2024年氫能設(shè)備行業(yè)專題報(bào)告：產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)開(kāi)啟-設(shè)備先行

2024年氫能設(shè)備行業(yè)專題報(bào)告：產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)開(kāi)啟_設(shè)備先行氫能行業(yè)：雙碳背景下，21世紀(jì)的終極能源之一氫能：21世界的終極能源解決方案；清潔、高效、安全、可再生氫不僅是能源，也是能源的載體和基礎(chǔ)原料，可廣泛運(yùn)用于化工，工業(yè)，交運(yùn)，建筑和發(fā)電等領(lǐng)域。相比起其他可再生能源，例如太陽(yáng)能和風(fēng)能，氫能源可以被儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)酶颖憬?，不受時(shí)間和地域的限制，且單位質(zhì)量上，氫能源所儲(chǔ)存的能量更大。氫能在穩(wěn)定性、儲(chǔ)能性、可獲得性、下游應(yīng)用性等具備更大優(yōu)勢(shì)。根據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)，2022年全球氫的需求量在9500萬(wàn)噸，其中我國(guó)是最大的氫生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。氫能行業(yè)：全球政策加碼，未來(lái)碳中和目標(biāo)的終極方向之一目前全球已有30多個(gè)國(guó)家推出氫戰(zhàn)略、制定了氫能發(fā)展路線圖。我國(guó)在2022年3月推出了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，明確了氫能的戰(zhàn)略定位，并提出氫能產(chǎn)業(yè)2030年和2035年發(fā)展目標(biāo)。下游應(yīng)用增長(zhǎng)的潛力在哪？交通領(lǐng)域發(fā)展空間廣闊據(jù)氫能聯(lián)盟，2020年我國(guó)氫能需求量2105萬(wàn)噸，到2050年有望增長(zhǎng)7倍，達(dá)到1.66億噸，2020-2050年CAGR為7%。1）目前：工業(yè)是氫能當(dāng)前的主要應(yīng)用領(lǐng)域，作為化工和鋼鐵等行業(yè)的重要原料，如煉油、氨生產(chǎn)、煉鋼等。2）未來(lái)：交通領(lǐng)域發(fā)展空間廣闊。據(jù)氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè)，2060年60%的氫能用于工業(yè)領(lǐng)域（能源端），31%的氫能用于交通領(lǐng)域（燃料端，商用車、重卡等），氫燃料電池汽車有望與純電動(dòng)汽車形成互補(bǔ)發(fā)展。為什么交通領(lǐng)域是增長(zhǎng)的核心驅(qū)動(dòng)力？氫燃料電池汽車為突破口氫燃料電池車優(yōu)勢(shì)明顯，未來(lái)有望與電動(dòng)車、燃油車形成互補(bǔ)。1）與燃油車相比：燃料電池汽車在環(huán)保、能量轉(zhuǎn)換效率方面具有明顯優(yōu)勢(shì)；2）與純電動(dòng)汽車相比：燃料電池汽車在低溫環(huán)境行駛、續(xù)航里程及加注時(shí)間方面更為突出。指標(biāo)燃料電池汽車純電動(dòng)汽車燃?xì)淙剂想姵仄嚨陌l(fā)展?jié)摿?？從商業(yè)、再到乘用氫燃料電池車發(fā)展路徑：先商后乘。即先在商用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代，通過(guò)規(guī)模化降低燃料電池和制氫成本，帶動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，后續(xù)拓展到乘用車領(lǐng)域。據(jù)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》，預(yù)計(jì)2050年燃料電池車在客車、物流車、重卡、乘用車領(lǐng)域滲透率分別達(dá)40%、10%、75%、12%。其中商業(yè)客車最先推廣，重卡2035年后快速突破，最后向乘用車滲透。為什么商用車最先推廣？具備更好的推廣基礎(chǔ)。1）使用性：燃料電池車具備低溫行駛、續(xù)航里程長(zhǎng)等技術(shù)特點(diǎn)，適合中長(zhǎng)途、中重載運(yùn)輸場(chǎng)景；2）適用性：商用車運(yùn)輸路線固定，方便沿線建設(shè)加氫站，提高加氫站利用率；3）通用性：我國(guó)交運(yùn)體系發(fā)達(dá)，公交車與城市客車保有量較大；氫燃料電池車的市場(chǎng)空間？過(guò)去7年銷量CAGR=29%自2017年以來(lái)，我國(guó)燃料電池汽車銷量和保有量快速增長(zhǎng)。1）銷量：2017-2023年銷量由1275輛增至5843輛，CAGR=29%。其中2020-2021年，燃料電池示范應(yīng)用推廣政策延遲落，銷量有所下滑。2）保有量：2017-2022年保有量由1911輛增至12682輛，CAGR=46%。山東省免征氫能車輛高速公路通行費(fèi)兩年，助力氫能重卡的推廣。3月1日起，山東省將對(duì)行駛省高速公路安裝ETC套裝設(shè)備的氫能車輛暫免收取高速公路通行費(fèi)。政策試行期2年，為全國(guó)范圍首創(chuàng)。未來(lái)隨著氫燃料電池政策加碼、加氫及燃料電池成本下降等因素驅(qū)動(dòng)，期待燃料電池車銷量持續(xù)提升。制氫端：電解水制為大勢(shì)所趨，關(guān)注電解槽相關(guān)機(jī)遇目前的主要制氫方式？化石能源制氫為主流氫氣制備核心包括3大方式：化石能源制氫（目前主流）、工業(yè)副產(chǎn)制氫、電解水制氫（未來(lái)的核心方向）。1）國(guó)內(nèi)：煤制氫是當(dāng)前最主要的制氫工藝，主要原因在于：①我國(guó)煤儲(chǔ)備豐富，煤制氫成本可控；②煤制氫技術(shù)成熟，搭配PSA變壓吸附技術(shù)，制取氫氣純度最高可達(dá)99.999%以上。2）全球：天然氣制氫是最主要的制氫工藝，但在我國(guó)經(jīng)濟(jì)性有限。據(jù)《中國(guó)氫能及燃料電池白皮書(shū)2019》，制氫成本的70%-90%來(lái)自于天然氣原料成本，而我國(guó)天然氣依賴進(jìn)口，更多以煤制氫方式為主。未來(lái)的主要制氫方向？電解水制氫是大勢(shì)所趨行業(yè)趨勢(shì)：為實(shí)現(xiàn)2050年全球零碳目標(biāo)，可再生能源制氫是大方向。通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能等綠能源制氫，實(shí)現(xiàn)無(wú)碳排放。產(chǎn)業(yè)階段：目前電解水制氫成本遠(yuǎn)高于煤/天然氣制氫。當(dāng)前煤制氫成本約為9元/kg，天然氣制氫成本約為15元/kg，而電解水制氫的依據(jù)谷電價(jià)格和工商業(yè)用電的價(jià)格不同，成本約在23-50元/kg不等。電費(fèi)是電解制氫的主要成本、占比達(dá)到85%。通過(guò)敏感性測(cè)算、當(dāng)電價(jià)在0.1-0.65元/KWh區(qū)間時(shí)，電解制氫價(jià)格在13-46元/kg區(qū)間。電解水制氫降本路徑：1）降低電費(fèi)（成本占比85%）：使用可再生能源制氫有望降低電力成本。①隨著光伏、風(fēng)力發(fā)電的不斷發(fā)展，發(fā)電成本有望下降。②光伏/風(fēng)能+電解水可以合理利用棄電，解決可再生能源消納問(wèn)題。2）設(shè)備降本（成本占比8%）：電解槽在制氫系統(tǒng)總成本占比約40%-50%,伴隨技術(shù)突破和規(guī)模化生產(chǎn)，推動(dòng)成本下降。水制氫未來(lái)的技術(shù)方向？當(dāng)前AE是主流，未來(lái)PEM有望并行電解水制氫-技術(shù)路徑分為：堿性水電解（AE）、質(zhì)子交換膜電解（PEM）、固態(tài)氧化物電解（SOEC）。目前堿性電解技術(shù)憑借成熟技術(shù)和低成本占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，但出于PEM電解與可再生能源更適配，未來(lái)AE和PEM電解技術(shù)有望并行。1）堿性電解（AE）：工藝成熟，設(shè)備成本低。但對(duì)電源穩(wěn)定性有要求，能耗高，對(duì)電價(jià)敏感性較高。2）質(zhì)子交換膜電解（PEM）：制取氫氣純度高，符合氫燃料電池車的要求，占地面積小，響應(yīng)速度快，因此更適合動(dòng)態(tài)操作，與風(fēng)電、光電等間歇性發(fā)電特征適配。但關(guān)鍵設(shè)備及材料依賴進(jìn)口，設(shè)備價(jià)格較高，經(jīng)濟(jì)性弱。3）高溫固體氧化物電解（SOEC）：轉(zhuǎn)換效率高，但尚未商業(yè)化。水制氫設(shè)備的核心關(guān)注方向？電解槽為核心、PEM國(guó)產(chǎn)空間大電解槽為電解水制氫的核心部件，在制氫系統(tǒng)總成本中的占比約為40%-50%。1）堿性電解槽：已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。2023年國(guó)內(nèi)/外價(jià)格分別約151萬(wàn)/MW、240萬(wàn)/MW，膜片/電極在成本占比大頭，達(dá)57%。2）PEM電解槽：2023年國(guó)內(nèi)/外價(jià)格分別約890萬(wàn)/MW、800萬(wàn)/MW，其中雙極板在成本占比達(dá)53%，我國(guó)PEM電解制氫國(guó)產(chǎn)化率較低，主要原因在于：①催化劑：國(guó)內(nèi)鉑和銥儲(chǔ)量少，主要依靠海外進(jìn)口。②質(zhì)子交換膜：多為全氟磺酸膜，制備工藝復(fù)雜。氫儲(chǔ)運(yùn)：目前氣態(tài)儲(chǔ)氫為主流，關(guān)注儲(chǔ)氫瓶機(jī)遇氫儲(chǔ)運(yùn)：模式有哪些？氣態(tài)儲(chǔ)氫為主流，液氫儲(chǔ)運(yùn)有望為未來(lái)方向根據(jù)氫氣形態(tài)分：氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)和固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)。1.氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)：目前國(guó)內(nèi)的主流方案。通過(guò)高壓氣瓶來(lái)儲(chǔ)存氫氣。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、成本低、沖放氫速度快。缺點(diǎn)是儲(chǔ)氫密度低、及高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的安全風(fēng)險(xiǎn)。2.液氫儲(chǔ)運(yùn)：長(zhǎng)途儲(chǔ)運(yùn)的更優(yōu)選擇。將氫氣冷卻液化、儲(chǔ)存在低溫絕熱真空容器中，海外液氫運(yùn)輸占比達(dá)到70%。優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氫密度高（液氫的體積密度比氣態(tài)氫高約800倍）、適用于長(zhǎng)距離運(yùn)輸。缺點(diǎn)是成本高昂（需液化氫氣）、技術(shù)難度高等。3.固態(tài)儲(chǔ)氫：將氫跟與金屬或合金相化合形成金屬氫化物，以固體形式儲(chǔ)存。優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、安全性高。缺點(diǎn)是充放氫速率慢、充放效率低、成本高等。氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)：未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)？目前短途運(yùn)輸為主、關(guān)注管道氣發(fā)展方向短途運(yùn)輸：氣態(tài)長(zhǎng)管拖車輸氫是當(dāng)前較為成熟的運(yùn)氫方式。國(guó)內(nèi)目前以20MPa鋼制高壓長(zhǎng)管拖車和瓶組為主、儲(chǔ)氫密度低，未來(lái)有望向30MPa及以上的高壓力等級(jí)升級(jí)，國(guó)際上已有廠商采用45-55MPa的氫氣瓶組進(jìn)行氫氣運(yùn)輸。長(zhǎng)途運(yùn)輸：全國(guó)性跨區(qū)域、長(zhǎng)距離、大規(guī)模集中運(yùn)氫終極目標(biāo)。目前全球已建成約5000km，其中約85%分布在美國(guó)和歐洲，工作壓力在4MPa-8MPa。我國(guó)輸氫管道總長(zhǎng)約400km，分布在環(huán)渤海灣、長(zhǎng)三角、中原等地。我國(guó)輸氫管道較短、設(shè)計(jì)壓力較低，未來(lái)需要發(fā)展高壓的長(zhǎng)輸管道，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模輸氫。液氫儲(chǔ)運(yùn)：未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)？中長(zhǎng)途儲(chǔ)運(yùn)大規(guī)模發(fā)展的重要方向液氫在長(zhǎng)距離、大規(guī)模運(yùn)輸中具有顯著優(yōu)勢(shì)。由于液氫槽車儲(chǔ)運(yùn)量較大，可減少槽車及人員配置，長(zhǎng)距離運(yùn)輸帶來(lái)的成本提升幅度不大。據(jù)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》1）短途運(yùn)輸：在運(yùn)輸距離為200km，氣氫拖車及液氫槽車單臺(tái)單趟運(yùn)輸量分別為280kg、2910kg的前提下，20MPa高壓氣氫拖車成本為9.6元/kg（油費(fèi)及過(guò)路費(fèi)占比44%，人工費(fèi)用占比32%，設(shè)備折舊12%），液氫槽車成本為20.4元/kg（液化及壓縮成本占大頭，占比94%）。液氫槽車運(yùn)輸成本為高壓氣氫拖車的2倍。2）長(zhǎng)途運(yùn)輸：但當(dāng)運(yùn)輸距離達(dá)到757km以上時(shí)，液氫槽車相比高壓氣氫拖車具備更大運(yùn)輸成本優(yōu)勢(shì)。氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)：有哪些核心關(guān)鍵設(shè)備？壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫瓶等高壓氣氫儲(chǔ)瓶：用來(lái)儲(chǔ)存氫氣的容器。目前國(guó)內(nèi)以III型瓶為主（35MPa，內(nèi)膽為鋁合金，外部全向纏繞碳纖維復(fù)合材料）、國(guó)外IV型瓶為主（70MPa，相比III型、內(nèi)膽改為塑料）。IV型瓶壽命更長(zhǎng)、成本更低、自重輕、儲(chǔ)氫量更高，和氫能重卡需求（長(zhǎng)途、重載）有很好的契合，有望成為國(guó)內(nèi)未來(lái)發(fā)展方向。氫氣壓縮機(jī)：實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮和輸送。其中隔膜壓縮機(jī)（占比66%）、液驅(qū)活塞式壓縮機(jī)（占比34%）是目前兩大主流。大壓縮比、大排量是氫氣壓縮機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，液驅(qū)式壓縮機(jī)由于在排量上較隔膜式壓縮機(jī)具有較大優(yōu)勢(shì)、未來(lái)市占率有望提升。氫加注：加氫站加速建設(shè)，關(guān)注壓縮機(jī)環(huán)節(jié)機(jī)遇加氫站：氫燃料電池推廣的必備條件，國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速加氫站主要用于氫燃料汽車氫氣加注，是聯(lián)系產(chǎn)業(yè)鏈上游制氫和下游應(yīng)用的重要樞紐，高密度的加氫站建設(shè)是氫燃料汽車大規(guī)模推廣的必備條件。全球加氫站數(shù)量自2016年至今保持快速增長(zhǎng)。截至2023年底，全球共建成在運(yùn)營(yíng)加氫站921座加氫站，2016-2023年CAGR為19%。其中亞洲占比最高，歐洲與北美地區(qū)加氫站數(shù)量其次。我國(guó)加氫站增速領(lǐng)先全球，截至2023年底，我國(guó)已建成加氫站407座，2016-2023年CAGR為83%，數(shù)量全球第一。加氫站——競(jìng)爭(zhēng)格局：國(guó)富氫能龍頭領(lǐng)先，市場(chǎng)集中度高已建成：2021年國(guó)內(nèi)已建成的加氫站中，前五大設(shè)備集成商市占率合計(jì)將近90%，市場(chǎng)集中度較高。其中，國(guó)富氫能市占率名列第一，市占率28.4%，No.2-No.5企業(yè)分別是液空厚普、舜華新能源、海德利森和上海氫楓，市占率合計(jì)61.3%。新增建設(shè)：2021年國(guó)內(nèi)新增加氫站100座，國(guó)內(nèi)前五大加氫站設(shè)備集成商市占率合計(jì)為82%，市場(chǎng)集中度同比2020年有所下降。國(guó)富氫能以26%的市占率蟬聯(lián)加氫站設(shè)備集成規(guī)模第一，No.2-No.5企業(yè)市占率合計(jì)為56%。企業(yè)類型占比：2023年新建成加氫站的建設(shè)主體以國(guó)企為主（中石化、中石油等），占比近72%，民企占比17%，另有少數(shù)外企，如殼牌及美國(guó)AP等，占比不足4%。技術(shù)趨勢(shì)：國(guó)內(nèi)以35MPa氣態(tài)加氫為主，高壓、液態(tài)具發(fā)展?jié)摿χ袊?guó)已經(jīng)建成加氫站加注壓力以35MPa為主、70MPa為輔。我國(guó)加氫站主要為高壓氣態(tài)加氫站，35MPa加注壓力加氫站占比高達(dá)90%左右。相較于國(guó)外70MPa的高壓氣態(tài)加氫站、液氫加氫站為主的情形，我國(guó)在加氫站加注壓力、能力上還有較大發(fā)展空間。我國(guó)主要采用35MPa加氫站、而非70MPa加氫站的主要原因是：①供給端：70MPa加氫站核心裝備國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的自主供應(yīng)鏈；②需求端：國(guó)內(nèi)燃料電池汽車供氫系統(tǒng)以35MPa為主，對(duì)于35MPa加氫站存在需求，對(duì)于70MPa加氫站的需求尚不明顯；③安全性：國(guó)內(nèi)35MPa加氫站安全性已經(jīng)被驗(yàn)證，但是70MPa加氫站安全性尚待市場(chǎng)驗(yàn)證。核心設(shè)備有哪些？壓縮機(jī)、加注機(jī)、儲(chǔ)氫罐合計(jì)占比成本54%加氫站成套設(shè)備由卸氣操作柱、壓縮機(jī)、順序控制盤(pán)、加氫機(jī)、站控系統(tǒng)等多種設(shè)備組件構(gòu)成。壓縮機(jī)、加注機(jī)、儲(chǔ)氫罐是價(jià)值量最高的3大設(shè)備，成本占比分別為30%、13%、11%。1）壓縮機(jī)：負(fù)責(zé)將氫氣從儲(chǔ)氫罐中抽取出、并壓縮至足夠高的壓力，以便為燃料電池汽車加注。主要包括隔膜式壓縮機(jī)、液驅(qū)式壓縮機(jī)。國(guó)內(nèi)大多數(shù)輸出壓力在30MPa以下，而加氫站所需的高壓力壓縮機(jī)（如45MPa或70MPa）通常需要依賴進(jìn)口。2）加氫機(jī)：給燃料電池車進(jìn)行氫氣加注。相比壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐技術(shù)難度小，國(guó)內(nèi)外已多家可生產(chǎn)70MPa氫氣加注，但重要部件依然主要依賴進(jìn)口，主要為相關(guān)的管道閥門(mén)、流量計(jì)和加氫槍等。3）儲(chǔ)氫罐：用于儲(chǔ)存高壓氫氣。鋼質(zhì)氫瓶和鋼質(zhì)壓力容器技術(shù)較為成熟，成本較低。70MPa碳纖維纏繞Ⅳ型瓶是未來(lái)方向。核心設(shè)備—壓縮機(jī)：隔膜、液驅(qū)式為主，以海外進(jìn)口為主技術(shù)方式：主要包括隔膜壓縮機(jī)、和液驅(qū)活塞壓縮機(jī)1）隔膜式壓縮機(jī)：輸出壓力極限可超過(guò)100MPa，密封性能較好，是加氫站氫氣壓縮系統(tǒng)的最佳選擇，但隔膜壓縮機(jī)需采用極薄的金屬液壓驅(qū)動(dòng)膜片將壓縮氣體與液油完全分離，壓縮結(jié)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)較為復(fù)雜，技術(shù)難度高于常規(guī)壓縮機(jī)。2）液驅(qū)式壓縮機(jī)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、可適應(yīng)頻繁啟停、后期綜合成本較低?！?jìng)爭(zhēng)格局：2021年中國(guó)加氫站壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化率28%，國(guó)產(chǎn)化率具提升空間1）液驅(qū)式壓縮機(jī)：主要品牌為德國(guó)MAXIMATOR、HOFER，國(guó)產(chǎn)品牌康銳普斯成長(zhǎng)較快。2）隔膜式壓縮機(jī)：主要品牌為美國(guó)PDC、英國(guó)HOWDEN、德國(guó)HOFER等，國(guó)內(nèi)自主品牌主要有北京天高、中鼎恒盛等。燃料電池：受益燃料電池車應(yīng)用，催生銷量提升燃料電池系統(tǒng)：由空氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)及電堆組成結(jié)構(gòu)組成：燃料電池系統(tǒng)由空氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)及電堆組成。其中電堆由端板、雙極板和膜電極組成。膜電極由陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、陽(yáng)極催化層、質(zhì)子交換膜、陰極催化層、陰極氣體擴(kuò)散層和邊框?qū)咏M成。工作原理：燃料電池系統(tǒng)使用供氫系統(tǒng)提供的氫氣以及空氣系統(tǒng)提供的氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，膜電極是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的反應(yīng)場(chǎng)所，通常由陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、陽(yáng)極催化層