2021-氢能系列报告（二）储氢篇：储氢发展适度超前，高压储氢优先实现-solarbe文库

资源描述：

氢能系列报告（二）储氢篇储氢发展适度超前，高压储氢优先实现行业深度报告请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。行业报告电力 2021 年 12 月 28 日中性（维持）行情走势图相关研究报告【平安证券】电力深度报告氢能系列报告（一）制氢篇副产氢已占先机，绿氢有望开新局 212111214 【平安证券】环保行业深度报告碳中和系列报告氢能，碳中和时代的零碳能源 20210330 证券分析师樊金璐投资咨询资格编号 S1060520060001 FANJINLU749pingan.com.cn 陈骁投资咨询资格编号 S1060516070001 CHENXIAO397PINGAN.COM.CN 皮秀投资咨询资格编号 S1060517070004 PIXIU809pingan.com.cn 平安观点  氢能储运是产业链的关键环节。氢能产业链整体分为氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节，其中储运环节是高效利用氢能的关键。成本方面，氢气储运成本占总成本约 30。技术方面，要提高氢气能量密度，国际能源署规定储氢质量标准达到 5。经济高效是氢能储运未来发展趋势。目前，氢能储存应用场景有加氢站储存、运输车储存和燃料电池车储存等。  氢能产业的发展给压力容器行业带来新的发展机遇。氢能产业发展将推动临氢、超高压、超低温以及纤维缠绕复合材料、多层包扎结构设备的设计制造、检验检测、风险评估等方面技术的发展和进步，也推动压力容器产业向高端、清洁、环保、高效方向的转型升级。  氢能储存技术以高压储氢为主。储氢方式主要有气态储氢、液态储氢和固态储氢三种。从技术发展方向看，目前高压气态储氢技术比较成熟，将是国内主推的储氢技术；有机物液体储氢技术具有独一无二的安全性和运输便利性，但该技术尚有较多技术难题，未来会极具应用前景；固态储氢应用在燃料电池汽车上优点十分明显，但现在技术还有待突破，长期来看发展潜力比较大。从市场价值看，氢能储运未来发展空间广阔。据国际氢能委员会预测，到 2050 年氢能产业将创造 2.5 万亿美元的市场规模。  高压储气瓶技术逐步成熟。高压气态储氢是目前广泛应用的储氢方式，主要通过高压储气瓶来实现氢气的储存和释放。高压储氢瓶分为纯钢制金属瓶（ I 型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（ II 型）、金属内胆纤维缠绕瓶（ III 型）和塑料内胆纤维缠绕瓶（ IV 型） 4 种。目前， III 型瓶是我国发展重点，已开发 35MPa 和 70MPa，其中 35MPa 已被广泛用于氢燃料电池车， 70MPa 开始推广。 IV 型瓶则处于研发阶段。目前储氢瓶成本较高，碳纤维成本占比较大。随着储氢瓶的量产以及碳纤维国产化，储氢瓶制造成本逐步下降。  液态和固态储氢技术已进入示范阶段。液态及固态储氢效率高于气态储氢，是未来发展方向。目前低温液态储氢主要应用在航天工程中。有机液体储氢和固体储氢仍处于研究阶段或示范阶段。  投资建议从产业发展的规律来看，储氢设施是氢能产业的基础设施，在产业发展过程中要适度超前建设才能支撑产业发展；氢的储运是制约产业发展的关键环节，氢能产业发展给压力容器行业带来新机遇，对材料的要求也越来越高；储运成本占总成本的 30左右，经济、高效、安全的储运技术已成为当前制约氢能规模应用的主要瓶颈之一。随着加氢站、制氢站的建设增多，储罐需求将稳步增加，高压大容量的储罐壁垒较高，建议关注高压氢容器制造公司；车用储罐需求量大，建议关注拥有 III 型储氢瓶与 IV 型瓶技术的公司；材料方面，建议关注生产储罐用钢材和碳纤维的公司。  风险提示 1）氢能价格难以大幅下降； 2）燃料电池成本下降不及预期； 3）工业应用发展不及预期； 4）氢能储存技术发展不及预期。证券研究报告请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 2/ 20 正文目录氢能产业链储氢 4 一、氢能储运是产业链的关键环节 4 1.1 氢能储运在产业链中成本较高 4 1.2 高效率和低成本是氢能储运发展趋势 5 1.3 储氢的技术要求 6 1.4 氢能储存场景及相关标准 . 6 1.5 氢能给压力容器行业带来新机遇 . 7 1.6 储氢容器材料要求不断提升 8 二、氢能储存技术以高压储氢为主 8 2.1 氢能有三种储存方式 9 2.2 氢能储运发展空间广阔 10 三、高压储气瓶技术逐步成熟 . 11 3.1 高压储氢瓶的应用场景 .11 3.2 车用储氢瓶成本碳纤维占比高，成本有望逐步下降 12 3.3 国内高压储氢产业链主要企业及产品 14 四、液体和固体储氢技术已经进入示范阶段 16 4.1 液态储氢目前主要应用在航天工程中 16 4.2 有机液体储氢仍处于研究或示范阶段 17 4.3 固体储氢也已经进入示范阶段 17 五、投资建议 . 18 5.1 固定式储罐壁垒高，车载储氢空间大 18 5.2 投资建议 18 六、风险提示 18 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 3/ 20 图表目录图表 1 氢能产业链储氢 . 4 图表 2 氢能全产业链示意图 . 5 图表 3 美国能源部对车载储氢系统的技术指标（ 2011 年） . 6 图表 4 储氢标准体系 . 6 图表 5 氢能产业基础设施关键设施 . 8 图表 6 目前主要储氢方式 . 9 图表 7 3 种主要储氢技术的优缺点及应用 9 图表 8 主要氢能储运方式的技术指标比较 . 10 图表 9 2018-2021 年国家 “氢能技术 ”重点专项项目分布变化情况 . 10 图表 10 高压储氢设备分类及性能 11 图表 11 不同类型储氢瓶 /罐性能对比 11 图表 12 不同类型车用储氢瓶对比图 12 图表 13 储氢瓶产业链简介 . 13 图表 14 碳纤维复合材料材质 IV 型高压储氢瓶剖视图 . 13 图表 15 35MPa 高压储氢 IV 型瓶成本构成（美元） . 14 图表 16 70MPa 高压储氢 IV 型瓶成本构成（美元） . 14 图表 17 储氢瓶成本与规模化对应关系（单位美元） . 14 图表 18 国内外储氢瓶生产企业及气瓶性能对比 . 15 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 4/ 20 氢能产业链储氢图表 1 氢能产业链储氢资料来源平安证券研究所一、氢能储运是产业链的关键环节 1.1 氢能储运在产业链中成本较高请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 5/ 20 氢能产业链整体可以分为氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节，其中储运环节是高效利用氢能的关键，是影响氢能向大规模方向发展的重要环节。在氢能全产业链中，氢的储运是制约我国氢能和燃料电池产业发展的关键环节，因为氢气特殊的物理、化学性能，使得它储运难度大、成本高、安全性低。（ 1）重量轻、密度小在所有元素中，氢的重量最轻、密度小，需要提高储运容器压力进而提高氢的密度来提高氢能利用的效率；（ 2）液化温度低常压下氢气在 -253℃温度才能液化，液化能耗高、静态蒸发损失大，对液氢储罐要求很高；（ 3）原子半径小氢的原子半径非常小，氢气能穿过大部分肉眼看不到的微孔，在高温、高压下，氢气甚至可以穿过很厚的钢板；（ 4）性质活泼氢气非常活泼，稳定性极差，泄露后易发生燃烧和爆炸，这些因素都对氢气的储运技术提出了挑战。从终端氢气价格组成来看，氢气储运成本占总成本的 30左右，经济、高效、安全的储运氢技术已成为当前制约氢能规模应用的主要瓶颈之一。图表 2 氢能全产业链示意图资料来源中国氢能联盟研究院，平安证券研究所 1.2 高效率和低成本是氢能储运发展趋势氢能储运包括氢能储存和氢能运输两部分，氢能的储存方式决定了采用何种氢能运输方式。提高氢能储运效率，降低氢能储运成本，是氢能储运技术发展重点。氢能源汽车存储 5公斤的氢气，在 70MPa的压力下，存储系统的容量约为 200升，是当今燃油汽车中汽油箱容量的 3-4倍。氢能的储运具有较大难度。一方面，氢气是世界上密度最小的气体，体积能量密度较低，扩散系数较大；另一方面，氢气的燃点较低，爆炸极限宽，对储运过程中的安全性也有极高的要求。因此如何实现经济、高效、安全的储氢技术是氢能利用走向实用化、产业化的关键。请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 6/ 20 1.3 储氢的技术要求储氢技术的关键在于提高氢气能量密度。美国能源部（ DOE）要求 2020年国内车载氢能电池的氢气质量密度（即释放出的氢气质量与总质量之比）须达到 4.5， 2025 年达到 5.5，最终目标是 6.5。国际能源署（ IEA）规定的未来新型储氢材料的储氢质量标准为 5。美国 2010 年到 2015 年的体积储氢容量分别为 45g/L 和 81g/L、存储成本分别为 4 美元／ kWh 和 2 美元／ kWh。同时氢气为易燃、易爆气体，当氢气浓度为 4.1-74.2时，遇火即爆。因此评价储氢技术优劣，还必须考虑安全性。图表 3 美国能源部对车载储氢系统的技术指标（ 2011年）技术指标 2025年最终目标体积储氢密度 /（ kg· m-3） 40 70 质量储氢密度， 5.5 6.5 最低 /最高工作温度 /℃ -40/85 -40/85 吸氢时间 /min 3.3 2.5 使用寿命 /次数 1500 1500 资料来源美国能源部，国际能源署，平安证券研究所 1.4 氢能储存场景及相关标准氢能储存场景主要包括在加氢站的储存、在运输车的储存和燃料电池车的储存等几种场景，目前已经形成加氢站及车载氢系统、气液固储氢等相关标准。图表 4 储氢标准体系类型文件 /标准号内容加氢站及车载氢系统技术标准加氢站安全技术规范 GB/T34584-2017 规定氢能车辆加氢站的氢气输送、站内制氢、氢气存储、压缩、加注以及安全与消防等方面的安全技术要求。本标准适用于采用各种供氢方法的氢能车辆加氢站，也适用于加氢加油、加氢加气、加氢充电合建站等两站合建或多站合建的加氢站。燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件 GB/T26990-2011 2020年 7月 21 日，车载储氢系统的两项国标修改后正式实施，将原范围中的工作压力不超过 35MPa 修改为 70MPa。两项标准修改内容均于 2020年 7月 21日已开始实施。燃料电池电动汽车车载氢系统试验方法 GB/T29126-2012 气态存储固定式储氢容器技术标准固定式高压储氢用钢带错绕式容器 GB/T26466-2011 适用于同时满足以下条件的固定式高压储氢用钢带错绕式容器 1设计压力大于或等于 10MPa 且小于 100MPa； 2设计温度大于或等于 -40℃且小于或等于 80℃；内直径大于或等于 300mm且小于或等于 1500mm，设计压力 MPa与内直径 mm的乘积不大于 75000。加氢站用储氢装置安全技术要求 GB/T34583-2017 规定加氢站用气态氢储存装置的安全技术要求，加氢站中用于充装高压氢气且安全在固定位置的装置，包括储气罐储氢装置和无缝管式储气瓶储氢装置。适用于设计压力不大于 100MPa，使用温度不低于 -40℃且不高于 60℃，充装高压氢气的加氢站用固定式储气罐储氢装置和无缝管式储气瓶储氢装置。铝内胆碳纤维全缠绕气瓶（Ⅲ型瓶）技术标准车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶 GB/T35544-2017 规定车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶的型式和参数、技术要求、试验方法、检验规定、标志、包装、运输和储存等要求。适用于设计制造公称工作压力不超过 70MPa、公称容积不大于 450L、贮存介质为压缩氢气、工作温度不低于 -40℃且不高于 85℃、固定在道路车辆上用作燃料箱的可重复充装气瓶。塑料内胆碳纤车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全规定了车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶（以下简称气瓶）的型式和参数、技术请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 7/ 20 维全缠绕气瓶（Ⅳ型瓶）技术标准缠绕气瓶 T/CATSI 02007-2020 要求、运输和储存等要求。除对气瓶性能提出要求外，该标准还对气瓶建造过程提出了技术要求，如气瓶塑料内胆与氢气相容性评定方法、气瓶塑料内胆焊接工艺评定和无损检测方法、气瓶气密性氦泄漏检测方法、气瓶用密封件性能试验方法等。适用于设计制造公称工作压力不超过 70MPa、公称容积不大于 450L、贮存介质为压缩氢气、工作温度不低于 -40℃且不高于 85℃、固定在道路车辆上用作燃料箱的可重复充装气瓶。液态存储液氢技术标准氢能汽车用燃料液氢 GB/T40045-2021 国家市场监管总局（国家标准化管理委员会）批准发布了氢能汽车用燃料液氢液氢生产系统技术规范和液氢贮存和运输技术要求三项国家标准，于 2021年 11 月 1 日起实施。液氢生产系统技术规范 GB/T40061-2021 液氢贮存和运输安全技术要求 GB∕ T40060-2021 固态存储固态储氢技术标准可运输储氢装置金属氢化物可逆吸附氢 ISO 16111-2008 国内固态储氢技术标准缺失，国际标准有可运输储氢装置金属氢化物可逆吸附氢。通信用氢燃料电池固态氢源系统 YDB 053-2010 2010 年由北京有色金属研究总院和工业和信息产业化部电信研究院等单位联合编制。燃料电池备用电源用金属氢化物储氢系统 GB/T 33292-2016 2011年国家标准化管理委员会下达了燃料电池备用电源用金属氢化物储氢系统标准的制定计划， 2017年 7月 1日实施。资料来源国家标准化管理委员会，平安证券研究所 1.5 氢能给压力容器行业带来新机遇氢能产业的发展给压力容器行业带来新的发展机遇，一方面，氢能储运设备是氢能利用的重要基础设施，是促进氢能产业发展的必要支撑。另一方面，氢能产业发展将推动临氢、超高压、超低温以及纤维缠绕复合材料、多层包扎结构设备的设计制造、检验检测、风险评估等方面技术的发展和进步，也推动压力容器产业向高端、清洁、环保、高效方向的转型升级。但氢能产业的快速发展也对压力容器技术要求提出了更高的挑战，目前一系列关键技术有待突破。 1氢能储运装备的材料方面亟待解决。目前高压氢气长管拖车、管束式集装箱、站用储氢瓶组等设备所用的高强钢既没有制定标准，也没有成熟的材料可供选用， 4130X钢已应用于 45MPa站用储氢瓶组，但其可靠性尚未得到充分验证，需要研究提出高压临氢环境下设备选材的安全基本要求，开发专用材料。针对已有应用经验的 4130X 钢，仍需对其与高压氢气的相容性进行系统研究以掌握氢脆受材料成分、组织、加工方法、氢分压等的影响规律，形成 4130X 钢用于高压氢气储运场合的专项技术要求。对于 IV 型储氢气瓶，需要研发内胆专用塑料材料，建立材料性能指标体系等相应标准。 2氢能储运设备设计制造应不断创新。对于 IV 型瓶，其设计制造关键技术主要有内胆结构设计方法、有限元应力分析设计方法、塑料内胆成型方法和工艺、内胆与瓶口密封结构设计方法等，需要研究解决结构尺寸的确定方法及其对气瓶安全性能的影响、内胆与瓶口之间泄漏机理及影响因素、内胆常见缺陷及其成因和预防措施等科学技术问题，有待提出内胆成型、纤维带压缠绕、树脂固化的工艺评定方法。 3储氢设备的型式试验能力还不全面，需加强试验环节以提高压力容器的安全性能。对 35MPa以上压力等级的车载氢气瓶，按 GB/T 35544-2017 标准的要求，型式试验项目包括氢气循环试验，但我国目前还没有通过氢循环试验的产品，氢循环试验装置技术复杂度高、投资大、建设周期长、建设难度大、后期维护成本高，我国仅有个别型式试验机构搭建了试验装置。此外，为推进氢能储运设备的成熟发展，我们还需要对相应的氢能储运设备使用管理方面提出更高的要求，建立现代化管理平台，通过搭载安全监控系统并构建基于全生命周期的大数据平台，实现储氢压力设备的“智能网联化”。请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 8/ 20 图表 5 氢能产业基础设施关键设施资料来源中国知网，平安证券研究所 1.6 储氢容器材料要求不断提升高压储氢气瓶是压缩氢广泛使用的关键技术，随着应用端的应用需求不断提高，轻质高压是高压储氢气瓶发展的不懈追求。目前高压储氢容器已经逐渐由全金属气瓶 Ⅰ型瓶发展到非金属内胆纤维全缠绕气瓶 Ⅳ型瓶。（ 1）全金属储氢气瓶 /罐（Ⅰ型瓶），其制作材料一般为 Cr-Mo钢、 6061铝合金、 316L等。由于氢气的分子渗透作用，钢制气瓶很容易被氢气腐蚀出现氢脆现象，导致气瓶在高压下失效，出现爆裂等风险。 2004 年 7 月，中石化牵头成立了由钢铁企业、使用单位以及有关科研单位等组成压力容器钢板国产化联合攻关组，共同推动钢板研制和应用工作。参与研制的 5 家钢铁企业宝钢、鞍钢、武钢、舞钢、济钢目前已经陆续成功开发了用于大型储备罐的高强度大线能量焊接用钢板。 9Ni 钢最早由太钢于 2007 年开发生产，目前鞍钢、武钢、南钢、湘钢均有生产能力，由于储罐需要 6mm 厚的中厚板，南钢的市场份额较大。太钢、鞍钢和南钢等钢企研发的 LNG 低温压力容器用 9％ Ni 钢板也通过了国家容标委鉴定审查，实现了工程应用，填补了国内的空白。（ 2）纤维复合材料缠绕气瓶（Ⅱ型瓶、Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶）。Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶是纤维复合材料缠绕制造的主流气瓶。其主要由内胆和碳纤维缠绕层组成。Ⅲ型瓶的内胆为铝合金，Ⅳ型的内胆为聚合物。纤维复合材料则以螺旋和环箍的方式缠绕在内胆的外围，以增加内胆的结构强度。总体而言，高压储氢气瓶Ⅰ型瓶、Ⅱ型瓶和Ⅲ型瓶常用的材料有铝 6061 或 7060、钢不锈钢或铬 -钼钢。Ⅳ型瓶内胆常用的聚合物材料为高密度聚乙烯、聚酰胺基聚合物等。高性能纤维是纤维复合材料缠绕气瓶的主要增强体。通过对高性能纤维的含量、张力、缠绕轨迹等进行设计和控制，可充分发挥高性能纤维的性能，确保复合材料增强压力容器性能均一、稳定，爆破压力离散度小。玻璃纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳纤维、芳纶和 PBO 纤维等纤维均被用于制造纤维复合材料缠绕气瓶，其中碳纤维以其出色的性能逐渐成为主流纤维原料如日本东丽的 T300、 T700、 T1000。二、氢能储存技术以高压储氢为主请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 9/ 20 2.1 氢能有三种储存方式目前，主要储氢方式有三种，分别是气态储氢、液态储氢、固态储氢。从技术发展方向来看，目前高压气态储氢技术比较成熟，一定时间内都将是国内主推的储氢技术；有机物液体储氢技术可以利用传统的石油基础设施进行运输、加注，方便建立像加油站那样的加氢网络，相比于其它技术而言，具有独一无二的安全性和运输便利性，但该技术尚有较多技术难题，未来看会极具应用前景；固态储氢应用在燃料电池汽车上优点十分明显，但现在技术还有待突破，短期内不会有较大范围的应用，长期来看发展潜力比较大。图表 6 目前主要储氢方式资料来源新型储氢材料研究进展，平安证券研究所图表 7 3 种主要储氢技术的优缺点及应用储氢技术优点缺点目前主要应用气态储氢高压气态储氢技术成熟，结构简单，充放氢速度快，成本及能耗低体积储氢密度低，安全性能较差普通钢瓶，少量储存，轻质高压储氢罐，多用于氢燃料电池车液态储氢低温液态储氢储氢密度高、运输简单、安全性高转化过程能耗较高、储氢装置要求较高、装置投入较大，经济性较低主要用于航天工程领域，如火箭低温推进剂有机液态储氢储氢量大、能量密度高、储存设备简单成本高，能耗大，操作条件苛刻还没用得到广泛应用固态储氢物理吸附储氢可利用的材料较多，选择多样性常温或高温储氢性能差，储氢不牢固实验研究阶段化学氢化物储氢单位体积储氢密度大，能耗低，安全性好温度要求较高，技术不成熟实验研究阶段资料来源新型储氢材料研究进展，平安证券研究所请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 10/ 20 图表 8 主要氢能储运方式的技术指标比较储氢方式运输工具压力MPa 载氢量kg·车体积储氢密度（ kg/m³ ）质量储氢密度（ wt）成本（元 /kg）能耗（ kWh/kg）经济距离（ km）气态储氢长管拖车 20 300-400 14.5 1.1 2.02 1.0-1.3 ≤ 150 管道 1-4 - 3.2 - 0.3 0.2 ≥ 500 低温液态储存液氢槽罐车 0.6 7000 64 14 12.25 15 ≥ 200 有机液态储氢槽罐车常压 2000 40-50 4 15 - ≥ 200 固态储氢货车 4 300-400 50 1.2 - 10-13.3 ≤ 150 资料来源中国氢能源及燃料电池产业白皮书（ 2019 版），平安证券研究所根据中国氢能联盟发布的中国氢能源及燃料电池产业白皮书（ 2019 版）预测我国氢能储运将按照“低压到高压”“气态到多相态”的方向发展，由此逐步提高氢气储存和运输的能力。氢能市场渗入前期，氢气用量及运输半径相对较小，此时高压气态运输的转换成本较低，更具性价比；氢能市场发展到中期（ 2030年），氢气需求半径将逐步提升，将以气态和低温液态为主；远期（ 2050 年）来看，高密度、高安全储氢将成为现实，完备的氢能管网也将建成，同时出台固态、有机液态等储运标准及管道输配标准作为配套。 2.2 氢能储运发展空间广阔国际氢能委员会预测，到 2050 年，氢能产业将创造 2.5 万亿美元的市场规模。根据中国氢能联盟预计，到 2025 年，我国氢能产业产值将达到 1万亿元；到 2050年，氢能在我国终端能源体系中占比超过 10，产业链年产值达到 12万亿元，这将对氢能储运设备材料提出了大量市场需求，氢能储运设备材料或成为较好的投资机会。国家对储氢环节技术研发更加重视。根据 2018-2021 年国家“氢能技术”重点专项指南汇总数据，从三大产业链环节分布变化中可以发现，国家加大了制氢和储氢技术的研发重视。相比 2018 2020 年， 2021 年储氢技术的研发项目占比大幅提升，氢能源储运愈发重要。图表 9 2018-2021 年国家“氢能技术”重点专项项目分布变化情况资料来源前瞻产业研究院，平安证券研究所 22 19 52 32 32 32 0 10 20 30 40 50 60 储氢技术类制氢技术类燃料电池技术类 2018-2020 2021 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 11/ 20 三、高压储气瓶技术逐步成熟 3.1 高压储氢瓶的应用场景高压气态储氢是目前广泛应用的储氢方式，在国内外已经实现一定规模商用。这种技术路线主要通过高压储气瓶来实现氢气的储存和释放。根据材质的不同，高压储氢瓶分为纯钢制金属瓶（ I 型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（ II 型）、金属内胆纤维缠绕瓶（ III 型）和塑料内胆纤维缠绕瓶（ IV 型） 4 种。根据高压氢容器的不同使用要求，可以将高压储氢分为固定式高压储氢、车载轻质高压储氢和运输用高压储氢。固定式储氢瓶在高压储氢技术中，目前最为成熟且成本较低的技术是钢制氢瓶和钢制压力容器，如目前工业中广泛采用 20MPa 钢制氢瓶，并且可与 45MPa 钢制氢瓶、 98MPa 钢带缠绕式压力容器进行组合应用于加氢站。但是钢制氢气瓶由于较高的重量，因此并不适宜汽车用。储氢装置是加氢站中的一个重要装置，一般采用 45MPa储氢瓶。一般有两种方式，一种是用具有较大容积的气瓶，该类气瓶的单个容积在 600-1500L 之间，为无缝锻造压力容器；另一种是采用小容积的气瓶，单个气瓶的容积在 45L-80L。储运气瓶与车载气瓶的差别在于压力不同，储运气瓶的压力高于车载氢气瓶。当为燃料电池汽车加注时，以站内储氢瓶和车载瓶之间的压差为驱动力。大直径储氢长管石家庄安瑞科气体机械有限公司 2002年在国内率先研制成功 20/25MPa大容积储氢长管，并应用于大规模氢气运输。长管气瓶材料为铬钼钢 4130X，强度高，具有良好的抗氢脆能力。钢带错绕式储氢罐钢带错绕式储氢罐目前有 45MPa 和 98MPa 两种型号，如浙大与巨化集团制造生产的两台国内最高压力等级 98MPa 立式高压储罐，安装在江苏常熟丰田加氢站中。车用储氢瓶目前车用高压储氢瓶的国际主流技术通过以铝合金 /塑料作为内胆，外层则用碳纤维进行包覆，提升氢瓶的结构强度并尽可能减轻整体质量。目前国外氢燃料电池汽车已经广泛使用 70MPa碳纤维缠绕 IV 型瓶，与之相比，目前我国车载储氢方式大多为 35MPa 碳纤维缠绕 III 型瓶，而 70MPa 碳纤维缠绕 III 型瓶也已少量用于国产汽车中。运输用高压储氢瓶高压氢气的运输设备主要用于将氢气从产地运输到使用地或加氢站。管式拖车用旋压成型的大型高压气瓶盛装氢气。典型管式拖车长 10.0-11.4m，高 2.5m，宽 2.0-2.3m，盛装的氢气压力在 16-21MPa 之间，质量在 280kg 左右。图表 10 高压储氢设备分类及性能资料来源中国氢能联盟，平安证券研究所图表 11 不同类型储氢瓶 /罐性能对比类别 I 型纯钢制 II 型钢制内胆纤维缠绕 III 型金属内胆纤维缠绕 IV 型塑料内胆纤维缠绕材料全金属（钢质）内胆为金属（钢质），纤维环向缠绕内胆为金属（钢 /铝质），纤维全缠绕内胆为塑料，纤维全缠绕压强（ MPa） 17.5-20 26-30 30-70 30-70 性能固定式高压氢气储存设备车用高压储氢容器高压氢气输运设备特点容量大、固定式使用轻质、高压大规模点对点；主要用于将氢气从产地运输到使用地或加氢站使用领域主要用于在固定场所储存高压氢气，如加氢站和制氢站内的储氢罐，电厂内储存高压氢气的储罐等是燃料电池汽车或氢内燃机汽车上用于储存高压氢气的容器 1.用大型高压无缝气瓶、 “K”bottle气瓶盛装氢气，并用汽车运输 2.直接用高压氢气管道输送，在氢气的生产地或者配给地等设置输气站，将氢气输送到需要的地方请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 12/ 20 重量体积比（ kg/L） 0.9-1.3 0.6-1.0 0.35-1.0 0.3-0.8 储氢密度（ g/L） 14-17 14-17 40 49 成本低中等高高使用寿命 15 年 15 年 15-20 年 15-20 年应用场景加氢站等固定储氢加氢站等固定储氢氢燃料电池汽车氢燃料电池汽车国内现状压力在 45MPa、容量在 600-1500L 的储氢容器较为成熟，更大的高压容器需要攻关已开发 35MPa、 70MPa，技术和产品成熟，其中 35MPa 已被广泛用于氢燃料电池车， 70MPa 刚开始推广处于研发阶段，面临工艺落后、碳纤维、数值性能差、标准缺失等问题主要企业兰石重装、巨化集团工程公司、科泰克、天海、中材、斯林达、富瑞特装等资料来源中国氢能联盟，平安证券研究所图表 12 不同类型车用储氢瓶对比图资料来源北极星电力网，平安证券研究所 3.2 车用储氢瓶成本碳纤维占比高，成本有望逐步下降（ 1）储氢瓶关键材料和零部件国产化亟待突破储氢瓶产业链可以简单划分为上游原材料和零部件，中游生产制造和下游终端应用三个环节。其中，上游原材料包括铝材、钢材、碳纤维和树脂等，零部件包括各种金属阀门和各类传感器；中游生产制造设备和制造工艺等；下游则是在燃料汽车、氢气运输罐、加氢站等场景上的应用。在产业链供应方面，目前车载储氢瓶核心材料及零部件如碳纤维主要依赖进口，瓶口阀、减压阀等也主要依赖进口，未来这些关键材料和零部件将逐步实现国产化。请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 13/ 20 图表 13 储氢瓶产业链简介资料来源道得投资研究中心，平安证券研究所（ 2）车用储氢瓶材料中碳纤维复合材料成本占比高目前，国内外车载储氢气瓶（ III/IV 型）由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外壳保护层。国内内衬材料多选用铝合金，国外则多选用特种塑料；内层之外又称为复合材料层，一般分为两层，内层为碳纤维缠绕层，一般是由碳纤维和环氧树脂构成；外层为玻璃纤维保护层，一般是由玻璃纤维和环氧树脂构成。两层均是由缠绕工艺制作而成，通过对环氧树脂加热固化，以保证气瓶强度。图表 14 碳纤维复合材料材质 IV 型高压储氢瓶剖视图资料来源中科院宁波材料所特种纤维事业部，平安证券研究所从车载储氢瓶材料成本来看，储氢瓶的成本主要集中在外部缠绕用的碳纤维复合材料。对于储氢质量均为 5.6kg的 35MPa、 70MPa 高压储氢 IV型瓶成本构成来看，碳纤维复合材料成本分别占系统总成本的 75和 78。目前，高压储氢瓶用碳纤维主要采用 T700级及以上规格，从企业碳纤维生产企业角度来看，目前碳纤维生产企业中，日本和美国依旧占据主导地位。根据广州赛奥碳纤维技术有限公司发布的 2020 全球碳纤维复合材料市场报告， 2020 年全球碳纤维行业有效产能为 16.79 万吨，比 2019 年增加了约 1.30 万吨。从全球范围来看，中国、美国和日本三国产能分别为请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 14/ 20 4.50 万吨、 3.73万吨和 2.92万吨，占全球总产能 6成以上。目前我国碳纤维企业主要以中复神鹰、恒神股份、光威复材等企业为主。图表 15 35MPa 高压储氢 IV 型瓶成本构成（美元）图表 16 70MPa 高压储氢 IV型瓶成本构成（美元）资料来源中科院宁波材料所特种纤维事业部，平安证券研究所资料来源中科院宁波材料所特种纤维事业部，平安证券研究所目前，由于国内 70MPa碳纤维缠绕 IV 型瓶的制备技术不成熟、规模化生产难度大，因此目前成本相对较高，抑制了 IV 型储氢瓶的需求。据美国汽车研究理事会研究发现，当生产规模越大，储氢瓶成本也就越低，如当气瓶生产规模由 1万套提高到 50 万套时，氢气瓶成本会下降 20。未来随着氢能源汽车的快速发展，储氢瓶成本有望下降。图表 17 储氢瓶成本与规模化对应关系（单位美元）项目（单套成本）生产规模 1 万套 3 万套 8 万套 10 万套 50 万套吹制加工 51.38 27.6 20.16 19.27 17.84 退火处理 31.4 11.39 5.78 7.74 5.65 湿法缠绕 2192.19 2187.45 2030.42 1934.75 1877.09 B 固化 16.59 5.16 4.23 4.79 4.34 瓶肩泡沫 16 12.28 11.12 10.98 10.76 加压 63.95 12.09 6.94 8.79 7.32 阀座 35.68 28.9 25.91 25.21 24.9 液压实验 14.92 8.76 7.99 7.52 7.52 填充压注测试 52.68 21.17 17.23 14.86 14.86 储氢瓶成本合计 2474.79 2314.8 2129.78 2033.91 1970.28 与 1 万套成本比较 -6.5 -13.9 -17.8 -20.4 资料来源美国汽车研究理事会，平安证券研究所 3.3 国内高压储氢产业链主要企业及产品碳纤维复合材料 , 2194 平衡储罐， 101 氢气 , 18 组装检查 , 36 调节器 , 160 阀门 , 226 其他系统 , 130 碳纤维复合材料 , 2,721 平衡储罐， 79 氢气 , 18 组装检查 , 36 调节器 , 200 阀门 , 282 其他系统 , 154 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。电力·行业深度报告 15/ 20 从国内主要高压储氢瓶生产企业生产的 III型储氢瓶与国外 IV型瓶性能对比来看， IV型瓶质量轻且储氢密度高。同等体积下，压力越大储氢量越高，车辆行驶里程就更远。根据汽车产业中长期发展规划，短期内国内储氢技术仍然会以高压储氢为主。图表 18 国内外储氢瓶生产企业及气瓶性能对比国别生产公司型号容积 /L 质量 /kg 压力 /MPa 质量储氢度挪威 Hexagon IV 64 43 70 6 日本丰田 IV 60 42.8 70 5.7 中国天海工业 Ⅲ 140 80 35 4.2 Ⅲ 165 88 35 4.2 Ⅲ 54 54 70 ＞ 5.0 科泰克 Ⅲ 140 - 35 4.0 Ⅲ 65 - 70 ＞ 5.0 斯林达 Ⅲ 128 67 35 4.0 Ⅲ 52 52 70 ＞ 5.