吉林系：中国大丝束碳纤维的领军者
自日本东丽上世纪60年代开始PAN基碳纤维研发、70年代实现了产业化以来，碳纤维愈发成为航空航天、新能源等领域的核心关键材料。我国也从60年代就开始进行碳纤维研发，起步较早，但筚路蓝缕，近十余年才开始陆续实现技术突破并进行产业化，至于大丝束，更是近五年才由“吉林系”碳纤维企业实现突破。“吉林系”是指吉林市国资委控制的碳纤维资产，主体在吉林化纤集团和吉林碳谷(吉林碳谷原为集团孙公司，现股权架构上独立于集团，同属吉林市国资委控制)。吉林系是国内大丝束碳纤维产业化的开创者，2008年起步于原丝研发，2016年开始向下游延伸，布局碳丝及复材，终成大丝束碳纤维产业集群。本篇着重从吉林系碳纤维切入，分析中国大丝束碳纤维的发展历程，分析行业壁垒与技术方向，同时也对中国大丝束碳纤维产业做未来展望。
吉林化纤集团是化学纤维龙头，产品品类丰富。吉林化纤集团坐落于吉林省吉林市松花江畔，由1960年始建、1964年建成投产的原吉林化纤厂改制而成。公司主导产品涵盖生物基人造丝、腈纶纤维、竹纤维、碳纤维、化纤浆粕、纱线六大系列450多个品种。其中生物基人造丝产能占全球产能的三分之一以上；腈纶产能38万吨/年，占全球产能的20.5%；竹纤维产能15万吨/年，占国内产能的83%；纤维素化学浆粕产能15万吨/年，其中棉浆产能6万吨/年、竹浆产能9万吨/年，并拥有6万锭纺纱生产线和以天竹纤维为元素的服饰连锁经营，具有从原料到纤维、纱线再到服饰的完整产业链。
碳纤维已成为集团重要利润贡献来源。2021年吉林化纤集团实现工业总产值131.5亿元，同比增长40%；销售收入160.5亿元，同比增长37%。纤维产量同比增长5%，销量同比增长14%。利润也创建厂60多年来的历史新高，其中42%的利润为碳纤维板块贡献，主要源于近年碳纤维业务规模起量以及盈利能力大幅修复。近年集团主业中的粘胶纤维、腈纶等长期平均毛利率约10%，而碳纤维盈利能力大幅修复，以原丝为例毛利率已经从底部复苏至约40%的水平，盈利能力已显著高于其他主业。
吉林系碳纤维产业起步于原丝，后布局碳丝及复材，终成大丝束碳纤维产业集群。吉林市为中国早年重要的碳纤维研发中心，但苦于长期未能产业化突破，于2008年交由吉林化纤集团进行原丝研发与生产。在原丝实现巨大突破后，集团也在进行全产业链布局，从原丝延伸至碳丝，再至复材制品，再到下游应用。在大丝束碳丝领域，吉林市于2016年与精功集团合资设立吉林精功，于2020年接管方大江城并改名为国兴碳纤维，集中吉林化纤集团之力扩建国兴碳纤维。在小丝束碳丝领域，以凯美克为主体建设高性能小丝束产线。在碳纤维复材领域，吉林化纤股份也在以上市公司为生产主体进行产能建设。根据“十四五”规划目标，吉林系碳纤维将形成20万吨原丝、6万吨碳丝的生产能力。根据当前规划情况，吉林系碳纤维远期可达到33万吨原丝生产能力、10万吨碳化生产能力、以及7.5万吨复材加工生产能力，碳纤维板块产值力争达到500亿元。
吉林化纤股份：从粘胶长丝龙头，到碳纤维行业新星
吉林化纤股份为吉林化纤集团子公司，公司当前主要以粘胶纤维的生产和销售为主，具备8万吨粘胶长丝、12万吨粘胶短纤产能，其中粘胶长丝产能位居全球第一。除原主业粘胶纤维外，公司正在打造成为集团碳纤维产业的上市平台(主要为碳丝+复材)。公司2021年收入与利润主要为粘胶纤维贡献，碳纤维尚未形成收入，预计2022年起碳纤维将有所贡献，未来成为公司主导业务。
碳纤维业务：碳丝+复材产业集群的雏形已现
集团拟将旗下的上市公司吉林化纤股份打造成为碳纤维上市平台。吉林化纤股份主要承接碳纤+复材资产，而原丝资产上市公司吉林碳谷。吉林化纤股份的业务进展如下：1)公司于2021年2月公告全资子公司吉林凯美克筹建年产600吨小丝束碳纤维生产线，现已于2022年6月15日达产。2)公司子公司吉林宝旌(原称吉林精功)主要生产大丝束碳纤维，公司于2021年9月购买吉林宝旌31%股权，持股比例从原18%提升至49%。3)公司于2021年11月发布定增公告，拟投资建设年产1.2万吨碳纤维复材拉挤板项目(配套1万吨碳丝)，进一步向碳纤维产业链下游迈进。4)2022年3月18日，吉林化纤集团出具承诺，将采取包括将国兴碳纤维控股权注入上市公司在内的符合国有资产监管、证券监管的相关措施，当前集团新建的大丝束碳丝产能主要以国兴碳纤维为生产主体，这部分资产未来也有望注入公司体内。
吉林化纤股份相关的碳纤维资产情况具体如下：
(1)吉林国兴碳纤维(未来拟注入吉林化纤股份)
吉林国兴碳纤维主攻大丝束碳丝环节。吉林国兴碳纤维有限公司于2008年12月成立，原名中钢集团江城碳纤维有限公司，2013年11月后由方大炭素控股，改名吉林方大江城碳纤维有限公司。在方大炭素控制时的股权结构为：方大炭素持有70%股权，吉林炭素持有30%股权。吉林市国资委与方大炭素进行了多次产业合作磋商，双方达成战略合作关系，2020年5月8日正式划归吉林化纤集团，实际控制人变为吉林市国资委，吉林化纤集团集聚资源支持国兴碳纤维发展。
国兴碳纤维经营大幅改善，产能迅速扩张。国兴碳纤维在历史发展过程中，长期处于亏损、资不抵债的状态，同时还面临着多起诉讼执行案件，致使国兴碳纤维历史负担沉重。自吉林化纤集团控股以来，对国兴碳纤维进行了生产改造，同时在管理、经营等方面也均有改善，生产经营略有好转。此前国兴碳纤维产线规模较小，集团将原产能500吨/年碳纤维生产线升级至约1000吨/年水平，后续持续大幅扩产，如提出1.5万吨碳纤维项目的产线规划，2021年8月份开始逐步释放产能，截至2022年6月吉林国兴碳纤维产能已经达到18000吨/年。
国兴碳纤维扩产设备主要来自精功科技。精功科技为吉林宝旌前控股股东精功集团的子公司，其长期与碳纤维生产加工企业展开深度合作，具备丰富的设备研发与制造经验。根据精功科技公告，吉林国兴碳纤维自2020年12月以来，陆续与精功科技签署了9条碳化线的供应合同，合计14.1亿元。2020年12月与2021年2月所签的5条线已于2021年末交付。根据吉林化纤集团官网新闻，2021年10月所签的4条线在今年以来已有3条线开车，分别是：2022年5月首条35K风电专用大丝束碳化线，6月首条35K预浸料专用大丝束碳化线，7月末首条35K高压气瓶缠绕专用大丝束碳化线。根据精功科技公告亦可验证，截至最新公告日7月16日已交付2条线。由于设计为35K，可实现年产能预计可达单线3000吨，四条线全部交付后国兴总产能将达到2.5万吨/年。
远期产能有望达到8.5万吨。吉林化纤集团拟以吉林国兴碳纤维为生产主体，继续投产6万吨碳纤维项目。该项目已于7月初启动施工，占地面积72万平方米，总投资103亿元，计划建设18条自主研发的智能化碳丝生产线，将主要生产35K以上大丝束碳纤维。项目建成投产后，预计可实现年销售收入87.7亿元，利税17.3亿元。预计国兴碳纤维远期产能将达到8.5万吨。
(2)吉林宝旌(吉林化纤股份非控股子公司，持49%)
吉林宝旌为吉林系与精功系合作果实。吉林宝旌炭材料有限公司原名吉林精功碳纤维有限公司，2016年在浙江省和吉林省政府支持下浙江精功将其碳纤维生产线扩产项目北迁至吉林，吉林市国兴新材料产业投资有限公司持股49%，浙江精功控股有限公司持股40%，绍兴众富控股有限公司持股11%。后浙江精功控股与绍兴众富控股将股权陆续转让至浙江精功碳纤维有限公司，持股51%；吉林市国兴新材料产业投资有限公司将股权陆续转让至吉林化纤股份有限公司，吉林化纤股份持股49%。2020年12月后，精功系碳纤维资产被宝武系接管，浙江精功与吉林精功也更名为浙江宝旌与吉林宝旌。
吉林宝旌专攻大丝束碳纤维，近年来产能迅速扩张。吉林宝旌主要从事25K-50K大丝束、低成本碳纤维的研发、生产、销售，设计年产8000吨大丝束碳纤维项目，1#线2000吨大丝束碳纤维生产线2018年2月投入生产，2#线、3#线、4#线分别于2019年6月、2020年8月、2020年底投入生产，当前具备年产8000吨碳纤维能力。公司下游应用广泛，客户稳定，计划在2025年底前形成年产12000吨碳纤维产能，以满足风电、气瓶缠绕、车辆轻量化、轨道交通、海洋装备等工业领域的应用需求。
(3)吉林凯美克(吉林化纤股份全资子公司)
吉林凯美克专攻高性能小丝束。吉林化纤集团长期以大丝束产业见长，在小丝束产业化上有所欠缺，现计划以吉林凯美克为主体发展高性能小丝束。吉林凯美克化工有限公司成立于2014年，原主要从事醋酐等生产研发，后于2019年开始停产改造，计划引进国际国内先进设备，生产1K、3K小丝束特殊领域应用的碳纤维，形成年产碳纤维600吨的产品规模，总投资估算1.98亿元，同时吉林凯美克将继续保留亚硫酸氢钠的生产。截至2022年6月15日，吉林凯美克年产600吨小丝束碳纤维项目的两条生产线开车成功，并已度过爬坡期实现满产。
粘胶纤维业务：粘胶长丝龙头，地位长期稳固
粘胶纤维主要应用于纺服领域。粘胶纤维是纺织纤维的一种，属化学纤维中的再生纤维素纤维(人造纤维)，其原理是让植物中的纤维素重新析出而进行纺丝。粘胶纤维上游主要为棉花、木片和竹片生产的溶解浆，下游为纺服行业。粘胶纤维产品具有吸水性好，柔软透气，可降解可再生，抗皱褶能力强，光泽度好的优势，表现出较好的悬垂性，上身舒适，不会出现静电。以粘胶纤维为代表的再生纤维素纤维产品的亲肤性、透气性等优于以石油化学品为原料的合成纤维，但从全球产量来看，再生纤维素纤维占比仍较低，仅占6%，合成纤维、棉两者占据主要地位。
粘胶纤维主要分为长丝与短纤，长丝更近丝绸，产量较少价格更高。粘胶长丝主要用于丝绸方向，粘胶短纤维主要用于棉纺方向。粘胶长丝又叫“人造丝”，是天然真丝的替代品，具有光滑凉爽、透气、抗静电、染色绚丽等特性，在主要纺织纤维中含湿率最符合人体皮肤的生理要求，主要应用于高端服装和家用纺织品。粘胶短纤俗称“人造棉、人棉或粘纤”，与天然棉很像，具有“出于棉而优于棉”的特点，其生产原料资源丰富，具有吸湿性好，易于染色，织物穿着舒适的特点，粘胶短纤既可纯纺为人棉纱，亦可与棉花、涤纶短纤等混纺，制得混纺纱。当前粘胶纤维产量中以短纤为主，2021年我国粘胶长丝产量约16.1万吨，粘胶短纤产量约387万吨。短纤的价格也长期低于长丝，当前粘胶长丝价格约4.3万元/吨，短纤价格约1.5万元/吨，长丝价格约为短纤的三倍。
粘胶长丝行业集中度较高，公司优势主要集中在粘胶长丝。粘胶长丝全球产能集中在中国，根据新思界产业研究中心数据，近年来全球粘胶长丝总产能约为28万吨左右，其中中国产能占比达到75%以上，生产企业主要有吉林化纤、新乡化纤、宜宾丝丽雅等，公司具备8万吨粘胶长丝产能，规模位居全国及世界第一。公司业务结构中也长期以粘胶长丝为主，2016-2019年粘胶长丝收入占比均维持80%左右，2021年粘胶短纤占比有所提升，粘胶长丝占比降至约60%。粘胶长丝格局已然稳定，龙头市场控制力较强。2010年，工信部出台《粘胶纤维行业准入条件》，明确禁止新建粘胶长丝生产线。除了头部几家如吉林化纤、新乡化纤等，其他化纤企业因产能落后和环保等原因，已陆续退出了市场，未来行业也难有新进入者，龙头企业市场控制力将进一步增强。粘胶长丝在2014年后供需格局保持稳定，市场价格长期处于3.7-3.8万元/吨的水平，盈利能力波动也相对收窄。
吉林碳谷：国内首家实现大丝束原丝产业化
吉林碳谷为吉林系碳纤维原丝生产上市平台。吉林碳谷于2008年12月设立，原为集团子公司奇峰化纤的子公司，2015年6月股权独立于集团，由吉林市国资委通过吉林国兴新材料产业投资有限公司控股。吉林碳谷于2016年11月挂牌新三板，2021年11月转板北交所。公司主要从事聚丙烯腈基碳纤维原丝的研发、生产和销售，在原奇峰化纤20年腈纶制备基础上进行研发、摸索，创造性发明了DMAC为溶剂的湿法两步法原丝生产技术与工艺，打破国际碳纤维巨头在原丝生产技术上的垄断情况。
大丝束原丝成为公司核心业务。公司将24K/25K/48K产品划分为大丝束，过去三年大丝束原丝销量占比总原丝销量的比例约57%、79%、75%。其中，2019-2020年25K收入约2.0、3.7亿元，占比碳纤维原丝收入的67%、64%。公司下游主要是风电领域，风电叶片主要使用24K及以上的碳纤维，大丝束碳纤维(≥24K)性价比高的优势使其在风电叶片领域成为大势所趋。
依托腈纶工艺实现原丝的突破
吉林化纤集团承接起吉林市碳纤维产业化重任，吉林碳谷由此成立。吉林市自60年代起进行了多年碳纤维研究，其间成果颇丰，但一直没有产业化突破。吉林市政府和科技部门分析原因后发现，国外知名碳纤维生产厂家前身多为腈纶生产企业，于是2008年吉林市决定把原丝生产项目交给吉林化纤集团，集团在子公司奇峰化纤之下成立吉林碳谷公司，专门负责碳纤维原丝的研发与生产。吉林碳谷原丝生产技术与奇峰化纤同源。奇峰化纤原为港股上市公司，于2017年退市。奇峰化纤是全球腈纶纤维龙头，总产能38万吨，约占全球总产能的20.5%，占我国总产能的50%，其采用二甲基乙酰胺(DMAC)湿法二步法纺丝技术，主导产品包括腈纶短纤、腈纶丝束、腈纶毛条、腈纶长丝四大系列690多个品种。碳纤维原丝工艺与腈纶工艺密不可分，吉林碳谷以DMAC为溶剂的湿法两步法原丝生产工艺即源于奇峰化纤。
吉林碳谷以小丝束原丝的研发入手，于2016年实现12K中丝束的产业化。2008-2016年，公司专注于攻关小丝束碳纤维原丝，并成功实现了军工级别的1K、3K、6K等小丝束产品，该类产品碳化后可实现T400，在此技术基础上，公司继续研发了12K/S类中小丝束碳纤维原丝，于2016年逐步实现了12K/S的产业化稳定生产，碳化后可部分达到T700的水平。
吉林碳谷于2017年研究大丝束原丝，2019年起逐步实现产业化。吉林碳谷于2017年开始研究48K大丝束碳纤维原丝，借鉴24K碳纤维原丝生产经验，对原液流程实施再造，对关键装备技术进行升级；2018年7月，公司先后攻克了线密度控制难、水洗效果不均匀、原丝强度不稳定等难题，成功地研发出了48K碳纤维原丝的聚合、纺丝工艺技术，形成了千吨级PAN基48K碳纤维原丝技术工艺包，批量试生产出48K碳纤维原丝，并于2019年完成首批120吨48K大丝束原丝出口订单，开创国产大丝束碳纤维原丝出口先河，实现中国25K-50K大丝束碳纤维产业化。纺速、良率等持续提升，产品性能指标已于国际龙头水平相当。相较于干喷湿法纺丝工艺，湿法纺丝工艺纺速较慢。公司致力于通过提高喷丝孔孔径、纺丝液黏度等方法提高湿法纺丝速度，基础纺速从2018年的75m/min提升到2020年的100m/min，单线产能不断提升。另外，公司在产能不断提升的同时也注重产品品质的把控，经过长期研发、摸索，将毛丝的占比控制在合理范围内，满筒一级品率从2018年的82.23%提升到了2020年的93.15%，逐步实现大丝束原丝的稳定规模化生产。
产能扩张与持续降本为核心驱动
一是产能扩张。公司2021年末具备4.5万吨柔性化产能，预计2022年将新增柔性化产能4-6万吨，即2022年底达到8.5-10.5万吨产能，计划至2025年末达到20万吨、远期达到33万吨原丝产能。公司下游客户集中于精功系(当前为宝武系，包括吉林宝旌、浙江宝旌)、江苏恒神、国兴碳纤维、宏发纵横等。在碳纤维民用需求旺盛的推动下，下游普遍大幅扩产，公司扩张的原丝产能顺应下游趋势。
二是持续降本。吉林碳谷过去几年碳纤维原丝生产成本持续下降，至2020年单位生产成本下降至1.74万元/吨，其中直接材料占约60%左右。近年单位直接材料成本、制造费用、能源成本均呈下降趋势，一是由于原材料及能源单耗下降；二是碳纤维大丝束原丝规模效应显著，其他成本和费用的摊薄效应明显。未来随着公司产能进一步扩张，设备逐渐实现国产化，且生产工艺进一步优化，成本和费用摊薄效应将更加明显。
对大丝束的思考：壁垒在何处，技术向何方？
大丝束的本质是通过扩大单线产能、降低成本以实现更广泛的碳纤维应用。我们通常把大于24K的碳纤维称为大丝束碳纤维(1K代表一束碳纤维中有1000根丝)，在相同的生产条件下因单束碳纤维的丝数更多，故生产环节较难控制，通常性能弱于小丝束，但可以提高碳纤维单线产能，降低生产成本，从而实现更大规模的工业应用。近年大丝束销量占比呈现提升趋势，2021年全球碳纤维需求结构中，大丝束销量占比约44%，小丝束销量占比约56%。大丝束当前应用领域主要为风电、汽车等，从全球市场平均售价来看，风电、汽车等大丝束应用较多的领域均价也相对较低，如全球风电领域碳纤维均价约10.9万元/吨，主要以T300级24K、48K、50K等产品为主。
原丝为大丝束的核心壁垒
原丝为大丝束的核心壁垒，难点体现在产品稳定性与生产效率：一是原丝质量。原丝制备过程中所形成的一些物理化学缺陷会遗传给以其为原材料制备的碳纤维，进而影响碳纤维的质量与性能。大丝束碳纤维由于高通量，存在很多复杂的技术与工程问题，包括但不限于：一是一致性，纤维数量更多，保持每根纤维的一致性更难；二是毛丝问题，纤维数量越多则毛丝会越多，需要把毛丝的占比控制在合理范围内，否则碳化环节毛丝可能会发生剧烈的化学反应，导致纤维分子结构中的某些键断裂等现象发生。
二是原丝的高效生产。聚合环节为原丝的核心壁垒所在，使用两步法更优。在保证质量的前提下，大丝束原丝生产的核心为以低成本实现大产量。从纤维的母体聚合物的生产所采用的主要有溶液聚合(一步法)、水相悬浮聚合(二步法)两类。两步法为悬浮水相聚合工艺，可实现连续进料，其工艺可以允许使用更大的聚合釜，水相中反应更均匀，同时反应耗时较短，因而可以实现更大产量。此外，配方也为两步法的壁垒之一。当前国内掌握两步法的为吉林碳谷，其可以实现更低成本的生产以及更迅速的大幅扩产。
碳纤维原丝工艺与腈纶工艺密不可分。当前碳纤维主要为PAN基(聚丙烯腈基)碳纤维，其生产需要PAN原丝，而PAN原丝需要强大的腈纶长丝生产技术做支撑。PAN原丝与腈纶长丝同属于聚丙烯腈原料，不同是PAN原丝和腈纶长丝的各项技术要求有所不同，如PAN原丝要求更大的分子量(为实现更高模量)，要求自然垂度(否则预氧化碳化工段以熔断)，要求更低的断丝率(影响预氧化碳化且造成并丝互缠影响收卷)等。
低成本与高性能为未来方向
大丝束未来发展方向的核心是持续降低成本与提高性能。历史上新材料的不断出现、对现有材料的不断替代永远是进行时。一个新材料从发展初期至广泛应用，往往伴随着成本与售价的持续下降，玻纤的发展即是如此，大丝束发展的首要方向即是持续降本，未来降本主要方向或来自于：1)工艺升级带来的单位能耗和单位原材料的下降；2)设备国产化；3)规模效应。此外，大丝束制备较难，当前尚难以稳定到T700及以上强度，因此也制约了大丝束在部分场景的应用，未来随着工艺进步性能提升，大丝束碳纤维或也将在储氢瓶等领域得到更广泛的应用。
对中国大丝束碳纤维产业的未来展望
需求爆发将推动大丝束高速增长
大丝束碳纤维需求近年呈爆发之势，风电贡献主要需求增量。全球风电叶片需求从2016年的1.8万吨增至2021年的3.3万吨，年复合增速为13%；国内风电叶片需求从2016年的0.3万吨增至2021年的2.25万吨，年复合增速为50%，贡献了最主要需求增量，当前已占国内需求的36%。在风电行业高景气之下，叠加大机组下碳纤维渗透率有望不断提升，需求爆发将推动大丝束持续高速增长。此外，汽车也为大丝束应用的另一重要领域，当前渗透率仍低，未来随成本下降应用有望加速，将在远期贡献广阔增量。
风电催动大丝束市场放量崛起
风电叶片主要材质为复合材料，碳纤维复材开始崭露头角。在风电发展的100多年时间内，叶片材料先后出现了木材、布、铝合金等。但在发展过程中，具有高比强度、可设计性强的复合材料成为商业级叶片的主体制造材料，而风电领域也成为复合材料最重要的应用领域之一。风电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，一般由叶片大梁、腹板、外蒙皮组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90 %以上。复合材料叶片最初采用的是玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂体系，直到今天这仍是大部分叶片采用的材料。但随着风机功率增加，叶片长度增大，自身重量也不断增加，在这种情况下，具备高强高模、低密度的碳纤维复合材料开始崭露头角。当前碳纤维复合材料在叶片中主要用于主梁或分段叶片连接区域，承担主要载荷，2021年全球风电碳纤维用量约为3.3万吨。
风机大型化趋势下碳纤维渗透率提升为核心增长逻辑。传统的叶片制造材料主要为玻璃纤维复合材料，而当叶片长度超过一定值后，全玻璃钢叶片重量较大，性能上也有较多不足，或会出现共振问题、扭转问题等。玻璃纤维已经无法满足风电叶片大型化、轻量化的要求。而碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料具有更低的密度，更高的强度，其突破了玻璃纤维复合材料的性能极限，而且可以保证风电叶片在增加长度的同时，重量大大降低。在当前风机持续大型化趋势下，碳纤维渗透率将持续提升。
拉挤碳板用于主梁已成为主流。当前叶片用碳纤维中，约90%以上以拉挤板形式应用于主梁。国外最早将拉挤碳板应用于叶片，迄今已有十多年批量应用经验，如风电龙头Vestas采取拉挤工艺，大幅降低了碳纤维叶片的成本，引领风电叶片进入碳纤维时代。国内部分厂商已在新叶型上完成拉挤碳板试制，业内拉挤碳板新叶型研发加快。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。除拉挤碳板工艺外，风电叶片碳纤维还应用织物灌注和预浸料两种工艺，但对比拉挤碳板劣势较为明显，未来或被拉挤碳板替代。
当前国内风电碳纤维用量主要为加工碳梁出口。当前全球使用碳纤维风电叶片的主机厂主要是Vestas，而国内风电碳纤维需求亦主要源自为Vestas代工生产拉挤碳梁，主要生产企业为光威复材、江苏澳盛、江苏上纬等。2016-2019年国内风电装机量相对平稳，但碳纤维需求仍大幅增长，主要为供应Vestas的加工碳梁出口越来越多。2021年我国风电领域碳纤维需求约2.3万吨，据测算出口需求约1.9万吨，出口占比83%。
装机增长与渗透提升共振，碳纤维迎来需求崛起的突破口。《风电北京宣言》为风电发展提出明确目标，国务院也提出要加快推进大型风电基地建设，未来装机总量增速可期。同时，随着对低风速风区开发的重视度增强，以及对海风的持续开发，风电机组往大功率发展的趋势加速，对叶片长度的要求更高，碳纤维的渗透率也将持续提升。当前总需求中，出口需求占比重较高，未来随着国内渗透率提升，至2025年出口需求占比预计下降至45%。最终，2025年中国风电碳纤维总需求有望达到6.8万吨(包括出口)，年均复合增速28%，对应市场空间74亿。
汽车市场贡献远期广阔空间
碳纤维最初主要用在超跑、赛车等高端车型。碳纤维价格昂贵，最初在汽车领域主要应用于超跑、赛车等豪华车型，该类车型拥有高性能要求以及低价格敏感度的特点。碳纤维在高端车型中主要用于车身框架、底盘等主体部分，而中端车型目前只会在少部分零部件使用碳纤维材料。
宝马率先在中端车大量使用碳纤维。新能源车一直存在续航不足的痛点，解决方案分别为以特斯拉为代表的“钴路线”和以宝马为代表的“碳路线”。纯电动车的主流思路是以锂电池为核心，尽可能做大锂电池组的容量，这也是特斯拉、比亚迪等选择的路径。而宝马认为如果采取一个合适、保险的电池组，只要将车的重量降低到一定的程度，那么该电动车依然可以跑出一个可以接受的里程数。宝马早在2009年开始布局碳纤维，与西格里(SGL)成立合资公司生产汽车用碳纤维，后于2013年首次推出大量使用碳纤维的i3电动汽车。每辆i3的碳纤维复合材料质量在120公斤到150公斤之间，每年产量约为3万辆。受限于碳纤维成本高昂，新推车型碳纤维用量折中。由于成本及销量问题，BMW大量采用碳纤维的车型i8、i3分别于2020年、2022年停产。2021年，BMW推出iX车型，这次宝马对碳纤维的使用更加稳健，利用铝材和碳纤维组建iX的车身构架，其中铝材为主要骨架，碳纤维使用在侧围、车顶框架、前围、后窗框架、后围等部位进行补强。
参考铝替代钢的进程，碳纤维在汽车轻量化上大有可为。汽车轻量化一直是进行时，参考铝合金在北美汽车用量的演变，单车用铝量从1990年的75公斤提升至2020年的208公斤。碳纤与玻纤等复合材料在汽车中的用量也逐渐增加，玻纤更适合制成汽车非结构件、装饰件，而碳纤维适合运用在车身结构件。当前碳纤维在结构件中应用较低，未来远景空间广阔。
产能多点开花，后进者开始涌现
大丝束碳纤维行业产能有所扩张。随着技术进步以及需求爆发，除吉林系外，较多公司已经开始了大丝束碳纤维布局，部分也配套原丝布局，如上海石化、宝武碳业、兰州蓝星、新创碳谷等。随着国内大丝束市场进入者逐渐增多，产能不断跟进，中期维度供应紧张的情况有望缓解，大丝束碳纤维价格中期也有望逐步回落至合理水平，也将打开更广阔的应用空间。
海外大丝束碳纤维价格与国内差距较小。我国进口碳纤维主要来自日本、韩国、美国、墨西哥、匈牙利等，合计占据进口量的90%以上。选取进口大丝束型号稳定的墨西哥与匈牙利的进口均价作为国际大丝束不含税到岸价格(相当于国际大丝束龙头卓尔泰克的价格，卓尔泰克工厂在墨西哥与匈牙利)，最新6月价格约110元人民币/kg，若考虑增值税(13%)和关税(17%)约145元人民币/kg，而国内大丝束同期约140-145元人民币/kg，8月初降价后约130-135元人民币/kg。值得说明的是，海外大丝束碳纤维企业亦开启扩产计划，如疫情后东丽收缩航空领域业务，看好风电等领域应用增长，大幅对卓尔泰克进行扩产，在2021年实现了6000吨产能的投产，同时又开启新一轮6000吨产能的投产，将在2023年达到3.5万吨大丝束的产能规模。
上海石化——依托腈纶工艺，自主研发大丝束
上海石化为中石化旗下石油化工化纤企业。上海石化于1993年6月成立，实际控制人为国务院国资委，公司是中国最大的炼油化工一体化综合性石油化工企业之一，也是中国重要的成品油、中间石化产品、合成树脂和合成纤维生产企业。公司主要产品分为四个大类：石油产品、化工产品、合成树脂产品、合成纤维产品等。依托腈纶产业优势，2018年成功突破48K大丝束技术。2005年，上海石化腈纶研究所碳纤维技术开发室成立，开启攻关碳纤维；2012年9月，上海石化自行开发的国内独有的NaSCN湿法工艺和自主知识产权的成套技术；2016年5月，开始48K大丝束原丝工业化研究试验；2018年1月，形成了千吨级PAN基48K大丝束碳纤维成套技术工艺包，同年3月试制出48K大丝束碳纤维并贯通工艺全流程，同年5月装置已累计生产原丝4286吨，生产碳纤维709吨。
48K大丝束新项目投产在即。2020年上海石化拟投入约35亿元人民币建设2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年48K大丝束碳纤维项目。上海石化新开工项目采用自主开发的聚丙烯腈基大丝束原丝及碳纤维技术，工艺路线为硫氰酸钠(NaSCN)连续溶液聚合湿法纺丝、氧化、低温炭化等，建设2个原丝系列、3个氧化炭化车间，每个车间配置2条2000吨碳纤维生产线。公司目前拥有1500吨/年小丝束碳纤维生产能力，新项目于2021年1月开工，一期6000吨已投产在即，全部建成后公司将形成1.35万吨碳纤维产能。
宝武碳业——承继精功，背靠宝武
背靠中国宝武，致力于碳基新材料发展。宝武碳业科技股份有限公司是中国宝武钢铁集团“一基五元”战略中新材料产业的重要组成部分，以“成为中国新型炭材料行业领先者”为愿景，致力于碳基新材料产业发展。宝武碳业的主要产品为：1、焦油精制产品，包括炭黑、沥青、针状焦及其他油类副产品等；2、苯类精制产品，包括纯苯、甲苯、二甲苯等；3、碳基新材料，包括碳纤维及其复合材料、负极材料、石墨电极等。宝武碳业当前具备约211万吨焦油加工能力、25万吨苯加氢生产能力、15.3万吨针状焦、52.6万吨改质沥青生产能力。在碳基新材料领域，宝武碳业已具备1万吨碳纤维、10万吨石墨电极以及2.3万吨负极材料生产能力。公司当前主要收入为焦油精制产品，碳纤维2021年收入占比约12%，但是由于碳纤维业务毛利率高于焦油精制(碳纤维为26%，焦油精制为8%)，故碳纤维仍是重要利润来源，约占2021年毛利的28%。
碳纤维业务承继自精功集团，十四五期间将大幅扩产。宝武碳业的碳纤维业务主要源于精功系，公司与2020年12月收购了收购了精业新材51.69%股权、浙江宝旌49.74%股权、宝旌复材45.81%股权，进军碳纤维行业。公司主要生产T400系列12K、24K、25K的PAN基碳纤维产品，广泛应用于风电叶片、预浸料、建筑补强等领域，2021年产量突破万吨，为10079.30吨，销量为9952.84吨。根据宝武碳业的“十四五”发展规划，将建设6万吨碳纤维原丝项目和年产1.8万吨的碳丝项目，其中已于2021年投产了一条2500吨的碳化生产线。
与万华化学合资设立宝万碳纤维，进军大丝束原丝。宝武碳业与万华化学合资设立“浙江宝万碳纤维有限公司”以运营“绍兴柯桥原丝项目”。宝万碳纤维注册资本8.5亿元，全部为现金出资，其中宝武碳业出资4.335亿元，持股51%，万华化学持股49%。该项目于2022年3月开始建设，一期计划在2023年底建成，2025年底实现全部规划产能。当前公司原丝主要外采自吉林碳谷，公司自吉林碳谷采购金额为8.3亿元，该年碳纤维业务营业成本约9.8亿元。宝万原丝项目建成后，有利于公司实现从原丝到复材的全产业链生产，降低外采原丝的成本。此外，万华化学也是宝武碳业的第三大股东，其于2021年8月参股宝武碳业，当前持股比例为4.12%。除宝武碳业外，太钢集团的子公司山西钢科亦为宝武系碳纤维成员。山西钢科成立于2012年，专注于高性能PAN基碳纤维的研发生产，自中国宝武于2020年12月收购太钢集团51%以来，山西钢科也成为宝武系碳纤维一员。山西钢科已形成了高强型、高强中模型、高强高模型等三大系列高性能碳纤维产品体系，覆盖了国内高性能碳纤维领域主要品种。山西钢科已建成3条全流程高性能碳纤维生产线，设计产能合计2400吨/年，是国内高性能碳纤维主要供应商之一。今年山西钢科将建成投产具有260种约20万件复合材料部件生产能力的生产线，形成碳纤维与复合材料相互支撑、共同发展的新格局。今后太钢将继续投资建设两条2000吨的生产线和一条试验线，“十四五”末将实现年产6000吨高端碳纤维，远期达到万吨产能。
新创碳谷——宏发系复材资源加持，进军上游碳纤维
新创碳谷为宏发系复合材料产业的实控人所创。新创碳谷成立于2020年，注册资本1.5亿元，实控人为谈昆伦，其旗下拥有宏发纵横、新创智能、新创航空、华复轨道、新创汽车、检测实验室等多家全资控股、参股公司。宏发系拥有38年的复合材料装备制造经验、24年的轻量化复合材料市场经验，逐渐形成了以高性能纤维复合材料为基础，涵盖“复材设计、复材生产、智能装备、检测测试”为一体的全产业链业务体系，产品广泛应用于风电、轨道交通、汽车、航空航天等行业领域。新创碳谷开启从原丝、碳丝、复材的全链条大丝束投产计划。2020年，新创碳谷投资50亿元在常州建设碳纤维产业基地，规划建设原丝产能3.8万吨，大丝束碳纤维1.9万吨，大丝束碳纤维复合材料部件2.8万吨，年销售预计超100亿元。当前公司已建成1.2万吨碳化线产能。
