氢能源设备行业深度报告：氢能产业周期开启，核心设备先行
中关村天使投资联盟 2023-08-23 17:00 发表于北京
收录于合集 #新能源行业研究

（报告出品方/作者：国泰君安证券，徐乔威、张越、李启文）

1. 氢能：零碳终极能源，政策利好加速产业发展

1.1. 清洁零碳可持续理想能源，实现碳中和重要路线

氢能是 21 世纪终极能源，是实现双碳目标的重要路线。氢能是利用氢元素在物理或化学变化中释放出的能量的清洁能源，氢燃烧不产生一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物以及粉尘颗粒等危害环境的负外部性产品，也被称为 21 世纪的终极能源。氢能可以实现能源体系从骨干到终端应用的脱碳，为各行业碳中和提供重要支撑，是实现双碳目标的理想解决方案。氢能优势显著，应用前景广阔，同时氢能发展也面临挑战。氢是宇宙中最广泛的元素，可以从水、天然气、生物质等多种资源中提取，是可再生的二次能源；氢气热值高、燃烧性能好、且燃烧无污染物；氢燃料电池具有较高的发电效率，同时氢能也可以有效地平衡电网负荷和可再生能源供给，减少风光弃用率，在多个领域应用前景广阔。但同时发展氢能也面临着诸多挑战，包括氢气扩散系数大、安全风险高、价格高昂、储运难度大等。

氢气产量稳步提升，中国增速领跑世界。根据IEA统计，2021年全球氢气总产量达到 9423 万吨/+5.5%，全球氢能市场规模达到1250亿美元，预计 2030 年氢气产量将达到 17998 万吨，年复合增速约7.5%。根据中国煤炭工业协会，2022 年中国氢气产量3781 万吨/+13.1%，保持稳健增长，增速领先全球。

1.2. 全球氢能发展提速，多国已纳入战略规划

全球氢能产业加速发展，多因素共同促进产业提速。全球主要发达国家高度重视氢能产业发展，关键技术趋于成熟，基础设施建设加速，产业规模逐步提升，区域性供应网络逐渐形成。在能源安全、气候变化、技术进步三重因素共同作用下，世界各国纷纷加快推进氢能产业发展，将氢能作为应对气候变化和加快能源转型的重要举措。多国出台氢能战略规划，形成四类典型发展模式。全球超过26个国家已出台氢能规划，超过世界经济总量的60%，其中美国、日本、韩国和欧盟等发达经济体在氢能技术创新、市场推广和国际合作方面领先于其他国家。各国资源结构、能源规划、发展战略各有不同，大体形成以欧盟、日韩、澳加、美国为代表的四类典型氢能发展模式。

欧洲：氢能多元化发展，构建协作伙伴关系。2019 年第二代欧盟燃料电池和氢能联合组织发布了《欧洲氢能路线图》，为大规模部署氢能和燃料电池指明方向；2020 年欧盟发布《欧洲氢能战略》，规划2025-2030年安装不少于 40GW 可再生氢能电解槽，生产1000 万吨可再生氢能，并通过碳关税支持氢能发展；同年发布《气候中性的欧洲氢能战略》政策文件，并宣布建立欧盟氢能产业联盟，目前已有15 个欧盟国家将氢能纳入其经济复苏计划；2022 年欧盟委员会推出Repower EU计划，提升氢能产能目标，同时公布欧洲能源供应调整计划，目标到2030年在欧盟生产 1000 万吨可再生氢，并进口 1000 万吨可再生氢，可再生氢产能达到 2000 万吨。日本：打造氢能产业链，发展海上运输链。2017 年日本发布《基本氢能战略》，旨在构建全球“氢能社会”，成为全球首个制定国家层面氢能发展战略的国家。2018 年日本丰田汽车、日产汽车等11 家公司联合成立了 JHyM，目标在 2023 年度之前建设 80 个加氢站；2019 年日本政府发布《氢能利用进度表》，提出在氢能应用、氢能供应和全球化氢能社会的具体目标和措施。受限于自然资源与土地资源，日本制氢成本较高，搭建全球供应链主要依靠海上运氢，打造液化氢+甲基环己烷运输链。

韩国：构建“清洁氢”为主的生态圈。2018 年韩国发布《创新发展战略投资计划》，将氢能产业列为三大战略投资方向之一；2019 年韩国发布《氢经济发展路线图》，提出到 2030 年实现清洁氢能产量提高到100万吨，将氢燃料电池汽车增加到 62 万辆等目标；2021 年发布《氢能经济实施方案》，从生产、流通、应用、管理四个方面制定了推进细则，提出构建“清洁氢”为主的生态圈；2022 年韩国政府公布氢经济发展战略，计划到 2030 年普及 3 万辆氢能商用车。澳大利亚：打造全球氢能供应大国，发展国际氢能伙伴关系。2019年澳大利亚发布《澳大利亚氢能战略》，计划创建氢能枢纽与大规模氢气需求的集群并生产全球 1/3 的清洁氢气，氢能项目规模到2025年/2030年分别达到 300 MW/1000 MW。同时，澳大利亚政府积极与新加坡、德国、日本、韩国及英国发展国际氢能伙伴关系。

美国：提升氢能水平，加快绿氢发展与降本。1990 年起，美国采取了从政策评估到方案制定、从技术研发到示范推广的一体化思路，推动氢能的生产、流通、应用和创新。2020 年发布了《氢能计划发展规划》，提出未来十年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架；2022年8 月美国参议院通过《降低通货膨胀法案》，将在10 年内对低碳氢提供最多 3 美元/公斤的税收抵免；2023 年6 月美国发布《国家清洁氢战略与路线图》，规划到 2030/2040/2050 年分别生产1000/2000/5000万吨清洁氢能源，并提出了短期、中期、长期氢能发展目标，计划到2026年电解水制氢成本降至 2 美元/kg，2031 年降至1 美元/kg。

1.3. 国内利好政策频出，加速氢能产业发展

国家政策持续加大氢能产业发展力度。2011 年中国相关政策就已涉及制氢、储氢等配套设施的发展；2014 年提出对新建加氢站给予奖励；2019年首次在政府工作报告中提出“推动充电、加氢等设施建设”。根据《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，我国计划到2025 年部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到 10-20 万吨/年；到2030年形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系；到2035年形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。

各地方政府出台发布氢能发展规划目标。在国家政策推动下，各地陆续出台规划支持氢能产业发展。2018 年以来地方政府针对氢能源基础设施建设的扶持政策接踵而至，2019-2023 年将氢能写入政府工作报告的省市及自治区数量由 9 个提高到了 19 个，氢能发展步入快车道。

五大示范城市群推广应用，氢燃料电池汽车探索进行时。截至2022年，我国已经批准包括京津翼城市群、上海城市群、广东城市群、河南城市群和河北城市群在内的五大示范城市群，这些地区具有氢燃料电池产业链发展基础，通过政策支持，有望带动氢燃料电池汽车快速商业化。

多省份氢能项目加速布局落地。据氢云链统计，2023 年9 省份氢能产业项目涉及 35 个项目，总投资超 650 亿元，覆盖整个产业链，尤其以制氢、产业园和燃料电池相关产业为主。各地区立足于自身区位优势，因地制宜发展氢能，加快推动氢能的商业化发展。

2. 氢能产业链初具规模，下游应用前景广阔
2.1. 氢能覆盖制储运加用，产业链发展初具规模

氢能产业链涵盖制氢、储运、加氢和用氢等多个环节，各环节均有不同的技术路径和发展方向。（1）源头：制氢环节。可以利用化石能源、工业副产气或电解水等原料进行制氢，电解水制氢作为清洁低碳的制氢方式，是未来的重点发展方向，具有广阔的发展前景。（2）关键：储运环节。氢气运输可以采用道路车辆、铁路、船舶或管道等不同的运输工具和方式，我国已经掌握了压缩气体、液化气体和固态材料等多种运输技术，正向着规模化和高密度的方向发展，高压气态储氢和低温液态储氢已经步入商业化应用阶段。（3）桥梁：加氢环节。加氢站是连接供需两端的重要基础设施，需要考虑安全性、效率和成本等因素，我国加氢站技术已经较为成熟，加氢站数量居全球首位，但运营成本仍有待降低。（4）终端：用氢环节。氢能在交通、工业、电力、建筑等多个领域有着广泛的应用潜力，有助于实现能源结构优化、清洁低碳转型和碳中和目标的达成。

2.2. 氢能助力工业、交通、电力等多领域深度脱碳

目前氢能应用主要集中于工业和交通领域，未来有望助力建筑、发电和供热等多领域深度脱碳。据中国氢能联盟预测，到2060 年，中国氢气的年需求量将增至 1.3 亿吨左右，在终端能源消费中的占比约为20%。其中工业和交通领域将分别消耗 60%和31%的氢气，电力和建筑领域消耗 5%和 4%的氢气。多领域、多场景的推广应用将为氢能产业链的规模化、商业化发展提供持续动力。

（1）交通领域：氢燃料电池是需求主力

氢能在交通领域应用包括汽车、航空和海运等，氢燃料电池汽车是现阶段主要需求来源。“十四五”期间，中国氢能应用的需求增量主要来自于交通运输领域，氢燃料电池汽车的推广是关键驱动力。燃料电池汽车是一种以车载燃料电池装置产生电力作为动力的汽车，目前处于产业发展初期。燃料电池车能量转换效率可达 60%，是燃油或压缩天然气车效率的 2~3 倍。相较于纯电动汽车和传统燃油车，燃料电池汽车具有温室气体排放低、续航里程长、加注时间短、续航里程高等优势，发展潜力巨大。

国内氢燃料电池汽车高增速，市场空间广阔。根据中汽协数据，2022年全国氢燃料电车产销量量达到 3626 辆、3367 辆，再创新高，同比分别增长 104.1%、112.3%。根据《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》预测，到 2025 年我国氢燃料电池车辆的保有量将达到5 万辆左右，2030年保有量达到 10 万辆，据此测算 2023-2025 年期间氢燃料电池车辆保有量将达到 56%的年复合增长率。

乘用车占比较低，商业化之路机遇挑战并存。燃料电池汽车对低温性能有较高的要求，动力系统成本较高。受技术、成本、基础设施完备程度以及下游应用限制，燃料电池汽车的企业数量和市场规模较小，发展依赖政府补贴和政策扶持，尚未实现大规模推广。目前国家对燃料电池汽车产业的政策倾向于支持商用车的发展，国内市场的氢燃料电池车集中在客车和重卡等领域，乘用车占比不足1%。乘用车市场空间广阔，对燃料汽车而言机遇与挑战并存。

氢燃料电池在船舶、有轨电车等交通领域亦有广阔应用前景。船舶方面，2022 年 5 月，中国首个内河氢燃料电池动力工作船“三峡氢舟1号”开工建设，为中国首个获中国船级社(CCS)分类的氢燃料电池动力工作船；2022 年 8 月，辽宁省发布了《辽宁省氢能产业发展规划(2021-2025年)》，规划到 2025 年氢燃料电池船舶的保有量达到50 艘以上，到2035年保有量达到 1,500 艘以上，为氢动力船舶发展带来良好示范作用。有轨电车方面，2017 年广东省佛山市高明区推出中国首列氢燃料电池有轨电车；2022 年 10 月全球首辆氢动力胶轮数字轨道电车在上海下线，是中国首条氢动力中等运量的有轨电车线路，有效推动绿色公共交通网及绿色城市建设。

（2）工业领域：工业脱碳带来氢能需求增量

工业是碳排放的主要来源，双碳目标下对氢气需求将大幅增加。化石能源作为工业燃料，燃烧本身会释放二氧化碳，同时作为工业原料参与生产过程也会形成碳排放，因此工业也成为当前脱碳难度最大的领域之一。氢能作为清洁能源，其应用将助力工业脱碳。据中国氢能联盟预测，在氢冶金、合成燃料、工业燃料等需求推动下，预计2060 年工业部门对氢气年需求量将达到 7794 万吨。氢在钢铁领域可应用于氢治金、燃料等多个方面，其中氢治金规模最大。传统高炉炼铁是以煤炭为基础的冶炼方式，煤炭燃烧碳排放占比高达70%，而氢治金通过使用氢气代替碳在治金过程中的还原作用，实现源头降碳。根据《中国氢能产业发展报告 2022》，预计到2030 年氢冶金产量可达 0.21-0.29 亿吨，约占全国钢铁总产量2.3-3.1%；到2050年氢冶金产量约 0.96-1.12 亿吨，对应氢气需求约852-980 万吨，其中83%将来自绿氢，以实现钢铁行业深度脱碳。

（3）电力与储能领域：氢能大有可为，降本空间较大

电力系统领域，氢能可以用于直接发电和燃料电池。氢能可以通过燃气轮机或燃料电池技术进行发电。燃气轮机利用氢气或氢气与天然气的混合气作为燃料，驱动电机发电。氢能发电机可以与制氢装置相结合，在用电低谷时段利用可再生能源电力电解水制氢，用电高峰时段再将储存的氢气转化为电能，实现电能的优化利用；燃料电池技术则是通过氢气与氧气(或空气)在电极间发生电化学反应，同时生成水和电能。燃料电池可应用于固定或移动式电站、备用峰值电站、备用电源、热电联供系统等发电设备。当前氢能发电成本仍然较高，未来降本空间较大。当前燃料电池发电成本在 2.5-3 元/度，远高于其他常见发电形式，主要原因是质子交换膜、电解槽等核心设备依赖进口，叠加原材料铂价格较高，导致投资成本居高不下。未来伴随国产设备替代程度提升，技术迭代，成本存在较大的下降空间。

3. 绿氢发展动力充足，上游制氢设备先行
3.1. 三种制氢工艺并存，电解水为制氢终极路线

根据制取过程的碳排放强度，氢气可以分为灰氢、蓝氢和绿氢。（1）灰氢：灰氢是指通过化石燃料燃烧产生的氢气，在其生产过程中会有大量二氧化碳排放；（2）蓝氢：蓝氢主要为天然气重整得到，并使用CCUS 技术固碳以降低碳排放，但当前因固碳成本较高，普及程度较低；（3）绿氢：绿氢主要通过可再生能源制造，以电解水制氢为代表，制氢过程无碳排放，未来有望替代灰氢成为主要氢气来源。

主流制氢工艺包括化石燃料制氢、工业副产制氢和电解水制氢三类。（1）化石燃料制氢：化石燃料制氢是目前制氢环节的主流方式，原理是利用化石燃料中的碳氢化合物（如天然气、煤等）作为原料，通过化学反应制备氢气；主要优点是技术成熟、成本较低、工艺可靠，但同时存在环境问题和可持续性问题，如碳排放高、存在污染物排放等。（2）工业副产制氢：工业副产制氢是从工业过程中产生的副产物中获取氢气的一种技术，例如炼钢、氯碱生产等工艺中产生的炉底气、尾气等含氢气体；主要优点是资源利用高效、成本低廉，但是获取的氢气量通常有限，难以大规模应用。（3）电解水制氢：电解水制氢是指通过电解水的方式将水分解成氢气和氧气。电解过程中，通常在电解池中将两个电极分别放入水中，通过加电使水分子分解成离子，进而产生氢气和氧气。电解水制氢技术相对于其它制氢技术，具有环保、简单易行、高效、易于控制等诸多优点，成为制氢的重要手段之一。同时，电解制氢也可以与可再生能源（如风能、太阳能）结合使用，以实现绿氢的生产。

现阶段电解水制氢成本较高、渗透率较低，未来有望成为主流路线。化石能源制氢技术由于工艺成熟，成本低廉，短期内仍是主力，未来随着煤、天然气市场价格上涨，碳税增加，灰氢成本将逐步提升；现阶段电解水制氢成本较高、在我国渗透率仅占1%。电解水制氢的平均成本约30.1 元/kg，其中电费占 60-70%，未来伴随制氢技术成熟、规模化生产，叠加可再生发电成本下降，电解水制氢优势有望逐步显现。

可再生能源电价下降和规模化制氢是绿氢重要的降本路线。电价大于0.2 元/kWh 时，用电成本占制氢成本的比重超过50%，以0.2 元/kWh为基准，当电价下浮 50%时，制氢成本可下降24.4%；制氢规模是降低单位投资造价的关键，在一定范围内提高制氢装备数会降低单位投资成本，从而带来制氢成本的下降。此外增加电解槽工作时长、技术改进也会带来制氢成本的下降。

根据电解质种类的不同，可以将电解水制氢分为碱性水电解技术（ALK）、质子交换膜水电解技术（PEM）、固体聚合物阴离子交换膜水电解技术（AEM）和固体氧化物水电解技术（SOEC）。其中，碱性电解水技术最为成熟，已能够进行大规模制氢应用，目前国内已实现兆瓦级制氢应用；PEM 制氢在过去十年发展迅速，相比于碱性电解水工艺，其占地面积较小，与可再生能源的适配度更高，国内目前已实现规模较小的商业化运作；SOEC 制氢的主要特点是工作温度高、效率高、蒸汽替代液态水，已处于小规模示范阶段；而 AEM 起步较晚，目前尚处在研发测试阶段。

3.2. 电解槽招标高景气，设备厂商加速布局

电解槽是电解水制氢的核心设备。电解槽通常由电极、电解质、电解槽体、管道和液位控制系统等组成。在电解槽中，电解液在两个电极间流动，通常使用的是稀硫酸、氢氧化钾等具有良好导电性能和稳定性的电解质。经过电势差的作用，水分子在电极表面发生氧化还原反应，将水分解为氢气和氧气，通过气体分离系统将氢气和氧气筛选出来。

碱性电解槽路线成熟，PEM 成长迅速，SOEC 具备良好潜力。从当前全球电解槽的装机容量来看，碱性电解槽仍然是目前最成熟的技术路径，据 IEA 估算，2022 年全球碱性电解槽安装量大约为727MW，约占全球总装机规模的 52%；PEM 电解槽安装数量提升迅速，2022 年累计装机达 366MW，同比增长达 200%；SOEC 尚未开启商用，但具有优良的降本增效潜力，未来技术成熟后成本预计将大幅降低，有望实现产业化推广。

PEM 材料成本较高，核心部件有待国产化突破。由于PEM电解需要在强酸环境下进行，使用的金属催化剂属于稀有金属，成本较高；国内PEM产业规模较小，PEM 制备氢气核心原材料质子交换膜的生产技术被欧美、日本等巨头垄断，原材料主要依赖国外进口，给供应链和成本管理带来了较大压力。未来国内 PEM 产业的发展还需要国内企业在原材料上实现新的突破。

国内电解槽出货量快速增长，市场集中度较高。2022 年中国电解槽设备总出货量 800MW 左右，根据 BloombergNEF 预测，2023 年中国电解槽出货量有望达到 1.4-2.1GW，占全球出货量60%以上，同比增速约75%-163%。2022 年国内出货量中，考克利尔竞立、派瑞氢能和隆基氢能 CR3 合计占据 80%，市场集中度较高；而国际电解槽市场竞争格局相对分散，CR10 约占 50%。

电解槽招标高景气，23 年全年有望大幅放量。2023 年1-5 月15个电解槽项目公开招标累计规模超过 576MW，已达到2022 年全年出货量的72%，其中碱性电解槽项目占比 80%。15 个公开项目中有13个是绿氢项目，根据全国绿氢项目推进情况，我们认为2023H2 还会有大量电解槽项目进行招标。在工业化大规模应用的背景下，绿氢的使用成本有望进一步下降，从而加速氢能产业的发展。

光伏巨头、设备厂商加速布局电解槽领域，市场参与企业增多。国内CR3 中派瑞氢能同时具备 ALK、PEM 两种电解槽技术路径，考克利尔竞立和隆基股份主要专注于 ALK 技术方向。光伏巨头隆基股份、阳光电源以及华电重工等设备厂商也开始布局氢能电解槽领域，电解槽参与企业数量进一步增加，未来市场竞争或将加剧。

全球头部电解槽生产商扩产进行时。根据BloombergNEF 统计，2022年底年生产力全球前 20 家电解槽生产商产能共计14GW，其中有8家企业来自中国，合计 6.7GW 占比约 48%。按照电解槽类型划分，有12家碱性电解槽企业、5 家 PEM 电解槽企业和3 家碱性/PEM电解槽企业。预期 2023 年底年生产力全球前 20 家电解槽生产商产能合计约26.4GW，较 2022 年底提高 89%。

国内电解槽市场 2025 年有望突破 200 亿，2030 年有望突破450亿。针对国内电解槽市场，我们进行如下假设：1）假设24 年后我国氢能产量以 2%的增速稳定提升，国内绿氢渗透率由1%逐步提升至2025年的5%、2030 年的 20%；2）参考主流电解槽技术参数，随着工艺改进、技术进步与规模化应用，假设制氢电耗稳步下降，年利用小时数与能量转换效率稳定提升，设备单价略有下降；3）随着PEM技术的成熟，PEM电解槽在国内占有率预计将逐步提升，假设2025、2030 年分别达到10%、20%。以此基础测算，国内电解槽市场规模2025 年约213 亿元，其中ALK、PEM 分别为 168.3 亿、44.7 亿；2030 年电解槽市场规模达到464亿元，其中 ALK、PEM 分别为 312.5 亿、151.5 亿。

4. 氢气储运加注空间广阔，国产化之路道阻且长
4.1. 氢气储运贯穿全产业链，高压储氢瓶有望放量

氢气储运方式可根据储存状态分为气态储氢、固态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢。1）高压气态储氢；通过高压将氢气压缩到一个耐高压的容器；2）固态储氢：利用物理吸附型、金属氢化物等储氢材料能够可逆吸放氢的特性进行储氢，其中金属氢化物储氢是目前最有希望且发展较快的固态储氢方式；3）低温液态储氢：低温液态储氢是先将氢气液化，然后储存在低温绝热真空容器中；4）有机液态储氢：有机液态储氢是利用有机物的碳原子加氢和脱氢反应实现吸放氢。高压气态储氢、低温液态储氢已进入商业应用阶段，有机液态储氢、固态储氢尚处研发推广阶段。气态储氢成本低、能耗低、操作环境简单，是目前我国最常用的储氢技术；低温液态储氢目前主要应用在航空领域；有机液态储氢技术已相对完善，其存储介质与汽油柴油接近，可以有效利用已有基础设施实现降本，应用前景广阔；固态储氢凭借其储氢密度和安全性上的优势在近年来备受青睐，是未来氢能高效利用的重要路线。

受益政策与技术，储氢瓶市场空间广阔。随着燃料电池汽车产销量的攀升、政策驱动、高压储氢瓶技术的不断突破，根据头豹研究院预测，预计未来国内高压储氢瓶需求量将保持高速增长，预计2025 年需求量将达到 40685 台，市场规模将达到 32.9 亿元。

商用高压储氢瓶主要分为四大类型， IV 型瓶成为主流迭代方向。商用高压气态储氢容器主要分为Ⅰ型纯钢制金属瓶、Ⅱ型钢制内胆纤维缠绕瓶、Ⅲ型铝内胆纤维缠绕瓶和Ⅳ型铝合金内胆纤维缠绕瓶四类。Ⅲ型瓶具有重容比小、单位质量储氢密度高等优点，技术较为成熟，已广泛应用于氢燃料电池汽车。III 型瓶储氢密度为3.9%，而IV型瓶的储氢密度可以达到 5.5%，单瓶气体容积可达到375 升，可降低整个系统复杂性。未来随着技术不断突破，IV 型对 III 型储氢瓶的替代是行业发展趋势。

车用高压储氢瓶国家标准发布，有望打开70Mpa 储氢瓶市场。美日等国家燃料电池汽车多携带 70Mpa 压力 IV 型储氢瓶，甚至着手研发V型瓶，相比之下我国目前燃料电池示范车辆大部分仍采用35Mpa 的Ⅲ型瓶，储氢量少且重量更重，受限于技术水平和过往安全事故，国内过去一直未开放 70Mpa 的 IV 型瓶。而《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》（Ⅳ型瓶）、《车用高压储氢气瓶组合阀门》国家标准于2023年5月23 日发布，将于 2024 年 6 月 1 日实施，标志着我国正式放开70MPa车用储氢瓶市场。国内企业快速布局Ⅳ型瓶，25 年有望实现量产。国内各大企业已经快速切入Ⅳ型瓶布局，主要分为技术引进和自主研发两种方式进行IV型瓶量产准备。其中天海工业、中材科技、中集安瑞科、奥扬科技等企业均参与了上述 IV 型瓶国标制定，代表了现阶段国内顶尖技术水准。当前主流气瓶企业已经由实验研发进入终端协同开发阶段，预计在2025年前后陆续走向应用端，实现批量生产。

Ⅳ型瓶中碳纤维复合材料成本占比较高，国产化率有待提高。储氢Ⅳ瓶中碳纤维复合材料成本占比约 78%。当前罐体材料已基本实现国产化，但高性能碳纤维材料仍被美、日垄断，日本东丽是全球车载储氢瓶企业碳纤维的主要供应商；碳纤维缠绕设备与高压罐体加工设备等工艺设备仍需进口，整体国产化率约 50%。2021 年日本东丽收紧碳纤维供应，导致国内储氢瓶企业无法正常出货，在军工、航天、机械等领域需求共同推动下，中复神鹰、光威复材、中简科技等一批国内碳纤维材料厂商开启扩产，储氢瓶碳纤维有望实现国产化替代。

氢气运输：氢能产业链的关键桥梁。根据氢气状态可分为气态输送、液态输送和固态输送三种方式。1）气态输运：长管拖车运输设备产业成熟，目前应用最广泛，是国内加氢站氢气储运的主要方式；管道运输是实现氢气大规模、长距离输送的重要方式，输氢量大、能耗低，但是建造管道成本较高，在 500km 以上的运输场景下成本优势更加突出。2）液态输运：适合远距离、大容量输送，可以提高加氢站单站供应能力。3）固氢输送：通过金属氢化物存储的氢能，运输手段更加丰富，驳船、大型槽车等运输工具均可以用于运输固态氢。

输氢管网建设利好氢能全产业链。大规模纯氢管道建设提速，将率先带来压缩机、管道钢材等配套设备及材料需求，同时也将带动氢气储存装置、加注设备需求。长期来看，伴随国内氢气管网设施的不断完善，绿氢供需错配问题将逐步缓解，有利于氢能产业链成本的降低，加大氢能终端应用规模，全产业链有望充分受益。

4.2. 加氢站发展任重道远，核心设备国产化道阻且长

中国加氢站数量逐年增加。加氢站是将不同来源的氢气通过压缩机增压，储存在站内的高压罐中，再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气的燃气站，在氢能产业链中起到重要的桥梁作用。我国加氢站数量逐年增加，截至 2022 年底全国已投运加氢站 274 座。全球范围来看，2022年已投运加氢站数量达到 814 座，其中亚洲国家占比55.9%，中国、美国、法国、日本均有明确的加氢站发展规划，预计2030 年前加氢站数量将维持高速增长。

加氢站有不同分类，我国加氢站以 35 MPa 、站外制氢搭配高压气体储氢为主。根据氢气加注压力的不同，加氢站可分为35MPa 和70MPa两种类型; 根据建设形式不同，分为固定式加氢站和移动撬装式加氢站；根据等级不同，可分为一级站、二级站和三级站；根据储氢方式的不同，可分为气氢加氢站和液氢加氢站等；根据用途不同，可分为自用站、商用站和示范站；根据供氢方式的不同，可分为站外制氢加氢站和站内制氢加氢站。当前我国加氢站以 35 MPa 为主，大多为外供氢加氢站，储氢方式一般是高压气体储氢。

我国加氢站建设成本高，降本空间较大。目前国内缺乏成熟的加氢站设备厂商，部分关键设备依赖进口，导致设备费用较高，限制了商业化运营。国内常见的加氢规模为 500 kg/d 的加氢站投资为1200~1500万元，规模为 1000 kg/d 加氢站投资为 2000~2500 万元。当前国内氢能应用规模有限，技术研发与国产替代有待加强，预计未来加氢站至少有30%-40%的降本空间。我国加氢站商业模式尚不成熟，部分加氢站仍处于亏损状态。根据《中国氢能产业发展报告 2020》，现阶段受限于市场需求，不同区域用氢的市场规模、氢源供应、加氢站类型不一，加氢站氢气销售价格存在较大差异，价格区间在 30-80 元/kg，且部分加氢站仍处于亏损状态。

氢气压缩机、储氢容器、加氢机是加氢站三大核心设备。通常一座1000kg/d 加氢站中配备 2 台压缩机、4 台加氢机、2 套储氢瓶组。据统计，国内 35MPa&1000kg/d 加氢站建设成本中，压缩机、储氢容器、加氢机占加氢站建设成本的比例分别约为39%、12%、11%。

4.2.1. 氢气压缩机：全产业链广泛应用，国产化曙光初现

氢气压缩机是加氢站的核心设备，同时也全产业链中有广泛应用。氢气压缩机主要作用为通过提高氢气储存密度和压力将氢气压缩成高压氢气。压缩机在整个氢能产业链均有广泛应用，制氢环节中需将氢气压缩至储氢瓶中；在管道运输中，需要在运输途中使用压缩机提供动力；送至加氢站或其他应用领域前需要压缩机进行再次压缩。加氢站压缩机主要包括隔膜式、液驱式、离子液体压缩机三类。氢气压缩机根据工作原理可分为机械式和非机械式，机械式主要包括隔膜式压缩机、液驱式压缩机和离子液体压缩机，非机械式包括金属氢化物压缩机、电化学氢气压缩机。应用于加氢站的氢气压缩机以机械式为主，基本特点包括压缩机频繁启停，压缩机维护频率低、维护时间短，进气压力和排气压力不恒定等。

国内加氢站采用的压缩机以隔膜式压缩机和液驱式压缩机为主。在我国已建成 35Mpa 加氢站中，隔膜式压缩机市占率超过60%，液驱式压缩机占有率超过 30%，离子液体压缩机等约占2%

压缩机海外垄断程度高，国产化曙光初现。进口品牌进入国内市场较早，场占据大部分份额。而近年来国产压缩机品牌在加氢站领域表现亮眼，市占率从 0%提升至 32%，并有望持续提高。隔膜压缩机国外主要品牌有美国 PDC、PPI、德国 HOFER、英国HOWDEN 等。国内品牌主要为北京中鼎恒盛、北京天高、江苏恒久等；相比于隔膜压缩机，液驱活塞压缩机则主要依赖进口，包括德国 MAXIMATOR、HOFER、SERAL、英国豪顿、美国 HYDRO-PAC、HASKEL 等。

4.2.2. 站用储氢压力容器：高压化趋势显著

站用储氢通常采用高压储氢压力容器，与车载储氢瓶原理类似。高压气态储氢是我国加氢站最主要的储氢方式，最常见的储氢容器为高压储氢压力容器。加氢站用储氢压力容器与车载储氢瓶类型和原理类似，对于35 MPa 加注压力的加氢站，高压储氢容器的设计压力一般为45、47和50 MPa，对于 70 MPa 加注压力加氢站设计压力主要为82、87. 5、98MPa 和 103 Mpa。随着加氢站进一步发展，为了提高储氢容器的储氢量，储氢压力也将进一步提高。

4.2.3. 加氢机：国产化快速推进

加氢机技术壁垒较高。加氢机一般由氢气流量计、检测报警装置、过滤器、电磁阀、安全阀、加氢枪、加氢软管、电子计控器、辅助装置等组成，其中加氢枪是加氢机的核心部件。加氢机的加注压力分为35MPa和 70 MPa 两种，在高压环境下气体对加氢枪密封结构要求更高，加氢枪工作时流速高，会产生高热量; 同时加氢枪结构复杂，部件多，因此对集成度有较高要求。加氢机进口依赖较高，国产企业逐步突围。早期加氢机主要依赖进口，当前国内已有多家企业可以生产加氢机。2020 年11 月，舜华新能源发布了第三代加氢机，集成了 35 MPa 和 70 MPa 两种压力等级的加注模式；2021 年 6 月厚普股份发布了自主研发的首台70 MPa 加氢机，多项氢能加注设备关键部件打破了国际垄断；2021 年9 月北京低碳院开发的 70 MPa 加氢机成为国内首个获得国际认证的70 MPa 加氢机。目前加氢站卡脖子技术主要为加氢机冷却系统集成问题，加氢枪密封结构、高流速高热量的安全保护问题以及加氢枪的高集成度问题。

5. 燃料电池加速渗透，设备国产化稳步提升
5.1. 燃料电池市场空间广阔，有望加速渗透

我国氢燃料电池快速增长，25 年市场规模有望突破180 亿。2021年我国氢燃料电池出货量约 406MW，对应市场规模约21 亿，2017-2021年复合增长率 35%。伴随上游制氢端高景气，下游燃料电池汽车快速增长、叠加国家政策大力支持，未来燃料电池有望快速放量加速渗透，弗若斯特沙利文预测，2025 年中国氢燃料电池市场将快速增长达到181亿。

国内氢燃料系统市场集中度较高，CR5 占据75%装机份额。根据GGII统计，2022 年 1-11 月国内氢燃料电池系统装机量排名前三位分别是亿华通、重塑集团、捷氢科技，占比分别为25.2%、17%、15%，CR5合计 75%，市场集中度较高，头部企业优势明显。燃料电池类型多样，质子交换膜燃料电池应用最为广范。根据所使用燃料类别与电解质特性不同，通常将燃料电池分为甲醇燃料电池(DMFC) 、磷酸燃料电池(PAFC) 、碱性燃料电池(AFC) 、质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 、固体氧化物燃料电池(SOFC) 、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 等。质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、工作温度低、氧化剂为空气、电解质无腐蚀性、动态响应速度快、副产物环保、运行无噪声、能量可循环利用等优点，目前已成为燃料电池汽车的主流技术，并且在固定式、便携式发电装置中得到大量应用，2020年在全球燃料电池出货量中占比高达 78%。

燃料电池基本原理是将化学能转化为电能，本质是电解水制氢的逆反应。以质子交换膜燃料电池为例，以氢气为电化学反应燃料，以空气或氧气为氧化剂，利用质子交换膜作为电解质，将燃料气体与氧化剂的化学能转化为电能，利用的是质子交换膜电解水制氢的逆反应。

5.2. 氢燃料电池平稳降本，设备国产化水平稳步提升

燃料电池汽车产业具有市场空间大、产业链长、参与方众多。上游主要为膜电极、双极板、各类管阀件与传感器、车载高压储氢瓶等发动机零部件生产制造行业，产业链中游主要为燃料电池发动机系统及电堆集成行业，下游主要为燃料电池整车制造行业。

氢燃料电池包含多类关键部件，性能要求较高。按照氢燃料电池的构造进行划分，关键材料可以分为电堆材料和氢燃料电池系统材料。电堆材料包括膜电极材料、气体扩散层材料、双极板材料、密封圈材料和端板材料五大类；氢燃料电池系统材料包括储氢瓶材料、压缩机材料、氢循环系统材料和增湿器材料四大类，各类部件对于材料性能均有较高要求。

电堆成本下降带动燃料电池平稳降本，燃料电池有望加速渗透。成本结构来看，燃料电池系统约占燃料电池汽车成本50%，而电堆在燃料电池成本中占据约 59%，是燃料电池的价值核心。2017-2021 年电堆成本以29%的平均降幅快速下降，带动燃料电池系统整体快速实现降本，有望进一步提高燃料电池渗透率。

电堆是燃料电池系统的功能核心。电堆是电化学反应发生场所，由于单个燃料电池单元输出功率较小，通常将多个燃料电池单元以串联方式层叠组合构成电堆来提高整体输出功率。电堆由双极板（BP）与膜电极（MEA）交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢。双极板与膜电极组件是燃料电池电堆的核心构成部分，成本分别占比 23%、64%。膜电极组件包含气体扩散层（GDL）、催化剂层（CL）以及质子交换膜（PEM）。CL 与GDL 共同构成MEA中的电极，通入的氢气与氧气在 MEA 中发生氧化还原反应产生电能。

电堆核心部件：气体扩散层、催化剂等核心材料依赖进口。1）双极板：主要作用是气液分离与电流集流，其质量占电堆的70%，体积占电堆的 50%，成本占电堆的 30-50%。国内主要以石墨双极板为主，已基本实现国产化，而国际上以金属双极板为主，我国的金属双极板仍处于研发阶段。2）气体扩散层：主要起到支撑催化剂层、收集电流、传导气体并将反应生成的水排出的作用。气体扩散层的质量要求包括高导电率、高孔隙率、强热传导能力以及强抗腐蚀能力。国内气体扩散层研究起步较晚，且原材料受到海外封锁，技术水平发展缓慢。3）质子交换膜：在燃料电池电堆中充当电解质，其质量对燃料电池性能起着决定性作用，直接影响着燃料电池的使用寿命。目前全氟磺酸树脂质子交换膜是目前唯一能够实现商业化的质子交换膜，技术门槛高、成本高昂，国内的全氟磺酸树脂仍依赖进口。4）催化剂：主要作用是降低反应活化能以加速氧化还原反应过程。市场上主流催化剂皆为 Pt 基催化剂， Pt 金属高昂的价格是导致电堆高成本的主要原因之一，低铂催化剂、非铂催化剂以及非碳支持体系催化剂是行业研发的重点方向。我国在催化剂领域与国际先进水平仍有差距，存在催化活性相对较低、种类较少与缺乏技术验证等问题。

空压机：空气供给系统核心部件，直接影响燃料电池效率。空气压缩机负责向电堆提供最佳压力和流量的压缩空气，它直接影响燃料电池系统转换效率。一般燃料电池系统用空压机分为离心式、罗茨式、螺杆式三种，涡旋式成本较高实际应用较少。离心式空压机在效率、噪音、体积、无油、功率密度等方面综合效果最优，随着燃料电池功率提高，离心式空压机已成为我国氢燃料电池的主流方案。相比于其他辅助系统产品，空压机在国内已较早实现了全功率段国产化。

氢气循环泵：氢气供给系统核心部件，国产化率快速提升。氢气循环泵主要功能是将电堆未反应的氢气再次循环到入口，提升氢气的利用率与安全性，同时可以将反应生成的水供给到电堆以改善电堆湿润水平。2020 年以前德国普旭的氢气循环泵在国内市占率超过90%，而近年来随着东德实业、雪人股份、瑞驱科技、浙江宏昇等国内企业的技术突破和市场放量，国产化率大大提升，同时也带动了价格的大幅下降。

6. 行业重点公司
6.1. 华电重工：华电集团持续赋能，碱性+PEM双向发力

主营业务：华电重工是工程整体解决方案供应商，业务集工程系统设计、工程总承包以及核心高端装备研发、设计、制造于一体，主要为客户在物料输送系统工程、热能工程、高端钢结构工程、海洋与环境工程、煤炭清洁高效利用工程等方面提供工程系统整体解决方案。

氢能布局：华电重工于 2020 年设立氢能事业部，定位于集制售氢、装备制造、工程总包及项目投资、运营为一体的能源服务商。以可再生能源制氢和氢能高效利用为重点，持续强化核心材料、关键设备的技术研发与产业化应用，努力打造绿氢制、储、用产业链条，依托能源大基地布局、增进产业协同发展。公司同时布局碱性电解槽和PEM电解槽，首台套 1200Nm3 /h 碱性电解槽已成功下线，多项指标达行业领先水平，公司由华电集团持续赋能，电解槽订单具有确定性保障。2022年公司收购深圳通用氢能 51%股权，已在气体扩散层、质子交换膜方面取得重大突破。2022 年中标达茂旗 20 万 kW 新能源制氢工程示范项目，合同金额 3.45 亿元，计划于 2023 年内投产。

6.2. 华光环能：环保能源双轮驱动，碱性电解槽量产在即

主营业务：华光环能是我国电站锅炉、工业锅炉、压力容器、烟气脱硫净化设备、燃气轮机余热锅炉(HRSG)、垃圾焚烧锅炉、特种锅炉和水处理设备专业制造公司，也是全国水处理设备科研中心和最大的制造基地。主要围绕环保与能源两大领域开展一体化业务，包括环保领域（主要为固废处置）的专业设计、环保设备制造、工程建设、处置运营的全产业链系统解决方案和综合服务，能源领域的锅炉设计制造、传统及新能源电力工程总包、热电运营、光伏电站运营的全产业链业务。

氢能布局：碱性电解槽持续突破，制氢装备量产在即。公司以传统锅炉装备制造经验为基础，与大连理工成立“大连理工-华光环能”零碳工程技术研究中心并成功下线碱性电解槽产品。公司具有自主知识产权的双极板和电极催化剂，利用首个自主开发的智能、参数化设计系统，成功开发了产氢量 1500Nm3 /h 的碱性电解槽，于2023 年4 月11 日正式下线。公司目前具备 2000 Nm3 /h 以下多系列碱性电解水制氢系统技术，具备1GW 电解水制氢设备制造能力且可以实现随时批量化生产交付，并同步建设新制造基地，打造业内一流的智能化、绿色化、数字化特种设备基地。

6.3. 隆基绿能：光伏龙头企业，进军绿氢培育光伏制氢

主营业务：隆基绿能专注于单晶硅棒、硅片的研发、生产和销售，经过十多年的发展，目前已成为全球最大的太阳能单晶硅光伏产品制造商。公司逐步构建单晶硅片、电池组件、工商业分布式解决方案、绿色能源解决方案、氢能装备五大业务板块，形成支撑全球零碳发展的“绿电+绿氢”产品和解决方案。

氢能布局：进军绿氢培育光伏制氢。隆基绿能于2021 年正式成立子公司，致力于成为全球领先的“绿电+绿氢”解决方案提供商。2022年公司加快准进氢能等新业务拓展，推动绿色能源解决方案能力的不断提升，成功中标了我国首个万吨级光伏绿氢示范项目“中国石化新星新疆库车绿氢示范项目”。

6.4. 冰轮环境：冷链设备龙头，氢能压缩机技术领先

主营业务：公司致力于在气温控制领域为客户提供系统解决方案，营造人工环境。主营业务涵盖低温冷冻设备、中央空调设备、节能制热设备、能源化工压缩/液化装备、精密铸件、智能仓储装备、氢能装备等产业集群。主要产品为压缩机和换热装置，广泛应用于食品冷链、石化、医药、能源、冰雪体育，以及大型场馆、轨道交通、核电、数据中心、学校、医院等领域。

氢能布局：布局制氢储氢环节，技术达到国际先进水平。2019年公司出资 5000 万成立山东冰轮海卓研究院，突破氢气液化的大型氦气压缩机关键技术；2020 年公司完成了加氢站隔膜压缩机的研发，填补国内技术空白；氢燃料电池空气压缩机及氢气循环泵已获得主流燃料电池厂商批量订单。2021 年度，公司联合有关科研院所研制的氢气输送压缩机、燃料电池空气压缩机、燃料电池氢气循环泵、高压加氢压缩机产品，整体性能达到国际先进水平。2022 年度，公司与黄渤海新区签订了“低碳能源装备技术研发及产业化项目”，在低碳装备关键技术领域持续发力；研制开发系列隔膜压缩机替代进口，在氢能装备领域持续突破。

6.5. 京城股份：储氢技术国内领先，募投扩产高压储氢瓶

主营业务：京城股份主要产品包括车用液化天然气(LNG)气瓶、车用压缩天然气(CNG)气瓶、钢质无缝气瓶、焊接绝热气瓶、碳纤维全缠绕复合气瓶、ISO 罐式集装箱、低温储罐、燃料电池用铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶、塑料内胆碳纤维全缠绕复合气瓶、加气站设备等。通过对车用 LNG 气瓶、低温贮罐、低温液体运输车、天然气汽车加气站等多方位的技术整合，可为客户提供 LNG/CNG 系统解决方案。

氢能布局：储氢技术国内领先，募投扩产Ⅲ型瓶、Ⅳ型瓶。京城股份2014年成功研发 35MPa 和 70MPa 高压氢燃料车用储气瓶，车用高压储氢技术国内领先。子公司北京天海拥有 8 个专业气体储运装备生产基地，是中国金属压力容器制造行业排头兵企业。基于压力容器主营业务的技术储备，京城股份及下属企业已在氢能储运产品领域布局多年，具备成熟的Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶技术能力和生产能力。2022 年第24 届冬奥会中，公司成功交付冬奥会项目 140 套储氢系统订单，为冬奥会提供火炬储氢系统。2022 年 11 月，公司公告拟非公开募投11.7 亿元，其中4亿投入氢能前沿科技产业发展项目，以提升Ⅲ型瓶、Ⅳ型瓶生产能力，拓展氢能产品范围和产业化能力。

6.6. 厚普股份：国内加气站设备龙头，深度布局加氢业务

主营业务：厚普股份主业涵盖天然气加注成套设备/氢能成套设备的研发、生产和集成；清洁能源领域及航空零部件领域核心零部件的研发和生产；天然气和氢能源等相关工程的 EPC；智慧物联网信息化集成监管平台的研发、生产和集成；以及覆盖整个产业链的专业售后服务等。

氢能布局：深度布局加氢业务，加氢站解决方案国内领先。1）氢能加注领域：厚普股份 2013 年起积极开展氢能相关领域业务，为国内箱式加氢站解决方案服务商。公司在加氢站领域已形成了从设计到关键部件研发、生产，成套设备集成、加氢站安装调试和技术服务支持等覆盖整个产业链的综合能力。产品方面，公司先后推出了45MPa 液压式压缩机、35MPa 氢压缩机橇、液氢真空管、液氢换热器、100MPa 氢气质量流量计、70MPa 加氢机、70MPa 加氢枪等核心产品。2022 年公司自主研发的 45MPa 液压式氢气压缩机已实现推广应用，进一步巩固了公司在氢能设备领域的核心竞争力。2）加氢站领域：厚普股份EPC承建了山西鹏飞集团北姚鹏湾氢港项目，北姚鹏湾氢港两座加氢综合能源站，同时具备氢气、LNG 及燃油加注功能，站内配备4 台35MPa 加氢机，设计加氢量达 1000Kg/d，能满足 100 辆氢燃料车的加注。同时公司还参与承建中石油广东佛山罗格加油加氢合建站、陕西韩城美源加氢站等多个加氢站项目。

6.7. 亿华通：燃料电池发动机系统龙头，产销量快速提升

国内燃料电池发动机系统龙头。亿华通主要产品及服务包括燃料电池系统及相关的技术开发、技术服务，目前主要应用于客车、物流车及重卡等商用车型，公司与国内主流的商用车企业宇通客车、北汽福田等建立了深入的合作关系，搭载公司燃料电池系统的燃料电池车辆已先后在北京、张家口、上海、成都、郑州及淄博等地上线运营。

积极投入燃料电池研发布局，拓展多元化市场。作为我国燃料电池系统研发及商业化的先行者，公司具备燃料电池系统及电堆的量产能力，提前拓展百 KW 级大功率燃料电池系统，并积极与国内主流整车厂合作拓展开发客车、环卫车、牵引车、冷链物流等新车型，扩大了产品市场覆盖度，满足多元化市场需求。受益于行业发展，燃料电池发动机系统产销量快速提升。随着燃料电池示范应用城市群政策的落地实施，公司燃料电池系统产销量大幅提高。2022 年公司燃料电池系统生产量 1683 台/+113.3%、销售量1537台/+183.1%，燃料电池系统销售总功率为161,520KW，同比增长175.7%。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

氢能产业样本资料下载：

派克汉尼汾推出适用于氢气应用的新型压力传感器SCP04 
http://www.parkersnap-tite.com/fcg/SCP04.htm


SCP04氢气压力传感器-SCP04 Hydrogen Pressure Sensor
http://www.parkersnap-tite.com/fcg/SCP04_Sensor.htm


信德迈公司2012年开始派克签约分销商
http://www.parkersnap-tite.com/parker_atuthorized_distributor.htm


派克氢能应用解决方案
http://www.parkersnap-tite.com/Hydrogen/hydrogen-applicatoins.htm