氢能行业专题报告（二）：多种氢储竞相落地，远近长短各有千

投资建议：我们认为随着绿氢制取技术成熟，以及风光等可再生能源装机占比提升，电力成本降低，绿氢成长空间将进一步打开。伴随绿氢制备及应用起量，将带动中游相关系统配套商出货。1）依托集团资源带来业务订单的公司将最先受益，受益标的石化机械、兰石重装； 2）具备核心技术支撑，快速匹配市场需求的公司，受益标的富瑞特装、中材科技、中复神鹰、冰轮环境。 六种氢储路径竞相落地，远近长短各有千秋。高压气态储氢技术成熟，在中短期内仍将是储氢的主流方案，但长管拖车输氢的经济距离不超过200km，其中人工成本占比较高，在32%-43%之间，设备折旧在11%-15%之间。低温液氢储运成本主要在电费，槽罐拖车经济运输半径接近1000km，适合于远距离运输，其中电费是主要的成本构成，占比在62%-97%之间。固态储氢终端应用多集中于固定式储氢以及对重量不敏感的小型移动式应用，目前已进入示范应用阶段，运输成本在9.6-21.7元/kg之间，电费是主要的成本构成，占比在41%-93%之间。掺氢管道和纯氢管道运输适合远距离，成本分别在4.79-8.38元/kg和0.91-6.88元/kg之间。 IV型储氢气瓶逐渐走向市场应用，碳纤维复合材料是成本核心。2023年5月，IV型储氢瓶标准规范相继发布，车用储氢瓶标准将于2024年6月开始实施。2023年国内多家企业在IV型瓶方面取得突破性进展，如：彼欧蓝能、未势能源、中氢聚力等。35MPa、70MPa高压储氢IV型瓶的成本分别为2865、3488美元，其中碳纤维复合材料成本分别占系统总成本的75%和78%。 管道输氢在短距离、长距离均具有储运经济性。在低于200km的输氢范围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道>高压气态>掺氢管道>液态储氢>固态镁基；在200-450km范围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道>掺氢管道>液态储氢>高压气态>固态镁基；在大于450km的运输范围内，运输氢气的经济性从高到低分别为：纯氢管道>掺氢管道>液态储氢>固态镁基>高压气态。 风险提示。制氢及储运设备成本下降不及预期、政策补贴不及预期。 1.氢能储运：制约氢能发展的关键环节 氢储运逐渐成为制约氢能发展的重要一环。氢气的密度小，原子半径小，能够穿过大部分肉眼看不见的微孔；爆炸极限宽，范围在4.0%-75.6%之间；液化温度低至-253℃。因为氢气特殊的物理和化学性能，使其储运存在较大难度。随着上游制氢及下游用氢产业链逐渐完善，成本降低，中游储运环节愈发显得捉襟见肘，成为制约氢能发展的重要一环。 氢的存储运输是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁，储氢技术的关键在于提高氢气能量密度。根据氢气的储存状态可将储运方式分为高压气态储运、低温液态储运、有机液态储运和固态储运等。不同储氢方式各有优劣，其中气态储氢具有成本低、能耗低、充放氢速度快、能够常温操作等优点，但储氢密度较小，不宜远距离运输；低温液态储氢能量密度大、加注时间短，但成本较高；有机液态储氢具有良好的稳定性、安全性和便利性，但也存在成本较高的问题；固态储氢在储氢密度和氢气纯度方面突出，目前尚处于技术提升阶段。 表1：气态储氢具有成本低、能耗低、充放氢速度快、能够常温操作等优点 2.六种储运路径竞相落地，远近长短各有千秋 2.1.高压气态储氢：短期内仍是主流路线 目前，高压气态储氢技术成熟，在中短期内仍将是储氢的主流方案。高压气态储氢以气罐为储存容器，其优点是成本低、能耗低、充放气速度快，且能够在常温下操作。 2.1.1.储氢瓶：目前已有四种商业化储氢瓶 高压储氢气瓶主要分为五个类型：全金属气瓶(I型)、金属内胆纤维环向缠绕气瓶(II型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(III型)、非金属内胆纤维全缠绕气瓶(IV型)和无内胆纤维全缠绕型（V型）。 I型瓶由金属钢组成，重量最大、成本最低、工艺最简单，适用于压力要求不高的固定应用场景； II型瓶的主要瓶胆材料也是金属钢材，但在外层采用了玻璃纤维复合材料对瓶身进行包裹，因此耐受压力高于I型瓶。目前也多应用于固定式应用场景； III型瓶内胆为金属（通常为铝合金），但厚度有所减薄，外层采用了碳纤维复合材料包裹瓶身，包裹形式为两极铺设或螺旋形铺设。 III型瓶具备重量轻、抗压性能好的特点，因此适用于氢燃料电池汽车等移动设备。 IV型瓶内胆为高分子材料，外层采用碳纤维复合材料包裹瓶身，包裹形式为两极铺设和螺旋形铺设混合，瓶壁略薄于III型瓶。IV型瓶也主要应用于氢燃料车等移动场景。 V型瓶是指不含任何内胆、完全采用复合材料加工而成的压力容器。 V型瓶的技术目前市场上尚在起步阶段。 图1：IV型瓶内胆为高分子材料 表2：目前IV型储氢瓶承载压力大，储氢密度高，适于上车 2.1.2.IV型储氢气瓶：逐渐走向市场应用 在氢燃料电池和电动汽车的带动下，IV型储氢气瓶成为了当前市场化的热点。目前世界各国都在重点研发IV型储氢瓶，其中日本、韩国、美国与挪威已广泛应用IV型瓶，Hexagon、丰田、佛吉亚等公司具备批量生产能力。我国IV型储氢瓶也逐渐走向市场应用，如天海工业、中集安瑞科、山东奥扬等公司陆续开始建设IV型瓶生产线。 2023年5月，IV型储氢瓶标准规范相继发布。2023年5月中国国家标准管理委员会正式发布《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》，并将于2024年6月1日开始实施，为我国IV型储氢瓶产业提供了明确指引，并在大容积钢质无缝瓶、高压储氢瓶阀门、内胆等方面规定了适用范围及检测规则与方法。 表3：我国发布一系列IV型储氢瓶标准规范 2023年多家企业发布新品，产线建成。2023年上半年，国内众多布局IV型瓶的企业分别在新品发布、产线建成、项目落地等方面取得突破性进展，如：彼欧蓝能、未势能源、中氢聚力等。2023年未势能源IV型瓶进入试生产阶段，预计2025年彼欧蓝能第一条IV型瓶生产线建成投产。 表4：IV型储氢瓶企业项目进展顺利 2.1.3.储氢瓶生产工艺：内胆成型，缠绕固化 储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓冲层。由于氢原子半径小、氢气在高压下具有很强的渗透性，所以储罐的内衬材料需要有良好的阻隔功能，防止气体泄漏。 图2：IV型储氢瓶结构包括内衬、纤维缠绕层、外保护层、缓冲层等 储氢瓶的生产可大致分为内胆成型和缠绕固化两个主要环节。生产过程中存在工艺技术难度大、工艺参数多、装备精准度控制、检验检测技术和装备要求高等问题，因此具有较高的技术壁垒。 图3：储氢瓶生产工艺主要包括内胆成型和缠绕固化两个环节 （1）内胆成型 IV型储氢瓶采用高分子材料做内胆，一般包括聚酰胺(PA6)、高密度聚乙烯(HDPE)以及聚酯塑料（PET）等复合材料，这些材料一般具有的特性： 耐氢气渗透性和耐热性。由于氢气的强渗透性，内胆选材需重点考察氢气阻隔性能；氢气压缩过程中，瓶内温度也会升高，因此还需要良好的耐热性。 低温力学性能。氢气在充入瓶内之前一般会冷却至-40 ℃， 因此内胆 材料需要具备良好的低温力学性能，防止低温下发生破裂。 良好的工艺性。塑料内胆成型技术包括注塑成型、滚塑成型、吹塑成型等，因此其材料需要具备良好的工艺性。 图4：IV型储氢瓶内胆为高分子材料 IV型瓶内胆成型工艺主要为注塑、滚塑和吹塑成型。注塑是指将塑性材料熔融后注入模具后冷却成型，具有密封结构设计自由、耐冲击、耐环境等优点，但良品率低，且不适合大尺寸成型；滚塑是指对装入模具的粉状塑料进行旋转加热，使其粘附在膜腔后冷却定型，该方法制品壁厚均匀且工艺简单，但致密性、生产效率偏低；吹塑是指利用压缩空气吹胀半熔融状态的塑料型胚，该方法生产效率高，但 嵌件成形存在一定难度。 目前， 丰田、现代已量产的IV型瓶均为注塑+焊接工艺，该种成型方法成本低、运用较广泛、但良品率也较低，且必须配合后续的焊接工序。 表5：IV型瓶内胆成型工艺主要为注塑、滚塑和吹塑成型 （2）缠绕固化 缠绕方式主要有环向缠绕和螺旋缠绕。环向缠绕是沿容器圆周方向进行的缠绕。环向缠绕的特点是缠绕只能在筒身段进行，不能缠到封头，邻近纱片间相接而不重叠，纤维的缠绕角通常在85°~90°之间。螺旋缠绕也称测地线缠绕，芯模绕自己轴线匀速转动，同时导丝头按特定速度沿芯模轴线方向往复运动，缠绕在筒身段和封头上均进行，缠绕角约为12°~70°之间。为保证缠绕后的气瓶满足使用的压力要求，其缠绕方式一般选择环向缠绕和螺旋缠绕相结合的方式。 图5：储氢瓶缠绕方式一般为环向和螺旋相结合 碳纤维缠绕成型工艺可分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕。干法缠绕是指将预浸带在缠绕机上加热软化至粘流态后缠绕到芯模上，该方法能够严格控制纤维和树脂的含量比例，生产效率较高，缠绕速度为100～200m/min；湿法缠绕是指将浸渍处理后的碳纤维丝束在张力控制下直接缠绕到芯模上，该方法具有成本低、工艺设备简单、气密性好、纤维排列平行度好等优点，缠绕速度可达200m/min。半干法缠绕是指在浸胶碳纤维缠绕到芯模之前通过烘干设备将浸胶碳纤维纱线中的溶剂除去，提高制品质量，缠绕速度最快可达240m/min。与干法缠绕相比，省去了预浸胶工序，缩短了烘干所耗的时间；相对于湿法缠绕而言，只是增加了一套烘干设备，却可以大幅降低制品中的气泡含量以及孔隙。 表6：碳纤维缠绕成型工艺包括干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕 干法缠绕具有更高的强度和刚度，湿法缠绕则具有更好的耐腐蚀性和减重效果。干法缠绕碳纤维制品的强度和刚度通常较高，能够满足高强度、高刚度的需求。此外，干法缠绕碳纤维制品的重量较轻，具有较好的轻量化效果。然而，干法缠绕碳纤维制品的耐腐蚀性能可能较差，需要采取额外的防护措施。湿法缠绕碳纤维制品的耐腐蚀性和减重效果通常较好。由于浸渍了树脂，湿法缠绕碳纤维制品能够更好地抵抗化学腐蚀和环境因素对性能的影响。此外，湿法缠绕碳纤维制品的重量也较轻，具有较好的轻量化效果。然而，湿法缠绕碳纤维制品的强度和刚度可能略低于干法缠绕碳纤维制品。 表7：干法缠绕具有更高的强度和刚度，湿法缠绕则具有更好的耐腐蚀性和减重效果 表8：国内企业在三个技术路径中均有布局 2.1.4.储氢瓶成本结构：主要集中在碳纤维复合材料 成本结构主要由原材料、设备折旧、人工、能源费用等构成，原材料占比最大。其中，原材料成本占比30%-50%；设备投资成本占比20%-30%； 人工费用占比20%-30%；能源成本占比10%-20%。对于具有300英里行驶里程的氢能源汽车，将需要约5公斤的氢气，对应的35MPa、70MPa高压储氢III型瓶的成本分别为3084、3921美元，其中碳纤维复合材料成本分别占系统总成本的62%和66%。35MPa、70MPa高压储氢IV型瓶的成本分别为2865、3488美元，其中碳纤维复合材料成本分别占系统总成本的75%和78%。 图6：储氢瓶成本集中在碳纤维复合材料 图7：2011-2022年中国碳纤维进口及国产供应量不断增加 碳纤维国产化将大大降低储氢瓶成本。我国碳纤维工业经历了长期自主研发，打破了国外技术装备封锁，碳纤维国产化取得了巨大突破。自2017年始，国产碳纤维产能扩张加速，2022年国产碳纤维供应量达到4.5万吨，首次高于进口量。随着碳纤维国产化程度的提高，将大幅降低储氢瓶成本。 2.1.5.储氢瓶的运输经济范围：适用于短距离运输 高压气态长管拖车输氢的经济距离不超过200km。在运输距离50~1000km，以满载350kg氢气，20MPa的长管拖车为例，随着运输距离增加，单位质量氢气的运输成本从2.4元/kg增加至36.2元/kg。按照储运成本控制在10元/kg以内，20MPa长管拖车经济运输半径不超过200km。从成本结构看，人工成本占比较高，在32%-43%之间，设备折旧在11%-15%之间，油费和过路费在28%-37%之间，四项成本占比在72%-95%之间。 表9：高压气态长管拖车输氢的经济距离不超过200km