1氫能行業(yè)概述截止到2020年底，全球燃料電池汽車總保有量已突破33000輛，我國(guó)有8000多輛。近兩年，豐田、現(xiàn)代、尼古拉等世界知名汽車制造商正逐步探索氫動(dòng)力在重型卡車、軌道交通、輪船等多元化交通應(yīng)用。氫能在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用成為推動(dòng)整個(gè)

1 氫能行業(yè)概述

截止到2020年底，全球燃料電池汽車總保有量已突破33000輛，我國(guó)有8000多輛。近兩年，豐田、現(xiàn)代、尼古拉等世界知名汽車制造商正逐步探索氫動(dòng)力在重型卡車、軌道交通、輪船等多元化交通應(yīng)用。氫能在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用成為推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引擎。此外，氫能在熱電聯(lián)供，分布式發(fā)電以及氫氣冶金等應(yīng)用場(chǎng)景也表現(xiàn)出巨大的潛力。

國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì)，到2050年，氫能將創(chuàng)造3000萬(wàn)個(gè)工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，創(chuàng)造2.5萬(wàn)億美元年產(chǎn)值，在全球終端能源消費(fèi)中占比達(dá)到18%。

2 氫能裝備市場(chǎng)概況

氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括氫氣制備、氫儲(chǔ)運(yùn)和加注、氫能應(yīng)用等。我國(guó)氫源資源豐富多樣，包括化石燃料制氫、可再生能源制氫及工業(yè)副產(chǎn)氣制氫等；水電解制氫及變壓吸附提純氫等制氫技術(shù)與裝備發(fā)展成熟。氫安全技術(shù)發(fā)展緊跟國(guó)際先進(jìn)水平，高壓氫氣瓶和儲(chǔ)罐技術(shù)已取得重大突破；氫能加注基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展滯后于美國(guó)、日本及德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，但近幾年來(lái)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。氫能傳統(tǒng)應(yīng)用主要在化工產(chǎn)業(yè)方面，近年來(lái)，隨著以燃料電池車為代表的燃料電池技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，氫能在下游應(yīng)用逐漸豐富起來(lái)，產(chǎn)業(yè)鏈也大幅擴(kuò)張，成為氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的最重要一環(huán)。

圖2-1 氫能產(chǎn)業(yè)鏈概覽

氫制備中，工業(yè)副產(chǎn)氫、化石原料制氫、化工原料制氫技術(shù)比較成熟，均涉及到氫氣純化設(shè)備，該市場(chǎng)比較成熟，且應(yīng)用廣泛。水電解制氫中的堿性電解槽是目前最成熟度、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，而質(zhì)子交換膜（PEM）電解和固體氧化物電解（SOE）在技術(shù)先進(jìn)性上優(yōu)于堿性電解槽，但PEM成本較高、SOE尚處于研發(fā)階段，而PEM電解槽在未來(lái)成本降低的潛力較大。

氫儲(chǔ)存中高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前最常用、最成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)，涉及的設(shè)備是儲(chǔ)氫長(zhǎng)管或儲(chǔ)氫罐，儲(chǔ)氫長(zhǎng)管產(chǎn)業(yè)化程度很高，儲(chǔ)氫罐仍需解決大規(guī)模批量化生產(chǎn)問(wèn)題；低溫液氫儲(chǔ)存技術(shù)在海外比較成熟，國(guó)內(nèi)應(yīng)用僅限于航天領(lǐng)域；我國(guó)目前掌握1.5噸/天的氫液化技術(shù)，更大規(guī)模的液化設(shè)備正在加緊技術(shù)攻關(guān)。而相關(guān)的液氫儲(chǔ)罐設(shè)備有少數(shù)供應(yīng)商能夠提供，但規(guī)模上與海外差距較大。

氫氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)與氫儲(chǔ)存環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)。高壓氣氫使用拖車運(yùn)輸，低溫液氫使用液氫罐車運(yùn)輸，前者已經(jīng)被大規(guī)模應(yīng)用，后者由于缺乏相應(yīng)需求和國(guó)家法律法規(guī)的缺失，暫時(shí)還不能應(yīng)用于民用領(lǐng)域。高壓氫氣和低溫液氫均可通過(guò)管道運(yùn)輸，氣氫管道運(yùn)輸國(guó)內(nèi)還處于探索階段，低溫液氫管道運(yùn)輸還是空白。

加注環(huán)節(jié)主要通過(guò)加氫站來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)氫氣存儲(chǔ)方式的不同，又可分為氣氫加氫站和液氫加氫站。氣氫加氫站的主要設(shè)備包括儲(chǔ)氫裝置、壓縮設(shè)備、加注設(shè)備、站控系統(tǒng)等，核心設(shè)備為氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫罐、氫氣加注機(jī)，目前都有國(guó)產(chǎn)替代的產(chǎn)品出現(xiàn)，并應(yīng)用在加氫站上。國(guó)內(nèi)尚無(wú)民用液氫加氫站，參照海外液氫加氫站，其關(guān)鍵設(shè)備包括高壓壓縮機(jī)、液氫泵、液氫儲(chǔ)罐，其中液氫泵現(xiàn)階段主要以進(jìn)口為主。

氫應(yīng)用的傳統(tǒng)用途比較成熟，新能源交通領(lǐng)域是未來(lái)的增長(zhǎng)點(diǎn)，而新能源氫能應(yīng)用主要由氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化驅(qū)動(dòng)。我國(guó)氫燃料電池汽車市場(chǎng)還處在導(dǎo)入期。

工信部組織制定的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》明確提出，到2025年國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)5-10萬(wàn)輛氫燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用，建成1000座加氫站，標(biāo)志著我國(guó)氫燃料電池汽車將進(jìn)入規(guī)模化商用階段，進(jìn)而傳導(dǎo)至上游，帶動(dòng)整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)大發(fā)展。

3 氫能裝備市場(chǎng)規(guī)模

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》規(guī)劃以及相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)，至2030年中國(guó)氫氣銷售價(jià)格將為23-28元/千克，燃料電池汽車保有量為100萬(wàn)輛，各類車型綜合耗氫量為5.56千克/天。

據(jù)此計(jì)算，僅以車用氫氣市場(chǎng)計(jì)，到2025年氫能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為135.6億元，再加上產(chǎn)業(yè)溢出效應(yīng)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模有望突破百億元；到2030年，車用氫能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為460.46-560.56億元，而整個(gè)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模則有望沖擊千億元。

表3-1 中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模情況與預(yù)測(cè)

加氫站以日供應(yīng)氫氣量1000kg/天為例，當(dāng)前建站成本為1000-1200萬(wàn)元（建站成本不考慮土地費(fèi)用和補(bǔ)貼），成本每年以10%幅度下降，2025年加氫站集成（EPC）市場(chǎng)規(guī)模為60-80億元，2030年為150-250億元（此處以建站成本作為加氫站集成市場(chǎng)規(guī)模）。

目前影響我國(guó)氫氣售價(jià)的最主要因素是包括制氫和儲(chǔ)運(yùn)氫氣在內(nèi)的氫氣成本。其中，氫儲(chǔ)運(yùn)占比20%，壓縮機(jī)占6%，儲(chǔ)氫裝置占4%。

圖3-1 我國(guó)加氫站氫氣售價(jià)價(jià)格組成

圖3-2 日本加氫站氫氣售價(jià)價(jià)格組成

隨著我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氫氣銷售價(jià)格組成最終與日本趨同，此時(shí)，氫儲(chǔ)運(yùn)占?xì)錃怃N售價(jià)格的比例為19%，壓縮機(jī)為8%，儲(chǔ)氫裝置為3%。按照各環(huán)節(jié)在氫氣售價(jià)中的占比，由此可計(jì)算得到氫運(yùn)輸、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫裝置的市場(chǎng)規(guī)模，如下表所示。

表3-2 中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

根據(jù)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院的預(yù)測(cè)，2050年液氫將占所有儲(chǔ)氫方式的45%。對(duì)于中長(zhǎng)距離運(yùn)輸，液氫技術(shù)和裝備不可替代，有助于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化氫源以較低的儲(chǔ)運(yùn)、加注成本供應(yīng)氫能終端消費(fèi)聚集區(qū) 域。

圖3-3 儲(chǔ)氫方式構(gòu)成預(yù)測(cè)

由此可得到液氫儲(chǔ)運(yùn)的市場(chǎng)規(guī)模，如下表所示。

表3-3 中國(guó)液氫儲(chǔ)運(yùn)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

4 氫能產(chǎn)業(yè)主要裝備投資價(jià)值分析

4.1氫液化裝置

氫液化設(shè)備主要有膨脹機(jī)、低漏率換熱器、氦螺桿壓縮機(jī)、低溫閥門、正仲氫轉(zhuǎn)化器等核心部件，其中膨脹機(jī)是最核心的設(shè)備。

我國(guó)液氫產(chǎn)能較低，在液氫技術(shù)和裝備能力存在短板。根據(jù)美國(guó)商業(yè)管制清單，限制了我國(guó)進(jìn)口10噸/天以上的氫液化技術(shù)及裝備，以及DN50以上液氫閥門、膨脹機(jī)、液氫泵等關(guān)鍵設(shè)備。國(guó)產(chǎn)民用大規(guī)模液氫技術(shù)和裝備的突破具有重大意義，將有力促進(jìn)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4.2 氫儲(chǔ)運(yùn)裝備

（1）高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)

高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)較為成熟，也是當(dāng)下我國(guó)主要?dú)錃鈨?chǔ)運(yùn)方式，經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑在150km左右。目前國(guó)內(nèi)長(zhǎng)管以20MPa為主，中集安瑞科、浙江藍(lán)能、魯西化工、雙瑞特裝等企業(yè)都具備長(zhǎng)管生產(chǎn)能力。下一階段發(fā)展重點(diǎn)是提高長(zhǎng)管工作壓力，從而提高高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)效率，這需要國(guó)家層面放開(kāi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

車載領(lǐng)域主要應(yīng)用金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶（Ⅲ型）和非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶（Ⅳ型）。目前國(guó)外主流燃料電池汽車均采用70MPaⅣ型瓶，如美國(guó)Quantum、加拿大Dynetek和日本豐田等公司。而國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟的國(guó)產(chǎn)儲(chǔ)氫瓶大多為35MPa III型氫瓶，35MPa儲(chǔ)氫瓶及供氫系統(tǒng)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，斯林達(dá)安科、科泰克、浙江大學(xué)等在70MPa高壓儲(chǔ)氫瓶也有技術(shù)積累，具有一定的產(chǎn)業(yè)化能力。

（2）低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)

低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)是指對(duì)氫氣加壓之后，利用深冷技術(shù)將氫氣進(jìn)行液化，再裝至低溫槽罐，實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)運(yùn)。由于液氫的密度是氣態(tài)氫的845倍，因此，低溫液態(tài)可以大幅提高氫氣的儲(chǔ)運(yùn)能力，如下表所示。氫氣液化需深冷至21K（-252.15攝氏度），能耗大，耗電量高，所以前期液氫裝備的一次性投入成本較高，液化過(guò)程的裝備投資和電耗成本占運(yùn)氫成本的70%～80%。另外，低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)對(duì)存儲(chǔ)裝備有很高的要求，需要耐超低溫和保持超低溫的特殊容器，該容器需要抗凍、抗壓，且必須嚴(yán)格絕熱。因此，低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)相較于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，單位質(zhì)量成本大幅提高。隨著用氫規(guī)模擴(kuò)大以及運(yùn)輸距離變長(zhǎng)，低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)方式的成本升高幅度不大，因此，200km以上的運(yùn)輸距離更適合采用低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)的方式。

表4-1 氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式比較

液氫技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)相對(duì)較為成熟，液氫儲(chǔ)運(yùn)已進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用階段。而國(guó)內(nèi)目前還無(wú)法民用。液氫民用標(biāo)準(zhǔn)的缺失極大地限制了液氫罐車在民用領(lǐng)域的應(yīng)用。我國(guó)已具備低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)能力，相關(guān)企業(yè)有中集圣達(dá)因、四川空分、航天晨光和國(guó)富氫能等。

2019 年6月，全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)發(fā)布《氫能汽車用燃料液氫》、《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和《液氫貯存和運(yùn)輸安全技術(shù)要求》三項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)的函。液氫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策規(guī)范形成后，儲(chǔ)氫密度和傳輸效率都更高的低溫液態(tài)儲(chǔ)氫將是未來(lái)重要的發(fā)展方向。

4.3 加氫站核心裝備

(1) 站用壓縮機(jī)

常用的氫氣壓縮設(shè)備為壓縮機(jī)，壓縮機(jī)是將氫源加壓注入儲(chǔ)氣系統(tǒng)的核心裝置，輸出壓力和氣體封閉性能是其最重要的性能指標(biāo)。加氫站使用的壓縮機(jī)主要有隔膜式壓縮機(jī)、液驅(qū)式壓縮機(jī)和離子液壓縮機(jī)。詳細(xì)參數(shù)比較可參考作者期刊論文《加氫站用氫氣壓縮機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀與思考》。

表4-2 三種壓縮機(jī)比較

其中，國(guó)產(chǎn)隔膜壓縮機(jī)應(yīng)用在已建成的加氫站，如中鼎恒盛、北京天高、恒久機(jī)械，價(jià)格比進(jìn)口產(chǎn)品便宜30-50%。液驅(qū)壓縮機(jī)以美國(guó)Haskel、德國(guó)麥格思維特等為代表，國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)代表企業(yè)。國(guó)內(nèi)企業(yè)海德利森已經(jīng)掌握液驅(qū)壓縮機(jī)核心技術(shù)，并能夠提供相關(guān)閥門。離子式壓縮機(jī)能實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，但因技術(shù)尚未成熟，沒(méi)有大規(guī)模使用。

(2) 站用儲(chǔ)氫裝置

儲(chǔ)氫罐很大程度上決定了加氫站的氫氣供給能力。目前主要使用大直徑儲(chǔ)氫長(zhǎng)管和鋼帶錯(cuò)繞式儲(chǔ)氫罐來(lái)儲(chǔ)氫。

大直徑儲(chǔ)氫長(zhǎng)管方面，石家莊安瑞科45MPa儲(chǔ)氫瓶組也已成功用于國(guó)內(nèi)眾多加氫站。鋼帶錯(cuò)繞式儲(chǔ)氫罐，目前有47MPa和98MPa兩種型號(hào)，如浙大與巨化集團(tuán)制造生產(chǎn)的兩臺(tái)國(guó)內(nèi)最高壓力等級(jí)98MPa立式高壓儲(chǔ)罐，安裝在江蘇省常熟市豐田加氫站和上海驛藍(lán)舜工加氫站中。

國(guó)內(nèi)已具備高壓氣氫儲(chǔ)罐的生產(chǎn)能力，主要企業(yè)有中集安瑞科、浙江藍(lán)能、開(kāi)原維科、浙江巨化裝備等，而98MPa高壓儲(chǔ)罐仍需解決大批量規(guī)模化問(wèn)題。

(3) 氫氣加注設(shè)備

加氫機(jī)是實(shí)現(xiàn)氫氣加注服務(wù)的設(shè)備，國(guó)內(nèi)以集成為主。國(guó)內(nèi)35MPa的加氫機(jī)基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，但加氫槍、流量計(jì)等核心零部件還主要依賴進(jìn)口，主要廠商有舜華新能源、國(guó)富氫能、氫楓能源、海德利森、厚普股份（液空厚普）、正星股份等。70MPa加氫機(jī)關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)掌握，但產(chǎn)品工藝還有待改進(jìn)，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)在做工藝上突破。

(4)液氫泵

液氫泵是液氫加氫站的關(guān)鍵設(shè)備，之前主要應(yīng)用于航天領(lǐng)域，為航天器輸送低溫液氫燃料，現(xiàn)在液氫泵的應(yīng)用逐漸向民用傾斜，向小型化發(fā)展。

液氫泵直接將低溫液態(tài)氫升壓至所需壓力，再通過(guò)汽化器，將液氫汽化注入高壓儲(chǔ)氫瓶中。低溫液氫泵的成本較高，且需要對(duì)氫氣儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的保溫，以維持其低溫狀態(tài)。

目前國(guó)外三大氣體巨頭林德、空氣產(chǎn)品和液化空氣都已具備成熟的液氫泵產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，日本液氫加氫站也正在向液氫泵技術(shù)路線靠攏。國(guó)內(nèi)方面，液氫泵正處在研發(fā)階段，相關(guān)企業(yè)有國(guó)富氫能、藍(lán)捷氫能、杭氧股份等，現(xiàn)階段主要依賴進(jìn)口。

（5）低溫液氫儲(chǔ)罐

加氫站液氫罐箱是一種低溫液體貯箱，容器必須要求絕熱，以減少漏熱導(dǎo)致的蒸發(fā)損失。典型的液氫貯箱，貯箱內(nèi)膽材料一般為不銹鋼，內(nèi)膽的支撐是通過(guò)內(nèi)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，要求內(nèi)構(gòu)件絕熱性好，滿足貯箱的絕熱要求。內(nèi)構(gòu)件通過(guò)一端焊接在貯箱內(nèi)膽底部圓形鐵槽固定；另一端則是通過(guò)螺釘與貯箱外殼底部的支撐架相連接。

圖4-1 液氫儲(chǔ)罐和儲(chǔ)存系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示

液氫儲(chǔ)罐技術(shù)主要分為被動(dòng)技術(shù)和主動(dòng)技術(shù)，前者包括高真空絕熱、真空多層絕熱等，后者主要包括大面積冷卻屏（Board-area-cooled，BAC）技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)液氫的零蒸發(fā)儲(chǔ)存（Zero Boil-Off，ZBO）。國(guó)內(nèi)已有四川空分集團(tuán)、航天晨光、中集圣達(dá)因、國(guó)富氫能成功研制出液氫儲(chǔ)罐，但在規(guī)模上仍與國(guó)外差距較大，國(guó)外已可制造3×104 m3的超大液氫球罐，而國(guó)內(nèi)只能制造3000 m3以下的儲(chǔ)罐。

（6）氫氣蒸發(fā)器

氫氣蒸發(fā)器（氣化器）是接收液態(tài)氫并加一定熱量，使液態(tài)氫氣化為氣態(tài)氫的裝置，技術(shù)壁壘不高，空氣熱置換是關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)蒸發(fā)器基本滿足使用，但流量控制還有待提高。設(shè)備主要供應(yīng)商有Cryoquip和特萊姆。