一、氫能產業總述

（一）氫能產業鏈介紹 

在“碳中和”的背景下，世界各國政府做出了 NZE（近零排放）的承諾。氫能作為零碳燃 料，具有儲量豐富、熱值高、零污染、可存儲、來源廣泛等優點，逐漸被人們關注。在全球各國政府相繼出臺政策扶持氫能產業的背景下，政策端的利好有望帶動需求量的井噴，進而推動氫能產業鏈相關企業充分受益；

氫氣產業鏈包含上游制氫、中游儲氫運氫和下游加氫用氫三部分。

制氫：目前世界上最常見的制氫方法是化石能源制氫，包括焦煤氣重整制氫、工業副產氫以及天然氣制氫（也被成為灰氫或藍氫）等，而與之相對的則是在制氫過程中無排放無污染的電解水制氫，因其對環境友好的特點，故被人們稱為綠氫；

儲運：由于目前我國制氫產地較為分散，同時氫氣的儲存和運輸面臨“氫脆現象”的考驗（指金屬材料因為長時間在富氫環境中發生吸氫、氫滲等現象造成機械性能下降 從而發生脆斷的現象），氫氣的儲運也自然而然成為了人們關注的話題。目前主要有四種氫氣儲運方式：高壓氣體儲運、低溫液態儲運、固態稀土儲運以及有機液體儲運；

加氫：加氫站加氫是目前燃料電池汽車最主要的加氫途徑。加氫站以自身的氫燃料儲備服務周圍區域，而充足的加氫站覆蓋范圍亦能加速燃料電池汽車的推廣應用。氫氣壓縮機是加氫站的核心裝備之一，是通過壓縮空氣實現氣體輸送的設備，目前氫氣壓縮機主要分為液體活塞式氫氣壓縮機、隔膜式氫氣壓縮機以及離子壓縮機。

目前氫能產業鏈路線眾多，尚處于產業發展前期，仍存在制氫成本較高、儲氫運氫困難以及加氫站覆蓋少等問題。因此，為了扶持氫能產業的發展，我國出臺了一系列氫能相關的 產業政策來扶持相關領域的發展。

 （二）市場空間增長迅速

氫能的傳統需求情況：全球氫能需求自 2000 年以來強勁增長，2020 年全球氫氣需求大 約為 9000 萬噸，自 2000 年以來增長 50%。目前大部分的需求幾乎都來自于精煉環節和工業 用途；其中 2020 年精煉環節消耗 3,840 萬噸的氫氣作為原料，在這過程中氫氣也承擔了部分燃料的需求。在工業合成領域，氫氣的需求同樣十分旺盛，2020 年氫氣在工業合成領域的消耗超過 3,000 萬噸，大部分都用作原料。而氫能在其他領域的應用進展則相對緩慢；

氫能需求結構即將迎來調整：根據 IEA 的預測，燃料電池、能源發電和合成燃料的需求 將成為未來氫能應用的重要領域，這些改變正將氫氣從一個工業生產的原材料轉變為新能源社會中必不可少的組成部分。根據 IEA 統計，目前用于燃料電池的氫能大約占全球氫能需求 的 0.02%，而用于能源發電和合成燃料的氫能需求同樣占比很低，而在 2050 年，IEA 預計用 于燃料電池、能源發電以及合成燃料的氫能消耗將分別占到全球氫能總需求的 23.2%，19.2% 和 14.2%。而與之相對的則是氫能的傳統使用場景，如精煉和工業合成領域，在 2050 年將下 滑至 5.9%、21.9%。隨著氫能使用結構的調整，相關產業將迎來更大的發展機遇；

未來氫能需求預測：根據 IEA 預測分析，考慮全球共同宣言承諾的場景下（悲觀情況）， 全球氫能總需求將在 2030 年達到 1.28 億噸，在 2050 年達到 2.57 億噸。而在考慮全球凈零排放（NZE）的場景下（樂觀情況），全球氫能總需求將在 2030 年達到 2.29 億噸，2050 年達 到 5.31 億噸。具體到我國，根據中國氫能聯盟的估計，到 2030 年，我國氫氣需求量將達到3,500 萬噸，在終端能源體系中占比 5%。到 2050 年，氫能在我國終端能源體系中的占比將至少達到10%，屆時氫氣需求量將接近 6,000 萬噸；

總結：氫能尚處于產業化剛剛落地的階段，具有較大的想象空間和發展空間；但我國氫能產業未來具體技術路線、生產工藝和應用場景尚未敲定，因此也存在較大的不確定性。而 通過國家和地方的氫能產業政策的正向扶持，行業需求得以快速增長，內部需求結構發生調整，進而牽動了產業鏈中新材料的應用。而相關新材料，如上游制氫環節以及下游用氫環節使用的質子交換膜、中游環節的儲氫用高強度碳纖維等，也將迎來快速發展的機遇期。

 二、儲氫需求助推碳纖維產業發展

隨著氫氣需求的不斷提高，氫氣的儲存成為了很大的問題，而氫氣儲運面臨的難題是氫氣自身的特點導致的，氫氣易燃易爆炸，在空氣中的體積濃度一旦介于 4.0%到 75.6%之間，遇火就會發生爆炸，因此目前氫氣在中國屬于受管制的危化品。而要保障氫氣在儲藏和運輸之間的安全性，工程師給出了三個解決方案：即液態儲氫、氣態儲氫以及固體氧化物儲氫。 目前液態儲氫和固態儲氫存在成本較高，且尚未形成產業化的問題，因此本文重點考慮氣態儲氫的情形；

高壓氫氣瓶儲氫是目前最主要的氣態儲氫方式：目前高壓氣態儲氫瓶有四種類型，Ⅰ型是傳統的純鋼制金屬瓶，Ⅱ型是鋼制內膽碳纖維纏繞瓶，Ⅲ型是鋁內膽碳纖維纏繞瓶，Ⅳ型 是塑料內膽碳纖維纏繞瓶。其中Ⅰ型、Ⅱ型價格相對便宜，但儲氫密度低，重量重且容易發生氫脆問題，目前 20MPa 的Ⅰ型瓶在國內得到廣泛的工業應用，并與 45MPa 鋼制氫瓶、98MPa 鋼帶纏繞式壓力容器組合應用于加氫站中。而Ⅲ型、Ⅳ型車載應用已經非常廣泛，國外多是 70MPa 的碳纖維纏繞Ⅳ型瓶，而國內由于高強度碳纖維工藝尚不成熟，Ⅳ型儲氫瓶的大規模 商用化尚待時日，目前主要是 35MPa 碳纖維纏繞Ⅲ瓶；

儲氫瓶產業鏈梳理：近年來，隨著儲氫瓶需求的不斷增長，國內涌現出一批儲氫瓶的制造企業。儲氫瓶的制備過程為：上游將原材料運輸至儲氫瓶制造企業，儲氫瓶制造企業通過 沖壓、拉伸、熱處理制造內膽原胚，然后使用樹脂溶液附著碳纖維纏繞內膽，通過固化、自緊的方式將碳纖維固定在內膽上，最后通過氣壓、水壓測試完成制作；

根據碳譜科技拆解分析，以 35Mpa 儲氫系統為例，年產量在 50 萬套的情況下，碳纖維的成本占儲氫系統總成本的比例達到了 62%。由于儲氫瓶用碳纖維的價格顯著影響到儲氫瓶的制作成本，而儲氫瓶用碳纖維的供求關系將決定未來幾年儲氫瓶用碳纖維的價格，因此有必要對其進行分析。

（一）儲氫用壓力容器碳纖維門檻高，供給有限

儲氫用碳纖維壁壘高。由于高壓氫氣具有較大的危險性，在濃度較高的情況下容易引起爆炸，屬于特種裝備，因此國家對儲氫瓶用碳纖維的質量要求較高，大部分儲氫瓶使用的碳 纖維復合材料原材料為 T700 及以上的碳纖維原絲，屬于高性能碳纖維，具有較高的行業壁壘：

技術壁壘高、護城河深。碳纖維原絲以及復合材料的生產企業技術壁壘高、護城河深，主要體現在三個方面：配方壁壘、 工藝壁壘和工程壁壘。盡管可以通過直接購買和挖角技術人員等方式獲取配方，配方調和仍需要反復的校對調試和大量的經驗積累，通常配方壁壘的突破時間需 1-2 年；若想突破工藝壁壘，企業還要在擁有配方的技術上調試磨合，通常需要 3-5 年時間；最后，企業需要投入 大量資本設計改造、調整裝備和訓練人員，以達到各生產工藝之間的協調配合，通常這個環節需要 5 年以上。總體來說，高性能碳纖維牌號從研發到正式投產大約需要十年的時間，因 此已掌握成熟技術的企業先發優勢極大，護城河深厚。就碳纖維制件的研發來說，行業內的相關公司均保持較高的研發投入占比；

特種裝備認證，資質壁壘高：國家對壓力容器有完善的特種裝備認證流程，必須經過中國特種裝備檢驗研究院（CSEI）等官方研究機構認證，并通過客戶的資質認證以及多年的實 踐檢驗。（例如中復神鷹于 2018 年完成中材科技 CNG 氣瓶產品型式認證，于 2019 年完成江蘇國富氫能、沈陽斯林達安科等公司的產品型式認證，大大提高了公司在相關公司的產品銷售業績，根據招股書顯示，其在壓力容器領域的銷售收入相比 2018 年增長 150.6%，銷量較 2018 年增加 142.8%，銷售單價較 2018 年增加 3.23%）；

高性能碳纖維投產周期較長，資金壁壘較高：恒神股份公告中提到碳纖維行業不同于傳統行業，必須建設多條單線千噸級產能生產線和完整生產鏈，因此建設周期長于傳統產業 2- 3 倍，且高性能碳纖維萬噸級投資額普遍資金需求 20 億元以上，較高的資金壁壘使得大量企業難以進入。在前期核心技術尚未突破時，碳纖維產線投資額高但投資回報率低，同時還面臨海外企業低價傾銷的壓力。以行業龍頭中復神鷹為例，2020 年碳纖維單噸凈利潤為 2.3 萬 元，投資回報期約 10 年左右。（2020 年中復神鷹產量 3,777 噸，凈利潤 8,500 萬）

高壁壘導致高性能碳纖維產能向頭部集中：2021 年國內前四大高性能碳纖維生產商共擁 有等同東麗 T700 性能的碳纖維產能 20,076 噸（考慮國泰大成一期項目 3,000 噸產能），其中中復神鷹萬噸級 T700 性能碳纖維項目產能于 2022 年 3 月達產，達產后 T700 級碳纖維總產能達到 12,500 噸/年。2020 年國內 T700 產能為 9,076 噸，2021 年新增產能11,000 噸，同比 增長 121.2%，增速較快。預計 2022 年國內 T700級碳纖維產能增加 7,000 噸，同比增加 34.9%。

碳纖維行業集中度較高，其中江蘇地區，連云港中復神鷹、常州中簡科技、鎮江恒神股份三家碳纖維生產商，2020 年產能占到全國高端碳纖維產能的 90%以上，近年來隨著各企業擴產 進度的加快，有進一步向頭部企業集中的趨勢。而地域產能來看，碳纖維產能正在從東部沿海向西部地區轉移，例如中復神鷹從 2019 年啟動的兩萬噸高性能碳纖維項目，選址在西寧地區的可能原因包括當地優惠政策、電力費用以及勞動力成本等綜合因素等；

頭部企業財務數據持續改善：目前從事高性能碳纖維業務的上市公司主要包括光威復材 （300699.SZ）、中簡科技（300777.SZ）、中復神鷹（已過會）、恒神股份（832397.NQ）。 通過比較上述幾家公司的經營指標，不難看出，光威復材的產品單噸價格遠高于其他三家， 原因是其主要產品為高端航空航天件；恒神股份產品價格落后于同行，僅為中復神鷹和中簡科技的一半，主要原因是其大部分業務為風電碳纖維，單噸價格較低。產品盈利性方面，中簡科技毛利率領先對手，達到80%以上，近幾年保持穩定，主要原因是中簡科技產品基本為軍用，相對于民品毛利率較高。

此外，中復神鷹的毛利率近幾年快速提升，主要原因包括：前期市場開拓階段主動壓低價格、因供不應求帶來的碳纖維市場價格提升、2018~2021 年原油 價格下跌和下游晴綸需求萎靡等因素影響，原材料丙烯晴價格下降、規模效應帶來綜合成本下降、西寧生產基地水電費較低、產品結構改善等。恒神股份在 2021年上半年實現了業績扭虧為盈且毛利率有所提升，主要受益于產品結構改善（公司升級產線，T300 系列產品比例降低，T700，T800 占比提升）、產能利用率提升帶來的規模化效應等因素；

小結：技術研發、資質認證和資金投入三大因素構筑的綜合性壁壘將有效維系行業整體競爭格局。近年來，雖然有化工行業的公司切入碳纖維產業鏈，但幾乎都聚焦于普通碳纖維； 而目前國內生產 T700 及以上級別碳纖維的企業較少，相關上市公司往往會通過上市平臺募集資金來進行產能擴張，以加深其在行業內的競爭優勢。

由于我國高性能碳纖維市場中原有玩家因規模化效應，在單位成本方面較新入場玩家具有優勢;同時碳纖維生產線的建設周期較長、難度較高，因此該行業將在中長期維持相對穩定的競爭格局。在近年來我國先進材料強調國產化替代的大背景下，相關上市公司多為競合關系，相互合作共同提升碳纖維的國產化替代水平。由此可見，行業競爭格局在未來的 2-3 年內會繼續向頭部集中，而光威復材、中復神鷹和中簡科技等龍頭企業通過產能擴張，將進一步保持并突出自身的競爭優勢。

（二）儲氫用碳纖維需求井噴，有望開啟碳纖維應用新的增長點

壓力容器是現代工業中不可缺少的重要設備，傳統的壓力容器多是以金屬或合金為容器 壁制造，成本和質量較低，結構簡單，但存在應力分布不集中、高溫高壓耐受性差、耐腐蝕 性差等缺陷，難以滿足特種裝備的需求；而以碳纖維復合材料壓力容器為代表的新型復合材料以其高安全可靠性、長使用壽命以及較大的承壓能力獲得了人們的關注。近年來，碳纖維在壓力容器中的應用不斷增長，尤其是以航空航天、醫療、燃料電池汽車等領域增長迅速，包括：座椅彈射器、醫療呼吸器以及儲氫瓶。而儲氫瓶作為氫能產業鏈的重要組成部分，隨著 2021 年下半年各省市開始陸續落地氫能示范應用，儲氫瓶用碳纖維的需求迅速提高；

儲氫瓶用碳纖維主要應用領域包括燃料電池汽車車載儲氫瓶、可再生能源制氫用儲氫瓶以及加氫站用儲氫瓶等：

燃料電池汽車快速增長，帶動車用儲氫瓶市場擴大：2019 年清潔能源部長級會議中提出 了在 2020 年到 2030 年這十年間全球生產 1,000 萬輛燃料電池汽車的目標；2030 年全球銷售的汽車中，氫燃料電池汽車的滲透率需達 3%；到 2050 年這一數字需達到 36%。未來我國氫燃料電池汽車 2025 年保有量 10 萬輛，2030 年保有量 100 萬輛，2050 年保有量 3000 萬輛，按照其中 90%為四瓶商用車，10%為兩瓶乘用車來估算，2025 年車用儲氫瓶總需求將達到 38 萬只，2030 年總需求將達到 380 萬只；

可再生能源催生儲能需求，氫儲能成為最后一塊拼圖：隨著風能、太陽能裝機規模的上升，傳統電力系統調峰調頻能力已無法滿足可再生能源發電波動性儲能需求。當全國非抽水可再生能源裝機規模達到 1,500GW 到 2,000GW 以上時，傳統的電力系統調節和優化手段將遇到天花板，在極端情況下，即使全國煤電機組全部用于為可再生能源發電調峰，也難以滿足電力系統安全可靠運行的要求，即意味著傳統調峰方式失效。

隨著可再生能源發電規模的擴大，為平滑波動性產生的二次調峰儲能需求也將提高，到 2030年可再生能源功率缺口將達到 1,200GW，到 2050 年缺口將擴大至 2,600GW。在此情形下，可再生能源必須尋求新的儲能方式，而氫能兼具清潔二次能源和高效儲能載體的角色，可以實現大規模跨季節存儲，逐漸被人們關注。我國對可再生能源儲能的需要，將有效帶動儲氫瓶在氫氣儲存層面的需求；

加氫站加速布局或將掀起儲氫瓶部署熱潮：到 2020 年年底，我國國內累計建成加氫站 118 座，建成并運營加氫站 101 座，代運營 17 座，建設中和規劃建設的加氫站 170 座。我國的加氫站將于 2050 年達到 1.2 萬座，單座加氫站成本為 800 萬元。雖然目前大部分加氫站使用的儲氫瓶為較為便宜的鋼制儲氫瓶，但相信隨著碳纖維的成本降低和大規模運用，碳纖維儲氫瓶的梯次利用也會成為可能；

封鎖加速國產化替代節奏：2021 年以來，受到新冠疫情封鎖以及日本東麗對中國高端碳 纖維市場供應限制的影響，我國壓力容器用碳纖維進口供應比例下降。目前我國儲氫瓶使用的碳纖維一般是由國外廠商供應，日本東麗、日本東邦、韓國 SK 等是我國高端碳纖維主要供應商，日韓企業占據我國進口儲氫瓶用碳纖維 70%以上的市場份額。由于海外供應量下降，下游氫氣瓶制造商紛紛選擇國產碳纖維。目前儲氫瓶制造商主要有京城股份、中材科技、國富 氫能、科泰克、斯林達以及中集安瑞科等，儲氫瓶的平均擴產周期大約在 12 個月左右，相較 于碳纖維廠商 24~48 個月的擴產周期要短；

在大規模推廣儲氫瓶的過程中，產品價格成為制約需求的關鍵因素。目前有三大因素促使儲氫瓶的生產成本下降：1）國產化替代節奏。根據高工氫電的調研，目前國產儲氫用碳纖維價格比國外便宜 30%。2）大規模產能擴張促進了儲氫瓶生產成本的降低。根據美國國家橡樹實驗室的分析，在大規模（萬噸級）生產條件下，儲氫用碳纖維生產成本從原先的 9.88 美 元/公斤下降至 7.86 美元/公斤，下降幅度約 20%。而儲氫瓶生產成本在大規模生產條件下會下降的更快——在 1 萬套儲氫系統的情況下，單位成本為 4,289 元/套，而到儲氫瓶系統數量達到 50 萬套以后，單位成本為 2,630 元/套，下降約38.7%。

碳譜科技則指出，在儲氫瓶系統 中，62%的成本為碳纖維，因此在大規模生產中降低碳纖維的成本是產業界最關心的話題。因此，3）通過優化碳纖維生產工藝，同樣有助于碳纖維生產成本的下降。此前的碳纖維生產多使用濕噴濕紡的工藝，根據中復神鷹招股書說明，傳統工藝紡速約 80 米/分鐘，使用改進后的干噴濕紡工藝，紡速可提高 4 倍，達到 300 米/分鐘，未來 2 到 3 年內，紡速可達到 400~500 米/分鐘。此外，原絲聚合（一步法、二步法）等工藝的改善也是有效降低成本的重要方式。

三、總結

儲氫瓶用碳纖維需求維持高增：由于目前加氫站在建設過程中更重視成本，主要使用鋼瓶儲氫，碳纖維的使用量較少，因此對于近五年儲氫瓶碳纖維的市場預測，暫不考慮加氫站 應用的影響。根據上述分析，碳纖維儲氫瓶未來市場主要分為兩個方面：

（1）車用儲氫瓶方 面，2020 年汽車銷量1,177 輛，2025 年中國氫能源汽車保有量 10 萬輛。按照商用車銷量占比最終 90%，乘用車銷量占比 10%計算。根據寧波材料所數據，其中商用車單車 4 個儲氫瓶，單儲氫瓶 80kg 碳纖維，乘用車單車 2 個儲氫瓶，單儲氫瓶碳纖維重量 37.5kg，到 2025年燃料電池電車的累計儲氫瓶用碳纖維需求約為 30,050 噸。

（2）可再生能源制氫方面，假設 2025年氫氣調峰調頻滲透率最終達到 50%，總調峰需求氫氣 926 噸，假設其中Ⅱ型瓶滲透率 15%,Ⅲ型瓶滲透率 5%,根據《車用壓縮 氫氣鋁內膽碳纖維全纏繞氣瓶》標準，計算可得Ⅱ型瓶碳纖維總用量為 4,633 噸，Ⅲ型瓶碳纖維總用量為 24 噸，因此到 2025年可再生能源制氫累計需要的儲氫瓶用碳纖維需求量約為 4,657 噸。

此外，燃料電池的核心材料之一是碳紙為基礎的氣態擴散層 GDL，碳紙碳纖維含量在 10%~50%不等，每輛汽車大約使用碳紙用碳纖維 5kg，如果按照 2025 年的 10 萬臺燃料電池汽車來估算，大約總共需要 500 噸碳紙用碳纖維，數量不如氫氣瓶龐大，但技術密集度高，價值斐然，亦屬于燃料電池汽車的核心技術之一，也值得關注。到 2025 年，國內儲氫瓶碳纖維總累計需求量達到 34，707 噸，市場空間達到 48.6 億元，CAGR 為 60.3%。下游儲氫用碳纖維需求將隨著氫能產業的快速發展而快速釋放；

儲氫瓶用碳纖維供給依然有限：儲氫瓶供給國內供給端來看，除中復神鷹以外，其余有能力生產 T700 及以上碳纖維原絲的企業此前鮮有涉足壓力容器用碳纖維領域，光威復材、恒神股份在 2021 年才宣布進軍儲氫用碳纖維行業；而海外供應端，2020 年以前，海外供應了國內超過 70%的儲氫用碳纖維，2020 年 9 月后，受到日本政府端壓力，東麗東邦等公司對中國碳纖維進口減少。我們預測隨著中日關系改善以及東麗等公司庫存壓力加大等因素，日本東麗通過子公司向中國出口 T700 及以上碳纖維量可能性提高，進口依賴度或出現小幅反彈。隨后隨著國內碳纖維生產企業競爭力提高，進口依賴度進一步下降；

結論：大規模高端碳纖維制造能力彌足珍貴，整體來看未來幾年儲氫用碳纖維的緊缺情況將繼續維持。目前，很多氫氣瓶企業對碳纖維的戰略意義認識不足，各儲氫瓶制造商對碳 纖維需求量小，僅數百噸，通過市場采購而無需簽訂協議便可滿足當前的生產需求；但當碳纖維需求達到萬噸級別時，上游碳纖維生產商保障大規模交付的能力，將在下游儲氫瓶企業的擴產中起到重要作用。同時，我們認為，隨著氫能產業的景氣度不斷抬升，對于儲氫瓶擴產項目的投資熱情日益高漲，對儲氫瓶用碳纖維的需求將繼續提升；然而儲氫用碳纖維的供給能力在國內和海外兩端增長有限；因此，整體來看儲氫用碳纖維的緊缺情況將繼續維持。

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