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2019上半年氣瓶、氫能與燃料電池行業市場規模現狀分析[圖]

2019年08月08日 13:57:27字號:T|T

    一、車載儲氫技術多元化,高壓氣態儲氫是主流路徑

    1.1、車載儲氫技術是燃料電池重點突破環節

    氫能的使用主要包括氫的生産、儲存和運輸、應用等方面,而決定氫能應用關鍵的是安全高效的氫能儲運技術。氫燃料電池車需要滿足高效、安全、低成本等要求。氫氣儲存技術滯後限制了氫能源在各類交通工具上大規模應用,車載儲氫技術的改進是未來氫燃料電池車發展的重點突破環節。

燃料電池車解剖圖

數據來源:公開資料整理

    目前,氫燃料電池車車載儲氫技術主要包括高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、高壓低溫液態儲氫、金屬氫化物儲氫及有機液體儲氫等。35MPa氣態儲氫主要應用于商用車,如城市公交車、物流車、團體班車;70MPa氣態儲氫應用于乘用車;液態儲氫主要應用于軍事領域,民用推廣需要技術突破。

    (1)從技術成熟方面分析,高壓氣態儲氫最成熟、成本最低,是現階段主要應用的儲氫技術,在行駛裏程、行駛速度及加注時間等方面均能與柴汽油車相媲美,但如果對氫燃料電池汽車有更高要求時,該技術不適用;

    (2)從質量儲氫密度分析,液態儲氫、有機液體儲氫的質量儲氫密度最高,能達到DOE的標准,但兩種技術均存在成本高等問題,且操作、安全性等較之氣態儲氫要差;

    (3)從成本方面分析,液態儲氫、金屬氫化物儲氫及有機液體儲氫成本均較高,目前不適合推廣。

不同氫氣儲運技術應用領域

儲氫方式
質量儲氫密度
(wt%)
體積儲氫密度
(g/L)
優點
缺點
應用領域
高壓氣態儲氫
4.0-5.7
39
技術成熟,成本低
質量儲氫密度低
車用、化工、運輸
低溫液態儲氫
>5.7
70
質量儲氫密度高
易揮發,成本高
航天、電子、運輸
金屬氫化物儲氫
2-4.5
50
安全,操作條件易實現
成本高,質量儲氫密度低
軍用(潛艇、船舶)
有機液體儲氫
>5.7
60
質量儲氫密度高
成本高,操作條件苛刻
車用、運輸

數據來源:公開資料整理

    1.2、高壓氣態車載儲氫已達可使用狀態

    (一)高壓氣態儲氫是一種最常見、應用最廣泛的儲氫方式,其利用氣瓶作爲儲存容器,通過高壓壓縮方式儲存氣態氫。其優點是成本低、能耗相對小,可以通過減壓閥調節氫氣釋放速度,充放氣速度快,動態響應好,能在瞬間開關氫氣。

    安全性方面,當溫度傳感器感應到外界溫度遠高于正常溫度時(一般超過100℃時),會自動打開閥門快速釋放瓶內所有氣體。

    根據應用方式的不同,高壓氣態儲氫分爲車用高壓氣態儲氫和固定式高壓氣態儲氫。

    車載氫系統是燃料電池汽車的重要部件,由儲氫瓶及輔助系統(BOP)兩部分組成。隨著生産量的擴大,單位成本將在規模優勢下逐步下降。從表中可以發現:

    1)儲氫瓶成本結構中,濕法纏繞(碳纖維外層覆蓋)占比接近90%;

    2)輔助系統成本結構中,組裝費用占比極低;

    3)如果生産規模由1萬套/年提升至50萬套/年,車載氫系統總成本將下降38%,其中儲氫瓶與輔助系統成本下降幅度分別爲20%/64%;碳纖維成本占比由45%上升至62%,成爲影響最大的成本要素;

車載氫系統成本

項目
生産規模
1萬套
3萬套
8萬套
10萬套
50萬套
吹制加工
51.38
27.6
20.16
19.27
17.84
退火處理
31.4
11.39
5.78
7.74
5.65
濕法纏繞
2192.19
2187.45
2030.42
1934.75
1877.09
B固化
16.59
5.16
4.23
4.79
4.34
瓶肩泡沫
16
12.28
11.12
10.98
10.76
加壓
63.95
12.09
6.94
8.79
7.31
閥座
35.68
28.9
25.91
25.21
24.9
液壓實驗
14.92
8.76
7.99
7.52
7.52
填充壓注測試
52.68
21.17
17.23
14.86
14.86
儲氫瓶成本合計
2474.79
2314.8
2129.78
2033.91
1970.27
輔助系統
1804.23
1264.37
997.47
935.88
650.62
系統組裝
10.47
9.61
9.5
9.44
9.33
輔助系統成本合計
1814.7
1273.98
1006.97
945.32
659.95
車載氫系統總成本
4289.49
3588.78
3136.75
2979.23
2630.22

數據來源:公開資料整理

車載氫系統成本(50萬套/年)

數據來源:公開資料整理

車載氫系統成本(1萬套/年)

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    金屬內膽碳纖維全纏繞氣瓶(III型):以6061鋁合金爲內膽外面全纏繞碳纖維,我國已開發35MPa和70MPa。其中35MPa已被廣泛用于氫燃料電池汽車,70MPa正逐步推廣。沈陽斯林達“70MPa高壓氣態儲氫系統關鍵技術及應用”項目獲得了國家教育部科技進步一等獎。

金屬內膽碳纖維全纏繞氣瓶(III型)常見型號

型號
容積(L)
重量(Kg)
外徑(mm)
長度(mm)
壓力(MPa)
1
28
17
280
720
35
2
74
38
400
890
35
3
128
70
400
1464
35
4
145
77
381
1800
35
5
52
52
394
860
70

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    (2)固定式高壓氣態儲氫
固定式高壓氣態儲氫主要應用在固定場所,如制氫廠、加氫站以及其他需要儲存高壓氫氣的地方。目前主要使用大直徑儲氫長管和鋼帶錯繞式儲氫罐來儲氫。

    大直徑儲氫長管:石家莊安瑞科氣體機械有限公司2002年在國內率先研制成功20/25MPa大容積儲氫長管,並應用于大規模氫氣運輸。長管氣瓶材料爲鉻钼鋼4130X,強度高,具有良好的抗氫脆能力。

    鋼帶錯繞式儲氫罐:鋼帶錯繞式儲氫罐目前有45Mpa和98Mpa兩種型號,如浙大與巨化集團制造生産的兩台國內最高壓力等級98MPa立式高壓儲罐,安裝在江蘇常熟豐田加氫站中。

加氫站固定投資結構

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加氫站的壓縮機、儲氣罐規模經濟性顯著

加氫站項目
10個/年
100個/年
壓縮機
145
46
儲氣罐
320
176
分配器
87
82
預冷器
120
96
其他設備
450
400
安裝成本
408
408
總投資成本
1530
1208

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    1.3、其他車載儲氫方式尚不成熟

    1.3.1、有機液體儲氫

    有機液體儲氫技術借助某些烯烴、炔烴或芳香烴等儲氫劑和氫氣産生可逆反應實現加氫和脫氫。與常見的高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、固體儲氫材料儲氫相比,有機液體儲氫具有以下特點:

    1)反應過程可逆,儲氫密度高;

    2)氫載體儲運安全方便,適合長距離運輸;

    3)可利用現有汽油輸送管道、加油站等基礎設施。

主要有機液體儲氫介質

儲氫介質
熔點/℃
沸點/℃
理論儲氫量/%
環乙烷
6.5
80.7
7.19
甲基環乙烷
-126.6
101
6.18
反式-十氫化萘
-30.4
185
7.29
咔唑
244.8
355
6.7
乙基咔唑
68
190
5.8

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氫陽能源“氫油”與汽油、柴油主要安全數據對比

材料
閃點/℃
熔點/℃
沸點/℃
氫陽液態遊記儲氫材料
>150
-20
>300
汽油
-50~-20
<-60
30~205
柴油
>55
-50~-10
180~370

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    1.3.2、低溫液態儲氫

    低溫液態儲氫技術是將氫氣壓縮後冷卻到-252℃以下,使之液化並存放在絕熱真空儲存器中。與高壓氣態儲氫相比,低溫液態儲氫的質量和體積的儲氫密度都有大幅度提高,通常低溫液態儲氫密度可以達到5.7%。僅從質量和體積儲氫密度分析,運輸能力是高壓氣態氫氣運輸的十倍以上。

    1.3.3、金屬氫化物儲氫

    金屬氫化物儲氫適用于對重量不敏感領域,該技術利用過渡金屬或稀土材料與氫反應,以金屬氫化物形式吸附氫,然後加熱氫化物釋放氫。

合金儲氫材料的儲氫性能

合金
放氫溫度
/℃
壓力
/MP
質量儲氫密度
LaNi5
22
0.1
1.37
FeTi
60
0.5
1.89
Mg2Ni
-18
0.1
3.59
CeNi4Zr
20-60
3.2
4
CeNi4Cr
20-60
3.1
4.3
LaNi4.5Sn0.5
25
0.75
0.95
Zr0.9Ti0.1Cr0.8Ni0.4
100
0.1
2
Ti0.5V0.5Mn
-13
35
1.9
Ti0.47V0.46Mn
33
12
1.53
Ml0.8Ca0.2Ni5
20
30
1.6

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    二、高壓氣態儲氫應用依賴于車載氫瓶技術

    2.1、我國氣瓶制造技術與國際存在一定差距

    當前階段上述各種儲氫技術均已經在車載中應用,我國與世界先進國家相比仍然存在一定差距:

    (1)國內IV型瓶研發滯後。國外乘用車已經開始使用質量更輕、成本更低、質量儲氫密度更高的IV型瓶,而中國IV型瓶還處于研發階段,成熟産品只有35MPa和70MPaIII型瓶,其中70MPaIII型瓶在乘用車樣車上應用。

IV型與III型瓶國內外使用現狀

類型
國內
國外
主要企業
III
III型瓶是我國發展的重點,已開發35MPa和70MPa,技術和産品成熟,其中35MPa已被廣泛應用于氫燃料電池車,70MPa剛開始推廣
技術成熟,但車用主要以IV爲主
科泰克、天海、中材、斯林達、富瑞特裝
IV
處于研發階段,面臨工藝落後、碳纖維、數值性能差、標准缺失問題
已研制成功多種型號規格的纖維全纏繞高壓儲氫氣瓶,其高壓儲氫瓶涉及制造技術領先
Hexagon、Quantum、通用、豐田、Dynetek

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    (2)碳纖維依賴進口。中國制造的III型瓶的主要原材料爲碳纖維,由于研發起步晚、原材料性能差等原因,國産碳纖維還不能滿足車用儲氫瓶的要求,主要依賴進口。

    (3)液氫儲罐汽車應用發展緩慢。國外液氫儲罐已在汽車上應用,而中國還未實現。通用汽車、福特汽車、寶馬汽車等都推出了使用車載液氫儲罐供氫的概念車,而中國可以自行生産液氫,但尚未將其應用于車載氫系統。

國內外儲氫瓶性能參數對比

國別
生産公司
型號
容積/L
質量/Kg
壓力/Mpa
質量儲氫密度%
挪威
Hexagon
IV
64
43
70
6
日本
豐田
IV
60
42.8
70
5.7
中國
天海工業
III
140
80
35
4.2
III
165
88
35
4.2
III
54
54
70
>5.0
科泰克
III
140
-
35
4
III
65
-
70
>5.0
斯林達
III
128
67
35
4
III
52
52
70
>5.0
中材科技
III
140
78
35
4
III
162
88
35
4
III
320
-
35
-

數據來源:公開資料整理

    儲氫氣瓶發展已有50多年的曆史,從鋼瓶到全複合材料氣瓶的研制成功,實現了向産品結構合理、質量輕的巨大轉變。近年來,70MPa儲氫複合材料氣瓶已經進入示範使用階段。國外從事複合材料氫氣瓶研發與生産代表性企業和科研機構有美國Quantum公司、美國通用汽車、美國Impco公司、加拿大Dynetek公司、法國空氣化工産品公司、日本汽車研究所和日本豐田公司等

國際儲氫氣瓶技術研發情況

美國
Quantum
Hy-Hauler移動加氫系統
普通型系統通過把儲氫氣瓶輸送至異地現場,其工作壓力一般爲35MPa或70MPa;改進型系統爲自帶電解裝置電解水制氫,同時通過高壓快充技術,能夠把單輛車的加注時間縮短至三分鍾內
通用汽車
雙層結構儲氫氣瓶
能夠儲存3.1kg氫氣,儲氫壓力達到70MPa,並成功控制其體積與以往35MPa氣瓶一致
Impco
超輕型Trishield儲氫氣瓶
可進行69MPa儲氫,質量儲氫密度爲7.5%
法國
法國空氣化工
縮短壓縮過程的加氫站
通過一種裝載複合壓力容器的拖車來實現的,該拖車與氫氣加注部件直接相連,這樣使得氫氣運輸車整合成爲加氫站的一部分
日本
JARI
高壓儲氫氣瓶
能夠承受37MPa和70MPa壓力的高壓儲氫氣瓶,但是在壓力由37MPa增至70MPa時,相應的儲氫氣瓶能夠容納的氫僅增加了60%
豐田
70MPa高壓氫儲存箱
容量爲156L,儲存壓強增加了一倍,通過高壓氫爲燃料的高性能燃料電池“TOYOTAFCStack”和鎳氫蓄電池兩種動力源驅動。一次充氫後續航裏程可達830公裏,達到了以往同類車型兩倍的水平
加拿大
Dynetek
高壓儲氫容器
鋁合金內膽、碳纖維/樹脂基體複合增強外包層的,可進行70MPa儲氫,已投入工業化生産,獲得廣泛應用。
韓國
現代公司
Tucsonix燃料電池電動汽車
第三代燃料電池汽車,Tucsonix燃料電池電動汽車(FCEV),設置有100kW燃料電池系統和兩個儲氫氣瓶(70MPa)。儲氫氣瓶充滿氫氣後全行程爲650km,相當于汽油動力汽車,可在溫度低達-25℃下啓動
德國
奔馳公司
高壓儲氫容器
通過提高儲氫氣瓶的容量和儲存密度,壓力增至70MPa,使“續行裏程”達到約400公裏
德國
林德公司
移動加氫站
工作壓力可達70MPa,它能夠同時提供壓縮氫氣及液氫

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    2.2、國內以III型氣瓶爲主,未來需向IV型過渡

    複合材料儲氫氣瓶由內至外包括內襯材料、過渡層、纖維纏繞層、外保護層、緩沖層。

    (1)國內內襯材料多選用鋁合金。儲氫氣瓶進行充氣的周期可能較長,而氫氣在高壓下又具有很強的滲透性,所以氫氣儲罐內襯材料要有良好的阻隔功能,以保證大部分的氣體能夠儲存于容器中。

    (2)纖維纏繞層選用碳纖維作爲增強材料。高強度、高模量的碳纖維材料通過纏繞成型技術而制備的複合材料氣瓶不僅結構合理、重量輕,而且良好的工藝性和可設計性在儲氫氣瓶制備上具有廣闊的應用空間。氣瓶長期在充氣放氣條件下使用,內膽會産生疲勞裂紋,隨著氣瓶的使用裂紋會不斷擴大,導致氣瓶的失效形式表現爲“未爆先漏”。

    車用氣瓶共分爲四種類型:全金屬氣瓶(I型)、金屬內膽纖維環向纏繞氣瓶(II型)、金屬內膽纖維全纏繞氣瓶(III型)、非金屬內膽纖維全纏繞氣瓶(IV型)。I型和II型氣瓶重容比較大,難以滿足單位質量儲氫密度要求,用于車載供氫系統並不理想。采用金屬內膽的III型氣瓶爲我國在高壓氫氣瓶領域的主要研究方向。

車用氣瓶性能參數比較

型號
制作工藝
純鋼質金屬
鋼質內膽,纖維纏繞
鋁內膽,纖維纏繞
塑料內膽,纖維纏繞
無內膽,纖維纏繞
工作壓力(MPa)
17.5-20
26.3-30
30-70
70以上
研發中
介質相容性
有氧脆;有腐蝕性
産品重容比(Kg/L)
0.9-1.3
0.6-0.95
0.35-1
0.3-0.8
使用壽命
15年
15年
15/20年
15/20年
儲氫密度
14.28-17.23
14.28-17.23
40.4
48.8
成本
中等
最高
車載是否使用

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國內企業標准與國際標准比對

序號
內容
我國企業標准技術要求
ISO/CD19881:2015技術要求
1
範圍
公稱工作壓力35MPa,公稱水容積不大于450L,許用溫度-40~65℃,充裝壓縮氫氣,設計壽命不高于15年的Ⅲ型瓶
用于工作壓力不大70MPa,溫度-40~85℃,且容積不大于1000L的車用壓縮氫氣瓶
2
結構型式
一端開口或兩端開口的Ⅲ型瓶
分A類、B類、C類三個類別;分Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型四種氣瓶
3
設計要求
設計壽命不高于15年,水壓試驗壓力爲1.5倍公稱工作壓力,最小設計爆破壓力不小于3.4倍公稱工作壓力(玻璃纖維)
A類和C類氣瓶的設計壽命在10到25年之間,B類氣瓶的設計壽命爲15年
4
介質
壓縮氫氣
壓縮氫氣
5
材料
內膽采用6061鋁合金,采用擠壓、沖壓拉伸或旋壓成型,進行固溶時效熱處理;纏繞層爲玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維;樹脂采用熱固性樹脂或熱塑性樹脂
Ⅲ型氣瓶內膽采用鋁合金;纏繞層爲玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維;樹脂采用熱固性樹脂或熱塑性樹脂
6
型式試驗要求
氣瓶(層間剪切強度、水壓爆破試驗、常溫疲勞、火燒、槍擊、損失容限、極限溫度疲勞試驗、跌落、化學腐蝕、加速應力破壞)
Ⅲ型氣瓶(常溫疲勞、水壓爆破試驗、火燒、槍擊、損傷容限試驗、極限溫度疲勞試驗、跌落、化學腐蝕試驗、加速應力破壞、氫氣氣體循環試驗)

數據來源:公開資料整理

    國內企業采用III型(金屬內膽纖維全纏繞氣瓶)儲氫密度爲3.9%,而IV型(非金屬內膽纖維全纏繞氣瓶)的儲氫密度可以達到5.5%。通過相同外徑、容積和壓力(70MPa)的III型與IV型氫氣瓶進行比較可以清楚發現,IV型具有低成本、小重容、輕量化的優勢。

III型與IV型氫氣瓶成本、重量

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III型與IV型氫氣瓶重容比

數據來源:公開資料整理

    2.3、國內以35MPa氣態氫爲主,未來需向70MPa過渡

    同等體積下,壓力越大儲氫量越高,車輛行駛裏程就更遠。現階段國內主流氫燃料電池汽車使用的都是35MPa氣態氫,歐、美、日國家則是以70MPa爲主。

    國內在35MPaIII型瓶有成熟産品,但是35MPa氣瓶的續航裏程上對比純電動車沒有優勢,必須采用70MPaIII型在燃料電池乘用車上才有續航裏程的優勢,但是70MPaIII型瓶國內僅有個別廠家具有成熟産品。未來國內氫燃料電池汽車市場也將會升級使用70MPa壓力的氣態氫,關鍵還在于成本。

70MPa儲運成本比35MPa高10%(單位:$/kgH2)

儲運方式
2005
2011
2013
2015
2020目標
管道
35MPa
3.71
4.59
4.44
3.69
2
70MPa
-
5
4.84
4.03
2
管道拖車
35MPa
4.62
3.22
3.16
2.92
2
70MPa
-
3.59
3.21
3.31
2
長管拖車
35MPa
5.26
3.24
3
2.69
2
70MPa
-
3.61
3.29
3.02
2

數據來源:公開資料整理

    三、高端碳纖維是制造儲氫瓶的核心材料

    3.1、儲氫瓶等壓力容器是碳纖維主要下遊需求之一

    碳纖維是由有機纖維在高溫環境下裂解碳化形成碳主鏈機構的無機纖維,是一種含碳量高于90%的無機纖維。按照原絲種類分類:碳纖維的原絲主要有聚丙烯腈(PAN)原絲、瀝青纖維和粘膠絲,由這三大類原絲生産出的碳纖維分別稱爲聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。其中,聚丙烯腈(PAN)基碳纖維占據主流地位,2018年産量占碳纖維總量的90%以上,粘膠基碳纖維還不足1%。

聚丙烯腈(PAN)基碳纖維占碳纖維總量的90%(2018年)

數據來源:公開資料整理

    碳纖維不僅具有高強度(強度比密度)及高比剛度(模量比密度)性能,還具有耐腐蝕、耐疲勞等特性,廣泛應用于國防工業以及高性能民用領域。2018年全球碳纖維需求9.26萬噸,其中航空航天、風電葉片、體育休閑占比居前,分別爲23%/23%15%。壓力容器的碳纖維需求爲6200噸,占比7%。壓力容器,尤其是燃料電池所需的氫氣瓶是未來的熱點。日本氫能源、氫經濟,極大地刺激了國內市場。爲了推廣氫燃料汽車,豐田公司開放了所有相關的專利,其目的是形成一個新的行業標准。

    氫氣瓶的核心技術,除了金屬閥門及各類傳感器之外,主要是外層高效、低成本碳纖維及纏繞成型。氫氣瓶的外層纏繞,會對碳纖維及其複合材料産生革命性影響。若未來燃料電池車大規模推廣,將極大提升碳纖維需求。汽車公司對碳纖維及複合材料工藝的成本控制將更加嚴苛,這將促進碳纖維低成本制備技術的進步。其次是成型效率問題,現有的濕法纏繞設備,需要在材料形態與效率上進行革命性的創新,才能滿足批量氫氣瓶的需求。

壓力容器碳纖維需求占比7%(2018年)

數據來源:公開資料整理

    完整的碳纖維産業鏈包含從一次能源到終端應用的完整制造過程。從石油、煤炭、天然氣均可以得到丙烯,丙烯經氨氧化後得到丙烯腈,丙烯腈聚合和紡絲之後得到聚丙烯腈(PAN)原絲,再經過預氧化、低溫和高溫碳化後得到碳纖維,並可制成碳纖維織物和碳纖維預浸料,作爲生産碳纖維複合材料的原材料;碳纖維經與樹脂、陶瓷等材料結合,形成碳纖維複合材料,最後由各種成型工藝得到下遊應用需要的最終産品。

碳纖維單位制配成本構成

數據來源:公開資料整理

    碳纖維産業鏈可以分爲上遊和下遊。上遊通常是指生産碳纖維專用的材料;下遊通常是指生産碳纖維應用部件的産品。碳纖維産業鏈上遊屬于石油化工行業,主要通過原油煉制、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈。碳纖維企業通過對以丙烯腈爲主的原材料進行聚合反應生成聚丙烯腈,再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲,對原絲進行預氧化、碳化等工藝制得碳纖維,通過對碳纖維和高質量樹脂加工以獲得碳纖維複合材料從而滿足應用需求。

碳纖維産業鏈

數據來源:公開資料整理

    3.2、高端碳纖維制造産業被美、日壟斷

    碳纖維行業發展空間巨大,與其他制造業相比具有如下特點:

    (1)碳纖維行業屬于資本和技術密集型行業,行業壁壘高。碳纖維屬于高技術密集型産品,産品質量標准高、研發周期長、資金投入大,行業壁壘高。

    (2)應用領域不斷拓展,潛在市場逐步成熟。碳纖維下遊應用技術開發難度較高,碳纖維與樹脂、上漿劑等材料之間工藝參數必須系統配合,複合材料設計與成型需要一體化,下遊領域的應用開發需要較長的研發過程。加之研發投入大、生産成本高,導致碳纖維應用範圍長期局限在航空航天和高端民用領域。

    (3)日本及歐美領先企業壟斷全球市場。由于碳纖維生産工藝流程複雜、研發投入巨大、研發周期較長,使得國際上真正具有研發和生産能力的碳纖維公司屈指可數。美國注重原始創新,日本擅長精細化生産,在碳纖維産業發展中各具優勢。日本東麗、美國赫克塞爾壟斷航空航天高性能碳纖維市場。

    (4)市場和政府在行業發展中發揮重要作用。碳纖維與國防工業密不可分,市場和政府在行業發展中發揮重要作用。美國和日本采取以市場爲主的模式,主要依靠大企業研發和生産,同時供應民用和國防應用領域。拉伸強度和拉伸模量是衡量碳纖維性能的兩大重要指標。

日本東麗聚丙烯腈(PAN)基碳纖維牌號分類

牌號
拉伸強度
(MPa)
拉伸模量
(GPa)
斷裂伸長率
(%)
體密度
(g/cm3)
T300-3K/12K
3530
230
1.5
1.76
T700S-12K
4900
230
2.1
1.8
T700G-12K
4900
240
2
1.8
T800H-6K/12K
5490
294
1
1.81
T800S-24K
5880
294
2
1.8
T1000G-12K
6370
294
2.2
1.8
T1100
6600
324
2
1.79

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    從全球碳纖維市場的份額劃分看,國際碳纖維市場依然爲日、美企業所壟斷。

    根據模量可以分爲4大類碳纖維品種,包括標模(小絲束)、標模(大絲束)、中模量、大模量。其中後兩種碳纖維主要應用于航天航空領域,2018年中模量1.69萬噸及高模量0.12萬噸的需求中,有95%以上來自波音、空客等航天公司。從産業角度來看,標模大絲束(俗稱T300級別大絲束),生産難度大于標模小絲束(俗稱T800級別小絲束)。

4大類碳纖維品種需求量及占比(2018年)

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    在小絲束碳纖維市場上,日本企業的市場份額占到全球産能的49%;在大絲束碳纖維市場上,美國企業的市場份額占到全球産能的89%。

全球小絲束碳纖維市場份額(2018年)

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全球大絲束碳纖維市場份額(2018年)

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    3.3、我國碳纖維對外依存度超過70%,産能集中度逐步提高

    2018年中國碳纖維的總需求31000噸同比增長32%,其中進口22000噸國産9000噸,對外依存度高達71%。從曆史數據看,我國碳纖維産業起步較晚,但隨著技術追趕對外依存度已經由2008年的98%下降了27個百分點,進口替代趨勢有望持續。

2018年國內碳纖維需求31000噸,對外依存度71%

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2018年中國大陸進口日本碳纖維7673噸

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    2018年統計全國的理論産能爲26800噸,銷量/産能比爲33.6%,同比上年提升5.1個百分點。2018年全球銷量/産能比爲59.8%,我國整體銷售/産能比較低,主要原因:

    (1)部分老生産線缺乏運行經濟效益而停産;

    (2)部分生産線技術水平低,不能長期穩定運行;

    2018年,産業集中度在加速,8家千噸級碳纖維企業的理論産能已經占到全國的87%,産業集中度的趨勢會越來越強:

    (1)産能千噸以上:8家公司。

    (2)産能在500-1000噸之間:4家公司

    (3)産能在100-500噸之間:5家公司

    (4)産能在100噸以下:2家公司

國內主要碳纖維企業産能(2018年)

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    相關報告:智研咨詢發布的《2019-2025年中國氫能行業市場競爭現狀及投資方向研究報告

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