【关注】一文看懂氢能设备有哪些？—制氢、储运氢篇- 大数跨境

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【关注】一文看懂氢能设备有哪些？—制氢、储运氢篇

新鼎资本

2022-07-08

氢产业涉及多个核心环节，核心设备国产化曙光显现。氢能产业涉及制取、储运、加注等多个环节，产业链庞大，经过多年发展，部分核心设备国产化成果初显。

制氢：化石能源制氢仍是我国当前主流技术路线，长期来看，持续降本的电解水制氢为行业大趋势，碱性电解槽作为电解水制氢核心设备，已基本实现国产化；
储（运）氢：目前我国仍以高压气氢运输为主，其中长管拖车运氢应用广泛，管道输氢受制于高昂成本，短期难以规模化；车载储氢是储氢最大细分市场，2020年我国车载储氢瓶市场规模仅为2.1亿元，2025年将达到32亿元，我国车载储氢现仍以35MPaIII型瓶为主，70MpaIII以及IV型储氢瓶技术难度较大，仍由海外企业主导；
加氢：政策加码下我国加氢站扩建力度加大，受制高昂投资成本，我国加氢站尚未实现商业化运营，在加氢站成本构成中，设备投资额占比高达45%，核心设备氢气压缩机、加氢机等仍高度依赖进口，设备国产化是最重要的降本手段。

燃料电池市场正在快速打开，本土设备公司加速布局。燃料电池汽车正处在快速导入期，GGII预测2023年市场燃料电池行业规模将达230亿元，2025年达700亿元。

燃料电池系统为FECV最核心功能部件，在整车价值量占比超过60%，已基本实现国产供应；
电堆在燃料电池系统中价值量占比60%+，我国在70kW以下电堆已可以基本实现国产化，但是关键材料仍高度依赖进口，电堆生产工艺流程复杂，基于燃料电池&动力电池生产工艺的协同性，我们看好锂电设备企业在燃料电池领域的先发优势；
空压机为燃料电池系统最核心系统配件，我们预计2020-2050年我国市场规模将达1581亿元，2020年空压机国产化率90%+，但由于行业仍处于产业化初期，头部洗牌现象频发，随着技术路线确定&市场需求放量形成规模效应，我们看好具备先发优势的企业突出重围。
此外氢循环系统、增湿器等核心部件，国产企业正在加速布局，开启国产化进程。

氢能设备

1、制氢：电解水制氢是长期发展方向，

电解槽实现国产化

1）电解水制氢为长期发展方向，制氢

电解槽装机量快速增长

长期来看，为实现我国2030年碳达峰、2060年碳中和的目标，“灰氢不可取、蓝氢可利用、绿氢是主力”为氢气制取发展的大方向。据中国氢能联盟研究院预测，2030年、2040年和2050年我国可再生能源电解水制氢占比将分别达到15%、45%和70%。

虽然电解水制氢过程可实现零排放，但却是当下成本最高的制氢方式，电力成本为大规模应用的核心壁垒。电解水制氢耗电量大，目前电力来源仍以商业用电为主，2020年电力在电解水制氢中的成本占比高达85.3%。

2050年我国可再生能源电解水制氢占比将达70%：

在“绿氢”模式下，光伏&风电等新能源发电用于电解水制氢，可以实现全程闭环零碳排放。

我们认为，我国光伏、风电行业的快速发展，有望加速推进电解水制氢的产业化进程：

随着光伏&风电规模效应显现，可再生能源电力成本有望快速下降；
电解系统与光伏、风能联合使用，易于实现分布式制氢，通过合理利用弃风&弃光等可再生能源弃电，不仅可降低电力成本，还将有效解决可再生能源消纳问题，达到储能效果。

电解水制氢系统由电解槽及辅助系统（包含电力转换、水循环、气体分离&提纯等模块）组成，其中电解槽为电解水制氢核心单元，是电解水制氢系统价值量中心。

2020年全球新增电解槽装机集中在欧洲：

2018年以来全球制氢电解槽新增装机量快速增长，2020年达到290.68MW，2018-2020为CAGR为22.3%。我国电解水制氢发展更快，2018年电解槽新增装机仅为1.84MW，2020年达到23.47MW，全球占比也由2018年的0.95%快速提升至2020年的8.07%，已成为全球电解槽市场的重要增长点之一。

2020年全球新增电解槽装机达到290.68MW：

2）碱性电解槽是主流技术路线，

本土企业基本实现国产化

根据电解质的不同，电解水制氢技术分为碱性（AWE）、质子交换膜（PEM）和固体氧化物（SOEC）三大类，目前全球范围内以碱性&PEM为主，2020年新增装机量合计全球占比高达92%。

碱性水电解技术在我国广泛应用，技术成熟，商业化程度高，但是存在一定能耗较高、电解效率偏低等弊端，本土关键设备性能已接近国际先进水平；
对于PEM电解，国外已实现百兆瓦级别电解水制氢系统的应用，国内技术仍与海外存在较大差距，设备投资成本较高，仍处于产业化初期；
SOEC电解技术效率较高，而且热能可替代部分电能，能耗明显下降，但仍处于实验室级别，并未实现大规模商业化。

2020年全球仍以碱性电解槽为主：

碱性电解水制氢技术成熟且商业化程度较高：

我国碱性电解槽已基本实现国产化，具备大规模推广的产业基础。国内碱性电解槽领先企业包括中船718所、考克利尔竞立、大陆制氢、苏州竞力、中国华能等，整体技术已接近国际顶尖水平。在PEM制氢领域，中船718所、高成绿能、淳华氢能、阳光电源等企业的技术水平较为领先。

光伏巨头加速布局电解槽领域：

2021年隆基股份在西安成立隆基氢能作为电解水制氢设备项目总部，拟在5-10年内将产能扩大至1万台，并在无锡建设电解水制氢设备基地，公司预计到2022年氢能设备产能将达1.5GW。
阳光电源2019年与中国科学院签署制氢产业化战略合作协议，共同成立PEM电解水制氢技术联合实验室，并于2021M3推出全国最大功率PEM电解槽。

我国碱性水电解水制氢设备的产业化进程快速推进：

能设备

2、储运氢：储氢瓶市场广阔，

高压储氢技术亟待突破

1）高压气态储氢技术成熟，是

我国当前主要储氢方式

储氢技术主要包括物理&化学两大类，根据存储状态可细分为高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢（物理吸附和化学氢化物）和有机液态储氢，其中高压气态储氢技术成熟度高、成本较低，是现阶段我国主要的储氢方式。

高压气态储氢是现阶段我国主流的储运方式：

高压气态储氢：

储氢密度/wt%：1.0-5.7；
技术特点：在高温下将氢气压缩，以高密度气态形式储存；
优点：技术成熟、成本较低、充放氢快、能耗低、易脱氧、工作条件较宽；
缺陷：储氢密度低、存在泄漏安全隐患；
应用领域：成熟商业化（军用、化工、运输）；
国内企业：浙江巨化、北京科泰克、京城股份、沈阳斯林达等。

低温液态储氢：

储氢密度/wt%：5.1-10.0；
技术特点：利用氢气在高压、低温条件下液化，输送效率高于气态氢；
优点：储氢密度高、氢纯度高；
缺陷：液化过程能耗高，易挥发、成本高
应用领域：国外商业化，国内仅航空领域；
国内企业：中国航天科技集团101所、张家港富瑞氢能。

固态储氢：

储氢密度/wt%：1.0-4.5；
技术特点：利用固体对氢气的物理吸附或化学反应等作用，将氢储存于固体材料中；
优点：储氢密度高、无需高压容器、氢纯度高；
缺陷：放氢率低，吸放氢有温度要求，储氢材料循环性差；
应用领域：研发阶段；
国内企业：北京浩运金能、厦门钨业、安泰科技等。

有机液态储氢：

储氢密度/wt%：5.0-7.2；
技术特点：基于不饱和液体有机物在催化剂作用下的加氢反应生成稳定化合物，需要氢气时进行脱氢反应；
优点：储氢密度高、成本较低、安全性较高、运输便利；
缺陷：副反应产生杂质气体，脱氢反应需高温，催化剂易结焦失活；
应用领域：研发阶段（车用、运输）；
国内企业：武汉氢阳、杭州聚力氢能。

2）长管拖车运氢应用广泛，管道

输氢受制于高昂成本

高压气氢为我国氢气主要运输途径，20MPa长管拖车应用广泛，暂无法满足大规模氢气使用。商用氢气运输主要包括高压气氢、低温液氢和管道输氢三种方式，具体来看：

高压气氢运输：将高压氢气（通常20MPa)存储在压力容器中，灵活性高但载氢量小，适用于短距离&小体量输氢。
液氢槽车：运输效率高，约为气氢拖车运量的10倍，适合远距离&大批量运输，但氢气液化功耗与运输损耗较大，而且液化关键设备高度依赖进口，成本较高。

长管拖车运输成本随运输距离明显提升：

高压气氢长管拖车运输储运效率高，适用于300km以下短距离运输：

长期来看，管道运输是实现氢气大规模、长距离、低成本运输的重要方式，但由于常规管道存在“氢脆”反应，需对管道材料进行特殊处理，导致输氢管道造价成本高，是主要制约因素。天然气管网混氢运输为当下研究热点，但仍停留在试验阶段，气体分离等技术难题有待攻克。

欧美地区在管道输氢领域已经具备一定规模：

我国已建成的两条氢气管道的单位投资成本仍较高：

3）受益燃料电池汽车渗透率提升，

储氢瓶市场广阔

根据材质和工艺的不同，商用高压储氢瓶分为四大类型：

其中I型瓶为全钢瓶，重量大，仅适用于加氢站固定式储氢；
II型瓶采用钢质内胆碳纤维环绕，相较I型重量有所下降，但储氢密度依旧较低，难以满足车载储氢要求；
III型瓶和IV型瓶适用于车载储氢；
其中IV型瓶的塑料内胆颠覆原有气瓶技术，具备优异的抗氢脆腐蚀、高储氢密度、质量轻等优势。

2019年车载储氢占我国储氢设备的65%：

商业储氢瓶（罐）一般分为I~IV四种型号：

受益氢燃料汽车渗透率不断提升，车载储氢罐市场将快速打开：

短期来看，政策驱动下氢燃料汽车进入导入期，我国车载储氢瓶市场有望实现快速增长，2020年我国车载储氢瓶市场规模仅为2.1亿元，2025年将达到32亿元，期间CAGR高达72%；
长期来看，若以中国氢能联盟预测的2026-2035年和2036-2050年我国燃料电池车产量为基准，若暂不考虑存量换新需求，假设单车载有4个储氢瓶，则我们保守预计2026-2035年和2036-2050年我国车载储氢瓶需求量将分别达到520万个和2000万个，对应市场规模分别为520亿元和1600亿元。

2020-2025年我国车载储氢瓶市场规模CAGR达72%：

2026-2050年我国车载储氢罐市场规模达2120亿元：

4）储氢瓶市场由海外企业主导，

国产IV型瓶技术尚不成熟

IV型瓶已经广泛应用于海外车载领域，国内仍以35MPa的III型瓶为主，储氢效率较低，70MPa-III型瓶尚处于装车实验阶段。除了核心技术落后等因素外，还主要系：

我国原有车载储氢系统国标最大工作压力仅为35Mpa，2020M7修改至70Mpa，政策限制刚刚解除；
我国氢燃料汽车仍主要应用于商用车领域，相较乘用车，商用车对储氢瓶的重量及储氢效率敏感度相对较低。

丰田Mirai内置2个70Mpa的IV型储氢瓶：

我国车载储氢瓶仍以35MpaIII型瓶为主，而海外以70MpaIV型瓶为主：

此外，碳纤维材料&设备高度依赖进口，也是阻碍我国70MpaIII及IV型储氢瓶发展的核心壁垒：

碳纤维是高压储氢瓶外部缠绕的关键原材料，我国研发起步晚&材料性能不足，高性能碳纤维材料仍被日本&美国垄断，材料成本高居不下；
我国碳纤维缠绕设备与高压罐体加工设备也仍高度依赖于进口。

碳纤维为储氢罐壳体的核心材料：

2019年碳纤维在车载储氢罐中成本占比达到55%：

2020-2025年我国车载储气瓶对碳纤维的需求量CAGR高达83.25%：

全球储氢瓶市场由海外企业主导，本土企业仍位居二三梯队：

整体来看，全球储氢瓶主要企业包括CLD、FaberIndustrieS.P.A、Toyota、Faurecia等；
在我国高压储氢瓶市场，Hexagon、Quantum、Dynetek、日本东丽等位列第一梯队，年产能达百万只级别，2020年在我国的市场份额(按销售额）合计达到55%，本土领先企业主要包括天海工业、科泰克、斯林达、中科新材等，本土产品在压强、产能等维度较海外领先企业还存在一定差距。

2020年我国高压储氢瓶市场仍主要被Hexagon、Quantum等海外企业主导：

国内车载储氢瓶厂商主要集中在35Mpa的III型瓶，IV型储氢瓶研发&制造技术明显落后海外，距离大规模产业化尚需时日。IV型瓶在技术端的设计难点主要体现在：

金属瓶口与塑料内胆的密封设计及材料选择；
塑料内胆材料是否与氢气相容；
内胆形成过程中无损检测手段及评价；
碳纤维缠绕过程中保证内胆不变形；
高精准检测氢气泄漏等。

我国储氢瓶制造技术与国际尚存一定差距，市场供给仍以III型瓶为主：

在车载储氢系统轻量化、低成本化和低重容比的行业趋势下，IV型对III型储氢瓶的替代大势所趋。京城股份、中材科技、亚普股份、斯林达、科泰克等企业正在重点布局IV型车载氢气瓶领域，已取得实质性进展；此外，佛吉亚、Hexagon等海外企业也在加快对我国IV型储氢瓶市场的开拓。

京城股份、中集安瑞科等企业正在重点布局IV型储氢瓶产业化：

来源：材智

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