2022年新能源汽車市場深度分析報告精選資料匯編

目錄1、新能源汽車電驅動系統行業研究2、雙環傳動研究報告：卡位新能源與機器人_打開成長新空間3、半導體功率器件行業研究：供需持續緊張_新能源拉動新一輪增長4、碳纖維行業研究：風電等新能源勢起_碳纖維前景廣闊5、機械設備行業分析：關注新能源設備、半導體設備等高景氣賽道

新能源汽車電驅動系統行業研究

雙環傳動研究報告：卡位新能源與機器人_打開成長新空間1.高精密齒輪制造門檻高，格局優1.1.齒輪市場千億級以上，國內中高端齒輪制造商稀缺齒輪是輪緣上有齒能連續嚙合傳遞運動和動力的機械零件，由于傳動效率高、傳動比準確、功率范圍大等優點，齒輪機構在工業產品中廣泛應用，其設計與制造水準會直接影響到工業產品的品質。齒輪產品可分為車輛齒輪與工業齒輪兩大體系。車輛齒輪包括車輛變速總成和車輛驅動橋傳動總成，車輛齒輪的尺寸、模數變化范圍較小，生產批量大，易組織規?；a，價值一般占整車總價的7%-15%。車輛齒輪市場約占整個齒輪市場的62%，其中車輛齒輪零件約占車輛齒輪的50%。齒輪傳動在汽車上廣泛應用，主要作用有：1）變速：如變速箱/減速器齒輪，將發動機/電機傳來的轉速降低或增大，以滿足汽車行駛的需求；2）變矩：如汽車變速箱，驅動橋中的主減速器。3）變向：如汽車的主減速器和差速器。國內齒輪行業3000億左右產值，傲居世界首位。目前，全國齒輪企業近5000家，骨干齒輪企業300多家，年銷售億元以上僅200多家。我國齒輪行業結構分化明顯，高端產能稀缺，中低端產能過剩。據齒輪行業協會統計，高、中、低端產品的比例大約為25%、35%和40%；按照生產高、中、低端產品的企業來分，其比例大約為15%、30%和55%，其中汽車自動變速器、機器人精密減速器、350km/h以上高鐵用齒輪傳動裝置還不能滿足需求，仍大量依賴進口。（報告來源：未來智庫）1.2.齒輪易做難精，好一點，好很多按照精度來劃分，齒輪共有12個等級，其中0級是精度最高的齒輪，0-3級主要為標準測量齒輪，4-6級齒輪為高精度傳動齒輪，7-8級為普通的傳動齒輪，9-12級為低檔齒輪。齒輪應用領域的不同導致對齒輪的精度要求也存在差異，如對中高端乘用車的精度要求大多為4-6級，而手動變速器、商用車、農機以及工程機械大約在7-8級。齒輪加工的主要工序包括粗加工、熱處理、精加工等。根據不同結構要求，齒輪零件加工具體的工藝流程包括：鍛造制坯→正火→精車加工→插齒→倒尖角→滾齒→剃齒→（焊接）→熱處理→磨加工→對嚙修整。常用的熱前齒加工工藝為滾齒或者插齒,加工后的精度等級7-9級,更高精度的齒輪需要通過熱后精加工，如磨齒和珩齒來提高齒面質量。精加工之后，齒輪的表面粗糙度、波紋度會提升，齒面精度提高，齒形齒向精度提高，產品質量提升。高精密齒輪的制造涉及到技術、裝備、人才、管理等諸多方面，不是依靠單要素。企業需要在設計分析、仿真等軟件，高端齒輪裝備、材料及其熱處理技術、試驗技術與方法、潤滑油等各方面都要一定的積累和經驗。齒輪生產過程中設備的選擇、產線的布置、刀具的設計還會影響生產節拍和生產效率。齒輪加工是一個極為復雜的過程，以齒輪誤差和噪音為例，齒向誤差、齒廓誤差、跳動誤差、齒距誤差、齒面粗糙度都會影響齒輪制造的誤差，齒輪設計、制造、安裝、維護等環節的處理不當將可能引起齒輪噪音。1.3.雙環深耕齒輪40余年，批量精度達4級以上雙環傳動創立于1980年，在40多年的發展過程中一直專注于精密傳動齒輪的研發、設計、制造與銷售，2020年公司齒輪制造收入約30億元，是全球最大的專業汽車齒輪制造商。公司產品精度行業領先，最高穩定批產4級高精度齒輪。目前公司產品齒輪模數從0.5-6mm不等，齒數從3-300不等，大部分產品精度等級可以達到國標4-9級，而通過磨齒加工的齒輪則可以穩定達到國標4級，即高精度傳動齒輪中精度等級中最高的一級，而國內傳統齒輪供應商大多只能生產7-8級的齒輪，對于高精度齒輪的生產能力不足。1.4.專業的經營團隊打造專注的雙環公司核心管理團隊大多來自市場化人才，具備豐富的專業經驗。管理層均持有公司股份，彰顯經營信心。2020年11月，公司實施員工持股計劃，35名核心員工參與公司股票認購，包括12名董高監和23名中層管理人員和骨干人員?，F任董事長吳長鴻從基層起步，具有豐富的技術和管理經驗，歷任玉環縣振華齒輪廠及臺州齒輪廠生產主管，銷售主管，臺州齒輪廠銷售副總經理，浙江雙環控股集團股份有限公司總經理，是中國齒輪專業協會常務理事，中國齒輪行業優秀企業家?？偨浝韽埫裥袠I經驗豐富，先后擔任德國斯圖加特大學機床研究所任切削技術組研究職員、德國馬勒濾清器系統有限公司工程師、奧地利TCM國際刀具咨詢與管理集團項目經理、大眾汽車自動變速器(大連)有限公司生產總監、吉利汽車集團寧波上中下自動變速器有限公司總經理等。環動科技核心負責人張靖博士曾先后就職于撫順新撫鋼鐵有限責任浙江雙環傳動機械股份有限公司，諾邁士(韓國)科技有限公司，重慶鐵馬工業集團有限公司，浙江雙環傳動機械股份有限公司研發部部長，浙江雙環傳動機械股份有限公司精密傳動智能制造中心總經理。2.汽車電動化重塑汽齒格局，雙環獨占鰲頭2.1.電動化促進汽車齒輪外包化由于電動車中電機轉速比傳統燃油車更快，因此在噪音、轉速和扭矩等方面對齒輪要求更高，中小廠商沒有相關技術和設備很難做到。傳統汽車要求齒輪的轉速為6000-8000轉/分，電動汽車則要達到15000-20000轉/分，電機轉速的提升帶來齒輪精度要求和噪音要求的提升。主機廠競爭焦點轉變，外包齒輪的意愿加強。隨著汽車新四化浪潮的到來和競爭加劇，主機廠需要將更多的精力和資源投入到電動化、智能化、網聯化等領域，齒輪制造的資金和資產投入多，不是當前主機廠最前置的競爭焦點，因此在電動化階段主機廠傾向將齒輪外包，而中小廠商受技術和設備的限制，很難滿足新能源汽車齒輪的精度要求，市場主要向中高端的齒輪龍頭集中。電動化促進汽齒供應鏈由封閉走向開放。傳統汽車體系下，除了簡單的手動箱，自動變齒輪的齒輪大多由變速箱廠自制，僅有少量的第三方廠商有機會和能力參與到自動變齒輪供應中，而雙環是國內為數不多為自動變配套齒輪的廠商，且是全球最優秀的變速箱廠采埃孚在亞太市場的獨家供應商。2.2.卡位新能源，雙環inside雙環已全面覆蓋新能源汽車市場主流客戶和Tier1供應商。在新能源車領域中，雙環與博格華納、上汽、比亞迪、蔚來、舍弗勒、日電產等全球優秀整車及零部件企業進行合作，產品覆蓋了一系列國內外新能源車型。據乘聯會統計，2020年新能源汽車銷量排名前20的車企占中國新能源汽車總銷量的77%，雙環傳動是其中絕大部分的直接或間接供應商，幾乎覆蓋新能源汽車主流市場的所有客戶和Tier1供應商。2020年雙環在A00級以上的純電市場的份額接近50%。根據年報披露，2020年雙環純電動汽車傳動件銷量為150.6萬件，按一套減速箱需要2個齒輪和1個齒輪套組，外加電機中的一根電機軸，每輛單減單電機純電動車需要4個齒輪傳動件，公司2020年純電動汽車出貨量約為38萬臺套。2020年國內A00級以上純電動減速箱出貨量約80萬輛，公司在A00級以上純電動市場份額接近50%。據統計，2021年1-11月A00級以上純電累計銷量149萬輛，除長城汽車外，雙環覆蓋其他前15的主流品牌，公司在純電（A00級以上）品牌覆蓋率接近90%，考慮配套比例，北美客戶國產化后，市場份額超過70%。2021年1-11月混動汽車累計銷量60.7萬輛，比亞迪、理想、上汽、領克、豐田、沃爾沃均為雙環客戶，公司在混動市場的品牌覆蓋率超過75%，考慮配套比例，雙環在混動市場份額約50%。2025年全球新能源汽車電驅動齒輪市場將超過200億元。假設純電汽車每套減速器500元，平均每輛車配套1.2套電驅動（考慮部分車型雙電機），混動汽車每套電驅動齒輪價值量1000元左右，預計2025年全球新能源電驅動齒輪市場為222億元，中國市場為74億元。3.第二成長曲線：機器人關節3.1.高精密傳動的明珠：機器人減速機減速機是工業機器人的三大核心器件之一，占機器人成本構成的三分之一左右，決定著機器人精度、穩定性、負荷能力三個核心指標，尤其對精度的影響大，減速機的性能好壞直接影響到工業機器人的應用。RV減速器與諧波減速器是最廣泛使用的機器人減速機。RV減速器負載能力高、剛性大、可靠性高，主要用于機器人大肩部等負重載的位置，一臺工業機器人的腿部、腰部和肘部需要4-6臺RV減速器。諧波減速器體積小、傳動比高，主要用于機器人小臂、腕部或手部。全球機器人減速器被日本廠商統治，全球諧波減速器龍頭為哈默納科，RV減速器龍頭為納博特斯克。據統計，納博特斯克大約占據了整體減速機市場的60%市場份額，哈默納科大約為15%的市場份額，住友和Spinea分別占據10%、5%的份額，其余品牌合計占據約10%的份額。減速機內部為高精度的元件齒輪相互嚙合，對材料、精密加工裝備、加工精度、裝配技術、高精度檢測技術都有極高的要求，產品質量差異無法通過外觀判斷，需要長時間的驗證，因此減速機的國產化進展緩慢。3.2.中國工業機器人是全球最大、最具潛力的市場中國工業機器人市場全球第一，市場需求占全球50%左右，年銷量超15萬臺，年產量超30萬臺。根據IFR統計，2020年國內工業機器人銷量達15.6萬臺，同比增長11%，市場規模連續世界第一，市場份額約50%。據國家統計局統計，2021年1-11月國內工業機器人產量33萬臺，同比增長49%。據IFR預計，2021年我國工業機器人市場規模將達到446億元，到2023年，國內市場規模進一步擴大，預計將突破589億元。我國工業機器人密度與發達國家仍有差距，具有較大的潛在增量空間。2019年全球工業機器人裝機密度為113臺/萬人，新加坡和韓國是全球機器人裝機密度最高的市場，每萬人機器人裝機數量分別達到918臺和855臺，而中國市場工業機器人密度僅187臺/萬人，遠落后于發達國家。國內減速機長期被卡脖子，制約了國產機器人行業的發展。由于海外品牌幾乎壟斷了減速機制造，國內的減速機國產化緩慢，導致長期以來減速機企業實施差異化供貨策略，如納博特斯克、哈默納科禁止ABB、發那科、安川、庫卡等主流機器人整機廠商把減速機二次銷售給中國本土企業；當供貨給中國公司時，售價則是ABB等企業采購價的2-4倍，且供貨周期長達3個月至半年以上，不僅大幅壓縮了本土機器人企業的利潤空間，還拖累了本土機器人企業的開發進度。減速機國產化有望進一步推動國產機器人發展，2025年國內減速機市場空間預計超過100億。受制造業升級和疫情催化影響，新能源汽車、3C電子等領域“機器換人”需求持續釋放，國產工業機器人產量大增，并逐步向醫療、光伏、金屬制品、倉儲物流、家電等應用領域滲透，市場潛在增量空間可觀。一般工業機器人每個關節都需要配備一臺減速機，負載20kg以下的小臂、手腕關節可采用諧波減速器，大臂位置使用RV減速器，多關節機器人一般需要4-6個減速機。2020年國內工業機器人產量23.7萬臺，同比增長19.1%，假設平均每臺機器人5個關節，行業年復合增速25%，預計2025年國內減速機市場空間117億元，年復合增速22.4%，考慮當前國產減速機的滲透率極低（估計10%左右），國產減速機的復合增速將遠超行業增速。3.3.機器人減速機的國貨之光——雙環傳動依托齒輪主業，發揮制造積累優勢，公司是國內機器人關節的后起之秀，RV減速器年出貨量超過2萬顆，是國內為數不多大批量產的減速機廠商。公司2014年3月立項“工業機器人RV減速器”，進行減速器研發、設計和新設備采購，并在年內已完成RV-C、RV-E兩大系列多種型號減速器的設計工作和臺架測試。2015年5月，募集資金3億元投入機器人RV減速器產業化項目，實現產能6萬套工業機器人RV減速器的生產能力。2016年11月與新松機器人簽訂《合作框架協議》，2018年3月與埃夫特簽訂1萬臺減速器供貨協議。目前，公司開發了40余種高精密減速器，客戶全面覆蓋國內主流的機器人廠商。為保障機器人關節業務順利運營，公司2020-2021年將機器人關節業務和團隊單獨拆分成子公司獨立運營，同時通過股權深度綁定核心技術人員。2020年4月，公司以自有資金出資2,000萬元設立全資子公司浙江環動關節科技有限公司，核心技術人員張靖博士擔任環動科技的負責人。2021年8月，核心技術團隊和公司管理層向環動科技增資，股權深度綁定后，充分地調動環動科技經營管理團隊、核心骨干的積極性,有效地吸引、穩定優秀人才。公司機器人業務蓄勢待發，提供潛在估值溢價。根據公司公告披露，2020年環動科技（機器人關節業務子公司）實現收入2617萬元，凈利潤584萬元，2021H1實現收入4227萬元，凈利潤449萬元，公司RV減速機業務順利實現盈利拐點，預計隨著出貨量的提升，盈利表現將進一步改善。公司諧波減速器2018-2019年投放市場，2021年基本完成了市場驗證，預計2022年將進行市場推廣，打開環動科技的成長新空間。對比機器人關節的同行業公司，環動科技具備較高的估值溢價潛力。全球諧波減速機龍頭哈默納科PE估值長期在30-60倍波動，國內諧波減速機龍頭綠的諧波PE估值中樞約為150倍，納博由于RV減速器只占其業務收入的40%，估值相對較低，PE估值區間為16-32倍。

半導體功率器件行業研究：供需持續緊張_新能源拉動新一輪增長1.功率器件供需緊張，風光儲拉動新一輪增長1.1.功率器件交期保持緊張，新能源車功率器件需求旺盛使得海外大廠供不應求海外大廠功率器件交期保持緊張。根據全球電子元器件代理公司富昌電子發布的電子產品交期數據，主要海外廠商的功率器件產品交期自21Q2開始拉長，并在22Q1進一步升高。目前IGBT和主流的MOSFET產品交期接近50周，反映海外大廠的功率器件供應十分緊張。新能源車滲透率、單車功率器件價值量的提升將共同推動車用功率器件市場快速增長。我國新能源車滲透率持續攀升，并在2022年4月達到汽車產量的26%。雖然疫情短期對汽車整體產量造成沖擊，但預計疫情緩解后，新能源汽車產量將重拾增長。根據英飛凌的預測，2021年純電動汽車中半導體含量會比傳統燃油車增長460$（增長近一倍），而其中絕大部分增量是功率半導體。新能源車市場的發展，加上單車功率器件用量提升，預計將推動車用功率器件需求量快速增長。功率器件大廠產能供不應求。根據英飛凌數據，其2022Q1的積壓訂單金額環比增長19%到370億歐元。英飛凌高管指出，這些訂單當中超過五成是汽車相關產品，75%的訂單在未來12個月內才能交貨；目前積壓訂單遠超出英飛凌的交付能力。1.2.全球碳中和打開風光儲成長空間全球“碳中和”使風光儲裝機量有巨大增長空間。根據IEA的統計，截至2021年9月，全球有53個國家，以及歐盟已經做出到2050年要達到二氧化碳凈零排放的承諾。這些國家加起來占據全球GDP和二氧化碳排放量的60-70%。隨著這些國家以及其他國家做出減少排放的努力，預計風電、光伏、儲能（統稱為“風光儲”）的裝機量會迅猛增長。英飛凌預計，在IEA可持續發展情景假設下（2070年全球達到二氧化碳凈零排放），2021~2030年的風光儲年均裝機增量分別為110、240、22GW；在IEA2050年全球達到凈零排放的情景假設下，2021~2030年的風光儲年均裝機增量分別為240、420、33GW，分別較2020年新增裝機量大幅增長2.1、3.1、6.6倍。中國碳達峰、碳中和行動也將促進風光儲需求增長。我國政府在2021年做出指導意見，目標在2030年中國非化石能源消費比重達到25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上，實現二氧化碳排放量達到峰值；在2060年非化石能源消費比重達到80%以上，順利實現碳中和目標。根據國家能源局數據，2021年風電和光伏的累計裝機量分別為3.3、3.1億千瓦。按照國家對2030年風電和光伏總裝機容量的目標，則2021~2030年的復合增速在7%以上。預計在我國實現碳達峰、碳中和過程中，風光儲裝機量將有很大增長潛力。1.3.光伏市場繼續快速成長中國和全球的光伏新增裝機量保持快速增長。根據中國光伏行業協會（CPIA）數據，2021年，中國光伏新增裝機54.88GW，同比增長14%，而全球光伏新增裝機170GW，同比增長25%。對于2022年中國光伏新增裝機量，CPIA預測將達75~90GW（對應同比增長37%~64%），而中國電力企業聯合會預計2022年我國光伏新增裝機量約90GW。CPIA預測2022年全球光伏新增裝機量將達195~240GW，對應同比增長15%~41%。行業協會的預測值顯示我國和全球光伏新增光伏裝機量將保持較快增長。集中式、分布式光伏并行發展。目前光伏發電系統按照電站安裝位置可以分為集中式光伏和分布式光伏，其中集中式光伏一般指建于荒漠地區、接入高壓輸電系統實現遠距離供電的大型光伏電站，而分布式光伏一般指建于建筑屋頂等場地的光伏發電項目。在光伏發展早期，因為發電系統成本較高，具有集約化效應的集中式光伏發電效益更好（單瓦發電成本低于組串式光伏），從而首先得到快速發展。隨著光伏發電成本的下降，以及光伏平價上網的實現，分布式光伏系統也開始迅猛發展。2021年，中國分布式光伏新增裝機量占比達到53%，占比首次超過集中式光伏。1.4.風電穩健增長，儲能預計迎來爆發風電新增裝機在2022年預計恢復穩健增長。2020年，我國受到風電并網補貼即將結束的刺激，出現了一次風電搶裝潮，帶來了2020年我國及全球風電新增裝機量迅猛增長，并影響到2021年的裝機增速。不過從2018~2021年來看，中國風電新增裝機量的復合增速為32%，全球為23%，均保持了較高增速。22Q1，我國風電新增裝機量達到7.9GW，同比+50%，顯示風電裝機恢復快速增長。展望未來，GWEC預計2021年到2026年全球風電新增裝機將有6.6%的復合增長。以鋰離子電池為主的新型儲能市場在快速發展。根據CNESA統計，截至2021年底，全球已投運電力儲能項目累計裝機量為209GW，其中新型儲能（包括電化學儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能）的累計裝機量為25GW，同比增長68%。在新型儲能中，鋰離子電池占據絕對主導地位，市場份額超過90%。2000-2020年，全球新型儲能占整體儲能累計裝機的比例為7.9%，而2000-2021年該比例提升到12.2%。新型儲能市場在鋰離子電池儲能的帶動下快速發展。新型儲能市場預計迎來高速增長。國務院在2021年印發《2030年前碳達峰行動方案》，提出到2025年，新型儲能裝機容量達到30GW以上。根據CNESA統計，2021年我國新型儲能累計裝機在5.7GW，即意味著2022~2025年的年均新增裝機量要達到6.1GW以上，是2021年新增裝機（2.5GW）的2.5倍。CNESA預計2025年我國新型儲能累計裝機保守預測規模在35.5GW，而樂觀預測規模將達到55.9GW，是2021年規模的近10倍。除了政策推動，風電和光伏發展也會帶來一些配套的儲能需求，這也將是儲能裝機成長的另一個推動力。2.風光儲打開功率器件成長新空間2.1.逆變器是實現交直流轉換的核心器件光伏逆變器是光伏發電系統主要部件之一。光伏系統一般由光伏組件、逆變器、其他配電設備等組成。光伏逆變器主要的功能是把組件所產生的直流電轉化成交流電，并跟蹤光伏陣列的最大輸出功率，將其能量以最小的變換損耗、最佳的電能質量并入電網。光伏逆變器主要由輸入濾波電路、最大功率點跟蹤（MPPT）電路、DC/AC逆變電路、輸出濾波電路、核心控制單元電路組成。MPPT電路通過控制太陽能電池陣列的輸出電壓或電流，使太陽能電池陣列始終工作在最大功率點上。集中式和組串式逆變器是目前主流產品。光伏逆變器一般可以按照技術路線及功率水平分為集中式逆變器、集散式逆變器、組串式逆變器以及微型逆變器。目前市場主要以集中式逆變器和組串式逆變器為主。逆變器又可根據輸出交流電壓的相數，進一步分為單相逆變器和三相逆變器。不同逆變器有不同的適用功率和發電成本。集中式逆變器是將匯總后的直流電轉變為交流電，功率相對較大，且系統單瓦成本最低。組串式逆變器是將組件產生的直流電直接轉變為交流電再進行匯總，功率相對較小，但成本都處于適中位置。微型逆變器對應的光伏組件數量最少，優勢是低壓、安裝靈活，但系統成本也最高。2.2.光伏逆變器帶動功率器件全面發展根據不同的電壓、功率要求，光伏逆變器中可以使用不同的功率器件實現直流到交流的逆變功能。目前主要使用的功率器件包括IGBT模塊、IGBT單管、SiCMOSFET、硅基MOSFET等。根據英飛凌的光伏逆變器功率器件解決方案，不同功率段逆變器推薦的功率器件方案如下：在250kW以上功率的逆變器中，推薦使用IGBT模塊；在30~200kW功率范圍的逆變器中，推薦使用IGBT模塊，也可以使用SiCMOSFET模塊，以及分立方案（IGBT單管或SiCMOSFET）；在30kW以下功率的逆變器中，分立方案占主流，并依據電壓的不同，可以選用IGBT單管、SiCMOSFET或者其他硅基MOSFET。功率器件預計占逆變器成本的10%~15%。逆變器成本結構包括結構件、功率器件（IGBT為主）、IC、被動元器件、PCB板等。參考固德威和錦浪科技過去幾年的成本結構可以看到，功率器件占公司整體原材料采購的比例為10%~15%。2017~2020年，逆變器占固德威、錦浪科技收入比例在90%以上，所以我們預計功率器件占逆變器原材料成本比例也在10%~15%。2.3.風電變流器風電裝機大容量化，帶動高壓IGBT和IGCT發展變流器是風電系統的核心部件之一，實現“交流-直流-交流”的轉換。風力發電的原理風葉轉動帶動發電機發出交流電，但由于風力發電有很大的不穩定性，且風速和設備本身等都會直接影響發電機轉動，因此需要使用整流器將交流電整流為直流電，然后把直流電再逆變為固定頻率的交流電，最后再升壓并網。風電系統中涵蓋整流、逆變功能的核心部件就是變流器。風電變流器主要有雙饋式和全功率式兩種類型。雙饋變流器配套雙饋發電機使用，而全功率變流器配套永磁、電勵磁同步發動機或者高速異步發電機使用。具體差別為：雙饋發電系統中，發電機的電功率一部分直接經定子饋送到電網，另外一部分由轉子經變流器饋送到電網，故其中的變流器稱為雙饋變流器。雙饋發電系統中，風輪直接或通過升速齒輪箱與發電機主軸連接，具備轉速調節范圍大，變頻器所需容量小，成本低的優勢，但劣勢是齒輪箱會帶來后期故障和維護成本。全功率變流器主要用于直驅或半直驅式同步風力發電機系統，風輪直接與發電機主軸連接。因發電機所有的發電功率需要經變流器饋送到電網，故這里的變流器被稱為全功率變流器。全功率變流器具有效率高、節省齒輪箱的優勢，但其整體體積大，且變頻器容量大、成本貴，使得目前全功率變流器成本較雙饋變流器要高。風電變流器銷售單價穩中有降。參考禾望電氣和日風電氣披露的風電變流器銷售單價變化可以看到近年來變流器價格隨著技術改進有一定下降。由于全功率變流器的變頻器容量較同功率的雙饋變流器大，所以全功率變流器銷售價格一般較雙饋型要貴。日風電氣4.0MW的產品以全功率為主，所以根據其2020年的銷售單價，我們估計全功率變流器價格較雙饋型貴40%左右。風機平均裝機容量持續提升帶來對高壓功率器件需求增長。由于大容量風機可以減少風機數量，降低運營和維護成本，所以新增風電裝機平均容量在持續增大。2020年，我國海上風電平均裝機容量在4.9GW，而陸上風電平均裝機容量在2.6GW。2020年，我國5MW以上的新增風電裝機占比在3.9%，而我們預計未來大容量風機占比將繼續提升。大容量風機也將帶動高壓功率器件需求增長。功率器件占風電變流器成本比例在15%~20%。2014~2016年，禾望電氣的營收中風電變流器占比達到80%左右，而這段時間，功率器件在其采購成本中占比達到15%~20%。另外，根據日風電氣的披露數據，其2018~2020年的主要IGBT采購額占原材料采購總成本在14%~22%。綜合來看，我們預計目前以IGBT為主的功率器件占風電變流器成本比例在15%~20%。變流器中功率器件以IGBT為主，而IGCT在5MW以上變流器中逐步得到推廣。目前風電變流器的電壓等級主要為690V、900V、1140V以及3300V。由于同等功率下，電壓越大時電流就越小，從而可以降低電路損耗以及電纜等成本，所以風電變流器有往高電壓等級發展的趨勢。從禾望電氣、日風電氣等變流器廠商的原材料采購情況看，目前風電變流器應用最廣泛的開關器件為IGBT模塊，而隨著變流器容量的增加，IGCT逐步得到推廣應用。IGCT是在GTO器件上的改進，其較IGBT有更高的耐受電壓和可靠性，適合用于高壓大功率場景。目前針對5MW以上容量場景，ABB、西門子、禾望電氣等廠商都推出了搭載IGCT器件的變流器。根據禾望電氣2019年的數據，在3300V變流器中，IGCT約占變流器成本的50%，反映在高功率容量變流器中功率器件成本占比要明顯高于普通變流器中IGBT的成本占比。2.4.儲能變流器與光伏逆變器結構相似，打開功率器件成長新空間儲能變流器根據應用有不同產品形態。按照應用場景和容量大小，儲能變流器可以分為光伏儲能混合式變流器、小功率儲能變流器、中功率儲能變流器、集中式儲能變流器等。一般來說光伏儲能混合式、小功率儲能變流器應用于戶用和工商業場景，可以將光伏發電先供本地負載使用，多余的能量存儲到蓄電池，在電能仍有富余的情況下可選擇性并入電網。中功率、集中式儲能變流器可以實現更高輸出功率，應用于工商業、電站、大型電網等場景中，實現削峰填谷、調峰/調頻等功能。儲能變流器預計占儲能系統價格比例15%左右。小功率的儲能變流器與光伏逆變器結構相似，也都使用如IGBT、PCB、被動元器件等零部件，不過會在逆變電路上再加上整流電路，以實現雙向充放電。大功率的儲能變流器一般是作為一個儲能系統的組成部分，其他部分還有電池、電池管理系統、能量管理系統和其他電氣設備。一般來說，電池在儲能系統成本中占比最大，然后再是儲能變流器。根據上能電氣披露的數據，2021年行業內儲能系統中標均價在1.48元/Wh。按照上能電氣2021年儲能產品均價0.23元計算，則儲能變流器占儲能系統價格比例在15%左右。預計功率器件占儲能變流器成本在15%左右。儲能變流器內部的電路拓撲結構與光伏逆變器相似，只不過在逆變電路上加上整流功能變成變流電路。參考在光伏逆變器中，功率器件成本占比在10%~15%，我們預計由于變流器中多了整流電路，會使得功率器件在變流器成本占比達到15%左右。儲能變流器中可使用分立器件或者IGBT模塊。根據不同功率范圍，儲能變流器中使用的功率器件也有不同選擇。按照英飛凌的推薦儲能解決方案，一般在100kW以下功率變流器中，由于電壓等級不高，可以使用分立器件，如超級結MOSFET、SiCMOSFET和IGBT單管。在100kW以上功率變流器中，推薦使用模塊產品，包括SiCMOSFET模塊和IGBT模塊。2.5.SiC提升逆變器效率，在光伏領域逐步得到應用SiC有優秀的材料特性。SiC材料相比Si材料具有更寬的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場和高的熱導率等物理優點，從而使得SiC功率器件擁有更高的功率頻率、阻斷電壓、耐高溫能力和更低開關損耗，進一步推動逆變器系統往小型化、低損耗發展。光伏逆變器中的開關電路和續流二極管都可以使用SiC器件。逆變器電路中的功率器件分為兩大類：開關器件和續流二極管。開關器件用來控制電路的通斷，將直流逆變為交流。續流二極管（可選用快恢復二極管或者肖特基二極管）并聯在開關器件上，為感性負載上的電流提供通路。這兩部分電路都可以通過使用SiC器件來降低損耗。SiC器件可以提升逆變器的效率。通過組合Si和SiC器件的使用，目前逆變器的電路有多種方案，包括：1）全硅基型，是全部使用硅基器件，包括IGBT、二極管；2）混合型，是混合使用硅基與SiC器件，例如SiIGBT+SiC二極管，或SiIGBT+SiCMOSFET；3）全SiC型，是全部使用SiCMOSFET或者SiC二極管。從表現來看，使用全SiC的逆變器在逆變效率上好于混合型，而全硅基型的效率表現弱于前兩類逆變器。SiC器件價格目前仍較高。以安森美公布的功率器件價格為例，目前SiC二極管的產品均價在4.9$，而SiCMOSFET單價在13.3$，更是明顯高于IGBT單管價格。隨著全球SiC襯底及器件產能的擴充，預計SiC器件價格將逐步下行，從而帶動基于SiC的逆變器系統的性價比提升。SiC二極管預計先鋪開應用，而SiCMOSFET預計將在高功率密度要求場景下得到應用。考慮到SiC二極管單價占逆變器整體成本比例不大，所以預計其將逐步在逆變器中得到應用。SiCMOSFET目前成本仍較高，預計將先在一些對功率密度要求高的場景下使用，例如地面電站的大型組串式逆變器、追求高效率的大功率組串式逆變器。3.新能源功率器件市場快速成長3.1.新能源功率市場2025預計為174億元，較2021年復合增長20%我們預計風光儲新能源發電領域中功率器件市場規模將在2025年達到174億元，較2021年的復合增速達到20%。在這之中，光伏領域功率器件市場最大，預計在2025年達到124億元；儲能功率器件市場預計隨著儲能裝機規模提升而明顯增長；風電功率器件市場預計有小幅增長。IGBT模塊占據主導地位，其他功率器件需求復合增速預計在20%以上。分功率器件類型來看，由于IGBT模塊在大功率場景下的適用性，預計其在新能源市場中占據主導地位。IGBT單管和硅基MOSFET將受益于組串式光伏、戶用光伏和儲能市場的發展。考慮到SiC器件在提升效率上的優勢，預計其也將在集中式光伏逆變器等場景下得到應用。3.2.光伏帶動功率器件全面成長新增加替換需求帶動光伏逆變器出貨量高增長。逆變器的需求除了來自每年的新增光伏裝機，也包括老舊逆變器的替換需求。根據錦浪科技招股書，逆變器的使用年限一般在10年左右，在組件的壽命周期內，至少需要更換一次逆變器。WoodMackenzie估計2019年有21GW的逆變器面臨報廢，并預計到2024年全球將有176GW逆變器的使用時間高于10年。通過統計老舊逆變器規模（使用計算年份的10年前累計光伏裝機量來代表，歷史數據來自21世紀可再生能源政策網絡），以及假設一定比例的逆變器將得到替換，我們預計出未來幾年全球光伏逆變器的替換需求。結合CPIA對未來的全球光伏裝機的預測，我們預計2025年全球逆變器出貨量將達485GW，使得2022~2025年復合增速達到16%。預計2025年光伏逆變器中功率器件價值量將達128億元，其中IGBT達101億元。由于IGBT模塊和單管的適用性廣，所以在未來光伏逆變器中仍是主要的功率器件，預計到2025年占整體光伏功率器件需求的80%左右。我們預計2025年，光伏逆變器中，SiC器件市場將達15億元，而硅基MOSFET市場達12億元。隨著SiC成本的下降，我們預計其會在集中式逆變器（全SiC模塊）和組串式逆變器（SiC二極管）中得到應用，而硅基MOSFET（包括超級結、屏蔽柵MOSFET）市場會受益于微型逆變器出貨量的提升。3.3.儲能市場爆發，風電市場穩健發展，帶動IGBT模塊需求提升儲能預計配套光伏、風電而快速發展。目前全世界有許多國家都鼓勵在光伏裝機時配套一些儲能裝機，而我國也有多省出臺文件要求光伏裝機要配套10%的儲能裝機。在儲能配套的要求以及儲能自身成本下降的推動下，預計儲能市場將快速發展。CNESA預計，樂觀情況下，2025年中國新型儲能累計裝機預計達到56GW，而新增裝機達到23GW，較目前裝機量有大幅增長。另一方面，我們預計儲能裝機功率會與光伏裝機功率分布相似，而根據IEA數據，2021年戶用、工商業、電站光伏裝機量分別占13%、17%、69%，所以我們預計儲能變流器中小功率、中功率和大功率比例將與此類似。在下游市場帶動下，儲能領域功率器件價值量未來4年復合增速有望在60%以上。我們預計2025年全球儲能功率器件市場達到26億元，較2021年復合增速為66%，其中IGBT模塊占據主要份額。由于很多光伏逆變器廠商也在同時開發儲能變流器產品，所以預計儲能市場能給功率器件廠商又增加另一增長動力。風電變流器功率器件價值量穩健上升，IGCT在大容量風機帶動下快速成長。根據全球風能協會（GWEC）的預測，2025年全球風電裝機量預計達到119GW，較2021年的復合增速為6%，顯示風電行業保持穩健增長。隨著風電裝機大容量化以及海上風電的發展，預計5MW以上的裝機比例將逐步提升。由于在大容量領域，IGCT較IGBT具有高耐壓和可靠性優勢，所以我們預計其在5MW以上的使用比例在70%~80%。

碳纖維行業研究：風電等新能源勢起_碳纖維前景廣闊1、碳纖維綜合性能超群，被譽為“材料之王”碳纖維是一種含碳量在90%以上的碳主鏈結構無機纖維，通過高溫分解法去除除碳以外絕大多數元素，由有機纖維（聚丙烯腈基（PAN）、瀝青基、粘膠基纖維等）在1000℃高溫以上的惰性氣體中裂解碳化制成，其中全球90%以上的碳纖維是由PAN制成。碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性，強度高（強度約為鋼的10倍）、模量高、密度?。芏葹殇摰?/5、鋁合金的1/2）造就其輕量化的特點。除此之外，碳纖維還具備耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數小、耐高溫、電及熱導性高等特點。因為碳纖維擁有超群的綜合性能，被譽為“材料之王”和“黑色黃金”。作為現代工業中不可或缺的高科技新型材料，碳纖維被廣泛應用于航空航天、新能源裝備、汽車、體育用品、交通運輸、工程器械、醫療器械、建筑及其結構補強等領域。碳纖維有諸多分類標準，通常按照原絲類型、力學性能、絲束大小這三種維度進行分類。按照原絲類型分類：（1）瀝青基碳纖維：以瀝青為原料，提高瀝青的使用價值，尺寸穩定性好。瀝青基碳纖維與氰酸酯樹脂制成的復合材料熱膨脹系數小，可以用作人造衛星材料或其他精密材料；（2）粘膠基碳纖維：由含纖維素的粘膠纖維組成，石墨化程度低、導熱系數小，適合作為隔熱材料；（3）聚丙烯腈基碳纖維：以聚丙烯腈（PAN）為原料，是所有碳纖維中用途最廣、用量最大、性能最好的品種。聚丙烯腈碳纖維占據主流地位，其產量占碳纖維總產量的90%以上。按照力學性能分為通用型和高性能型：（1）通用型碳纖維強度一般在1000MPa、模量一般在100GPa左右；（2）高性能型碳纖維還可以細分成高強型、高模量型、超高強型及超高模型。拉伸強度及模量是國際碳纖維的主要分類標準，行業內一般采用日本東麗（TORAY）分類法，而全國纖維增強塑料標準化技術委員會在2020年正式發布了我國的碳纖維分類標準。按照絲束大小分類：碳纖維可以按照每束含有的纖維數量來劃分成小絲束和大絲束。單束纖維數量通常在48K以上的是大絲束碳纖維（1K意味著1束碳纖維含有1000根絲），因為性能及制備成本相對較低，也被稱為工業級碳纖維，包括48K、50K、60K、80K等，主要應用于紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等領域；小絲束碳纖維工藝要求嚴格，綜合性能更為優異，但生產成本較高，也被稱為宇航級碳纖維，一般包括1K、3K、6K、12K和24K等產品，主要應用領域包括國防工業、高技術以及體育休閑用品，如飛機、衛星、高爾夫球桿等。2、需求端：雙碳政策刺激下游需求，市場空間具有擴張前景2.1、國內需求結構有別于海外，新能源將是主要驅動力從全球的角度來看，2020年全球碳纖維需求總量為10.69萬噸，風電葉片、航空航天及體育休閑為碳纖維需求量前三的應用領域，需求量分別為3.06、1.65、15.4萬噸。2020年初，全球范圍內爆發新冠疫情，對實體經濟產生了巨大沖擊，民用航空首當其中。由于疫情影響，航空公司受到重挫，考慮到未來近幾年旅客數量急劇減少，隨即減少飛機的訂單數量，直接導致碳纖維航空復材的需求急劇下滑，同比增速為-30%。與此同時，風電葉片、壓力容器、碳碳復合材料（單晶硅熱場材料）等應用領域不受疫情的影響，依然保持了高速增長，同比增速為20%、19%、79%?？偟膩碚f，在航空航天、體育休閑等傳統應用領域受到疫情影響導致需求大幅下滑之時，憑借風電葉片、壓力容器、碳碳復材等領域的高速增長，2020年全球碳纖維需求總量同比增速依然為正，達到了3%。未來隨著疫情影響邊際減弱，下游需求將會全面開花，行業空間具有擴張前景，2025年全球碳纖維需求量預計將會達到20萬噸，2020年-2025年CAGR為13.36%。從我國的角度來看，2020年我國碳纖維需求總量為4.9萬噸，同比增速高達28.97%。盡管2020年年初，全球都陷入新冠疫情爆發的恐慌當中，但憑借行之有效的管理措施，中國率先擺脫疫情，各項生產經營活動有序恢復，從而保證了碳纖維下游需求的穩定增長。細分需求結構來看，2020年我國碳纖維下游需求主要來源于風電葉片以及體育休閑，需求量分別為2、1.46萬噸，其中風電葉片領域的需求增速達到了44.93%，貢獻主要需求增量。在“2030年碳達峰、2060年碳中和”的“雙碳”背景下，國家將采取強有力的政策，著手優化能源結構，提高清潔能源的比重。風電、氫能、光伏均迎來發展機遇，葉片對于輕量化的要求將是碳纖維需求的關鍵引擎。由于西方國家加強了高端碳纖維及生產設備對我國的限制，我國碳纖維在航空航天領域的應用占比僅為3.48%，現如今民用碳纖維需求高增將會積極推動國內企業實現制造工藝和生產設備的自主化，進而為今后具備生產高端碳纖維的能力創造先決條件。2.2、風電領域：海上風電迎機遇，未來增長空間廣闊2.2.1、碳中和頂層設計政策落地，清潔能源發展力度加碼碳達峰具體行動方案出臺，清潔能源長期發展目標明確。雙碳目標發布以來，關于碳達峰的各種具體政策持續出臺，風光等清潔能源長遠發展目標明確。2021年10月24日，中共中央、國務院正式印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，要求：（1）到2025年，非化石能源消費比重達到20%左右；（2）到2030年，非化石能源消費比重達到25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上；（3）到2060年，非化石能源消費比重達到80%以上。2021年10月26日，國務院關于印發《2030年前碳達峰行動方案的通知》，提出堅持陸海并重，推動風電協調快速發展，完善海上風電產業鏈，鼓勵建設海上風電基地;推進退役風電機組葉片等新興產業廢物循環利用，以及“海上風電+海洋牧場”等低碳農業模式。大基地項目規劃，托底風光行業發展。“十四五”期間規劃九大清潔能源基地和五大海上風電基地，2021年3月公布的《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》提出，要建設九大清潔能源基地和五大海上風電基地。九大清潔能源基地包括金沙江上游、金沙江下游、雅礱江流域、黃河上游、黃河幾字灣、河西走廊、新疆、冀北、松遼等清潔能源基地；五大海上風電基地為廣東、福建、浙江、江蘇、山東等海上風電基地。大基地建設規劃將成為“十四五”期間風光新增裝機的重要源頭。大基地拉開序幕，百萬、千萬千瓦基地項目浮出水面。目前九大清潔能源基地和五大海上風電基地所涉及的相關省份均已出臺“十四五”期間風電和光伏的規劃，不少地區規劃了百萬千瓦乃至千萬的新能源大基地項目。根據北極星太陽能光伏網統計，目前各?。▍^/市）規劃百萬千瓦大基地項目46個，千萬千瓦大基地項目41個。首批100GW風光大基地項目有序開工建設，預計風光各占一半。目前，首批100GW風光大基地項目已經有序開工，預計風光各占一半。根據北極星太陽能光伏網統計，自2021年10月中旬以來，全國已有超過46.34GW風光大基地項目陸續開工建設，已公布的總投資達2068億元。2.2.2、全球風電蓬勃發展，海上風電裝機量持續高增全球風電累計裝機規模穩步增長，海上風電始終維持高速增長。根據全球風能理事會（GWEC）發布的數據，過去十年間全球風電累計裝機規模由2010年的198GW增長至2020年的743GW，CAGR為14%。其中陸上風電累計裝機規模為707GW。2020年，全球風電新增裝機規模93GW，同比增長54%，新增裝機規模創歷史新高。近年來，隨著陸上富風區域的逐漸飽和，海上風電發展迅速，一直維持較高增速。截至2020年末，全球海上風電累計裝機規模達35GW，2016-2020年CAGR為24%。我國風電累計裝機規模穩步增長，海上風電勢頭迅猛后來居上。根據國家能源局數據，截至2021年11月，我國風電累計裝機規模為305GW，2011-2020年的CAGR為22%。經歷了2020年陸上風電搶裝行情之后，2021年風電新增裝機速度有所放緩。根據國家能源局數據，2021年1-11月我國風電新增裝機容量24.7GW，同比增長8%。雖然我國海上風電起步較晚，但近五年來發展勢頭迅猛，每年新增裝機量都持續刷新記錄，2020年的裝機量更是超越歐洲，占全球新增總量的50.4%。根據國家能源局數據，截至2021年6月底，我國海上風電總裝機量突破11GW，與陸上風電一樣，躍居全球首位。2.2.3、風電葉片趨于大型化，輕量化需求驅動碳纖維發展風機的大型化是未來發展的趨勢。風電項目建設成本主要來源于風電機組、電力設施和安裝工程等環節。根據北極星電力網數據，風電機組、電力設施和安裝工程占陸上風電建設成本的85%、占海上風電建設成本的63%。陸上風電建設成本中風電機組占70-80%，因此風電機組降本是推動陸上風電項目建設成本降低的關鍵。海上風電由于其安裝和樁基建設的復雜性，使得風電機組成本只占30%左右，而安裝和樁基共占30-40%。因而，風電機組、安裝工程和樁基建設三方面同時降本才能有效推動海上風電項目建設成本降低。由于中央不再對海上風電進行補貼，降低風電成本及提高經濟性勢在必行。根據財政部、國家發改委、國家能源局在2020年1月發布的《關于促進非水可再生能源發電健康發展的若干意見》，自2020年起新增的海上風電項目將不再納入中央財政補貼范圍之中，而存量項目需要在2021年12月31日前完成全部機組并網才能享受補貼。風機大型化是風電長期降本的有效途徑。風電機組功率大型化主要從三方面推動風電長期降本：（1）降低風機單瓦制造成本；（2）降低風電場建設成本；（3）提高風機利用小時數和發電效率，增加發電量，從而降低度電成本。（1）降低單瓦制造成本：制造大功率風機時，功率增加速度要大于零部件用量的增加速度，從而單瓦成本隨著功率的提升而下降。此外，目前整機企業采用平臺化、模塊化設計理念，不同型號的風機許多零部件可以通用，這樣還可以帶來規模化降本。例如VestasV112機型相比V82機型功率提升了82%，而整體材料用量反而下降了9.7%；明陽智能MySE5.0-166機型相比MySE2.5-121機型功率提升了1倍，而關鍵部件提升只有20-45%。（2）降低風電場建設成本：在滿足風場總體裝機規模的情況下，風機數量與單機功率成反比。盡管單機功率提升會導致風電機組的成本略有上升，但是風電機組的成本只占整個風場成本的40%，如果風機數量能夠減少，可以有效降低建設成本，包括平臺基礎、安裝施工等。根據《平價時代風電項目投資特點與趨勢》中的數據，當風機功率由2.0MW提升4.5MW時，風電項目靜態投資成本降低14.5%，LCOE下降13.6%，全投資IRR增加2.4pct。（3）提升發電效率：通過增加葉片的長度來擴大受風面積，捕捉更多的風能。在同等風速下，風機發電量與受風面積成正比。根據GE《2025中國風電度電成本》，掃風面積增加一倍，可以提高一倍的發電量，使得度電成本下降30%。同時，掃風面積的提升使得超低風速資源也具備了開發價值，尤其是現在陸上富風區域逐漸飽和疊加海上風場天氣變幻無常，捕捉低風速資源能夠有效提升風力發電的經濟性。葉片大型化對復合材料提出了更高標準，碳纖維能夠滿足其要求。近年來，為了提高風電的經濟性，風電機組單機功率呈上漲態勢，而風電葉片長度與風機功率成正比。大型化風機對于葉片提出了更高的要求，而碳纖維材料能夠滿足大型化所需輕量化、高強度、高模量的要求。傳統的玻璃纖維葉片在長度超過一定閾值之后，質量過大導致性能降低，出現共振扭轉等問題。相較于玻纖，碳纖維的密度小30%，強度大40%，模量高3-8倍。高性能碳纖維復合材料受到平面的沖擊力時，內部縱橫交錯的碳纖維絲能夠有效地分散受力，避免破裂的發生。兼顧強度、剛度的同時，材料密度越小單位體積質量越輕。根據中復神鷹招股說明書，在滿足剛度和強度的前提下，碳纖維比玻璃鋼葉片質量輕30%以上；當前風輪直徑已突破120m，葉片重量達18噸，采用碳纖維的120m風輪葉片可以有效減少總體自重達38%，成本下降14%，從而保證風電機組的運行狀態和轉換效率。全球風電巨頭Vestas專利即將到期，碳纖維滲透率有望進一步提高。風電葉片主梁所用碳纖維有預浸料、真空灌注、拉擠成型三種工藝。前兩種工藝缺點較為明顯，成本高且效率低：預浸料長期儲存需要冷凍環境，額外增加了葉片的生產成本；真空灌注是閉模成型工藝，準備工作繁瑣，而且真空程度對于材料質量有很大影響。在2016年，Vestas在拉擠碳梁工藝上取得突破，這種工藝的優點為：（1）通過拉擠工藝的生產方式有效提高了纖維體積含量，減輕了主體承載部分的質量；（2）通過標準件的生產模式有效提高了生產效率，保證產品性能的一致性和穩定性；（3）降低了運輸成本和最后組裝整體成型的生產成本；（4）預浸料和織物都有一定的邊角廢料，拉擠梁片及整體灌注極少。采用這種設計和工藝制造的碳纖維主梁，兆瓦級的葉片均可使用，擴展了碳纖維的使用范圍。Vestas在2002年7月向中國、丹麥、歐洲等國家或國際性知識產權局申請了以碳纖維條為主要材料生產風電葉片的相關專利，限制了其他企業使用碳纖維主梁制作葉片。風電裝機規模疊加碳纖維滲透率的提升，大絲束需求量有望迎來高速增長。在“雙碳”背景下，風電已經成為全球重點發展領域。2020年全球新增風電裝機容量103GW，風電葉片用碳纖維的需求量為3.06萬噸，意味著1GW風電裝機需要約297噸碳纖維。根據中國巨石的數據，1GW風電裝機需用玻纖1萬噸，可得當前碳纖維滲透率僅為3%左右。未來隨著拉擠工藝的普及，碳纖維滲透率逐步提高，越來越多的葉片將會使用拉擠碳梁，風電機組單機功率有望進一步提高，海風新增裝機將會迎來放量。根據GWEC預測，未來中國海上風電蓬勃發展有望帶動全球海上風電新增裝機量大幅上漲，預計到2025年，全球海上風電新增裝機規模達23.9GW，2021-2025年CAGR為31%。2.3、儲氫瓶：氫能行業發展帶動儲氫瓶碳纖維的需求增長氫能的儲運根據氫或儲氫材料形態的不同主要分為氣態儲運、液態儲運、固態儲運及有機液體儲運等四種方式：（1）氣態儲運，主要包括近距離運輸的高壓長管拖車以及長距離運輸的管道運輸，其中管道運輸適用于大規模氫氣運輸；（2）液態儲運，低溫液態儲氫是將氫氣冷凍至零下252.72℃以變為液體加注到絕熱容器中進行儲運，儲運工具主要為用于長距離、大規模運輸的液氫槽罐車；（3）固態儲運，是以金屬氫化物、化學氫化物或納米材料等作為儲氫載體，通過化學吸附和物理吸附的方式進行氫儲運，對儲運工具并無特殊要求；（4）有機液體儲運，是通過加氫反應將氫氣固定到芳香族有機化合物并形成穩定的氫有機化合物液體，最終以液體槽罐車進行儲運。高壓氣態儲氫目前是國內主流的儲氫方式。在主要的氫儲運技術中，最成熟的是高壓氣態儲運，也是現階段國內最主要的氫儲運方式。氣態儲運常溫即可實現快速充放氫，成本較低，因此得到廣泛應用，但儲氫量較低，且對高壓儲氫罐存在較高的技術要求。另一方面，管道運輸是實現氫氣大規模、長距離運輸的重要方式，能耗小且成本較低。但類似于天然氣管網系統建設，輸氫管道建設所需一次性投資較大，基建成本高昂且建設周期較長。相較于歐美國家已相對成熟的輸氫管網系統，中國輸氫管道建設仍處于起步階段。而在現有的天然氣管網系統中混入氫氣是初期管道輸氫的主要探索方向。國產IV型瓶技術取得突破，將帶動碳纖維需求提升。高壓氫氣瓶主要分為四個型號：（1）I型全金屬氣瓶，（2）II型金屬內膽纖維環向纏繞氣瓶，（3）III型金屬內膽纖維全纏繞氣瓶，（4）IV型非金屬內膽纖維全纏繞氣瓶。其中，I型、II型氣瓶由于質量過大、儲氫密度低，難以滿足氫燃料電池汽車的儲氫需求，主要用于工業、加氫站等固定地點用途。而III型、IV型氣瓶采用了纖維全纏繞的方式，具有質量輕、儲氫密度高、安全性高等優點，已經被廣泛應用于車載領域。目前，國內主要采用III型儲氫瓶（35MPa），相較于國際主流的IV型70MPa高壓儲氫瓶仍存在一定的技術差距，但在2020年末我國國產IV型瓶技術取得了重大突破。沈陽斯林達安科新技術有限公司生產的70MPa氫氣瓶，已經通過型式檢驗，各項參數均滿足《車用壓縮氫氣塑料內膽碳纖維全纏繞氣瓶》國家標準，成為國內首家IV型瓶通過技術評審的企業。相同體積下，壓力與儲氫量成正比，IV型瓶成為氫燃料電池汽車的首選儲氫瓶，續航里程可以有效提高。根據中科院寧波材料所特種纖維事業部的數據，氫能商用車攜帶4個儲氫瓶，單個儲氫瓶碳纖維用量約80Kg；乘用車攜帶2個儲氫瓶，單瓶碳纖維用量為37.5kg。在燃料電池汽車示范應用政策的推動下，我國氫燃料電池汽車保有量將會逐步增加，從而帶動碳纖維需求的大幅提升。2.4、熱場材料：光伏發展帶動碳碳復材高速成長，對碳纖維有海量需求碳碳復材是碳纖維及其織物增強的碳基體復合材料，除了繼承碳纖維的高性能以外，還具備抗熱沖擊性能好、尺寸穩定性高等優點，力學特性隨著溫度升高而增大，是目前唯一能在2200℃以上保持高溫強度的復合材料，主要應用于剎車盤、航天部件以及熱場部件三個領域。近年來，前兩個應用領域發展平穩，熱場部件的需求則是受到光伏行業高速發展的拉動。碳基復材性能優于石墨，能夠契合光伏發展趨勢。熱場是硅片拉晶過程中的耗材，主要用于單晶硅爐內的坩堝、導流筒、保溫筒、加熱器等部件。為熔化硅料，需要溫度達到1600℃以上，要求熱場材料要有較好的耐熱性能，因此長期以來熱場材料都以等靜壓石墨為主，碳基復材為輔。隨著光伏新增裝機規模的增長，硅片的需求逐年上升，單晶爐的投料量也從2016年的300kg提升至2020年的1900kg，坩堝尺寸也從原來的16-20英寸提高到現在的32-36英寸。坩堝容量的提升對于材料的承載性要求也更高，等靜壓石墨是由石墨顆粒壓制成型的脆性材料，而碳基復材抗折強度超過150MPa，能夠承載更大重量，保證了生產安全性，同時使用壽命也更長，更加契合熱場大型化的發展趨勢。隨著坩堝制作工藝、拉棒技術的提升，單晶爐投料量仍具備成長空間，碳碳熱場則是硅片企業必須的生產設備。國產碳基復材逐步替代進口高純度石墨，光伏持續高增將帶動碳纖維需求大幅提升。早期，國內硅片企業的熱場材料主要依靠從德國西格里、日本東洋碳素進口高純、高強等靜壓石墨，不僅供貨周期長，而且成本較高。2016年伊始，金博股份和西安超碼等企業實現了碳基復材的低成本、規?；a，國內硅片企業逐步轉向使用國產碳碳熱場。根據金博股份的招股說明書，碳基復材滲透率從2010年的10%以下提高至2019年的50%以上?！疤贾泻汀睍r代來臨，光伏發電作為清潔能源，是全球重點發展的領域，未來光伏新增裝機規模預計維持較高的增速，硅片企業對碳碳熱場的需求有望繼續高速增長。3、供給端：國內企業技術突破擴建產能，空間可期3.1、國外企業占據高端產能，國內企業正在奮力歐美日企業具有先發優勢，碳纖維生產工藝已非常成熟。1959年日本大阪工業試驗所成功發明了PAN基碳纖維的制備技術，由此揭開了全球碳纖維產業發展的序幕。國際上PAN基碳纖維的生產于上世紀60年開始起步，日本、英國是最先開啟實驗室研發碳纖維，而美國于當時專注攻克粘膠基碳纖維，所以在此方面發展稍晚一步。進入70年代，日、英、美三國企業開始頻繁合作，開始工程化技術的研發以及應用領域的開拓，成功將碳纖維應用在高爾夫球桿、釣魚竿等方面，同時碳纖維復合材料在航天航空結構上也取得突破，還實現了批量生產。90年代開始，碳纖維產業發展提速，行業正式進入了工業化時代，單線產能突破千噸/年。日本東麗公司作為行業翹楚，早在當時就基本完成了現有絕大部分產品型號的研發和生產，包括初期的T300、中期的T800和T1000、末期的M60J。進入21世紀之后，碳纖維的應用不再僅限于軍工和宇航，風電、汽車等領域的應用也在不斷擴大?？偟膩碚f，由于歐美日企業很早就開始研發碳纖維技術，并將技術與產業發展相融合，具備先發優勢，占據很大一部分的市場份額，對高端碳纖維的市場更是形成了壟斷。目前，世界碳纖維技術主要由日本企業掌握，其生產的碳纖維無論是質量還是數量均處于世界領先地位。日本的三家碳纖維企業（東麗、東邦、三菱）占據全球PAN基碳纖維約50%的市場份額，日本東麗則是全球高性能碳纖維的龍頭企業。國內發展稍有停滯，如今積極發展有望縮小差距。我國PAN基碳纖維的研究可以追溯到1962年，與日本同時起步。由于國外知名碳纖維企業囿于“巴黎統籌條約”的限制，不愿出售相關的生產設備，僅有英國RK公司愿意出售極小產量的中試線，中國碳纖維行業于上世紀90年代一直處于停滯狀態，直到進入新世紀之后，科技部設立碳纖維專項，將碳纖維列入863計劃新材料領域，才算是恢復發展。2008年，以國有企業為主的大量工業企業涌入碳纖維行業，但大多企業在一些關鍵技術上毫無突破，生產線運行效率較低且產品質量不穩定。2010年開始，碳纖維行業格局發生優化，優勝劣汰，從原先的40多家企業減少到了十多家企業。隨著下游應用的拓展，碳纖維的需求逐步提升，倒逼上游企業開始大力發展，一些企業在工業級大絲束碳纖維的生產工藝上取得突破，具備產業鏈自主化能力的產品類型。3.2、技術取得突破，為碳纖維奠定基礎完整的碳纖維產業鏈包含從原油到終端應用的制造過程。上游企業從石油、天然氣等化石燃料中制取丙烯，并經過氨氧化得到丙烯腈。丙烯腈通過聚合制成紡絲原液，然后紡絲成型得到聚丙烯腈（PAN）原絲。原絲需要經過多段氧化爐制成預氧絲，隨后在氮氣的保護下經過低溫和高溫碳化后得到碳纖維。碳纖維可以制成碳纖維織物和碳纖維預浸料，也可以與樹脂、陶瓷等材料相結合制成碳纖維復合材料，最后由各種成型工藝得到下游應用需要的最終成品。3.2.1、原絲：碳纖維的核心原材料，直接決定其各項性能指標原絲制備是碳纖維產業鏈的核心環節。碳纖維原絲的質量和成本很大程度上決定了碳纖維的性能和成本，PAN原絲需要經過預氧化、碳化轉化成碳纖維，這是一個復雜的過程，碳纖維的缺陷主要源于各環節的誤差，其中90%的缺陷是從原絲遺傳而來。如果原絲的分子結構和聚集態結構存在不同程度的缺陷，將會對碳纖維的質量和性能造成嚴重的影響。碳纖維的強度顯著依賴于原絲的微觀形態結構及致密性，線密度越低，原絲中存在的缺陷越少，提高均一性有助于獲取高強度的碳纖維。原絲制備的技術壁壘和工藝差別主要在紡絲環節。碳纖維原絲的工藝主要包含聚合、制膠、紡絲三個過程。經過長期的技術研究與工程化實踐，碳纖維行業主要形成了兩種紡絲工藝：濕法紡絲和干噴濕法紡絲。干噴濕紡和濕法紡絲這兩種工藝存在較大差異：（1）濕法紡絲更適合制備大絲束：高溫的紡絲液從噴絲頭出來之后，直接進入了溫度較低的溶劑里會更容易冷卻和凝固下來，凝固之后更利于大絲束的紡絲，但在凝固之后還需要進行拉伸，表面容易起皮，所以大絲束碳纖維的強度相較于小絲束會差一些。（2）干噴濕紡工藝有效結合了干法和濕法，在紡絲速度和原絲性能方面均具有明顯優勢，適合制備小絲束：相較于濕法紡絲，干噴濕紡的噴絲頭不會直接浸入凝固浴，噴頭溫度可以獨立精準控制，紡絲液由噴絲版噴出之后在進入凝固浴前會經過一段空氣層，紡絲液在空氣層中會發生一定的拉伸流動，不僅提高紡絲速度，還有利于大分子鏈的取向。干噴濕紡制成的原絲結構相較于濕紡工藝更為均勻致密，截面更容易圓滑，從而提高力學性能。干噴濕紡工藝的難度較大，目前世界上也僅有少部分企業掌握了該工藝，并且已經生產出了成熟的系列產品。國際上日本東麗和美國赫氏率先實現了干噴濕紡工藝的突破，而國內中復神鷹于2013年取得突破，恒神股份于2014年建成干噴濕紡的生產線，光威復材于2019年通過了T700級別碳纖維干噴濕紡產業化制備項目的鑒定，發展速度較快，未來可期。3.2.2、碳絲：受制于核心生產設備，國內碳纖維在穩定性方面稍有欠缺碳化環節壁壘較高，國產核心裝備與世界領先水平仍有差距。碳纖維原絲經過多段氧化爐在空氣氣氛下反應得到預氧絲；預氧絲在氮氣保護下，分別經過低溫碳化、高溫碳化得到碳絲；隨后經表面處理后進行上漿，最后烘干得到碳纖維成品。預氧化是原絲到碳纖維過程中比較重要且耗時較長的一個階段，在預氧化過程中，溫度是重要的影響因素，期間發生的環化、脫氫、芳構化、氧化、交聯等反應可導致熱氧穩定化纖維共軛梯形結構的形成，保證其在后續高溫炭化過程中不會熔融，對最終碳纖維的結構形成和性能起著決定性的作用。一般預氧化時間短，外表皮層結構較??；時間加長之后皮層會逐漸加厚。熱風循環系統是工業預氧化爐中最具技術含量的部分，該系統能夠直接形成預氧化爐內部的等溫區域，對爐體內部工作空間的溫度均勻性起到了決定性的作用。原絲預氧化是一個放熱的過程，在預氧化過程中會伴隨大量熱量的產生，如果熱量不能及時轉移散發出去，會造成蓄熱和局部過熱，從而影響纖維的氧化均一性，甚至會造成纖維燒斷或起火燃燒。當前，我國企業制造的預氧化爐在相關指標方面與國際領先水平有著不小的差距，這也是制約我國高性能碳纖維發展的主要原因。部分企業實現突破，碳纖維國產替代可期。碳纖維的制備工藝流程復雜，涉及的工藝參數較多，掌握這些工藝參數往往需要經過長時間的積累。碳纖維屬于戰略物資，國外對中國有一定程度的封鎖，氧化爐和碳化爐很難從國外知名企業直接購買，尤其是軍工領域。隨著我國在碳纖維領域取得突破，包括精功科技在高質量的碳纖維整線設備實現自主生產，國外對我國生產工業級（民用）碳纖維的企業不再實施封鎖禁售。根據精功科技公告，公司向吉林國興碳纖維有限公司出售4條2500噸的生產線，售價共計6.5億元。由此可見，國內企業已經具備生產千噸級的碳纖維整線設備，而且相較于進口設備，國產設備成本更低，未來民用碳纖維國產替代化有望加速。3.3、下游需求高增，國產碳纖維迎來歷史機遇中國運行產能迅速攀升，未來碳纖維國產率有望逐步提高。2020年，全球碳纖維運行產能為17.17萬噸，同比增長10.81%。其中，中國大陸碳纖維運行產能為3.62萬噸，同比增長34.64%，增速明顯快于全球，以至于中國大陸運行產能已經升至全球第二位。細分供應來源來看，2020年國產碳纖維供應量為1.85萬噸，進口碳纖維3.04萬噸，同比增速分別為53.75%、17.46%。雖然當前我國碳纖維主要依靠進口，但是國產碳纖維連續三年保持了20%以上的增長速度，直觀說明國內碳纖維企業在生產方面取得了不小的進步。中國碳纖維需求結構與全球相比有著明顯差異，風電葉片領域貢獻主要需求。在國內“雙碳”背景下，國家大力發展清潔能源，風力發電、氫燃料電池汽車、光伏等領域對碳纖維有著海量需求，隨著國內企業產能的擴展和制品質量的提升，未來碳纖維國產率將會穩步提升。以大絲束碳纖維為切入點，國內企業將會對碳纖維生產工藝愈發嫻熟和理解，假以時日或將在高性能碳纖維上取得突破，碳纖維空間廣闊。

機械設備行業分析：關注新能源設備、半導體設備等高景氣賽道1機械設備:板塊盈利能力承壓，專用設備業績表現較好22年以來機械設備板塊面臨回調。2022年以來各板塊調整明顯，截止至6月10日，中信一級行業中僅煤炭、石油石化板塊實現上漲，其中機械