12022年3月23日股市有风险入市须谨慎中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分联系地址：北京市朝阳区望京街道望京东园四区2号楼中航产融大厦中航证券有限公司公司网址：www.avicsec.com联系电话：010-59562,524传真：010-59562,637中航证券研究所分析师：邓轲证券执业证书号：S0640521070001邮箱：dengke@avicsec.com行业分类：化工氢能新材料行业深度：政策引导需求爆发，未来可期◼事件点评：2022年3月23日，国家发改委和能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035）》，这是我国首个氢能产业的中长期规划，首次提出了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。目标到2025年，基本掌握核心技术和制造工艺，燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，实现二氧化碳减排100-200万吨/年。到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，有力支撑碳达峰目标实现。到2035年，形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。这标志着我国氢能产业发展进入到新的阶段。投资要点◼政策引导需求爆发，正向循环有望开启。在国家层面强调自主可控、节能减排的背景下，从中央到地方出台一系列扶持氢能产业各环节。国内氢能需求将在政策刺激下快速增加，预计到2050年，我国氢气需求量将接近6000万吨，同时根据IEA预测，全球燃料电池、能源发电以及合成燃料需求占总需求的比例将从2020年合计不到0.06%提升至总需求的56.6%。迅速增长的需求和内部结构的变动牵引着国产氢能新材料快速发展，有望开启国产化替代进程。同时，国产化率的提高将有效降低相关新材料的价格，提升氢能应用的经济性，进一步打开市场空间，开启正向循环；◼质子交换膜产业快速发展。质子交换膜是燃料电池和水电解装置的核心部件，占生产成本的15%以上。由于存在技术、资质、环保和资金等诸多壁垒，目前国内有能力生产全氟质子交换膜的企业较少。近两年随着需求的增加，相关企业对于质子交换膜的产能规划更加积极。与此同时，国内企业通过技术研发，在成本控制、寿命以及产品性能上缩小了与国外竞争对手的差距。与此同时，下游需求快速增长将有力支撑质子交换膜产业的发展，根据我们的预测，到2025年，质子交换膜的国内总需求将达到250万平米，CAGR63.5%。供给端有限的情况下，国内质子交换膜行业将维持高景气度，增量市场下，行业内有相关技术储备和产能规划的企业将获得更大的发展机遇；行业投资评级增持基础化工指数5409.75基础数据上证综指3259.86沪深3004255.30总市值（亿元）36535.99流通A股市值（亿元）27839.84PE（TTM）19.34PB(LF)2.12近一年行业与沪深300走势对比图资料来源：wind，中航证券研究所-30%-20%-10%0%10%20%30%40%50%60%22-Mar22-Jun22-Sep22-Dec22-Mar基础化工(申万)沪深3002中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度◼储氢用碳纤维未来可期。相较于传统钢瓶储氢，新型高强度碳纤维储氢瓶克服了氢脆问题，大大提高了安全性，同时降低了重量，成为燃料电池汽车重要的储氢工具。由于储氢瓶属于特种装备，对安全性要求极高，因此碳纤维储氢瓶中使用的是T700级的高端碳纤维，占总成本的比例超过60%。高端碳纤维供应受到技术、资质、资金等诸多因素影响，因此集中于头部企业，竞争格局稳定，相关企业提前布局，将最大程度在行业快速发展期获益。随着储氢瓶需求量的增加以及碳纤维单位用量的提升，储氢用碳纤维的需求将迎来爆发式增长。预计到2025年，储氢用碳纤维需求量将超过3.4万吨，CAGR60.3%。高端碳纤维自身行业壁垒限制了其扩产能力，未来几年储氢用碳纤维的紧缺情况将继续维持，有能力提供大规模高性能碳纤维的厂商将获得更多的议价能力；◼投资建议：从国家整体能源结构和具体应用领域来看，氢能产业尚处于发展前期。随着相关政策的出台，氢能产业迎来了快速发展机遇期，全产业链积极扩张。做好充分规划的头部企业，将是产业扩容阶段的直接受益者。同时吸取过去技术专利受制于人的经验教训，我们认为应该重视氢能基础材料的发展情况，关注长期从事氢能新材料研发、技术自主可控的龙头企业。因此，在投资过程中，具有技术资质壁垒、产能成长性的氢能新材料企业应当重点关注。终端需求增量市场下，具有产业链协同效应的质子交换膜生产企业将脱颖而出，推荐标的：东岳集团（直接或间接持有东岳未来34.2%的股权）、东材科技等；碳纤维缠绕储氢瓶需求抬升背景下，关注拥有大规模高端碳纤维交付能力的龙头企业发展，推荐标的：光威复材、中复神鹰、恒神股份、中材科技等。◼风险提示：原材料价格抬升风险；募投项目不及预期风险；下游需求增长与国产化替代进程不及预期；市场风险偏好下行风险3中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度内容目录一、氢能产业总述..............................................................41.1氢能产业链介绍.........................................................41.2产业政策积极乐观.......................................................51.3市场空间增长迅速.......................................................9二、质子交换膜产业快速发展...................................................112.1质子交换膜供应和国产化替代情况........................................132.2核心业务助推质子交换膜需求井喷........................................172.3总结..................................................................24三、储氢需求助推碳纤维产业发展...............................................253.1储氢用压力容器碳纤维门槛高，供给有限..................................283.2储氢用碳纤维需求井喷，有望开启碳纤维应用新的增长点....................323.3总结..................................................................36四、相关上市标的.............................................................384.1东岳集团（东岳未来）..................................................394.2东材科技..............................................................414.3光威复材..............................................................444.4中复神鹰..............................................................45五、风险提示.................................................................474中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度一、氢能产业总述1.1氢能产业链介绍在“碳中和”的背景下，世界各国政府做出了NZE（近零排放）的承诺。氢能作为零碳燃料，具有储量丰富、热值高、零污染、可存储、来源广泛等优点，逐渐被人们关注。在全球各国政府相继出台政策扶持氢能产业的背景下，政策端的利好有望带动需求量的井喷，进而推动氢能产业链相关企业充分受益；图表1：氢能与其他燃料对比来源：百度百科，中航证券研究所氢气产业链包含上游制氢、中游储氢运氢和下游加氢用氢三部分。⚫制氢：目前世界上最常见的制氢方法是化石能源制氢，包括焦煤气重整制氢、工业副产氢以及天然气制氢（也被成为灰氢或蓝氢）等，而与之相对的则是在制氢过程中无排放无污染的电解水制氢，因其对环境友好的特点，故被人们称为绿氢；⚫储运：由于目前我国制氢产地较为分散，同时氢气的储存和运输面临“氢脆现象”的考验（指金属材料因为长时间在富氢环境中发生吸氢、氢渗等现象造成机械性能下降从而发生脆断的现象），氢气的储运也自然而然成为了人们关注的话题。目前主要有四种氢气储运方式：高压气体储运、低温液态储运、固态稀土储运以及有机液体储运；⚫加氢：加氢站加氢是目前燃料电池汽车最主要的加氢途径。加氢站以自身的氢燃料储备服务周围区域，而充足的加氢站覆盖范围亦能加速燃料电池汽车的推广应用。氢气压缩机是加氢站的核心装备之一，是通过压缩空气实现气体输送的设备，目前氢气压缩机主要分为液体活塞式氢气压缩机、隔膜式氢气压缩机以及离子压缩机。能源来源储量热值MJ/kg碳排放量kg/kg性质氢能可电解制取1430可再生天然气193.5万亿立方米36.222.04不可再生煤炭1万亿吨25.12-29.313.16不可再生原油2305.8亿吨41.03-45.223.31不可再生5中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表2：氢能产业链各环节来源：百度百科，中航证券研究所目前氢能产业链路线众多，尚处于产业发展前期，仍存在制氢成本较高、储氢运氢困难以及加氢站覆盖少等问题。因此，为了扶持氢能产业的发展，我国出台了一系列氢能相关的产业政策来扶持相关领域的发展。1.2产业政策积极乐观目前世界主要发达国家和地区，如美国、日本、韩国和欧盟等均出台了相关政策促进氢能产业的发展。日本高度重视氢能产业的发展，提出了“成为全球第一个实现氢能社会的国家”的目标，并先后发布了《日本复兴战略》、《能源战略计划》、《氢能源基本战略》和《氢能及燃料电池战略路线图》等政策条例，详细规划了实现氢能社会战略的技术路线；中央重视氢能产业发展，出台政策推进产业发展：目前氢能战略规划已被归为我国重要的能源战略，并将成为我国优化能源消费结构和保障国家能源供应安全的战略选择。尽管氢能及燃料电池技术早在2006年就被写入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中，但2014年以前氢能都处于试验推广阶段。2014年，我国发布了《能源发展战略行动（2014-2020年）》，氢能与燃料电池被归为能源科技创新战略方向，标志着氢能正式进入产业化阶段。2016年，我国氢能产业总产值达到1,800亿元。2019年3月，“推动充电、加氢等基础设施建设”被写入《政府工作报告》，这是氢能源首次被列入《政府工作中游储运氢气下游用氢灰氢蓝氢绿氢储氢运氢加氢燃料电池制氢上游煤制氢煤焦化制氢氯碱副产氢天然气制氢碳捕捉技术其他低碳氢电解水制氢高压储氢液态储氢低温储氢固体氧化物储氢管道运氢长管拖车LNG运氢6中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度报告》，氢燃料电池的发展自此迈入了新的阶段。2020年9月，我国在联合国一般性辩论中向全世界宣布了“2030年碳达峰、2060年前碳中和”的目标，在双碳的指导思想下，氢能及相关产业、技术被多次提及。随后，财政部、发改委等五部门联合印发燃料电池示范应用通知，进一步明晰了燃料电池汽车及氢能供应的奖励条件。2021年9月，《2030年前碳达峰行动方案的通知》以及《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》发布，其中提到了“统筹推进氢能‘制储输用’全链条发展”、“推动加氢站建设”以及“推进可再生能源制氢等低碳前沿技术攻关”等重要举措。2021年9月、2022年1月，财政部等十五个部门联合发布了《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》，将广东、北京、上海列为首批示范城市，郑州、张家口列为第二批示范城市，氢能应用进入提速阶段。2021年10月以来，国家密集出台“双碳”相关政策，包括《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》、《2030年前达到碳达峰行动方案的通知》、《综合运输服务“十四五”发展规划》和《“十四五”工业绿色发展规划》等，加速推动氢能、加氢站以及燃料电池汽车的发展；2022年3月，发改委出台了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，我国氢能产业发展进入了新阶段。7中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表3：国家层面产业政策汇总来源：《氢能产业政策研究》，政府官网，前瞻产业研究院，中航证券研究所备注：此处红色表示氢能发展阶段关键性文件，橙色是有关燃料电池汽车示范性应用城市群的相关文件地方政府氢能产业发展行动规划密集出台。产业规划方面，江苏、浙江、天津、四川、上海等省市发布了推进氢能产业的专项规划。江苏省于2019年发布了《江苏省氢燃料电池汽车产业规划》，计划在2025年之前完成50个加氢站，氢燃料电池汽车4,000座，固定发电站部门时间文件相关内容国务院2019.03《2019年政府工作报告》进一步推动加氢站建设，执行购买新能源汽车价格优惠政策，稳定汽车市场工信部2019.05《2019年新能源汽车标准化工作要点》要求持续优化新能源汽车标准体系，制定燃料电池汽车领域的相关安全标准，推进各项相关产业列入全国鼓励外商投资产业目录发展改革委2019.10《产业结构调整指导目录》高效制氢，运氢及高密度储氢技术开发应用及设备制造，加氢站等内容被列入第一类的第五项中发展改革委、工业和信息化部、中央网信办、教育部等15部门2019.12《关于推进先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》推动氢能产业创新、集聚发展、完善氢能制备、储运、加注等设施与服务发展改革委2020.03《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》研究制定氢能、海洋能等新能源发展的标准规范和支持政策国家能源局2020.06《2020年能源工作指导意见》推进氢能产业技术进步和产业发展工信部、中国汽车工程学会2020.10《节能与新能源汽车技术路线图》将发展氢燃料电池商用车作为氢能行业的突破口，2030-2035年，实现氢能及燃料电池汽车的大规模推广应用国务院办公厅2020.10《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》推进氢燃料供给体系建设，攻克氢能储运、加氢站、车载储氢等氢燃料电池汽车应用支撑技术全国人大2021.03《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》在类脑智慧、量子信息、基因技术、未来网络、深海空天开放、氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，谋划布局一批产业未来国家能源局2021.04《2021能源工作指导意见》积极创新探索氢能技术路线和应用路径，开展产业试点财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展改革委和国家能源局2021.09《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》广东、北京和上海作为全国首批示范城市群，启动实施燃料电池示范应用工作国务院2021.10《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》统筹推进氢能“制储输用”全产业链发展，推进加氢站建设，推进可再生能源制氢等低碳前沿技术攻关，加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用。国务院2021.10《2030年前碳达峰行动方案的通知》积极扩大包括氢能在内的新能源在交通运输领域的应用。2030年前当年新增的新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右国务院2021.11《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》推动氢燃料电池汽车示范应用，有序推广清洁能源汽车发展改革委2021.11《“十四五”全国清洁生产推行方案》在石化化工行业实施绿氢炼化等降碳工程，推进氢能产业的技术进步和产业发展交通运输部2021.11《综合运输服务“十四五”发展规划》加快加氢等基础设施规划布局和建设工信部2021.12《“十四五”工业绿色发展规划》要加快氢能技术创新和基础设施建设，推动氢能多元利用。财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展改革委和国家能源局2022.01《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》郑州市牵头的河南城市群以及由河北张家口牵头的河北城市群近期获批国家第二批燃料电池汽车示范应用城市群发改委2022.01《促进绿色消费实施方案》大力推广新能源汽车，逐步取消各地新能源车辆购买限制，推动落实免限行、路权等支持政策，加强充换电、新型储能、加氢等配套基础设施建设发改委2022.03《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》目标到2025年，燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排100-200万吨/年8中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度500座。浙江省2021年发布了《浙江省能源发展“十四五”规划（征求意见稿）》，提出到2022年完成建设加氢站50座，推广氢燃料电池车1,000辆，实现产值100亿元的目标。天津、四川等省市提出到2025年，实现加氢站60-70座，氢燃料电池6,000、10,000座，产值1,000亿元的目标。另外，值得注意的是，随着北京冬奥会的临近，北京政府出台了一系列氢能相关的产业政策鼓励氢能发展。2017年北京发布了《北京市加快科技创新培育新能源智能汽车产业的指导意见》，着力在整车耐久性、续驶里程和燃料电池使用寿命等领域取得突破。此外，北京市围绕燃料电池汽车开展规模化示范应用，在冬奥会和冬残奥会的各项赛事上推进制氢、加氢等环节核心技术的运用。冬奥会期间，绿色环保的氢燃料电池汽车将承担接驳等赛事保障服务，延庆区也将开发氢燃料电池公共交通线路；图表4：地方氢能产业政策来源：各地政府官网，中航证券研究所目前我国在氢能产业发展上存在着缺乏体系和标准、主管部门缺位、法律法规不健全等问题。因此要大力发展氢能，必须对相关标准体系、法律法规以及示范试点区域进行统一规划管理；加快建立全面系统的氢能产业标准；有效的对企业、高校和科研院所在制氢、纯化、储运、使用等技术领域的研究给予支持，为氢能技术的应用和发展奠定质量基础；省市政策文件发布年份目标年份加氢站建设目标（个）氢燃料电池车推广（辆）固定式发电应用产业产值（亿元）江苏《江苏省氢燃料电池汽车产业规划》20192025504000500座-天津《天津市氢能产业发展行动方案（2020-2022）》202020221010002座150山东《山东省氢能产业中长期发展规划（2020-2030）》2020202520301001001000050000100座/10003000广州《广州市氢能产业发展规划（2019-2030）》20202025203050100不低于30%4座10座6002000北京《氢燃料电池汽车产业发展规划》20202025743000//1000内蒙古《内蒙古自治区促进燃料电池汽车产业发展若干措施（施行）（征求意见稿）》202020259010000//1000河北《河北省氢能产业发展“十四五”规划》2021202510010000//500四川《四川省氢能产业发展规划（2021-2025）》202120256060005座/上海《上海市加快新能源汽车产业发展实施计划（2021-2025年）》202120257010000/1000浙江《浙江省能源发展“十四五”规划（征求意见稿）》20212022301000/1009中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表5：氢能产业政策和目标指引来源：中国氢能产业联盟，中航证券研究所氢能源产业规划和补贴政策相较于锂电池产业更加理性克制，体现出我国在运用产业鼓励政策的方法上更加的娴熟。此外，虽然氢能在补能时间、重量等方面相较于锂电有较大优势，但囿于成本、氢气体积等因素，无法真正取代锂电池在乘用车领域的地位；尽管如此，在特定场景下，氢能在商用车上的TCO（全周期成本）一样可以持平燃油车。因此通过合理的产业政策，氢能产业将更为有序健康的发展。1.3市场空间增长迅速氢能的传统需求情况：全球氢能需求自2000年以来强劲增长，2020年全球氢气需求大约为9000万吨，自2000年以来增长50%。目前大部分的需求几乎都来自于精炼环节和工业用途；其中2020年精炼环节消耗3,840万吨的氢气作为原料，在这过程中氢气也承担了部分燃料的需求。在工业合成领域，氢气的需求同样十分旺盛，2020年氢气在工业合成领域的消耗超过3,000万吨，大部分都用作原料。而氢能在其他领域的应用进展则相对缓慢；现状近期目标（2020-2025）中期目标（2026-2035）远期目标（2036-2050）氢能缺乏体系化的氢气制取、储运和加注标准45Mpa气态运输、IV型瓶组，加氢站安全技术验收标准，液氢民用标准燃料电池燃料电池标准习题已经基本形成，需持续细化和完善氢能加氢站主管部门缺位，氢气仍作为危化品系统处理明确加氢站管理部门；统一加氢站建设规划和运营补贴标准燃料电池现有法律法规集中于车用领域购置环节，缺乏系统性，补贴较为单一缺少规模化商业化示范运行项目和经验6-10个城市开展试点，对氢能制取、加氢设施以及终端应用进行补贴，推动全产业链技术自主化形成多个省域氢能示范区，推动氢能基础设施逐步完善全国范围内形成氢能供应商，氢能及燃料电池应用场景极大丰富标准体系政策体系保障全域性国家级试验示范区域标准体系法律法规氢气燃烧标准；固体、有机液态等储运标准；管道输配标准根据交通、工业和建设等终端领域，持续完善标准体系，及时拓展并跟进新应用场景的标准制定在持续提升技术的前提下，保持燃料电池产品购置力度（补贴持续到十四五结束）；增加对燃料电池终端用户的运营补贴或税收等政策奖励，提升市场需求，增加除车用领域外的其他领域的重点科技专项明确氢能作为能源产品的相关法规体系，持续完善氢能管理相关的法律法规体系10中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表6：1975年以来全球氢气使用情况图表7：1975年以来全球氢能使用结构来源：IEA全球氢能评论，中航证券研究所来源：IEA全球氢能评论，中航证券研究所氢能需求结构即将迎来调整：根据IEA的预测，燃料电池、能源发电和合成燃料的需求将成为未来氢能应用的重要领域，这些改变正将氢气从一个工业生产的原材料转变为新能源社会中必不可少的组成部分。根据IEA统计，目前用于燃料电池的氢能大约占全球氢能需求的0.02%，而用于能源发电和合成燃料的氢能需求同样占比很低，而在2050年，IEA预计用于燃料电池、能源发电以及合成燃料的氢能消耗将分别占到全球氢能总需求的23.2%，19.2%和14.2%。而与之相对的则是氢能的传统使用场景，如精炼和工业合成领域，在2050年将下滑至5.9%、21.9%。随着氢能使用结构的调整，相关产业将迎来更大的发展机遇；图表8：全球氢能使用结构变化预测（百万吨）图表9：全球氢能使用结构变化预测趋势来源：IEA全球氢能评论，中航证券研究所来源：IEA全球氢能评论，中航证券研究所未来氢能需求预测：根据IEA预测分析，考虑全球共同宣言承诺的场景下（悲观情况），全球氢能总需求将在2030年达到1.28亿吨，在2050年达到2.57亿吨。而在考虑全球净零排放（NZE）的场景下（乐观情况），全球氢能总需求将在2030年达到2.29亿吨，2050年达到5.31亿吨。具体到我国，根据中国氢能联盟的估计，到2030年，我国氢气需求量将达到182431354052546272900%5%10%15%20%25%30%35%01020304050607080901001975198019851990199520002005201020152020精炼(百万吨)氨气(百万吨)其他(百万吨)总体增速（右轴）0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1975198019851990199520002005201020152020精炼(百万吨)工业合成(百万吨)其他(百万吨)0100200300400500600202020302040205020602070精炼能源发电燃料电池建筑工业合成合成燃料氨气生产0%10%20%30%40%50%60%202020302040205020602070精炼能源发电燃料电池建筑工业合成合成燃料氨气生产11中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度3,500万吨，在终端能源体系中占比5%。到2050年，氢能在我国终端能源体系中的占比将至少达到10%，届时氢气需求量将接近6,000万吨；图表10：我国氢气年需求量和氢能占终端比重预测来源：中国氢能联盟，中航证券研究所总结：氢能尚处于产业化刚刚落地的阶段，具有较大的想象空间和发展空间；但我国氢能产业未来具体技术路线、生产工艺和应用场景尚未敲定，因此也存在较大的不确定性。而通过国家和地方的氢能产业政策的正向扶持，行业需求得以快速增长，内部需求结构发生调整，进而牵动了产业链中新材料的应用。而相关新材料，如上游制氢环节以及下游用氢环节使用的质子交换膜、中游环节的储氢用高强度碳纤维等，也将迎来快速发展的机遇期。二、质子交换膜产业快速发展从氢能行业层面来看，质子交换膜主要用途为燃料电池和电解制氢。燃料电池本质上就是水电解的逆反应装置，其中核心部件双极板的原材料就是质子交换膜。而电解制氢路线中，有质子交换膜（PEM）和碱性电解槽两种方法，两种方案各有优劣。据2020年我国各制氢路线占比数据显示，水电解法制氢的产量占比不高（仅占0.03%）。具体到水电解，2015年以来，质子交换膜法制氢的比例增速明显高于其他电解方式，但其产能占总电解水制氢产能比例仍不高（31%）。根据产业界反馈，目前质子交换膜的国内供给仍然不足，大部分需求方仍旧使用进口膜，这与国产化替代节奏较慢有关。随着下游需求的井喷和上游原材料生产企业突破技术瓶颈，国产质子交换膜的生产成本降低，预计质子交换膜的国产化率将进一步提升。0%2%4%6%8%10%12%01000200030004000500060002020202520302035204020452050氢气年需求（吨）氢能占终端比重(右轴）12中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表11：燃料电池双极板结构来源：捷氢科技，中航证券研究所图表12：水电解制氢占总产能的比例很低来源：捷氢科技，中航证券研究所图表13：电解水制氢不同技术路线产能结构图表14：电解水制氢不同技术路线产能变化(MW)来源：全球氢能评论，中航证券研究所来源：全球氢能评论，中航证券研究所天然气制氢59%煤制氢19%工业副产氢21%石油其他化石能源1%电解水碱性电解61%质子交换膜31%固体氧化物1%其他电解方式7%-10%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%050100150200250300350201520162017201820192020碱性电解质子交换膜其他电解方式碱性电解增速（右轴）质子交换膜增速（右轴）13中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度2.1质子交换膜供应和国产化替代情况质子交换膜主要特性：质子交换膜按照含氟量分为全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、复合膜等。目前全氟质子交换膜（全氟磺酸膜）由于其优秀的热稳定性、化学稳定性、较高的力学强度以及较高的产业化程度而得到广泛应用。全氟质子交换膜主要应用在氯碱工业、燃料电池、电解水制氢、储能电池等领域。目前全氟质子交换膜是主流的技术，产业化程度较高；图表15：各类质子交换膜优缺点比较来源：CBEA，中航证券研究所质子交换膜产业链梳理：质子交换膜由于其工艺流程复杂而具有了极高的技术壁垒，全氟质子交换膜的制备需要以带有磺酸基的全氟乙烯基醚单体、四氟乙烯为原材料，通过共聚获得全氟磺酸树脂，然后进一步制备生成全氟质子交换膜。用于制作质子交换膜的全氟磺酸树脂技术壁垒较高，需要企业在原料选择、合成工艺等方面有较好的技术与经验积累。全氟磺酸树脂的主要玩家有：美国杜邦、美国3M、美国戈尔、比利时索尔维、日本旭化成等。目前国内全氟磺酸树脂市场的主要生产厂家为东岳集团、科润，有项目在研的厂家有：上海三爱富、巨化集团等少数企业，但产能较小，无法批量供应市场。截至2020年，科慕（原主体为美国杜邦）、索尔维、旭化成三家占据了全球90%以上的产能，国内对全氟磺酸树脂进口依赖度高达99%；质子交换膜类型优点缺点全氟磺酸膜机械强度高、化学稳定性好，在湿度较大的条件下导电率高，低温时电流密度大，质子传导电阻小高温时膜易发生化学降解，质子传导性变差，单体合成困难，成本高，用于甲醇燃料电池时易发生甲醇渗透部分氟化聚合物膜工作效率高、单电池寿命高、成本低氧溶解度低新型非氟聚合物膜电化学性能与nafion（聚四氟乙烯和全氟-3，6-二环氧-4-甲基-7-葵烯-硫酸的共聚物）相似，环境污染小，成本低化学稳定性较差，很难同时满足高质子传导性和良好机械性能复合膜可改善全氟磺酸膜导电率及阻醇性差等缺点，赋予特殊功能制备工艺有待完善14中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表16：质子交换膜产业链来源：CBEA，中航证券研究所图表17：同时具备全氟磺酸树脂和质子交换膜产能的主要玩家来源：CBEA，中航证券研究所比对海内外企业质子交换膜的售价，可以发现质子交换膜的价格有较大的下降空间。目前国产质子交换膜主要通过主动压低价格来获得竞争优势，如果实现国产化替代，预计将降低质子交换膜的价格30%-40%。同时近年来随着技术突破，国产质子交换膜的寿命逐年递增，单位时间的质子交换膜的成本也随之下降。通过拆解科慕Nafion质子交换膜成本结构可以发现，技术工艺占总生产成本的85%。我们相信，随着大规模的生产，质子交换膜的平均成本可以有效降低；萤石硫酸氟化氢全氟磺酸树脂质子交换膜氯碱工业燃料电池电解水Dupont美国Nafion系列1966年50~100Dow美国XUS-B204停产几十3M美国全氟磺酸离子交换膜系列--Gore美国全氟磺酸离子交换膜系列-50~150旭硝子日本FlemionF4000系列，氯工程C系列1978年-旭化成日本AciplexF800系列1980年-氯工程公司日本C系列--东岳集团中国DF988、DF2801-150Solvay比利时Slovay系列--Ballard加拿大BAM系列1983年-每年产量（万平米）产品投产时间企业名称国家15中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表18：国内外不同规格质子交换膜产品近期售价对比（元）来源：阿里巴巴1,688网，中航证券研究所图表19：质子交换膜寿命与成本下降函数图表20：质子交换膜成本结构来源：车用质子交换膜燃料电池经济寿命研究，中航证券研究所来源：高工氢电，中航证券研究所注：PTFE即聚四氟乙烯，R22为二氟一氯甲烷，均为全氟磺酸树脂原材料受景气度反转影响，国内老牌企业开始全产业链布局，新入局玩家纷纷发布扩产计划。根据国内外主要质子交换膜公司的主要产品特性来看，国内公司中，东岳集团进展最快。2004年东岳集团联合上海交通大学研发出质子交换膜，性能对标同类产品；2014年至2016年，东岳集团质子交换膜寿命从800小时增长到6,000小时，其研发的DF260膜已经成熟并量产。东岳未来规划的150万平方米燃料电池膜和配套化学品产业化项目正在建设，同时配套建成年产50吨离子膜的全氟磺酸树脂生产装置，一期项目（50万平米）已于2021年投产；江苏科润目前已经能够实现质子交换膜的小批量供货，目前科润集团拥有两条全氟离子膜生产线，全氟离子膜产能30万平米；国家电投旗下的武汉绿动氢能目前已经完成30万平米的质子交换膜生产线，可生产8微米到20微米的质子交换膜；此外，浙江汉丞、东材科技等公司均有2805398991793455750100200300400500600700800900100010cm10cm15cm15cm20cm20cm美国杜邦nafion115中国东岳集团DF988技术工艺,85%R22,7%PTFE,3%其他,3%助剂,2%16中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度年产30万平米以上的质子交换膜项目或计划落地。上述企业通过研发投入，率先实现质子交换膜的国产化，预计将在产业竞争中获得先发优势；图表21：质子交换膜国内产能情况来源：高工氢电，东岳集团、东材科技公告，中航证券研究所综上分析，我们认为，以下几点有助于质子交换膜行业保持较好的竞争生态，利好先行者：➢技术壁垒：原材料制备难度大，要实现大规模制备全氟磺酸树脂，使其满足工业生产标准具有较大难度。其中主要难点包括树脂的链结构、交换容量、分子量的调控；成本可控的同时保证化学稳定性、机械强度、电化学性能等条件均满足下游应用需求；（以东岳未来为例，历经多年研究，东岳未来生产的质子交换膜寿命从2014年的800小时提升到2020年6,000小时，大大降低了使用的综合成本，具有较高的技术壁垒）➢资质壁垒：质子交换膜下游应用厂家对交换膜性能要求严格，由于膜电极的质子传导率、厚度和稳定性直接影响燃料电池的综合性能，因此下游厂家对供应商有严格的准入认证。例如AFCC公司的认证，对于所有应用于燃料电池汽车的元器件都有严格的规定和要求，尤其是燃料电池膜，更是有几十项鉴定指标，因此具有较高的资质壁垒；➢环保壁垒：由于氟化工是重污染、高能耗的行业，因此全氟磺酸树脂和全氟质子交换膜的生产加工需要严格的环保审核，政府对高能耗的氟化工企业限制政策较多，在双控政策的影响下，后发者要进入行业需要经过复杂的环境评测；➢资金壁垒：由于质子交换膜的车间生产条件要求严格，全程需要严格无尘无水，对设备需求较高，需要配备全自动的连续成膜设备，因此对整体资金投入要求较高。（2018年东企业名称主要产品下游客户主打工艺2020年产能情况2020年产量新建和在建产能东岳未来DF260膜，15μm奔驰、福特——5万平1万平150万平米产能，2021年一期50万平已投产科润新材N系列产品，20~80μm上海电气、国电投、国电南瑞钢带流延法1.5万平5000平30万平米生产线已建成，此外预计未来5年建成500万平产能东材科技——————————50万平米产能，计划中浙江汉丞Hyproof膜，8~25μm吉利集团——————新建成30万平生产线，尚未投产武汉绿动8~20微米国电投——————新建成30万平。一期项目2023年建成17中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度岳未来立项建设氢燃料电池产业项目，投资近10亿元建设氢燃料电池质子交换膜的基地，用于购买质子交换膜生产、检验以及配套的研发、试验设备，建设时间约5年）图表22：质子交换膜无尘生产车间来源：能源界，中航证券研究所技术、资质、环保和资金所构筑的综合性壁垒将有效阻挡新玩家入场，有利于行业整体竞争环境，且国内企业面对的是海外企业的竞争，国内厂商更多是竞合关系，相关企业完成预研后可以通过产能扩张快速降低成本，进一步提高自身竞争力。2.2核心业务助推质子交换膜需求井喷目前质子交换膜的下游应用领域主要包括燃料电池、质子交换膜制氢（PEM制氢）、全钒液流电池以及氯碱工业等领域。其中，氯碱工业使用的是全氟羧酸树脂，与另外三类不同，因此下面将就除氯碱工业以外的其他三块业务（燃料电池、PEM制氢、全钒液流储能）分析质子交换膜的需求：燃料电池是下游核心消费领域：质子交换膜在燃料电池中主要用于双极板的制作，按照Mairai公司每年生产3000套系统时的成本估算，单车质子交换膜成本可达到电堆总成本的15%以上。截至2021年年底，燃料电池汽车销售量不到2,000辆（1,852辆），但国家产业政策明确指出要使用燃料电池汽车替代传统燃油重卡等车型，并通过以奖代补的方式给予相关车型补贴。根据中国氢能联盟给出的总体目标路线图，将来燃料电池汽车发展分三步走：近18中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度期目标（2020-2025年）达到5万辆/年，中期目标（2026-2035年）达到130万辆/年，远期目标（2036-2050年）达到500万辆/年。根据中国氢能产业发展报告预测，到2025年，中国氢燃料电池汽车保有量将达到10万辆，2030年氢燃料电池汽车保有量将达到100万辆，2050年氢燃料电池汽车保有量将达到3000万辆；图表23：Mairai电堆成本结构来源：StrategicAnalysis，中航证券研究所注：膜电极包括质子交换膜、催化剂、气体扩散层、热压、密封圈等组件年产量系统/年1000套3000套系统净输出kWnet88.588.5系统总输出kWgross114114双极板$/stack46984246质子交换膜$/stack28501559PtCo催化剂$/stack29582102气体扩散层$/stack24581186热压（膜电极）$/stack3622双极板和膜电极密封圈$/stack984949端部密封圈（丝网印刷）$/stack11端板$/stack7777歧管$/stack277277集流器$/stack77电堆壳体$/stack5757电堆性能测试$/stack22电堆组装$/stack7877电堆conditioning$/stack6161电堆成本$/stack1454410623电堆净总成本$/kWnet164.3120.0电堆总成本$/kWgross127.693.2膜电极电堆部件19中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表24：预测燃料电池汽车销量快速上升来源：中国氢能产业发展报告，中航证券研究所注：此处2035年，2040年、2045年数据均通过目标数值合理推测根据上述分析，我们预计，到2025年，燃料电池用质子交换膜的国内总市场空间将达到9亿元，到2030年国内总市场空间将达到67亿元，到2050年燃料电池用质子交换膜的总市场空间将达到2400亿元。图表25：燃料电池汽车用质子交换膜需求及市场空间预测来源：中国氢能联盟、CBEA、丰田燃料电池电堆测试报告，中航证券研究所电解制氢潜力十足：目前氢能的主要生产方式是灰氢（焦煤气净化和工业副产氢）和蓝氢（天然气制氢），但由于灰氢对环境造成较大程度的污染，各国政策都在大力扶持绿氢（电解制氢），预计未来氢能的制取将完成从灰氢到绿氢的过渡。而在过渡过程中，制氢成本始终是人们考虑的重要问题，目前电解制氢主要分为碱性电解法和质子交换膜法，下面将通过110100230550129030000%200%400%600%800%1000%1200%05001,0001,5002,0002,5003,0003,50020202025E2030E2035E2040E2045E2050E燃料汽车保有量（万辆）增速（右轴）20202025E2030E2050E中国燃料电池汽车保有量（万辆）1101003000燃料电池汽车平均功率（kW）80120240320单位功率膜用量（m^2/kW）0.200.150.100.10单电堆使用的质子交换膜面积（平米）16182432燃料电池质子交换膜总需求面积（万平米）16180240096000质子交换膜成本（元/平米）1200500280250质子交换膜市场空间预测(亿元）1.9967240020中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度已有的三种装置（NEL公司碱性电解槽、Mcphy公司碱性电解槽，GINER公司PEM槽）就如何降低制氢成本进行探讨；电解氢成本结构分析：电力支出占到了电解制氢50%的成本，因此要降低电解制氢的成本，首先就要降低电力支出的成本。根据中国氢能产业发展报告的描述，在恒定的电力输出情况下，度电价格在0.6元左右时，碱性电解成本为40元/kg，PEM电解制氢成本在48.5元/kg,电解制氢的单位成本较高。而度电成本下降至0.1元时，碱性电解成本下降到9.2元/kg，PEM电解制氢成本下降到20.5元/kg。通过拆解三种不同装置制氢成本结构，可以发现不管是碱性电解还是PEM电解，电力成本都占比超过50%。因此，控制度电成本，将有效降低制氢成本；图表26：不同电价下制氢成本比较（元/kg）图表27：制氢成本拆解（三种电解装置对比）来源：中国氢能联盟，中航证券研究所来源：可再生能源电解制氢成本分析，中航证券研究所考虑到电力成本是决定电解制氢成本的关键因素，下面将从常规电力电解制氢以及可再生能源电解制氢两种情形下分析碱性电解法和质子交换膜法的经济性：➢常规电力情况下的经济性分析：小规模情况下，质子交换膜与碱性电解槽成本差距较大；大规模情况下，差距缩小，但质子交换膜的成本始终高于碱性电解槽。这是因为虽然规模效应摊平了固定投资，但PEM制氢的过程催化剂铂的价格过高导致整体制氢成本偏高，从而在电源平稳输出的情况下经济性一般。（下图为产能利用率75%，电价60$/MWh条件下的三种电解装置的平准化成本LCOH）；9.215.421.627.733.94020.526.131.737.342.948.501020304050600.10.20.30.40.50.6电价（元/度）碱性电解PEM电解70%6%2%15%4%3%65%10%3%16%5%1%50%23%5%13%6%3%0%10%20%30%40%50%60%70%80%电力支出电堆电堆维护发电站负载均衡固定运营成本可变运营成本NEL,碱性电解,1atmMcPhy,碱性电解,30atmGINER,质子交换膜,30atm21中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表28：三种电解装置在规模化效应下成本下降情况来源：可再生能源电解制氢成本分析，中航证券研究所➢使用可再生能源进行储氢的情况下的成本：PEM电解制氢的优点是响应速度快、在电力输出极端条件下（低于20%负载或150%最大负载以内）仍可正常使用。考虑到可再生能源的输出功率变化较大、处于低负载和高负载区间的时间较长的特点，因此在实际使用中使用PEM作为可再生能源电解储氢的经济性在现有技术条件下反而可以超过碱性电解法制氢；图表29：碱性电解和PEM电解成本参数图表30：可再生能源波动性对LCOH影响来源：可再生能源电解制氢成本分析，中航证券研究所来源：可再生能源电解制氢成本分析，中航证券研究所➢电解氢市场规模预测：根据中国氢能产业发展报告预测，到2025年中国电解制氢装机量将达到10GW，到2050年将达到500GW。其中PEM电解氢在市场中占比将于2050年达到40%，届时PEM制氢的总装机量将超过200GW；33.544.555.56NEL,碱性电解,1atmMcPhy,碱性电解,30atmGINER,质子交换膜,30atm美元/kg1MW40MW参数碱性PEM太阳能供电(MW)404030atm电解固定成本($·kW^-1)77584030atm电解系统效率(kW·h·kg^-1H2)53.7658.24电流密度(A·cm^-2)0.25~0.451.0~2.0可允许的最小负载(%)200可允许的最大负载(%)120150冷启动时间(min)60~1205~10热启动时间1~5min<10s所需电解装置规模（MW）34.326.8产氢量（kgH2·h2^-1）595686固定成本投入（10000$）26582251计算结果22中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表31：电解水制氢市场空间预测来源：中国氢能产业发展报告，中航证券研究所图表32：PEM电解槽和碱性电解槽市场占比预测来源：中国氢能产业发展报告，中航证券研究所根据上述分析，我们预计，到2025年，PEM制氢用质子交换膜的国内市场空间将达到2亿元，2030年国内市场空间将达到8亿元，2050年PEM制氢用质子交换膜的市场空间将达到305亿元。图表33：PEM制氢用质子交换膜需求分析来源：中国氢能产业发展报告，中航证券研究所全钒液流电池未来可期：全钒液流电池是一种安全高效、富有潜力的储能装置，且由于其安全可靠的液流系统，较之目前主流的储能电池——锂离子电池的使用寿命更长（全钒液流2025年2030年2040年2050年电解水制氢占比3%10%45%70%电解制氢平均电耗（kWh/kg)5351.447.343.6电解槽系统装机量（GW）≈10>35>200>500电解系统市场规模（亿元）>800>2000>6000>70002025年2030年2040年2050年PEM电解槽能源转化效率60%63%68%74%碱性电解槽能源转化效率63%65%71%78%PEM电解槽市场占比5%10%20%40%碱性电解槽市场占比95%90%80%60%PEM电解系统设备价格（元）6000-120003000-80001500-4000800-2000碱性电解系统设备价格（元）1250-20001000-1500800-1200600-100020202025E2030E2050E氢能总需求(万吨)2300288035006000电解水制氢比例1%3%10%70%PEM制氢比例1%5%10%40%PEM制氢需求(GWh)122222016555732480质子膜寿命（h）6000600060006000PEM制氢质子交换膜总需求面积（万平米）23727612208质子交换膜成本（元/平米）1200500300250质子交换膜市场空间预测(亿元）0.242830523中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度电池一般具有20年生命周期、6万次充放电次数）。随着其应用场景逐渐增多，成本逐渐下降，相信全钒液流电池在未来将会有更多的应用空间。目前大部分的全钒液流电池正负极电解液之间使用的薄膜正是杜邦公司开发的Nafion系列质子交换膜。未来随着全钒液流电池的推广，质子交换膜在全钒液流电池上的应用规模也会不断增长；图表34：全钒液流电池工作原理来源：《铁铬液流电池技术的研究进展》，中航证券研究所目前储能方式中，液流电池储能占比较小，未来需求增长较快。目前主流的储能技术包括抽水蓄能、锂离子储能技术等，液流电池储能技术占比不高。根据统计，我国2020年全钒液流电池储能项目规模在100MW左右。此外，根据《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出的发展新型储能电池的目标，GGII预计到2025年液流电池装机量将超过1000MW；图表35：全球储能技术路线情况来源：CNESA，中航证券研究所根据上述分析，2020年全钒液流电池用质子交换膜的国内市场空间0.4亿元，我们预计，90.3%,抽水蓄能1.8%,熔融盐储能0.2%,压缩空气储能0.2%,飞轮储能92.0%,锂离子电池0.7%,液流电池7.2%,其他电化学储能24中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度到2025年，全钒液流电池用质子交换膜的国内市场空间将达到2亿元。图表36：全钒液流电池质子交换膜需求及空间预测来源：CNESA，中航证券研究所2.3总结质子交换膜由于其优良的特性，成为了燃料电池、PEM电解法以及全钒液流电池的重要组件，而由于其制备过程具有较高的门槛导致质子交换膜的供给有限，行业竞争格局良好。随着质子交换膜的成本伴随国产化替代和规模效应而不断下降，下游应用的不断拓展导致需求抬升，增量市场下，行业内有相关技术储备和产能规划的企业将获得更大的发展机遇；图表37：质子交换膜成本下降曲线（美元/kW）来源：全球氢能评论，中航证券研究所根据中国氢能产业发展报告预测，燃料电池汽车2020年销量1,177辆，2025年燃料电池汽车保有量10万辆，2030年100万辆，2050年3000万辆，考虑燃料电池汽车平均功率每5年增加40kw，同时根据橡树国家实验室数据，质子交换膜单位功率膜用量在0.1~0.2𝑚2/𝑘𝑊，推算出燃料电池汽车在2025年质子交换膜总需求为180万平米。根据《中国氢能产业白皮20202025E液流电池总装机量（MWh）1001000液流电池单位功率（kW/平米)55质子膜寿命（h）60006000全钒液流电池质子交换膜总需求面积（万平米）333质子交换膜成本（元/平米）1200500质子交换膜市场空间预测(亿元）0.4024002902662502302000200400600800100012001400202020252030203520402045205025中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度书》预测，电解氢比例将在2025年达到3%,其中PEM电解制氢比例为5%,假设平均电耗为53kWh/kg,假设质子交换膜的寿命为6,000小时，那么年PEM电解制氢中的关键材料——质子交换膜到2025年的总需求将达到37万平米。此外根据工信部下发的新型储能电池目标指引，全钒液流电池装机量将在2025年达到1GWh，按照平均功率5kW/平米计算，所需的液流电池用质子交换膜面积在33万平米左右。根据目前东岳未来、科润新材等国内头部质子交换膜生产商的产能扩张进度，其中东岳未来的市场份额最高，我国质子交换膜进口依赖度将进一步下降。到2025年，我国的质子交换膜总需求将达到250万平米，CAGR为63.5%，按照IEA预测，2025年质子交换膜价格下降至500元/平，潜在总市场空间13亿元，未来发展前景广阔。图表38：质子交换膜需求预测来源：中国化工学会，高工氢电，宁波材料所，中国氢能发展报告，IEA全球氢能评论，丰田研究报告，中航证券研究所注：由于政策存在较大不确定性，因此此处未预测2030、2035、2050年全钒液流电池需求三、储氢需求助推碳纤维产业发展随着氢气需求的不断提高，氢气的储存成为了很大的问题，而氢气储运面临的难题是氢气自身的特点导致的，氢气易燃易爆炸，在空气中的体积浓度一旦介于4.0%到75.6%之间，20202025E2030E2050E（一）燃料电池质子交换膜总需求面积（万平米）16180240096000中国燃料电池汽车保有量（万辆）1101003000单电堆使用的质子交换膜面积（平米）16182432（二）PEM制氢质子交换膜总需求面积（万平米）23727612208氢能总需求(万吨)2300288035006000电解水制氢比例1%3%10%70%PEM制氢比例1%5%10%40%PEM制氢需求(GWh)122222016555732480质子膜寿命（h）6000600060006000（三）液流电池质子交换膜总需求面积（万平米）333液流电池总装机量（MWh）1001000————液流电池单位功率（kW/平米)55————质子膜寿命（h）60006000————（四）质子交换膜总需求（万平米）212502676108208质子交换膜成本（元/平米）1200500300250（五）总市场空间(亿元）2.61380270526中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度遇火就会发生爆炸，因此目前氢气在中国属于受管制的危化品。而要保障氢气在储藏和运输之间的安全性，工程师给出了三个解决方案：即液态储氢、气态储氢以及固体氧化物储氢。目前液态储氢和固态储氢存在成本较高，且尚未形成产业化的问题，因此本文重点考虑气态储氢的情形；图表39：各储氢方式特点来源：氢气储运技术发展综述，中航证券研究所高压氢气瓶储氢是目前最主要的气态储氢方式：目前高压气态储氢瓶有四种类型，Ⅰ型是传统的纯钢制金属瓶，Ⅱ型是钢制内胆碳纤维缠绕瓶，Ⅲ型是铝内胆碳纤维缠绕瓶，Ⅳ型是塑料内胆碳纤维缠绕瓶。其中Ⅰ型、Ⅱ型价格相对便宜，但储氢密度低，重量重且容易发生氢脆问题，目前20MPa的Ⅰ型瓶在国内得到广泛的工业应用，并与45MPa钢制氢瓶、98MPa钢带缠绕式压力容器组合应用于加氢站中。而Ⅲ型、Ⅳ型车载应用已经非常广泛，国外多是70MPa的碳纤维缠绕Ⅳ型瓶，而国内由于高强度碳纤维工艺尚不成熟，Ⅳ型储氢瓶的大规模商用化尚待时日，目前主要是35MPa碳纤维缠绕Ⅲ瓶；图表40：不同类型高压气态储氢瓶对比来源：《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》，中航证券研究所储氢瓶产业链梳理：近年来，随着储氢瓶需求的不断增长，国内涌现出一批储氢瓶的制造企业。储氢瓶的制备过程为：上游将原材料运输至储氢瓶制造企业，储氢瓶制造企业通过冲压、拉伸、热处理制造内胆原胚，然后使用树脂溶液附着碳纤维缠绕内胆，通过固化、自紧的方式将碳纤维固定在内胆上，最后通过气压、水压测试完成制作；储氢方式成本安全性体积密度主要应用高压气态储氢成本较低高压力下安全性能差体积储氢密度低高压储氢瓶、固定式储氢容器液态储氢成本一般安全性能好体积密度较高航空航天领域固体材料储氢成本较高安全性能好体积密度高技术攻关阶段Ⅰ型瓶Ⅱ型瓶Ⅲ型瓶Ⅳ型瓶材料纯钢金属钢制内胆，纤维环向缠绕铝内胆，纤维全缠绕塑料内胆，纤维全缠绕工作压力17.5-2026.3-3030-70>70产品容量比0.9-1.30.6-0.950.35-10.308使用寿命（年）151515-2015-20储氢密度14.28-17.2314.28-17.2340.448.8成本低中等高高发展情况国外技术成熟，国内较为成熟国外技术成熟，国内尚处于研制阶段国内外技术成熟27中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表41：储氢瓶产业链来源：京城股份定增说明书，中航证券研究所根据碳谱科技拆解分析，以35Mpa储氢系统为例，年产量在50万套的情况下，碳纤维的成本占储氢系统总成本的比例达到了62%。由于储氢瓶用碳纤维的价格显著影响到储氢瓶的制作成本，而储氢瓶用碳纤维的供求关系将决定未来几年储氢瓶用碳纤维的价格，因此有必要对其进行分析。坯料检测、下料树脂溶液冲压、拉伸缠绕成型旋压收口热处理超声探伤固化自紧常温压力循环水压测试门阀装配气密试验原材料供应储氢瓶制作储氢瓶检测28中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表42：储氢系统成本结构（35Mpa储氢瓶，50万套/年）来源：碳谱科技，中航证券研究所3.1储氢用压力容器碳纤维门槛高，供给有限储氢用碳纤维壁垒高。由于高压氢气具有较大的危险性，在浓度较高的情况下容易引起爆炸，属于特种装备，因此国家对储氢瓶用碳纤维的质量要求较高，大部分储氢瓶使用的碳纤维复合材料原材料为T700及以上的碳纤维原丝，属于高性能碳纤维，具有较高的行业壁垒：图表43：各上市公司碳纤维牌号对应东丽牌号情况图表44：不同牌号拉伸强度和拉伸模量对比来源：中复神鹰招股书，中航证券研究所来源：碳纤维国产化现状与技术发展前景分析，中航证券研究所技术壁垒高、护城河深。根据光威复材《大丝束碳纤维产业化项目可行性研究报告》，碳纤维原丝以及复合材料的生产企业技术壁垒高、护城河深，主要体现在三个方面：配方壁垒、工艺壁垒和工程壁垒。尽管可以通过直接购买和挖角技术人员等方式获取配方，配方调和仍需要反复的校对调试和大量的经验积累，通常配方壁垒的突破时间需1-2年；若想突破工艺壁垒，企业还要在拥有配方的技术上调试磨合，通常需要3-5年时间；最后，企业需要投入大量资本设计改造、调整装备和训练人员，以达到各生产工艺之间的协调配合，通常这个环碳纤维62%BOP25%内胆1%其他2%湿法缠绕加工6%聚酯树脂4%日本东丽中简科技光威复材中复神鹰恒神股份T300-TZ300SYT45HF10TZ700SSYT45SHF20SYT49SYT49STZ800SSYT55SHF40TZ800HSYT65HF40TT1000TZ100GSYM65HF50M35J-SYM35-M40JTZ40JSYM40HM37ZM40JT800TZ700GT700ZT7HF30ZT8、ZT929中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度节需要5年以上。总体来说，高性能碳纤维牌号从研发到正式投产大约需要十年的时间，因此已掌握成熟技术的企业先发优势极大，护城河深厚。就碳纤维制件的研发来说，行业内的相关公司均保持较高的研发投入占比；图表45：各上市公司研发投入情况来源：wind，中航证券研究所特种装备认证，资质壁垒高：国家对压力容器有完善的特种装备认证流程，必须经过中国特种装备检验研究院（CSEI）等官方研究机构认证，并通过客户的资质认证以及多年的实践检验。（例如中复神鹰于2018年完成中材科技CNG气瓶产品型式认证，于2019年完成江苏国富氢能、沈阳斯林达安科等公司的产品型式认证，大大提高了公司在相关公司的产品销售业绩，根据招股书显示，其在压力容器领域的销售收入相比2018年增长150.6%，销量较2018年增加142.8%，销售单价较2018年增加3.23%）；图表46：中复神鹰近年来压力容器领域销售收入、数量及单吨价格高性能碳纤维投产周期较长，资金壁垒较高：恒神股份公告中提到碳纤维行业不同于传统行业，必须建设多条单线千吨级产能生产线和完整生产链，因此建设周期长于传统产业2-3倍，且高性能碳纤维万吨级投资额普遍资金需求20亿元以上，较高的资金壁垒使得大量企业难以进入。在前期核心技术尚未突破时，碳纤维产线投资额高但投资回报率低，同时还面临海外企业低价倾销的压力。以行业龙头中复神鹰为例，2020年碳纤维单吨净利润为2.3万元，投资回报期约10年左右。（2020年中复神鹰产量3,777吨，净利润8,500万）201820192020201820192020光威复材1.941.902.7414.24%13.94%20.11%中简科技0.250.170.3111.61%7.12%7.88%中复神鹰0.120.110.173.74%2.70%3.23%恒神股份0.721.380.9342.83%47.44%17.09%研发投入（亿元）研发投入占应收比例上市公司名称金额变动比例数量变动比例金额变动比例2021H13994.4214.75%263.57-3.91%151.5519.42%20206962.167.66%548.611.54%126.916.03%20196466.71150.63%540.29142.78%119.693.23%20182580.19222.54115.94主营业务收入（万元）年度销售数量（吨）销售单价（元/公斤）30中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表47：扩产项目扩产周期和投资额来源：光威复材、中复神鹰、中简科技公司公告，中航证券研究所高壁垒导致高性能碳纤维产能向头部集中：2021年国内前四大高性能碳纤维生产商共拥有等同东丽T700性能的碳纤维产能20,076吨（考虑国泰大成一期项目3,000吨产能），其中中复神鹰万吨级T700性能碳纤维项目产能于2022年3月达产，达产后T700级碳纤维总产能达到12,500吨/年。2020年国内T700产能为9,076吨，2021年新增产能11,000吨，同比增长121.2%，增速较快。预计2022年国内T700级碳纤维产能增加7,000吨，同比增加34.9%。碳纤维行业集中度较高，其中江苏地区，连云港中复神鹰、常州中简科技、镇江恒神股份三家碳纤维生产商，2020年产能占到全国高端碳纤维产能的90%以上，近年来随着各企业扩产进度的加快，有进一步向头部企业集中的趋势。而地域产能来看，碳纤维产能正在从东部沿海向西部地区转移，例如中复神鹰从2019年启动的两万吨高性能碳纤维项目，选址在西宁地区的可能原因包括当地优惠政策、电力费用以及劳动力成本等综合因素等；图表48：历年来头部碳纤维T700以及T800项目达产年产能情况和未来产能预测（吨）来源：各公司公告，中航证券研究所公司名项目名称扩产周期年产能（吨）投资额（亿元）万吨投资额（亿元）大丝束碳纤维产业化项目24个月1000020.220军民融合高强度碳纤维高效制备技术产业化项目24个月20004.724西宁年产万吨高性能碳纤维及配套原丝项目36个月1000020.621航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目36个月2002.3116中简科技高性能碳纤维及织物产品项目48个月150018.7124光威复材中复神鹰T700和T800产能20112014201620172019202020212022E光威复材105(T800,12K)46(T700,12K)230(T700,12K)2000（T700S，T800S,12K)中复神鹰500（T700，3K/12K/24K）1000（T700，12K）500（T800，12K）500（T700，3K/12K/24K）500(T700,3K,12K,24K)6000(T700,12K/24K,T800,12K)4000(T700,12K/24K,T800,12K)中简科技300（T700，12K）1000（T700，12K）恒神股份5000（T700，T800，12K）国泰大成3000（T700，T800，12K）3000（T700，T800，13K）201231中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表49：国内T700级碳纤维产能情况及预测（吨）图表50：高性能碳纤维企业地域分布情况来源：各公司公告，中航证券研究所注：此处仅列举光威复材、中复神鹰、中简科技、恒神股份、国泰大成产能情况来源：钉图，中航证券研究所头部企业财务数据持续改善：目前从事高性能碳纤维业务的上市公司主要包括光威复材（300699.SZ）、中简科技（300777.SZ）、中复神鹰（已过会）、恒神股份（832397.NQ）。通过比较上述几家公司的经营指标，不难看出，光威复材的产品单吨价格远高于其他三家，原因是其主要产品为高端航空航天件；恒神股份产品价格落后于同行，仅为中复神鹰和中简科技的一半，主要原因是其大部分业务为风电碳纤维，单吨价格较低。产品盈利性方面，中简科技毛利率领先对手，达到80%以上，近几年保持稳定，主要原因是中简科技产品基本为军用，相对于民品毛利率较高。此外，中复神鹰的毛利率近几年快速提升，主要原因包括：前期市场开拓阶段主动压低价格、因供不应求带来的碳纤维市场价格提升、2018~2021年原油价格下跌和下游晴纶需求萎靡等因素影响，原材料丙烯晴价格下降、规模效应带来综合成本下降、西宁生产基地水电费较低、产品结构改善等。恒神股份在2021年上半年实现了业绩扭亏为盈且毛利率有所提升，主要受益于产品结构改善（公司升级产线，T300系列产品比例降低，T700，T800占比提升）、产能利用率提升带来的规模化效应等因素；图表51：各企业2020年单吨售价和单吨净利情况来源：光威复材、中复神鹰、中简科技公司公告，中航证券研究所90762007627076050001000015000200002500030000公司名产能(吨）营业收入(亿元)单吨售价（元/吨）单吨净利（元/吨）净利润（万元）光威复材2000201003060170中复神鹰377751428523中简科技14003241419377恒神股份500036-3-1697232中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表52：2018-2021H1各公司销售毛利率（%）图表53：2018-2021H1各公司销售净利率（%）来源：Wind，中航证券研究所来源：Wind，中航证券研究所小结：技术研发、资质认证和资金投入三大因素构筑的综合性壁垒将有效维系行业整体竞争格局。近年来，虽然有化工行业的公司切入碳纤维产业链，但几乎都聚焦于普通碳纤维；而目前国内生产T700及以上级别碳纤维的企业较少，相关上市公司往往会通过上市平台募集资金来进行产能扩张，以加深其在行业内的竞争优势。由于我国高性能碳纤维市场中原有玩家因规模化效应，在单位成本方面较新入场玩家具有优势;同时碳纤维生产线的建设周期较长、难度较高，因此该行业将在中长期维持相对稳定的竞争格局。在近年来我国先进材料强调国产化替代的大背景下，相关上市公司多为竞合关系，相互合作共同提升碳纤维的国产化替代水平。由此可见，行业竞争格局在未来的2-3年内会继续向头部集中，而光威复材、中复神鹰和中简科技等龙头企业通过产能扩张，将进一步保持并突出自身的竞争优势。3.2储氢用碳纤维需求井喷，有望开启碳纤维应用新的增长点压力容器是现代工业中不可缺少的重要设备，传统的压力容器多是以金属或合金为容器壁制造，成本和质量较低，结构简单，但存在应力分布不集中、高温高压耐受性差、耐腐蚀性差等缺陷，难以满足特种装备的需求；而以碳纤维复合材料压力容器为代表的新型复合材料以其高安全可靠性、长使用寿命以及较大的承压能力获得了人们的关注。近年来，碳纤维在压力容器中的应用不断增长，尤其是以航空航天、医疗、燃料电池汽车等领域增长迅速，包括：座椅弹射器、医疗呼吸器以及储氢瓶。而储氢瓶作为氢能产业链的重要组成部分，随着2021年下半年各省市开始陆续落地氢能示范应用，储氢瓶用碳纤维的需求迅速提高；-20%0%20%40%60%80%100%2018201920202021H1光威复材中复神鹰中简科技恒神股份-150%-100%-50%0%50%100%2018201920202021H1光威复材中复神鹰中简科技恒神股份33中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表54：2018-2020年压力容器用碳纤维产量和其占总产量比例来源：《全球碳纤维复合材料市场报告》系列，中航证券研究所储氢瓶用碳纤维主要应用领域包括燃料电池汽车车载储氢瓶、可再生能源制氢用储氢瓶以及加氢站用储氢瓶等：燃料电池汽车快速增长，带动车用储氢瓶市场扩大：2019年清洁能源部长级会议中提出了在2020年到2030年这十年间全球生产1,000万辆燃料电池汽车的目标；2030年全球销售的汽车中，氢燃料电池汽车的渗透率需达3%；到2050年这一数字需达到36%。根据中国氢能发展报告路线图估计，未来我国氢燃料电池汽车2025年保有量10万辆，2030年保有量100万辆，2050年保有量3000万辆，按照其中90%为四瓶商用车，10%为两瓶乘用车来估算，2025年车用储氢瓶总需求将达到38万只，2030年总需求将达到380万只；可再生能源催生储能需求，氢储能成为最后一块拼图：随着风能、太阳能装机规模的上升，传统电力系统调峰调频能力已无法满足可再生能源发电波动性储能需求。据中国氢能产业发展报告估计，当全国非抽水可再生能源装机规模达到1,500GW到2,000GW以上时，传统的电力系统调节和优化手段将遇到天花板，在极端情况下，即使全国煤电机组全部用于为可再生能源发电调峰，也难以满足电力系统安全可靠运行的要求，即意味着传统调峰方式失效。随着可再生能源发电规模的扩大，为平滑波动性产生的二次调峰储能需求也将提高，到2030年可再生能源功率缺口将达到1,200GW，到2050年缺口将扩大至2,600GW。在此情形下，可再生能源必须寻求新的储能方式，而氢能兼具清洁二次能源和高效储能载体的角色，可以实现大规模跨季节存储，逐渐被人们关注。我国对可再生能源储能的需要，将有效带动储氢瓶在氢气储存层面的需求；6.93%7.14%8.24%6%7%7%8%8%9%010002000300040005000600070008000900010000201820192020压力容器用碳纤维产量（吨）全球压力容器用碳纤维产量占比（右轴）34中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表55：传统调峰调频情况下未来可再生能源功率调节缺口来源：中国氢能产业发展报告，中航证券研究所图表56：季节性储能和短期储能不同方式能典型参数对比来源：中国氢能产业发展报告，中航证券研究所加氢站加速布局或将掀起储氢瓶部署热潮：到2020年年底，我国国内累计建成加氢站118座，建成并运营加氢站101座，代运营17座，建设中和规划建设的加氢站170座。根据中国氢能产业发展报告估计，我国的加氢站将于2050年达到1.2万座，单座加氢站成本为800万元。虽然目前大部分加氢站使用的储氢瓶为较为便宜的钢制储氢瓶，但相信随着碳纤维的成本降低和大规模运用，碳纤维储氢瓶的梯次利用也会成为可能；封锁加速国产化替代节奏：2021年以来，受到新冠疫情封锁以及日本东丽对中国高端碳纤维市场供应限制的影响，我国压力容器用碳纤维进口供应比例下降。目前我国储氢瓶使用的碳纤维一般是由国外厂商供应，日本东丽、日本东邦、韩国SK等是我国高端碳纤维主要供应商，日韩企业占据我国进口储氢瓶用碳纤维70%以上的市场份额。由于海外供应量下降，下游氢气瓶制造商纷纷选择国产碳纤维。目前储氢瓶制造商主要有京城股份、中材科技、国富氢能、科泰克、斯林达以及中集安瑞科等，储氢瓶的平均扩产周期大约在12个月左右，相较于碳纤维厂商24~48个月的扩产周期要短；20202025E2030E2050E波动性可再生能源发电规模（GW）500100020004000灵活煤电机组（GW）100200300400天然气发电机组（GW）100150180230抽水蓄能（GW）3268120170电化学储能（GW）320200610可再生能源功率调节缺口（GW）26556212002590储气储热、储冷储水合适的储能期限小时级到月级小时级到月级小时级到月级秒级到小时级寿命5~25年5~15年20~60年5~25年，1000~10000次循环储氢50元/kWh（季节储能投资成本）电化学（锂电池）1500元/kWh(日调节投资成本）1.8~6元/kWh(季节储能度电成本）0.5元/kWh(日调节度电成本）季节性储能短期储能属性与性能成本储热（相变）350~400元/kWh（投资成本）抽蓄：600元/kWh(日调节投资成本）0.1元/kWh(日调节度电成本）35中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表57：储氢瓶制造商扩产节奏来源：各公司公告，高工氢能，中航证券研究所在大规模推广储氢瓶的过程中，产品价格成为制约需求的关键因素。目前有三大因素促使储氢瓶的生产成本下降：1）国产化替代节奏。根据高工氢电的调研，目前国产储氢用碳纤维价格比国外便宜30%。2）大规模产能扩张促进了储氢瓶生产成本的降低。根据美国国家橡树实验室的分析，在大规模（万吨级）生产条件下，储氢用碳纤维生产成本从原先的9.88美元/公斤下降至7.86美元/公斤，下降幅度约20%。而储氢瓶生产成本在大规模生产条件下会下降的更快——在1万套储氢系统的情况下，单位成本为4,289元/套，而到储氢瓶系统数量达到50万套以后，单位成本为2,630元/套，下降约38.7%。碳谱科技则指出，在储氢瓶系统中，62%的成本为碳纤维，因此在大规模生产中降低碳纤维的成本是产业界最关心的话题。因此，3）通过优化碳纤维生产工艺，同样有助于碳纤维生产成本的下降。此前的碳纤维生产多使用湿喷湿纺的工艺，根据中复神鹰招股书说明，传统工艺纺速约80米/分钟，使用改进后的干喷湿纺工艺，纺速可提高4倍，达到300米/分钟，未来2到3年内，纺速可达到400~500米/分钟。此外，原丝聚合（一步法、二步法）等工艺的改善也是有效降低成本的重要方式。企业类型产能规划产能投产计划中材科技Ⅲ型瓶35Mpa3万只--中集安瑞科Ⅲ型和Ⅳ型35Mpa-10万只Ⅲ型瓶2021年产生贡献，Ⅳ型瓶生产设施2021年年中建设，年末开始测试京城股份Ⅳ型瓶35Mpa1万只--国富氢能Ⅳ型瓶35Mpa1.8万只5万只Ⅳ型瓶，一期于2020年9月竣工并投产，二期于2021年3月开工建设科泰克Ⅲ型瓶35Mpa4万只大容量2.5万只小容量--斯林达Ⅳ型瓶70Mpa70万只--36中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表58：万吨规模碳纤维成本（美元/公斤）来源：国家橡树实验室，中航证券研究所图表59：不同生产规模下储氢瓶成本（元）图表60：不同生产规模下储氢瓶成本结构（元）来源：USCAR，中航证券研究所来源：USCAR，中航证券研究所3.3总结储氢瓶用碳纤维需求维持高增：由于目前加氢站在建设过程中更重视成本，主要使用钢瓶储氢，碳纤维的使用量较少，因此对于近五年储氢瓶碳纤维的市场预测，暂不考虑加氢站应用的影响。根据上述分析，碳纤维储氢瓶未来市场主要分为两个方面：（1）车用储氢瓶方面，根据中国氢能发展报告预测，2020年汽车销量1,177辆，2025年中国氢能源汽车保有量10万辆。按照商用车销量占比最终90%，乘用车销量占比10%计算。根据宁波材料所数据，其中商用车单车4个储氢瓶，单储氢瓶80kg碳纤维，乘用车单车2个储氢瓶，单储氢瓶碳纤维重量37.5kg，到2025年燃料电池电车的累计储氢瓶用碳纤维需求约为30,050吨。（2）可再生能源制氢方面，根据中国氢能产业报告预测，假设2025年氢气调峰调频渗透率最终达到50%，总调峰需求氢气926吨，假设其中Ⅱ型瓶渗透率15%,Ⅲ型瓶渗透率5%,根据《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》标准，计算可得Ⅱ型瓶碳纤维总用量为4,633吨，Ⅲ型瓶碳纤维总用量为24吨，因此到2025年可再生能源制氢累计需要的储氢瓶用碳纤维需求量约为4,657吨。此外，燃料电池的核心材料之一是碳纸为基础的气态扩散层GDL，碳纸碳纤维含量原丝预氧化高温碳化表面处理绕线＆包装一般情景成本5.041.542.320.370.61总计万吨规模生产成本4.640.991.480.330.42总计9.887.864289358931372979263005001000150020002500300035004000450050001万套3万套8万套10万套50万套1,9301,80286214172861,631658265315810505001000150020002500碳纤维辅助系统内胆其他湿法缠绕加工聚酯树脂一万套单位成本五十万套单位成本37中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度在10%~50%不等，每辆汽车大约使用碳纸用碳纤维5kg，如果按照2025年的10万台燃料电池汽车来估算，大约总共需要500吨碳纸用碳纤维，数量不如氢气瓶庞大，但技术密集度高，价值斐然，亦属于燃料电池汽车的核心技术之一，也值得关注。到2025年，国内储氢瓶碳纤维总累计需求量达到34，707吨，市场空间达到48.6亿元，CAGR为60.3%。下游储氢用碳纤维需求将随着氢能产业的快速发展而快速释放；储氢瓶用碳纤维供给依然有限：储氢瓶供给国内供给端来看，除中复神鹰以外，其余有能力生产T700及以上碳纤维原丝的企业此前鲜有涉足压力容器用碳纤维领域，光威复材、恒神股份在2021年才宣布进军储氢用碳纤维行业；而海外供应端，2020年以前，海外供应了国内超过70%的储氢用碳纤维，2020年9月后，受到日本政府端压力，东丽东邦等公司对中国碳纤维进口减少。我们预测随着中日关系改善以及东丽等公司库存压力加大等因素，日本东丽通过子公司向中国出口T700及以上碳纤维量可能性提高，进口依赖度或出现小幅反弹。随后随着国内碳纤维生产企业竞争力提高，进口依赖度进一步下降；结论：大规模高端碳纤维制造能力弥足珍贵，整体来看未来几年储氢用碳纤维的紧缺情况将继续维持。目前，很多氢气瓶企业对碳纤维的战略意义认识不足，各储氢瓶制造商对碳纤维需求量小，仅数百吨，通过市场采购而无需签订协议便可满足当前的生产需求；但当碳纤维需求达到万吨级别时，上游碳纤维生产商保障大规模交付的能力，将在下游储氢瓶企业的扩产中起到重要作用。同时，我们认为，随着氢能产业的景气度不断抬升，对于储氢瓶扩产项目的投资热情日益高涨，对储氢瓶用碳纤维的需求将继续提升；然而储氢用碳纤维的供给能力在国内和海外两端增长有限；因此，整体来看储氢用碳纤维的紧缺情况将继续维持。38中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表61：储氢用碳纤维需求分析来源：宁波材料所，CBEA，中国氢能产业联盟，橡树国家实验室，中航证券研究所四、相关上市标的在碳中和的背景下，氢能示范应用将加速落地；同时强调自主可控的基础上，进口依赖强度较高的相关氢能源新材料国产化替代进程加速，氢能产业链相关的新材料将迎来景气度的抬升。尽管同类产品相较于日本、欧美等国在材料的经济性、稳定性以及成材率方面仍有一定的差距。但是在政策倾斜、国外封锁以及大规模的建设带来的成本下降等带来的供给缺20202021E2022E2023E2024E2025E（一）总车用碳纤维需求（吨）325051518041125481942430050中国燃料电池汽车保有量(辆）10000158492511939811630961000001.1商用车碳纤维需求量（吨）320050727877122301877728800商用车销量占比（%）100%100%98%96%93%90%商用车销量（辆）100001584924616382185867990000单个商用车使用储氢瓶数量（个）444444单个商用车储氢瓶碳纤维用量（kg）808080808080乘用车销量占比（%）0%0%2%4%7%10%乘用车销量（辆）005021592441710000单个乘用车使用的储氢瓶数量（个）222222单个乘用车储氢瓶碳纤维用量（kg）37.537.537.537.537.537.51.3燃料电池碳纸用碳纤维需求（吨）50.079.2125.6199.1315.5500单车碳纸需求（kg/辆）555555（二）总可再生能源储氢罐碳纤维用量(吨)292016032071381646572.1Ⅱ型瓶碳纤维用量29.1200.1602206738044633波动性可再生能源发电规模（GW）5005746607588711000可再生能源功率调节缺口（GW）265304350402461562氢气调节渗透率10%15%22%33%50%50%氢气调峰需求(GW)274678134231281氢气储运需求量(t)87.4150.1257.8443761927Ⅱ型瓶渗透率1%4%7%14%15%15%Ⅱ型瓶用量（吨）58.340012034134760892672.2Ⅲ型瓶碳纤维用量00.81.34.611.924.1Ⅲ型瓶渗透率0%1%1%2%3%5%Ⅲ型瓶用量(吨）01.52.68.922.846.3（三）总储氢罐碳纤维需求量（吨）327953528644146202324034707（四）总市场空间（亿元）4.67.512.120.532.548.639中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度口刺激下，将有一批企业涌现，国内相关企业将迎来技术发展和业务拓展，正向循环有望开启；质子交换膜：2021年随着各国做出近零排放的承诺，相关领域的需求出现了爆发式的增长，尤其是氢能源领域，尽管有疫情影响，相较于2019年全球氢能相关项目数仍增加了一倍，下游燃料电池汽车的增长有效拉动了质子交换膜的需求，同时全球在建和计划的PEM水电解项目也在不断增长。氢能源以外的储能领域，质子交换膜也有新的进展，随着国家对新型储能电池的支持不断升级，全钒液流电池装机量也在提升，液流电池用质子交换膜的用量相较于2020年也有较大增长。与此同时，国内质子交换膜严重依赖进口的情况得到一定程度的改善，相关上市公司大力扩展产能，但日益增长的市场需求仍未能得到满足，行业竞争环境较为健康，供求缺口的扩大对现有玩家更为有利。相关受益上市公司包括质子交换膜生产商：东岳集团（直接或间接持有东岳未来34.2%的股权）、东材科技等；全氟磺酸树脂生产商：三爱富、巨化股份等；碳纤维：随着2021年氢能示范应用城市的落地，储氢瓶的需求也随着快速增长。目前储氢瓶主要用于燃料电池汽车以及可再生能源制氢领域。同时由于高性能碳纤维参与难度大，竞争壁垒高，扩产周期长，因此T700级别的储氢用碳纤维产能供给有限。目前在日本东丽对国内高端碳纤维出口限制尚未解除的情况下，下游扩产快，上游扩产慢，供给缺口将持续存在，行业景气度持续向好，有能力提供大规模高性能碳纤维的厂商将获得更多的议价能力。相关受益上市公司包括碳纤维生产商：光威复材、中复神鹰、恒神股份；储氢瓶制造商：中材科技、中集安瑞科、京城股份。4.1东岳集团（东岳未来）东岳集团是国内领先的氟硅材料老牌龙头化工企业，公司多项产品在行业内处于领先地位，包括含氟高分子材料、氯碱离子膜、有机硅以及质子交换膜等。公司产品在全球竞争力强，应用行业广泛，受到下游供应商的认可；40中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表62：东岳集团业务结构来源：wind，中航证券研究所产能扩张，龙头地位进一步凸显。东岳集团是亚洲产能最大的氟硅生产商，氟树脂积极投入研发，目前公司市占率达到40%，随着新产能投放，公司继续领跑行业。子公司东岳硅材募投项目建成后，公司产能将翻倍，有助于进一步加深产品竞争护城河，获取良好的利润回报；图表63：公司主要产品产能情况图表64：毛利率和净利率来源：公司公告，中航证券研究所来源：Wind，中航证券研究所东岳未来分拆上市，现已进入上市辅导期。集团多年前布局氢能源领域，子公司未来氢能在氢能燃料电池核心技术——质子交换膜上取得突破，大规模生产质子交换膜能力领先行业，随着下游氢能的不断拓展，子公司将发力中国最大的氢能质子交换膜制造商。公司2020东岳集团含氟高分子材料氟树脂氢燃料电池膜氯碱用的离子膜有机硅有机硅单体有机硅深加工产品制冷剂甲烷氯化物环保制冷剂氯碱化工PVC、烧碱物业开发项目种类产能/万吨聚四氟乙烯（PTFE）4.5，在建2万吨六氟丙烯（HFP）1四氟乙烯/六氟丙烯共聚物（FEP）0.5，在建0.5万吨聚偏氟乙烯（PVDF）1氟橡胶（FKM）0.25全氟烷氧基树脂（PFA）在建产能0.2万吨R2222R1341.5R326R1256R142b3R152a3含氟高分子材料制冷剂0%5%10%15%20%25%30%35%201620172018201920202021H1毛利率净利率41中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度年4月发布公告宣布子公司已进入上市辅导期，若能上市拓宽融资渠道，将进一步巩固其在行业中的领导者地位。图表65：东岳集团股权结构来源：wind，中航证券研究所4.2东材科技新材料巨头，重点布局光学膜、电子树脂业务。公司是平台型功能膜企业，业务包括新型绝缘材料、光学膜、电子材料和环保阻燃材料等，其中公司重点发力光学材料和电子材料领域，公司光学基膜主要应用与智能手机、高端MLCC制程配套等领域。公司近几年对外扩张步伐稳健，于2015年收购太湖金张、2018年投资建设2万吨OLLED光学基膜项目和1.5万吨特种聚酯薄膜项目。2020年公司收购胜通光科，整合产业资源，建立起从光学聚酯切片、光学级聚酯基膜到光学膜的完整产业链。同时公司也着力电子材料业务的发展，公司重点聚焦PCB板的高性能覆铜板方向，先后入股埃蒙特，投资建设特种树脂产业化项目，手握多项专利和在建产能，公司将享受PCB板需求快速增长的市场红利；东岳集团东岳氟硅科技集团有限公司东岳硅材东岳未来100%57.75%31.21%5.47%42中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表66：东材科技产品结构来源：东材科技招股说明书，中航证券研究所绝缘材料、环保阻燃业务保持稳定。公司主要的绝缘材料产品下游客户为光伏及特高压行业，光伏和特高压领域景气度持续向好，公司将受益于整体行业的景气度抬升。同时，公司生产的阻燃材料为环保材阻燃聚酯纤维的原材料，随着环保阻燃产品的增长，公司的环保业务也将保持稳健增长；业务产品下游应用新型绝缘材料光学膜材料环保阻燃材料先进电子材料太阳能背板薄膜、功能聚丙烯薄膜、大尺寸绝缘结构件及制品OCA离型基膜、ITO高温保护基膜、MLCC离型基膜、偏光片离型保护基膜环保阻燃共聚型聚酯树脂电子级树脂材料光伏行业、特高压行业智能手机玻璃防护、偏光片及触控板模组配套、高端MLCC制程配套等地毯窗帘、汽车及轨道交通内装饰、消防军备、安全防护等功能性纺织领域5G通讯、消费电子、车载电子43中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表67：公司主营业务收入变化（亿元）图表68：公司主营业务收入结构变化来源：Wind，中航证券研究所来源：Wind，中航证券研究所发挥优势建设质子交换膜项目和高性能树脂项目。公司2021年9月发布公告，布局质子交换膜与树脂项目，进一步完善产品结构，公司拟投资5,320万元建设年产50万平米的质子交换膜生产线，项目建成后将形成一条质子交换膜生产线、一条交换膜试验线及配套工艺。此外公司拟投资4.8亿元建设年产16万吨高性能树脂及甲醛项目。项目建成后将形成14套树脂合成生产装置、1套配套甲醛生产装置，有助于弥补高性能树脂在国内的供应缺口，完善公司在电子材料领域的布局。图表69：东材科技拟投建产能来源：东材科技公司公告，中航证券研究所0510152025302018201920202021Q3绝缘材料光学膜电子环保阻燃0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%2018201920202021Q3绝缘材料光学膜电子环保阻燃公告时间公告内容投资金额达产产能2020年8月年产1亿平方米功能膜材料产业化项目3亿元一亿平米2021年6月年产20万吨功能膜材料产业化项目18亿元20万吨2021年6月年产2万吨MLCC及PCB用高性能聚酯基膜项目23632万元2万吨2020年8月年产5200吨高频高速印制电路板用特种树脂材料项目20433万元5200吨2020年8月年产6万吨特种环氧树脂及中间体项目42080万元6万吨质子交换膜2021年9月年产50万平方米质子交换膜项目5320万元50万平米高性能树脂及甲醛2021年9月年产16万吨高性能树脂及甲醛项目48137万元16万吨从工程设计到工程建成正式投产预计为12个月，自公司第五届董事会第十八次会议审议通过之日起启动。从工程设计到工程建成正式投产预计为18个月，自公司2021年第二次临时股东大会审议通过之日起启动。光学膜高端电子树脂备注项目建设期为3年，项目生产规模确定为年产功能膜材料1亿平方米，主要产品为减粘膜、OLED制程保护膜和柔性面板功能胶带。项目建设分为三期，项目一期为四川膜材拟投资建设的“年产2万吨新型显示技术用光学级聚酯基膜项目”（项目总投资25,341万元）和“年产2万吨特种功能聚酯薄膜2号线”（项目总投资20,243万元）；项目二期为功能膜材料产业化项目建设，具体项目暂未确定从工程设计到工程建成正式投产预计为15个月项目建设期为2年，项目主要产品为电子级结晶型双马来酰亚胺树脂、电子级非结晶型双马来酰亚胺树脂、低介电活性酯固化剂树脂和低介电热固性聚苯醚树脂。项目建设期为18个月，项目产品为双酚A环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双环戊二烯环氧树脂等特种环氧树脂及树脂中间体。预计项目财务内部收益率（税后）为35.95%，投资回收期（税后）为4.31年。44中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度4.3光威复材军民两用碳纤维龙头，协同发力打开增长空间。公司是军工航空航天领头羊，前身是威海碳素鱼竿厂，目前主要从事原丝、碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸料等碳纤维相关行业，也是目前国内碳纤维生产批中品种最齐全、生产技术最先进、产业链最完备的龙头企业图表70：2021H1公司各业务收入占比图表71：2021H1公司各业务毛利占比来源：Wind，中航证券研究所来源：Wind，中航证券研究所深度绑定优质客户，产业链协同促使民品业务延续高增。公司与下游航空航天业务客户深度绑定，航空用碳纤维的验证采用累进式积木验证法，想要成为合格供应商至少需要十年时间，因此具有认证资格的企业拥有较高的资质壁垒。公司凭借在T300及T800级产品上的布局，取得了大量优质的订单，毛利率较高。同时公司在风电业务上深度绑定欧洲核心客户Vestas，帮助其开拓国内市场，同时在民用航空上，公司已经通过商飞适航认证。碳纤维及织物57%碳梁24%预浸料16%制品及其他3%碳纤维及织物86%碳梁5%预浸料9%制品及其他0%45中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度图表72：复合材料零件“积木式”试验框架来源：《民用飞机复合材料结构"积木式"验证试验规划探讨》，中航证券研究所布局氢能储氢瓶业务，高性能碳纤维产能即将爆发。公司积极参与下游储氢瓶厂家的试制，并通过了多家客户的认证，通过布局2,000t高性能压力容器用碳纤维，公司预计在两年内将现有T700产能扩大几倍，从而形成规模化效应，将本增效的同时刺激压力容器用碳纤维的平价时代到来。图表73：光威复材募投项目产能情况来源：光威复材招股书，中航证券研究所4.4中复神鹰中建旗下碳纤维龙头企业，打破垄断。中复神鹰是由中国建材集团控股的，集原丝、碳丝及复合材料研发生产销售为一体的高新技术企业。中复神鹰同时掌握湿法纺丝、干喷湿纺的核心工艺，实现了国产T700、T800、M30碳纤维批量供应。在日本东丽禁止对中国出口高性能碳纤维的情况，中复神鹰承担了国产化替代的领军者的职责，带领国内企业不断优化工项目名称产品产能应用领域军民融合高强度碳纤维高效制备技术产业化项目T700S、T800S干喷湿纺碳纤维2000吨储氢瓶、建筑补强、热场“高强高模型碳纤维产业化项目M40J、M55J高强高模碳纤维20吨航天领域，卫星主机厂46中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度艺、降低成本，最终成功突破了T700及以上干湿透纺的技术工艺。图表74：中复神鹰研发历程来源：中复神鹰官网，中航证券研究所干法湿纺工艺提升效率，西宁项目如期落地。2009年到2012年，公司专心研发T700以上高性能碳纤维的干喷湿纺的工艺，干喷湿纺的技术不仅可以提高碳纤维的强度，自身的编织速度也比传统湿喷湿纺工艺快2-6倍。2019年公司在西宁启动2万吨高性能碳纤维项目的建设，目前一期项目已经基本建成，预计于2022年3月完成项目的满产运营。同时，由于国内需求尚未释放，目前二期项目暂缓实行。图表75：湿法纺丝与干喷湿纺的区别来源：中复神鹰招股书，中航证券研究所压力容器业务协同效应初现，进军高性能碳纤维领导者。中国建材集团下属企业相互之间协同效应明显，公司下游主要客户是兄弟单位中材科技。中材科技是中复神鹰实控人中国建材集团控制的上市公司平台中材科技的全资子公司，因此中复神鹰财报中有较多的关联客20052007200820092012201520172019启动九二九工程，组建技术团队，开始碳纤维技术攻关中国建材集团注资，启动万吨级碳纤维生产基地建设启动国际先进的干喷湿纺碳纤维技术攻关突破百吨级SYT55（T800）碳纤维技术并稳定生产中复神鹰年产2万吨高性能碳纤维及配套原丝项目落地西宁建成千吨级SYT35（T300）碳纤维生产线并连续生产自主突破干喷湿纺千吨级SYT49（T700）碳纤维产业化技术实现千吨级SYT55（T800）碳纤维的规模化生产和稳定供应项目湿法纺丝干喷法纺丝喷丝孔直径小，0.05-0.075mm大，0.10-0.30mm纺丝液中、低分子量和固含量高分子量，高固含量，高粘度牵伸率喷丝后为负牵伸，一般负率为20%-50%喷丝后为正牵伸，一般正率在100%-400%纺速纺丝纺速慢，一般80m/min左右纺丝纺速速度快，可在300m/min左右纤维纤维表面有沟槽，体密度一般纤维表面光亮平滑，纤维致密，密度较高纺丝温度纺丝温度较高，一般为50-70度纺丝温度较低，一般为40-50度47中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度户交易。通过产业链协同，公司可以更加专注于产能扩张和新市场拓展，从而加强高性能碳纤维行业领军者的身份。图表76：中建材控制企业与中复神鹰的关联交易来源：中复神鹰招股书，中航证券研究所五、风险提示原材料价格抬升风险：随着宏观经济复苏和国际形势变化，原油价格波动带动全氟磺酸树脂、丙烯腈等相关原材料价格上涨，如果相关中游企业无法将价格顺利传导，将对企业利润造成一定压力。募投项目不及预期风险：目前产业链相关企业都在积极布局投资项目，需留意项目推进不及预期风险。下游需求增长与国产化替代进程不及预期风险：国内氢能产业链尚在起步阶段，需求面临不稳定等问题，需要注意需求不及预期风险；同时国产氢能新材料性能水平和成本等相较于国外尚存差距，由此带来国产化替代进程不及预期的风险。市场风险偏好下行风险：成长性新材料板块估值较高，股价容易受到市场波动影响。序号企业名称1中建材通用技术有限公司2客户C3溧阳中材环保有限公司4中复碳芯电缆科技有限公司5中材科技（成都）有限公司6中建材国际贸易有限公司7客户B8客户A9哈尔滨复合材料设备开发有限公司10中建材凯盛机器人（上海）有限公司11南京国材检测有限公司12赛马物联科技（宁夏）有限公司48中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分氢能新材料行业深度投资评级定义我们设定的上市公司投资评级如下：买入：未来六个月的投资收益相对沪深300指数涨幅10%以上。持有：未来六个月的投资收益相对沪深300指数涨幅-10%~10%之间卖出：未来六个月的投资收益相对沪深300指数跌幅10%以上。我们设定的行业投资评级如下：增持：未来六个月行业增长水平高于同期沪深300指数。中性：未来六个月行业增长水平与同期沪深300指数相若。减持：未来六个月行业增长水平低于同期沪深300指数。分析师简介邓轲，SAC执业证书号：S0640521070001，中航证券研究所新材料首席分析师。分析师承诺负责本研究报告全部或部分内容的每一位证券分析师，在此申明，本报告清晰、准确地反映了分析师本人的研究观点。本人薪酬的任何部分过去不曾与、现在不与，未来也将不会与本报告中的具体推荐或观点直接或间接相关。风险提示：投资者自主作出投资决策并自行承担投资风险，任何形式的分享证券投资收益或者分担证券投资损失的书面或口头承诺均为无效。免责声明：本报告并非针对意图送发或为任何就送发、发布、可得到或使用本报告而使中航证券有限公司及其关联公司违反当地的法律或法规或可致使中航证券受制于法律或法规的任何地区、国家或其它管辖区域的公民或居民。除非另有显示，否则此报告中的材料的版权属于中航证券。未经中航证券事先书面授权，不得更改或以任何方式发送、复印本报告的材料、内容或其复印本给予任何其他人。本报告所载的资料、工具及材料只提供给阁下作参考之用，并非作为或被视为出售或购买或认购证券或其他金融票据的邀请或向他人作出邀请。中航证券未有采取行动以确保于本报告中所指的证券适合个别的投资者。本报告的内容并不构成对任何人的投资建议，而中航证券不会因接受本报告而视他们为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