2023.02.17 ，01 期

绿见未来：风光氢产业碳纤维应用

[Table_Su摘要：

全球新一轮的科技革命正催生风光氢产业的新模式和新业态，材料，特别是碳纤维，作为风光氢产业发展的重要支撑，从打破技术空白，到突破产业瓶颈，再到打开商业应用前景，积极应对着风电、光伏、氢能产业每个阶段的进化需求。

碳纤维应用之风电篇

从风电产业复盘看，补贴与消纳两大周期驱动因素消退，风电正式步入以经济性为核心驱动的高成长阶段。我们认为，在经济性驱动的时代，碳纤维在风电渗透节奏是动态决定的，与碳纤维作为替材相对于玻纤的性价比，整机企业的设计优化能力，产业链组织方式（包括风机招标模式，以及产业链横纵向整合模式）相关。2022年，碳纤维风电应用一定程度上受到相对高位的碳纤维价格以及较底的招标价格两头压制，而我们认为中期看国内海风场景由于其性能敏感性大于价格敏感性，有望率先实现碳纤维渗透率提升。

碳纤维应用之光伏篇

光伏热场测算与趋势：硅料对光伏产业的制约迎来拐点。从纤维用量的角度来看，尺寸升级和碳碳材料新部件渗透率提升的趋势，将增加每 GW硅片实际产能的碳纤维实用量。热场行业竞争参与者增加带来纤维使用多样性的增加，N 型趋势提升纤维纯度要求。从热场行业对碳纤维的库存来看，在 2022年老玩家和新玩家呈现明显分化趋势。乘用车碳陶刹车领域摸索从 0-1的起点：长纤盘成为行业重点发展方向，目前碳陶企业先行布局，渗透率提升预期空间弹性大，对纤维贡献有望快速增加。

碳纤维应用之氢能篇

高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景，因此碳纤维在氢能领域的应用与燃料电池汽车产业的发展紧密相关。借鉴锂电池汽车和光伏产业，我们认为未来氢燃料电池汽车的发展短期看财政补贴、中长期看全生命周期成本、拐点看重卡龙头企业。预计到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）。

风险提示：技术突破不及预期，降本进度不及预期，产业政策不及预期

[Table_Author] 产业研究中心

作者：鲍雁辛

电话：0755-23976830

邮箱：baoyanxin@gtjas.com

资格证书编号：S0880513070005

作者：肖洁

电话：021-38674660

邮箱：xiaojie@gtjas.com

资格证书编号：S0880513080002

作者：花健祎

电话：0755-23976858

邮箱：huajianyi@gtjas.com

资格证书编号：S0880521010001

作者：杨冬庭

电话：0755-23976166

邮箱：yangdongting@gtjas.com

资格证书编号：S0880522080004

作者：陈磊

电话：021-38038037

邮箱：chenlei022459@gtjas.com

资格证书编号：S0880522060001

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碳纤维应用之风电篇.....
1.1. 御风之路：从补贴到平价，经济性为第一驱动力. .. 3
1.1.1. 补贴和消纳为过去影响风电装机的两大波动因素... .. 3
1.1.2. 平价后，经济性成为第一驱动力. ... 4
1.2. 叶片大型化：谁决定了“碳”换“玻”的临界点.... ... 5
1.2.1. 碳玻性价比：材料性能极限与价格的博弈.. .... 6
1.2.2. 整机系统优化能力为材料升级奠定空间.. .... 7
1.2.3. 产业链重新组织带来各环节利益的重新分配. ... 9
1.3. 国内海风率先突围. . 13
1.3.1. 海风场景性能敏感性大于价格敏感性. .... 13
1.3.2. 阶段性低谷后看国内海风放量.. ... 14
碳纤维应用之碳碳复合材料篇. .. 15
2.1. 光伏热场测算与趋势. .. 15
2.1.1. 光伏装机：硅料价格拐点，石英决定装机或在 340GW... 15
2.1.2. 单位纤维用量：尺寸升级和部件增加将增加单位纤维用量
17
2.1.3. 纤维性能：纤维多样性增加，N 型趋势提升纯度要求..... 21
2.1.4. 产业链纤维库存：22 情况分化，23 将重回平稳区间...... 22
2.1.5. 新应用：负极热场开始应用，保温毡类还是沥青基市场. 23
2.2. 碳陶刹车测算与趋势. .. 24
2.2.1. 乘用车碳陶刹车领域开始进入定点到路试的阶段.. ... 24
2.2.2. 长纤盘或成行业主流共识，放量车型或选配先行.. .. 24
2.2.3. 渗透率提升预期波动较大，对纤维贡献有望快速增强..... 25
碳纤维应用之氢能篇. ... 26
3.1. 高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景. .. 26
3.1.1. 四种储氢方式中，仅高压气态储氢会用到碳纤维.. .. 26
3.1.2. 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 27
3.1.3. 2021 年国内高压储氢瓶碳纤维需求量超 500 吨.. .... 28
3.2. 氢燃料电池发展关键变量：补贴、成本、龙头. ... 28
3.2.1. 初期看财政补贴：燃料电池的补贴弱于锂电和光伏........ 29
3.2.2. 中长期看全生命周期成本：燃料电池重卡可具备经济性. 31
3.2.3. 拐点看重卡龙头企业：关注潍柴的燃料电池重卡布局..... 32
3.3. 未来氢能的碳纤维用量取决于燃料电池汽车发展.. ..... 33
3.3.1. 预计到 2030 年，燃料电池汽车用碳纤维 12 万吨.... ..... 33
3.3.2. 预计到 2030 年，长管拖车用碳纤维 0.3 万吨.. ... 33
风险提示 .......... ...... 34

1. 碳纤维应用之风电篇

1.1. 御风之路：从补贴到平价，经济性为第一驱动力

1.1.1. 补贴和消纳为过去影响风电装机的两大波动因素

十一五至十三五时期，政策决定发展节奏，通过电价补贴与消纳调控影响风电行业呈周期波动。2006年我国风电年度新增装机正式迈入GW时代，产业化加速。十一五时期，一法多规提振风电开发积极性，国内风电供应链初步形成；十二五时期，消纳瓶颈首现，开发节奏宏观调控性增强；十三五时期，补贴退坡叠加弃风限电再现，行业调整后迎接平价时代。

图 1：十一五至十三五时期，补贴叠加消纳驱动风电行业周期波动

数据来源：中国风能协会，全国新能源消纳监测预警中心，国家能源局，Wind，国泰君安证券研究

“十一五”阶段：政策推动风电产业化，初期发展高增速。2005 年《可再生能源法》正式实施，我国可再生能源发展进入一个新的历史阶段。同时，《可再生能源发展“十一五”规划》明确，以风电场的规模化建设带动产业化发展，提高装备国产化制造能力。2009 年起，《关于完善风力发电上网电价政策的通知》明确执行标杆上网电价。政策集中释放积极信号，有效推动产业化进程，2006 年风电新增装机首次突破 1GW，2006-2010 年新增装机 CAGR 达 95.8%。

“十二五”阶段：初现消纳瓶颈，行业发展逐步规范。风电产业化初期粗放式的发展积累众多乱象，“十二五”初期全国弃风率显著提升至 17.1%，行业遇首轮大规模弃风限电。为引导行业规范化健康发展，政府宏观调控力度加大。“十二五”时期，各地加强风电资源在释放节奏上的调控，同时加大对电网调度消纳能力的重视：1）国家能源局印发《风电开发建设管理暂行办法》，要求各省核准风电项目前须先向国家能源局上报核准计划，收紧地方政府风电项目核准审批权，避免“4.95 万千瓦现象”；2）为解决消纳问题，可再生能源保障性收购和优先上网政策逐步落实，同期国家力促跨区输电，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术。

“十三五”阶段：2015年现退补抢装潮，三北地区重现大规模弃风限电，政策调控力度进一步加大。2015 年，风电上网电价补贴开始退坡，迎来首轮抢装潮。受抢装潮影响，弃风率再次大幅提升，2016 年全国平均弃风率达 17.1%，三北地区再现大规模弃风限电。受制于消纳瓶颈，风电新增装机规模在 2016 -2017 年连续两年进一步收缩。2016 年，建立风电投资监测预警制度，直至 2020 年“红六省”全部脱帽，红色预警全面解除。

1.1.2. 平价后，经济性成为第一驱动力

退补加速风电平价上网进度，风机大型化进一步推动降本。“十三五”阶段政策加速推进风电平价上网，自 2015 年起逐步下调陆上风电上网电价，倒逼产业链加速降本增效，逐步实现无补贴经济性。降本需求促使风机大型化进程同步加速。

图 2：陆上风电上网标杆电价 2017-2020 年加速退坡

数据来源：国家能源局，国泰君安证券研究

图 3：风机大型化进程加速

数据来源：中国风能协会，IRENA，国泰君安证券研究

市场化推动产业降本增效提速，政策调控为良性发展护航。2020年以来风电投标均价显著下降，20Q1 平均 3924 元/kW，22Q2 平均仅 1939 元/kW，降幅超 50%，产业链降本成效显著。双碳目标下，国内风电政策环境持续向好，众多涉及消纳保障、风光大基地、风电下乡、分散式风电、海上风电、老旧机组改造、新型电力系统建设等的政策出台，政策正以目标引领的方式推进可再生能源高质量发展，深入推动能源行业改革。

图 4：风电月度公开投标均价显著下降（元/kW）

数据来源：金风科技公告，国泰君安证券研究

1.2. 叶片大型化：谁决定了“碳”换“玻”的临界点

与光伏相比，风电的降本路径相对单一，大型化是唯一方向。光电转换效率的提升，从路径上看，短期是换结构，硅片和电池片设计从 P 型（PERC）变为 N 型（Topcon，HJT），本质是改变晶硅 PN 结的导电方式，更长期的效率提升构想是更换材料，比如未来可能从晶硅到钙钛矿。但风力发电本质是将机械能转换为电能，在这个传导路径中，“大型化”几乎是唯一的降本路径。

图 5：风电装机容量不断提升

数据来源：中国风能协会，IRENA，国泰君安证券研究

风电机组通过不断增加单机容量来降低度电成本，由此也对风电叶片长度提出了不断增加的要求。叶片作为风能转化的动力源泉，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素，是推动机组大型化的关键环节。

在成本和性能中取舍，国内风电用碳纤维需求拐点是动态决定的。叶片大型化无法脱离叶片材料升级，材料升级又必然带来叶片绝对制造成本的上升，出现了叶片升级过程中“低成本”和“轻量化”无法兼顾的两难局面。综合来看，我们认为国内风电碳纤维应用爆发的拐点是动态的，由碳玻材料相对性价比、整机厂家的设计能力及国内风电产业链的组织方式共同决定：

1）碳纤维的相对性价比提高：碳纤维与玻纤的价格差距缩小，或者叶片长度加到玻纤无法满足性能要求；

2）从整机设计角度抵消部分叶片成本的上升：整机厂家叶片设计、包括整机系统优化能力，可以为用碳纤维腾挪出成本空间；

3）产业链组织方式的优化：下游招标模式变化，以及通过产业链横、纵向整合来增厚整机环节盈利空间。

图 6：叶片玻纤换碳纤的主要驱动因素一览

数据来源：中国知网，产业链调研，国泰君安证券研究

1.2.1. 碳玻性价比：材料性能极限与价格的博弈

碳纤对玻纤的替换主要发生在承重要求更高的叶片主梁上。叶片目前涉及的主流复合增强材料主要是玻璃纤维，玻纤在叶片的蒙皮、腹板和主梁上都有广泛的应用，不同部件采用的纤维布类型因承载需要而各有差异。但随着叶片长度的增加，其重量也越来越大，全玻纤叶片逐渐无法满足机组大型化和轻量化的要求，因此在叶片设计上会采用轻质高强的碳纤维替换对载荷要求更高的叶片主梁上的玻纤。

图 7：典型风电叶片截面结构型式

数据来源：中国知网

风电叶片材料升级的路径中，面临的最大制约，是“大型化、轻量化”与“低成本”之间的不可兼得。

一方面，在更长的叶片设计环境下，使用碳纤维优势是显而易见的：

1）整机安全性和稳定性增加：叶片越长，运行过程中可能产生的柔性形变就越大，控制叶尖挠度变形可以确保叶片与塔架之间具有足够的安全距离，否则很容易发生扫塔事故。因此其模量的增加对叶片刚度的提升意义重大，而碳纤维相对玻纤最突出的性能优势就是模量优势；

表 1: 碳纤维具备高强、轻质特点

	产品	拉伸模量(Gpa)	拉伸强度(Mpa)	密度(g/cm3)
中国巨石	E	73-75	1900-2000	2.63
	E6	81-83	2500-2700	2.62-2.63
	E7	89-91	2800-3000	2.60-2.61
	E8	95-98	3100-3500	2.62-2.63
	E9	100-103	3100-3500
日本东丽	T300	230	3530	1.76
	T700S	230	4900	1.8
	T800S	294	5880	1.8

数据来源：中国巨石公告，日本东丽公告，国泰君安证券研究

2）同等风场条件下，叶片轻质化能带来转换效率提升：海上风场叶片加长后其重量按照叶片长度三次方增加，碳纤维作为轻质高强替材的性价比快速抬升，轻量化叶片带来转速增加，同样条件的风场下可以提升转换效率，在低速风场下这一优势更为明显。

但从另一方面看，叶片设计上使用碳纤维最大的劣势是叶片造价的大幅增加。简单测算看，以目前约 1800 元/kw 的陆风装机价格测算，合理假设 6mw 陆风单只叶片约重 27 吨，一台风机 3 只叶片，换算后叶片采购成本在 400-500 元/kw 左右。若将主梁替换为碳纤维，净增叶片成本在120-130 元/kw，增加叶片绝对成本约 30%。

表 2：当前价位下替换碳纤维将显著提高叶片成本

装机容量（MW）	6.0
招标价格（元/kw）	1800
玻纤方案
单只叶片重量（kg）	27000
叶片总重（kg）	81000
叶片成本（元/kw）	405
叶片成本占招标价%	23%
碳纤方案
叶片成本净增加（元/kw）	125
碳纤叶片成本净增加%	31%

数据来源：每日风电，国泰君安证券研究

1.2.2. 整机系统优化能力为材料升级奠定空间

1.2.2.1. 整机设计和集成能力

整机系统管理能力决定了叶片材料升级空间。材料升级必然增加叶片绝对成本，但材料升级同时也会带来整机层面的塔筒、齿轮箱等其他成本的相应降低。碳纤维用量具体能够带来多少程度的整机降本是没有确定答案的，涉及到整机厂家的核心设计能力。维斯塔斯目前 3mw 以上的叶片全部使用碳纤维，而国内企业目前主流 6mw 风机仍以全玻纤方案为主。

从整机专利角度上看，国内龙头和维斯塔斯仍有较大差距。根据全球专利库数据，截至 2021 年底，维斯塔斯在涉及风力发动机的控制以及相关零部件控制等领域专利数量均大幅高于国内整机龙头。

图 8：从整机专利角度上看，国内龙头和维斯塔斯仍有较大差距

国内某风机企业
排序	分类号	专利名称	申请量（项）
1	F03D7	风力发动机的控制	731
2	F03D80	不包含在组F03D1/00-F03D17/00中的零件、组件或附件	680
3	F03D13	风力发动机的装配、安装或试运行，适用于运输风力发动机部件的配置	378
4	F03D17	风力发动机的监控或测试，例如诊断	351
5	HO2J3	交流干线或交流配电网络的电路装置	260
		维斯塔斯风力系统有限公司
排序	分类号	专利名称	申请量（项）
1	F03D7	风力发动机的控制	2857
2	F03D1	具有基本上与进入发动机的气流平行的旋转轴线的风力发动机	2325
3	F03D80	不包含在组F03D1/00-F03D17/00中的零件、组件或附件	1175
4	F03D11	不包含在本小类其他组中或与本小类其他组无关的零件、部件或附件	1043
5	F03D9	特殊用途的风力发电动机；风力发动机与受它驱动的装置组合	980

数据来源：全球专利数据库，国泰君安证券研究

1.2.2.2. 工艺优化能力

作为轻资产部分的复合材料制造，工艺向多元化和自动化快速发展。针对轻资产下游快周转是关键，因此更关注加工工艺上的效率问题，应用工艺改良体现在下游的模具成型部分。复合材料成型工艺从初期以劳动密集为特点的手糊、手工铺贴工艺发展到拉挤、模具成型，再到自动铺放技术，复合材料成型工艺正在逐渐摆脱低效率、低稳定性、高污染的传统模式向效率更高的方向演进，为碳纤维复材在下游的大规模应用奠定了坚实基础。

风电领域目前碳纤维主梁的工艺主要有三种：预浸料工艺、碳布灌注工艺和拉挤碳板工艺，应用于叶片，包括部分蒙皮、前缘、后缘等部件上。

1）预浸料工艺：主要用于叶片补强。叶片手糊工艺的缺点也越来越明显，材料利用率低且污染环境，因此采用玻纤预浸料在前后缘和叶根补强被提上日程。

2）碳布灌注工艺：该工艺比较成熟，对模具要求不高，模具制作简单，产品质量稳定性高，重复性能好，制品表观质量好，相同铺层厚度薄，强度高，但该工艺对碳布要求较高，且生产效率不高，成本也较高，制约了其推广。

3）拉挤工艺：复合材料工艺中效率最高、成本最低的，而且纤维含量高，质量稳定，连续成型易于自动化，适合大批量生产。利用碳纤维拉挤板材制备叶片大梁可以和叶片一起制作，铺层工艺简单，利用该工艺制作叶片的时间只有灌注工艺的一半。根据实验对比发现，碳纤维拉挤板材的拉伸模量比灌注工艺提升 25%，压缩强度提升了 42%。

图 9：拉挤与灌注工艺力学性能对比

数据来源：中国知网

拉挤工艺在风电叶片大梁上的应用推动风电需求在2016年超越航空航天成为第一大碳纤维下游。维斯塔斯2014年率先推出拉挤碳梁叶片，工艺的进步带动碳纤维应用扩大，2016 年全球碳纤维在风电领域的用量首次超过航空航天，达到 1.8 万吨，成为碳纤维最大下游。2020 年维斯塔斯一家碳纤维用量占风电总量的 80%以上，年用量超 2 万吨。

图 10：拉挤工艺带动碳纤维2016 年后快速在风电应用上放量

数据来源：赛奥碳纤维，国泰君安证券研究

1.2.3. 产业链重新组织带来各环节利益的重新分配

1.2.3.1. 国内招标模式加重了整机对成本敏感性

从招标主体看，国内风电运营商以大型央国企发电集团为主。以“五大六小”发电集团为代表的大型央国企一直是我国风光等清洁能源装机的主力军，在 2021 年风电新增装机与累计装机中所占比重均超 50%。

图 11：国内主要风电运营商2021 年新增装机占比图 12：国内主要风电运营商2021 年累计装机占比运营商对于即期造价的关注通过招标层层传导。以央国企为主的运营商，一方面从发电集团财务角度出发，风场资源以平价/竞价为主，同时国内面临的上网电价更低，导致其要获得更高投资回报率需要更低的当期整机造价。另一方面，在执行层面看，业主更加关注即期建设成本，对全周期成本关注偏弱。

数据来源：中国风能协会，国泰君安证券研究

从选定风场到整机、叶片招标，价格和成本是层层传导的。整个风电的开发流程包括：

1）确定风场资源分配：风场资源由各省的发改委批给业主，风资源都是政府对外招标的，现在基本都以平价和竞价性资源配置为主。

2）业主确定招标机型和成本：业主根据选定风场位置的要素（包括风速情况，距离市场的远近，以及叶片运输便利性等等）分配风场建设成本、塔筒成本、风机成本，从而确定招标的机型，得出整机的招标预算；

3）整机厂竞标：整机厂根据自身竞标机型进行报价，相较于“技术标”而言，“价格标”仍是主要考量因素，低价中标占比较高，但是如果报价比业主的预算高了，这个标就会流标然后重新再投；

4）确定叶片采购价格：整机厂把载荷条件、叶片长度的需求提出来，叶片按公斤报价，载荷和长度定了，就等于重量就定了，叶片的成本也就定了。

招标的可靠性因缺乏统一标准细则而变得难以衡量，价格成为最直观的中标标准。与工程造价相比，全生命周期实际发电小时数难以系统衡量，且根据我们调研，国内整机厂家竣工后续运维服务质量良莠不齐，因此报价中难以体现产品和服务的溢价，造成低价中标成为主流。据风芒能源统计，2022Q1 共有 6897MW 陆上风机中标（候选）公示，其中最低价/次低价中标占比 49.3%，未知占比 23.5%，非最低价/次低价中标仅占27.2%。

图 13：国内陆风招标价格远低于海外相较于海外市场来看，维斯塔斯产品价格具备更合理的成本传导能力，同时带来更高的后市场运维利润率。从维斯塔斯年报来看，其陆风产品均价保持在 6000 元/kw 以上，同时在原材料涨价的时候可以通过价格传导成本。同时我们认为海外风机龙头更高的产品价格本身其实部分涵盖了后续质保成本，带来了后续更好的运维服务利润率，赚取的前后市场的一体化利润。根据 Vestas 公告，其风机服务板块 EBIT margin 保持在20%以上的高盈利水平，而国内企业后续服务体量均较小，利润率水平也远低于 Vestas。

数据来源：中国知网，国泰君安证券研究。P.S. 维斯塔斯招标均价由当期欧元汇率换算成人民币

图 14：维斯塔斯风电服务利润率高于国内

数据来源：Vestas，金风科技官网，国泰君安证券研究

1.2.3.2. 低盈利环境将催化整机厂家向产业链横、纵向整合

平价后风电产业链盈利集中在运营商，低盈利环境有望带动整机环节加速产业链整合。从产业链各环节近年的毛利率看，盈利水平下游运营商>上游零部件>中游整机及配套。整机厂家作为风电资源的主要整合方以及降本的主要推动方，其利润水平在平价后却一直处于压制状态，同样限制了整机厂家选用更好的材料。

图 15：产业链各环节盈利水平运营商>零部件>中游整机及配套我们认为整机单一环节盈利较低这一现象，有望通过产业链重新整合得以改善，目前主流整机产业链整合方向有两个：

数据来源：Wind，国泰君安证券研究

1）纵向整合：向上游整合战略物料，以及向下游走向风场运营。一方面，部分整机厂向上游开发战略物料，比如自制叶片和齿轮箱，以及提前绑定碳纤维等核心材料供应商，通过穿透供应链来降低成本。另一当面，向下游进入利润率更高的风场开发环节。

2）横向整合：国内整机厂集中度较海外仍有提升空间。补贴时期国内风电整机厂家一度接近 60 家，平价之后市场玩家数量显著萎缩，整机厂的横向整合在显著加快。随着目前招标价格下低盈利环境持续，未来可能继续出清。截至 2021 年国内目前 CR3 集中度在 47%，整机行业玩家数量仍在 15-20 家量级，海外看，整机厂以 GE、维斯塔斯和西门子为首的三大家几乎瓜分了海外大部分市场份额。

图 16：2021 年中国主要风电整机企业竞争格局

数据来源：Wind，国泰君安证券研究

1.3. 国内海风率先突围

从第二章的分析框架来看，我们认为 2022 年风电用碳纤维需求疲弱，主要受到碳纤维价格居高不下，以及国内风机招标价格持续下行的影响。2023 年，我们认为国内风电碳纤维应用障碍将较 2022 年有所减弱：1）从招标上看，预计 2023 年将为海风装机大年，海风装机对于性能敏感性高于价格，将为碳纤维应用提供更好的需求市场；2）2022 年下半年到23 年全球范围内碳纤维大丝束扩产提速，叠加海外经济疲弱带来的海外风机三大家规划装机需求均有所下滑，整体碳纤维价格中枢有望下移。

1.3.1. 海风场景性能敏感性大于价格敏感性

海风市场具备更好的价格容忍度，以及对性能更为敏感。一方面，海风目前的招标价格对碳纤维价格具备足够容忍度，另一方面海风对稳定性和轻量化的要求更为迫切，因此预计将在海风应用上先达到玻纤性能极限。

根据我们测算，以单机容量 7mw 机型来看，陆风整机报价仍需一定程度的提高才有使用碳纤维盈利空间，而这一条件对于目前海风的招标价是完全可以容纳的。性能上，玻纤和碳纤维过去理论替换极限是 90 米叶片，但随着玻纤本身配方迭代升级以及高碳纤维价格下厂家通过叶片设计尽量延缓碳纤维用量，目前这一性能长度极限已经被推至 110 米左右。我们预计基于行业平均叶片设计水平，大部分厂家在 110 米以上的叶片上将不得不使用碳纤维，以降低负荷、提高稳定性。

表 3：风电叶片玻纤换碳纤的预期整机报价分析

关键参数与价格假设
整机
额定功率	MV	7.00
叶片
长度	m	75-80
单叶片重量	t	36.00
单MV重量	t	15.43
其中（忽略其他材料）：

部分叶片主梁碳纤替玻纤，单MV材料用量：
玻璃纤维	t	8.00
碳纤维	t	1.20
基体树脂	t	5.00
叶片成本合计	元/kW	630.16
假定叶片占整机成本比重不变
预期整机报价	元/kW	2323.60


玻璃纤维	t	10.00
基体树脂	t	5.00
叶片报价	元/kW	488.16
整机报价	元/kW	1800.00
叶片占整机成本比重		27%

数据来源：每日风电，国泰君安证券研究

未来陆风使用碳纤维则主要依赖于碳纤维降价，以及叶片无法加长后的减重增效。根据敏感性测算可看出，如若目前的陆风招标价格仍徘徊在 1800-2000 元/kw 水平，每 MW 使用 1 吨碳纤维用量假设下，至少需要碳纤维价格降至 9-10 万/吨含税价，距离大丝束现价仍有较大差距。陆风使用碳纤维的另一催化路径或在于，陆上叶片长度达到运输极限后，或不得不通过叶片轻量化继续加大单机容量。

1.3.2. 阶段性低谷后看国内海风放量

海外风电整机厂家仍为全球碳纤维的主要需求主体。海外主要使用碳纤维的整机厂家包括维斯塔斯，GE，西门子-歌美飒，Nordex 等，其中维斯塔斯和 GE是全球主要风电碳纤维用量的驱动力。2021 年全球风电用碳纤维 3.3 万吨，其中我们预计不包括来料加工的国内风机厂实际碳纤维需求在 3000-4000 吨左右，意味着剩余 3 万吨均来自于维斯塔时和GE牵头的海外需求。

短期看，风电用碳纤维需求处于阶段性低谷期。2022年全球整机厂家都面临钢材、碳纤维等主要原材料上涨的压力，整机利润变薄影响整体招标接单量。1）海外看，我们预计 22 年维斯塔斯+GE的整体用量将回落到 2.3 万吨左右，海外其他企业总用量维持在 3000-5000 吨；2）国内看，陆风招标价格低位徘徊整机几乎没有盈利，海风招标将主要贡献 2023年用量，因此我们预计 22 年国内需求在 2000 吨左右，同比 21 年略有降低。

但中长期看，我们认为国内海风放量仍将是未来风电碳纤维应用的重要增量。根据22年1-9月招标数据，海风对应23年装机有望达到9-12GW，有望在中长期贡献万吨以上的使用增量。

同时大丝束产能在这一时期快速提升，碳纤维预计将在23年加速降价。与风电需求低谷期相对的是，全球大丝束产能预计将在 23 年开始大面积扩产，23 年看，国内大丝束名义投产产能达到 7.7 万吨，考虑到部分产能不匹配原丝且技术爬坡有延后可能性，我们中性预计 23 年国内大丝束产能将达到 5.4 万吨左右。同时，海外包括赫氏、三菱、西格里在内的老牌大丝束企业产能稳定，卓尔泰克匈牙利工厂受到欧洲天然气影响预计将有一定缩量。

综合来看，23 年全球大丝束产能有望达到 10 万吨规模，而 21 年全球48K以上大丝束需求仅 5.14 万吨，22-23 年其中风电作为用量大头的增量有限，大丝束价格有较大下行压力。

公司	目前产能(吨）	2023年产能（吨）	远期规划 (吨)	产品类别
吉林系 (国兴+吉林化纤)	18000	35000	60000	大丝束
宝旌	8000	8000	12000	大丝束
光威复材	2655	6655	12655	大小丝束并行
新创碳谷	12000	18000	18000	大丝束
兰州蓝星	2000	2000	4000	大丝束
上海石化	1500	7500	12000	大丝束
国内名义产能合计	44155	77155	118655
中性预测实际落地产能		54000
卓尔泰克	25000	20000	35000	大丝束
赫氏	16000	16000	16000	大丝束
三菱	14300	14300	14300	大丝束
西格里	13000	13000	13000	大丝束
海外产能合计	68300	63300	78300

数据来源：赛奥碳纤维，光威复材、上海石化等公司公告，国泰君安证券研究

降价同时将为23年后用量快速提升奠定基础，也会带动真正有成本优势的企业脱颖而出。根据前序测算，23 年开始碳纤维供给过剩将开始出现，碳纤维价格下行有望真正通过市场竞争摸清行业真正的成本底线在哪里为后续海风需求放量奠定需求基础。而我们认为即将见到的降价，将带动真正有成本竞争力的企业加速获取更多的市场份额，同样有望将过去两年伴随行业景气大规模投产的无效产能加速出清。

2. 碳纤维应用之碳碳复合材料篇

2.1. 光伏热场测算与趋势

2.1.1. 光伏装机：硅料价格拐点，石英决定装机或在 340GW

硅料对光伏产业的制约在近期迎来拐点：2022年全球实际新增光伏装机估计在 230-250GW（测算统计口径有不同），其中硅料供应的紧缺以及其对组件价格高企的影响，同步对供给端和需求端产生了影响，但伴随硅料新产能在 Q4 开始投产+爬坡，硅料以及硅片的价格近期已经同步进入到价格的拐点：

硅料：2022 年11 月开始至 2022年初价格已经开始出现明显的下滑。

硅片：10 月 31 日中环率先调降硅片报价 3%-4%，11 月 24 日，隆基下调单晶硅片报价，155μm-M6/M10 尺寸分别下调 1.4%/1.6%至 6.24/7.42元/片，182 尺寸对应降价 0.02 元/W，龙头企业的步调的协同基本意味着价格拐点的来临。

从目前看，光伏产业链价降量增的周期已经到来。按硅耗量 2.9g/W 计算，假如若硅料从当前约 30 万/吨逐步降至 10 万/吨，对应组件成本下降 0.5-0.6 元/W，占 2022 年光伏组件均价的近 30%。产业链利润的重新打散分配，将降低组件端成本压力，一定程度上有利于释放辅材边际议价空间。

表 5：硅料 2023年将不再成为制约产业链发展的最大因素

硅料		2020	2021	2022E	2023E
	合计吨数	57.05	76.05	144. 85	196.85
	硅耗	3	2.9	2.7	2.6
	合计GW	190	262	536	757
硅片		2020	2021	2022E	2023E
硅片	合计GW	215	368	568	785
电池片		2020	2021	2022E	2023E
电池片	合计GW	174.7	280	373.5	503

数据来源：国泰君安证券研究

2023 年石英最紧环节为共识，但是影响幅度分歧较大：2023 年石英材料是制约光伏产业链供给释放的核心因素，这一点目前已经成为产业链判断和测算的共识。其余相对可能也较紧的环节主要还有 EVA 粒子，IGBT 等，但非石英外的主辅材基本测算下来可以支撑 380-400GW 以上的装机量需求，因此高纯石英砂还将是产业链供给端的核心因素。

但在石英材料到底可以支撑多少装机量的问题上，站在产业链的不同利益位置以及使用不同测算假设，其得到的结果有较大的偏差：

供方预测相对谨慎：供给方会给出更谨慎的预测，一般认为合成石英砂或者是非石英砂行业竞争者扩产，商业化取得成功的概率较低，那从可预见的产能核心厂商扩产节奏来看，2023 年石英材料扩产约 39%（5.9至 8.2），同比例装机量可以从 230GW 提升至 320GW 左右。而这种方式测算 2024 年开始石英的短缺程度将明显缓解。

其他环节预测相对乐观：而站在产业链其他环节的利益角度来看，其普遍认为石英材料最短缺，但是其完全可以支撑 350-360GW 以上的装机体量，这里最大的假设分歧包括：社会库存，新玩家产能进入，部分替代品（人工合成，SIC 层），坩埚大型化使用寿命等假设。

因此综合这两种预测，我们认为对 2023 年全球光伏装机量的中性预测可以放在 340GW 左右。

表 6：2019-2024 年全球高纯石英砂供需平衡分析表（单位：万吨）

供给端节奏	2019	2020	2021	2022E	2023E	2024E
尤尼明和TQC（内层）	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4	3.6
石英股份	0.5	0.7	1.4	3	5	8
其他		0.30	0.30	0.50	0.80	0.80
合计	2.9	3.4	4.1	5.9	8.2	12.4

数据来源：石英石网，BNEF，国泰君安证券研究

表 7：全球高纯石英砂主要供应商情况

公司名称	主要产品	产能（可供国内）	应用领域	地域
尤尼明	石英、长石、正长岩、橄榄石、碳酸钙、黏土、高岭土、石灰石和ITOA系高纯石英砂产品等	1.5万吨左右（2022年）	半导体（广泛）、光源、光伏等	国外
挪威TQC	高纯石英砂等	1万吨左右 (2022年）	半导体、光伏及电光源领域	国外
石英股份	高纯石英砂、石英管（棒）、大口径石英扩散管、石英坩蜗、各种石英器件等	3.3万吨左右 (2022年）	高端电光源石英管、光伏等领域，半导体领域应用较少	国内

数据来源：智研咨询，国泰君安证券研究

2023年上下半年具体的分化或比较明显：从需求端的角度考虑，由于全产业链对此轮硅料降价的幅度都有较大的预期（30 万至 10 万），因此在硅料与硅片的降价降价通道中，择时相对灵活的部分需求将有所观望等待；而从供给端的角度看，环节最紧张的石英其供给增加（主要是石英股份）预期也主要在 2023H2，供需环节最有利的因素都将主要在 2023H2出现，2023 年产业链景气度或在年内有较为明显的加速。

硅片行业有望保持产能扩张体量。虽然目前从整个产业链的角度来看，硅片的存量产能相对是最为充裕的，但这也与此板块技术路径确定叠加资源瓶颈即将改善有关，行业还将有持续扩产动力。

表 8：硅片行业扩产规模将保持（单位：GW）

公司	2018	2019	2020	2021	21年新增	2022E	22年新增	2023E	23年新增
隆基	28	42	80	95	15	120	25	150	30
中环	25	33	50	95	45	135	40	160	25
晶科	5	11	20	27	7	40	13	50	10
晶澳	3.5	11.5	18	30	12	45	15	55	10
环太	/	2	5	15	10	30	15	40	10
京运通	/	3	8	20	12	30	10	50	20
上机数控	／	5	20	30	10	50	20	70	20
美科	／	1	3	10	7	15	5	30	15
高景	／	/	／	10	10	30	20	50	20
锦州阳光	／	3.7	5	9	4	25	16	40	15
通威	/	/	／	7	7	15	8	30	15
双良节能	/	/	/	10	10	20	10	50	30
其他	7.2	7.2	6	10	4	10	0	10	0
合计	70	114.3	215	368	153	568	200	785	217

数据来源：隆基绿能等公司公告，国泰君安证券研究

2.1.2. 单位纤维用量：尺寸升级和部件增加将增加单位纤维用量

从纤维用量的角度来看，尺寸升级和碳碳在新的部件中渗透率将提升每

GW 硅片实际产能带来的碳纤维使用量趋势。

尺寸升级其实增加了每GW的碳碳材料用量：伴随着大硅片确定性的发展趋势，热场尺寸升级是不可避免产业趋势。目前行业主流正在从 32 寸热场全面向 36 寸热场升级。36 寸热场从半径上为 32 寸的 1.125 倍，那么从理论上，考虑三维结构，其使用热场的体积/重量应该是 1.125 倍的三次方，约为 1.42 倍。

实际从产业链的数据观察中可以看到，坩埚重量伴随热场尺寸的扩大更符合三维同步扩大的特征，而导流筒和保温筒更多呈现的是二维扩大的特征，这或许与其尺寸增加但是厚度相对增加幅度较小有关。

表 9：一个典型的热场模型测算

32寸 36寸增幅

坩埚（kg） 48 69 44%

导流筒（kg） 23 29 26%

保温筒（kg） 55 69 25%

合计（kg） 126 167 33%

1GW炉数 100 80 二

1GW总重 12600 13360 6%

数据来源：金博股份公司公告，国泰君安证券研究

而从这个角度看，可以得到应相对反直觉的结论，也就是伴随拉晶炉尺寸的增加，每 GW 的热场使用量反而是上升的。如果考虑到增重最多的坩埚，其本身渗透率也最高，而替换周期也最短，则伴随尺寸的增加，实际碳碳用量以及对应碳纤维的用量增幅应该是更高的。而这种增长趋势从原理上来看，再迈向 40 寸以及更大热场的过程中，有望继续延续。

我们判断 2022 年 32 寸热场与 36 寸热场的市场基本已经实现持平，而2023 年开始 36 寸热场比重有望快速提升。

新部件逐步开始增加渗透率：伴随拉晶炉和热场尺寸的增加趋势，更多石墨材料为主导的部件环节会面临结构强度的问题。这种结构强度的要求来自于三个方面：1.结构功能对强度要求的增加；2.自重随尺寸的增加对强度和轻量化设计的要求增加；3.尺寸重量增加后，安装和运输的风险增加，因此必须增加强度才能满足对磕碰风险的容错率。这也就促使迎来碳碳复合材料替代的新的机会。

过去在坩埚、导流筒、保温桶、加热器，四大传统部件中，加热器的替代渗透率最低（5%），但并非其对受力不敏感，而更多在于拉晶炉运行时其处在温度最高的环境，单独裸露的碳碳加热器会面临高温氧化的侵扰，但伴随尺寸的增加，加热器设计结构的特点（下空上实）将对其材料力学性能有更高的要求是应确定性的方向，加热器表面处理等工艺的进展或对此板块较为重要。

图 17：热场四大传统主要部件

单晶硅热场用碳/碳复合材料示意

数据来源：金博股份公司公告

而相对替代更为容易的，主要在于埚拖，托杆等力学性能要求提升，而性能要求维度相对较为单一的环节。且目前较多碳碳厂家开始同步推出这样的产品，供给端需求端开始形成共振。

图 18：埚托，托杆，内导流筒等作为新产品系列

数据来源：金博股份公司官网

估算埚托和托杆，在 36 寸热场中自重有望分别实现约 30kg 和 15kg，对市场需求贡献还是将较为明显，而内导流筒等部分新部件自重可能还不及 5kg，其对整个市场需求端的贡献相对较小。

因此在这里，我们可以对 2022-2023 年每 GW 实际对应的热场销量和碳纤维销量进行一个相对具体的测算，这个测算依赖于热场尺寸，部件重量，部件渗透率，部件替换周期等假设。

表 10 ：单位 GW 热场碳纤维利用使用量估算这时结合我们对光伏总体装机需求的假设以及损耗率，产业链备货率，以及净新增净改造需求等预测，测算出 2022 年光伏热场对纤维用量约在 5014 吨，而 2023 年这一数字或在 6500-7500 吨之间浮动。

2022E		2023E
	36寸	36寸及以上	36寸以下	36寸及以上
坩埚	45	60	45	60
渗透率	100%	100%	100%	100%
预制体倍数	1.8	1.8	1.8	1.8
年更换次	2.2	2.3	2.2	2.3
年纤维用量	55	77	55	77
导流筒	22	26	22	27
渗透率	65%	65%	65%	65%
预制体倍数	1.4	1.4	1.4	1.4
年更换次	0.7	0.7	0.7	0.7
年纤维用量	7	8	7	9
保温筒	75	85	75	85
渗透率	50%	60%	50%	60%
预制体倍数	1.25	1.25	1.25	1.25
年更换次	0.7	0.7	0.7	0.7
年纤维用量	21	29	21	29
加热器	32	38	32	38
渗透率	2%	7%	2%	10%
预制体倍数	1.8	1.8	1.8	1.8
年更换次	2	2.1	2	2.1
年纤维用量	1	3	1	4
板材等	14	18	14	18
渗透率	100%	100%	100%	100%
预制体倍数	1.3	1.3	1.3	1.3
年更换次	0.7	0.7	0.7	0.7
年纤维用量	8	10	8	10
蜗托+托杆	35	45	35	45
渗透率	0%	5%	5%	20%
预制体倍数	1.4	1.4	1.4	1.4
年更换次	0.7	0.7	0.7	0.7
年纤维用量	0	1	1	5
比重	55%	45%	45%	55%
每GW炉数	100	80	100	80
合计（kg）		9620		9988

数据来源：金博股份公司公告，国泰君安证券研究

表 11：光伏热场碳纤维用量估算

项目	2022E	2023E（悲观）	2023E（中性）	2023E（乐观）
最终装机（GW)	230	320	340	360
容配比+损耗	1.3	1.3	1.3	1.3
开工硅片产能（GW)	299	416	442	468

净新增+改造（GW)	100 90 100	110
合计热场需求（GW)	399 506	542 578
单位碳纤维用量(t/GW)	9.62 9.99	9.99 9.99
理论碳纤维用量 (t)	3838 5054	5413 5773
编织损耗率 (%)	13% 12%	12% 12%
产业链存货率(%)	12% 12%	12% 12%
碳纤维需求量 (t)	5014 6526	6991 7455

数据来源：国泰君安证券研究

2.1.3. 纤维性能：纤维多样性增加，N型趋势提升纯度要求

2022 年光伏热场行业向下游释放降本贡献。

图 19：头部热场企业均价和成本估算变动图

数据来源：金博股份公司公告，国泰君安证券研究

近期行业价格下降速度伴随着部分成本劣势小企业明显的压力而有所减缓。

T700 级以外的纤维在热场行业中的批量应用现象，起始于 2021 年高性能纤维短缺背景下的低端替代，并在 2022 年产业链整体降本的趋势中得到一定保留，呈现出头部企业用量少，中小企业用量多的特征，因此也拉大了头部企业和中小企业的产品质量差距。

这种纤维多样化的消费趋势，始于热场行业的竞争增加，而也将伴随热场行业格局的企稳而企稳，2023 年中热场行业格局有望带领纤维消费结构企稳，届时有几个关键契机：1.需求端 2023H2 有望迎来一个加速机会；2.经过超过一年的价格竞争，部分高成本热场企业已经实现超过半年的亏损甚至现金亏损，新进入产能意愿不足甚至会出现部分出清；3.纤维行业或有一定让利情况缓解热场行业压力。热场行业有望改善经营压力，而纤维采购结构或也将伴随企稳。

PERC 电池已基本取代常规电池（BSF）成为市场主流，虽然效率仍有一定提升空间，但量产转换效率已接近 24%左右的极限，进一步挖潜的空间不大，而 N 型单晶电池技术由于效率提升潜力巨大，量产效率有望从目前的 24%左右提升至接近 26%，并且还具有双面率高、温度系数低、无光衰、弱光性能好等优势，将成为接力 PERC 技术，推动发电成本继续下降的下一代主流电池技术，市场份额将逐步占据主导。根据 CPIA预测，2030 年，N 型电池的市占率或将大幅提升到 56%左右，前景十分广阔。

图 20：不同电池技术平均转换效率变化趋势

数据来源：隆基绿能公司公告，国泰君安证券研究

图 21：2020-2030 年各种电池技术市场占比变化趋势

数据来源：《中国光伏产业发展路线图（2020年版）》，国泰君安证券研究

从生产要求看，N 型硅片对于热场等纯度要求更高，2023 年有望成为 N型硅片发展的元年，而灰分本身的要求以及具体杂质元素的灵敏度将大幅提高。

2.1.4. 产业链纤维库存：22 情况分化，23 将重回平稳区间

从热场行业对碳纤维的库存来看，在 2022 年老玩家和新玩家呈现截然不同的分化趋势。这从金博股份与天宜上佳截然相反的存货数据表现中即可以看到。

热场行业中老参与者，其中 2022 年实际的纤维采购量往往低于实际用量，体现在存货数据持续走低，这主要体现在碳纤维供需有所缓解，且部分品种价格有所松动的背景下，其降低库存天数。

图 22：金博与天宜上佳库存数据相反

数据来源：wind，国泰君安证券研究

而热场行业内较新的参与者，其 2022 年或处于保供应的考虑其在纤维端或者半成品，待发品等存货上，一直处于积累库存的阶段，因此 2022年新旧玩家在纤维库存中做了反向操作，对纤维行业的采购影响相互抵消。

而向 2023 年展望，纤维的供给稳定性增加，热场企业应该难以有动力存储超额的纤维，而行业的格局和参与者也开始稳定，因此热场企业库存周期对纤维销售的影响将大幅减弱。

2.1.5. 新应用：负极热场开始应用，保温毡类还是沥青基市场

从行业内较大的新市场趋势来看，金博推动的碳碳材料在负极材料制备中的应用是相对较新也较大的产业动作。

其主要设计匣钵和箱板两个环节对石墨材料进行替代作用，而其对成本端可能的节省作用主要考虑以下几个方面：更薄的设计带来的更少的材料用量的使用；更强的力学性能，热稳定性等带来更长的平均使用寿命等。

目前从产业链商业模式的角度来看，金博公告增加投入预期增加 10 万吨负极产能，以自己投产并为产业链代工的模式来验证碳碳负极热场替代石墨的成本优势。

从纤维的角度来看，可以从匣钵和箱板的设计结构来看，其与光伏热场有较大的不同：一方面因为其不需要类似拉晶炉热场一样承载较大的硅料以及水冷设施的重量；另一方面其设计结构基本为规则的板状结构组成规则的立方体，因此其对纤维的使用可能先从短切回收料和部分低性能纤维压制而成，而并非使用高性能长丝纤维做针织等技术。

而从下游碳碳企业的动作来看，从传统的热场部件向外保温环节—软毡，硬毡等扩张销售品类也是一定的方向。但是这个领域目前没看到很明显的技术创新趋势，因此在这个领域上还是传统的沥青基碳纤维占主导地位为主。

2.2. 碳陶刹车测算与趋势

2.2.1. 乘用车碳陶刹车领域开始进入定点到路试的阶段

从 2021 年下半年，至 2022 年开始，碳陶刹车系统逐步成为汽车整车厂以及产业链重点推进的环节。

目前基本整车厂的维度来看，已经开始逐步启动定点研发工作和试用的覆盖国产多家头部新能源车企。

而从供给端的角度来看，在行业过去最早参与者包括西北工业大学，中南大学，以及其分别孵化的湖南世鑫，西安鑫垚，和山东道普安等公司。这些公司最早参与航空，高铁，军用领域的碳碳/碳陶刹车系统。而上市公司天宜上佳和金博股份目前也已经进入此行业。

事实上产品本身技术相对成熟，不仅在非乘用车上早已较为成熟，在乘用车领域海外在高端车型上也有较为成熟的应用经验，因此推进的决定因素主要还是在于商业模式的跑通。

碳陶刹车片具有多种优势，而目前国内的新能源车企对其最感兴趣的关注优势在于三个方面：

碳陶过去作为高端跑车的标配，是重要的营销宣传点，主要突出安全属性和对标高端属性，海外跑车的选配往往标价 10 万-15 万元每辆车以上，而国内长纤盘的售价或可以做到 1 万元人民币以内；
存在较大的减重轻量化意义；
可以更灵活的实现智能化刹车所需要的功能并应对其高磨损。

因此在乘用车中进入从 0-1 的快速发展期已经成为了一种必然。

2.2.2. 长纤盘或成行业主流共识，放量车型或选配先行

与国外短切盘较为流行的现状不同，根据我们在行业中的访谈和调研来看，国内在产业界相对共识应主要采取长纤维盘作为主流产品。

图 23：长纤维盘或成为国内相对较为主流的趋势长纤盘目前成为主流的行业发展方向，也就意味着 T700 级高性能纤维是国内此行业选取原材料的必然方向。

数据来源：金博股份公司官网，国泰君安证券研究

从目前行业预期的商业模式来看，国产车厂与碳陶企业初步规划的商业模式在于：

1.部分特高端车型未来将选取标配的产业模式；

2.而真正有望放量的中高端车型或先以选配的商业模式起步；

3.向更低端车型扩散的可能性暂时较小。

目前扩产较为领先的企业例如天宜上佳，金博等，其都计划先期储备十万量以上车辆需求对应的产能，其中部分沉积，编织等设备回收利用了先期热场淘汰的部分设备因此具有较大的成本优势。而直接规模化的投产也奠定了产业化快速降本打开市场的可能性。

2.2.3. 渗透率提升预期波动较大，对纤维贡献有望快速增强

从目前产业的趋势来看，乘用车碳陶刹车盘的主要可能放量市场还是在新能源 SUV，中高端新能源轿车，高性能跑车以及高端客车，重型卡车。

但其中放量品种先采取选配的商业模式，也就意味着渗透率的提升速度难以提前做充分的预测。这里我们暂时对新能源乘用车和商用车带来的国内碳陶刹车盘以及对应碳纤维用量进行测算。

表 12：碳陶刹车片对碳纤维市场的拉动测算

	2022E	2023E	2024E	2025E
新能源乘用车销量	6500000	7475000	8446750	9291425
增速	96%	15%	13%	10%
中高端渗透率	10%	11%	12%	13%
中高端新能源车销量	650000	822250	1013610	1207885
碳陶刹车渗透率	0.00%	2%	8%	15%
碳陶装车数	0	16445	81088	181182
单片碳纤维用量	4	4	4	4
单车碳纤维用量	16	16	16	16
碳纤维需求量	0	263120	1297420	2898924
新能源商用车销量	330000	396000	463320	528184
增速	79%	20%	17%	14%
碳陶刹车渗透率	0.00%	2%	8%	15%
碳陶装车数	0	7920	37065	79227
单片碳纤维用量	5	5	5	5
单车碳纤维用量	20	20	20	20
碳纤维需求量	0	158400	741312	158455
碳纤维用量合计（kg)	0	421520	2038732	4483479

数据来源：中汽协，国泰君安证券研究

3. 碳纤维应用之氢能篇

3.1. 高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景

3.1.1. 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。

表 13：不同储氢方式的比较

储氢方式体积密度			质量密度	）脱氢温度工作压力特点
气态储氢	高压气态储氢	40.0kg/m²	4.0%-5.7%	室温	35MPa-80MPa	设备结构简单，压缩氢气制备能耗低，充放氢速度快，温度适应范围广，成本低；但储氢体积密度低，安全性差。
液态储氢	低温液态储氢	70.7kg/m	>5.7%	室温	常压	储氢体积密度高，液态氢纯度高，安全性高;但液化过程能耗大，成本高，对储氢容器要求高。
液态储氢	有机液态储氢	73.7kg/m	>5.7%	170℃	常压	储氢体积密度高，液态氢纯度高，储运过程安全；但能耗大，操作条件苛刻，有发生副反应的可能。
固态储氢	固体材料储氢	106.0kg/m	1%-8%	290℃	常压	储氢体积密度高，能耗低，安全性好；但成本高，储氢质量密度低，充放氢效率低。

资料来源：国泰君安证券研究

固态储氢和有机液态储氢不存在加压问题，均不会使用碳纤维。固态储氢和有机液态储氢均是通过某种特殊材料的吸附进行常压储氢，不存在加压的问题。液氢储运最核心的是隔热、防氢脆，其储罐为真空绝热深冷压力容器，由内容器和外容器套合组成双层卧式圆柱形筒体；液氢储运的工作压力在 1-1.3bar，接近常压，常用奥氏体不锈钢为内容器材料。

图 24：高压气态储氢瓶结构

资料来源：《氢能与燃料电池》

图 25：低温液态储氢罐结构

资料来源：《氢能与燃料电池》

3.1.2. 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。

图 26：常见的高压气态储氢罐

资料来源：《氢能与燃料电池》

图 27：高压气态储氢罐根据材质不同分为四类

资料来源：《氢能与燃料电池》

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。

表 14：不同材质储氢瓶的比较

I型瓶		Ⅱ型瓶	Ⅲ型瓶	IV型瓶
材料	全金属（钢质）	金属内胆(钢质）纤维环向缠绕	金属内胆（钢/铝质）纤维全缠绕	塑料内胆纤维全缠绕
压强（MPa）	17.5-20	26-30	30-70	30-70
重量体积（kg/L）	0.9-1.3	0.6-1.0	0.35-1.0	0.3-0.8
储氢密度（g/L）	14-17	14-17	40	49
成本	低	中等	高	高
使用寿命	15年	15年	15-20年	15-20年

资料来源：中国氢能联盟，国泰君安证券研究

3.1.3. 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。

表 15：2019-2021 年我国氢燃料电池汽车的碳纤维消耗总量测算

年份 2019 2020			2021
燃料电池车销量(辆)	2737	1177	1586
燃料电池车产量(辆)	4106	1766	2379
碳纤维总用量(吨)	985	424	571

资料来源：中国汽车工业协会，国泰君安证券研究

2021年，丰田 Mirai和现代 NEXO燃料电池乘用车的碳纤维需求量分别为 355吨和 577吨。以丰田 Mirai为例，搭载两个高压储氢罐，两个的总容积 122.4 升（前 60.0 升+后 62.4L），单车的碳纤维用量约 60kg。

表 16：丰田 Mirai 和现代 NEXO 对应高压储氢瓶碳纤维需求量

年份	2019	2020	2021
丰田Mirai销量(辆)	2494	1770	5918
对应车载储氢瓶碳纤维需求量(吨)	150	106	355
现代NEXO 销量(辆)	4987	6781	9620
对应车载储氢瓶碳纤维需求量(吨)	299	407	577

资料来源：香橙会氢能，国泰君安证券研究

3.2. 氢燃料电池发展关键变量：补贴、成本、龙头

借鉴新能源汽车和光伏的发展，我们认为补贴、成本以及龙头企业是决定氢燃料电池汽车产业发展的关键要素。

图 28：光伏行业发展历程

图 29：新能源汽车发展历程

资料来源：国泰君安证券研究

3.2.1. 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。

图 30：氢燃料电池汽车补贴政策

资料来源：国泰君安证券研究

燃料电池汽车借鉴了光伏与新能源汽车降补后的框架：①补贴门槛提高，明确各项技术指标要求，仅对符合功率、里程标准的整车提供补贴；②重视发挥集群示范效应，燃料电池汽车自 2020年起转向示范应用后，已经形成“3+2”示范城市群格局，以打破地方保护，避免低水平重复建设。

图 31：光伏主要补贴政策梳理

资料来源：国泰君安证券研究

图 32：新能源汽车主要补贴政策梳理

资料来源：国泰君安证券研究

受限于目前下游量产少，以及补贴门槛严格，燃料电池的补贴额度远低于锂电池汽车和光伏。截至2021年，光伏和锂电池汽车累计补贴额度均已超过 3500亿元，氢燃料电池累计补贴额度仅 60亿元。若按 5大示范城市群规划，2018年到 2025年，氢燃料电池累计补贴额度累计接近 300亿元；按光伏和锂电池汽车发展初期看（2009年-2016年），光伏和锂电池汽车累计补贴均已超过 1500亿元，财政补贴额度已大幅减弱。

图 33：光伏、锂电池汽车与氢燃料电池汽车补贴

资料来源：工信部，wind，国泰君安证券研究

3.2.2. 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。

表 17：氢燃料电池汽车的适用场景分析

应用场景	区域内短途运输场景			中短途运输场景			干线长途运输场景
应用场景	港口短途倒运	市政专用类	矿产短途倒运	工程运输	商超配送	快递物流	普通货物运输	冷链运输
纯电动重卡	√	√	√	√	√	√	×	×
氢燃料电池重卡							√	√

资料来源：国泰君安证券研究
注：市政专用类重卡包括环卫车、渣土运输车等

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。

表 18：柴油重卡、换电重卡、氢燃料电池重卡的全生命周期成本比较

柴油重卡			电动重卡	氢燃料电池重卡
	核心部件价格	柴油机5万元	动力电池22万元	燃料电池系统100万元
购置成本	（万元）		（282kWh，780元/kwh）	（250kw，4000元/kw)
	（万元）		（282kWh，780元/kwh）	供氢系统15万元
	购置补贴（万元）			50
	整车价格（万元）	25	100	150
能耗成本	百公里能耗	35L/百公里	150kwh/百公里	12kg/百公里
	能源价格	8元/	0.67元/kwh	35元/kg
	全生命周期能耗成本（万元）	280	101	420
全生命周期成本 (万元)		305	201	520

资料来源：国泰君安证券研究

3.2.3. 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。

表 19：重卡主流车企与发动机厂商的配套关系

排名	企业	2021年市场份额（%）	2020年市场份额（%）	与发动机厂商的配套关系
排名	企业	2021年市场份额（%）	2020年市场份额（%）	合资或(被)控股的发动机企业	市场化供应商
1	一汽解放	24.7	23.2	锡柴、大柴	潍柴
2	中国重汽	20.5	18.1	济南动力、杭州发动机	潍柴
3	东风汽车	19	19.19	东风商用车发动机厂、东风康明斯	玉柴、潍柴
4	陕汽集团	13.8	14.39	潍柴、西安康明斯
5	福田汽车	7.6	9.1	福田康明斯	潍柴、玉柴

资料来源：第一商用车，国泰君安证券研究

潍柴在新能源领域的布局坚持“混合动力、燃料电池、纯电动”多线并举；在氢能领域，潍柴 2016年收购弗尔塞入局氢能，并于 2018年入股加拿大巴拉德，布局时间早、力度大；在技术路线上，坚持多方向发力，在质子交换膜燃料电池、固态氧化物燃料电池，以及氢内燃机均已形成技术储备。

图 34：潍柴在氢能产业的布局历程

资料来源：公司官网，国泰君安证券研究

3.3. 未来氢能的碳纤维用量取决于燃料电池汽车发展

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）。

3.3.1. 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。

表 20：氢燃料电池汽车销量及碳纤维需求量

2022E2023E2024E 2025E2026E 2027E 2028E2029E 2030E
燃料电池汽车销量 (万辆)	0.40	0.69	1.17	2.01	3.45	5.91	10.13	17.35	29.73
燃料电池汽车保有量(万辆）	1.29	1.98	3.15	5.17	8.61	14.52	24.65	42.00	71.73
对应碳纤维需求量（万吨）	0.16	0.27	0.47	0.80	1.38	2.36	4.05	6.94	11. 89

资料来源：中国汽车工业协会、国泰君安证券研究

3.3.2. 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。

表 21：规划建设氢燃料电池汽车保有量与加氢站数量关系

节能与新能源汽车节能与新能源汽车上海市北京大兴区吉林市吉林市规划技术路线图2.0- 技术路线图2.0-2025年 2025年 2030年 2035年2025年 2030年
氢燃料电池汽车数（辆）	10000	3000	7000	70000	100000	1000000
加氢站数量（座）	70	10	70	400	1000	5000
燃料电池汽车数/加氢站	143	300	100	175	100	200

资料来源：各城市氢能产业规划文件，国泰君安证券研究

表 22：加氢站增量、长管拖车增量及对应碳纤维需求量

2021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E							2027E	2028E 2029E 2030E
燃料电池汽车销量 (万辆)	0.16	0.40	0.69	1.17	2.01	3.45	5.91	10.13	17.35	29.73
燃料电池汽车保有量(万辆)	0.89	1. 29	1.98	3.15	5.17	8.61	14.52	24.65	42.00	71.73
加氢站增量（座）	100	105	116	191	230	216	376	602	746	787
加氢站保有量（座）	218	323	440	631	861	1077	1452	2054	2800	3586
长管拖车增量（辆)	300	316	349	573	691	647	1127	1805	2238	2360
碳纤维用量（吨）	405	427	471	773	933	874	1521	2437	3021	3185

资料来源：国富氢能招股说明书、国泰君安证券研究

4. 风险提示

技术突破不及预期，降本进度不及预期，产业政策不及预期。

本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格

分析师声明

作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，本报告清晰准确地反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响，特此声明。

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市场有风险，投资需谨慎。投资者不应将本报告为作出投资决策的惟一参考因素，亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在决定投资前，如有需要，投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。

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绿见未来：风光氢产业碳纤维应用

[Table_Su摘要：

碳纤维应用之风电篇

碳纤维应用之光伏篇

碳纤维应用之氢能篇

[Table_Author] 产业研究中心

[往期回顾 Table_Doc

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目 录

1. 碳纤维应用之风电篇

1.1. 御风之路：从补贴到平价，经济性为第一驱动力

1.1.1. 补贴和消纳为过去影响风电装机的两大波动因素

1.1.2. 平价后，经济性成为第一驱动力

图 4：风电月度公开投标均价显著下降（元/kW）

1.2. 叶片大型化：谁决定了“碳”换“玻”的临界点

1.2.1. 碳玻性价比：材料性能极限与价格的博弈

1.2.2. 整机系统优化能力为材料升级奠定空间

1.2.2.1. 整机设计和集成能力

1.2.2.2. 工艺优化能力

1.2.3. 产业链重新组织带来各环节利益的重新分配

1.2.3.1. 国内招标模式加重了整机对成本敏感性

1.2.3.2. 低盈利环境将催化整机厂家向产业链横、纵向整合

1.3. 国内海风率先突围

1.3.1. 海风场景性能敏感性大于价格敏感性

1.3.2. 阶段性低谷后看国内海风放量

2. 碳纤维应用之碳碳复合材料篇

2.1. 光伏热场测算与趋势

2.1.1. 光伏装机：硅料价格拐点，石英决定装机或在 340GW

2.1.2. 单位纤维用量：尺寸升级和部件增加将增加单位纤维用量

2.1.3. 纤维性能：纤维多样性增加，N型趋势提升纯度要求

2.1.4. 产业链纤维库存：22 情况分化，23 将重回平稳区间

2.1.5. 新应用：负极热场开始应用，保温毡类还是沥青基市场

2.2. 碳陶刹车测算与趋势

2.2.1. 乘用车碳陶刹车领域开始进入定点到路试的阶段

2.2.2. 长纤盘或成行业主流共识，放量车型或选配先行

2.2.3. 渗透率提升预期波动较大，对纤维贡献有望快速增强

3. 碳纤维应用之氢能篇

3.1. 高压气态储氢瓶是碳纤维在氢能的主要应用场景

3.1.1. 四种储氢方式中，仅高压气态储氢会用到碳纤维

3.1.2. 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

3.1.3. 2021 年国内高压储氢瓶碳纤维需求量超 500吨

3.2. 氢燃料电池发展关键变量：补贴、成本、龙头

3.2.1. 初期看财政补贴：燃料电池的补贴弱于锂电和光伏

3.2.2. 中长期看全生命周期成本：燃料电池重卡可具备经济性

3.2.3. 拐点看重卡龙头企业：关注潍柴的燃料电池重卡布局

3.3. 未来氢能的碳纤维用量取决于燃料电池汽车发展

3.3.1. 预计到 2030年，燃料电池汽车用碳纤维12 万吨

3.3.2. 预计到 2030年，长管拖车用碳纤维0.3万吨

4. 风险提示

本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格

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产业深度01期：绿见未来，风光氢产业碳纤维应用-20230217-国泰君安-35页