碳纤维行业之中复神鹰专题分析报告

(报告出品方/作者:中信证券,王喆、孙明新、李超、陈旺)

公司概况:国内千吨级碳纤维先行者

发展历程:中复神鹰碳纤维股份有限公司是在奥神集团、鹰游集团于2006年共同投资成立连云港神鹰新材料有限责任公司的基础上,于2007年由中国复合材料集团有限公司增资扩股共同设立的企业,隶属于中国建材集团,是集团三大业务中新材料板块的重要构成。中复神鹰是集碳纤维研发、生产、销售为一体的国家级高新技术企业,其自主研发掌握了碳纤维生产全流程核心技术,包括T300级、T700级、T800级、M30级、M35级千吨级技术和M40级、T1000级百吨级技术,在2013年建成了国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线。2018年1月,公司“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”成果荣获2017年度国家科学技术进步一等奖,为国内碳纤维领域唯一获得该项殊荣的企业。2021年公司申请科创板上市,拟募资18.45亿元用于“西宁年产万吨高性能碳纤维及配套原丝项目”、“航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目”、“碳纤维航空应用研发及制造项目”和补充流动资金。

股权结构:公司实际控制人为中国建材集团,其通过中建材联合投资有限公司、中国复合材料集团合计控制中复神鹰64.42%的股权。公司控股股东为中国建材联合投资有限公司,系中国建材集团全资子公司,持股比例37.3%。其他持有公司5%以上股份或表决权的主要股东为鹰游集团、中国复合材料集团、连云港工业投资集团,分别持有30.00%、27.12%、5.58%的股权。公司拥有3家全资子公司,其中中复神鹰碳纤维西宁有限公司和中复神鹰(上海)科技有限公司分别投资建设“西宁生产基地”和“碳纤维下游预浸料应用研发中心”。

主营业务:公司生产的碳纤维型号丰富,对外销售主要产品为干喷湿纺碳纤维,主要分为SYT和SYM系列,T系列表示拉伸强度,M系列表示模量。因技术升级及品质提升,公司逐步形成了以T700级、T800级干喷湿纺产品为主的经营模式,主要产品型号为SYT45(高于T300级)、SYT45S(T700级)、SYT49S(T700级)、SYT55S(T800级)、SYT65(T1000级)和SYM40(M40级)等,涵盖了高强、高强中模、高强高模等不同类型,已基本实现对行业龙头日本东丽的主要碳纤维产品型号的对标,能够满足下游不同领域的市场需求,广泛应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域。

工艺与技术:公司经过十几年自主研发,现已形成“大容量聚合与均质化原液制备技术”、“高强/中模碳纤维原丝干喷湿纺关键技术”、“PAN纤维快速均质预氧化、碳化集成技术”、“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化生产体系构建技术”四大核心技术体系,在国内率先实现高性能干喷湿纺碳纤维产业化。目前已取得67项授权专利,其中发明专利26项,实用新型专利41项,以主要起草单位身份2次参与《聚丙烯腈基碳纤维》国家标准的制定,1次参与《聚丙烯腈基碳纤维原丝》行业标准的制定。

行业与地区分布:公司主营业务收入来自于碳纤维销售,2018-2021H1碳纤维收入占比分别为98.46%、99.04%、99.10%、99.55%,均超过98%,其他业务包括废料销售、碳纤维织布销售等。其中,废料销售主要是正常生产过程中产生的不满足产品质量标准的原丝和碳丝产品;碳纤维织布主要是为了满足少数客户的附带产品需求,公司对外采购碳纤维织布并予以转售。从地域上来看,公司主营业务以内销为主,主要集中在华东、华南、华北和华中地区,与我国碳纤维下游产业的区域分布特征较为匹配,境外销售收入占比小。

营收与利润:随着公司各类产品技术的突破和百/千吨级产线的建成,得益于国内下游客户对碳纤维需求的持续增长、碳纤维及其复合材料应用领域的快速拓展,在行业供给紧张的背景下,公司碳纤维单价和销量不断提高,主营业务收入呈现逐年上升的趋势,2018-2021年分别实现营业收入3.08、4.15、5.32、11.73亿元,对应CAGR为56.2%。公司招股说明书预计2022Q1实现营业收入4.0-4.5亿元,同比增长186.4%-222.2%,归母净利润0.8-0.9亿元,同比增长106.9%-132.8%。受益于公司干喷湿纺工艺产品实现大规模产业化,归母净利润实现比营业收入更快的增长,据公司招股说明书2021年公司实现归母净利润2.79亿元,同比增长227.0%,对应2019-2021年CAGR为227.6%,我们预计后续募投项目建成放量后将为公司带来新的盈利增长点。

产品应用分布与军民品占比:早期公司碳纤维产品主要应用于体育休闲、交通建设领域,2018年营收比例分别达51.92%、26.04%,随着公司技术的突破和产线的丰富,以及全球碳纤维需求结构的变化,体育休闲和交通建设营收占比逐年降低,航空航天、风电叶片、碳/碳复合材料营收占比逐年提升,2021H1分别为11.50%、13.91%、25.07%,压力容器营收占比稳定在13%左右。公司持续布局航空航天领域等高附加值碳纤维领域,主营产品碳纤维在军品的营业收入占比逐年提升,2020年达到2.02%,2021H1达到7.29%,但当前依旧以民品碳纤维业务为主。

利润率情况:近年来国内碳纤维市场需求快速增长,国产化趋势明确,公司凭借产品品质和性能优势,碳纤维业务的毛利率自2018年至2021H1持续增长,从11.33%提升至47.68%。公司整体销售毛利率和净利率增幅一致,2021H1分别达到47.88%和31.70%,但相对于同行业可比上市公司以军品碳纤维为主的业务体系,公司产品利润率相对较低,公司目前正在加大航空领域碳纤维应用的研发,碳纤维产品附加值及利润上升空间较大。

费用率:2018年至2021H1公司费率持续优化,其中销售费用率从2018年的1.75%下降至2021H1的0.25%(2020年主要因会计政策的调整,运输相关费用从销售费用调整至营业成本),财务费用率从2018年的7.56%下降至2021H1的1.48%。公司注重研发投入,管理费用+研发费用率相对稳定,近几年维持在15-18%。

资产负债率与现金流:2018年至2021H1公司资产负债率先降后增,系公司自2019年起投资建设西宁万吨级碳纤维生产基地所致,2021H1增加至64%左右。2018年至2021期内,公司经营活动现金流量净额分别为-0.28、0.60、2.33、2.94亿元,由负转正,主要是由公司销售收入持续增长以及客户回款较为及时所致。2021年公司收到现金流量净额为2.94亿元,同比增加26.0%,增长幅度小于净利润同期增长幅度,主要系西宁碳纤维生产线开始投产,神鹰西宁原材料备货增加,公司购买商品、接受劳务支付的现金增长较多所致。

行业分析:轻量化高性能创造需求,碳纤维国产替代加速

行业概况:轻量化高性能的新型材料,应用领域及产业链覆盖极广

碳纤维是新一代轻量化高性能的军民两用技术密集型材料。碳纤维是单丝直径为5-10微米、含碳量高于90%、由碳主链构成的无机纤维,由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴方向堆砌并在高温环境下裂解碳化形成,既具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性。其优良性能包括低密度、高轴向强度与比性能、高耐化学腐蚀性、无蠕变、耐高低温、低且各向异性热膨胀系数、耐疲劳等,被誉为21世纪的“新材料之王”。

碳纤维大多作为增强材料与基体材料复合后以碳纤维复合材料的形式应用在轻量化/高强/高模/高韧性等领域。与基体材料(陶瓷、金属、高分子等)复合后的碳纤维复合材料密度、拉伸强度、拉伸模量、比强度、比模量分别为1.5-2g/cm3、3500MPa、230-430GPa、1750-2333MPa•cm3/g、153-215GPa•cm3/g,其密度远比铝合金、钛合金等低。在相同尺寸的结构件中,用碳纤维分别代替铝/钛/钢将减重约35%/61%/77%,但其强度却远高于钢材(碳纤维复合材料比强度、比模量分别是结构钢的3-9倍、65-86倍),因此碳纤维及其复合材料广泛应运在能源装备、航空航天、国防军事、土木工程、交通运输、赛车运动以及其他体育休闲等领域中。

碳纤维产业链覆盖广,完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程:首先,产业链上游企业先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯,并经氨氧化后得到丙烯腈;丙烯腈经聚合和纺丝生成原丝之后,通过预氧化、低温和高温碳化等工艺步骤得到碳纤维;碳纤维可随后制成碳纤维织物、碳纤维预浸料(中间料)或与金属、陶瓷等基体材料结合形成碳纤维复合材料制件;产业链下游应用主要集中在航空航天、汽车、体育休闲、风电等领域。从全产业链来看,中游碳纤维制造是核心环节,技术壁垒高。

干喷湿纺兼备湿法和干法的优点,是新一代纺丝方法,也是高性能碳纤维技术发展的方向。原丝成本占整个碳纤维生产成本50%以上,所以控制好原丝质量至关重要,原丝按纺丝原液的凝固方式可分为湿法、干法、干喷湿纺。湿法纺丝对碳纤维原丝结构造成一定破坏,且纺速相对较慢,因此其一般用于大产能工业生产T300、T400等性能较低的碳纤维(如大丝束碳纤维);干法纺丝具有连续生产、纺丝速度高、产量大、污染少、纤维质量及耐化学性和染色性能佳等优点,缺点是生产的纤维耐氯性较差、工艺技术难度较大;干喷湿纺兼备干法和湿法的优点,高强型的T700、T800及更高型号碳纤维的制备以干喷湿纺为主,目前世界上仅少量企业掌握干喷湿纺生产技术:日本东丽、美国赫氏、中复神鹰、中简科技、恒神股份及光威复材等。

碳纤维需求持续旺盛,中国增速超过全球。尽管疫情对航空业造成的打击严重影响了相关领域碳纤维的需求,2020年全球碳纤维的需求量仍然达到10.7万吨,较2019年略微增长,市场规模为26.2亿美元。2020年中国碳纤维的需求量和市场规模分别达到4.9万吨和10.3亿美元,同比增长29.1%和24.9%,景气度超过全球市场。另外,2016-2020年中国碳纤维的需求量和市场规模CAGR分别为25.7%和20.8%,超过全球的8.7%和5.4%,中国已经成为碳纤维第一大需求国。

行业需求:风电、氢能、光伏、航空等领域推动碳纤维进入黄金发展期

1)风机大型化趋势推动碳纤维复合材料渗透率提高

具备高强高模、低密度的碳纤维复合材料在风电装机大型化发展中具有不可替代的优势。全球低碳经济蓬勃发展,风电行业活跃度极高,2020年全球风电新增装机总量为93.0GW,陆风和海风新增装机量分别为86.9GW和6.1GW,对比2019年全球新增装机总量60.9GW,同比上升52.8%。2020年我国在全球风电市场表现亮眼,新增装机总量占全球比例的56.3%。在风机大型化的主流趋势下,利用碳纤维复合材料替代传统材料的优势在于:1)降低净重(减小单位功率重量),起到节约零部件采购成本的作用,推动风机降本;2)提高风电叶片的弯曲刚度、缓解疲劳特性,更耐恶劣气候条件;3)使离心风机的功率更光滑更平衡,提高风力应用效率;4)利用碳纤维的导电性能防止雷击对风机的损害等。

Vestas碳纤维主梁可运用于兆瓦级的叶片,大大扩展了低成本大丝束碳纤维的使用范围,将持续推动碳纤维风电叶片的低成本化。2015年以前,风电叶片领域主要采用预浸料或织物的真空导入,部分采用小丝束碳纤维,应用规模相对较小且平均成本较高,2016年Vestas拉挤梁片工艺获得突破,其设计理念是把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效低成本高质量的拉挤梁片标准件。最大优点是通过拉挤工艺大大提高了纤维体积含量,降低了主体承载部分的重量,并且通过标准件的生产方式提高了生产效率,降低生产和运输成本。Vestas碳梁专利保护将在2022年7月到期,届时其他风电叶片制造商或将推出应用碳梁的风电叶片产品,将为碳纤维在风电领域(尤其是大丝束)贡献较大的增量。

在以下假设下:

1)CWEC《GlobalWindReport2021》显示,2020年陆风/海风单机的平均功率为2.5/6.0MW,鉴于风电机组逐渐大型化(即单机平均功率将逐年提升),且海风单机的功率、尺寸通常大于陆风单机,结合《Expertelicitationsurveypredicts37%to49%declinesinwindenergycostsby2050》(RyanWiser等)预测的2035年陆风/海风单机的平均功率为5.5/17.0MW,以2020-2035年15年陆风/海风单机容量提升的CAGR分别为5.40%和7.19%为基准,我们预测2025年陆风/海风单机的平均功率分别为3.3/8.5MW;

2)据《国产碳纤维在风电叶片产业中的机会》(沈真)分析,当风轮直径大于80米(即单机功率大于1.8MW)时,使用碳纤维替代玻璃纤维才具有可行性。此外,海上风机面临的恶劣天气情况更为显著,而碳纤维具有良好的耐化学腐蚀性,因此碳纤维在海上风电的渗透率相对更高。结合MAKE关于碳纤维和玻璃纤维风机渗透率随风轮直径变化的预测,我们估算并假设2020年碳纤维在陆风/海风装机中渗透率分别达30%和60%,而风电叶片大型化/轻量化趋势不改,假设陆风/海风渗透率将逐年分别提升5/10pcts,并在2025年分别达55%和100%;

3)中科院宁波材料所钱鑫博士估算认为至少需要1吨碳纤维才能制造足够的风机叶片来产生1MW的功率,因此我们预计2020年陆风2.5MW/海风6.0MW单台风机的叶片碳纤维使用总量分别为2.5/6吨,随着风机的大型化单台风机的叶片碳纤维使用总量在2025年分别达3.3/8.5吨;

4)广州赛奥数据显示2020年风电领域碳纤维均价为14美元/kg,鉴于碳纤维生产具有规模化效应,我们预计碳纤维单价每年下行5%,2025年风电领域碳纤维均价将达10.8美元/kg;

2)性能优异的IV型储氢瓶带动大丝束碳纤维需求

氢燃料电池车的发展带动高压储氢瓶碳纤维需求的增长,大丝束碳纤维更适用于缠绕气瓶。氢能凭借清洁、高效和资源丰富的特点,成为新一轮能源技术变革方向。高压气态储氢(采用高压将氢气压缩到耐高压的容器里)是目前最常用并且发展比较成熟的储氢技术,根据安全制造材质和工艺,气瓶一般分为四型:I型是金属气瓶;II型是金属内胆纤维环向缠绕气瓶;III型是金属内胆纤维全缠绕气瓶;IV型是非金属类的纤维全缠绕气瓶。当前市场氢燃料车的储氢瓶以III型和IV型为主,相比于III型储氢瓶,IV型储氢瓶具有轻量化、高压力、高储氢密度和使用寿命长等特点,且体积容量多10%,成本却仅为III型的63-67%,因此IV型未来有望取代III型储氢瓶。IV型储氢瓶的主承载材料为碳纤维复合材料,且碳纤维应用比例因高压而高于III型,此外大丝束碳纤维的缠绕效率是小丝束的3-4倍,因此碳纤维(尤其是大丝束)需求有望随着IV型储氢瓶的发展进一步爆发。

在以下假设下:

1)根据工信部指导、中国汽车工程学会牵头编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,2025年氢燃料电池汽车保有量有望达到10万辆左右,基于此我们预测2022-2025年我国氢燃料电池车产量为7921/12250/25200/36500辆;

2)当前氢燃料电池主要应用在商用车领域,2020年我国商用/乘用车占氢燃料电池车总量的100%和0%,鉴于乘用车氢燃料电车将逐步普及,我们假设乘用车占比以每年2%的增速增长至2025年的10%,而商用车将逐年以2%的减速降至2025年90%的比例;

3)电池中国网数据表明,商用车通常携带2-10个储氢瓶,而乘用车通常携带2-3个储氢瓶,我们假设商用/乘用车储氢瓶平均数量分别为6/2.5个;

4)中国储能网数据显示,70MPa的IV型储氢瓶每储存1千克氢气需要10千克碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料,以碳纤维体积含量60%为例,每70MPa/5.6kgIV型储氢瓶的碳纤维用量为62-72kg;

5)氢智会、氢云链、中国汽车工业协会、韩国国土交通部、次时代自动车振兴中心等数据显示,2019/2020/2021年全球氢燃料电池车保有量分别为24132/33398/49562辆,可得2020/2021年全球氢燃料电池车产量分别为9266/16164辆。中国汽车工业协会显示我国2020/2021年氢燃料电池车产量分别为1199/1777辆,计算可得占全球比例分别为12.9%和11.0%。鉴于我国积极推进氢能及氢燃料电池汽车产业发展并且在世界氢燃料电池车产业中占据重要地位,我们乐观推测我国燃料电池车占全球比例在2022-2025年分别为15%/20%/25%/30%。

6)广州赛奥数据显示2020年储氢瓶领域碳纤维均价为20美元/kg,鉴于碳纤维生产具有规模化效应,我们预计碳纤维单价每年下行5%,2025年储氢瓶领域碳纤维均价将达15.5美元/kg;

结合以上数据及假设对商用/乘用车碳纤维需求进行求和,我们预计2021-2025年全球储氢瓶领域碳纤维需求量分别为0.7/2.2/2.6/4.2/3.9万吨,2021-2025年需求量CAGR为63.6%;我们预计2025年全球储氢瓶领域碳纤维市场规模可达7.7亿美元,2021-2025年市场规模CAGR为55.5%。

3)碳/碳复材作为热场系统的主要耗材受益于光伏产业高景气

光伏行业的快速发展推动碳/碳复材需求快速增长,碳/碳复材在热场系统中渗透率逐步提升。全球光伏硅片产量持续增长,自2013年的38.4GW增长至2021年的170GW,八年间CAGR为20.4%。根据CPIA预计,2025年全球光伏新增装机量将在270-330GW之间,对应2021-2025年CAGR在12.3%-18.0%之间。硅片可由单晶拉制炉、多晶铸锭炉制造,碳/碳复材(碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料)因技术、性能、成本、供货周期等优势领先于国外厂商提供的等静压石墨等特种石墨产品,渗透率逐渐提升,成为晶硅制造热场系统的主要耗材,因此,受益于光伏行业,碳/碳复材需求有望保持快速增长。

直拉单晶硅工艺是目前市场主流,其对碳/碳复材的需求来自三方面。单晶拉制炉的主要消耗品部件为坩埚、加热器、导流筒、保温筒,其需求主要分为新增需求、替换需求和改造需求:1)新增需求:新增单晶炉装机带来的需求;2)改造需求:通过热场改造以提升原有设备生产效率来适应硅片发展趋势;3)替换需求:在单晶炉不更换的情况下,消耗件因使用寿命问题需定期更换。

在以下假设下:

1)光伏电站容配比:2020-2025全球光伏电站容配比为1.2;

2)单晶渗透率:2020年全球单晶硅片渗透率90%,单晶硅片渗透率呈逐年上升趋势,假设2021-2025年单晶渗透率分别为95%/98%/99%/100%/100%;

3)硅片环节产能利用率:据CPIA数据显示,2020年全球光伏硅片产能利用率为68%,且2013-2020年的产能利用率在68%-86%之间浮动。而随着硅片向大尺寸迭代、新进入者入局带动新一轮扩产,硅片环节竞争趋于激烈化,且由于疫情导致的全球开工率不足、终端需求疲软等因素,产能利用率可能进一步下降,我们预测未来5年内产能利用率逐年降低,到2025年降至60%;

4)当年新增单晶硅片产能:当年单晶硅片产能与去年单晶硅片产能的差值;

5)单GW所需单晶炉台数:2020年单GW所需单晶炉为100台,随着技术的升级,我们预测单GW所需单晶炉台数将以每年2%的速度递减,并在2025年达90台;

6)单晶拉制炉耗材单价:假设2020-2025年单晶拉制炉的主要消耗品部件坩埚、加热器、导流筒、保温筒单价保持稳定;

7)老产能改造需求:鉴于单晶硅片产能中仅有产能可通过技改升级为兼容产能,同时考虑到设备优化迭代放大新建产能成本优势,我们假设2021-2025年硅片产能存量改造比率稳定在10%;

8)晶拉制炉耗材的每年耗量:坩埚、加热器更换周期均为6个月,导流筒、保温筒更换周期分别为24和18个月,坩埚/加热器/导流筒/保温筒每年耗量分别为2/2/0.5/0.67件;

9)热场四大件总需求:坩埚/加热器/导流筒/保温筒新增、改造、替换需求的总和;

10)碳/碳复材整体渗透率:假设热场四大件的碳/碳复材整体渗透率为70%;

11)碳/碳复材需求:热场四大件碳/碳复材总需求与碳/碳复材市场均价的比值;

12)碳/碳复材市场均价:参考金博股份2020年碳/碳复材市场均价为86.0万元/吨,而碳/碳复材生产具有的规模化效应将导致价格中枢的下移,我们假设未来5年价格逐年下降5%,于2025年达66.5万元/吨;

13)碳/碳复材碳纤维质量占比:《ElectricalBehaviorofCarbonFiber/PhenolicCompositeduringPyrolysis》(WillianeOliveiradeSouza等)和《Effectoffiberweightfractiononmechanicalpropertiesofcarbon–carboncomposite》(PadmayyaShaniyaraNaik等)研究显示碳纤维复材中碳纤维质量占比浮动范围为30-73%,因此我们假设碳/碳复材中碳纤维质量占比为70%;

14)碳/碳复材领域碳纤维均价:广州赛奥数据显示碳/碳复材领域碳纤维均价为18美元/kg,鉴于碳纤维生产具有规模化效应,我们预计碳纤维单价每年下行5%,2025年碳/碳复材领域纤维均价将达13.9美元/kg;

结合以上数据及假设,我们预计2021-2025年全球光伏领域碳纤维需求量分别为0.38/0.53/0.67/0.79/0.93万吨,2021-2025年需求量CAGR为25.2%;预计2025年全球光伏领域碳纤维市场规模可达1.3亿美元,2021-2025年市场规模CAGR为18.9%。

4)航空航天领域军民两用持续释放需求

军机领域碳纤维复合材料用量大幅提升;未来我国使用碳纤维复材的军机至少还有1万架上升空间。碳纤维复合材料的应用程度是衡量飞机先进程度的重要指标之一,以美国军机为例,Mirage-2000战机碳纤维复合材料用量仅7%,到F-22和F-35为代表的第五代战斗机上碳纤维复合材料用量分别达24%和36%,目前国外军机上碳纤维复合材料用量在20%-50%之间。对比国内的歼系列战斗机,碳纤维复合材料用量从歼-8的1%,逐渐提高到歼-10的6%和歼-20的20%,新型战机的碳纤维用量占比提升明显。《WorldAirForcesdirectory2022》(FlightGlobal)数据显示,2021年我国军用飞机数量总数为3285架,相较于美国(13246架)和俄罗斯(4173架)具有一定的差距,若看齐美国军用飞机总数,我国至少有1万架的上升空间,军用碳纤维将成为未来空间较大的一部分。

航空航天领域碳纤维需求将持续增长,预计2021-2025年全球需求量CAGR达9.86%。根据广州赛奥《2020全球碳纤维复合材料市场报告》的数据,航空航天领域全球碳纤维需求量从2013年开始快速增长,2020年商业航空受到疫情影响,波音及空客大幅削减客机产量,2020年需求仅为1.65万吨。疫情反复延迟了航空业的复苏,广州赛奥预计航空航天领域碳纤维需求将在2024年恢复到疫情前水平,2025年达到2.63万吨,2021-2025年CAGR达到9.86%。

5)预计全球碳纤维2021-2025年市场规模CAGR达到16.4%

轻量化高性能创造需求,我们预计2025年全球碳纤维市场规模达47.9亿美元,2021-2025年CAGR为16.4%。对钢铁、铝合金等传统材料的轻量化替代,相比于玻璃纤维、特种石墨等新型材料更卓越的性能,是碳纤维应用拓展的主要推动力。碳纤维复合材料制品研发制造领域正不断延伸,已实现了对军工、航空航天、风电、光伏、汽车、轨道交通、船舶、建筑补强、压力容器瓶、混配模成型、电缆芯、体育休闲等领域的全覆盖。结合我们的预测及广州赛奥的统计数据,我们预计2025年全球碳纤维需求将达到24.2万吨,2021-2025年CAGR为20.3%;全球碳纤维市场规模将达到47.9亿美元,2021-2025年CAGR为16.4%。

行业供给:行业集中度较高,产能扩张加速国产替代

全球CR5达62.0%,国内CR5达81.3%,行业集中度较高。日本东丽收购美国Zoltek后成为小丝束领域的全球龙头,2020年运行产能达到5.45万吨,市场占有率为31.8%,全球前五大厂商的合计占有率为62.0%。国内厂商中,2020年吉林碳谷+宝旌和中复神鹰的运行产能均为0.85万吨,前五大厂商的合计占有率为81.3%,集中度超过全球。国内碳纤维行业整体达到T400的技术能力,部分企业实现了T700碳纤维规模化生产,T800已经进入了小批量试验生产阶段,但龙头企业和国际巨头在产能和技术方面仍存在不小的差距。

全球碳纤维产能稳步扩张,中国企业加速布局。随着下游需求持续旺盛,全球碳纤维行业的产能相应扩张,产能利用率在70%上下波动。2020年全球碳纤维运行产能达到17.2万吨,相较2019年增加1.7万吨,其中中国厂商碳谷+宝旌、中复神鹰、光威复材各增加了0.2万吨。除此之外,中复神鹰、光威复材、吉林化纤、上海石化、兰州蓝星、新创碳谷等厂商的万吨级产线已经在建或在规划,预计中国厂商的产能占比将持续提高。

国内碳纤维国产率上升空间巨大,已有高端产品出口海外。目前国内碳纤维需求依然主要依赖进口,2020年国内需求量为4.89万吨,进口量为3.04万吨,国产化率达37.9%,相比2019年提高6.2个百分点,随着未来中国厂商的产能占比继续提高,国内碳纤维国产率上升空间十分可观。从进出口均价来看,国外企业严禁对中国出口军工级碳纤维,再加上东丽采取的低价打压国内企业的策略,使得碳纤维进口均价基本维持在20美元/kg以下;尽管由于出口数量较少导致出口均价波动幅度较大,但是出口均价的中枢明显高于进口均价,我们认为国内头部企业的高端产品已实现出口,迈出国产替代的关键一步。

行业趋势:大丝束碳纤维成本低,有望成为工业领域中的主流

丝束增大可以提高产能,48K/50K碳纤维成本优势明显。相比小丝束,大丝束碳纤维在相同的生产条件下可大幅度提高单线产能,但碳纤维的产能和丝束大小呈非线性关系,原因是大丝束直径较宽,单位宽度的轧辊可加工的丝束数量减少。此外,大丝束碳纤维通常意味着其前体原丝的长度较短,在卷轴重量一定的情况下,频繁的重置和预热会额外增加停机时间降低效率,因此碳纤维的产能和产率在48/50K达到峰值后下降,单位人工成本同理下降并在48/50K达到最低点。但原丝、能耗、折旧的单位成本会随丝束增大一直下降,所以整体上看,碳纤维的单位生产成本随丝束增大而降低,在达到48K后基本稳定。

高性价比的大丝束碳纤维有望成为工业领域的主流。对于工业应用领域,大丝束碳纤维的性能能够满足需求,价格优势明显,以SGL公司生产的T300级大丝束碳纤维C30T050-50K为例,其性能参数均超过日本东丽公司生产的T300级小丝束碳纤维,而售价仅为东丽的10%左右。高性价比能够帮助碳纤维在风电叶片、储氢瓶、汽车、轨道交通等重视成本控制的应用领域提高渗透率,广州赛奥预测2030年碳纤维在这些领域的全球需求将达到51万吨以上,而2020年需求为5.8万吨,对应2020-2030年CAGR超过24.3%。

2020-2025年我国大丝束碳纤维需求CAGR将达31.3%。广州赛奥统计2019/2020年我国碳纤维需求量分别约为3.8/4.9万吨,其中大丝束分别为1.4/2.1万吨,占比分别为37%/43%。鉴于大丝束碳纤维下游风电、光伏、储氢瓶、体育休闲、电子电子、汽车船舶等应用领域对其需求推动力不等,且大丝束碳纤维在工业应用上更具成本优势,结合广州赛奥对我国2021-2025年碳纤维总需求的预测值,我们预测我国大丝束碳纤维需求占比将从2022年的45%增至2025年的55%,届时我国大丝束碳纤维需求将达8.2万吨,2020-2025年CAGR为+31.3%。

我国小丝束头部企业有望进入大丝束领域,大丝束碳纤维产能将迅速扩张,“十四五”期间新增产能有望达17.6万吨。大丝束碳纤维制备技术难度大于小丝束,制备难点集中在油剂、上浆剂与控温等方面。虽然我国大丝束碳纤维生产起步较晚,但近年来国内小丝束生产工艺的突破能够成为大丝束生产工艺的有效参考,小丝束头部企业更容易进入大丝束领域,如中复神鹰、光威复材等。目前我国碳纤维行业正处于快速发展阶段,根据目前各企业已宣布的投资扩产计划,若所有建设项目可以顺利投产落地,“十四五”末期,我国新增碳纤维产能将达21万吨以上,其中新增大丝束碳纤维产能达17.6万吨,我国大丝束产能扩张时代将随之开启。广州赛奥统计2020年我国大丝束产能仅0.83万吨,结合“十四五”期间所有大丝束项目顺利投产落地的新增产能,2025年我国大丝束产能有望达18.4万吨,则2020-2025年大丝束产能CAGR为+85.9%。

公司亮点:国产碳纤维产业化领先者,布局多景气领域

亮点一:干喷湿纺技术领先,合作寻求大丝束研发突破

小丝束起家,以干喷湿纺为代表的核心技术优势,荣获多项重大科研奖项。公司发展路径是从小丝束碳纤维开始,碳纤维生产采用DMSO(二甲基亚砜)一步法干喷湿纺纺丝工艺。1)在聚合工艺阶段研发了干喷湿纺纺丝原液聚合物配方和制备技术和大容量60m3专用聚合釜和匹配聚合工艺;2)在纺丝工艺阶段研发了干喷湿纺凝固成型核心技术、高压蒸汽高倍牵伸技术和多纺位均质纺丝技术,成功实现了高取向、低缺陷高品质PAN原丝的高效制备,纺丝速度达到400m/min;3)在氧化碳化工艺阶段研发了干喷湿纺高性能碳纤维高效预氧化技术、快速碳化技术(预氧化碳化集成技术)等。相较国内其他碳纤维公司,中复神鹰在技术与研发产业化上具有卓越的优越性,已成功获得多项重大科研奖项。

处于国内少量掌握干喷湿纺生产技术企业竞争中的领先地位。中复神鹰在国内率先突破T700级、T800级、T1000级干喷湿纺核心技术,在干喷湿纺碳纤维的技术成熟度方面具有一定优势;光威复材、恒神股份过往以湿法碳纤维为主,近年来逐渐突破了干喷湿纺工艺技术,开发了T700、T800级及T1000级干喷湿纺产品并陆续推出市场,目前已形成批量化的干喷湿纺产品市场销售;中简科技主要生产湿法碳纤维,在T800级及以上的同级别产品性能方面,较采用干喷湿纺工艺的同级别产品的拉伸强度方面性能较低。

干喷湿纺碳纤维产品实现与日本东丽主要碳纤维型号的对标,部分型号甚至性能更优。日本东丽在全球碳纤维行业中具有领先优势,业内一般以日本东丽的产品牌号为基础。经过多年自主研发与技术积累,公司基本碳纤维产品种类与日本东丽相当,实现了对T300级至T1000级、M30至M40级别的产品覆盖,并成功实现规模化生产及市场销售投入,公司部分主流产品(SYT45S、SYT55S、SYM30、SYM35、SYM40等)的性能甚至超越东丽同级别碳纤维产品,如SYT55S(T800级)具有稍高的强度和模量优势,如SYM30(M35级)的拉伸强度和延伸率更高。对比其他公司较为集中的产品供应,中复神鹰具备更丰富的种类生产经验,能帮助公司适应下游各应用需求变化。

核心技术人员均为公司高管,保障公司稳定运营。截至2021年12月,公司共有6名核心技术人员,均为公司董事或高层管理人员,均为从业年限较长的资深专业人士,获得多项发明专利和奖项荣誉,为公司贡献多项核心技术。其中,董事长张国良先生为公司总工程师、教授级高级工程师,深耕化纤产品多年,作为主要完成人带领公司获得国家科学技术进步一等奖。此外,张国良先生曾于2018年入选科技部创新人才推进计划重点领域创新团队核心人员,同期获俄罗斯国家工程院伊万•亚历山德洛维奇•格里什曼诺夫奖,2020年获得“全国杰出工程师”称号。

研发团队持续建设并优化专业学历结构。中复神鹰通过自主培养建立了一支以中青年为中坚力量,博士、硕士、本科学历层次科学合理,学科领域专业全面,副高级以上职称为主的高层次人才队伍,研发领域涵盖了油剂上浆剂、聚合纺丝、原丝及碳丝生产各项工艺流程。干喷湿纺高性能碳纤维产业化及应用技术研究创新团队入选为国家科技部“创新人才推进计划重点领域创新团队”。

专利数量持续增加,技术产出强劲,积极参与省部级以上的重大科研项目。截至2021年12月,公司及其子公司共拥有59项已获得授权的专利,其中单独所有专利58项,包括25项发明专利,33项实用新型专利;与中国建筑材料科学研究总院共有1项发明专利。专利数量呈逐年稳定增长态势,研发团队拥有持续产出的能力,不断进行新技术和产品的研发。此外,公司共承担或参与了省部级以上的重大科研项目14项,其中,承担财政部项目1项,参与科技部项目5项,承担工信部项目1项,承担及参与江苏省科技厅项目6项,承担江苏省经济和信息化委员会项目1项。在现有技术体系框架下,公司持续通过自主研发提升技术水平、保证持续技术创新能力、完善技术体系。

合作寻求大丝束技术突破助力起飞。公司积极展开合作研发,于2021年3月分别与北京化工大学常州先进材料研究院和东华大学签约合作项目,旨在结合各方研发与实践优势,共同突破大丝束碳纤维纺丝、预氧化和碳化技术,以实现拉伸强度≥4000MPa,拉伸模量达230GPa,断裂伸长率≥1.5%的48K大丝束碳纤维的目标。在已具备小丝束碳纤维先进制备技术的前提下,大丝束碳纤维生产技术的突破有望为公司带来极大的核心竞争力。

亮点二:拓展高价值高增速下游领域,布局碳纤维的黄金发展期

产品应用领域丰富,各行业份额均衡发展。通过优化产品结构和拓展下游应用,目前公司形成碳/碳复材、体育休闲、风电叶片、压力容器、航空航天、交通建设六大应用领域,2021H1的销量占比分别为25.07%、24.50%、13.91%、13.02%、11.50%、8.67%,相比2018年分布更加均衡。当前国内碳纤维应用市场处于初级发展阶段,航空航天、风电叶片、光伏、新能源汽车等领域应用还未完全打开。而公司产品已通过德国劳埃德船级社(GL)风电产品认证,可应用于储氢气瓶、风电拉挤板材等领域,预计公司在压力容器、风电叶片领域的份额将在未来持续走高。此外公司高性能碳纤维的扩张使得航空航天领域的占比由2018年的4.34%增长至2021H1的11.50%,军用航空航天碳纤维的逐步拓展、国产大飞机C919的量产和CR929的研发推进有望促使该比例的持续提升。

侧重于风电叶片、碳/碳复合材料等高增速的景气领域。公司抓住风电、光伏等新能源行业的爆发机遇期,发力相关领域的产品应用,风电叶片、碳/碳复材领域的销量分别由2018年的72/73吨激增至2020年的568/424吨,增幅分别高达686%和485%,其销售单价也分别由108/128元/kg上升至153/144元/kg。目前体育休闲领域仍占据收入结构的较大比例,但这一占比持续下降,2018年至2020年,体育休闲领域贡献的收入分别为1.57亿元、1.84亿元和1.64亿元,占当期营收的比重分别为52%、43%和29%。中复神鹰在体育休闲领域的产品毛利率也在一路攀升——2018年至2020年,受益于对高端体育休闲领域客户的拓展,该部分产品的毛利率从10%提升至43%。

主要客户均为下游领域龙头企业。公司以民品碳纤维销售为主,主要客户为从事碳纤维编织、预浸、拉挤、缠绕、模压等不同碳纤维加工应用的下游生产型企业。与多家国家高新技术企业合作关系良好,其中金博碳素(科创板上市)是唯一一家入选工信部第一批专精特新“小巨人”企业名单的先进碳基复合材料制造企业,精于晶硅制造热场系统中碳基复材耗材的制造;宏发纵横(新三板上市)的各类复合材料增强织物产品在中国风力发电叶片市场占有率33%,是中国最大的风电材料制造商之一;天鸟高新(楚江新材控股子公司)是工信部第二批专精特新“小巨人”企业,目前国内唯一产业化生产碳纤维刹车预制体的企业。此外,作为主要客户的中国建材和鹰游集团是中复神鹰关联方。

下游客户集中度远低于同行,抗风险能力强。得益于丰富的产品结构和均衡的应用分布,公司客户较多且分散,2018-2021H1,中复神鹰的前五大客户销售额占比分别为28.62%、29.12%、31.21%、41.05%,尽管呈上升趋势,但是远远低于同行业可比公司(基本在80%以上)。同时2018-2020年公司的第一大客户销售额占比一直在10%以下,也是明显低于同行,较低的客户集中度增加了公司业绩的稳定性和抗风险能力。

亮点三:万吨级小丝束碳纤维投产,布局产能迎来高速释放期

公司产能利用率和产销率近饱和状态,受行业需求景气带动产品价格逐年升高。公司本部位于连云港的生产基地2018年-2021H1产量分别为2980吨、3342吨、3777吨和2256吨,销量分别为2735吨、3422吨、3761吨和2025吨,产能利用率和产销率维持高位,接近满产满销状态。此外,公司碳纤维销售均价与进口均价的差异逐年缩小,于2021H1实现价格反超。

2020年公司产量位居国内第二。我国碳纤维及原丝产能集中度较高,CR5在2019年和2020年均大于80%,占据较大的市场份额,主要集中在吉林碳谷、中复神鹰、恒神股份、光威复材四家制造商。根据中国化学纤维工业协会统计,2020年度国产碳纤维总产量1.80万吨,公司2020年碳纤维产量3777.21吨,占国内总碳纤维产量的比例达20.98%,排名国内碳纤维产量第二位;2020年度国内碳纤维总消费量达4.88万吨,公司2020年碳纤维国内销量3625.28吨,市场占有率达7.43%。

规划产能陆续建成投产,对应公司2020-2024年建成产能CAGR为69.2%。公司本部位于连云港的生产基地现有产能3500吨/年,同时青海西宁万吨高性能碳纤维及配套原丝项目在建工程也陆续进入投产阶段,其中8000吨已建成投入试生产。2020年国内碳纤维需求达4.89万吨,同比增长达29%,公司基于行业高景气度适时进度布局扩产,包括国内首个万吨级小丝束碳纤维项目,及年产14000吨高性能碳纤维及配套原丝建设项目、航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目、碳纤维航空应用研发及制造项目,合计产能有望在2024年达到2.87万吨规模,对应2020-2024年CAGR为69.2%,届时小丝束产能有望位居全国第一。

通过募投项目补足项目资本开支所需资金,布局T700、T800、T1000级高性能碳纤维。中复神鹰此次上市计划募集资金18.45亿元,其中计划8亿元用于西宁年产万吨高性能碳纤维及配套原丝项目、2.33亿元用于航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目、3.62亿元用于碳纤维航空应用研发及制造项目以及4.50亿元用于补充流动资金。公司拟建设项目中T700级碳纤维产能合计2.35万吨,T800级合计产能300吨,T1100级产能合计200吨。随着T700、T800、T1100级等项目的产业化,加速碳纤维国产化进程。

碳纤维生产规模化可以有效地降低生产成本,千吨级以上产线释放经济效益。《PAN基碳纤维生产成本分析及控制措施》(马祥林等)显示,随着生产规模、产量的增加,原丝/碳纤维的单吨成本逐渐减小,规模原丝(3000t/a)和碳纤维(1000t/a)单吨成本分别为20.68和5.81万元/吨,是小规模原丝(250t/a)和碳纤维(100t/a)单吨成本的43.9%和56.6%。此外《碳纤维产业化发展及成本分析》(胡晓梅等)统计,千吨级碳纤维产线每年成本较百吨级产线下降18%,千吨级以上的生产规模能够产生经济效益。

西宁项目带来规模效应和优惠政策推动碳纤维生产成本下行。中复神鹰2018-2020年碳纤维生产的单位成本整体呈下行趋势,主要原因是原材料丙烯腈的市场价格降幅较大和单位产品分摊的固定成本降低,2021H1单位成本的增加主要系丙烯腈涨价。未来西宁年产1+1.4万吨碳纤维项目投产后,1)一方面受益于万吨级碳纤维的规模效应,将有利于摊薄单位产品的生产成本,2)另一方面相较华东地区,地处西北的西宁具有不少优惠政策,在电价、能源、土地等多个方面的要素成本具有一定优势,有望助力公司进一步实现碳纤维生产成本的下行。

盈利预测与关键假设

公司是国内千吨级碳纤维的先行者,通过自主研发形成了以干喷湿纺为代表的核心技术优势。通过不断优化产品结构、拓展下游应用和加强成本控制,公司碳纤维业务实现量价齐升,2019年和2020年的业绩增速均超过200%。碳纤维行业正处于黄金发展期,国内市场供不应求,随着公司发力高毛利的军品业务和提前布局的产能即将投产,我们认为公司业绩能够继续维持高增长的态势。

1.体育休闲领域:体育休闲是碳纤维传统的下游应用行业,尽管随着公司产品结构优化和下游应用拓展,该领域的占比不断下降,但是从需求量来看仍然有增长动力,我们预计2021-2023年公司在体育休闲领域的碳纤维销量为1550/2326/2558吨,CAGR为28.5%;

2.碳/碳复合材料领域:在“碳达峰、碳中和”的大背景下,光伏等新能源行业的高景气拉动碳纤维在碳/碳复材领域的需求快速增长,随着公司与碳碳热场龙头金博股份深度绑定,我们预计2021-2023年公司在碳/碳复材领域的碳纤维销量为1269/1903/2474吨,CAGR为39.6%;

3.风电叶片领域:风电叶片领域的碳纤维需求已经成为全球碳纤维用量增长的主要驱动因素,随着国际风电主机厂将碳纤维拉挤板代工由欧洲转向国内,该领域有望成为公司产品最大的下游应用行业,我们预计2021-2023年公司在风电叶片领域的碳纤维销量为901/1803/3245吨,CAGR为89.7%;

4.压力容器领域:压力容器领域的碳纤维应用目前主要集中在储氢瓶业务,国内多省宣布将在“十四五”期间推动氢能产业的发展,储氢瓶用碳纤维的前景广阔,我们预计2021-2023年公司在压力容器领域的碳纤维销量为1054/1581/2372吨,CAGR为50.0%;

5.交通建设领域:碳纤维凭借轻量化和高性能两大优势不断提高在交通建设领域的渗透率,我们预计2021-2023年公司在交通建设领域的碳纤维销量为526/632/758吨,CAGR为20.0%;

6.航空航天领域:中国在航空航天领域的碳纤维应用远落后于国外,随着碳纤维复材含量更高的新式军机和国产大飞机C919放量,对于国产航空航天级碳纤维的需求将快速增长。公司募投项目拟投入约6亿元进行应用研发和产线建设,加速切入航空航天领域,我们预计2021-2023年公司在航空航天领域的碳纤维销量为699/1048/1467吨,CAGR为44.9%;

随着公司西宁万吨级项目于2021-2022年投产,我们预计公司2021-2023年碳纤维产能为0.95/1.35/1.73万吨,综合考虑下游各领域的需求增长和产能爬坡进度,我们预计公司2021-2023年实现碳纤维销量0.60/0.93/1.29万吨,对应2020-2023年CAGR为50.7%。基于单价和毛利率基本稳定的假设,我们预计公司2021-2023年实现营业收入11.7/18.3/25.3亿元,对应归母净利润为2.78/5.10/7.26亿元。

(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。)


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