碳纤维应用之氢能篇

1.1. 四种储氢方式中，仅高压气态储氢会用到碳纤维

在不同的氢储运方式中，只有高压气态储氢瓶会采用碳纤维。目前，储氢方式包括高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固态材料储氢四种，其中高压气态储氢是将氢气加压至 20MPa-80MPa，对储氢容器的抗压和轻量化要求较高，目前常采用碳纤维作为产业化解决储氢容器轻量化、强度高的材料。

1.2. 碳纤维在高压储氢瓶的应用以轻量化为目标，提高质量密度储氢比

从轻量化角度出发，碳纤维在 II、III、IV型瓶中均有应用。高压气体储氢容器主要包括纯钢制金属瓶（I 型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（II 型）、铝内胆纤维缠绕瓶（III 型）及塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型），从 I 型瓶发展到 IV型瓶，主要目的是降低气瓶的壁厚以减重。

燃料电池汽车主要用 III型瓶、IV型瓶，长管拖车主要用 II型瓶、III型瓶。I 型瓶是全金属瓶，主要为 15Mpa 实验室用瓶和 20Mpa 长管拖车的常用瓶；II 型瓶采用金属内衬，外部用玻璃增强纤维缠绕瓶身直筒部分；III 型瓶采用金属内衬，外部用碳纤维缠绕整个瓶身，包括直筒和端盖；IV型瓶最轻，采用塑料内衬，碳纤维缠绕整个瓶身，是目前技术水平最高的高压储氢技术。

1.3. 2021 年国内高压储氢瓶碳纤维需求量超 500 吨

2021年，我国燃料电池汽车销量 1586辆，按 50%的库存率计算当年燃料电池汽车产量为 2,379辆，对应碳纤维的需求量 571吨。按燃料电池汽车平均携带 6 个储氢瓶（规格为 35MPa/165L，单瓶碳纤维用量 40kg）计算，单车碳纤维用量 240kg。

2.1. 初期看财政补贴：燃料电池的补贴弱于锂电和光伏

在补贴政策上，氢能很大程度上借鉴了新能源汽车和光伏补贴过程中的教训和经验，因此相比而言，从起步阶段的制定就显得谨慎、稳妥。针对燃料电池汽车的补贴，最早是在 2009 年发布的《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》予以明确；2020 年 9 月，《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》出台，采取“以奖代补”方式，对入围示范的城市群按照其目标完成情况给予奖励，示范期暂定为四年。

2.2. 中长期看全生命周期成本：燃料电池重卡可具备经济性

《新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）》提出深化“三纵三横”战略，锂电池汽车与氢燃料电池汽车区隔竞争，在各自的优势领域发挥最大效用。氢燃料电池优势在于功率高、能量密度大，载重能力强和续驶里程长，基于与锂电池汽车互补的思路，重卡特别是干线长途运输场景将成为氢燃料电池最具渗透力的领域。

对比柴油重卡、换电重卡、氢燃料电池重卡，即使在考虑补贴的情况下，氢燃料电池的全生命周期成本（5 年 100 万公里）仍然不具备经济性；预计到 2030 年，燃料电池系统降至 800 元/kw、氢气价格 25 元/kg、百公里氢耗 10kg，燃料电池重卡的全生命周期成本（不考虑补贴）为 270万元，实现经济性。

2.3. 拐点看重卡龙头企业：关注潍柴的燃料电池重卡布局

主流重卡车企与发动机厂商多数存在股权关系，配套体系稳固；其中，重卡发动机龙头潍柴动力市占率超 30%，且氢能布局最为领先。一汽解放约 70%的发动机由全资子公司锡柴和大柴配套，中国重汽 90%以上的柴油机份额由集团下属的济南动力与杭州发动机配套，陕重汽约 90%的柴油机则由持股51%的母公司潍柴动力供应。在发动机企业中，仅潍柴、玉柴在氢能领域有所布局。

到 2030年，氢能领域碳纤维用量预计超 12万吨，其中燃料电池汽车用碳纤维 12 万吨（对应 30 万辆）、长管拖车用碳纤维 0.3 万吨（对应 0.24万辆）。

3.1. 预计到 2030 年，燃料电池汽车用碳纤维 12 万吨

预计到 2030 年，燃料电池汽车销量达 30 万辆，对应碳纤维需求量 12 万吨。

燃料电池汽车销量的预测：参考新能源汽车的渗透率，到2030年燃料电池汽车渗透率达到 20%估算，到 2030 年燃料电池汽车销量 30 万辆，保有量 70 万辆。

单车碳纤维用量的预测：一辆车配 8 个 III 型储氢瓶（规格为 35MPa、210L），单瓶的碳纤维用量 50kg，对应单车碳纤维 400kg。

3.2. 预计到 2030 年，长管拖车用碳纤维 0.3 万吨

预计到 2030 年，新增长管拖车 0.24 万辆，对应碳纤维需求量 0.3 万吨。

长管拖车新增量的预测：参考各城市氢能产业规划文件，按每座加氢站配备 3 台长管拖车，2030 年新增长管拖车 2360 辆。

单车碳纤维用量的预测：单车 9 管（每管 150kg 的碳纤维用量），单车1350kg 的碳纤维用量。