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氢能行业深度报告:氢风徐来静待产业链落子花开

 日期:2022-10-03 04:32:30    来源:龙8游戏官方网站   作者:龙8游戏网址

  获取维度:氢能是指以氢及其同位素为主体的反应中或氢状态变化过程中释放的能 量,从化学反应角度来看,主要通过氢氧燃烧反应、电化学反应以及热核反应三种 形式获得。(1)氢氧燃烧反应,获取的氢能以热能形式体现:利用氢的高发热值(≈ 1.4×105KJ/kg,是汽油发热值的3倍),采用预混合燃烧的方式使提前混合好的氢气 和氧气在燃烧区反应,反应放出的热量可以用于在内燃机中推动活塞做功产生动力。实际应用方式为燃氢内燃机,以传统燃油内燃机作为主要替代对象。(2)电化学反 应,获取的氢能以电能形式体现:阳极处,阳极催化剂作用使氢分子解离为2个氢离 子并释放出2个电子,然后在阴极处,氢离子和电子与通过管道或导气板到达阴极的 氧气在阴极催化剂作用下反应生成水,整个化学反应过程中产生的电子在外电路中 形成的直流电即为向外电路负载输出的电能。实际应用方式为氢燃料电池,以传统 锂电池作为主要替代对象。(3)热核反应,获取的氢能以核能体现:氢的同位素氘、 氚从热运动中获得动能从而引起聚变反应,生成稳定He和中子的同时瞬间产生大量 热能。实际应用方式为核电站,以核反应产生的热能驱动蒸汽涡轮发动机并连接至 发电机发电。

  注:针对氢氧燃烧反应无法完全消除NOx的生成(纯氧制备难度大,空气中会混有氮 气),有害气体排放较难避免的问题,目前对传统燃烧方式进行了升级,采用化学链 技术,利用氢气的高还原性与金属氧化物反应释放热能。

  能量维度:氢气的发热量为1.4×105KJ/kg,是煤炭的5~6倍,汽油、天然气的3~4倍, 意味着消耗相同质量的各种燃料,氢气能够提供的能量最大,在燃料实现轻量化方 面具有重要意义。

  环保维度:获得氢能的三个反应中,氢氧燃烧反应和电化学反应的产物均为水,整 个过程无碳排放,无其他产物,而水又是氢的主要来源,由此形成一个可循环的闭 环系统,全程无浪费,零污染。应用维度:氢能的应用网络涉及交通运输、建筑、储能、工业等多个领域。由于热核 反应中反应物氘、氚在氢同位素中的相对丰度低于2%,因此获取氢能的方式以氢氧 燃烧反应、电化学反应为主,主要以热能和电能体现,其中氢燃料电池以及工业领 域的氢能炼钢是氢能应用落地的主流方向之一。

  高热值、强安全性以及供给稳定保证氢气成为化石燃料的理想替代。根据贵州省能源局,热值上,氢气的发热量为1.4×105KJ/kg,是煤炭的5~6倍,汽油、天然气的3~4 倍;安全性上,氢气虽然可燃,但是燃点超过500℃,且易扩散、爆炸下限较高,因 此具有安全性优势;供给上,氢气的主要来源是水,地球上的水储量为2×10 18t,储 备充足,并且在获取氢能的反应中可再生。因此,氢气可以成为石油、煤和天然气等 化石燃料的理想替代,随着氢气在能源供给上的技术逐渐成熟,将推动能源结构转 型,实现可再生燃料能源供应占比提升,进一步保障能源安全。

  截至目前,多国政府都已出台氢能及燃料电池发展战略路线图,日本、德国等国家 更是将氢能规划上升至国家能源战略高度。美国、德国等发达国家都已认识到氢能 在未来能源系统乃至社会系统中的地位和作用。

  美国作为第一个发布了氢能战略的国家,很早就完成了氢能的顶层设计。根据中国 科学院青岛生物能源与过程研究所文章,《美国氢能经济路线图——减排及驱动氢 能在全美实现增长》,预计23年-25年为氢能源早期规模化阶段,到2025年,全美各 种应用的氢总需求量将达到1300万吨,道路上行驶共计15万辆轻、中、重型FCEV, 同时还有12.5万辆FCEV物料搬运工具。到2030年底,全美各种应用的氢总需求量将突破1700万吨,售出的FCEV将达到120万辆,在物料搬运中有30万辆FCEV搬运工 具。同时,全美有4300个加氢站投入运营。根据中国能源新闻网,截至2021年6月, 美国已有17兆瓦的电解制氢项目在运营,输氢管道容量为1.4吉瓦(300兆瓦在建或 已承诺资金投入),另外还有120兆瓦正在早期开发阶段,将于2030年上线. 欧洲

  欧洲非常重视气候变化和温室气体减排,因此欧洲对氢能的发展布局也是围绕降低 温室气体排放。在交通领域,欧洲也在积极布局加氢站的建设,推动氢燃料电池车 的发展。根据前瞻产业研究院,欧洲加氢站数量截至2020年累计共189座左右,其中 德国加氢站数量最多,达到90座,其次为法国,拥有37座。根据前瞻产业研究院, 《欧洲氢能路线图:欧洲能源转型的可持续发展路径》中提出的规划,到2030年, 氢能源将得到较为广泛的应用,氢气将会取代7%的天然气;规划指出,2030年,欧 洲氢能产值预计达到1300亿欧元,到2050年,欧洲氢能产值将突破8000亿欧元。

  日本将氢能作为国家能源战略储备,因此在技术和应用方面都给予了非常高的重视。日本氢能重点布局在燃料电池车,目前其燃料电池汽车动力性能、续航里程已达到 传统燃油车水平。日本在研发氢燃料电池车的同时也在积极推进加氢站的建设,日 本新一代汽车振兴中心数据显示,截至2020年12月,日本建成加氢站162座,在运 营的137座,已覆盖除东北地区以外的大部分地区。根据中国科学院青岛生物能源与 过程研究所,2017年12月26日,日本公布的“基本氢能战略”预期到2030年实现建 成加氢站900座,燃料电池汽车达到80万辆。日本不仅在氢燃料电池车方面有明确的 规划和布局,在燃料电池供能方面也有非常明确的规划和目标。根据中国科学院青 岛生物能源与过程研究所,日本也在积极开发氢能发电项目,目前虽然处于研发阶 段,但其目标是到2030年实现发电成本17日元/(kW·h),日本规划到2030年将有 10%的家庭用户使用燃料电池分布式热电联产功能。

  当前我国氢能产业正快速发展,近年来中央及地方支持政策密集出台,进一步促进 氢能产业发展。2019年3月,氢能源首次写入政府工作报告,明确将推动加氢等设施 建设;2020年6月,国家能源局发布《2020能源工作指导意见》,将推进能源关键技 术设备公馆,推动储能、氢能技术进步与产业发展;2021年3月,《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》发布,氢能成为前 瞻谋划的六个未来产业之一。全国已有28个以上省市级地区推出支持氢能发展的政 策。以北京、上海、广东等地为代表的一批省市推出鼓励氢能发展政策。2021年2月,上 海市印发《加快新能源汽车产业发展实施计划(2021-2025年)》提出到2025年建成 投入使用加氢站超过70座,燃料电池汽车保有量突破1万辆。2021年8月,北京经信 局发布《北京市氢能产业发展实施方案(2021-2025年)》提出,2023年前建成37 座加氢站,推广燃料电池汽车3000辆。2025年建成74座加氢站,燃料电池汽车推广 辆突破1万辆。

  氢能的应用场景较为丰富。上游氢气制取的方式包括化石能源制氢、工业副产提纯 制氢、电解水制氢等,氢气运输的方式包括道路车辆、铁路、船舶、管道运输等,加 氢站是氢能大规模应用的关键性基础设施,氢能的终端应用领域包括交通、工业、 电力、建筑等。

  燃料电池通过电化学反应将氢气的化学能直接转化为电能,清洁无污染,能量转化 效率高,是氢能源的最佳利用方式。其中燃料电池汽车是重要应用方向之一,氢燃 料电池比能量远远超过普通电池,并且没有工作温度限制(电池工作温度范围一般 在-20℃-60℃)。在道路交通领域,目前锂电已经可以满足乘用车对于续航的基本要 求,但是长途商用车难以应用基于锂电池的纯电方案,而氢燃料电池在续航里程、 加注时间、低温适应性上具有一定优势,有望成为长途商用车电动化的必要选项。

  在制氢领域,绿氢制氢规模预计将快速增长。根据《中国氢能产业发展报告2022》, 2021年,全球已有约70个在建的绿氢项目,规模达到GW级别的项目为22个,其中 欧洲占一半,全球已在规划中的GW级绿氢项目产能达到144.1GW。过去5年电解槽 成本下降了40%,2021年全球电解槽厂商交付产品规模达到458MW,预计22年出货 量有望达到1.8-2.5GW。

  从用氢端来看,当前氢燃料电池车规模较小,未来发展潜力较大。随着各国对碳中 和目标的推进,以及多国支持氢能源发展政策的实施,氢燃料电池汽车的发展环境 有望得到改善,发展速度将加快。根据ofweek,2021年,全球主要国家共销售氢燃料电池汽车16313台,同比增长68%。其中,受强势补贴政策驱动,韩国延续了去年的增长势头,全年共售出8498台氢车, 约占全球总销量的一半。中国全年氢车销量为1586台,同比增长35%。美国全年氢车销量为3341台,较去年 激增2.5倍,主要原因是2020年疫情导致销量基数过低;日本全年共售出氢车2464台, 同比增长67%,主要受益于2020年底新一代丰田Mirai的上市。德国共售出氢车424台,同比增长38%。

  日韩在氢燃料电池汽车领域暂时领先。根据头豹研究院,丰田Mirai和现代NEXO占 据市场绝对主导地位。日本丰田的氢燃料电池汽车研发起步较早;韩国现代NEXO为 后起之秀,2018年开始上市销售,2019年的销量超过Mirai。根据香橙会研究院,从保有量来看,截至2021年底,现代在全球累计投放量达22337 台,占全球总量的45%,其中本土市场占比高达86%;丰田在全球累计投放17933台, 占全球总量的36%,海外市场占比63%。由于丰田Mirai早在2014年便率先打入美国加州市场,而现代NEXO则在2018年才上 市,且恰逢韩国一系列氢能和氢车支持政策出台,因此Mirai在海外的累计投放量较多,而NEXO则一直以韩国本土为主。(报告来源:未来智库)

  我国已具备一定氢能工业基础,全国氢气产能超过2000万t/a,但生产 主要依赖化石能源,消费主要作为工业原料,清洁能源制氢和氢能的能源化利用规 模较小。国内由煤、天然气、石油等化石燃料生产的氢气占了将近70%,工业副产气 体制得的氢气约占30%,电解水制氢占不到1%。

  目前,氢燃料电池汽车在中国市场刚刚起步,技术和市场仍不成熟,根据香橙会研 究院,2016-2021年,中国氢燃料电池汽车保有量逐年上升,受到疫情影响,2020年 销量有所下滑。截至2021年底,我国氢燃料电池汽车产量1777辆,销量1586辆,保 有量8938辆,我国氢燃料电池汽车正在逐渐被市场认可接纳,氢燃料汽车进入商业 化初期。当前我国将研发和推广重点放在商用车上。2021年,我国燃料电池汽车销量中,基 本全为商用车,乘用车占比仅为0.58%。其中,客车销量占比达56.88%,货车销量 占比为42.54%。

  氢能基础设施方面,根据前瞻产业研究院,2016年至2019年,中国建成加氢站数量 翻倍增长,2020年在国家“以奖代补”政策出台较晚的情况下,仍然建成57座加氢 站,较2019年增加27座,超额完成《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》 和《节能与新能源汽车技术路线座” 的目标。根据《中国氢能产业发展报告2022》,2021年新增加氢站数量大幅增长,实现新增 100座,氢能配套基础设施建设提速。国内加氢站主要分布在北京、山东、湖北、上海等燃料电池产业相对发达的地区。

  根据国际氢能委员会(Hydrogen Council)预测,到2050年,氢能将创造3000万个 工作岗位,减少60亿吨CO2排放,创造2.5万亿美元产值,在全球能源中所占比重有 望达到18%。根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019)》和《中国氢能源 及燃料电池产业白皮书(2020)》,2018年,中国氢气产量约2100万吨,如按照能 源管理,换算热值占终端能源总量的份额为2.7%;在2030年碳达峰情境下,我国氢 气的年需求量将达到3500万吨,在终端能源体系中占比约为5%;在2060年碳中和情 境下,我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右,在终端能源体系中占比达到20%。

  根据《中国氢能产业发展报告》,在中国,氢能的生产利用已经非常广泛,不过主要 是把氢作为工业原料而非能源使用。中国是世界第一产氢大国,2019年全国氢气产 量约2000万吨,中国发展氢能产业具有较好的基础。中国在合成氨、合成甲醇、炼 焦、炼油、氯碱、轻烃利用等传统石油化工行业中具有较为成熟的经验。

  从各制取氢路径的特点来看,传统制氢工业中以煤、天然气等化石能源为原料,制 氢过程产生CO2排放,制得氢气中普遍含有硫、磷等危害燃料电池的杂志,对提纯及 碳捕获有着较高的要求。焦炉煤气、氯碱尾气等工业副产提纯制氢,能够避免尾气 中的氢气浪费,实现氢气的高效利用,但从长远看无法作为大规模集中化氢能供应 来源;电解水制氢纯度等级高,杂质气体少,易与可再生能源结合,被认为是未来最 有发展潜力的绿色氢能供应方式。

  从供应潜力看,中国当前煤化工行业发展较为成熟,煤制氢产量大且产能分布广, 可以基于当前的煤气化炉装置生产氢气,并利用变压吸附(PSA)技术将其提纯到 燃料电池用氢要求。煤制氢产能适应性强,可以根据当地氢气消耗量的不同,设置 氢气提纯规模并调节产能,在车用氢能产业发展初期对企业整体运营影响较小。传 统煤制氢采用固定床、流化床、气流床等工艺,合成气中CO2、CO等体积分数高达 45-70%,碳排放较高,不满足低碳化制氢路径,且含有硫化物等腐蚀性气体。近年 来,新型煤气化制氢技术也在不断发展,超临界水煤气化技术利用超临界水(温度 ≥374℃、压力≥22.1MPa)作为均相反应媒介,具有传统煤气化技术无法比拟的气 化效率高、氢气组分高、污染少等优点,但目前尚未产业化。

  天然气制氢技术以天然气为主要原料成本,由于中国天然气资源供给有限且含硫量 较高,预处理工艺复杂,导致国内天然气制氢的经济性远低于国外。

  工业副产氢是指在生产化工产品的同时得到的氢气,主要有焦炉煤气、氯碱化工、 轻烃利用(丙烷脱氢、乙烷裂解)、合成氨合成甲醇等工业的副产氢。中国工业副产 氢大多数已有下游应用,也存在部分放空。当前工业副产氢基本为各企业自产自用, 较难统计,实际可利用情况还需与企业相互协调与平衡。

  当前电解水制氢工艺主要有碱性电解,质子交换膜(PEM)电解、固体氧化物(SOEC)电解技术。其中碱性电解水制氢与质子交换膜电解制氢技术相对较为成熟,SOEC电 解技术的电耗低于碱性和PEM电解技术,但尚未广泛商业化,国内仅在实验室规模 上完成验证示范。由于SOEC电解水制氢需要高温环境,其较为适合产生高温、高压 蒸汽的光热发电等系统。根据《中国氢能产业发展报告2022》,可再生能源电价是绿氢成本的重要组成部分, 占比约60-70%,目前可再生能源在全球范围内逐步实现发电平价,未来发展潜力巨 大,发电成本的不断降低使得带凝结水制氢逐步具备市场竞争力。此外,随着可再 生能源发电占比的提升,电力系统季节性调峰压力不断加大,接近于零成本的弃风 弃光量将成为未来电解水制氢的重要电源。

  与传统石油燃料易运输、可规模存储的特点不同,国内氢的储运技术在能效性、安 全性上尚未完全解决。目前普遍采用的高压气氢储运方式存在储氢密度低、压缩能 耗高的缺点,而且由储氢罐安全设计冗余带来的材料成本较高。根据氢的物理特性与储存行为特点,可将各类储氢方式分为:压缩气态储氢、低温 液态储氢、液氨/甲醇储氢、吸附储氢(氢化物/液体有机氢载体(LOHC))等。压 缩气态储氢,以其技术难度低、初始投资成本低、压配当前氢能产业发展等特征优 势,在国内外广泛应用。低温液态储氢在国外应用较多,国内的应用基本仅限于航 空领域,民用领域尚未得到规模推广。液氨/甲醇储氢、氢化物吸附储氢、LOHC储 氢等技术目前国内产业化极少,基本处于小规模实验阶段。

  根据《中国氢能产业发展报告》,氢的运输方式包括道路车辆、铁路、轮船、管道运 输四种。道路运输方面,气氢拖车是目前应用最为广泛的一种氢运输方式,国内长 管拖车储氢罐压力均在20MPa;液氢槽车的单车运氢能力是气氢拖车的10倍以上, 运输效率提高,综合成本降低,在国外应用比较广泛,国内目前仅用于航天及军工 领域。氢的铁路运输应用较少,且一般与液氨储氢技术结合。现阶段,中国普遍采用20MPa气态高压储氢与集束管车运输的方式。在加氢站日需 求量500kg以下的情况下,气氢拖车运输节省了液化成本与管道建设前期投资成本, 在一定储运距离以内经济性较高。当用氢规模扩大、运输距离增长后,提高气氢运 输压力或采用液氢槽车、输氢管道等运输方案才能满足高效经济的要求。

  采用液氢槽车储运在长距离大规模运输上有很强的竞争力。根据《中国氢能产业发 展报告》,在现有技术条件下,采用液氮预冷循环,液氢生产能耗约为17-20kWh/kg, 则电价0.5元/kWh时,液化过程的总成本约为18.5-20元/kg。此外,根据法液空数据, 当有外部冷源(如有LNG辅助时),其生产单耗会下降30%以上,因此有条件的LNG 终端配备液氢生产装置的经济可行性提高。从液化到运输全过程成本分析,由于液 氢槽车储运量较大,可减少槽车及人员的配置,尽管长距离运输也会带来成本的提 高,但提高的幅度并不大。因此,液氢在长距离、大规模的运输中,相较于20MPa 高压气氢拖车储运有着显著的成本优势。现有技术条件下,液化过程的能耗和固定 投资较大,液化过程的成本占到整个液氢储运环节的90%以上。未来,由于液化设 备的规模效应和技术升级,液化能耗和设备成本还有较大的下降空间。

  加氢站是氢燃料电池产业化、商业化的重要基础设施,主要通过将不同来源的氢气 通过压缩机增压储存在站内的高压罐中,再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气 的燃气站。加氢站的主要设备包括储氢装置、压缩设备、加注设备、站控系统等,其 中压缩机占总成本较高,目前设备制造方向主要是加速氢气压缩机的国产化进程, 从而降低加氢站的建设成本,促进氢能产业链的发展。根据《中国氢能产业发展报告》,目前一座加注能力500kg/d的固定式加氢站投资规 模在大约需要700-1200万元(不含土地成本),相当于传统加油站的3倍,除建设成 本外,设备维护、运营、人工等运营成本也同样较高。保证加氢站的盈亏平衡的前提 下,加氢站的终端售价还需在氢气到站价的基础上增加约14元/kg的运营成本。

  我国现有在站碱性电解水制氢项目的示范项目,由于免去储运环节,氢气的损耗率 降低,长期看具有经济性优势。根据《中国氢能产业发展报告》,当前在站碱性电解 水制氢项目中,原材料占比较大的项目主要为电力成本,由于节省了运输环节成本, 最终制氢成本约24-30元/kg。

  根据《中国氢能产业发展报告》的调查显示,利用当地废弃水电和富余电力进行水 电解制氢,其制氢所需电力成本可低于11元/kg,具有很高的经济性优势。但目前仍 存在阻碍,一是储氢技术尚未成熟,如果能实现利用富余电力集中制氢存储再使用, 则经济性能进一步提升;二是管理体制带来的制氢加氢一体站用地性质不一致、直 购电范畴不明确等问题。现阶段,由于市场用氢需求较小,各地的用氢市场规模、氢源供应、加氢站类型不 一,且制氢、储运、加氢各环节的商业模式还未成形,因此,不同区域、不同模式的 加氢站氢气销售价格差异较大,价格区间在30-80元/kg,且部分加氢站处于盈亏平衡 或亏损状态。(报告来源:未来智库)

  氢燃料电池系统主要由质子交换膜燃料电池电堆及其系统辅件(BOP,Balance Of Plant)组成。氢燃料电池电堆是氢燃料电池系统的核心,BOP维持电堆持续稳定安 全地运行。氢燃料电池系统BOP主要包括空气供应系统、氢气循环系统、水热管理 系统和控制系统等。

  氢燃料电池电堆作为氢燃料电池系统的核心部件,由多个燃料电池单体以串联方式 层叠组合构成。燃料电池膜电极、双极板、集流板、绝缘板、端板、紧固件、密封圈 等组成。在实际应用中电堆的堆栈和其他附件是封装在一个壳体内,形成氢燃料电池电堆模 块。电堆模块一般包含固定模块、巡检模块、电堆堆栈、汇流排、电堆与环境交互模 块。

  根据高工氢电,国内燃料电池电堆技术在过去三年取得了较大进步,无论是石墨板/ 碳复合板电堆还是金属板电堆都有突破性进展。双极板:目前国内石墨板主要采用静压石墨机加工艺制备,该工艺制备的极板最薄 厚度最小可达0.4mm;碳复合板主要采用模压成型工艺或辊压工艺制备,模压工艺 制备的极板最薄处可达0.2mm,并实现双极板厚度≤1.2mm。金属板制备工艺国内 主流采用100um厚不锈钢316L卷材冲压成型而后通过镀层加强耐腐蚀性;金属双极 板厚度普遍可以实现1.0mm,氢璞创能下一代金属双极板厚度可低于0.6mm。多种 材料及成型工艺对比而言,模压成型碳板及冲压成型不锈钢金属板是主流。从寿命 来看,碳板的使用寿命是镀层不锈钢金属板的3~4倍;从功率密度来看,金属板略高 于碳板;从成本来看,目前碳板成本更低,未来金属双极板成本下降潜力较大;从生 产节拍来看,由于冲压比模压节拍更快,金属板可实现生产效率更高。

  膜电极:目前膜电极已基本实现国产化,批量化生产的膜电极五合一、七合一组装 基本还是基于片状组装工艺,三合一的CCM已实现卷对卷狭缝涂布工艺,且产品合 格率较高,仍有部分企业制备的三合一CMM采用喷涂工艺。同时,膜电极在常规的 七合一、五合一组装工艺基础上,也有部分采用注塑工艺,将膜电极与极板一体化 密封或通过注塑工艺直接制备单电池,单电池工艺将是未来发展方向。电堆密封:电堆极板密封技术大多采用点胶、注塑工艺,其中点胶工艺相对比较成 熟,容易实现,且成品率较高,但效率较低。而注塑工艺可在极板或者膜电极上成 型,效率和产品一致性较高,但在极板成型时技术要求较高,极板容易破裂(碳板) 或变形(金属板),需要精调注塑模具及注胶参数。对于密封圈高度要求较薄的应 用,可采用丝网印刷技术,该工艺技术的优势是胶条均匀性好、生产效率高。

  根据头豹研究院,高压气态储氢是最常见的一种储氢技术,通过高压压缩的方式将 气氢储存在大体积、质量重的气瓶中。该储氢方式简便易行、能耗低、成本低、充放 氢速度快,在常温下就可以进行放氢,零下几十度低温环境也能正常工作。目前,高 压气态储氢容器主要分为Ⅰ型纯钢制金属瓶、Ⅱ型钢制内胆纤维缠绕瓶、Ⅲ型铝内 胆纤维缠绕瓶和Ⅳ型铝合金内胆纤维缠绕瓶四类。其中Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶具有重容比 小、单位质量储氢密度高等优点,已广泛应用于氢燃料电池汽车。高压储氢瓶的工 作压力一般为35~70MPa, 国内主要将Ⅲ型瓶用于车载,Ⅳ型瓶处于起步阶段,未 来将可能代替Ⅲ型瓶成为主流。随着技术突破和逐步量产,安全性和成本高的问题 将被逐步解决。

  根据头豹研究院,根据氢气不同的物化特性,可采用车载供氢系统保证其安全性, 车载供氢系统是燃料电池汽车的重要组成部分,功能主要是为燃料电池系统提供稳 定压力的氢气,而其安全措施主要从预防与监控两方面着手,一方面通过安全辅助 装置实施良好的预防,另一方面通过合理的布置各类传感器形成完善的监控,通力 合作维护了车载供氧系统的安全性。从技术设计的角度说,车载供氢系统主要由高压储氢瓶、加注口、单向阀、安全阀、 溢流阀、减压阀、电磁阀、热熔栓、压力和温度传感器以及氢管路等零部件组成。不 仅具备过温保护、低压警报、过压保护、过流保护等功能、还考虑到了碰撞安全氢气 泄露的控制等。较Ⅲ型瓶,Ⅳ型瓶在容积、单位质量储氢密度、爆破压力、压力循环次数和使用寿命 等指标上都有提升,其中最显著的是压力循环次数上的增加,增幅达到193.3%,同 时Ⅳ型储氢瓶的成本要比Ⅲ型瓶的成本低,更具有市场优势,未来Ⅳ型储氢瓶将取 代Ⅲ型瓶。

  储氢瓶的痛点在于成本,储氢瓶成本下降的关键在于碳纤维成本的下降。根据中国 节能协会氢能专业委员会援引DOE数据,目前车载储氢瓶成本在16美元/kwh~21美 元/kwh,而未来目标为8美元/kwh,仍有超过50%的成本下降空间,以我国广泛应用 于氢燃料电池车的35MPa储氢Ⅲ型瓶为例,碳纤维复合材料占生产成本的62.5%, 碳纤维材料价格直接决定了储氢瓶的成本。

  此外,从储氢瓶的供应方面,尽管自主研发和技术引进齐头并进,中国高压储氢瓶 领域仍被国外龙头企业垄断,中国高压储氢瓶处于快速研发中。

  从资源分布上,我国是一个富煤、贫油、少气的国家,在现有的所有制氢技术中,煤 制氢路线最为成熟高效,可大规模稳定制备,是当前成本最低的制氢方式。综合考 虑所有的制氢方式,当前氢燃料汽车能耗成本相对与电动汽车较高,但可能低于油 耗成本。计算过程:

  氢燃料汽车:首先我们计算不同制氢方式下的制氢成本的期望值,62%× 15.5+ 19% × 21+ 18%×16 +1%×46 =16.94元/kg(注:制氢成本取中间值,电解水制氢以网 电为主),假设乘用车一般百公里耗氢量为1kg,考虑到运储氢成本与加氢站运营成 本,以及参考《中国氢能产业发展报告》不同区域、不同模式的加氢站氢气销售价格 差异较大,价格区间在30-80元/kg,由此得出,平均每百公里氢燃料汽车的用氢成本 为30-80元左右。电动汽车:每百公里实际电损耗量:16÷90%÷90%=19.75千瓦时,每百公里耗电成 本为 19.75×0.50=9.88元/百千米。

  从系统端来看,氢燃料汽车动力系统根据亿华通2021年年报披露的结果,发动机系 统营业收入为5.2亿元,销量为543台,计算得到每台发动机系统的平均单价为95.40 万元;电动汽车动力系统根据宁德时代2021年年报披露的结果,动力电池系统的营 业收入为914.91亿元,装机量为133.41GWh,计算得到每GWh的平均单价为6.86亿 元,假设单车带电量70KWh,则一辆电动车的电池成本为4.8万元左右;燃油汽车动 力系统根据东安动力2021年年报披露的营业收入为54.43亿,销量为61.65万台,计 算得到每台发动机系统的平均单价为8828.09元。氢燃料汽车的动力系统成本远高于 燃油系统,这也是导致氢燃料汽车整车价格高昂,普及困难的重要原因之一。

  通过对氢燃料汽车、电动汽车和燃油汽车从碳排放量情况、能源成本情况和动力系 统成本情况进行对比,可以发现 (1)由于我国制氢方式以灰氢和蓝氢为主,氢燃料电池乘用车的碳排放高于纯电动 乘用车,甚至略高于燃油车,氢燃料电池汽车在环保方面处于下风。(2)每百千米的用氢成本当前远高于用电成本,与用油成本不同环境下有所差异, 我们认为随着制氢产业规模化,成本有望进一步下降。(3)氢燃料汽车动力系统的成本超过了百万元,远远高于电动汽车和燃油汽车,整 车成本目前相对高昂。

  主营业务:公司是一家专注于氢燃料电池发动机系统研发及产业化的高新技术企业, 具备自主核心知识产权,并实现了氢燃料电池发动机系统的批量生产。主要产品为 燃料电池动力系统及相关的技术开发和技术服务,目前主要应用于客车、物流车等 商用车型,搭载公司发动机系统的燃料电池客车已先后在北京、张家口、郑州、成 都、淄博等地上线运营。氢能布局:公司生产氢燃料电池发动机系统的主要物料包括电堆及配件、车载高压 储氢瓶、各类管阀件、电子电控器件等,公司已具备国产电堆量产能力。根据北京亿华通科技股份有限公司2021年年度报告,公司完成了两款新一代高功率 燃料电池系统产品G120和G80Pro的研发,进一步提升了系统额定功率,且产品性能更为成熟稳定,同时公司于2021年底发布了额定功率达到240kW的燃料电池系统产 品,该产品采用多项自主集成技术,实现了燃料电池系统气、空、水、热、电等核心 元素的高效协同控制,多项核心参数指标取得了重要突破。

  在产业合作方面,公司通过与国内外优势企业合作,通过强强联合的方式,协同创 新。继2020年与丰田汽车等各方共同出资成立联合燃料电池系统研发(北京)有限 公司后,2021年公司与丰田汽车成立了合营企业华丰燃料电池有限公司,该举措进 一步增进双方的经济合作和技术交流。在产品市场方面,公司秉承“点-线-面”发展战略,重点围绕燃料电池示范城市群及 潜力城市进行开发,搭载公司产品的燃料电池汽车已在北京、张家口、上海、成都、 郑州及淄博等多个城市投入运营,且公司产品应用场景进一步拓展至冷链运输、环 卫及重卡等多场景。根据工信部发布的《道路机动车辆生产企业及产品》,截至2021 年底,全国已上公告的氢燃料电池车型(不含底盘)共499款,其中搭载公司燃料电 池系统的整车公告81款,占比16.23%,位居行业前列。2022年北京冬(残)奥会是有史以来全球最大规模的燃料电池汽车示范应用,超过 700辆搭载公司燃料电池系统的车辆投放在冬(残)奥会中用于交通保障,公司高标 准、高质量完成了冬(残)奥会交通服务保障工作,赛后得到了冬(残)奥组委会的 高度认可。燃料电池汽车在冬(残)奥会上的成功示范应用,进一步推动了燃料电池 汽车商业化和市场化的进程。

  主营业务:集团主要从事制造、分销及销售制冷剂、高分子材料、有机硅及二氯甲 烷、聚氯乙烯及烧碱以及其他。此外,集团亦在中国从事物业开发业务,并成立山东 东岳HFC-23分解项目以分解集团生产过程中产生的若干温室气体,从而减少温室气 体排放量。氢能布局:根据东岳集团有限公司2021年中期报告,东岳集团将围绕氢产业链进行 投资布局,从而进一步拓展业务,为集团未来的可持续发展奠定基础。本集团非全 资附属公司山东东岳未来氢能材料有限公司(“未来氢能”)已向山东省证监局申 报上市辅导,其他上市工作正在稳步推进中。未来氢能公司是目前国内唯一、全球 少有的拥有从中间体-单体-树脂-质子交换膜(氢燃料电池膜、电解制氢膜、液 流储能电池膜)全产业链技术和产业基础的企业,技术、市场门坎高且未来发展潜 力巨大。集团将继续保持未来氢能公司第一大股东的地位。(报告来源:未来智库)

  主营业务:公司主要生产新能源汽车高压“电控”总成中的车载电源系列产品和氢 能与燃料电池专用产品,包括车载充电机、车载DC/DC变换器以及以车载充电机、 车载DC/DC变换器为核心的车载电源集成产品、氢能与燃料电池汽车专用产品DCF等。氢能布局:根据深圳欣锐科技股份有限公司2021年半年度报告,公司目前主要从事 新能源汽车车载电源和氢能与燃料电池专用产品的研发、生产、销售和技术服务。氢能与燃料电池业务的核心产品主要为大功率DC/DC变换器产品,产品可广泛应用 于燃料电池乘用车、客车、专用车(中卡、重卡等)和燃料电池机车等。公司拥有的 氢能及燃料电池专用产品,在新能源汽车领域处于起步期阶段,有一定的技术优势 但同时也面临激烈的市场竞争格局。公司与广州汽车集团股份有限公司、华南理工大学、北京理工大学、中国汽车技术 研究中心有限公司、广汽新能源汽车有限公司合作申报广东省重点领域研发计划 2018-2019年度“新能源汽车”重大科技专项,专题二:氢燃料电池汽车技术,项目 名称为:燃料电池乘用车整车集成及动力系统平台开发。

  主营业务:公司致力于在气温控制领域为客户提供系统解决方案,营造人工环境。主营业务涵盖低温冷冻设备、中央空调设备、节能制热设备、能源化工压缩装备、精 密铸件、氢能装备等产业集群。广泛服务于食品冷链、石化、医药、能源、冰雪体育, 以及大型场馆、轨道交通、核电、数据中心、学校、医院等。氢能布局:根据冰轮环境技术股份有限公司2021年年度报告,公司氢能压缩机业务 取得长足进步。公司联合有关科研院所研制的氢气输送压缩机、燃料电池空气压缩 机、燃料电池氢气循环泵、高压加氢压缩机等氢能装备通过了科学技术成果鉴定, 主要性能指标或产品整体性能达到国际先进水平。公司在氢能装备领域蓄势研发工 作进展顺利。公司参与起草《液氢贮存和运输技术要求》国家标准,该标准于11月1 日实施。公司研制的氢液化领域新型高效氦气螺杆压缩机被国家能源局遴选为第一 批能源领域首台(套)重大技术装备项目。

  主营业务:公司主营业务包括制冰设备、压缩机产品及系统应用、油气服务和氢能 源领域业务。公司的制冰设备业务包括制冰、储冰、送冰设备及系统的研发、生产及 销售。在热能与动力领域,掌握压缩机、机组及系统技术的基础上,为客户提供温度 控制及能量转化的核心产品(压缩机)和系统解决方案。公司的全资子公司佳运油 气自2009年成立以来专注于天然气项目建设、生产运行专业技术服务,为油气企业 在全球范围内的天然气气田提供适用于不同气源、工况的采气、集输、净化等地面 生产装置自动化解决方案。公司长期从事空压机研发制造及燃料电池相关产品的研 发,在氢燃料电池核心零部件(空压机、氢气循环泵)及液氢、加氢设备方面进行技 术积累以及技术布局。目前已有氢燃料电池系统、氢燃料电池空压机、氢气循环泵、 氢气压缩与氢气液化等产品。

  主营业务:公司致力于推动低碳化能源变革,长期专注于为全球客户提供高效单晶 太阳能发电解决方案,主要从事单晶硅棒、硅片、电池和组件的研发、生产和销售, 现已发展成为全球最大的单晶硅片和组件制造企业,此外,公司为光伏集中式地面 电站和分布式屋顶(含BIPV)开发提供产品和系统解决方案,积极布局和培育光伏 制氢业务。氢能布局:根据隆基绿能科技股份有限公司2021年年度报告,公司稳步推进光伏高 效产能的投资、建设,同时依托公司在光伏制造领域的产业和技术优势参股森特股 份,与其在BIPV市场开发、应用领域建立战略合作关系;新设子公司隆基氢能,积 极布局和培育光伏制氢业务。

  主营业务:阳光电源股份有限公司是一家专注于太阳能、风能、储能、电动汽车等新 能源电源设备的研发、生产、销售和服务的国家重点高新技术企业。主要产品有光 伏逆变器、风电变流器、储能系统、制氢系统、新能源汽车驱动系统、水面光伏系 统、智慧能源运维服务等,并致力于提供全球一流的清洁能源全生命周期解决方案。氢能布局:根据阳光电源股份有限公司2021年半年度报告,近几年公司陆续布局了 新能源制氢等新业务,并取得了长足的发展。阳光新能源作为公司旗下的新能源项 目开发投资平台,率先探索多能互补、产业协同的绿色生态开发的新模式,建成多 个行业第一的里程碑示范项目,在工商业光伏、家庭光伏、储能、可再生能源制氢、 综合能源服务等多领域全线突破。此外,阳光新能源还牵头发起我国首个新能源系 统创新技术专业委员会,旨在探索建立新能源发电系统技术创新平台,着眼于度电 成本降低,电站效能提升,促进风光储氢一体化发展、源网荷储高效互动,助力新能 源系统技术全面进步升级。

  主营业务:公司集团为中国顶尖专用燃气装备制造商之一,并且为国内燃气能源业 的集成业务供货商。公司主要从事于能源、化工及流体食品行业的各式运输、储存 及加工设备的设计、开发、制造、工程及销售,并提供有关技术检测保养服务。氢能布局:根据其母公司中集集团21年年报,中集安瑞科产品涵盖了氢能储、运、 加、用等各细分领域,是国内领先的氢能储运装备及工程服务提供商之一。通过与 Hexagon成立合营公司,将成为能提供国产氢能IV瓶的厂商之一。2021年,受益于 国内氢能产业政策的大力支持,国内氢能产业迅速发展,年内氢能储运装备销量录 得稳步增长。依托在清洁能源领域的客户和资源优势,该分部持续推进在氢能全产 业链各细分领域的布局。2021年5月,该分部与鞍钢能源科技有限公司成立合资公司, 启动焦炉气制液化天然气联产氢气项目,切入上游制氢领域。储运方面,该分部为 北京冬奥会及冬残奥会提供了30多台氢气管束式集装箱和10多台50MPa储氢瓶组 等氢能装备,以全系列、多品种的氢能精品装备全力助力北京冬奥会的碳中和承诺。年内,该分部斩获了约人民币1亿元的三型车载供氢系统订单并成功交付了数座加氢 站。与此同时,该分部已与大连化物所、松下电器等达成制氢、用氢等领域的合作。2021年,氢能相关业务录得收入人民币1.75亿元,同比增长37%,主要得益于氢能 行业快速发展,氢能储运装备和加氢站设备及工程业务市场需求增加。

  主营业务:公司主要产品有车用液化天然气(LNG)气瓶、车用压缩天然气(CNG)气瓶、 钢质无缝气瓶、焊接绝热气瓶,碳纤维全缠绕复合气瓶、ISO罐式集装箱、氢燃料电 池用铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶以及低温储罐、LNG加气站设备等。公司凭借对 清洁能源市场的准确把握,通过对车用LNG气瓶、低温贮罐、低温液体运输车、天 然气汽车加气站等多方位的技术整合,可为客户提供LNG/CNG系统解决方案。氢能布局:根据北京京城机电股份有限公司2021年年度报告,公司在氢能应用领域 重点完成了公路客车和公交车用70MPa压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶(三 型瓶)的设计、试制、测试和型式认证,完成70MPa车载三型高压供氢系统的研制, 70MPa三型氢气瓶已批量应用于冬奥会氢能大巴车,助力北京“绿色冬奥”。完成 了国家科技部新能源汽车两项子任务课题——燃料电池公路客车和公交客车用大容 积70MPa车用气瓶研制项目的结题工作。未来,公司将坚持市场导向、自主创新、 引领发展的指导方针,持续提升技术水平,加快四型瓶产业化、批量化进程,抢占氢 能行业发展先机,占据市场龙头地位。

  主营业务:公司专业从事天然气液化和LNG储存、运输及终端应用全产业链装备制造并提供一站式整体技术解决方案。公司主营产品有液化工厂装置、LNG/L-CNG加 气站设备、低温液体运输车、低温液体罐式集装箱、LNG储罐、车(船)用LNG供 气系统、速必达、系列低温阀门;各类石油、化工、天然气方面的塔器、换热器、反 应器等压力容器及LNG船用燃料罐;LNG装卸臂及装车撬等特种能源装备的研发设 计、制造销售;天然气液化和服务相关业务等。氢能布局:根据张家港富瑞特种装备股份有限公司2021年半年度报告,公司积极响 应国家推广新能源应用的政策号召,发挥在LNG领域多年积累的技术和经验,坚持 “创新发展”的理念,瞄准行业发展新趋势、新特点,针对下一代氢燃料电池重卡 开发液氢技术的车用供氢系统及相关装备。2021年,公司在新型球阀、氢阀、HPDI带泵气瓶、液氢气瓶、液氢装卸臂等领域进 行重点研发,增强产品的技术壁垒和市场竞争力。公司全资子公司富瑞深冷利用定 向增发募集资金推动LNG高压直喷供气系统和液氢车载供氢系统的技术研发和产业 化,并积极进行液氢技术的车用供氢系统的技术研发,从而提升产品竞争力、推动 产业升级、巩固公司的领先优势。未来长隆装备子公司还将继续在LNG大口径船用 智能装卸系统关键核心技术(装备)以及高压大臂、液氢鹤管等产品方面进行研发, 力争做国际LNG装卸设备市场的龙头企业。

  厚普股份——加氢设备重要标的,打造氢能产业集群 主营业务:公司主要业务涵盖天然气/氢能加注设备的研发、生产和集成;清洁能源 领域及航空零部件领域核心零部件的研发和生产;天然气和氢能源等相关工程的 EPC;天然气能源贸易;智慧物联网信息化集成监管平台的研发、生产和集成;以 及覆盖整个产业链的专业售后服务。公司在清洁能源领域已经形成了从设计到部件 研发、生产,成套设备集成、站点建设、站点安装调试和售后服务等覆盖整个产业链 的服务能力。

  氢能布局:根据厚普清洁能源股份有限公司2021年年度报告,公司自2013年起就积 极开展氢能相关领域业务,为国内箱式加氢站解决方案服务商。公司一直积极持续 加大对氢能领域投入力度,公司已在氢能方面获得多项专利。2021年是公司具有里 程碑意义的一年,公司在氢能制、储、运、加全产业链的业务布局初见成效。2021 年4月,公司与成都市新都区政府签约“厚普国际氢能产业集群项目”,并有序推进 “氢能装备产业园项目”的落地。此外,公司与四川省特种设备检验研究院等五家 单位联合申报的“国家市场监管技术创新中心(氢储运加注装备)”正式获国家市 场监管总局批准建设,该创新中心是目前全国首家获批筹建的国家级氢储运加注装 备技术创新中心。同时,公司与ALAT合作设立的合资公司已于2019年5月在成都注 册成立,公司将依托法液空在全球氢能市场的先进技术,在国内、国际市场上寻求 更广泛的合作。公司在加氢站领域已形成了从设计到关键部件研发、生产,成套设 备集成、加氢站安装调试和技术服务支持等覆盖整个产业链的综合能力。

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