2022年车载储氢瓶行业研究报告 氢能重卡渗透率提升推动车载储氢瓶需求快速增长

2022年车载储氢瓶行业研究报告氢能重卡渗透率提升推动车载储氢瓶需求快速增长燃料电池汽车发展前景广阔，政策东风已至顶层设计出台，氢能在我国能源结构中占比将不断提升20世纪开始，全球碳排放量快速增长，由1900年的19.5亿吨，大幅提升到2021年的371.2亿吨。结构上来看，1950年欧洲和美国占全球碳排放量的85%。之后以中国、印度为代表的发展中国家在全球碳排放中的占比快速提升，2021年欧洲和美国在全球碳排放总量中的占比已下降至不足三分之一。减碳目前已经在全球范围达成共识。截止2022年4月全球已有136个国家制定了碳中和目标。联合国预计在本世纪中叶，全球将实现碳中和。氢能是性能优越的新能源：1）燃烧热值高：每千克氢燃烧后的热量是汽油的3倍，是酒精的3.9倍，是焦炭的4.5倍；2）环保无污染：燃烧产物仅为水；3）来源丰富：有电解水、化石能源重整、工业副产等多种制取方式；4）应用广泛：应用在交通、工业、建筑、电力等领域。双碳背景下，氢能在我国有广阔应用前景。我国是目前全球最大的制氢国，未来煤制氢+CCS（碳捕捉与封存技术）、光伏+风电可再生能源弃电制氢等手段有望提供大规模、稳定、环保低碳和低成本的氢源供给，同时氢能产业链包含制取-储运应用等多个环节，涉及能源、化工、建筑、交通等多个行业，对经济有较大拉动作用。根据中国氢能联盟预计，2030年我国氢气需求量为3500万吨，在终端能源体系中占比5%，2050年将进一步上升至10%。燃料电池是氢能利用的核心，交通运输是应用前沿燃料电池是利用氢和氧直接经过电化学反应而产生电能的装置，具有能量转换效率高、污染少、噪音轻、装置大小灵活、方便移动等优秀性能，是氢能开发利用技术的核心。质子交换膜燃料电池是国内外技术主流。根据电解液不同，燃料电池可被分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）以及熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）。基于较低的工作温度、较短的启动时间以及对氧化剂较低的要求（空气即可作为氧化剂），PEMFC技术路线发展最为成熟，根据E4tech，2016-2020年质子交换膜燃料电池在全球燃料电池出货占比中不断提升，预计在2021年达到86.39%。燃料电池广泛用于交通、固定发电、便携式电池以及航天领域，其中燃料电池汽车应用规模最大。全球范围看，根据E4tech，2016-2020年交通运输领域的燃料电池出货量占燃料电池整体出货量的比例不断提升，并预计在2021年达到84.94%。从国内专利申请趋势上看，截至2021年交通运输领域的燃料电池专利总申请量达15369件，占到总专利申请量的71.05%。燃料电池汽车将与纯电汽车互补发展，前景广阔我国新能源乘用车发展以纯电汽车为主导。自2012年《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》发布以来，纯电汽车发展取得巨大成就，乘用车新车销量中纯电汽车渗透率不断提升，22年9月已达到31.8%，纯电动汽车在乘用车市场上已进入政策和市场共驱增长阶段。根据《新能源汽车发展规划2021-2035》，我国新能源汽车发展坚持纯电驱动战略取向，力争到2035年，纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化。氢燃料电池汽车发展将与纯电汽车形成互补发展格局。氢燃料电池汽车具有零排放、高效率、长续航、大载重、加注快等显著优势，根据《新能源汽车发展规划2021-2035》，目标要在15年间使得燃料电池汽车实现商业化应用，氢燃料供给体系建设稳步推进。根据《氢能产业发展中长期规划（2021-2035）》，我国要逐步建立燃料电池电动汽车与锂电池纯电动汽车的互补发展模式。燃料电池汽车示范应用城市群呈“3+2”格局。目前国内已形成北京、上海、广东、河南和河北五大示范城市群，根据《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，中央财政将用“以奖代补”的方式对入围示范的城市群按照其目标完成情况核定并拨付奖励资金，补贴分燃料电池汽车推广应用和氢能供应两个领域，补贴上限分别为15000分和2000分，原则上1积分约奖励10万元，超额完成示范任务的，超额完成部分予以额外奖励，额外奖励资金上限不超过应获得资金的10%。氢能重卡渗透率提升推动车载储氢瓶需求快速增长高压气态储氢瓶为车载储氢主流解决方案储氢四种技术路线中高压气态储氢瓶商业化程度高。储氢目前有高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢以及固态材料储氢四种方式，其中高压气态储氢基于充放氢速度快、储氢耗能低、成本低和技术成熟等优点，成为目前率先商业化应用的储氢技术。III型及IV型瓶是车载储氢瓶主流解决方案。目前已经商业化的高压储氢瓶分I型、II型、III型及IV型四种，I型和II型主要材料为钢，主要用在加氢站中作固定式储氢之用，III型及IV型瓶皆为碳纤维缠绕，使得工作压力大幅提升，是车载储氢的主流解决方案。高压气态储氢瓶是车载储氢系统的核心部件，成本占比超过50%。相较于传统内燃机汽车和纯电动汽车，燃料电池汽车最核心的专用部件为燃料电池系统和车载储氢系统。车载储氢系统是燃料电池汽车的能量存储单元，用于为电堆的电化学反应储存和提供氢气。车载高压供氢系统主要由储氢瓶组、管阀件、压力/温度传感器和控制系统等部分组成，根据国富氢能招股书，车载储氢瓶占车载高压供氢系统成本的50%以上。车载储氢瓶需求主要取决于应用车型及储氢瓶类型。车载储氢瓶需求主要取决于所应用的车型以及储氢瓶的压力，前者决定了所需的总储氢量，后者决定了在总储氢量一定的情况下所需的储氢瓶数量。根据GGII，目前客车常配置单套6~8瓶组，单瓶140L或165L的储氢系统；轻、中卡多配置单套2~4瓶组，单瓶140L、165L或260L的储氢系统；12吨~18吨中、重卡多配置6~8支165L/210L储氢系统；31吨~49吨重卡多配置6~8支210L车载储氢系统。长途重载商用车将成燃料电池汽车应用的前哨站和主战场燃料电池汽车发展早期在固定路线、中长途运输以及高载重三类场景相较于纯电动车有明显比较优势。燃料电池汽车相较于纯电车具备更高的功率和能量密度，从而续航里程和载重能力更高，适合用作中长途运输，但由于产业发展初期制氢、储运氢投资成本较大，因而在固定线路投资布局补能基础设施投入产出比更高，同时燃料电池加氢补能时间短、低温启动性能好，续驶里程受温度影响小，因而环境适应能力更强。总的看，基于燃料电池汽车自身优势要素考虑，运输路线较为固定的中长途重载商用车将成为燃料电池汽车发展的重点方向。2019年我国交通运输领域碳排放占整体排放的10%左右，其中公路运输占交通运输碳排放的86.76%，而重卡碳排放又是公路运输碳排放的大头，占到了54%，降低重卡排放是交通运输业减碳的重中之重。我国政策补贴向重型货车倾斜。《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》中规定我国对氢燃料电池汽车的支持政策是“以奖代补”，其中奖励积分标准明显向重型车辆倾斜，规定“燃料电池系统的额定功率大于80KW的货运车辆，最大设计总质量12-25（含）吨按1.1倍计算，25-31（含）吨按1.3倍计算，31吨以上按1.5倍计算。”。补贴政策向氢燃料电池汽车优势场景倾斜的背景下，根据罗兰贝格测算，31吨以上的重型货车补贴上限涨幅可达36.5%，而其他车型补贴上限皆有所下降。中重卡在2025年前有望实现相较于电动车和燃油车的TCO（总拥有成本）平价。汽车的总拥有成本=车辆购置成本+能源使用成本+维修养护成本+车辆报废残值，是衡量汽车经济性的核心指标。根据国际氢能理事会的研究，在乘用车、卡车以及公共汽车三类使用场景下对比燃料电池汽车、纯电动汽车、内燃机车的TCO，结论是燃料电池重卡和长途汽车有较大概率在2025年前实现相对于纯电动汽车的成本优势。从成本角度而言，长途重载商用车也是燃料电池汽车应用的重点发展方向。规模提升+技术突破+原材料降价，车载储氢瓶降本路径清晰车载储氢瓶降本对燃料电池汽车商用至关重要包含储氢罐、燃料电池系统、电池三部分内容的车载储能系统成本是燃料电池汽车购买成本的重要构成，相较于美国和欧洲，我国燃料电池系统、车载储氢系统等燃料电池汽车技术和规模仍处在早期发展阶段，燃料电池汽车购买成本虽整体小于美国和欧洲，但储能系统占购买成本的比例高达50%左右，远高于海外。储能系统成本主要集中在燃料电池和储氢瓶，储氢瓶降本对燃料电池汽车购买成本的降低至关重要。储氢瓶降本路径清晰：规模提升+技术突破+原材料降价规模化生产将大幅降低储氢瓶生产成本。根据美国汽车研究理事会（USCAR）的测算，高压储氢瓶和车载氢系统生产成本与生产规模之间存在明显的负相关关系，当气瓶生产规模由1万套提高到50万套时，氢气瓶成本会下降20%。车载储氢瓶成本的大头在碳纤维，所用碳纤维型号为T700小丝束。碳纤维增强塑料为车载III型及IV型瓶主承载材料，III型、IV型车载储氢瓶内胆材料分别为金属和高分子聚合物，外部则通过碳纤维增强塑料缠绕加工而来。以容积为125L、压力为70MPa的IV型高压储氢复合材料气瓶为例，碳纤维材料占到总体成本的63%，人工和间接费用等仅占到成本的9%左右。根据国富氢能招股书，其主打的35MPaIII型瓶产品2019-2021年间碳纤维耗用量为28.80kg/瓶、29.09kg/瓶和42.10kg/瓶，即35MPaIII型瓶的平均碳纤维用量为33kg/瓶。单瓶碳纤维用量取决于瓶压及型号，70MPaIII型瓶和IV型瓶的用量更高，据中科院宁波材料所数据，储氢压力由35MPa增至70MPa时，碳纤维用量增加10%左右。IV型瓶是车载储氢瓶升级的明确方向，将带来车载储氢效率的提升和成本的降低。目前我国储氢瓶应用以35MPaIII型瓶为主，主要用于商用车市场，70MPaIII型瓶技术已经突破，少量应用在乘用车中。相较之下，IV型瓶质量更轻、成本更低（根据香橙会研究院数据，以62L-70MpaIV型瓶乘用车产品为例，其产品成本仅为III型瓶的63.43%）、质量储氢密度更高、寿命更长，是车载储氢瓶技术升级的明确方向。目前国内企业对IV型瓶正处于研发阶段，预计未来几年国内应用仍将以III型瓶为主，随着燃料电池汽车推广起量以及国内外企业技术合作的加深，IV型瓶渗透率将逐步提升。测算2025年中国车载储氢瓶市场规模可达48亿，碳纤维需求量7313吨预计2025年我国燃料电池汽车保有量在5-10万辆截止2021年，我国燃料电池汽车保有量为8938辆。预计2025年保有量在5-10万辆：1）《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中提到：到2025年燃料电池汽车保有量5万辆；2）目前已获批的五大氢燃料电池汽车示范城市群到2025年的示范推广目标超3万辆；3）《节能与新能源汽车技术路线图2.0》规划到2025年我国燃料电池汽车保有量达到10万辆，并在2030-2035年间快速达到100万辆；4）示范城市群之外的山西、重庆等也相继推出燃料电池汽车产业发展扶持政策，或将推动燃料电池汽车销量超预期。测算中国2025年高压储氢瓶市场规模可达48亿核心假设：1）燃料电池客车和乘用车销量增长主要受推广示范项目驱动，2022年国补正式落地后放量，后开始稳步增长；2）燃料电池货车，尤其是重卡，是“以奖代补”政策支持的重点方向，预计在燃料电池整体销量中保持较高占比，2022年放量后在2022-2025年间依然保持较高销量增速；3）随着规模效应发挥、IV型瓶技术突破以及原材料降价，单车所用储氢瓶数量在2025年减少，并且价格由于成本降低出现下降；4）参考国富氢能储氢瓶碳纤维单瓶耗用数据，假设2022年单瓶耗用33kg碳纤维，2022-2024随着国内III型储氢瓶由35Mpa向70Mpa升级，单瓶碳纤维耗用量逐渐提升，2025年IV型瓶技术突破带来的单瓶碳纤维用量下降与III型瓶向70Mpa升级带来的单瓶碳纤维用量提升相抵消，2025年单瓶碳纤维耗用量保持不变。行业重点企业介绍储氢瓶市场处于发展早期，进入者增多导致集中度降低根据GGII，2021年国内市场实现500支级以上车载储氢瓶出货的企业有7家，国富氢能占35.63%份额位居第一，排名第二位的是中材科技。车载储氢瓶市场处于发展早期，行业进入者不断增多，国富氢能之外的第二和第三梯队企业市占份额不断提升，造成行业竞争压力加剧，2019-2021年行业CR3分别为91.21%、82.37%、76.95%，逐年降低。HexagonPurus：全球领先的IV型瓶和储氢系统生产企业HexagonPurus是全球领先的IV型储氢瓶、电池组以及车辆集成系统提供商，产品广泛应用于燃料电池汽车和纯电动汽车。HexagonPurus为轻型、中型和重型车辆、公共汽车、地面存储及配送、船运、铁路运输和航空航天提供零排放解決方案。国富氢能：氢储运龙头企业，车载储氢系统市占第一国富氢能主营包括车载高压供氢系统和加氢站成套设备，2021年