油缸体

氢能源产业专题研究氢风已至,加氢路远

发布时间:2023/4/29 17:46:39   

(报告出品方/作者:德邦证券,倪正洋,郭雪)

1、氢能产业规划清晰,加氢站建设迎发展机遇

1.1、氢能:现代能源体系新密码

我国已明确提出了年实现碳达峰,年实现碳中和的目标,但想实现这个目标并非易事。据Enerdata统计,我国目前年二氧化碳排放量在亿吨左右,已达到全球年排放总量的25%左右。中国作为发展中国家,人口基数大,面积广,在减碳减排上将面临巨大考验。西方国家碳中和与碳达峰规划间隔在70年左右,而我国碳中和与碳达峰目标仅隔30年,同西方国家相比周期更短、难度更大。

目前,在我国所有碳排放量中,发电(供热)的占比为45%,工业占比39%,交通占比10%。而发电(供热)的主要终端消费者为工业(64.6%)和建筑(28%)。根据碳排放交易网,二氧化碳的主要排放源为工业(68.1%左右)、建筑(17.6%左右)与交通(10.2%左右)。

氢能是实现我国“碳中和”的重要手段。减少CO2的排放,其中一个重要的途径就是从源头上减少CO2的排放。氢能在工业、建筑以及交通领域均有大规模取代传统能源的潜力,在工业领域,氢能可代替传统的燃料参与炼钢,可参与化工行业的多个环节;在建筑领域,氢能可掺杂进天然气中作为日常能源来源,可代替传统燃料进行供暖;在交通领域,氢能可作为燃料电池的燃料,用于氢燃料电池乘用车、公交车,氢燃料电池叉车,氢燃料电池飞机以及氢燃料电池船只等多种交通工具。氢能可以从多个领域极大地减少CO2排放,具有优良性能,特别是在某些难以利用清洁电力深度脱碳的领域,例如锂电池替代能力较差的重载交通领域、利用灰氢的传统炼化、合成、炼钢等领域的深度脱碳。氢能将成为实现“双碳”目标的重要工具。

氢能的资源禀赋保障我国能源安全。我国整体的资源禀赋为“富煤贫油少气”,全国政协委员,中国石化集团有限公司总经理、党组副书记,中国工程院院士马永生表示我国年石油、天然气对外依存度分别攀升到73%和43%,在中美关系不确定性显著增大和新冠疫情造成供应链稳定性下降的双重影响下,我国能源安全风险进一步加大。而我国是世界第一产氢(灰氢)国,制氢工业体系成熟,随着风光装机规模的不断增加,可再生能源制氢(绿氢)潜力巨大。近年来,一些地区如大连、云浮等地采用富余水电、弃风、弃光或城市电网谷段电力开展水电解制氢的示范项目,形成小规模生产并提供工业氢气。消纳水电、弃风、弃光等可再生能源电力进行水电解制氢,形成的是绿色二次能源,是减少碳排放的重要措施,也是我国未来能源安全的重要保障。

政策频出助力氢能发展。自年,氢能相关内容被首次写入政府工作报告,提及加速充电,加氢等基础设施建设以来,国家对氢能产业的扶持不断增加,促进氢能产业不断发展。年3月,多部门联合印发《氢能产业发展中长期规划(-年)》,明确提出支持氢能全产业链发展。另外,今年已有多项文件明确提出支持氢能发展的政策,氢能产业发展将在政策扶持下不断加速。

1.2、加氢站:普及氢能及燃料电池汽车的基础

氢能产业链涉及链条广泛,总的而言可分为上游的制氢、中游的储运、下游的应用三大环节、涵盖能源化工、交通运输、机械设备等多个行业。其中,氢燃料电池系统组装而成的燃料电池车是未来氢能产业链的重要发展方向。

氢燃料电池汽车发展迅猛。当前,全球氢能源汽车随着成本降低而快速扩张,据华经情报网统计,年,全球氢能源汽车销量达辆,同比年增长81%,截止年保有量已达辆。根据香橙会氢能数据库的统计,截至年底,我国氢燃料电池汽车保有量辆,仅次于韩国和美国,居全球第三。

氢燃料电池汽车的运营离不开加氢站,同油车与加油站的关系一样,加氢站是氢燃料电池汽车发展的基础与保障。在氢能产业相关的多种基础设施中,加氢站处于非常重要的地位。如果加氢站的布局不能伴随氢能产业总体发展而发展,则氢燃料电池交通工具应用将受到续航方面的很大限制,市场驱动力会进一步下降。

从香橙会氢能数据库统计来看,全国内地31个省市自治区除了西藏没有加氢站,其余省市区均有加氢站或有加氢站建设计划。根据欧阳明高院士发布的《面向碳中和的新能源汽车创新与发展》,年我国将计划推广5万~10万台氢燃料电池车;-年实现80万~万辆应用规模。下游氢能源汽车的迅猛发展将带动制氢与储氢行业的快速发展,其中加氢站作为氢燃料汽车发展的重要配套设施将迎来重大发展机遇,预计年我国加氢站数量将超过座,-年复合增长率将达到25.1%。

2、加氢站建设提速,规划、补贴逐步完善

2.1、中国加氢站建设加快,建设类别广泛

我国加氢站建设近年来明显提速。年,由清能华通和BP(英国石油)公司合建的中国首个加氢站在北京新能源交通示范园正式投入运营,之后中国的加氢站发展陷入一个较长的缓慢发展期。至年,国内建成的加氢站仅10座,随后中国加氢站建设迎来快速发展,年增至座。截至年7月初,中国已累计建成座加氢站。从各省市在营加氢站数量来看,截止年底,中国共拥有在营加氢站座,其中广东省在营加氢站数量最多,共36座,山东省、江苏省分别拥有在营加氢站24、18座,分列第二、第三位。

加氢站建站类型多样。当前,不同类型加氢站的分类没有相关国家标准,可按照加氢站建设方式、供氢方式、加注压力、建站类别等为依据分类。

按照加氢站建设方式可分为固定式加氢站、撬装式加氢站和移动式加氢站。固定式加氢站一般指具备固定安装的高压、中压氢气储气压力容器的固定设备加氢站。撬装式加氢站一般指设置可移动或搬运的底座(盘)的氢气压缩机及其辅助设备加氢站。移动式加氢站一般指可移动的、直接对氢能汽车或氢内燃机汽车或氢气天然气混合燃料汽车等的储氢瓶充装氢燃料的专门设施加氢站。根据《中国加氢站产业发展蓝皮书》的数据,固定式加氢站建设占比快速上升,由年的30%左右上升到的近90%;而撬装式加氢站在验收时由于未设储氢容器、安全距离等原因取证较为困难,目前大多应用在示范站上,其建设占比由年初的约60%下降至当前的10%左右。

按照加氢站的供氢方式可分为外供氢加氢站和内制氢加氢站(即制加一体站)。外供氢加氢站的氢气来源主要通过长管拖车、液氢槽车、管道等方式运输氢气。制氢加氢一体站的氢气来源主要通过站内电解水制氢、天然气重整制氢等方式制取氢气。由于制加一体站采取站内制氢的方式,比外供氢加氢站节省了充装-运输-卸车的过程,有效的降低了加氢成本,因此获得了较快发展,当前已有11个省市区发布的氢能相关文件中提到制加一体站建设,根据TrendBank的预测,未来中国将建设更多的制加一体站。

按照加氢站加注压力可分为35MPa和70MPa工作压力加氢站。当充氢压力为35~70MPa时,加氢站氢气储存系统的工作压力宜为35~MPa。按照加氢站的建站类别可分为加氢单站(即纯氢站,仅提供加氢设施)、合建站(包括加氢加气合建站、油氢合建站等),其中加氢站合建站建设占比在逐年提高,从年的0%逐步上升到年的近60%。

此外,也可以按加氢站日加注规模对加氢站分类。据中商情报网统计,目前,我国加氢站中日加注量在kg以下占比量最大,为69%,占比第二的是日加注量在-0kg的加氢站,占比在25%左右。随着氢能产业的不断发展,单体加氢站规模将不断扩张。

2.2、政策助力加氢站发展,补贴逐步细化

从年8月份开始,国家启动了京津冀、上海、广东和河南、河北“3+2城市群”燃料电池汽车示范推广,以及山东省“氢进万家”科技示范,支持并推动各地加氢站建设与运营。目前出台加氢站建设具体规划的省市有广东、山东、江苏等13个省市。

按文件统计加氢站建设数量规划,上述13省市及自治区年加氢站总规划数量将达座。补贴逐步细化,加氢站建设支持力度大。国家层面,年科技部等四部门共同发布了《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》,明确对加氢站容量达到kg/天的加氢站,给予万元人民币补贴,政策有效期为-年。之后,国家层面尚未出台新的加氢站建设补贴政策。而在地方层面,由于加氢站较高的建设成本,各地纷纷出台相关补贴政策助力加氢站建设与运营,其中广东、浙江、山东等地力度较大。从各地出台的补贴政策可以看出,地方对加氢站的建设要求有三大趋势:(1)加氢站建设方式上,鼓励固定式加氢站建设;(2)在加氢站容量上,鼓励大容量的加氢站建设;(3)在加氢站加注压力上,鼓励70Mpa加氢站建设。

在加氢站运营补贴方面,大连市给予的补贴最高,在加氢站运营期间确保不间断供应氢气且销售价格在20元/kg以下,最高按每公斤氢气50元给予补助。此外,各地均出台了相关加氢站运营补贴政策,并对适用年份、销售价格、加氢压力、补贴金额作出了规定。

3、加氢站建设降本,设备国产替代是关键

3.1、高成本制约加氢站进一步推广

建设成本高昂,制约加氢站建设。加氢站建设成本包括氢气压缩机、储氢罐、加氢机、管道及阀门、站控系统以及土建成本等。据中商产业研究院,目前一座加注能力为kg/d的固定式加氢站在不包括土地成本的情况下,投资规模需要达到1万元,相当于传统加油站的2-3倍。在保证盈亏平衡的情况下,加氢站的终端售价需在到站价的基础上增加约14元/kg。目前,不同区域,不同模式的加氢站氢气售价差距相对较大,根据《中国氢能产业发展报告》,我国加氢站氢气价格区间位于30~80元/kg之间,目前我国部分加氢站尚未实现盈利或处于亏损状态,高昂的建设成本是推广加氢站建设的巨大阻力。

3.2、国产替代前景广阔,规模化生产降本显著

3.2.1、核心设备国产替代趋势明显,相关企业崭露头角

加氢站核心设备国产化有望助力加氢站建设成本下降。以目前我国建设最多的外供氢加氢站为例,其核心设备主要包含氢气压缩机、站用储氢容器、加氢机,以kg/d外供氢加氢站为例,约占其建设总成本的58%。目前我国加氢站核心设备依赖进口,增大了投资成本。其中氢气压缩机、加氢枪等设备进口依赖度较高。氢气压缩机方面,国内加氢站主要采用美国PDC隔膜压缩机,PDC公司在20多年前已开始涉足氢气隔膜压缩机,积累了较为丰富的经验。目前PDC占据着全球氢气隔膜压缩机约70%-75%市场份额。随着国内厂商的研发进展,氢气压缩机国产化进程加快,国产设备市占率已从年的0%快速提升至年一季度的32%,同时储氢容器、加注设备等设备国产厂商也趁势崛起。我们预计未来国产替代将持续加速,加氢站核心设备的成本有望进一步下降。

(1)氢气压缩机

氢气压缩机作为加氢站核心设备,其性能与加注氢气品质、加注速率及车辆充装压力息息相关。目前氢气压缩机主要有金属隔膜、液驱活塞、机械活塞和离子液压缩机四种。从国内外加氢站实际使用情况来看,前两者应用较为广泛。截止年7月,在中国已建成的35Mpa加氢站中,金属隔膜压缩机的市占率超过65%,液驱活塞压缩机市占率超过30%,其余压缩机市场份额非常小。

《中国加氢站产业发展蓝皮书》中所述,金属隔膜压缩机是一种特殊结构的容积式压缩机,用膜片将被压缩介质与油液分开,压缩机靠外来电机拖动隔膜压缩机的带轮,带轮带动曲轴旋转,进而使活塞随着连杆的运动做往复运动,活塞挤压液压油,液压油挤压金属膜片,使得气体腔体积减小,通过和进排气阀的协同工作,实现膜腔中的氢气压缩。根据刘玮等《加氢站氢气压缩机技术装备开发进展》中所述,其最大的优势在于利用隔膜对液压油和气体腔进行分离,避免了氢气在压缩过程中的污染,同时压缩效率更高。

根据刘玮等《加氢站氢气压缩机技术装备开发进展》中所述,液驱活吸气、压缩和排气的过程。其优势在于压缩机维护频率明显低,维护简单快捷,同时可以频繁启停。塞压缩机是由液压油作为驱动介质,液压油缸体连接一个电机驱动液压泵,为活塞提供动力,活塞在液体的推动下在气缸中前后移动,气缸体积发生变化,以实现气体

根据郝加封等《加氢站用氢气压缩机研发现状与思考》中表明,对于隔膜压缩机产品,目前主要进口品牌有美国PDC、英国HOWDEN、德国HOFER等,国内自主品牌主要有北京天高、中鼎恒盛等。北京天高隔膜压缩机是国内最早开展加氢站压缩机研究和示范应用的单位,已开发了用于加氢站用排气压力90MPa的压缩机,最早应用于北京飞驰绿能加氢站,现用于大连新源加氢站。

其开发的45MPa压机在北京永丰、云浮思劳、南海瑞辉、河南豫氢等8座加氢站上。根据北京永丰加氢站反馈情况,该国产品牌压缩机在技术系统性方面与国外竞争对手有一定差距,但是在本土适应性方面也具备一定优势,如经营得当,预计该品牌压缩机在未来几年将有良好的业绩增长,并逐步取代进口品牌。中鼎恒盛在氢气充装领域已有很好的技术积累,目前其氢气压缩机已用于佛山荔村、武汉雄众、安徽明天、台州淳华以及上海金山等加氢站上,从用户方了解,其氢压缩机噪声量级甚至低于国外竞争对手。目前,该品牌已形成了隔膜压缩机的规模生产能力,未来有望在加氢站压缩机市场占有一席之地。

而对于液驱活塞压缩机,国内起步更晚,目前仍以进口为主,主要品牌有德国的MAXIMATOR、HOFER、SERAL,美国的HYDRO-PAC、HASKEL等。在国产品牌中康锐普斯成长较快,其于年首创90Mpa、0kg级的液氢压缩机,打破了国外进口垄断。据TrendBank统计,康锐普斯在年开始收获订单,通过产品品质和技术本身获得市场认可,业绩快速增长,年当前订单即达到万元左右。

(2)储氢容器

中国加氢站用储氢容器主要分为瓶组和储氢罐两大类。其中瓶组分为按容器设计的站用瓶组和按气瓶设计的站用瓶组;储氢罐分为钢带错绕式储氢罐和多层包扎式储氢罐。目前应用较多的主要是钢带错饶式储氢罐和按容器设计的站用瓶组两类。年浙江蓝能自主研发45Mpa站用储氢容器并投放市场,出于产品良好的性能和成本优势,一经推出迅速占领市场,目前已与多家企业合作,根据TrendBank统计,年下半年至年7月期间建成加氢站中浙江蓝能的站用储氢容器产品市占率超70%。

根据《年中国加氢站市场调研报告》显示,年中国加氢站用储氢容器市场规模约为1.4亿元,同比增长%;预计到年,这一市场规模将达到5.6亿元,年复合增长率将达到41%。目前浙江蓝能优势显著,中材科技、东方锅炉、国富氢能等企业也公开宣布入局,站用储氢容器这一赛道竞争前景较为激烈。站用储氢容器在加氢站建设成本中占比约11%,在加氢站建设降本大趋势下,其降本空间却比较有限:一是目前加氢站储氢容器基本实现国产化,没有外资品牌参与竞争;二是主要成本来自钢材料和工艺费用,降本空间较窄。

(3)加氢机

加氢机为燃料电池汽车提供氢气加注服务,带有计量和计价等功能,具有随机加注、频繁操作等特点。工作流程方面,氢气从气源接口进入加氢机进气管路,依次经过气体过滤器、压力变送器、气动阀、质量流量计、快速切断阀、加氢软管、拉断阀、加氢枪后通过汽车加氢口充入汽车储氢瓶。加氢机的控制系统自动控制加氢过程,并与加氢站站控系统、汽车加氢通讯接口等实时通讯。

目前加氢机生产和制造均已实现国产化,主要核心部件,如:控制系统、加氢枪、拉断阀、软管、流量计均可实现国产化生产。根据《中国加氢站产业发展蓝皮书》统计,截止年7月,国内超过80座加氢站使用国产品牌,使用时间最长已超过6年,性能和要求均优于相关标准。对比国外品牌,当前加氢机核心部件加氢枪的市场份额大部分还是被进口产品占据。但随着国内企业加大研发力度,积极为加氢枪国产化替代做出贡献,国产加氢枪也逐步获得了客户的认可。目前市场上应用较多的国内生产厂家主要是成都安迪生公司制造的加氢枪,其产品在市场上已有几年的成功应用案例,市场份额也在逐步提升。此外液空厚普也积极布局加氢枪的研发制造,年液空厚普出口韩国现代的双枪70MPa加氢机顺利完成发货,标志着液空厚普装备正式迈出国门。

3.2.2、规模化生产实现降本增效,加氢站累计投资规模年或达亿

在技术进步及规模效应下,加氢站核心设备单位投资成本会大幅下降。AhmadMayyas等在《Manufacturing

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