碳纖維多少錢一公斤（碳纖維行業(yè)研究）

（報(bào)告出品方/作者：開源證券，張緒成）1、碳纖維綜合性能超群，被譽(yù)為“材料之王”碳纖維是一種含碳量在90%以上的碳主鏈結(jié)構(gòu)無機(jī)纖維，通過高溫分解法去除除碳以外絕大多數(shù)元素，由有機(jī)纖維（聚丙烯腈基（PAN）、瀝青基、粘膠基纖維等）在1000℃

（報(bào)告出品方/作者：開源證券，張緒成）

1、碳纖維綜合性能超群，被譽(yù)為“材料之王”

碳纖維是一種含碳量在 90%以上的碳主鏈結(jié)構(gòu)無機(jī)纖維，通過高溫分解法去除 除碳以外絕大多數(shù)元素，由有機(jī)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(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，強(qiáng)度高（強(qiáng)度約為鋼的10倍）、 模量高、密度小（密度為鋼的 1/5、鋁合金的 1/2）造就其輕量化的特點(diǎn)。除此之外， 碳纖維還具備耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫、電及熱導(dǎo)性高等特點(diǎn)。因 為碳纖維擁有超群的綜合性能，被譽(yù)為“材料之王”和“黑色黃金”。作為現(xiàn)代工業(yè) 中不可或缺的高科技新型材料，碳纖維被廣泛應(yīng)用于航空航天、新能源裝備、汽車、 體育用品、交通運(yùn)輸、工程器械、醫(yī)療器械、建筑及其結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等領(lǐng)域。

碳纖維有諸多分類標(biāo)準(zhǔn)，通常按照原絲類型、力學(xué)性能、絲束大小這三種維度 進(jìn)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(jià)值，尺寸穩(wěn)定性好。瀝青基碳纖維與氰酸酯樹脂制成的復(fù)合材料熱膨脹 系數(shù)小，可以用作人造衛(wèi)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(dǎo)熱系數(shù)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(jù)主流地位， 其產(chǎn)量占碳纖維總產(chǎn)量的 90%以上。

按照力學(xué)性能分為通用型和高性能型：（1）通用型碳纖維強(qiáng)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(xì)分成高 強(qiáng)型、高模量型、超高強(qiáng)型及超高模型。拉伸強(qiáng)度及模量是國際碳纖維的 主要分類標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)一般采用日本東麗（TORAY）分類法，而全國纖維 增強(qiáng)塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)在 2020 年正式發(fā)布了我國的碳纖維分類標(biāo)準(zhǔn)。

按照絲束大小分類：碳纖維可以按照每束含有的纖維數(shù)量來劃分成小絲束 和大絲束。單束纖維數(shù)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?yàn)樾阅芗爸苽涑杀鞠鄬^低，也被稱為工業(yè)級(jí)碳纖維，包括 48K、 50K、60K、80K 等，主要應(yīng)用于紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機(jī)電、土木建筑、交通運(yùn)輸和能 源等領(lǐng)域；小絲束碳纖維工藝要求嚴(yán)格，綜合性能更為優(yōu)異，但生產(chǎn)成本較高，也 被稱為宇航級(jí)碳纖維，一般包括 1K、3K、6K、12K 和 24K 等產(chǎn)品，主要應(yīng)用領(lǐng)域 包括國防工業(yè)、高技術(shù)以及體育休閑用品，如飛機(jī)、衛(wèi)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(kuò)張前景

2.1、 國內(nèi)需求結(jié)構(gòu)有別于海外，新能源將是主要驅(qū)動(dòng)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(fēng)電葉片、航 空航天及體育休閑為碳纖維需求量前三的應(yīng)用領(lǐng)域，需求量分別為 3.06、1.65、15.4 萬噸。2020 年初，全球范圍內(nèi)爆發(fā)新冠疫情，對實(shí)體經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了巨大沖擊，民用航 空首當(dāng)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(shù)量急劇 減少，隨即減少飛機(jī)的訂單數(shù)量，直接導(dǎo)致碳纖維航空復(fù)材的需求急劇下滑，同比 增速為-30%。

與此同時(shí)，風(fēng)電葉片、壓力容器、碳碳復(fù)合材料（單晶硅熱場材料） 等應(yīng)用領(lǐng)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%。總的來說，在航空航天、體育休閑等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域受到疫情影響導(dǎo)致需求大幅下滑 之時(shí)，憑借風(fēng)電葉片、壓力容器、碳碳復(fù)材等領(lǐng)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(dá)到了 3%。未來隨著疫情影響邊際減弱，下游需求將 會(huì)全面開花，行業(yè)空間具有擴(kuò)張前景，2025 年全球碳纖維需求量預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)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(dá) 28.97%。盡管 2020 年年初，全球都陷入新冠疫情爆發(fā)的恐慌當(dāng)中，但憑借行之有效 的管理措施，中國率先擺脫疫情，各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)有序恢復(fù)，從而保證了碳纖維 下游需求的穩(wěn)定增長。細(xì)分需求結(jié)構(gòu)來看，2020 年我國碳纖維下游需求主要來源于 風(fēng)電葉片以及體育休閑，需求量分別為 2、1.46 萬噸，其中風(fēng)電葉片領(lǐng)域的需求增速 達(dá)到了 44.93%，貢獻(xiàn)主要需求增量。

在“2030 年碳達(dá)峰、2060 年碳中和”的“雙碳” 背景下，國家將采取強(qiáng)有力的政策，著手優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源的比重。風(fēng) 電、氫能、光伏均迎來發(fā)展機(jī)遇，葉片對于輕量化的要求將是碳纖維需求的關(guān)鍵引 擎。由于西方國家加強(qiáng)了高端碳纖維及生產(chǎn)設(shè)備對我國的限制，我國碳纖維在航空 航天領(lǐng)域的應(yīng)用占比僅為 3.48%，現(xiàn)如今民用碳纖維需求高增將會(huì)積極推動(dòng)國內(nèi)企業(yè) 實(shí)現(xiàn)制造工藝和生產(chǎn)設(shè)備的自主化，進(jìn)而為今后具備生產(chǎn)高端碳纖維的能力創(chuàng)造先 決條件。

2.2、 風(fēng)電領(lǐng)域：海上風(fēng)電迎機(jī)遇，未來增長空間廣闊

2.2.1、 碳中和頂層設(shè)計(jì)政策落地，清潔能源發(fā)展力度加碼

碳達(dá)峰具體行動(dòng)方案出臺(tái)，清潔能源長期發(fā)展目標(biāo)明確。雙碳目標(biāo)發(fā)布以來， 關(guān)于碳達(dá)峰的各種具體政策持續(xù)出臺(tái)，風(fēng)光等清潔能源長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)明確。2021 年 10 月 24 日，中共中央、國務(wù)院正式印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳 達(dá)峰碳中和工作的意見》，要求：

（1）到 2025 年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到 20%左右；（2）到 2030 年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到 25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容 量達(dá)到 12 億千瓦以上；（3）到 2060 年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到 80%以上。2021 年 10 月 26 日，國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》，提出堅(jiān)持陸海 并重，推動(dòng)風(fēng)電協(xié)調(diào)快速發(fā)展，完善海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈，鼓勵(lì)建設(shè)海上風(fēng)電基地;推進(jìn) 退役風(fēng)電機(jī)組葉片等新興產(chǎn)業(yè)廢物循環(huán)利用，以及“海上風(fēng)電+海洋牧場”等低碳農(nóng) 業(yè)模式。

大基地項(xiàng)目規(guī)劃，托底風(fēng)光行業(yè)發(fā)展。“十四五”期間規(guī)劃九大清潔能源基地和 五大海上風(fēng)電基地，2021 年 3 月公布的《“十四五”規(guī)劃和 2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》 提出，要建設(shè)九大清潔能源基地和五大海上風(fēng)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(fēng)電基地為廣東、福建、浙江、江蘇、山東等 海上風(fēng)電基地。大基地建設(shè)規(guī)劃將成為“十四五”期間風(fēng)光新增裝機(jī)的重要源頭。

大基地拉開序幕，百萬、千萬千瓦基地項(xiàng)目浮出水面。目前九大清潔能源基地 和五大海上風(fēng)電基地所涉及的相關(guān)省份均已出臺(tái)“十四五”期間風(fēng)電和光伏的規(guī)劃， 不少地區(qū)規(guī)劃了百萬千瓦乃至千萬的新能源大基地項(xiàng)目。根據(jù)北極星太陽能光伏網(wǎng) 統(tǒng)計(jì)，目前各省（區(qū)/市）規(guī)劃百萬千瓦大基地項(xiàng)目 46 個(gè)，千萬千瓦大基地項(xiàng)目 41 個(gè)。

首批 100GW 風(fēng)光大基地項(xiàng)目有序開工建設(shè)，預(yù)計(jì)風(fēng)光各占一半。目前，首批 100GW 風(fēng)光大基地項(xiàng)目已經(jīng)有序開工，預(yù)計(jì)風(fēng)光各占一 半。根據(jù)北極星太陽能光伏網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，自 2021 年 10 月中旬以來，全國已有超過 46.34GW 風(fēng)光大基地項(xiàng)目陸續(xù)開工建設(shè)，已公布的總投資達(dá) 2068 億元。

2.2.2、 全球風(fēng)電蓬勃發(fā)展，海上風(fēng)電裝機(jī)量持續(xù)高增

全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模穩(wěn)步增長，海上風(fēng)電始終維持高速增長。根據(jù)全球風(fēng)能 理事會(huì)（GWEC）發(fā)布的數(shù)據(jù)，過去十年間全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模由 2010 年的 198GW 增長至 2020 年的 743GW，CAGR 為 14%。其中陸上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為 707GW。2020 年，全球風(fēng)電新增裝機(jī)規(guī)模 93GW，同比增長 54%，新增裝機(jī)規(guī)模創(chuàng)歷史新高。近年來，隨著陸上富風(fēng)區(qū)域的逐漸飽和，海上風(fēng)電發(fā)展迅速，一直維持較高增速。截至 2020 年末，全球海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá) 35GW，2016-2020 年 CAGR 為 24%。

我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模穩(wěn)步增長，海上風(fēng)電勢頭迅猛后來居上。根據(jù)國家能源 局?jǐn)?shù)據(jù)，截至 2021 年 11 月，我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為 305GW，2011-2020 年的 CAGR 為22%。經(jīng)歷了2020年陸上風(fēng)電搶裝行情之后，2021年風(fēng)電新增裝機(jī)速度有所放緩。根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年1-11月我國風(fēng)電新增裝機(jī)容量24.7GW，同比增長8%。雖然我國海上風(fēng)電起步較晚，但近五年來發(fā)展勢頭迅猛，每年新增裝機(jī)量都持續(xù)刷 新記錄，2020 年的裝機(jī)量更是超越歐洲，占全球新增總量的 50.4%。根據(jù)國家能源 局?jǐn)?shù)據(jù)，截至 2021 年 6 月底，我國海上風(fēng)電總裝機(jī)量突破 11GW，與陸上風(fēng)電一樣， 躍居全球首位。（報(bào)告來源：未來智庫）

2.2.3、 風(fēng)電葉片趨于大型化，輕量化需求驅(qū)動(dòng)碳纖維發(fā)展

風(fēng)機(jī)的大型化是未來發(fā)展的趨勢。風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)成本主要來源于風(fēng)電機(jī)組、電 力設(shè)施和安裝工程等環(huán)節(jié)。根據(jù)北極星電力網(wǎng)數(shù)據(jù)，風(fēng)電機(jī)組、電力設(shè)施和安裝工 程占陸上風(fēng)電建設(shè)成本的 85%、占海上風(fēng)電建設(shè)成本的 63%。陸上風(fēng)電建設(shè)成本中 風(fēng)電機(jī)組占 70-80%，因此風(fēng)電機(jī)組降本是推動(dòng)陸上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)成本降低的關(guān)鍵。海上風(fēng)電由于其安裝和樁基建設(shè)的復(fù)雜性，使得風(fēng)電機(jī)組成本只占 30%左右，而安 裝和樁基共占 30-40%。

因而，風(fēng)電機(jī)組、安裝工程和樁基建設(shè)三方面同時(shí)降本才能 有效推動(dòng)海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)成本降低。由于中央不再對海上風(fēng)電進(jìn)行補(bǔ)貼，降低風(fēng) 電成本及提高經(jīng)濟(jì)性勢在必行。根據(jù)財(cái)政部、國家發(fā)改委、國家能源局在 2020 年 1 月發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》，自 2020 年起新增 的海上風(fēng)電項(xiàng)目將不再納入中央財(cái)政補(bǔ)貼范圍之中，而存量項(xiàng)目需要在 2021 年 12 月 31 日前完成全部機(jī)組并網(wǎng)才能享受補(bǔ)貼。

風(fēng)機(jī)大型化是風(fēng)電長期降本的有效途徑。風(fēng)電機(jī)組功率大型化主要從三方面推 動(dòng)風(fēng)電長期降本：（1）降低風(fēng)機(jī)單瓦制造成本；（2）降低風(fēng)電場建設(shè)成本；（3）提 高風(fēng)機(jī)利用小時(shí)數(shù)和發(fā)電效率，增加發(fā)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(fēng)機(jī)時(shí)，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(jī)企業(yè)采用平臺(tái) 化、模塊化設(shè)計(jì)理念，不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)許多零部件可以通用，這樣還可以帶來規(guī)模 化降本。例如 Vestas V112 機(jī)型相比 V82 機(jī)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(jī)型相比 MySE2.5-121 機(jī)型功率提升了 1 倍， 而關(guān)鍵部件提升只有 20-45%。

（2）降低風(fēng)電場建設(shè)成本：在滿足風(fēng)場總體裝機(jī)規(guī)模的情況下，風(fēng)機(jī)數(shù)量與單 機(jī)功率成反比。盡管單機(jī)功率提升會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的成本略有上升，但是風(fēng)電機(jī)組 的成本只占整個(gè)風(fēng)場成本的 40%，如果風(fēng)機(jī)數(shù)量能夠減少，可以有效降低建設(shè)成本， 包括平臺(tái)基礎(chǔ)、安裝施工等。根據(jù)《平價(jià)時(shí)代風(fēng)電項(xiàng)目投資特點(diǎn)與趨勢》中的數(shù)據(jù)， 當(dāng)風(fēng)機(jī)功率由 2.0MW 提升 4.5MW 時(shí)，風(fēng)電項(xiàng)目靜態(tài)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(fā)電效率：通過增加葉片的長度來擴(kuò)大受風(fēng)面積，捕捉更多的風(fēng)能。在同等風(fēng)速下，風(fēng)機(jī)發(fā)電量與受風(fēng)面積成正比。根據(jù) GE《2025 中國風(fēng)電度電成本》， 掃風(fēng)面積增加一倍，可以提高一倍的發(fā)電量，使得度電成本下降 30%。同時(shí)，掃風(fēng) 面積的提升使得超低風(fēng)速資源也具備了開發(fā)價(jià)值，尤其是現(xiàn)在陸上富風(fēng)區(qū)域逐漸飽 和疊加海上風(fēng)場天氣變幻無常，捕捉低風(fēng)速資源能夠有效提升風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。

葉片大型化對復(fù)合材料提出了更高標(biāo)準(zhǔn)，碳纖維能夠滿足其要求。近年來，為 了提高風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)性，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)功率呈上漲態(tài)勢，而風(fēng)電葉片長度與風(fēng)機(jī)功率 成正比。大型化風(fēng)機(jī)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(qiáng)度、高模量的要求。傳統(tǒng)的玻璃纖維葉片在長度超過一定閾值之后， 質(zhì)量過大導(dǎo)致性能降低，出現(xiàn)共振扭轉(zhuǎn)等問題。相較于玻纖，碳纖維的密度小 30%， 強(qiáng)度大 40%，模量高 3-8 倍。

高性能碳纖維復(fù)合材料受到平面的沖擊力時(shí)，內(nèi)部縱 橫交錯(cuò)的碳纖維絲能夠有效地分散受力，避免破裂的發(fā)生。兼顧強(qiáng)度、剛度的同時(shí)， 材料密度越小單位體積質(zhì)量越輕。根據(jù)中復(fù)神鷹招股說明書，在滿足剛度和強(qiáng)度的 前提下，碳纖維比玻璃鋼葉片質(zhì)量輕 30%以上；當(dāng)前風(fēng)輪直徑已突破 120m，葉片重 量達(dá) 18 噸，采用碳纖維的 120m 風(fēng)輪葉片可以有效減少總體自重達(dá) 38%，成本下降 14%，從而保證風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和轉(zhuǎn)換效率。

全球風(fēng)電巨頭 Vestas 專利即將到期，碳纖維滲透率有望進(jìn)一步提高。風(fēng)電葉片 主梁所用碳纖維有預(yù)浸料、真空灌注、拉擠成型三種工藝。前兩種工藝缺點(diǎn)較為明 顯，成本高且效率低：預(yù)浸料長期儲(chǔ)存需要冷凍環(huán)境，額外增加了葉片的生產(chǎn)成本；真空灌注是閉模成型工藝，準(zhǔn)備工作繁瑣，而且真空程度對于材料質(zhì)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(yōu)點(diǎn)為：

（1）通過拉擠 工藝的生產(chǎn)方式有效提高了纖維體積含量，減輕了主體承載部分的質(zhì)量；（2）通過 標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)模式有效提高了生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品性能的一致性和穩(wěn)定性；（3）降 低了運(yùn)輸成本和最后組裝整體成型的生產(chǎn)成本；（4）預(yù)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(shè)計(jì)和工藝制造的碳纖維主梁，兆瓦級(jí) 的葉片均可使用，擴(kuò)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(shí)產(chǎn)權(quán)局申請了以碳纖維條為主要材料生產(chǎn)風(fēng)電葉片的相關(guān) 專利，限制了其他企業(yè)使用碳纖維主梁制作葉片。

風(fēng)電裝機(jī)規(guī)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(fēng)電已經(jīng)成為全球重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。2020 年全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量 103GW，風(fēng)電葉片用碳纖維的需求量為 3.06 萬噸， 意味著 1GW 風(fēng)電裝機(jī)需要約 297 噸碳纖維。根據(jù)中國巨石的數(shù)據(jù)，1GW 風(fēng)電裝機(jī) 需用玻纖 1 萬噸，可得當(dāng)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(huì)使用拉擠碳梁，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)功率有 望進(jìn)一步提高，海風(fēng)新增裝機(jī)將會(huì)迎來放量。根據(jù) GWEC 預(yù)測，未來中國海上風(fēng)電 蓬勃發(fā)展有望帶動(dòng)全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)量大幅上漲，預(yù)計(jì)到 2025 年，全球海上風(fēng) 電新增裝機(jī)規(guī)模達(dá) 23.9GW，2021-2025 年 CAGR 為 31%。

2.3、 儲(chǔ)氫瓶：氫能行業(yè)發(fā)展帶動(dòng)儲(chǔ)氫瓶碳纖維的需求增長

氫能的儲(chǔ)運(yùn)根據(jù)氫或儲(chǔ)氫材料形態(tài)的不同主要分為氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、固態(tài) 儲(chǔ) 運(yùn)及有機(jī)液體儲(chǔ)運(yùn)等四種方式：（1）氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，主要包括近距離運(yùn)輸?shù)母邏洪L管 拖車以及長距離運(yùn)輸?shù)墓艿肋\(yùn)輸，其中管道運(yùn)輸適用于大規(guī)模氫氣運(yùn)輸；（2）液態(tài) 儲(chǔ)運(yùn)，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是將氫氣冷凍至零下 252.72℃以變?yōu)橐后w加注到絕熱容器中進(jìn) 行儲(chǔ)運(yùn)，儲(chǔ)運(yùn)工具主要為用于長距離、大規(guī)模運(yùn)輸?shù)囊簹洳酃捃嚕唬?）固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)， 是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲(chǔ)氫載體，通過化學(xué)吸附和物理吸 附的方式進(jìn)行氫儲(chǔ)運(yùn)，對儲(chǔ)運(yùn)工具并無特殊要求；（4）有機(jī)液體儲(chǔ)運(yùn)，是通過加氫 反應(yīng)將氫氣固定到芳香族有機(jī)化合物并形成穩(wěn)定的氫有機(jī)化合物液體，最終以液體 槽罐車進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)。

高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫目前是國內(nèi)主流的儲(chǔ)氫方式。在主要的氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)中，最成熟的 是高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，也是現(xiàn)階段國內(nèi)最主要的氫儲(chǔ)運(yùn)方式。氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)常溫即可實(shí)現(xiàn)快 速充放氫，成本較低，因此得到廣泛應(yīng)用，但儲(chǔ)氫量較低，且對高壓儲(chǔ)氫罐存在較 高的技術(shù)要求。另一方面，管道運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離運(yùn)輸?shù)闹匾绞剑?能耗小且成本較低。但類似于天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，輸氫管道建設(shè)所需一次性投資 較大，基建成本高昂且建設(shè)周期較長。相較于歐美國家已相對成熟的輸氫管網(wǎng)系統(tǒng)， 中國輸氫管道建設(shè)仍處于起步階段。而在現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)中混入氫氣是初期管道輸氫的主要探索方向。

國產(chǎn) IV 型瓶技術(shù)取得突破，將帶動(dòng)碳纖維需求提升。高壓氫氣瓶主要分為四個(gè) 型號(hào)：（1）I 型全金屬氣瓶，（2）II 型金屬內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞氣瓶，（3）III 型金屬內(nèi) 膽纖維全纏繞氣瓶，（4）IV 型非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶。其中，I 型、II 型氣瓶由 于質(zhì)量過大、儲(chǔ)氫密度低，難以滿足氫燃料電池汽車的儲(chǔ)氫需求，主要用于工業(yè)、 加氫站等固定地點(diǎn)用途。而 III 型、IV 型氣瓶采用了纖維全纏繞的方式，具有質(zhì)量輕、 儲(chǔ)氫密度高、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于車載領(lǐng)域。

目前，國內(nèi)主要采用 III 型儲(chǔ)氫瓶（35MPa），相較于國際主流的 IV 型 70MPa 高壓儲(chǔ)氫瓶仍存在一定的技 術(shù)差距，但在 2020 年末我國國產(chǎn) IV 型瓶技術(shù)取得了重大突破。沈陽斯林達(dá)安科新 技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 70MPa 氫氣瓶，已經(jīng)通過型式檢驗(yàn)，各項(xiàng)參數(shù)均滿足《車用壓 縮氫氣塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》國家標(biāo)準(zhǔn)，成為國內(nèi)首家 IV 型瓶通過技術(shù)評審 的企業(yè)。相同體積下，壓力與儲(chǔ)氫量成正比，IV 型瓶成為氫燃料電池汽車的首選儲(chǔ) 氫瓶，續(xù)航里程可以有效提高。根據(jù)中科院寧波材料所特種纖維事業(yè)部的數(shù)據(jù)，氫 能商用車攜帶 4 個(gè)儲(chǔ)氫瓶，單個(gè)儲(chǔ)氫瓶碳纖維用量約 80Kg；乘用車攜帶 2 個(gè)儲(chǔ)氫瓶， 單瓶碳纖維用量為 37.5kg。在燃料電池汽車示范應(yīng)用政策的推動(dòng)下，我國氫燃料電 池汽車保有量將會(huì)逐步增加，從而帶動(dòng)碳纖維需求的大幅提升。

2.4、 熱場材料：光伏發(fā)展帶動(dòng)碳碳復(fù)材高速成長，對碳纖維有海量需求

碳碳復(fù)材是碳纖維及其織物增強(qiáng)的碳基體復(fù)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(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，力學(xué)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(qiáng)度的復(fù)合材料，主要應(yīng)用于剎車盤、航 天部件以及熱場部件三個(gè)領(lǐng)域。近年來，前兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展平穩(wěn)，熱場部件的需 求則是受到光伏行業(yè)高速發(fā)展的拉動(dòng)。

碳基復(fù)材性能優(yōu)于石墨，能夠契合光伏發(fā)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(nèi)的坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒、加熱器等部件。為熔化硅料， 需要溫度達(dá)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(fù)材為輔。隨著光伏新增裝機(jī)規(guī)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(xiàn)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(fù)材抗 折強(qiáng)度超過 150MPa，能夠承載更大重量，保證了生產(chǎn)安全性，同時(shí)使用壽命也更長， 更加契合熱場大型化的發(fā)展趨勢。隨著坩堝制作工藝、拉棒技術(shù)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(yè)必須的生產(chǎn)設(shè)備。

國產(chǎn)碳基復(fù)材逐步替代進(jìn)口高純度石墨，光伏持續(xù)高增將帶動(dòng)碳纖維需求大幅 提升。早期，國內(nèi)硅片企業(yè)的熱場材料主要依靠從德國西格里、日本東洋碳素進(jìn)口 高純、高強(qiáng)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(yè)實(shí)現(xiàn)了碳基復(fù)材的低成本、規(guī)模化生產(chǎn)，國內(nèi)硅片企業(yè)逐步轉(zhuǎn)向 使用國產(chǎn)碳碳熱場。根據(jù)金博股份的招股說明書，碳基復(fù)材滲透率從 2010 年的 10% 以下提高至 2019 年的 50%以上。“碳中和”時(shí)代來臨，光伏發(fā)電作為清潔能源，是 全球重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域，未來光伏新增裝機(jī)規(guī)模預(yù)計(jì)維持較高的增速，硅片企業(yè)對碳 碳熱場的需求有望繼續(xù)高速增長。

3、供給端：國內(nèi)企業(yè)技術(shù)突破擴(kuò)建產(chǎn)能，國產(chǎn)替代空間可期

3.1、 國外企業(yè)占據(jù)高端產(chǎn)能，國內(nèi)企業(yè)正在奮力

歐美日企業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢，碳纖維生產(chǎn)工藝已非常成熟。1959 年日本大阪工業(yè) 試驗(yàn)所成功發(fā)明了 PAN 基碳纖維的制備技術(shù)，由此揭開了全球碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的序 幕。國際上 PAN 基碳纖維的生產(chǎn)于上世紀(jì) 60 年開始起步，日本、英國是最先開啟 實(shí)驗(yàn)室研發(fā)碳纖維，而美國于當(dāng)時(shí)專注攻克粘膠基碳纖維，所以在此方面發(fā)展稍晚 一步。

進(jìn)入 70 年代，日、英、美三國企業(yè)開始頻繁合作，開始工程化技術(shù)的研發(fā)以 及應(yīng)用領(lǐng)域的開拓，成功將碳纖維應(yīng)用在高爾夫球桿、釣魚竿等方面，同時(shí)碳纖維 復(fù)合材料在航天航空結(jié)構(gòu)上也取得突破，還實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。90 年代開始，碳纖維 產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速，行業(yè)正式進(jìn)入了工業(yè)化時(shí)代，單線產(chǎn)能突破千噸/年。日本東麗公司 作為行業(yè)翹楚，早在當(dāng)時(shí)就基本完成了現(xiàn)有絕大部分產(chǎn)品型號(hào)的研發(fā)和生產(chǎn)，包括 初期的 T300、中期的 T800 和 T1000、末期的 M60J。進(jìn)入 21 世紀(jì)之后，碳纖維的 應(yīng)用不再僅限于軍工和宇航，風(fēng)電、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)大。

總的來說， 由于歐美日企業(yè)很早就開始研發(fā)碳纖維技術(shù)，并將技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相融合，具備先 發(fā)優(yōu)勢，占據(jù)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(shù)主要由日本企業(yè)掌握，其生產(chǎn)的碳纖維無論是質(zhì)量還是數(shù)量均處于 世界領(lǐng)先地位。日本的三家碳纖維企業(yè)（東麗、東邦、三菱）占據(jù)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(yè)。

國內(nèi)發(fā)展稍有停滯，如今積極發(fā)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(shí)起步。由于國外知名碳纖維企業(yè)囿于“巴黎統(tǒng)籌條約” 的限制，不愿出售相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備，僅有英國 RK 公司愿意出售極小產(chǎn)量的中試線， 中國碳纖維行業(yè)于上世紀(jì) 90 年代一直處于停滯狀態(tài)，直到進(jìn)入新世紀(jì)之后，科技部 設(shè)立碳纖維專項(xiàng)，將碳纖維列入 863 計(jì)劃新材料領(lǐng)域，才算是恢復(fù)發(fā)展。

2008 年， 以國有企業(yè)為主的大量工業(yè)企業(yè)涌入碳纖維行業(yè)，但大多企業(yè)在一些關(guān)鍵技術(shù)上毫 無突破，生產(chǎn)線運(yùn)行效率較低且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。2010 年開始，碳纖維行業(yè)格局發(fā) 生優(yōu)化，優(yōu)勝劣汰，從原先的 40 多家企業(yè)減少到了十多家企業(yè)。隨著下游應(yīng)用的拓 展，碳纖維的需求逐步提升，倒逼上游企業(yè)開始大力發(fā)展，一些企業(yè)在工業(yè)級(jí)大絲 束碳纖維的生產(chǎn)工藝上取得突破，具備產(chǎn)業(yè)鏈自主化能力的產(chǎn)品類型。（報(bào)告來源：未來智庫）

3.2、 技術(shù)取得突破，為碳纖維國產(chǎn)替代奠定基礎(chǔ)

完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從原油到終端應(yīng)用的制造過程。上游企業(yè)從石油、天 然氣等化石燃料中制取丙烯，并經(jīng)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(jīng)過多段氧化爐制成預(yù) 氧絲，隨后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下經(jīng)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(yù)浸料，也可以與樹脂、陶瓷等材料相結(jié)合制成碳纖維復(fù)合材料， 最后由各種成型工藝得到下游應(yīng)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(xiàng)性能指標(biāo)

原絲制備是碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。碳纖維原絲的質(zhì)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(jīng)過預(yù)氧化、碳化轉(zhuǎn)化成碳纖維，這是一 個(gè)復(fù)雜的過程，碳纖維的缺陷主要源于各環(huán)節(jié)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(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)存在不同程度的缺陷，將會(huì)對碳纖維的 質(zhì)量和性能造成嚴(yán)重的影響。碳纖維的強(qiáng)度顯著依賴于原絲的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)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(qiáng)度的碳纖維。

原絲制備的技術(shù)壁壘和工藝差別主要在紡絲環(huán)節(jié)。碳纖維原絲的工藝主要包含 聚合、制膠、紡絲三個(gè)過程。經(jīng)過長期的技術(shù)研究與工程化實(shí)踐，碳纖維行業(yè)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(jìn)入了溫度較低的溶劑里會(huì)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(jìn)行拉伸，表面容易起皮，所以大絲束碳纖維的強(qiáng)度相 較于小絲束會(huì)差一些。（2）干噴濕紡工藝有效結(jié)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(yōu)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(huì)直接浸入凝固浴，噴頭溫度可以獨(dú)立精準(zhǔn)控制，紡絲液由噴絲版噴出之后在 進(jìn)入凝固浴前會(huì)經(jīng)過一段空氣層，紡絲液在空氣層中會(huì)發(fā)生一定的拉伸流動(dòng)，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(jié)構(gòu)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(xué)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(yè)掌握了該工藝，并且已經(jīng)生產(chǎn)出了成熟的系列產(chǎn)品。

國際上日本東麗和美國赫氏率先實(shí)現(xiàn)了干噴濕紡工藝的突破，而國內(nèi)中復(fù)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(chǎn)線，光威復(fù)材于 2019 年 通過了 T700 級(jí)別碳纖維干噴濕紡產(chǎn)業(yè)化制備項(xiàng)目的鑒定，發(fā)展速度較快，未來可期。

3.2.2、 碳絲：受制于核心生產(chǎn)設(shè)備，國內(nèi)碳纖維在穩(wěn)定性方面稍有欠缺

碳化環(huán)節(jié)壁壘較高，國產(chǎn)核心裝備與世界領(lǐng)先水平仍有差距。碳纖維原絲經(jīng)過 多段氧化爐在空氣氣氛下反應(yīng)得到預(yù)氧絲；預(yù)氧絲在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，分別經(jīng)過低溫碳 化、高溫碳化得到碳絲；隨后經(jīng)表面處理后進(jìn)行上漿，最后烘干得到碳纖維成品。預(yù)氧化是原絲到碳纖維過程中比較重要且耗時(shí)較長的一個(gè)階段，在預(yù)氧化過程中， 溫度是重要的影響因素，期間發(fā)生的環(huán)化、脫氫、芳構(gòu)化、氧化、交聯(lián)等反應(yīng)可導(dǎo) 致熱氧穩(wěn)定化纖維共軛梯形結(jié)構(gòu)的形成，保證其在后續(xù)高溫炭化過程中不會(huì)熔融， 對最終碳纖維的結(jié)構(gòu)形成和性能起著決定性的作用。

一般預(yù)氧化時(shí)間短，外表皮層 結(jié)構(gòu)較薄；時(shí)間加長之后皮層會(huì)逐漸加厚。熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)是工業(yè)預(yù)氧化爐中最具技 術(shù)含量的部分，該系統(tǒng)能夠直接形成預(yù)氧化爐內(nèi)部的等溫區(qū)域，對爐體內(nèi)部工作空 間的溫度均勻性起到了決定性的作用。原絲預(yù)氧化是一個(gè)放熱的過程，在預(yù)氧化過 程中會(huì)伴隨大量熱量的產(chǎn)生，如果熱量不能及時(shí)轉(zhuǎn)移散發(fā)出去，會(huì)造成蓄熱和局部 過熱，從而影響纖維的氧化均一性，甚至?xí)斐衫w維燒斷或起火燃燒。當(dāng)前，我國 企業(yè)制造的預(yù)氧化爐在相關(guān)指標(biāo)方面與國際領(lǐng)先水平有著不小的差距，這也是制約 我國高性能碳纖維發(fā)展的主要原因。

部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)突破，碳纖維國產(chǎn)替代可期。碳纖維的制備工藝流程復(fù)雜，涉及 的工藝參數(shù)較多，掌握這些工藝參數(shù)往往需要經(jīng)過長時(shí)間的積累。碳纖維屬于戰(zhàn)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(yè)直接購 買，尤其是軍工領(lǐng)域。隨著我國在碳纖維領(lǐng)域取得突破，包括精功科技在高質(zhì)量的 碳纖維整線設(shè)備實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)，國外對我國生產(chǎn)工業(yè)級(jí)（民用）碳纖維的企業(yè)不再 實(shí)施封鎖禁售。根據(jù)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(chǎn)線，售價(jià)共計(jì) 6.5 億元。由此可見，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)具備生產(chǎn)千噸級(jí)的碳纖維 整線設(shè)備，而且相較于進(jìn)口設(shè)備，國產(chǎn)設(shè)備成本更低，未來民用碳纖維國產(chǎn)替代化 有望加速。

3.3、 下游需求高增，國產(chǎn)碳纖維迎來歷史機(jī)遇

中國運(yùn)行產(chǎn)能迅速攀升，未來碳纖維國產(chǎn)率有望逐步提高。2020 年，全球碳纖 維運(yùn)行產(chǎn)能為 17.17 萬噸，同比增長 10.81%。其中，中國大陸碳纖維運(yùn)行產(chǎn)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(yùn)行產(chǎn)能已經(jīng)升至全球第二位。細(xì)分供應(yīng)來源來看，2020 年國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量為 1.85 萬噸，進(jìn)口碳纖維 3.04 萬噸，同比增速分別為 53.75%、17.46%。雖然當(dāng)前我國碳纖維主要依靠進(jìn)口， 但是國產(chǎn)碳纖維連續(xù)三年保持了 20%以上的增長速度，直觀說明國內(nèi)碳纖維企業(yè)在 生產(chǎn)方面取得了不小的進(jìn)步。中國碳纖維需求結(jié)構(gòu)與全球相比有著明顯差異，風(fēng)電 葉片領(lǐng)域貢獻(xiàn)主要需求。在國內(nèi)“雙碳”背景下，國家大力發(fā)展清潔能源，風(fēng)力發(fā) 電、氫燃料電池汽車、光伏等領(lǐng)域?qū)μ祭w維有著海量需求，隨著國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能的擴(kuò) 展和制品質(zhì)量的提升，未來碳纖維國產(chǎn)率將會(huì)穩(wěn)步提升。以大絲束碳纖維為切入點(diǎn)， 國內(nèi)企業(yè)將會(huì)對碳纖維生產(chǎn)工藝愈發(fā)嫻熟和理解，假以時(shí)日或?qū)⒃诟咝阅芴祭w維上 取得突破，碳纖維國產(chǎn)替代空間廣闊。