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)用成為推動整個

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)用成為推動整個產(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)用場景也表現(xiàn)出巨大的潛力。

國際氫能委員會預(yù)計，到2050年，氫能將創(chuàng)造3000萬個工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，創(chuàng)造2.5萬億美元年產(chǎn)值，在全球終端能源消費(fèi)中占比達(dá)到18%。

2 氫能裝備市場概況

氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括氫氣制備、氫儲運(yùn)和加注、氫能應(yīng)用等。我國氫源資源豐富多樣，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)展緊跟國際先進(jìn)水平，高壓氫氣瓶和儲罐技術(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、日本及德國等發(fā)達(dá)國家，但近幾年來呈現(xiàn)快速增長的趨勢。氫能傳統(tǒng)應(yīng)用主要在化工產(chǎn)業(yè)方面，近年來，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，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電解槽在未來成本降低的潛力較大。

氫儲存中高壓氣態(tài)儲氫是目前最常用、最成熟的儲氫技術(shù)，涉及的設(shè)備是儲氫長管或儲氫罐，儲氫長管產(chǎn)業(yè)化程度很高，儲氫罐仍需解決大規(guī)模批量化生產(chǎn)問題；低溫液氫儲存技術(shù)在海外比較成熟，國內(nèi)應(yīng)用僅限于航天領(lǐng)域；我國目前掌握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)與氫儲存環(huán)節(jié)對應(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)需求和國家法律法規(guī)的缺失，暫時還不能應(yīng)用于民用領(lǐng)域。高壓氫氣和低溫液氫均可通過管道運(yùn)輸，氣氫管道運(yùn)輸國內(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)主要通過加氫站來實現(xiàn)。根據(jù)氫氣存儲方式的不同，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)、高壓儲氫罐、氫氣加注機(jī)，目前都有國產(chǎn)替代的產(chǎn)品出現(xiàn)，并應(yīng)用在加氫站上。國內(nèi)尚無民用液氫加氫站，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)域是未來的增長點，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。我國氫燃料電池汽車市場還處在導(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年國內(nèi)實現(xiàn)5-10萬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)志著我國氫燃料電池汽車將進(jìn)入規(guī)?；逃秒A段，進(jìn)而傳導(dǎo)至上游，帶動整個氫能產(chǎn)業(yè)大發(fā)展。

3 氫能裝備市場規(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年中國氫氣銷售價格將為23-28元/千克，燃料電池汽車保有量為100萬輛，各類車型綜合耗氫量為5.56千克/天。

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

表3-1 中國氫能產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模情況與預(yù)測

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規(guī)模）。

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

圖3-1 我國加氫站氫氣售價價格組成

圖3-2 日本加氫站氫氣售價價格組成

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

表3-2 中國氫能產(chǎn)業(yè)細(xì)分市場規(guī)模預(yù)測

根據(jù)中國石油勘探開發(fā)研究院的預(yù)測，2050年液氫將占所有儲氫方式的45%。對于中長距離運(yùn)輸，液氫技術(shù)和裝備不可替代，有助于實現(xiàn)規(guī)?；瘹湓匆暂^低的儲運(yùn)、加注成本供應(yīng)氫能終端消費(fèi)聚集區(qū) 域。

圖3-3 儲氫方式構(gòu)成預(yù)測

由此可得到液氫儲運(yùn)的市場規(guī)模，如下表所示。

表3-3 中國液氫儲運(yùn)市場規(guī)模預(yù)測

4 氫能產(chǎn)業(yè)主要裝備投資價值分析

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)美國商業(yè)管制清單，限制了我國進(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)我國氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4.2 氫儲運(yùn)裝備

（1）高壓氣氫儲運(yùn)

高壓氣氫儲運(yùn)技術(shù)較為成熟，也是當(dāng)下我國主要氫氣儲運(yùn)方式，經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑在150km左右。目前國內(nèi)長管以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)都具備長管生產(chǎn)能力。下一階段發(fā)展重點是提高長管工作壓力，從而提高高壓氣氫儲運(yùn)效率，這需要國家層面放開相關(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）。目前國外主流燃料電池汽車均采用70MPaⅣ型瓶，如美國Quantum、加拿大Dynetek和日本豐田等公司。而國內(nèi)技術(shù)成熟的國產(chǎn)儲氫瓶大多為35MPa III型氫瓶，35MPa儲氫瓶及供氫系統(tǒng)已經(jīng)完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，斯林達(dá)安科、科泰克、浙江大學(xué)等在70MPa高壓儲氫瓶也有技術(shù)積累，具有一定的產(chǎn)業(yè)化能力。

（2）低溫液氫儲運(yùn)

低溫液氫儲運(yùn)是指對氫氣加壓之后，利用深冷技術(shù)將氫氣進(jìn)行液化，再裝至低溫槽罐，實現(xiàn)氫氣的儲運(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，低溫液氫儲運(yùn)對存儲裝備有很高的要求，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，低溫液氫儲運(yùn)相較于高壓氣態(tài)儲氫，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，低溫液氫儲運(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運(yùn)的方式。

表4-1 氫氣儲運(yùn)方式比較

液氫技術(shù)在國外已經(jīng)相對較為成熟，液氫儲運(yùn)已進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段。而國內(nèi)目前還無法民用。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。我國已具備低溫液氫儲運(yùn)能力，相關(guān)企業(yè)有中集圣達(dá)因、四川空分、航天晨光和國富氫能等。

2019 年6月，全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會發(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》三項國家標(biāo)準(zhǔn)征求意見的函。液氫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策規(guī)范形成后，儲氫密度和傳輸效率都更高的低溫液態(tài)儲氫將是未來重要的發(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，價格比進(jìn)口產(chǎn)品便宜30-50%。液驅(qū)壓縮機(jī)以美國Haskel、德國麥格思維特等為代表，國內(nèi)目前尚無代表企業(yè)。國內(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)能實現(xiàn)等溫壓縮，但因技術(shù)尚未成熟，沒有大規(guī)模使用。

(2) 站用儲氫裝置

儲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氫長管和鋼帶錯繞式儲氫罐來儲氫。

大直徑儲氫長管方面，石家莊安瑞科45MPa儲氫瓶組也已成功用于國內(nèi)眾多加氫站。鋼帶錯繞式儲氫罐，目前有47MPa和98MPa兩種型號，如浙大與巨化集團(tuán)制造生產(chǎn)的兩臺國內(nèi)最高壓力等級98MPa立式高壓儲罐，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。

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

(3) 氫氣加注設(shè)備

加氫機(jī)是實現(xiàn)氫氣加注服務(wù)的設(shè)備，國內(nèi)以集成為主。國內(nèi)35MPa的加氫機(jī)基本實現(xiàn)國產(chǎn)替代，但加氫槍、流量計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，再通過汽化器，將液氫汽化注入高壓儲氫瓶中。低溫液氫泵的成本較高，且需要對氫氣儲運(yùn)過程進(jìn)行嚴(yán)格的保溫，以維持其低溫狀態(tài)。

目前國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。國內(nèi)方面，液氫泵正處在研發(fā)階段，相關(guān)企業(yè)有國富氫能、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)膽的支撐是通過內(nèi)構(gòu)件實現(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；另一端則是通過螺釘與貯箱外殼底部的支撐架相連接。

圖4-1 液氫儲罐和儲存系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示

液氫儲罐技術(shù)主要分為被動技術(shù)和主動技術(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)，旨在實現(xiàn)液氫的零蒸發(fā)儲存（Zero Boil-Off，ZBO）。國內(nèi)已有四川空分集團(tuán)、航天晨光、中集圣達(dá)因、國富氫能成功研制出液氫儲罐，但在規(guī)模上仍與國外差距較大，國外已可制造3×104 m3的超大液氫球罐，而國內(nèi)只能制造3000 m3以下的儲罐。

（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。