氢能源产业梳理专题报告

氢能源产业梳理专题报告1

“十四五”构建“大氢能”图景，交通领域先行发改委2022年3月23日发布的氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）提出：坚持以市场应用为牵引，合理布局、把握节奏，有序推进氢能在交通领域的示范应用，拓展在储能、分布式发电、工业等领域的应用，推动规模化发展，加快探索形成有效的氢能产业发展的商业化路径。氢燃料电池车市场规模：十年百倍截至2021年，全球主要国家氢燃料电池车保有量49562台，同比增长49%。2021年全球主要国家氢燃料电池车销量16313台/yoy+68%。受强势补贴政策驱动，韩国市场延续了2020年的增长势头，21年销量8498台，占全球销量的52%。美国21年销量3341台，较2020年激增2.5倍，主要原因是2020年疫情销量基数过低；日本21年销量2464台/yoy+67%，主要受益于2020年底新一代丰田Mirai的上市。中国21年销量1586台/yoy+35%，随着示范城市群落地和北京冬奥会利好，我们认为今年下半年销量有望开始提速，22年1~2月国内燃料电池汽车产销356和371辆，同比增长5.0倍和3.1倍。中汽协数据，截至2021年，国内燃料电池汽车保有量为8938辆，2016~2021年国内氢燃料电池汽车销量分别为629、1275、1527、2737、1177、1586辆，根据发改委2022年3月23日发布的氢能产业发展中长期规划（2021-2035年），规划到2025年，氢燃料电池车辆保有量约5万辆，2022-2025年CAGR=54.0%。根据示范城市群申报，截至2025年累计推广3.3万辆，根据各地方政府产业规划，2025年规划累计推广8万辆。相比纯电动车型，氢燃料电池车克服了能源补充时间长、低温环境适应性差的问题，提高了营运效率。按照“氢电互补、宜氢则氢、宜电则电”的原则，与纯电动车型应用场景形成互补。如果氢燃料电池在商用车领域全面推广，潜在年销量有望超过180万辆（2020年中国商用车（重卡、市政环卫车、公交车和大巴车）年销量合计180.6万辆），潜在市场空间为2160亿元/年。氢燃料电池车经济性决定因素：购置成本、氢耗、氢气价格氢燃料电池车全生命周期成本远高于燃油车和电动车，想要实现氢燃料电池车全面的商用化推广，需要大幅度降低成本。燃料电池汽车成本由车辆购置成本、使用成本、车辆维护成本构成。燃料电池汽车的燃料经济性决定了使用成本，它与两个因素直接相关：百公里氢耗量和氢气价格。而氢气的价格由制氢成本、储运成本和加氢成本构成。因此，氢燃料电池车全生命周期成本下降需要氢能全产业链的努力。氢燃料电池车降本空间：氢燃料电池车VS电动车VS柴油车我们选取载重18t的一汽解放

J6L4×2厢式运输车，车辆使用场景为车队营运重卡，该运输车需要满足日均500km以上的长途运输需求，使用时间为5年完成100万公里。全生命周期成本来看，补贴前，燃料电池重卡高出燃油重卡36%，高出纯电重卡46%。补贴后，燃料电池汽车低于柴油重卡，略高于纯电重卡7%。购置成本：补贴前氢燃料电池车的购置成本分别高过燃油重卡80%，高于纯电重卡35%。补贴后，氢燃料电池车购置成本低于燃油车16%，低于电动车75%。运营成本：燃油重卡柴油费用为1.61元/公里，电动车电费为0.88元/公里，补贴前燃料电池重卡能源氢气费用为2.01元/公里，补贴后为1.58元/公里，略低于柴油重卡，高于纯电重卡80%。如果电价持续下降，电动车及氢燃料电池汽车性能及成本的达到节能与新能源汽车技术路线图2025/2030年目标，2025年/2030年燃料电池重卡分别比纯电动重卡低2%和22%。2氢燃料电池车购置成本：燃料电池系统和储氢供氢系统燃料电池系统：基础材料国产化提速，迈入技术快速发展的十年氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）规划到2025年，氢燃料电池车辆保有量约5万辆，未来4年燃料电池系统累计市场需求为155亿元，根据各地方政府规划的2025年推广氢燃料电池汽车数量累计8万辆，未来4年燃料电池系统累计市场规模为248亿元，如果燃料电池系统在商用车领域全面推广，年销量达到180万辆车，潜在年需求为2160亿元。中国已经初步实现了PEMFC全产业链的国产化，逐步发展到产业规模持续扩张、基础设施逐步完善的产业化初期阶段。2017年以来，国内燃料电池系统核心技术取得显著进步，初步掌握了整车、动力系统与关键部件的关键技术，基本建立了具有自主知识产权的燃料电池轿车与燃料电池城市客车动力系统技术平台，实现了百辆级动力系统与整车的生产能力。中国燃料电池汽车行业已基本形成以整车制造及燃料电池系统为牵引的燃料电池汽车供应链和产业链体系，产业链覆盖燃料电池汽车整车、燃料电池系统及零部件，以及加氢、制氢、储氢等环节。氢能在交通领域的应用将逐步向长续航、大载重的场景过渡。根据氢蓝时代常务副总裁曹桂军在2021势银氢能与燃料电池产业年会上发表的燃料电池系统开发与多场景应用的主题演讲，预计2025年燃料电池系统主要额定功率为130~180kW，燃料电池系统最大额定功率将大于180kW，氢能在交通领域的应用将逐步向长续航、大载重的场景过渡。截至2021年，国内燃料电池系统技术水平已远超燃料电池技术发展路线中规划的水平。根据氢蓝时代动力科技有限公司常务副总裁曹桂军在2021势银氢能与燃料电池产业年会上发表的燃料电池系统开发与多场景应用的主题演讲，电堆的国产化率和技术指标快速提升。其中，单堆功率从45~60kW提升至150~200kW；电堆功率密度从2.5kW/L提升至4~4.5kW/L；关键零部件国产化率从50%提升至90~98%；系统集成度从300W/kg提升至450W/kg；环境适应性普遍提高，一般可达到-30℃冷启动；基础材料不断突破，产业化加速，系统成本下降趋势明显，电堆价格可低于2000/kW，系统成本可低于5000/kW。预计2025年燃料电池系统主要额定功率为130~180kW，燃料电池系统最大额定功率将大于180kW，氢能在交通领域的应用将逐步向长续航、大载重的场景过渡。国内主流燃料电池系统厂商的技术指标领先行业。根据高工氢电，在系统体积功率密度方面，国内燃料电池系统已达成的技术指标与燃料电池技术发展路线中规划的功率密度350W/kg相比，已经优于该目标1.6~2.0倍，例如：亿华通

G20+、上海重塑Prisma镜星12+、氢时代QSD-150、国鸿氢能鸿途G110的质量功率密度分别为810W/kg、702W/kg、603W/kg、555W/kg；在额定功率方面，亿华通G20+、氢时代QSD-150达到了240kW、150.7kW，上海重塑Prisma镜星12+、上海捷氢PROMEP4H、雄韬股份

VISH-130B达到了130kW，还有头部企业超过160kW。电堆方面，国鸿氢能的鸿芯GI质量功率密度超过3.8kW/L，神力科技的SFC-C9达到4.3kW/L，均超过燃料电池技术发展路线中规划的2.5kW/L的功率密度规划。燃料电池系统：行业市场集中度维持高位，基于对政策和未来市场前景的良好预期，进入的企业持续增加，市场集中度有下降趋势。2017年~2022年3月，工信部燃料电池推荐车型数量累计配套燃料电池系统前三名分别为：亿华通、重塑科技、国鸿氢能，分别有137、89、86款燃料电池系统进入推荐车型数量配套。电堆竞争格局：国鸿氢能电堆国内累计市占率超过50%，排名第一。根据GGII的统计，2015~2021年，国鸿氢能电堆累计配套氢燃料电池车约5000套，市占率50%，排名第一；

神力科技、新源动力电堆分别累计配套氢燃料电池车1000、1000辆，位列二、三。2021年，中国电堆出货量为757MW，同比增长128%，出货量TOP10电堆企业分别为国鸿氢能、氢晨科技、神力科技、爱德曼、清能股份、氢璞创能、潍柴动力、国电投氢能、东方氢能、航天氢能（上海）。车载储/供氢系统：70MPaIV型瓶量产准备中，核心材料和部件开始导入国产供应商按照氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）规划，到2025年氢燃料电池车辆保有量约5万辆，未来4年车载储氢系统累计市场规模为48亿元，根据各地方政府规划的2025年推广氢燃料电池汽车数量累计8万辆，未来4年车载储氢系统累计市场规模为77亿元，如果燃料电池系统在商用车领域全面推广，年销量达到180万辆车，潜在年需求为1532亿元。根据氢燃料电池汽车车载高压储氢瓶报告目标，2023年中国将具备70MPaIV型储氢瓶批量生产能力。IV型储氢瓶相较于Ⅲ型瓶具备明显优势：1）轻量化：客车车顶可以装载1200~2000升压缩气体能源；2）比Ⅲ型瓶降低70%氢耗；3）公路运输支持1000公里续航里程。4）运营成本比III型瓶低60-70%。目前国内主要应用35MPa和70MPaⅢ型瓶，国际市场广泛使用70MPaIV型瓶。DOE对储氢系统降本目标提出了要求，2025年储氢系统成本为1500美金/辆，2030年为1330美金/辆。III型储氢瓶碳纤维占系统总成本的63%~65%，IV型储氢瓶碳纤维占系统总成本的77%~78%，碳纤维国产化是储氢瓶降本的关键。国内用于IV型瓶的碳纤维产品在性能上接近国际领先水平，批次稳定性提高后，有望实现国产替代。21年初开始，主要供应商日本东丽收紧碳纤维供应（源于政府压力），国内供应商在优先满足航天军工领域应用外仅有少部分量可以供应。国内主流储氢瓶企业碳纤维近两年逐渐开始国产化小批量替代。国内车载储氢系统市场格局从集中逐渐走向分散。国外70MPa氢气瓶研究起步较早，应用相对成熟，主要机构包括挪威HexagonComposites、美国Quantum、日本丰田、韩国ILJINComposite等，目前产品以Ⅳ型瓶为主，储氢密度均在5.0wt%左右。2021年中国车载储氢系统出货量前五企业集中度（CR5）为80.23%，相较2020年下降7.33pct，比2019年下降17.31pct。2020~2021年前三家分别为国富氢能、舜华新能源、科泰克。2019~2021年国富氢能市占率从43.7%下降到37.9%，保持第一，逐年略有下降。车载储氢瓶组市场参与主体逐年增多，市场集中度下降，竞争性增强。2021年国内市场出货量前三企业集中度为76.95%，持续下降。2019年国内储氢瓶供应商前5家分别为国富氢能、科泰克、天海工业、中材科技、斯林达。2020年中集安瑞科开始参与市场竞争。2019~2021年，国富氢能市场出货量市占率从51.3%下降至35.6%，仍位居第一。大容积IV型瓶开始量产准备，中集安瑞科有望后来居上。国内主要以搭载35MPaⅢ型瓶为主，70MPaⅢ型瓶在样车或小批量车型应用。GGII统计，2021年中国市场车载储氢瓶出货量为30284支/yoy+122.43%，70MPa储氢瓶出货量达到1203支，出货量占比达到4%。IV型瓶的开发技术难度高，存在结构设计、材料加工、长丝束碳纤维批量化、碳纤维缠绕技术等多重门槛，技术瓶颈较高。国内部分企业为加快技术发展步伐，采用技术引进方式涉入IV型储氢瓶市场，代表性企业有中集安瑞科、佛吉亚斯林达等企业。国富氢能、天海工业、亚普股份、奥扬科技等采用自研方式进行IV型储氢瓶量产准备。3使用成本：绿氢制备+储运+加氢站建设绿氢规模：风光装机规模上升催生氢储能大市场，电价下降保障下游应用在2030年碳达峰愿景下，中国氢气的年需求量预期达到3715万吨，在终端能源消费中占比约为5%；在2060年碳中和愿景下，中国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右，在终端能源消费中占比约为20%。预计2030年，电解水制氢占比将从20年的1.5%提升至10%，产量约为372万吨。根据

中国氢能及燃料电池产业手册（2020年），2020年国内氢气产量约3342万吨，电解水制氢为50万吨，占比1.5%。2030、2040、2050、2060年，电解水制氢占比将逐渐提升到10%、25%、45%、70%。双碳目标明确后，风电发电战略地位提升。根据国家能源局最新消息：2021年中国风电和光伏发电新增装机规模达到100.54GW，其中风电新增47.57GW，光伏发电新增52.97GW。我们预计2025/2030年中国风电/光伏总新增装机容量为193/237GW，到2025/2030年中国风电/光伏总装机容量为1281/2390GW。要实现2030年绿氢产量372吨，需要155GW光伏装机。若以光伏发电制备绿氢，按光伏每年工作1200小时计算，每GW装机每年发电量是12亿度，可以生产氢2.4万吨，生产372万吨氢气需要155GW的光伏装机。我们预计2025年/2030年中国电解水制氢系统累计市场规模分别为128/1189亿元。根据发改委2022年3月23日发布的氢能产业发展中长期规划（2021-2035年），规划到2025年，可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，2025年电解水制氢系统累计市场空间为64~128亿元。根据中国氢能产业发展报告（2020）预测，随电解水制氢装备成本下降和风光装机量增长，2030年可再生氢产量约为372万吨，需部署电解槽系统装机65GW。电解槽是电解水制氢系统的核心部分，预计2030年累计市场规模为535亿元。制氢成本的下降主要依靠电解槽技术进步、新能源电价下降。电价成本占制氢总成本的约80%，是影响成本的主要因素；电解系统设备成本：占总成本的10%~20%。中国氢能产业发展报告（2020）种提到制氢的目标：在电解水制氢比例加大的条件下，2025年平均制氢成本将不高于20元/kg；2030年平均制氢成本将不高于15元/kg；2050年平均制氢成本将不高于10元/kg。1）电解槽技术进步和规模化带来的成本下降：A．碱性电解槽国产化率高，成本低。碱性电解水制氢装备中国已国产化率达95%，氢气阀门与仪表需进口。国产化的核心电解槽部件中，隔膜和电极技术水平与国外有差距，导致电流密度与能效较国外有差距，但国内成本优势明显。预计2025年/2050年碱性电解系统成本有望从1250~2000元/kW降低到600~1000元/kW。B．PEM电解水制氢电解槽质子交换膜依赖进口，降本空间大。PEM电解水制氢装备国产化率约80%，核心部件国内具备生产能力，但膜树脂、膜溶液等原材料多为进口。国内PEM电解水装备已实现小规模商业化应用，但设备成本降本空间大。PEM电解系统成本有望从6000~12000元/kW降低至800~2000元/kW。2）风光发电成本的下降。根据CPIA及CWEA的数据，我们测算，当电价降至0.2元/kWh时，电解水制氢成本将降低至18元/kg左右。当电价降至0.1元/kWh时，电解水制氢成本将降低至13元/kg左右。气态/液态/固态多种路线百家争艳，储运技术进步助力全产业链降本1）压缩气态储氢：具有成本低、技术成熟等优点，在国内外均得到广泛应用，不断提升压力等级是技术升级的主要方向。目前运输环节以长管拖车为主，20MPaⅠ型瓶长管运氢车充装量在350kg左右，Ⅱ型瓶长管运氢车的充装量在450kg以上，适用于短距离、小规模输运。目前30MPa长管拖车已经量产，正往50MPa压力等级升级。加氢站内储氢装置使用站用分级储氢瓶组国内技术领先，目前70MPa加氢站配置的90MPa站内储氢瓶组已基本实现国产化。管道输氢是实现氢气大规模、长距离运输的重要方式，建设成本较大，灵活性不够，目前中国仅有100km管道建设，2030年中国氢气管道有望达到3000km。2）低温液态储氢：在国外应用较多，国内应用仅限航天领域，民用领域处于示范运营阶段，我们预计25年以后有望成为主流储运方式之一。液态储氢运输方式主要为液氢槽罐车，单车运氢量可达7000公斤，适用于距较远、运输量较大的场合。目前，日本、美国已将液氢罐车作为加氢站运氢的重要方式之一。中国液氢主要应用于航空和军工领域，民用液氢发展缓慢，氢液化设备主要由美国空气产品、普莱克斯、德国林德等厂商提供。目前中国已经发布液氢生产、贮存和运输的国家标准，民用液氢领域已经汇聚了中科富海、航天101所、国富氢能、鸿达兴业等一批机构和企业，液氢储运已经经入示范运营阶段。3）固态储氢：使用货车运输，具有储氢密度高、安全性好、氢气纯度高等优势，技术复杂，成本较高，尚无规模化使用。在国内，固体材料储氢尚在技术提升阶段，固体材料储氢已经在国外分布式发电、风电制氢、规模储氢中得到示范应用。压力等级提升，可显著降低气态运氢成