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一、碳中和政策背景下,氫成為確定性發(fā)展方向
(一)能源行業(yè)加快轉型步伐,氫能不可或缺
氫能是一種來(lái)源廣泛、清潔無(wú)碳、靈活高效、應用場(chǎng)景豐富的二次能源:
獲取維度:氫能是指以氫及其同位素為主體的反應中或氫狀態(tài)變化過(guò)程中釋放的能 量,從化學(xué)反應角度來(lái)看,主要通過(guò)氫氧燃燒反應、電化學(xué)反應以及熱核反應三種 形式獲得。(1)氫氧燃燒反應,獲取的氫能以熱能形式體現:利用氫的高發(fā)熱值(≈ 1.4×105KJ/kg,是汽油發(fā)熱值的3倍),采用預混合燃燒的方式使提前混合好的氫氣 和氧氣在燃燒區反應,反應放出的熱量可以用于在內燃機中推動(dòng)活塞做功產(chǎn)生動(dòng)力。實(shí)際應用方式為燃氫內燃機,以傳統燃油內燃機作為主要替代對象。(2)電化學(xué)反 應,獲取的氫能以電能形式體現:陽(yáng)極處,陽(yáng)極催化劑作用使氫分子解離為2個(gè)氫離 子并釋放出2個(gè)電子,然后在陰極處,氫離子和電子與通過(guò)管道或導氣板到達陰極的 氧氣在陰極催化劑作用下反應生成水,整個(gè)化學(xué)反應過(guò)程中產(chǎn)生的電子在外電路中 形成的直流電即為向外電路負載輸出的電能。實(shí)際應用方式為氫燃料電池,以傳統 鋰電池作為主要替代對象。(3)熱核反應,獲取的氫能以核能體現:氫的同位素氘、 氚從熱運動(dòng)中獲得動(dòng)能從而引起聚變反應,生成穩定He和中子的同時(shí)瞬間產(chǎn)生大量 熱能。實(shí)際應用方式為核電站,以核反應產(chǎn)生的熱能驅動(dòng)蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機并連接至 發(fā)電機發(fā)電。
注:針對氫氧燃燒反應無(wú)法完全消除NOx的生成(純氧制備難度大,空氣中會(huì )混有氮 氣),有害氣體排放較難避免的問(wèn)題,目前對傳統燃燒方式進(jìn)行了升級,采用化學(xué)鏈 技術(shù),利用氫氣的高還原性與金屬氧化物反應釋放熱能。
能量維度:氫氣的發(fā)熱量為1.4×105KJ/kg,是煤炭的5~6倍,汽油、天然氣的3~4倍, 意味著(zhù)消耗相同質(zhì)量的各種燃料,氫氣能夠提供的能量最大,在燃料實(shí)現輕量化方 面具有重要意義。
環(huán)保維度:獲得氫能的三個(gè)反應中,氫氧燃燒反應和電化學(xué)反應的產(chǎn)物均為水,整 個(gè)過(guò)程無(wú)碳排放,無(wú)其他產(chǎn)物,而水又是氫的主要來(lái)源,由此形成一個(gè)可循環(huán)的閉 環(huán)系統,全程無(wú)浪費,零污染。應用維度:氫能的應用網(wǎng)絡(luò )涉及交通運輸、建筑、儲能、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。由于熱核 反應中反應物氘、氚在氫同位素中的相對豐度低于2%,因此獲取氫能的方式以氫氧 燃燒反應、電化學(xué)反應為主,主要以熱能和電能體現,其中氫燃料電池以及工業(yè)領(lǐng) 域的氫能煉鋼是氫能應用落地的主流方向之一。
高熱值、強安全性以及供給穩定保證氫氣成為化石燃料的理想替代。根據貴州省能源局,熱值上,氫氣的發(fā)熱量為1.4×105KJ/kg,是煤炭的5~6倍,汽油、天然氣的3~4 倍;安全性上,氫氣雖然可燃,但是燃點(diǎn)超過(guò)500℃,且易擴散、爆炸下限較高,因 此具有安全性?xún)?yōu)勢;供給上,氫氣的主要來(lái)源是水,地球上的水儲量為2×10 18t,儲 備充足,并且在獲取氫能的反應中可再生。因此,氫氣可以成為石油、煤和天然氣等 化石燃料的理想替代,隨著(zhù)氫氣在能源供給上的技術(shù)逐漸成熟,將推動(dòng)能源結構轉 型,實(shí)現可再生燃料能源供應占比提升,進(jìn)一步保障能源安全。
(二)全球多國將氫能列為國家戰略規劃,前景可期
截至目前,多國政府都已出臺氫能及燃料電池發(fā)展戰略路線(xiàn)圖,日本、德國等國家 更是將氫能規劃上升至國家能源戰略高度。美國、德國等發(fā)達國家都已認識到氫能 在未來(lái)能源系統乃至社會(huì )系統中的地位和作用。
1. 美國
美國作為第一個(gè)發(fā)布了氫能戰略的國家,很早就完成了氫能的頂層設計。根據中國 科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所文章,《美國氫能經(jīng)濟路線(xiàn)圖——減排及驅動(dòng)氫 能在全美實(shí)現增長(cháng)》,預計23年-25年為氫能源早期規?;A段,到2025年,全美各 種應用的氫總需求量將達到1300萬(wàn)噸,道路上行駛共計15萬(wàn)輛輕、中、重型FCEV, 同時(shí)還有12.5萬(wàn)輛FCEV物料搬運工具。到2030年底,全美各種應用的氫總需求量將突破1700萬(wàn)噸,售出的FCEV將達到120萬(wàn)輛,在物料搬運中有30萬(wàn)輛FCEV搬運工 具。同時(shí),全美有4300個(gè)加氫站投入運營(yíng)。根據中國能源新聞網(wǎng),截至2021年6月, 美國已有17兆瓦的電解制氫項目在運營(yíng),輸氫管道容量為1.4吉瓦(300兆瓦在建或 已承諾資金投入),另外還有120兆瓦正在早期開(kāi)發(fā)階段,將于2030年上線(xiàn)運行。
2. 歐洲
歐洲非常重視氣候變化和溫室氣體減排,因此歐洲對氫能的發(fā)展布局也是圍繞降低 溫室氣體排放。在交通領(lǐng)域,歐洲也在積極布局加氫站的建設,推動(dòng)氫燃料電池車(chē) 的發(fā)展。根據前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,歐洲加氫站數量截至2020年累計共189座左右,其中 德國加氫站數量最多,達到90座,其次為法國,擁有37座。根據前瞻產(chǎn)業(yè)研究院, 《歐洲氫能路線(xiàn)圖:歐洲能源轉型的可持續發(fā)展路徑》中提出的規劃,到2030年, 氫能源將得到較為廣泛的應用,氫氣將會(huì )取代7%的天然氣;規劃指出,2030年,歐 洲氫能產(chǎn)值預計達到1300億歐元,到2050年,歐洲氫能產(chǎn)值將突破8000億歐元。
3. 日本
日本將氫能作為國家能源戰略?xún)?,因此在技術(shù)和應用方面都給予了非常高的重視。日本氫能重點(diǎn)布局在燃料電池車(chē),目前其燃料電池汽車(chē)動(dòng)力性能、續航里程已達到 傳統燃油車(chē)水平。日本在研發(fā)氫燃料電池車(chē)的同時(shí)也在積極推進(jìn)加氫站的建設,日 本新一代汽車(chē)振興中心數據顯示,截至2020年12月,日本建成加氫站162座,在運 營(yíng)的137座,已覆蓋除東北地區以外的大部分地區。根據中國科學(xué)院青島生物能源與 過(guò)程研究所,2017年12月26日,日本公布的“基本氫能戰略”預期到2030年實(shí)現建 成加氫站900座,燃料電池汽車(chē)達到80萬(wàn)輛。日本不僅在氫燃料電池車(chē)方面有明確的 規劃和布局,在燃料電池供能方面也有非常明確的規劃和目標。根據中國科學(xué)院青 島生物能源與過(guò)程研究所,日本也在積極開(kāi)發(fā)氫能發(fā)電項目,目前雖然處于研發(fā)階 段,但其目標是到2030年實(shí)現發(fā)電成本17日元/(kW·h),日本規劃到2030年將有 10%的家庭用戶(hù)使用燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)功能。
4. 中國
當前我國氫能產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展,近年來(lái)中央及地方支持政策密集出臺,進(jìn)一步促進(jìn) 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2019年3月,氫能源首次寫(xiě)入政府工作報告,明確將推動(dòng)加氫等設施 建設;2020年6月,國家能源局發(fā)布《2020能源工作指導意見(jiàn)》,將推進(jìn)能源關(guān)鍵技 術(shù)設備公館,推動(dòng)儲能、氫能技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展;2021年3月,《中華人民共和國 國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》發(fā)布,氫能成為前 瞻謀劃的六個(gè)未來(lái)產(chǎn)業(yè)之一。全國已有28個(gè)以上省市級地區推出支持氫能發(fā)展的政 策。以北京、上海、廣東等地為代表的一批省市推出鼓勵氫能發(fā)展政策。2021年2月,上 海市印發(fā)《加快新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施計劃(2021-2025年)》提出到2025年建成 投入使用加氫站超過(guò)70座,燃料電池汽車(chē)保有量突破1萬(wàn)輛。2021年8月,北京經(jīng)信 局發(fā)布《北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案(2021-2025年)》提出,2023年前建成37 座加氫站,推廣燃料電池汽車(chē)3000輛。2025年建成74座加氫站,燃料電池汽車(chē)推廣 輛突破1萬(wàn)輛。
二、氫能應用前景廣闊,未來(lái)開(kāi)發(fā)潛力較大
(一)氫燃料電池應用前景廣闊,發(fā)展潛力較大
氫能的應用場(chǎng)景較為豐富。上游氫氣制取的方式包括化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)提純 制氫、電解水制氫等,氫氣運輸的方式包括道路車(chē)輛、鐵路、船舶、管道運輸等,加 氫站是氫能大規模應用的關(guān)鍵性基礎設施,氫能的終端應用領(lǐng)域包括交通、工業(yè)、 電力、建筑等。
燃料電池通過(guò)電化學(xué)反應將氫氣的化學(xué)能直接轉化為電能,清潔無(wú)污染,能量轉化 效率高,是氫能源的最佳利用方式。其中燃料電池汽車(chē)是重要應用方向之一,氫燃 料電池比能量遠遠超過(guò)普通電池,并且沒(méi)有工作溫度限制(電池工作溫度范圍一般 在-20℃-60℃)。在道路交通領(lǐng)域,目前鋰電已經(jīng)可以滿(mǎn)足乘用車(chē)對于續航的基本要 求,但是長(cháng)途商用車(chē)難以應用基于鋰電池的純電方案,而氫燃料電池在續航里程、 加注時(shí)間、低溫適應性上具有一定優(yōu)勢,有望成為長(cháng)途商用車(chē)電動(dòng)化的必要選項。
在制氫領(lǐng)域,綠氫制氫規模預計將快速增長(cháng)。根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022》, 2021年,全球已有約70個(gè)在建的綠氫項目,規模達到GW級別的項目為22個(gè),其中 歐洲占一半,全球已在規劃中的GW級綠氫項目產(chǎn)能達到144.1GW。過(guò)去5年電解槽 成本下降了40%,2021年全球電解槽廠(chǎng)商交付產(chǎn)品規模達到458MW,預計22年出貨 量有望達到1.8-2.5GW。
從用氫端來(lái)看,當前氫燃料電池車(chē)規模較小,未來(lái)發(fā)展潛力較大。隨著(zhù)各國對碳中 和目標的推進(jìn),以及多國支持氫能源發(fā)展政策的實(shí)施,氫燃料電池汽車(chē)的發(fā)展環(huán)境 有望得到改善,發(fā)展速度將加快。根據ofweek,2021年,全球主要國家共銷(xiāo)售氫燃料電池汽車(chē)16313臺,同比增長(cháng)68%。其中,受強勢補貼政策驅動(dòng),韓國延續了去年的增長(cháng)勢頭,全年共售出8498臺氫車(chē), 約占全球總銷(xiāo)量的一半。中國全年氫車(chē)銷(xiāo)量為1586臺,同比增長(cháng)35%。美國全年氫車(chē)銷(xiāo)量為3341臺,較去年 激增2.5倍,主要原因是2020年疫情導致銷(xiāo)量基數過(guò)低;日本全年共售出氫車(chē)2464臺, 同比增長(cháng)67%,主要受益于2020年底新一代豐田Mirai的上市。德國共售出氫車(chē)424臺,同比增長(cháng)38%。
根據香橙會(huì )研究院,截至2021年底,全球氫燃料電池汽車(chē)保有量為49562臺,同比 增長(cháng)49%。按國別來(lái)看,韓國氫車(chē)保有量占比39%,美國為25%,中國和日本則分別 占比18%和15%。受韓國較為激進(jìn)的推廣措施影響,氫車(chē)保有量的集中度較去年有 所提升。
日韓在氫燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域暫時(shí)領(lǐng)先。根據頭豹研究院,豐田Mirai和現代NEXO占 據市場(chǎng)絕對主導地位。日本豐田的氫燃料電池汽車(chē)研發(fā)起步較早;韓國現代NEXO為 后起之秀,2018年開(kāi)始上市銷(xiāo)售,2019年的銷(xiāo)量超過(guò)Mirai。根據香橙會(huì )研究院,從保有量來(lái)看,截至2021年底,現代在全球累計投放量達22337 臺,占全球總量的45%,其中本土市場(chǎng)占比高達86%;豐田在全球累計投放17933臺, 占全球總量的36%,海外市場(chǎng)占比63%。由于豐田Mirai早在2014年便率先打入美國加州市場(chǎng),而現代NEXO則在2018年才上 市,且恰逢韓國一系列氫能和氫車(chē)支持政策出臺,因此Mirai在海外的累計投放量較多,而NEXO則一直以韓國本土為主。(報告來(lái)源:未來(lái)智庫)
(二)國內氫能產(chǎn)業(yè)亦處早期,產(chǎn)業(yè)亟待發(fā)展
我國已具備一定氫能工業(yè)基礎,全國氫氣產(chǎn)能超過(guò)2000萬(wàn)t/a,但生產(chǎn) 主要依賴(lài)化石能源,消費主要作為工業(yè)原料,清潔能源制氫和氫能的能源化利用規 模較小。國內由煤、天然氣、石油等化石燃料生產(chǎn)的氫氣占了將近70%,工業(yè)副產(chǎn)氣 體制得的氫氣約占30%,電解水制氫占不到1%。
目前,氫燃料電池汽車(chē)在中國市場(chǎng)剛剛起步,技術(shù)和市場(chǎng)仍不成熟,根據香橙會(huì )研 究院,2016-2021年,中國氫燃料電池汽車(chē)保有量逐年上升,受到疫情影響,2020年 銷(xiāo)量有所下滑。截至2021年底,我國氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)量1777輛,銷(xiāo)量1586輛,保 有量8938輛,我國氫燃料電池汽車(chē)正在逐漸被市場(chǎng)認可接納,氫燃料汽車(chē)進(jìn)入商業(yè) 化初期。當前我國將研發(fā)和推廣重點(diǎn)放在商用車(chē)上。2021年,我國燃料電池汽車(chē)銷(xiāo)量中,基 本全為商用車(chē),乘用車(chē)占比僅為0.58%。其中,客車(chē)銷(xiāo)量占比達56.88%,貨車(chē)銷(xiāo)量 占比為42.54%。
氫能基礎設施方面,根據前瞻產(chǎn)業(yè)研究院,2016年至2019年,中國建成加氫站數量 翻倍增長(cháng),2020年在國家“以獎代補”政策出臺較晚的情況下,仍然建成57座加氫 站,較2019年增加27座,超額完成《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書(shū)(2016)》 和《節能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖2.0》中的“到2020年,加氫站數量達到100座” 的目標。根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022》,2021年新增加氫站數量大幅增長(cháng),實(shí)現新增 100座,氫能配套基礎設施建設提速。國內加氫站主要分布在北京、山東、湖北、上海等燃料電池產(chǎn)業(yè)相對發(fā)達的地區。
三、從制氫至加氫,國內產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完備
(一)制氫:綠氫成為重要方向
根據國際氫能委員會(huì )(Hydrogen Council)預測,到2050年,氫能將創(chuàng )造3000萬(wàn)個(gè) 工作崗位,減少60億噸CO2排放,創(chuàng )造2.5萬(wàn)億美元產(chǎn)值,在全球能源中所占比重有 望達到18%。根據《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)(2019)》和《中國氫能源 及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)(2020)》,2018年,中國氫氣產(chǎn)量約2100萬(wàn)噸,如按照能 源管理,換算熱值占終端能源總量的份額為2.7%;在2030年碳達峰情境下,我國氫 氣的年需求量將達到3500萬(wàn)噸,在終端能源體系中占比約為5%;在2060年碳中和情 境下,我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右,在終端能源體系中占比達到20%。
根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》,在中國,氫能的生產(chǎn)利用已經(jīng)非常廣泛,不過(guò)主要 是把氫作為工業(yè)原料而非能源使用。中國是世界第一產(chǎn)氫大國,2019年全國氫氣產(chǎn) 量約2000萬(wàn)噸,中國發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)具有較好的基礎。中國在合成氨、合成甲醇、煉 焦、煉油、氯堿、輕烴利用等傳統石油化工行業(yè)中具有較為成熟的經(jīng)驗。
從各制取氫路徑的特點(diǎn)來(lái)看,傳統制氫工業(yè)中以煤、天然氣等化石能源為原料,制 氫過(guò)程產(chǎn)生CO2排放,制得氫氣中普遍含有硫、磷等危害燃料電池的雜志,對提純及 碳捕獲有著(zhù)較高的要求。焦爐煤氣、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)提純制氫,能夠避免尾氣 中的氫氣浪費,實(shí)現氫氣的高效利用,但從長(cháng)遠看無(wú)法作為大規模集中化氫能供應 來(lái)源;電解水制氫純度等級高,雜質(zhì)氣體少,易與可再生能源結合,被認為是未來(lái)最 有發(fā)展潛力的綠色氫能供應方式。
1. 煤制氫
從供應潛力看,中國當前煤化工行業(yè)發(fā)展較為成熟,煤制氫產(chǎn)量大且產(chǎn)能分布廣, 可以基于當前的煤氣化爐裝置生產(chǎn)氫氣,并利用變壓吸附(PSA)技術(shù)將其提純到 燃料電池用氫要求。煤制氫產(chǎn)能適應性強,可以根據當地氫氣消耗量的不同,設置 氫氣提純規模并調節產(chǎn)能,在車(chē)用氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期對企業(yè)整體運營(yíng)影響較小。傳 統煤制氫采用固定床、流化床、氣流床等工藝,合成氣中CO2、CO等體積分數高達 45-70%,碳排放較高,不滿(mǎn)足低碳化制氫路徑,且含有硫化物等腐蝕性氣體。近年 來(lái),新型煤氣化制氫技術(shù)也在不斷發(fā)展,超臨界水煤氣化技術(shù)利用超臨界水(溫度 ≥374℃、壓力≥22.1MPa)作為均相反應媒介,具有傳統煤氣化技術(shù)無(wú)法比擬的氣 化效率高、氫氣組分高、污染少等優(yōu)點(diǎn),但目前尚未產(chǎn)業(yè)化。
2. 天然氣制氫
天然氣制氫技術(shù)以天然氣為主要原料成本,由于中國天然氣資源供給有限且含硫量 較高,預處理工藝復雜,導致國內天然氣制氫的經(jīng)濟性遠低于國外。
3. 工業(yè)副產(chǎn)氫
工業(yè)副產(chǎn)氫是指在生產(chǎn)化工產(chǎn)品的同時(shí)得到的氫氣,主要有焦爐煤氣、氯堿化工(11.040, 0.25, 2.32%)、 輕烴利用(丙烷脫氫、乙烷裂解)、合成氨合成甲醇等工業(yè)的副產(chǎn)氫。中國工業(yè)副產(chǎn) 氫大多數已有下游應用,也存在部分放空。當前工業(yè)副產(chǎn)氫基本為各企業(yè)自產(chǎn)自用, 較難統計,實(shí)際可利用情況還需與企業(yè)相互協(xié)調與平衡。
根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》,由于副產(chǎn)氫主要作為化工過(guò)程的副產(chǎn)品或放空氣, 可作為近期低成本的分布式氫能供應源。工業(yè)副產(chǎn)氫的供應潛力與成本能根據生產(chǎn) 企業(yè)的下游產(chǎn)品結構與氫氣的經(jīng)濟附加值調整。
4. 電解水制氫
當前電解水制氫工藝主要有堿性電解,質(zhì)子交換膜(PEM)電解、固體氧化物(SOEC)電解技術(shù)。其中堿性電解水制氫與質(zhì)子交換膜電解制氫技術(shù)相對較為成熟,SOEC電 解技術(shù)的電耗低于堿性和PEM電解技術(shù),但尚未廣泛商業(yè)化,國內僅在實(shí)驗室規模 上完成驗證示范。由于SOEC電解水制氫需要高溫環(huán)境,其較為適合產(chǎn)生高溫、高壓 蒸汽的光熱發(fā)電等系統。根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022》,可再生能源電價(jià)是綠氫成本的重要組成部分, 占比約60-70%,目前可再生能源在全球范圍內逐步實(shí)現發(fā)電平價(jià),未來(lái)發(fā)展潛力巨 大,發(fā)電成本的不斷降低使得帶凝結水制氫逐步具備市場(chǎng)競爭力。此外,隨著(zhù)可再 生能源發(fā)電占比的提升,電力系統季節性調峰壓力不斷加大,接近于零成本的棄風(fēng) 棄光量將成為未來(lái)電解水制氫的重要電源。
根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》,從供應潛力看,2019年中國全年棄風(fēng)電量169億千 瓦時(shí)、棄光電量46億千瓦時(shí)、棄水電量約300億千瓦時(shí),三者合計總棄電量達到515 億千瓦時(shí),理論上可制氫92萬(wàn)噸。
考慮減排效益,結合可再生能源的電解水制氫才符合綠色氫能的發(fā)展路徑。如果考 慮當前中國電力的平均碳強度,電解水制氫的綜合碳排放是化石能源制氫過(guò)程碳排 放的2-3倍;隨著(zhù)可再生能源平價(jià)上網(wǎng),中國電力平均碳排放強度將持續下降。
(二)氫儲運:探尋大規模運輸技術(shù)路線(xiàn)
與傳統石油燃料易運輸、可規模存儲的特點(diǎn)不同,國內氫的儲運技術(shù)在能效性、安 全性上尚未完全解決。目前普遍采用的高壓氣氫儲運方式存在儲氫密度低、壓縮能 耗高的缺點(diǎn),而且由儲氫罐安全設計冗余帶來(lái)的材料成本較高。根據氫的物理特性與儲存行為特點(diǎn),可將各類(lèi)儲氫方式分為:壓縮氣態(tài)儲氫、低溫 液態(tài)儲氫、液氨/甲醇儲氫、吸附儲氫(氫化物/液體有機氫載體(LOHC))等。壓 縮氣態(tài)儲氫,以其技術(shù)難度低、初始投資成本低、壓配當前氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展等特征優(yōu) 勢,在國內外廣泛應用。低溫液態(tài)儲氫在國外應用較多,國內的應用基本僅限于航 空領(lǐng)域,民用領(lǐng)域尚未得到規模推廣。液氨/甲醇儲氫、氫化物吸附儲氫、LOHC儲 氫等技術(shù)目前國內產(chǎn)業(yè)化極少,基本處于小規模實(shí)驗階段。
根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》,氫的運輸方式包括道路車(chē)輛、鐵路、輪船、管道運 輸四種。道路運輸方面,氣氫拖車(chē)是目前應用最為廣泛的一種氫運輸方式,國內長(cháng) 管拖車(chē)儲氫罐壓力均在20MPa;液氫槽車(chē)的單車(chē)運氫能力是氣氫拖車(chē)的10倍以上, 運輸效率提高,綜合成本降低,在國外應用比較廣泛,國內目前僅用于航天及軍工 領(lǐng)域。氫的鐵路運輸應用較少,且一般與液氨儲氫技術(shù)結合?,F階段,中國普遍采用20MPa氣態(tài)高壓儲氫與集束管車(chē)運輸的方式。在加氫站日需 求量500kg以下的情況下,氣氫拖車(chē)運輸節省了液化成本與管道建設前期投資成本, 在一定儲運距離以?xún)冉?jīng)濟性較高。當用氫規模擴大、運輸距離增長(cháng)后,提高氣氫運 輸壓力或采用液氫槽車(chē)、輸氫管道等運輸方案才能滿(mǎn)足高效經(jīng)濟的要求。
采用液氫槽車(chē)儲運在長(cháng)距離大規模運輸上有很強的競爭力。根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā) 展報告》,在現有技術(shù)條件下,采用液氮預冷循環(huán),液氫生產(chǎn)能耗約為17-20kWh/kg, 則電價(jià)0.5元/kWh時(shí),液化過(guò)程的總成本約為18.5-20元/kg。此外,根據法液空數據, 當有外部冷源(如有LNG輔助時(shí)),其生產(chǎn)單耗會(huì )下降30%以上,因此有條件的LNG 終端配備液氫生產(chǎn)裝置的經(jīng)濟可行性提高。從液化到運輸全過(guò)程成本分析,由于液 氫槽車(chē)儲運量較大,可減少槽車(chē)及人員的配置,盡管長(cháng)距離運輸也會(huì )帶來(lái)成本的提 高,但提高的幅度并不大。因此,液氫在長(cháng)距離、大規模的運輸中,相較于20MPa 高壓氣氫拖車(chē)儲運有著(zhù)顯著(zhù)的成本優(yōu)勢?,F有技術(shù)條件下,液化過(guò)程的能耗和固定 投資較大,液化過(guò)程的成本占到整個(gè)液氫儲運環(huán)節的90%以上。未來(lái),由于液化設 備的規模效應和技術(shù)升級,液化能耗和設備成本還有較大的下降空間。
(三)加氫站:產(chǎn)業(yè)鏈重要基礎設施
加氫站是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的重要基礎設施,主要通過(guò)將不同來(lái)源的氫氣 通過(guò)壓縮機增壓儲存在站內的高壓罐中,再通過(guò)加氣機為氫燃料電池汽車(chē)加注氫氣 的燃氣站。加氫站的主要設備包括儲氫裝置、壓縮設備、加注設備、站控系統等,其 中壓縮機占總成本較高,目前設備制造方向主要是加速氫氣壓縮機的國產(chǎn)化進(jìn)程, 從而降低加氫站的建設成本,促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》,目前一座加注能力500kg/d的固定式加氫站投資規 模在大約需要700-1200萬(wàn)元(不含土地成本),相當于傳統加油站的3倍,除建設成 本外,設備維護、運營(yíng)、人工等運營(yíng)成本也同樣較高。保證加氫站的盈虧平衡的前提 下,加氫站的終端售價(jià)還需在氫氣到站價(jià)的基礎上增加約14元/kg的運營(yíng)成本。
我國現有在站堿性電解水制氫項目的示范項目,由于免去儲運環(huán)節,氫氣的損耗率 降低,長(cháng)期看具有經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢。根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》,當前在站堿性電解 水制氫項目中,原材料占比較大的項目主要為電力成本,由于節省了運輸環(huán)節成本, 最終制氫成本約24-30元/kg。
根據《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》的調查顯示,利用當地廢棄水電和富余電力進(jìn)行水 電解制氫,其制氫所需電力成本可低于11元/kg,具有很高的經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢。但目前仍 存在阻礙,一是儲氫技術(shù)尚未成熟,如果能實(shí)現利用富余電力集中制氫存儲再使用, 則經(jīng)濟性能進(jìn)一步提升;二是管理體制帶來(lái)的制氫加氫一體站用地性質(zhì)不一致、直 購電范疇不明確等問(wèn)題?,F階段,由于市場(chǎng)用氫需求較小,各地的用氫市場(chǎng)規模、氫源供應、加氫站類(lèi)型不 一,且制氫、儲運、加氫各環(huán)節的商業(yè)模式還未成形,因此,不同區域、不同模式的 加氫站氫氣銷(xiāo)售價(jià)格差異較大,價(jià)格區間在30-80元/kg,且部分加氫站處于盈虧平衡 或虧損狀態(tài)。(報告來(lái)源:未來(lái)智庫)
四、氫燃料電池系統不斷進(jìn)步,滲透有望加速
(一)氫燃料電池系統的構成與工作原理
氫燃料電池系統主要由質(zhì)子交換膜燃料電池電堆及其系統輔件(BOP,Balance Of Plant)組成。氫燃料電池電堆是氫燃料電池系統的核心,BOP維持電堆持續穩定安 全地運行。氫燃料電池系統BOP主要包括空氣供應系統、氫氣循環(huán)系統、水熱管理 系統和控制系統等。
氫燃料電池電堆作為氫燃料電池系統的核心部件,由多個(gè)燃料電池單體以串聯(lián)方式 層疊組合構成。燃料電池膜電極、雙極板、集流板、絕緣板、端板、緊固件、密封圈 等組成。在實(shí)際應用中電堆的堆棧和其他附件是封裝在一個(gè)殼體內,形成氫燃料電池電堆模 塊。電堆模塊一般包含固定模塊、巡檢模塊、電堆堆棧、匯流排、電堆與環(huán)境交互模 塊。
根據高工氫電,國內燃料電池電堆技術(shù)在過(guò)去三年取得了較大進(jìn)步,無(wú)論是石墨板/ 碳復合板電堆還是金屬板電堆都有突破性進(jìn)展。雙極板:目前國內石墨板主要采用靜壓石墨機加工藝制備,該工藝制備的極板最薄 厚度最小可達0.4mm;碳復合板主要采用模壓成型工藝或輥壓工藝制備,模壓工藝 制備的極板最薄處可達0.2mm,并實(shí)現雙極板厚度≤1.2mm。金屬板制備工藝國內 主流采用100um厚不銹鋼316L卷材沖壓成型而后通過(guò)鍍層加強耐腐蝕性;金屬雙極 板厚度普遍可以實(shí)現1.0mm,氫璞創(chuàng )能下一代金屬雙極板厚度可低于0.6mm。多種 材料及成型工藝對比而言,模壓成型碳板及沖壓成型不銹鋼金屬板是主流。從壽命 來(lái)看,碳板的使用壽命是鍍層不銹鋼金屬板的3~4倍;從功率密度來(lái)看,金屬板略高 于碳板;從成本來(lái)看,目前碳板成本更低,未來(lái)金屬雙極板成本下降潛力較大;從生 產(chǎn)節拍來(lái)看,由于沖壓比模壓節拍更快,金屬板可實(shí)現生產(chǎn)效率更高。
膜電極:目前膜電極已基本實(shí)現國產(chǎn)化,批量化生產(chǎn)的膜電極五合一、七合一組裝 基本還是基于片狀組裝工藝,三合一的CCM已實(shí)現卷對卷狹縫涂布工藝,且產(chǎn)品合 格率較高,仍有部分企業(yè)制備的三合一CMM采用噴涂工藝。同時(shí),膜電極在常規的 七合一、五合一組裝工藝基礎上,也有部分采用注塑工藝,將膜電極與極板一體化 密封或通過(guò)注塑工藝直接制備單電池,單電池工藝將是未來(lái)發(fā)展方向。電堆密封:電堆極板密封技術(shù)大多采用點(diǎn)膠、注塑工藝,其中點(diǎn)膠工藝相對比較成 熟,容易實(shí)現,且成品率較高,但效率較低。而注塑工藝可在極板或者膜電極上成 型,效率和產(chǎn)品一致性較高,但在極板成型時(shí)技術(shù)要求較高,極板容易破裂(碳板) 或變形(金屬板),需要精調注塑模具及注膠參數。對于密封圈高度要求較薄的應 用,可采用絲網(wǎng)印刷技術(shù),該工藝技術(shù)的優(yōu)勢是膠條均勻性好、生產(chǎn)效率高。
(二)車(chē)載儲氫瓶高壓化,技術(shù)不斷突破
根據頭豹研究院,高壓氣態(tài)儲氫是最常見(jiàn)的一種儲氫技術(shù),通過(guò)高壓壓縮的方式將 氣氫儲存在大體積、質(zhì)量重的氣瓶中。該儲氫方式簡(jiǎn)便易行、能耗低、成本低、充放 氫速度快,在常溫下就可以進(jìn)行放氫,零下幾十度低溫環(huán)境也能正常工作。目前,高 壓氣態(tài)儲氫容器主要分為Ⅰ型純鋼制金屬瓶、Ⅱ型鋼制內膽纖維纏繞瓶、Ⅲ型鋁內 膽纖維纏繞瓶和Ⅳ型鋁合金內膽纖維纏繞瓶四類(lèi)。其中Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶具有重容比 小、單位質(zhì)量?jì)涿芏雀叩葍?yōu)點(diǎn),已廣泛應用于氫燃料電池汽車(chē)。高壓儲氫瓶的工 作壓力一般為35~70MPa, 國內主要將Ⅲ型瓶用于車(chē)載,Ⅳ型瓶處于起步階段,未 來(lái)將可能代替Ⅲ型瓶成為主流。隨著(zhù)技術(shù)突破和逐步量產(chǎn),安全性和成本高的問(wèn)題 將被逐步解決。
根據頭豹研究院,根據氫氣不同的物化特性,可采用車(chē)載供氫系統保證其安全性, 車(chē)載供氫系統是燃料電池汽車(chē)的重要組成部分,功能主要是為燃料電池系統提供穩 定壓力的氫氣,而其安全措施主要從預防與監控兩方面著(zhù)手,一方面通過(guò)安全輔助 裝置實(shí)施良好的預防,另一方面通過(guò)合理的布置各類(lèi)傳感器形成完善的監控,通力 合作維護了車(chē)載供氧系統的安全性。從技術(shù)設計的角度說(shuō),車(chē)載供氫系統主要由高壓儲氫瓶、加注口、單向閥、安全閥、 溢流閥、減壓閥、電磁閥、熱熔栓、壓力和溫度傳感器以及氫管路等零部件組成。不 僅具備過(guò)溫保護、低壓警報、過(guò)壓保護、過(guò)流保護等功能、還考慮到了碰撞安全氫氣 泄露的控制等。較Ⅲ型瓶,Ⅳ型瓶在容積、單位質(zhì)量?jì)涿芏?、爆破壓力、壓力循環(huán)次數和使用壽命 等指標上都有提升,其中最顯著(zhù)的是壓力循環(huán)次數上的增加,增幅達到193.3%,同 時(shí)Ⅳ型儲氫瓶的成本要比Ⅲ型瓶的成本低,更具有市場(chǎng)優(yōu)勢,未來(lái)Ⅳ型儲氫瓶將取 代Ⅲ型瓶。
國外乘用車(chē)已經(jīng)開(kāi)始使用質(zhì)量更輕、成本更低、質(zhì)量?jì)涿芏雀叩蘑粜推?,而?國Ⅳ型瓶還在研發(fā)階段,鋁內膽纖維纏繞Ⅲ型瓶在國內市場(chǎng)占據主流,已開(kāi)發(fā)出 35MPa和70MPa兩種容器,其中70MPaⅢ型瓶在乘用車(chē)樣車(chē)上應用。
得益于政策指引保駕護航,中國燃料汽車(chē)的發(fā)展和高壓儲氫瓶性能的不斷提升,根 據頭豹研究院,預計未來(lái)國內高壓儲氫瓶需求量將保持高速增長(cháng),由2021年的5036 臺增長(cháng)至2025年的40685臺,市場(chǎng)規模由2021年的2.23億元人民幣增長(cháng)至2025年的 32.9億元人民幣。
儲氫瓶的痛點(diǎn)在于成本,儲氫瓶成本下降的關(guān)鍵在于碳纖維成本的下降。根據中國 節能協(xié)會(huì )氫能專(zhuān)業(yè)委員會(huì )援引DOE數據,目前車(chē)載儲氫瓶成本在16美元/kwh~21美 元/kwh,而未來(lái)目標為8美元/kwh,仍有超過(guò)50%的成本下降空間,以我國廣泛應用 于氫燃料電池車(chē)的35MPa儲氫Ⅲ型瓶為例,碳纖維復合材料占生產(chǎn)成本的62.5%, 碳纖維材料價(jià)格直接決定了儲氫瓶的成本。
此外,從儲氫瓶的供應方面,盡管自主研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)齊頭并進(jìn),中國高壓儲氫瓶 領(lǐng)域仍被國外龍頭企業(yè)壟斷,中國高壓儲氫瓶處于快速研發(fā)中。
(三)對比各類(lèi)車(chē)型,氫燃料電池車(chē)有望在未來(lái)建立競爭力
從資源分布上,我國是一個(gè)富煤、貧油、少氣的國家,在現有的所有制氫技術(shù)中,煤 制氫路線(xiàn)最為成熟高效,可大規模穩定制備,是當前成本最低的制氫方式。綜合考 慮所有的制氫方式,當前氫燃料汽車(chē)能耗成本相對與電動(dòng)汽車(chē)較高,但可能低于油 耗成本。計算過(guò)程:
氫燃料汽車(chē):首先我們計算不同制氫方式下的制氫成本的期望值,62%× 15.5+ 19% × 21+ 18%×16 +1%×46 =16.94元/kg(注:制氫成本取中間值,電解水制氫以網(wǎng) 電為主),假設乘用車(chē)一般百公里耗氫量為1kg,考慮到運儲氫成本與加氫站運營(yíng)成 本,以及參考《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》不同區域、不同模式的加氫站氫氣銷(xiāo)售價(jià)格 差異較大,價(jià)格區間在30-80元/kg,由此得出,平均每百公里氫燃料汽車(chē)的用氫成本 為30-80元左右。電動(dòng)汽車(chē):每百公里實(shí)際電損耗量:16÷90%÷90%=19.75千瓦時(shí),每百公里耗電成 本為 19.75×0.50=9.88元/百千米。
從系統端來(lái)看,氫燃料汽車(chē)動(dòng)力系統根據億華通(108.330, -0.46, -0.42%)2021年年報披露的結果,發(fā)動(dòng)機系 統營(yíng)業(yè)收入為5.2億元,銷(xiāo)量為543臺,計算得到每臺發(fā)動(dòng)機系統的平均單價(jià)為95.40 萬(wàn)元;電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統根據寧德時(shí)代(502.310, -1.69, -0.34%)2021年年報披露的結果,動(dòng)力電池系統的營(yíng) 業(yè)收入為914.91億元,裝機量為133.41GWh,計算得到每GWh的平均單價(jià)為6.86億 元,假設單車(chē)帶電量70KWh,則一輛電動(dòng)車(chē)的電池成本為4.8萬(wàn)元左右;燃油汽車(chē)動(dòng) 力系統根據東安動(dòng)力(7.040, -0.02, -0.28%)2021年年報披露的營(yíng)業(yè)收入為54.43億,銷(xiāo)量為61.65萬(wàn)臺,計 算得到每臺發(fā)動(dòng)機系統的平均單價(jià)為8828.09元。氫燃料汽車(chē)的動(dòng)力系統成本遠高于 燃油系統,這也是導致氫燃料汽車(chē)整車(chē)價(jià)格高昂,普及困難的重要原因之一。
通過(guò)對氫燃料汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)從碳排放量情況、能源成本情況和動(dòng)力系 統成本情況進(jìn)行對比,可以發(fā)現 (1)由于我國制氫方式以灰氫和藍氫為主,氫燃料電池乘用車(chē)的碳排放高于純電動(dòng) 乘用車(chē),甚至略高于燃油車(chē),氫燃料電池汽車(chē)在環(huán)保方面處于下風(fēng)。(2)每百千米的用氫成本當前遠高于用電成本,與用油成本不同環(huán)境下有所差異, 我們認為隨著(zhù)制氫產(chǎn)業(yè)規?;?,成本有望進(jìn)一步下降。(3)氫燃料汽車(chē)動(dòng)力系統的成本超過(guò)了百萬(wàn)元,遠遠高于電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē),整 車(chē)成本目前相對高昂。
五、相關(guān)公司主營(yíng)業(yè)務(wù)及氫能布局
(一)氫燃料電池系統及電堆——億華通、東岳集團
1. 億華通——氫燃料電池系統領(lǐng)先企業(yè)
主營(yíng)業(yè)務(wù):公司是一家專(zhuān)注于氫燃料電池發(fā)動(dòng)機系統研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高新技術(shù)企業(yè), 具備自主核心知識產(chǎn)權,并實(shí)現了氫燃料電池發(fā)動(dòng)機系統的批量生產(chǎn)。主要產(chǎn)品為 燃料電池動(dòng)力系統及相關(guān)的技術(shù)開(kāi)發(fā)和技術(shù)服務(wù),目前主要應用于客車(chē)、物流車(chē)等 商用車(chē)型,搭載公司發(fā)動(dòng)機系統的燃料電池客車(chē)已先后在北京、張家口、鄭州、成 都、淄博等地上線(xiàn)運營(yíng)。氫能布局:公司生產(chǎn)氫燃料電池發(fā)動(dòng)機系統的主要物料包括電堆及配件、車(chē)載高壓 儲氫瓶、各類(lèi)管閥件、電子電控器件等,公司已具備國產(chǎn)電堆量產(chǎn)能力。根據北京億華通科技股份有限公司2021年年度報告,公司完成了兩款新一代高功率 燃料電池系統產(chǎn)品G120和G80Pro的研發(fā),進(jìn)一步提升了系統額定功率,且產(chǎn)品性能更為成熟穩定,同時(shí)公司于2021年底發(fā)布了額定功率達到240kW的燃料電池系統產(chǎn) 品,該產(chǎn)品采用多項自主集成技術(shù),實(shí)現了燃料電池系統氣、空、水、熱、電等核心 元素的高效協(xié)同控制,多項核心參數指標取得了重要突破。
在產(chǎn)業(yè)合作方面,公司通過(guò)與國內外優(yōu)勢企業(yè)合作,通過(guò)強強聯(lián)合的方式,協(xié)同創(chuàng ) 新。繼2020年與豐田汽車(chē)等各方共同出資成立聯(lián)合燃料電池系統研發(fā)(北京)有限 公司后,2021年公司與豐田汽車(chē)成立了合營(yíng)企業(yè)華豐燃料電池有限公司,該舉措進(jìn) 一步增進(jìn)雙方的經(jīng)濟合作和技術(shù)交流。在產(chǎn)品市場(chǎng)方面,公司秉承“點(diǎn)-線(xiàn)-面”發(fā)展戰略,重點(diǎn)圍繞燃料電池示范城市群及 潛力城市進(jìn)行開(kāi)發(fā),搭載公司產(chǎn)品的燃料電池汽車(chē)已在北京、張家口、上海、成都、 鄭州及淄博等多個(gè)城市投入運營(yíng),且公司產(chǎn)品應用場(chǎng)景進(jìn)一步拓展至冷鏈運輸、環(huán) 衛及重卡等多場(chǎng)景。根據工信部發(fā)布的《道路機動(dòng)車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品》,截至2021 年底,全國已上公告的氫燃料電池車(chē)型(不含底盤(pán))共499款,其中搭載公司燃料電 池系統的整車(chē)公告81款,占比16.23%,位居行業(yè)前列。2022年北京冬(殘)奧會(huì )是有史以來(lái)全球最大規模的燃料電池汽車(chē)示范應用,超過(guò) 700輛搭載公司燃料電池系統的車(chē)輛投放在冬(殘)奧會(huì )中用于交通保障,公司高標 準、高質(zhì)量完成了冬(殘)奧會(huì )交通服務(wù)保障工作,賽后得到了冬(殘)奧組委會(huì )的 高度認可。燃料電池汽車(chē)在冬(殘)奧會(huì )上的成功示范應用,進(jìn)一步推動(dòng)了燃料電池 汽車(chē)商業(yè)化和市場(chǎng)化的進(jìn)程。
2. 東岳集團——具備質(zhì)子交換膜全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)
主營(yíng)業(yè)務(wù):集團主要從事制造、分銷(xiāo)及銷(xiāo)售制冷劑、高分子材料、有機硅及二氯甲 烷、聚氯乙烯及燒堿以及其他。此外,集團亦在中國從事物業(yè)開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù),并成立山東 東岳HFC-23分解項目以分解集團生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的若干溫室氣體,從而減少溫室氣 體排放量。氫能布局:根據東岳集團有限公司2021年中期報告,東岳集團將圍繞氫產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行 投資布局,從而進(jìn)一步拓展業(yè)務(wù),為集團未來(lái)的可持續發(fā)展奠定基礎。本集團非全 資附屬公司山東東岳未來(lái)氫能材料有限公司(“未來(lái)氫能”)已向山東省證監局申 報上市輔導,其他上市工作正在穩步推進(jìn)中。未來(lái)氫能公司是目前國內唯一、全球 少有的擁有從中間體-單體-樹(shù)脂-質(zhì)子交換膜(氫燃料電池膜、電解制氫膜、液 流儲能電池膜)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎的企業(yè),技術(shù)、市場(chǎng)門(mén)坎高且未來(lái)發(fā)展潛 力巨大。集團將繼續保持未來(lái)氫能公司第一大股東的地位。(報告來(lái)源:未來(lái)智庫)
(二)氫燃料系統配套輔件——欣銳科技(49.190, 0.19, 0.39%)、冰輪環(huán)境(10.230, 0.05, 0.49%)、雪人股份(11.140, 0.09, 0.81%)
1. 欣銳科技——氫燃料電池DC/DC產(chǎn)品領(lǐng)先企業(yè)
主營(yíng)業(yè)務(wù):公司主要生產(chǎn)新能源汽車(chē)高壓“電控”總成中的車(chē)載電源系列產(chǎn)品和氫 能與燃料電池專(zhuān)用產(chǎn)品,包括車(chē)載充電機、車(chē)載DC/DC變換器以及以車(chē)載充電機、 車(chē)載DC/DC變換器為核心的車(chē)載電源集成產(chǎn)品、氫能與燃料電池汽車(chē)專(zhuān)用產(chǎn)品DCF等。氫能布局:根據深圳欣銳科技股份有限公司2021年半年度報告,公司目前主要從事 新能源汽車(chē)車(chē)載電源和氫能與燃料電池專(zhuān)用產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和技術(shù)服務(wù)。氫能與燃料電池業(yè)務(wù)的核心產(chǎn)品主要為大功率DC/DC變換器產(chǎn)品,產(chǎn)品可廣泛應用 于燃料電池乘用車(chē)、客車(chē)、專(zhuān)用車(chē)(中卡、重卡等)和燃料電池機車(chē)等。公司擁有的 氫能及燃料電池專(zhuān)用產(chǎn)品,在新能源汽車(chē)領(lǐng)域處于起步期階段,有一定的技術(shù)優(yōu)勢 但同時(shí)也面臨激烈的市場(chǎng)競爭格局。公司與廣州汽車(chē)集團股份有限公司、華南理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、中國汽車(chē)技術(shù) 研究中心有限公司、廣汽新能源汽車(chē)有限公司合作申報廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃 2018-2019年度“新能源汽車(chē)”重大科技專(zhuān)項,專(zhuān)題二:氫燃料電池汽車(chē)技術(shù),項目 名稱(chēng)為:燃料電池乘用車(chē)整車(chē)集成及動(dòng)力系統平臺開(kāi)發(fā)。
2. 冰輪環(huán)境——空氣壓縮機領(lǐng)先企業(yè)
主營(yíng)業(yè)務(wù):公司致力于在氣溫控制領(lǐng)域為客戶(hù)提供系統解決方案,營(yíng)造人工環(huán)境。主營(yíng)業(yè)務(wù)涵蓋低溫冷凍設備、中央空調設備、節能制熱設備、能源化工壓縮裝備、精 密鑄件、氫能裝備等產(chǎn)業(yè)集群。廣泛服務(wù)于食品冷鏈、石化、醫藥、能源、冰雪體育, 以及大型場(chǎng)館、軌道交通、核電、數據中心、學(xué)校、醫院等。氫能布局:根據冰輪環(huán)境技術(shù)股份有限公司2021年年度報告,公司氫能壓縮機業(yè)務(wù) 取得長(cháng)足進(jìn)步。公司聯(lián)合有關(guān)科研院所研制的氫氣輸送壓縮機、燃料電池空氣壓縮 機、燃料電池氫氣循環(huán)泵、高壓加氫壓縮機等氫能裝備通過(guò)了科學(xué)技術(shù)成果鑒定, 主要性能指標或產(chǎn)品整體性能達到國際先進(jìn)水平。公司在氫能裝備領(lǐng)域蓄勢研發(fā)工 作進(jìn)展順利。公司參與起草《液氫貯存和運輸技術(shù)要求》國家標準,該標準于11月1 日實(shí)施。公司研制的氫液化領(lǐng)域新型高效氦氣螺桿壓縮機被國家能源局遴選為第一 批能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備項目。
3. 雪人股份——以氫能源為核心布局產(chǎn)業(yè)
主營(yíng)業(yè)務(wù):公司主營(yíng)業(yè)務(wù)包括制冰設備、壓縮機產(chǎn)品及系統應用、油氣服務(wù)和氫能 源領(lǐng)域業(yè)務(wù)。公司的制冰設備業(yè)務(wù)包括制冰、儲冰、送冰設備及系統的研發(fā)、生產(chǎn)及 銷(xiāo)售。在熱能與動(dòng)力領(lǐng)域,掌握壓縮機、機組及系統技術(shù)的基礎上,為客戶(hù)提供溫度 控制及能量轉化的核心產(chǎn)品(壓縮機)和系統解決方案。公司的全資子公司佳運油 氣自2009年成立以來(lái)專(zhuān)注于天然氣項目建設、生產(chǎn)運行專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù),為油氣企業(yè) 在全球范圍內的天然氣氣田提供適用于不同氣源、工況的采氣、集輸、凈化等地面 生產(chǎn)裝置自動(dòng)化解決方案。公司長(cháng)期從事空壓機研發(fā)制造及燃料電池相關(guān)產(chǎn)品的研 發(fā),在氫燃料電池核心零部件(空壓機、氫氣循環(huán)泵)及液氫、加氫設備方面進(jìn)行技 術(shù)積累以及技術(shù)布局。目前已有氫燃料電池系統、氫燃料電池空壓機、氫氣循環(huán)泵、 氫氣壓縮與氫氣液化等產(chǎn)品。
(三)上游制氫——隆基綠能(56.280, -0.58, -1.02%)、陽(yáng)光電源(116.320, -3.88, -3.23%)
1. 隆基綠能——進(jìn)軍綠氫,積極培育光伏制氫
主營(yíng)業(yè)務(wù):公司致力于推動(dòng)低碳化能源變革,長(cháng)期專(zhuān)注于為全球客戶(hù)提供高效單晶 太陽(yáng)能(8.160, 0.05, 0.62%)發(fā)電解決方案,主要從事單晶硅棒、硅片、電池和組件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售, 現已發(fā)展成為全球最大的單晶硅片和組件制造企業(yè),此外,公司為光伏集中式地面 電站和分布式屋頂(含BIPV)開(kāi)發(fā)提供產(chǎn)品和系統解決方案,積極布局和培育光伏 制氫業(yè)務(wù)。氫能布局:根據隆基綠能科技股份有限公司2021年年度報告,公司穩步推進(jìn)光伏高 效產(chǎn)能的投資、建設,同時(shí)依托公司在光伏制造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢參股森特股 份,與其在BIPV市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、應用領(lǐng)域建立戰略合作關(guān)系;新設子公司隆基氫能,積 極布局和培育光伏制氫業(yè)務(wù)。
2. 陽(yáng)光電源——促進(jìn)風(fēng)光儲氫一體化發(fā)展
主營(yíng)業(yè)務(wù):陽(yáng)光電源股份有限公司是一家專(zhuān)注于太陽(yáng)能、風(fēng)能、儲能、電動(dòng)汽車(chē)等新 能源電源設備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和服務(wù)的國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。主要產(chǎn)品有光 伏逆變器、風(fēng)電變流器、儲能系統、制氫系統、新能源汽車(chē)驅動(dòng)系統、水面光伏系 統、智慧能源運維服務(wù)等,并致力于提供全球一流的清潔能源全生命周期解決方案。氫能布局:根據陽(yáng)光電源股份有限公司2021年半年度報告,近幾年公司陸續布局了 新能源制氫等新業(yè)務(wù),并取得了長(cháng)足的發(fā)展。陽(yáng)光新能源作為公司旗下的新能源項 目開(kāi)發(fā)投資平臺,率先探索多能互補、產(chǎn)業(yè)協(xié)同的綠色生態(tài)開(kāi)發(fā)的新模式,建成多 個(gè)行業(yè)第一的里程碑示范項目,在工商業(yè)光伏、家庭光伏、儲能、可再生能源制氫、 綜合能源服務(wù)等多領(lǐng)域全線(xiàn)突破。此外,陽(yáng)光新能源還牽頭發(fā)起我國首個(gè)新能源系 統創(chuàng )新技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì ),旨在探索建立新能源(8.640, 0.79, 10.06%)發(fā)電系統技術(shù)創(chuàng )新平臺,著(zhù)眼于度電 成本降低,電站效能提升,促進(jìn)風(fēng)光儲氫一體化發(fā)展、源網(wǎng)荷儲高效互動(dòng),助力新能 源系統技術(shù)全面進(jìn)步升級。
(四)中游運儲——中集安瑞科、京城股份(17.770, 0.17, 0.97%)、富瑞特裝(6.550, 0.11, 1.71%)
1. 中集安瑞科——氫能儲運龍頭,產(chǎn)業(yè)鏈全面布局
主營(yíng)業(yè)務(wù):公司集團為中國頂尖專(zhuān)用燃氣裝備制造商之一,并且為國內燃氣能源業(yè) 的集成業(yè)務(wù)供貨商。公司主要從事于能源、化工及流體食品行業(yè)的各式運輸、儲存 及加工設備的設計、開(kāi)發(fā)、制造、工程及銷(xiāo)售,并提供有關(guān)技術(shù)檢測保養服務(wù)。氫能布局:根據其母公司中集集團(12.760, 0.04, 0.31%)21年年報,中集安瑞科產(chǎn)品涵蓋了氫能儲、運、 加、用等各細分領(lǐng)域,是國內領(lǐng)先的氫能儲運裝備及工程服務(wù)提供商之一。通過(guò)與 Hexagon成立合營(yíng)公司,將成為能提供國產(chǎn)氫能IV瓶的廠(chǎng)商之一。2021年,受益于 國內氫能產(chǎn)業(yè)政策的大力支持,國內氫能產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,年內氫能儲運裝備銷(xiāo)量錄 得穩步增長(cháng)。依托在清潔能源領(lǐng)域的客戶(hù)和資源優(yōu)勢,該分部持續推進(jìn)在氫能全產(chǎn) 業(yè)鏈各細分領(lǐng)域的布局。2021年5月,該分部與鞍鋼能源科技有限公司成立合資公司, 啟動(dòng)焦爐氣制液化天然氣聯(lián)產(chǎn)氫氣項目,切入上游制氫領(lǐng)域。儲運方面,該分部為 北京冬奧會(huì )及冬殘奧會(huì )提供了30多臺氫氣管束式集裝箱和10多臺50MPa儲氫瓶組 等氫能裝備,以全系列、多品種的氫能精品裝備全力助力北京冬奧會(huì )的碳中和承諾。年內,該分部斬獲了約人民幣1億元的三型車(chē)載供氫系統訂單并成功交付了數座加氫 站。與此同時(shí),該分部已與大連化物所、松下電器等達成制氫、用氫等領(lǐng)域的合作。2021年,氫能相關(guān)業(yè)務(wù)錄得收入人民幣1.75億元,同比增長(cháng)37%,主要得益于氫能 行業(yè)快速發(fā)展,氫能儲運裝備和加氫站設備及工程業(yè)務(wù)市場(chǎng)需求增加。
2. 京城股份——車(chē)載三型瓶實(shí)現批量化應用
主營(yíng)業(yè)務(wù):公司主要產(chǎn)品有車(chē)用液化天然氣(LNG)氣瓶、車(chē)用壓縮天然氣(CNG)氣瓶、 鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶、焊接絕熱氣瓶,碳纖維全纏繞復合氣瓶、ISO罐式集裝箱、氫燃料電 池用鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶以及低溫儲罐、LNG加氣站設備等。公司憑借對 清潔能源市場(chǎng)的準確把握,通過(guò)對車(chē)用LNG氣瓶、低溫貯罐、低溫液體運輸車(chē)、天 然氣汽車(chē)加氣站等多方位的技術(shù)整合,可為客戶(hù)提供LNG/CNG系統解決方案。氫能布局:根據北京京城機電股份有限公司2021年年度報告,公司在氫能應用領(lǐng)域 重點(diǎn)完成了公路客車(chē)和公交車(chē)用70MPa壓縮氫氣鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶(三 型瓶)的設計、試制、測試和型式認證,完成70MPa車(chē)載三型高壓供氫系統的研制, 70MPa三型氫氣瓶已批量應用于冬奧會(huì )氫能大巴車(chē),助力北京“綠色冬奧”。完成 了國家科技部新能源汽車(chē)兩項子任務(wù)課題——燃料電池公路客車(chē)和公交客車(chē)用大容 積70MPa車(chē)用氣瓶研制項目的結題工作。未來(lái),公司將堅持市場(chǎng)導向、自主創(chuàng )新、 引領(lǐng)發(fā)展的指導方針,持續提升技術(shù)水平,加快四型瓶產(chǎn)業(yè)化、批量化進(jìn)程,搶占氫 能行業(yè)發(fā)展先機,占據市場(chǎng)龍頭地位。
3. 富瑞特裝——積極研發(fā)布局液氫裝備產(chǎn)品
主營(yíng)業(yè)務(wù):公司專(zhuān)業(yè)從事天然氣液化和LNG儲存、運輸及終端應用全產(chǎn)業(yè)鏈裝備制造并提供一站式整體技術(shù)解決方案。公司主營(yíng)產(chǎn)品有液化工廠(chǎng)裝置、LNG/L-CNG加 氣站設備、低溫液體運輸車(chē)、低溫液體罐式集裝箱、LNG儲罐、車(chē)(船)用LNG供 氣系統、速必達、系列低溫閥門(mén);各類(lèi)石油、化工、天然氣方面的塔器、換熱器、反 應器等壓力容器及LNG船用燃料罐;LNG裝卸臂及裝車(chē)撬等特種能源裝備的研發(fā)設 計、制造銷(xiāo)售;天然氣液化和服務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)等。氫能布局:根據張家港富瑞特種裝備股份有限公司2021年半年度報告,公司積極響 應國家推廣新能源應用的政策號召,發(fā)揮在LNG領(lǐng)域多年積累的技術(shù)和經(jīng)驗,堅持 “創(chuàng )新發(fā)展”的理念,瞄準行業(yè)發(fā)展新趨勢、新特點(diǎn),針對下一代氫燃料電池重卡 開(kāi)發(fā)液氫技術(shù)的車(chē)用供氫系統及相關(guān)裝備。2021年,公司在新型球閥、氫閥、HPDI帶泵氣瓶、液氫氣瓶、液氫裝卸臂等領(lǐng)域進(jìn) 行重點(diǎn)研發(fā),增強產(chǎn)品的技術(shù)壁壘和市場(chǎng)競爭力。公司全資子公司富瑞深冷利用定 向增發(fā)募集資金推動(dòng)LNG高壓直噴供氣系統和液氫車(chē)載供氫系統的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè) 化,并積極進(jìn)行液氫技術(shù)的車(chē)用供氫系統的技術(shù)研發(fā),從而提升產(chǎn)品競爭力、推動(dòng) 產(chǎn)業(yè)升級、鞏固公司的領(lǐng)先優(yōu)勢。未來(lái)長(cháng)隆裝備子公司還將繼續在LNG大口徑船用 智能裝卸系統關(guān)鍵核心技術(shù)(裝備)以及高壓大臂、液氫鶴管等產(chǎn)品方面進(jìn)行研發(fā), 力爭做國際LNG裝卸設備市場(chǎng)的龍頭企業(yè)。
(五)下游加氫——厚普股份(16.360, 0.27, 1.68%)
厚普股份——加氫設備重要標的,打造氫能產(chǎn)業(yè)集群 主營(yíng)業(yè)務(wù):公司主要業(yè)務(wù)涵蓋天然氣/氫能加注設備的研發(fā)、生產(chǎn)和集成;清潔能源 領(lǐng)域及航空零部件領(lǐng)域核心零部件的研發(fā)和生產(chǎn);天然氣和氫能源等相關(guān)工程的 EPC;天然氣能源貿易;智慧物聯(lián)網(wǎng)信息化集成監管平臺的研發(fā)、生產(chǎn)和集成;以 及覆蓋整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的專(zhuān)業(yè)售后服務(wù)。公司在清潔能源領(lǐng)域已經(jīng)形成了從設計到部件 研發(fā)、生產(chǎn),成套設備集成、站點(diǎn)建設、站點(diǎn)安裝調試和售后服務(wù)等覆蓋整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈 的服務(wù)能力。
氫能布局:根據厚普清潔能源股份有限公司2021年年度報告,公司自2013年起就積 極開(kāi)展氫能相關(guān)領(lǐng)域業(yè)務(wù),為國內箱式加氫站解決方案服務(wù)商。公司一直積極持續 加大對氫能領(lǐng)域投入力度,公司已在氫能方面獲得多項專(zhuān)利。2021年是公司具有里 程碑意義的一年,公司在氫能制、儲、運、加全產(chǎn)業(yè)鏈的業(yè)務(wù)布局初見(jiàn)成效。2021 年4月,公司與成都市新都區政府簽約“厚普國際氫能產(chǎn)業(yè)集群項目”,并有序推進(jìn) “氫能裝備產(chǎn)業(yè)園項目”的落地。此外,公司與四川省特種設備檢驗研究院等五家 單位聯(lián)合申報的“國家市場(chǎng)監管技術(shù)創(chuàng )新中心(氫儲運加注裝備)”正式獲國家市 場(chǎng)監管總局批準建設,該創(chuàng )新中心是目前全國首家獲批籌建的國家級氫儲運加注裝 備技術(shù)創(chuàng )新中心。同時(shí),公司與ALAT合作設立的合資公司已于2019年5月在成都注 冊成立,公司將依托法液空在全球氫能市場(chǎng)的先進(jìn)技術(shù),在國內、國際市場(chǎng)上尋求 更廣泛的合作。公司在加氫站領(lǐng)域已形成了從設計到關(guān)鍵部件研發(fā)、生產(chǎn),成套設 備集成、加氫站安裝調試和技術(shù)服務(wù)支持等覆蓋整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的綜合能力。