目前我國在氫能設備方面有極大的改善空間，在技術創(chuàng)新，降本增效，安全生產(chǎn)，國產(chǎn)替代方面，都存在著眾多機會。

氫能設備前景廣闊，未來萬億級市場

根據(jù)《中國氫能行業(yè)發(fā)展報告2020》，中國未來的氫能發(fā)展目標包括氫需求量、產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、終端銷售價格、加氫站數(shù)量、氫燃料電池汽車保有量，以及從產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的儲氫路徑、儲運路徑和加注模式的演化。

具體來看，這一目標要求中國在2050年氫的需求總量達到約6000萬噸，產(chǎn)值達到12萬億元，氫終端價格明顯下降，加氫站數(shù)量達到12000座，是當前數(shù)量的50倍以上，氫燃料汽車保有量達到3000萬輛。

從最終的能源結構來看，當前中國氫氣供應結構中有接近70%為化石能源制氫，未來更環(huán)保的可再生能源電解制氫以及生物制氫的途徑將得到更大范圍地普及與滲透，預計到2050年，電解制氫的比例將達到70%，生物制氫比例達到20%，而化石能源制氫比例將下降到20%。電解制氫和生物制氫的技術和設備將得到長足發(fā)展，未來氫能設備的市場未來也將是萬億級規(guī)模。

氫能設備行業(yè)全景圖

從制氫端講，我們重點關注電解水制氫。制氫的主要設備就是電解槽。從儲運氫來講，涉及到長管拖車、槽罐車、管道、貨車。而在加氫站，核心設備就是儲氫罐、壓縮機、加氫機。最后在用氫端，目前的主要推動力就來自于氫燃料電池發(fā)動機，以及車載儲氫罐。欲要生產(chǎn)，必先能檢測，還需要有配套的檢測設備。

電解水制氫是未來發(fā)展方向，核心設備電解槽市場集中度高

制氫分為石油煤制氫，天然氣制氫，電解水制氫三種方式。從設備端來看，因化石燃料制氫往往依賴地域的高資源集中度和大規(guī)模生產(chǎn)帶來的經(jīng)濟性，因此相關的制氫設備往往價格高昂，主要由頭部的石化企業(yè)自制或相關的空分、深冷設備廠商提供。國內(nèi)相關的設備廠商主要包括盈德氣體集團、杭氧股份、中建五洲以及中泰股份等，此外海外巨頭林德集團也廣泛參與國內(nèi)重要化石燃料制氫項目。

電解水制氫由于其環(huán)保的特性，是未來發(fā)展方向。中國現(xiàn)有的水電解市場主要采用堿性技術路線。總裝機量約為1500~2000套，多數(shù)用于電廠冷卻用氫制備。其中，堿性制備市場集中度較高，主要集中在718所、蘇州競立和天津大陸三家，三家占據(jù)市場份額的60%以上。

目前PEM技術路線只有718所、陽光電源和中電豐業(yè)等少數(shù)公司擁有。質(zhì)子交換膜一般采用全氟磺酸膜，制備工藝復雜，長期被科慕、陶氏、戈爾等企業(yè)壟斷。但國內(nèi)東岳集團已研制出短鏈全氟磺酸膜，可用于水電解制氫和燃料電池。

《中國氫能發(fā)展報告2020》預計，堿性電解槽和PEM電解槽的能源轉(zhuǎn)化率將分別達到78%和74%，PEM電解槽的規(guī)模占比將達到40%，設備價格將降低至800~2000元/kW，堿性電解槽的價格降低至600~1000元/kW。屆時，電解水制氫的比例將達到70%，裝機量將超過500GW，市場規(guī)模將達到7000億元。

儲運氫成本高昂，儲運氫設備是未來技術突破的重點

氫氣的高成本往往來自于儲氫端而非制氫端，因此盡管制氫端的電解水制氫成本較高，且技術突破的路徑較長，但傳統(tǒng)化石燃料制氫的整體成本仍然并不高，這體現(xiàn)在氫氣的出廠價和終端消費價的巨大差異，導致這一差異的主要瓶頸就在于儲運氫的高成本。

為了將氫運送到使用端，需要對氫氣進行變相存儲，形成高壓氫、液氫、金屬固氫、有機液氫、管道氫的形態(tài)。氫液化的過程中，能耗也很大，理論上液化1kg氫的能耗約為14.4MJ，僅占其自身能量的10%，然而實際能耗卻高出3倍以上。能夠提供氫氣液化并付諸商業(yè)化用途的主要為氣體領域的國際巨頭，如德國林德、法國液化空氣、美國普萊克斯等，而這些公司提供的氫氣液化裝置，液化過程也會損耗氫氣本身超過1/3的能量，相比天然氣液化僅損失6%~8%的能量，氫氣液化的成本依然過高。

在短距離運輸中，相對成熟的長管拖車的氣態(tài)運輸尚有一定經(jīng)濟性，然而長距離運輸中，因長管拖車的氫氣運輸重量僅占自重的1%，因此成本很高，只有期待氫氣液化的可行性進一步提高，從而使用液氫槽罐車運輸才能更有效地降本。

長距離運輸中，管道運輸方式也值得考慮，然而現(xiàn)有的天然氣管道不能直接用于運輸氫氣，因為鋼管運氫容易產(chǎn)生氫脆，即氫分子溶于鋼中，造成應力集中，甚至超出鋼的強度極限，所以要采用管道運輸，需采用含碳量極低的材料，一般會是天然氣管道材料的兩倍，或者可采用天然氣和氫氣混合運輸?shù)姆绞?，但氫氣的含量占比不得超過20%。且建設管道投入成本過大，并非普通創(chuàng)業(yè)公司能夠承受。

加氫站建設成本高，核心設備國產(chǎn)替代空間大

我國加氫站分布呈現(xiàn)較為明顯的產(chǎn)業(yè)聚集效應，這主要歸因于當前行業(yè)規(guī)模較小，分散的分布會使得氫氣供應鏈拉長，大大提高儲運成本。截至2020年底，全國共建成118座加氫站，同比增加了49座，主要集中在長三角、珠三角和環(huán)渤海地區(qū)。從成本結構來看，加氫站的成本主要包括壓縮機、土地購置費、儲氫罐、加氫機、工程設計及施工、工藝設計、設備安裝和售后服務等。

其中，壓縮機成本和土地購置費的成本占比最高，分別為34%和27%。

從設備層面來看，壓縮機、儲氫罐和加氫機三者占比合計達到55%，因此設備端技術的突破和廣泛使用將是加氫站降本的關鍵所在。

此外，加氫站的成本還與本身的加注能力有關，一般一座加注能力達到500kg/d的35Mpa的固定加氫站，投資規(guī)模大約為1200萬元(不包括土地成本)，其中設備購置費用約為480萬元，占比40%，而對于達到2000kg/d的35MPa的固定加氫站，投資規(guī)模大約2180萬元，設備購置費用約為1200萬元，占比55%。

賽迪顧問預計到2025年，中國將建成391座加氫站，加氫站設備市場規(guī)模將達到5.2億元，2030年加氫站數(shù)量將達945座，設備市場規(guī)模將達8.7億元。

在規(guī)模效應下，加氫站的設備成本也將呈現(xiàn)不斷下降的趨勢。根據(jù)車百智庫，每年10套35MPa的加氫站和每年100套35MPa的加氫站相比，壓縮機的成本將下降215%，儲氫罐的成本將下降81.8%，與此同時，加氫站的總投資成本也將下降26.7%。

對于傳統(tǒng)加氫站而言，壓縮機和加氫機的建設成本比重最大，二者合計超過61%，而儲氫罐的建設成本比重約為11.7%，居于第三。

壓縮機設備國產(chǎn)替代任重道遠

壓縮機可分為機械式壓縮和非機械式壓縮兩種，機械式壓縮主要包括活塞式壓縮、隔膜式壓縮、線性壓縮和離子壓縮，目前仍然是氫氣壓縮的主流方式。

非機械式壓縮分為低溫液體泵、金屬氫化物壓縮機、電化學氫氣壓縮機和吸附性壓縮機四類。

機械式壓縮中，活塞壓縮機和隔膜壓縮機是最常用的兩種機型。

活塞式壓縮機出氣量大，然而活塞反復運動的過程中可能會污染氫氣，甚至造成氫氣泄漏，因此更常見的仍然是隔膜壓縮機，具有不受污染、無泄漏、壓縮比大和排氣壓力大的特點。隔膜壓縮機的特別之處在于壓縮方式以及對應的密封部件。

相比活塞式壓縮機，隔膜壓縮機也有往復運動的活塞，但這個活塞主要作用于液壓油，液壓油進而推動膜片往復運動從而壓縮氣體。

由此可見，隔膜壓縮機將活塞本身較低的密封性問題轉(zhuǎn)移到膜片去解決，因此這種金屬膜片本身需要超薄、密封且抗壓性強。氫氣壓縮機的主要供應商包括美國PDC，英國豪頓華工程有限公司、德國AndreasHofer，國內(nèi)具備隔膜壓縮機生產(chǎn)能力的廠商主要有中鼎恒盛、北京天高和恒久機械。

目前來看，氫氣的大規(guī)模應用的集中爆發(fā)點往往體現(xiàn)在下游的能源替代，因此傳統(tǒng)的化工用氫份額將逐步被加氫站用氫替代，而國內(nèi)加氫站使用的隔膜壓縮機主要是海外產(chǎn)品，尤其是美國PDC幾乎占據(jù)全球隔膜加氫機的70%-75%的份額，全球近一半的加氫站采用了美國PDC的壓縮機。

國內(nèi)氫氣壓縮機市場的國產(chǎn)替代仍任重道遠。首先是國產(chǎn)氫氣壓縮機的設計壓力不夠大，平均在30MPa以下，無法滿足加氫站的技術要求;其次是盡管部分國內(nèi)廠商已經(jīng)具備隔膜壓縮機的制造技術，但設備內(nèi)部的閥門和傳感器等部件仍需外購;最后是國內(nèi)加氫站數(shù)量少，下游需求基數(shù)低，因此加氫站為節(jié)省成本，不會讓機器一直處于工作狀態(tài)，而在沒有緩沖罐的情況下頻繁啟停，對壓縮機內(nèi)部的金屬膜片傷害極大，國產(chǎn)的隔膜壓縮機很容易達到壽命上限(約2000小時)，而PDC的隔膜壓縮機往往能達到6000小時的壽命。

盡管如此，國產(chǎn)隔膜壓縮機也正競力提升自身的產(chǎn)品力，縮小和海外產(chǎn)品的差距。以中鼎恒盛為例，目前已經(jīng)做到在45MPa級別的氫氣壓縮機對海外產(chǎn)品的進口替代，且在國內(nèi)氫氣充裝廠大流量壓縮機的市占率達到90%。此外，北京天高、恒久機械也在隔膜壓縮機領域有了探索和應用。

加氫機設備有望打破國外壟斷

加氫機是儲氫設備的重要組成部分，成本占比接近10%。加氫機是指實現(xiàn)氫氣加注的設備，一般裝配有壓力傳感器、溫度傳感器、計量裝置、安全裝置等，其工作原理和加油站中的加油槍類似，壓縮后的氫氣經(jīng)輸送管道進入加氫機，經(jīng)過各類閥門、計量器和軟管，最終進入燃料電池車的氣瓶中。

當前國產(chǎn)加氫機的重要部件依然嚴重依賴進口，主要為相關的管道閥門、流量計和加氫槍等，且鑒于當前國內(nèi)市場應用面較窄，加氫機生產(chǎn)缺乏規(guī)模效應，加氫機廠商沒有進行零部件國產(chǎn)替代的動力，因此成本依然高居不下。

國內(nèi)生產(chǎn)加氫機主要的上市公司有厚普股份，公司的業(yè)務涵蓋車用、船用、民用、核心零部件、互聯(lián)網(wǎng)和氫能，其中氫能相關的產(chǎn)品主要包括加氫機、E系列、S系列、C系列加氫站、加氫撬裝設備等。

當前公司已成功研發(fā)70Mpa的加氫機，而目前國內(nèi)的高壓氫氣加注壓力普遍是35MPa，單車加注量和續(xù)航里程較短;此外公司研發(fā)的氫氣質(zhì)量計量計已經(jīng)處于樣品試制階段，成功量產(chǎn)后將打破國外在該領域的壟斷。

儲氫容器國內(nèi)廠商奮起直追

儲氫設備的另一重要部分是儲氫容器，貫穿從制氫端到用氫端的全部環(huán)節(jié)，且是燃料電池車載供氫系統(tǒng)的重要組成部分。

根據(jù)賽迪顧問，2019年全國儲氫設備市場有64.9%應用于車載供氫系統(tǒng)，剩余35.1%應用于加氫站設備，事實上，儲氫設備中占比極大的一類便是儲氫容器，盡管在加氫站中的占比相對較低，但在大量燃料電池車中，儲氫容器毫無疑問是最份額最大的一類容器，其可靠性直接決定了燃料電池車的安全性、穩(wěn)定性和續(xù)航能力。

一般來說，儲氫容器包括金屬儲氫容器、碳纖纏繞金屬內(nèi)襯復合材料高壓儲氫容器(Ⅲ型瓶)以及全復合塑料儲氫容器(Ⅳ型瓶)。

分種類來看，金屬儲氫瓶往往采用不易發(fā)生氫脆的銅、鋁和奧式不銹鋼，優(yōu)點是易于加工且價格低廉，缺點是單位質(zhì)量的儲能密度低。因此在儲氫領域，業(yè)內(nèi)放棄了慣用的金屬承壓的思路，轉(zhuǎn)而改為用纖維增強層承壓，而較薄的金屬內(nèi)襯僅用于密封氫氣，這就是Ⅲ型瓶。目前Ⅲ型瓶的平均壓力可達到40MPa，是鋼瓶的2-3倍，且質(zhì)量密度遠優(yōu)于金屬儲氫瓶。提高儲氫瓶壓力的方式主要有改善纖維增強層的材料性質(zhì)，以及改良纖維的纏繞方式。Ⅲ型瓶盡管已經(jīng)實現(xiàn)了氫氣質(zhì)量密度的大幅提升，但內(nèi)部的金屬內(nèi)襯仍有被取代的可能，這就催生了Ⅳ型瓶的開發(fā)和商業(yè)化應用。

基本思路為選取具備一定剛度的塑料(一般為高密度的聚乙烯)代替金屬內(nèi)膽，從而實現(xiàn)全瓶的輕質(zhì)化，實現(xiàn)這一思路的是布倫瑞克公司，其在上世紀90年代成功研發(fā)出Ⅳ型瓶的初代產(chǎn)品。Ⅳ型瓶的優(yōu)勢很明顯，其內(nèi)膽除了塑料本身比金屬密度低之外，塑料內(nèi)膽還能兼做纖維纏繞的模具，且塑料內(nèi)膽的沖擊韌性、氣密性、耐腐蝕性也要優(yōu)于金屬內(nèi)膽。此外，Ⅳ型瓶相比于Ⅲ型瓶還有成本低(成本比約只有Ⅲ型瓶的64%)以及重容小(重容比也只有Ⅲ型瓶的77%)的優(yōu)勢，因此儲能密度更高。

目前來看，儲氫容器領域領先的生產(chǎn)技術仍由海外廠商把控，而國內(nèi)廠商也在奮起直追。業(yè)內(nèi)代表性的廠商較多，主要有法國的弗吉亞(通過收購國內(nèi)最大的高壓氫瓶制造商斯林達從而大幅提高市占率)、挪威的?？怂箍?世界領先的Ⅳ型瓶制造商，已與中集安瑞科合作建立合營公司)、德國的NAPOXX、韓國的ILJINComposite、天海工業(yè)(京城機電的所屬主要骨干企業(yè))、中集安瑞科、奧揚科技等。

相比于海外公司，國內(nèi)儲氫瓶的生產(chǎn)公司主要產(chǎn)品仍為Ⅲ型瓶，主要存在的問題為：國內(nèi)碳纖維、樹脂短缺，性能不能滿足Ⅳ型瓶的發(fā)展。經(jīng)過國內(nèi)外相關公司儲氫瓶性能的比較，可見國內(nèi)的制造企業(yè)仍存在代差，以及由此衍生的在重容比、儲能密度等指標層面的相對落后，未來仍存在較大的改進空間。

氫燃料電池優(yōu)點頗多，技術水平的限制依然是“硬傷”

截至2019年，全球83%的氫能源專利屬于日本企業(yè)，其中豐田占比高達48%。日本對氫能源專利的壟斷局面，迫使中美歐車企不得不放棄該技術路線，因為明顯會被掐脖子，而日本本土市場小，憑一己之力根本撐不起氫能源車的整個產(chǎn)業(yè)鏈，在產(chǎn)業(yè)生態(tài)上與純電動的距離越來越大。

氫燃料電池不僅和傳統(tǒng)油車一樣，加氫加油極為快捷(純電動車充電效率慢得多)，且因存在直接供能裝置，因此續(xù)航也多有保證(相反對于純電動車，鋰電池的能量密度已經(jīng)擴大到很高的位點，繼續(xù)向上突破往往意味著放棄安全性，因此承載較大電池系統(tǒng)的車輛往往難以長距離續(xù)航行駛)。但也存在諸多問題。

首先，化石燃料制取的氫氣是灰氫，內(nèi)部含雜質(zhì)較多，因此需要進一步提純方可作為燃料電池的原料使用，這提高了氫氣的使用成本;

其次，氫能盡管在液化狀態(tài)下的能量密度高于燃油，遠遠高于鋰電池，但氫氣液化難度大，成本高，當前車用氫氣仍主要是氣態(tài)，需要極高的注射壓力以及強度極高且能防止氫逃逸的儲氫瓶材料;此外，氫燃料電池的發(fā)展仍相對滯后，國內(nèi)自制的氫燃料電池的壽命較短，僅能滿足數(shù)千小時的行駛，且包括膜電極等材料嚴重依賴進口;

我們認為，伴隨用氫成本的不斷下降以及加氫站網(wǎng)點的擴張，氫能將首先在氫燃料電池端多點開花，使得民用的氫能乘用車得到更大程度的普及。

當前氫轎車在燃料單價上甚至低于柴油車與汽油車，但行駛的百公里費用依然高于油車，更遠遠高于電動車。然而《中國氫能發(fā)展報告2020》預計2035年以后氫燃料電池乘用車的每公里TCO成本與同等續(xù)航條件下、同等行駛里程的純電動乘用車的差距將縮小到0.1元/km，2050年氫燃料電池乘用車的成本將下降到0.59元/km。

盡管乘用車成本未來可能降至與鋰電池車類似的水平，但是燃料電池車最初面臨的推廣條件較為困難。因為車規(guī)級的推廣模式缺乏其他低級別消費品的消費先行(如智能手機和電動自行車在早期市場的發(fā)展)，同時還缺乏必要的基礎設施支持(需要建立大量的加氫站才能使其具備規(guī)模效應，而鋰電池車可以依賴電網(wǎng)基礎進行充電)。因此，盡管未來燃料電池車的發(fā)展趨勢良好，但是其市場滲透率可能會相對緩慢。據(jù)《中國氫能發(fā)展報告2020》預測，燃料電池乘用車的市場滲透率將從2035年的2%上升到2050年的12%，增長速度緩慢，因為純電動乘用車的市場滲透率從2015年的1%上升到截至2021年10月接近15%的水平。

氫能設備測試市場水漲船高，未來可期

近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了許多燃料電池測試設備的生產(chǎn)企業(yè)。目前，眾多的從業(yè)企業(yè)中大部分為新注冊企業(yè)，從業(yè)時間短，產(chǎn)品構成單一，設備實際運行時間短，專業(yè)技術人才短缺。另一類企業(yè)為其他測試產(chǎn)品線的延伸，比如原來搞鋰電測試的，現(xiàn)在將產(chǎn)品線延伸到氫燃料電池測試產(chǎn)品，以求在該領域中分得一杯羹。還有一類是國外產(chǎn)品的國內(nèi)代理經(jīng)銷商，代理設備處于小功率、燃料電池輔助性測試設備階段;另一類屬于高校、科研院所臨時搭建的測試臺架，并沒有成為工業(yè)化的產(chǎn)品銷售而國內(nèi)目前正在長期專注于燃料電池測試設備的研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)則少之又少。

相對而言，燃料電池的測試設備領域，國內(nèi)大功率測試設備的制備目前還有較多困難點，例如相對于小功率測試臺架，大功率燃料電池測試設備要應對更為復雜的氣路設計、對濕度以及響應時間有更高的要求、交流內(nèi)阻測試以及快速壓力動態(tài)測控等更具挑戰(zhàn)。這些難題都需要企業(yè)投入更多的資源和資金來加快研發(fā)。

總體看來，目前國內(nèi)測試設備市場中已經(jīng)有銳格新能源、科威爾、氫導智能、群翌能源、律致新能源、寧波拜特、大連宇科等多家企業(yè)能夠滿足大功率燃料電池產(chǎn)品的測試，國產(chǎn)設備企業(yè)正在不斷蠶食Greenlight、Feulcon、AVL等外資品牌在大功率領域的優(yōu)勢市場空間。

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