计和集成能力 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 of 35 整机系统管理能力决定整机系统管理能力决定了了叶片材料升级空间。叶片材料升级空间。材料升级必然增加叶片绝对成本，但材料升级同时也会带来整机层面的塔筒、齿轮箱等其他成本的相应降低。碳纤维用量具体能够带来多少程度的整机降本是没有确定答案的，涉及到整机厂家的核心设计能力。维斯塔斯目前 3mw 以上的叶片全部使用碳纤维，而国内企业目前主流 6mw 风机仍以全玻纤方案为主。从整机专利角度上看，国内龙头和维斯塔斯仍有较大差距从整机专利角度上看，国内龙头和维斯塔斯仍有较大差距。根据全球专利库数据，截至 2021 年底，维斯塔斯在涉及风力发动机的控制以及相关零部件控制等领域专利数量均大幅高于国内整机龙头。图图 8：从整机专利角度上看，国内龙头和维斯塔斯仍有较大差距从整机专利角度上看，国内龙头和维斯塔斯仍有较大差距 数据来源：全球专利数据库，国泰君安证券研究 1.2.2.2.工艺优化能力 作为轻资产部分的复合材料制造，工艺向多元化和自动化快速发展。作为轻资产部分的复合材料制造，工艺向多元化和自动化快速发展。针对轻资产下游快周转是关键，因此更关注加工工艺上的效率问题，应用工艺改良体现在下游的模具成型部分。复合材料成型工艺从初期以劳动密集为特点的手糊、手工铺贴工艺发展到拉挤、模具成型，再到自动铺放技术，复合材料成型工艺正在逐渐摆脱低效率、低稳定性、高污染的复合材料成型工艺正在逐渐摆脱低效率、低稳定性、高污染的传统模式向效率更高的方向演进，为碳纤维复材在下游的大规模应用奠传统模式向效率更高的方向演进，为碳纤维复材在下游的大规模应用奠定了坚实基础。定了坚实基础。风电领域目前碳纤维主梁的工艺主要有三种：预浸料工艺、碳布灌注工艺和拉挤碳板工艺，应用于叶片，包括部分蒙皮、前缘、后缘等部件上。1）预浸料工艺：主要用于叶片补强。叶片手糊工艺的缺点也越来越明显，材料利用率低且污染环境，因此采用玻纤预浸料在前后缘和叶根补强被提上日程。2）碳布灌注工艺：该工艺比较成熟，对模具要求不高，模具制作简单，产品质量稳定性高，重复性能好，制品表观质量好，相同铺层厚度薄，强度高，但该工艺对碳布要求较高，且生产效率不高，成本也较高，制约了其推广。3）拉挤工艺：复合材料工艺中效率最高、成本最低的，而且纤维含量高，质量稳定，连续成型易于自动化，适合大批量生产。利用碳纤维拉挤板材制备叶片大梁可以和叶片一起制作，铺层工艺简单，利用该工艺制作 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of 35 叶片的时间只有灌注工艺的一半。根据实验对比发现，碳纤维拉挤板材的拉伸模量比灌注工艺提升 25%，压缩强度提升了 42%。图图 9：拉挤与灌注工艺力学性能对比：拉挤与灌注工艺力学性能对比 数据来源：中国知网 拉挤工艺在风电叶片大梁上的应用推动风电需求在拉挤工艺在风电叶片大梁上的应用推动风电需求在2016年超越航空航年超越航空航天成为第一大碳纤维下游。天成为第一大碳纤维下游。维斯塔斯2014年率先推出拉挤碳梁叶片，工艺的进步带动碳纤维应用扩大，2016 年全球碳纤维在风电领域的用量首次超过航空航天，达到 1.8 万吨，成为碳纤维最大下游。2020 年维斯塔斯一家碳纤维用量占风电总量的 80%以上，年用量超 2 万吨。图图 10：拉挤工艺带动碳纤维：拉挤工艺带动碳纤维 2016 年后快速在风电应用上放量年后快速在风电应用上放量 数据来源：赛奥碳纤维，国泰君安证券研究 1.2.3.产业链重新组织带来各环节利益的重新分配产业链重新组织带来各环节利益的重新分配 1.2.3.1.国内招标模式加重了整机对成本敏感性 从招标主体看，国内风电运营商以大型央国企发电集团为主。从招标主体看，国内风电运营商以大型央国企发电集团为主。以“五大六小”发电集团为代表的大型央国企一直是我国风光等清洁能源装机的主力军，在 2021 年风电新增装机与累计装机中所占比重均超 50%。0%10%20%30%40%50%60%05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,0002015201620172018201920202021全球风电用碳纤维（吨）全球风电用碳纤维（吨）yoy图图 11：国内主要风电运营商：国内主要风电运营商 2021 年新增装机占比年新增装机占比 图图 12：国内主要风电运营商：国内主要风电运营商 2021 年累计装机占比年累计装机占比 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 of 35 运营商对于即期造价的关注通过招标层层传导。运营商对于即期造价的关注通过招标层层传导。以央国企为主的运营商，一方面从发电集团财务角度出发，风场资源以平价/竞价为主，同时国内面临的上网电价更低，导致其要获得更高投资回报率需要更低的当期整机造价。另一方面，在执行层面看，业主更加关注即期建设成本，对全周期成本关注偏弱。从选定风场到整机、叶片招标，价格和成本是层层传导的。整个风电的开发流程包括：1）确定风场资源分配：风场资源由各省的发改委批给业主，风资源都是政府对外招标的，现在基本都以平价和竞价性资源配置为主。2）业主确定招标机型和成本：业主根据选定风场位置的要素（包括风速情况，距离市场的远近，以及叶片运输便利性等等）分配风场建设成本、塔筒成本、风机成本，从而确定招标的机型，得出整机的招标预算；3）整机厂竞标：整机厂根据自身竞标机型进行报价，相较于“技术标”而言，“价格标”仍是主要考量因素，低价中标占比较高，但是如果报价比业主的预算高了，这个标就会流标然后重新再投；4）确定叶片采购价格：整机厂把载荷条件、叶片长度的需求提出来，叶片按公斤报价，载荷和长度定了，就等于重量就定了，叶片的成本也就定了。招标的可靠性因缺乏统一标准细则而变得难以衡量，价格成为最直观的招标的可靠性因缺乏统一标准细则而变得难以衡量，价格成为最直观的中标标准。中标标准。与工程造价相比，全生命周期实际发电小时数难以系统衡量，且根据我们调研，国内整机厂家竣工后续运维服务质量良莠不齐，因此报价中难以体现产品和服务的溢价，造成低价中标成为主流。据风芒能源统计，2022Q1 共有 6897MW 陆上风机中标（候选）公示，其中最低价/次低价中标占比 49.3%，未知占比 23.5%，非最低价/次低价中标仅占27.2%。图图 13：国内陆风招标价格远低于海外：国内陆风招标价格远低于海外 数据来源：中国风能协会，国泰君安证券研究 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 of 35 数据来源：中国知网，国泰君安证券研究。P.S.维斯塔斯招标均价由当期欧元汇率换算成人民币 相较于海外市场来看，维斯塔斯产品价格具备更合理的成本传导能力，相较于海外市场来看，维斯塔斯产品价格具备更合理的成本传导能力，同时带来更高的后市场运维利润率同时带来更高的后市场运维利润率。从维斯塔斯年报来看，其陆风产品均价保持在 6000 元/kw 以上，同时在原材料涨价的时候可以通过价格传导成本。同时我们认为海外风机龙头更高的产品价格本身其实部分涵盖了后续质保成本，带来了后续更好的运维服务利润率，赚取的前后市场的一体化利润。根据 V estas 公告，其风机服务板块 EBIT margin 保持在20%以上的高盈利水平，而国内企业后续服务体量均较小，利润率水平也远低于 V estas。1.2.3.2.低盈利环境将催化整机厂家向产业链横、纵向整合 平价后平价后风电风电产业链产业链盈利集中在运营商，低盈利环境有望带动整机环节加盈利集中在运营商，低盈利环境有望带动整机环节加速产业链整合速产业链整合。从产业链各环节近年的毛利率看，盈利水平下游运营商上游零部件中游整机及配套。整机厂家作为风电资源的主要整合方以及降本的主要推动方，其利润水平在平价后却一直处于压制状态，同样限制了整机厂家选用更好的材料。图图 15：产业链各环节盈利水平运营商产业链各环节盈利水平运营商零部件零部件中游整机及配套中游整机及配套 549562486044611662956328670173883098294026162401226718721939180801,0002,0003,0004,0005,0006,0007,0008,0002020Q4 2021Q1 2021Q2 2021Q3 2021Q4 2022Q1 2022Q2 2022Q3国内外陆风招标价格对比国内外陆风招标价格对比Vestas(元元/kW）国内公开市场招标均价国内公开市场招标均价(元元/kW）图图 14：维斯塔斯风电服务利润率高于国内维斯塔斯风电服务利润率高于国内 数据来源：Vestas，金风科技官网，国泰君安证券研究 61772162370081723%22%20%18%25%0%5%10%15%20%25%30%01002003004005006007008009002021Q32021Q42022Q12022Q22022Q3Vestas运维收入（百万欧元）运维收入（百万欧元）EBIT21.288.0212.2411.6816.3815.3519.726.43-2.7412.04-500%0%500%1000%1500%2000%2500%051015202530354045502012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021金风科技风电服务收入（亿元）金风科技风电服务收入（亿元）毛利率毛利率(%)产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 12 of 35 数据来源：Wind，国泰君安证券研究 我们认为整机单一环节盈利较低这一现象，有望通过产业链重新整合得以改善，目前主流整机产业链整合方向有两个：1）纵向整合：向上游整合战略物料，以及向下游走向风场运营。纵向整合：向上游整合战略物料，以及向下游走向风场运营。一方面，部分整机厂向上游开发战略物料，比如自制叶片和齿轮箱，以及提前绑定碳纤维等核心材料供应商，通过穿透供应链来降低成本。另一当面，向下游进入利润率更高的风场开发环节。2）横向整合：国内整机厂集中度较海外仍有提升空间。横向整合：国内整机厂集中度较海外仍有提升空间。补贴时期国内风电整机厂家一度接近 60 家，平价之后市场玩家数量显著萎缩，整机厂的横向整合在显著加快。随着目前招标价格下低盈利环境持续，未来可能继续出清。截至 2021 年国内目前 CR3 集中度在 47%，整机行业玩家数量仍在 15-20 家量级，海外看，整机厂以 GE、维斯塔斯和西门子为首的三大家几乎瓜分了海外大部分市场份额。图图 16：2021 年中国主要风电整机企业竞争格局年中国主要风电整机企业竞争格局 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 13 of 35 数据来源：Wind，国泰君安证券研究 1.3.国内海风率先突围国内海风率先突围 从第二章的分析框架来看，我们认为 2022 年风电用碳纤维需求疲弱，主要受到碳纤维价格居高不下，以及国内风机招标价格持续下行的影响。2023 年，我们认为国内风电碳纤维应用障碍将较 2022 年有所减弱：1）从招标上看，预计 2023 年将为海风装机大年，海风装机对于性能敏感性高于价格，将为碳纤维应用提供更好的需求市场；2）2022 年下半年到23 年全球范围内碳纤维大丝束扩产提速，叠加海外经济疲弱带来的海外风机三大家规划装机需求均有所下滑，整体碳纤维价格中枢有望下移。1.3.1.海风场景性能敏感性大于价格敏感性海风场景性能敏感性大于价格敏感性 海风市场具备更好的价格容忍度，以及对性能更为敏感。海风市场具备更好的价格容忍度，以及对性能更为敏感。一方面，海风目前的招标价格对碳纤维价格具备足够容忍度，另一方面海风对稳定性和轻量化的要求更为迫切，因此预计将在海风应用上先达到玻纤性能极限。根据我们测算，以单机容量 7mw 机型来看，陆风整机报价仍需一定程度的提高才有使用碳纤维盈利空间，而这一条件对于目前海风的招标价是完全可以容纳的。性能上，玻纤和碳纤维过去理论替换极限是 90 米叶片，但随着玻纤本身配方迭代升级以及高碳纤维价格下厂家通过叶片设计尽量延缓碳纤维用量，目前这一性能长度极限已经被推至 110 米左右。我们预计基于行业平均叶片设计水平，大部分厂家在 110 米以上的叶片上将不得不使用碳纤维，以降低负荷、提高稳定性。表表 3：风电叶片玻纤换碳纤的预期整机报价分析风电叶片玻纤换碳纤的预期整机报价分析 关键参数与价格假设关键参数与价格假设 部分叶片主梁碳纤替玻纤，单部分叶片主梁碳纤替玻纤，单 MV材料用量：材料用量：整机整机 玻璃纤维玻璃纤维 t 8.00 额定功率 MV 7.00 碳纤维碳纤维 t 1.20 叶片叶片 基体树脂 t 5.00 长度 m 75-80 叶片成本合计 元元/kW 630.16 单叶片重量 t 36.00 假定叶片占整机成本比重不变假定叶片占整机成本比重不变 单 MV重量 t 15.43 预期整机报价预期整机报价 元元/kW 2323.60 其中（忽略其他材料）：其中（忽略其他材料）：产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 14 of 35 玻璃纤维 t 10.00 基体树脂 t 5.00 叶片报价 元元/kW 488.16 整机报价整机报价 元元/kW 1800.00 叶片占整机成本比重叶片占整机成本比重 27%数据来源：每日风电，国泰君安证券研究 未来陆风使用碳纤维则主要依赖于碳纤维降价，以及叶片无法加长后未来陆风使用碳纤维则主要依赖于碳纤维降价，以及叶片无法加长后的减重增效的减重增效。根据敏感性测算可看出，如若目前的陆风招标价格仍徘徊在 1800-2000 元/kw 水平，每 MW 使用 1 吨碳纤维用量假设下，至少需要碳纤维价格降至 9-10 万/吨含税价，距离大丝束现价仍有较大差距。陆风使用碳纤维的另一催化路径或在于，陆上叶片长度达到运输极限后，或不得不通过叶片轻量化继续加大单机容量。1.3.2.阶段性低谷后看国内海风放量阶段性低谷后看国内海风放量 海外海外风电风电整机厂家仍为整机厂家仍为全球全球碳纤维的主要需求主体。碳纤维的主要需求主体。海外主要使用碳纤维的整机厂家包括维斯塔斯，GE，西门子-歌美飒，Nordex 等，其中维斯塔斯和 GE 是全球主要风电碳纤维用量的驱动力。2021 年全球风电用碳纤维 3.3 万吨，其中我们预计不包括来料加工的国内风机厂实际碳纤维需求在 3000-4000 吨左右，意味着剩余 3 万吨均来自于维斯塔时和 GE牵头的海外需求。短期看短期看，风电风电用用碳纤维需求碳纤维需求处于处于阶段性低谷期阶段性低谷期。2022年全球整机厂家都面临钢材、碳纤维等主要原材料上涨的压力，整机利润变薄影响整体招标接单量。1）海外看，我们预计 22 年维斯塔斯+GE 的整体用量将回落到 2.3 万吨左右，海外其他企业总用量维持在 3000-5000 吨；2）国内看，陆风招标价格低位徘徊整机几乎没有盈利，海风招标将主要贡献 2023 年用量，因此我们预计 22 年国内需求在 2000 吨左右，同比 21 年略有降低。但中长期看，我们认为国内海风放量仍将是未来风电碳纤维应用的重要增量。根据 22年1-9 月招标数据，海风对应23年装机有望达到9-12GW，有望在中长期贡献万吨以上的使用增量。同时大丝束产能在这一时期快速提升，碳纤维预计将在同时大丝束产能在这一时期快速提升，碳纤维预计将在23年加速降价。年加速降价。与风电需求低谷期相对的是，全球大丝束产能预计将在 23 年开始大面积扩产，23 年看，国内大丝束名义投产产能达到 7.7 万吨，考虑到部分产能不匹配原丝且技术爬坡有延后可能性，我们中性预计 23 年国内大丝束产能将达到 5.4 万吨左右。同时，海外包括赫氏、三菱、西格里在内的老牌大丝束企业产能稳定，卓尔泰克匈牙利工厂受到欧洲天然气影响预计将有一定缩量。综合来看，23 年全球大丝束产能有望达到 10 万吨规模，而 21 年全球48K 以上大丝束需求仅 5.14 万吨，22-23 年其中风电作为用量大头的增量有限，大丝束价格有较大下行压力。表表 4：全球大丝束在建及远期产能规划：全球大丝束在建及远期产能规划 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 15 of 35 公司公司 目前产能（吨）目前产能（吨）2023 年产能（吨）年产能（吨）远期规划（吨）远期规划（吨）产品类别产品类别 吉林系（国兴吉林系（国兴+吉林化纤）吉林化纤）18000 35000 60000 大丝束 宝旌宝旌 8000 8000 12000 大丝束 光威复材光威复材 2655 6655 12655 大小丝束并行 新创碳谷新创碳谷 12000 18000 18000 大丝束 兰州蓝星兰州蓝星 2000 2000 4000 大丝束 上海石化上海石化 1500 7500 12000 大丝束 国内国内名义名义产能合计产能合计 44155 77155 118655 中性预测实际落地产能中性预测实际落地产能 54000 卓尔泰克卓尔泰克 25000 20000 35000 大丝束 赫氏赫氏 16000 16000 16000 大丝束 三菱三菱 14300 14300 14300 大丝束 西格里西格里 13000 13000 13000 大丝束 海外产能合计海外产能合计 68300 63300 78300 数据来源：赛奥碳纤维，光威复材、上海石化等公司公告，国泰君安证券研究 降价同时将为降价同时将为 23年后用量快速提升奠定基础，也会带动真正有成本优年后用量快速提升奠定基础，也会带动真正有成本优势的企业脱颖而出。势的企业脱颖而出。根据前序测算，23 年开始碳纤维供给过剩将开始出现，碳纤维价格下行有望真正通过市场竞争摸清行业真正的成本底线在哪里为后续海风需求放量奠定需求基础。而我们认为即将见到的降价，将带动真正有成本竞争力的企业加速获取更多的市场份额，同样有望将过去两年伴随行业景气大规模投产的无效产能加速出清。2.碳纤维应用之碳纤维应用之碳碳复合材料碳碳复合材料篇篇 2.1.光伏热场测算与趋势光伏热场测算与趋势 2.1.1.光伏装机：硅料价格拐点，石英决定装机或在光伏装机：硅料价格拐点，石英决定装机或在 340GW 硅料对光伏产业的制约在近期迎来拐点：硅料对光伏产业的制约在近期迎来拐点：2022年全球实际新增光伏装机估计在 230-250GW（测算统计口径有不同），其中硅料供应的紧缺以及其对组件价格高企的影响，同步对供给端和需求端产生了影响，但伴随硅料新产能在 Q4 开始投产+爬坡，硅料以及硅片的价格近期已经同步进入到价格的拐点：硅料：硅料：2022 年 11 月开始至 2022 年初价格已经开始出现明显的下滑。硅片：硅片：10 月 31 日中环率先调降硅片报价 3%-4%，11 月 24 日，隆基下调单晶硅片报价，155m-M6/M10 尺寸分别下调 1.4%/1.6%至 6.24/7.42元/片，182 尺寸对应降价 0.02 元/W，龙头企业的步调的协同基本意味着价格拐点的来临。从目前看，光伏产业链价降量增的周期已经到来。从目前看，光伏产业链价降量增的周期已经到来。按硅耗量 2.9g/W 计算，假如若硅料从当前约 30 万/吨逐步降至 10 万/吨，对应组件成本下降 0.5-0.6 元/W，占 2