本文來自：平安研究，作者：樊金璐陳驍皮秀
摘要
氫能儲運是產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體分為氫能制取、氫能儲運、氫能應(yīng)用三大環(huán)節(jié)，其中儲運環(huán)節(jié)是高效利用氫能的關(guān)鍵。成本方面，氫氣儲運成本占總成本約30%。技術(shù)方面，要提高氫氣能量密度，國際能源署規(guī)定儲氫質(zhì)量標(biāo)準達到5%。經(jīng)濟高效是氫能儲運未來發(fā)展趨勢。目前，氫能儲存應(yīng)用場景有加氫站儲存、運輸車儲存和燃料電池車儲存等。
氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給壓力容器行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將推動臨氫、超高壓、超低溫以及纖維纏繞復(fù)合材料、多層包扎結(jié)構(gòu)設(shè)備的設(shè)計制造、檢驗檢測、風(fēng)險評估等方面技術(shù)的發(fā)展和進步，也推動壓力容器產(chǎn)業(yè)向高端、清潔、環(huán)保、高效方向的轉(zhuǎn)型升級。
氫能儲存技術(shù)以高壓儲氫為主。儲氫方式主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫三種。從技術(shù)發(fā)展方向看，目前高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)比較成熟，將是國內(nèi)主推的儲氫技術(shù)；有機物液體儲氫技術(shù)具有獨一無二的安全性和運輸便利性，但該技術(shù)尚有較多技術(shù)難題，未來會極具應(yīng)用前景；固態(tài)儲氫應(yīng)用在燃料電池汽車上優(yōu)點十分明顯，但現(xiàn)在技術(shù)還有待突破，長期來看發(fā)展?jié)摿Ρ容^大。從市場價值看，氫能儲運未來發(fā)展空間廣闊。據(jù)國際氫能委員會預(yù)測，到2050年氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造2.5萬億美元的市場規(guī)模。
高壓儲氣瓶技術(shù)逐步成熟。高壓氣態(tài)儲氫是目前廣泛應(yīng)用的儲氫方式，主要通過高壓儲氣瓶來實現(xiàn)氫氣的儲存和釋放。高壓儲氫瓶分為純鋼制金屬瓶（I型）、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶（II型）、金屬內(nèi)膽纖維纏繞瓶（III型）和塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（IV型）4種。目前，III型瓶是我國發(fā)展重點，已開發(fā)35MPa和70MPa，其中35MPa已被廣泛用于氫燃料電池車，70MPa開始推廣。IV型瓶則處于研發(fā)階段。目前儲氫瓶成本較高，碳纖維成本占比較大。隨著儲氫瓶的量產(chǎn)以及碳纖維國產(chǎn)化，儲氫瓶制造成本逐步下降。
液態(tài)和固態(tài)儲氫技術(shù)已進入示范階段。液態(tài)及固態(tài)儲氫效率高于氣態(tài)儲氫，是未來發(fā)展方向。目前低溫液態(tài)儲氫主要應(yīng)用在航天工程中。有機液體儲氫和固體儲氫仍處于研究階段或示范階段。
投資建議：從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律來看，儲氫設(shè)施是氫能產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中要適度超前建設(shè)才能支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展；氫的儲運是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展給壓力容器行業(yè)帶來新機遇，對材料的要求也越來越高；儲運成本占總成本的30%左右，經(jīng)濟、高效、安全的儲運技術(shù)已成為當(dāng)前制約氫能規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸之一。隨著加氫站、制氫站的建設(shè)增多，儲罐需求將穩(wěn)步增加，高壓大容量的儲罐壁壘較高，建議關(guān)注高壓氫容器制造公司；車用儲罐需求量大，建議關(guān)注擁有III型儲氫瓶與IV型瓶技術(shù)的公司；材料方面，建議關(guān)注生產(chǎn)儲罐用鋼材和碳纖維的公司。
風(fēng)險提示：1）氫能價格難以大幅下降；2）燃料電池成本下降不及預(yù)期；3）工業(yè)應(yīng)用發(fā)展不及預(yù)期；4）氫能儲存技術(shù)發(fā)展不及預(yù)期。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈——儲氫
01
氫能儲運是產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
1.1氫能儲運在產(chǎn)業(yè)鏈中成本較高
氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體可以分為氫能制取、氫能儲運、氫能應(yīng)用三大環(huán)節(jié)，其中儲運環(huán)節(jié)是高效利用氫能的關(guān)鍵，是影響氫能向大規(guī)模方向發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。在氫能全產(chǎn)業(yè)鏈中，氫的儲運是制約我國氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因為氫氣特殊的物理、化學(xué)性能，使得它儲運難度大、成本高、安全性低。
（1）重量輕、密度小：在所有元素中，氫的重量最輕、密度小，需要提高儲運容器壓力進而提高氫的密度來提高氫能利用的效率；
（2）液化溫度低：常壓下氫氣在-253℃溫度才能液化，液化能耗高、靜態(tài)蒸發(fā)損失大，對液氫儲罐要求很高；
（3）原子半徑?。簹涞脑影霃椒浅Ｐ?，氫氣能穿過大部分肉眼看不到的微孔，在高溫、高壓下，氫氣甚至可以穿過很厚的鋼板；
（4）性質(zhì)活潑：氫氣非?；顫姡€(wěn)定性極差，泄露后易發(fā)生燃燒和爆炸，這些因素都對氫氣的儲運技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。
從終端氫氣價格組成來看，氫氣儲運成本占總成本的30%左右，經(jīng)濟、高效、安全的儲運氫技術(shù)已成為當(dāng)前制約氫能規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸之一。
1.2高效率和低成本是氫能儲運發(fā)展趨勢
氫能儲運包括氫能儲存和氫能運輸兩部分，氫能的儲存方式?jīng)Q定了采用何種氫能運輸方式。提高氫能儲運效率，降低氫能儲運成本，是氫能儲運技術(shù)發(fā)展重點。
氫能源汽車存儲5公斤的氫氣，在70MPa的壓力下，存儲系統(tǒng)的容量約為200升，是當(dāng)今燃油汽車中汽油箱容量的3-4倍。
氫能的儲運具有較大難度。一方面，氫氣是世界上密度最小的氣體，體積能量密度較低，擴散系數(shù)較大；另一方面，氫氣的燃點較低，爆炸極限寬，對儲運過程中的安全性也有極高的要求。因此如何實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、安全的儲氫技術(shù)是氫能利用走向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。
1.3儲氫的技術(shù)要求
儲氫技術(shù)的關(guān)鍵在于提高氫氣能量密度。美國能源部（DOE）要求2020年國內(nèi)車載氫能電池的氫氣質(zhì)量密度（即釋放出的氫氣質(zhì)量與總質(zhì)量之比）須達到4.5%，2025年達到5.5%，最終目標(biāo)是6.5%。
國際能源署（IEA）規(guī)定的未來新型儲氫材料的儲氫質(zhì)量標(biāo)準為5%。美國2010年到2015年的體積儲氫容量分別為45g/L和81g/L、存儲成本分別為4美元／kWh和2美元／kWh。
同時氫氣為易燃、易爆氣體，當(dāng)氫氣濃度為4.1%-74.2%時，遇火即爆。因此評價儲氫技術(shù)優(yōu)劣，還必須考慮安全性。
1.4氫能儲存場景及相關(guān)標(biāo)準
氫能儲存場景主要包括在加氫站的儲存、在運輸車的儲存和燃料電池車的儲存等幾種場景，目前已經(jīng)形成加氫站及車載氫系統(tǒng)、氣液固儲氫等相關(guān)標(biāo)準。
1.5氫能給壓力容器行業(yè)帶來新機遇
氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給壓力容器行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇，一方面，氫能儲運設(shè)備是氫能利用的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是促進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要支撐。另一方面，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將推動臨氫、超高壓、超低溫以及纖維纏繞復(fù)合材料、多層包扎結(jié)構(gòu)設(shè)備的設(shè)計制造、檢驗檢測、風(fēng)險評估等方面技術(shù)的發(fā)展和進步，也推動壓力容器產(chǎn)業(yè)向高端、清潔、環(huán)保、高效方向的轉(zhuǎn)型升級。但氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也對壓力容器技術(shù)要求提出了更高的挑戰(zhàn)，目前一系列關(guān)鍵技術(shù)有待突破。
(1)氫能儲運裝備的材料方面亟待解決。目前高壓氫氣長管拖車、管束式集裝箱、站用儲氫瓶組等設(shè)備所用的高強鋼既沒有制定標(biāo)準，也沒有成熟的材料可供選用，4130X鋼已應(yīng)用于45MPa站用儲氫瓶組，但其可靠性尚未得到充分驗證，需要研究提出高壓臨氫環(huán)境下設(shè)備選材的安全基本要求，開發(fā)專用材料。針對已有應(yīng)用經(jīng)驗的4130X鋼，仍需對其與高壓氫氣的相容性進行系統(tǒng)研究以掌握氫脆受材料成分、組織、加工方法、氫分壓等的影響規(guī)律，形成4130X鋼用于高壓氫氣儲運場合的專項技術(shù)要求。對于IV型儲氫氣瓶，需要研發(fā)內(nèi)膽專用塑料材料，建立材料性能指標(biāo)體系等相應(yīng)標(biāo)準。
(2)氫能儲運設(shè)備設(shè)計制造應(yīng)不斷創(chuàng)新。對于IV型瓶，其設(shè)計制造關(guān)鍵技術(shù)主要有內(nèi)膽結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、有限元應(yīng)力分析設(shè)計方法、塑料內(nèi)膽成型方法和工藝、內(nèi)膽與瓶口密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方法等，需要研究解決結(jié)構(gòu)尺寸的確定方法及其對氣瓶安全性能的影響、內(nèi)膽與瓶口之間泄漏機理及影響因素、內(nèi)膽常見缺陷及其成因和預(yù)防措施等科學(xué)技術(shù)問題，有待提出內(nèi)膽成型、纖維帶壓纏繞、樹脂固化的工藝評定方法。
(3)儲氫設(shè)備的型式試驗?zāi)芰€不全面，需加強試驗環(huán)節(jié)以提高壓力容器的安全性能。對35MPa以上壓力等級的車載氫氣瓶，按GB/T35544-2017標(biāo)準的要求，型式試驗項目包括氫氣循環(huán)試驗，但我國目前還沒有通過氫循環(huán)試驗的產(chǎn)品，氫循環(huán)試驗裝置技術(shù)復(fù)雜度高、投資大、建設(shè)周期長、建設(shè)難度大、后期維護成本高，我國僅有個別型式試驗機構(gòu)搭建了試驗裝置。
此外，為推進氫能儲運設(shè)備的成熟發(fā)展，我們還需要對相應(yīng)的氫能儲運設(shè)備使用管理方面提出更高的要求，建立現(xiàn)代化管理平臺，通過搭載安全監(jiān)控系統(tǒng)并構(gòu)建基于全生命周期的大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)儲氫壓力設(shè)備的“智能網(wǎng)聯(lián)化”。
1.6儲氫容器材料要求不斷提升
高壓儲氫氣瓶是壓縮氫廣泛使用的關(guān)鍵技術(shù)，隨著應(yīng)用端的應(yīng)用需求不斷提高，輕質(zhì)高壓是高壓儲氫氣瓶發(fā)展的不懈追求。目前高壓儲氫容器已經(jīng)逐漸由全金屬氣瓶(Ⅰ型瓶)發(fā)展到非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅳ型瓶)。
（1）全金屬儲氫氣瓶/罐（Ⅰ型瓶），其制作材料一般為Cr-Mo鋼、6061鋁合金、316L等。由于氫氣的分子滲透作用，鋼制氣瓶很容易被氫氣腐蝕出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象，導(dǎo)致氣瓶在高壓下失效，出現(xiàn)爆裂等風(fēng)險。2004年7月，中石化牽頭成立了由鋼鐵企業(yè)、使用單位以及有關(guān)科研單位等組成壓力容器鋼板國產(chǎn)化聯(lián)合攻關(guān)組，共同推動鋼板研制和應(yīng)用工作。參與研制的5家鋼鐵企業(yè)(寶鋼、鞍鋼、武鋼、舞鋼、濟鋼)目前已經(jīng)陸續(xù)成功開發(fā)了用于大型儲備罐的高強度大線能量焊接用鋼板。9Ni鋼最早由太鋼于2007年開發(fā)生產(chǎn)，目前鞍鋼、武鋼、南鋼、湘鋼均有生產(chǎn)能力，由于儲罐需要6mm厚的中厚板，南鋼的市場份額較大。太鋼、鞍鋼和南鋼等鋼企研發(fā)的LNG低溫壓力容器用9％Ni鋼板也通過了國家容標(biāo)委鑒定審查，實現(xiàn)了工程應(yīng)用，填補了國內(nèi)的空白。
（2）纖維復(fù)合材料纏繞氣瓶（Ⅱ型瓶、Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶）。Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶是纖維復(fù)合材料纏繞制造的主流氣瓶。其主要由內(nèi)膽和碳纖維纏繞層組成。Ⅲ型瓶的內(nèi)膽為鋁合金，Ⅳ型的內(nèi)膽為聚合物。纖維復(fù)合材料則以螺旋和環(huán)箍的方式纏繞在內(nèi)膽的外圍，以增加內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)強度。
總體而言，高壓儲氫氣瓶Ⅰ型瓶、Ⅱ型瓶和Ⅲ型瓶常用的材料有鋁(6061或7060)、鋼(不銹鋼或鉻-鉬鋼)。Ⅳ型瓶內(nèi)膽常用的聚合物材料為高密度聚乙烯、聚酰胺基聚合物等。高性能纖維是纖維復(fù)合材料纏繞氣瓶的主要增強體。通過對高性能纖維的含量、張力、纏繞軌跡等進行設(shè)計和控制，可充分發(fā)揮高性能纖維的性能，確保復(fù)合材料增強壓力容器性能均一、穩(wěn)定，爆破壓力離散度小。玻璃纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硼纖維、碳纖維、芳綸和PBO纖維等纖維均被用于制造纖維復(fù)合材料纏繞氣瓶，其中碳纖維以其出色的性能逐漸成為主流纖維原料(如日本東麗的T300、T700、T1000)。
02
氫能儲存技術(shù)以高壓儲氫為主
2.1氫能有三種儲存方式
目前，主要儲氫方式有三種，分別是氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫。從技術(shù)發(fā)展方向來看，目前高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)比較成熟，一定時間內(nèi)都將是國內(nèi)主推的儲氫技術(shù)；有機物液體儲氫技術(shù)可以利用傳統(tǒng)的石油基礎(chǔ)設(shè)施進行運輸、加注，方便建立像加油站那樣的加氫網(wǎng)絡(luò)，相比于其它技術(shù)而言，具有獨一無二的安全性和運輸便利性，但該技術(shù)尚有較多技術(shù)難題，未來看會極具應(yīng)用前景；固態(tài)儲氫應(yīng)用在燃料電池汽車上優(yōu)點十分明顯，但現(xiàn)在技術(shù)還有待突破，短期內(nèi)不會有較大范圍的應(yīng)用，長期來看發(fā)展?jié)摿Ρ容^大。
根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書（2019版）》預(yù)測：我國氫能儲運將按照“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的方向發(fā)展，由此逐步提高氫氣儲存和運輸?shù)哪芰?。氫能市場滲入前期，氫氣用量及運輸半徑相對較小，此時高壓氣態(tài)運輸?shù)霓D(zhuǎn)換成本較低，更具性價比；氫能市場發(fā)展到中期（2030年），氫氣需求半徑將逐步提升，將以氣態(tài)和低溫液態(tài)為主；遠期（2050年）來看，高密度、高安全儲氫將成為現(xiàn)實，完備的氫能管網(wǎng)也將建成，同時出臺固態(tài)、有機液態(tài)等儲運標(biāo)準及管道輸配標(biāo)準作為配套。
2.2氫能儲運發(fā)展空間廣闊
國際氫能委員會預(yù)測，到2050年，氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造2.5萬億美元的市場規(guī)模。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計，到2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達到1萬億元；到2050年，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達到12萬億元，這將對氫能儲運設(shè)備材料提出了大量市場需求，氫能儲運設(shè)備材料或成為較好的投資機會。
國家對儲氫環(huán)節(jié)技術(shù)研發(fā)更加重視。根據(jù)2018-2021年國家“氫能技術(shù)”重點專項指南匯總數(shù)據(jù)，從三大產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)分布變化中可以發(fā)現(xiàn)，國家加大了制氫和儲氫技術(shù)的研發(fā)重視。相比2018—2020年，2021年儲氫技術(shù)的研發(fā)項目占比大幅提升，氫能源儲運愈發(fā)重要。
03
高壓儲氣瓶技術(shù)逐步成熟
3.1高壓儲氫瓶的應(yīng)用場景
高壓氣態(tài)儲氫是目前廣泛應(yīng)用的儲氫方式，在國內(nèi)外已經(jīng)實現(xiàn)一定規(guī)模商用。這種技術(shù)路線主要通過高壓儲氣瓶來實現(xiàn)氫氣的儲存和釋放。根據(jù)材質(zhì)的不同，高壓儲氫瓶分為純鋼制金屬瓶（I型）、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶（II型）、金屬內(nèi)膽纖維纏繞瓶（III型）和塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（IV型）4種。
根據(jù)高壓氫容器的不同使用要求，可以將高壓儲氫分為固定式高壓儲氫、車載輕質(zhì)高壓儲氫和運輸用高壓儲氫。
固定式儲氫瓶：在高壓儲氫技術(shù)中，目前最為成熟且成本較低的技術(shù)是鋼制氫瓶和鋼制壓力容器，如目前工業(yè)中廣泛采用20MPa鋼制氫瓶，并且可與45MPa鋼制氫瓶、98MPa鋼帶纏繞式壓力容器進行組合應(yīng)用于加氫站。但是鋼制氫氣瓶由于較高的重量，因此并不適宜汽車用。
儲氫裝置是加氫站中的一個重要裝置，一般采用45MPa儲氫瓶。一般有兩種方式，一種是用具有較大容積的氣瓶，該類氣瓶的單個容積在600-1500L之間，為無縫鍛造壓力容器；另一種是采用小容積的氣瓶，單個氣瓶的容積在45L-80L。
儲運氣瓶與車載氣瓶的差別在于壓力不同，儲運氣瓶的壓力高于車載氫氣瓶。當(dāng)為燃料電池汽車加注時，以站內(nèi)儲氫瓶和車載瓶之間的壓差為驅(qū)動力。
大直徑儲氫長管：石家莊安瑞科氣體機械有限公司2002年在國內(nèi)率先研制成功20/25MPa大容積儲氫長管，并應(yīng)用于大規(guī)模氫氣運輸。長管氣瓶材料為鉻鉬鋼4130X，強度高，具有良好的抗氫脆能力。
鋼帶錯繞式儲氫罐：鋼帶錯繞式儲氫罐目前有45MPa和98MPa兩種型號，如浙大與巨化集團制造生產(chǎn)的兩臺國內(nèi)最高壓力等級98MPa立式高壓儲罐，安裝在江蘇常熟豐田加氫站中。
車用儲氫瓶：目前車用高壓儲氫瓶的國際主流技術(shù)通過以鋁合金/塑料作為內(nèi)膽，外層則用碳纖維進行包覆，提升氫瓶的結(jié)構(gòu)強度并盡可能減輕整體質(zhì)量。目前國外氫燃料電池汽車已經(jīng)廣泛使用70MPa碳纖維纏繞IV型瓶，與之相比，目前我國車載儲氫方式大多為35MPa碳纖維纏繞III型瓶，而70MPa碳纖維纏繞III型瓶也已少量用于國產(chǎn)汽車中。
運輸用高壓儲氫瓶：高壓氫氣的運輸設(shè)備主要用于將氫氣從產(chǎn)地運輸?shù)绞褂玫鼗蚣託湔?。管式拖車用旋壓成型的大型高壓氣瓶盛裝氫氣。典型管式拖車長10.0-11.4m，高2.5m，寬2.0-2.3m，盛裝的氫氣壓力在16-21MPa之間，質(zhì)量在280kg左右。
3.2車用儲氫瓶成本碳纖維占比高，成本有望逐步下降
（1）儲氫瓶關(guān)鍵材料和零部件國產(chǎn)化亟待突破
儲氫瓶產(chǎn)業(yè)鏈可以簡單劃分為上游原材料和零部件，中游生產(chǎn)制造和下游終端應(yīng)用三個環(huán)節(jié)。其中，上游原材料包括鋁材、鋼材、碳纖維和樹脂等，零部件包括各種金屬閥門和各類傳感器；中游生產(chǎn)制造設(shè)備和制造工藝等；下游則是在燃料汽車、氫氣運輸罐、加氫站等場景上的應(yīng)用。在產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)方面，目前車載儲氫瓶核心材料及零部件如碳纖維主要依賴進口，瓶口閥、減壓閥等也主要依賴進口，未來這些關(guān)鍵材料和零部件將逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。
（2）車用儲氫瓶材料中碳纖維復(fù)合材料成本占比高
目前，國內(nèi)外車載儲氫氣瓶（III/IV型）由內(nèi)至外包括內(nèi)襯材料、過渡層、纖維纏繞層、外殼保護層。國內(nèi)內(nèi)襯材料多選用鋁合金，國外則多選用特種塑料；內(nèi)層之外又稱為復(fù)合材料層，一般分為兩層，內(nèi)層為碳纖維纏繞層，一般是由碳纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成；外層為玻璃纖維保護層，一般是由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成。兩層均是由纏繞工藝制作而成，通過對環(huán)氧樹脂加熱固化，以保證氣瓶強度。
從車載儲氫瓶材料成本來看，儲氫瓶的成本主要集中在外部纏繞用的碳纖維復(fù)合材料。對于儲氫質(zhì)量均為5.6kg的35MPa、70MPa高壓儲氫IV型瓶成本構(gòu)成來看，碳纖維復(fù)合材料成本分別占系統(tǒng)總成本的75%和78%。
目前，高壓儲氫瓶用碳纖維主要采用T700級及以上規(guī)格，從企業(yè)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)角度來看，目前碳纖維生產(chǎn)企業(yè)中，日本和美國依舊占據(jù)主導(dǎo)地位。根據(jù)廣州賽奧碳纖維技術(shù)有限公司發(fā)布的《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場報告》，2020年全球碳纖維行業(yè)有效產(chǎn)能為16.79萬噸，比2019年增加了約1.30萬噸。從全球范圍來看，中國、美國和日本三國產(chǎn)能分別為4.50萬噸、3.73萬噸和2.92萬噸，占全球總產(chǎn)能6成以上。目前我國碳纖維企業(yè)主要以中復(fù)神鷹、恒神股份、光威復(fù)材等企業(yè)為主。
目前，由于國內(nèi)70MPa碳纖維纏繞IV型瓶的制備技術(shù)不成熟、規(guī)?；a(chǎn)難度大，因此目前成本相對較高，抑制了IV型儲氫瓶的需求。據(jù)美國汽車研究理事會研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模越大，儲氫瓶成本也就越低，如當(dāng)氣瓶生產(chǎn)規(guī)模由1萬套提高到50萬套時，氫氣瓶成本會下降20%。未來隨著氫能源汽車的快速發(fā)展，儲氫瓶成本有望下降。
04
液體和固體儲氫技術(shù)已經(jīng)進入示范階段
4.1液態(tài)儲氫目前主要應(yīng)用在航天工程中
低溫液態(tài)儲氫將氫氣冷卻至-253攝氏度，液化儲存于低溫絕熱液氫罐中，儲氫密度可達70.6kg/m3，體積密度為氣態(tài)時的845倍，實現(xiàn)高效儲氫，其輸送效率高于氣態(tài)氫。但液氫裝置一次性投資較大，液化過程中能耗較高，儲存過程中有一定的蒸發(fā)損失，其蒸發(fā)率與儲氫罐容積有關(guān)，大儲罐的蒸發(fā)率遠低于小儲罐。國內(nèi)液氫已在航天工程中成功使用。
優(yōu)點：液化儲氫具有熱值高、體積能量密度高、占用空間體積較小等優(yōu)點。氫能以液態(tài)儲存能夠同時滿足質(zhì)量密度和體積密度的要求。
缺點：液氫的使用也存在一系列的難題，如液氫易揮發(fā)，不便長期保存且存在安全隱患，氫氣的液化過程能耗高，氫液化所需能量為液化氫燃燒產(chǎn)熱額的30%，對儲氫容器材料有較為苛刻的要求等。由于液化儲氫的成本較高，且其安全技術(shù)非常復(fù)雜，因此不適合廣泛使用，但其作為航空燃料已在航空領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。多級壓縮冷卻能耗巨大，低溫儲氫罐的設(shè)計制造及材料一直存在成本高昂的難題。
4.2有機液體儲氫仍處于研究或示范階段
（1）有機液體氫化物儲氫技術(shù)
有機液體儲氫利用某些不飽和有機物與氫氣進行可逆加氫和脫氫反應(yīng)，實現(xiàn)氫的儲存，加氫后形成的液體有機氫化物性能穩(wěn)定，安全性高，儲存方式與石油產(chǎn)品相似。但存在著反應(yīng)溫度較高、脫氫效率較低、催化劑易被中間產(chǎn)物毒化等問題。國內(nèi)已有燃料電池客車車載儲氫示范應(yīng)用案例。
優(yōu)點：從儲氫含量、儲氫過程能量消耗、儲氫成本高低等角度綜合考慮，類似苯、甲苯這樣的單環(huán)芳香烴儲氫量較大、儲氫過程可逆、效果好。儲氫量大、儲氫密度高。接近美國能源部對儲氫系統(tǒng)的要求。循環(huán)系統(tǒng)熱效率較高。加氫過程為放熱反應(yīng)，脫氫過程為吸熱反應(yīng)，加氫反應(yīng)過程中釋放出的熱量可以回收作為脫氫反應(yīng)中所需的熱量，從而有效地減少熱量損失，使整個循環(huán)系統(tǒng)的熱效率提高。氫載體可以利用現(xiàn)有的設(shè)備進行儲存和運輸，適合于長距離氫能的輸送。
缺點：加氫反應(yīng)和脫氫反應(yīng)設(shè)備較為復(fù)雜，操作費用較高；加氫反應(yīng)過程和脫氫反應(yīng)過程均要使用催化劑，且催化劑活性不夠穩(wěn)定；脫氫反應(yīng)溫度較高等。
技術(shù)應(yīng)用：氫陽新能源控股有限公司就宜都10000t/a儲油項目與中國五環(huán)工程有限公司簽約了EPC總承包合同，該項目采用的專利技術(shù)為氫陽能源開發(fā)的常溫常壓有機液態(tài)儲氫材料生產(chǎn)技術(shù)（LOHC）。LOHC技術(shù)是新型安全高效的氫氣儲運技術(shù)，可有效地破解當(dāng)前氫能源產(chǎn)業(yè)在存儲、運輸和應(yīng)用方面存在的低安全性和高成本難題，處于世界領(lǐng)先水平。
（2）液氨儲氫技術(shù)
液氨儲氫技術(shù)是指將氫氣與氮氣反應(yīng)生成液氨，作為氫能的載體進行利用。液氨在常壓、400℃的條件下即可得到H2，常用的催化劑包括釕系、鐵系、鈷系與鎳系，其中釕系的活性最高。
液氨燃燒產(chǎn)物為氮氣和水，無對環(huán)境有害氣體。2015年7月，作為氫能載體的液氨首次作為直接燃料用于燃料電池中。通過對比，發(fā)現(xiàn)液氨燃燒渦輪發(fā)電系統(tǒng)的效率（69%）與液氫系統(tǒng)效率（70%）近似。然而液氨的儲存條件遠遠緩和于液氫，與丙烷類似，可直接利用丙烷的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，大大降低了設(shè)備投入。因此，液氨儲氫技術(shù)被視為最具前景的儲氫技術(shù)之一。
2021年12月10日，福州大學(xué)與紫金礦業(yè)集團、三聚環(huán)保舉行了綠色能源重大產(chǎn)業(yè)項目戰(zhàn)略合作簽約儀式，根據(jù)協(xié)議，三方將合力打造一支國家級“氨-氫”能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊，合資成立高新企業(yè)，發(fā)展集綠氨產(chǎn)業(yè)、氫能產(chǎn)業(yè)及可再生能源產(chǎn)業(yè)于一體的萬億級產(chǎn)業(yè)鏈。
（3）甲醇儲氫
甲醇儲氫技術(shù)是指將一氧化碳與氫氣在一定條件下反應(yīng)生成液體甲醇，作為氫能的載體進行利用。在一定條件下，甲醇可分解得到氫氣用于燃料電池，甲醇還可直接用作燃料。2017年，我國北京大學(xué)的科研團隊研發(fā)了一種鉑-碳化鉬雙功能催化劑，讓甲醇與水反應(yīng)，不僅能釋放出甲醇中的氫，還可以活化水中的氫，最終得到更多的氫氣。同時，甲醇的儲存條件為常溫常壓，且沒有刺激性氣味。中集安瑞科與大化所合作建造的冬奧會的站內(nèi)制氫項目就是甲醇制氫。
4.3固體儲氫也已經(jīng)進入示范階段
固態(tài)儲氫是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲氫載體，通過化學(xué)吸附和物理吸附的方式實現(xiàn)氫的存儲。固態(tài)儲氫具有儲氫密度高、儲氫壓力低、安全性好、放氫純度高等優(yōu)勢，其體積儲氫密度高于液氫。但主流金屬儲氫材料重量儲氫率仍低于3.8wt%，重量儲氫率大于7wt%的輕質(zhì)儲氫材料還需解決吸放氫溫度偏高、循環(huán)性能較差等問題。國外固態(tài)儲氫已在燃料電池潛艇中商業(yè)應(yīng)用，在分布式發(fā)電和風(fēng)電制氫規(guī)模儲氫中得到示范應(yīng)用；國內(nèi)固態(tài)儲氫已在分布式發(fā)電中得到示范應(yīng)用。
氫儲科技：2019年11月氫儲科技開始承擔(dān)上海市科委關(guān)于500kg/天的鎂基固態(tài)儲氫裝置的研發(fā)任務(wù)。目前，涵蓋材料、機械結(jié)構(gòu)、熱系統(tǒng)管理、遠程控制系統(tǒng)以及容器等的研發(fā)均已完成，并進行了大量的理論模擬和實驗測試。2020年第四季度，首座鎂基固態(tài)儲氫示范站將在山東省濟寧市落成，加氫能力為550公斤/天，供兩條公交線使用。
從儲氫成本、技術(shù)、安全性等方面來看，高壓氣態(tài)儲氫仍是當(dāng)下儲氫方式的最優(yōu)選擇，短中期高壓氣態(tài)儲氫仍是主流。因受技術(shù)和成本端的制約，國內(nèi)低溫液化儲氫技術(shù)、金屬氫化物固態(tài)儲氫短期難以實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用；因氫能需求量及建設(shè)成本問題，管道輸氫還不能規(guī)模化應(yīng)用，長期來看，待技術(shù)突破及產(chǎn)能擴大后，管道輸氫、低溫液化儲氫技術(shù)與金屬氫化物固態(tài)儲氫有望成為儲氫的主流方式。
05
投資建議
5.1固定式儲罐壁壘高，車載儲氫空間大
固定式儲氫罐：目前，固定式儲氫罐主要用于加氫站、制氫站，按近期各省市出臺的氫能規(guī)劃政策，固定式儲氫罐市場需求較大，但競爭對手較少，市場前景廣闊。根據(jù)氫氣加注壓力，加氫站分為35MPa和70MPa兩類。我國絕大多數(shù)在用或在建的是35MPa加氫站。為了適應(yīng)燃料電池汽車供氫系統(tǒng)壓力逐漸從35MPa增加到70MPa的需求，加氫站的加注壓力提高到70MPa已到了十分緊迫的地步。隨著氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加氫站、制氫站的建設(shè)增多，儲罐需求也將增加，高壓、高容量的儲罐需求將逐步釋放。一般情況下，容器體積越大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時殼體壁厚越大，受壓元件結(jié)構(gòu)設(shè)計更復(fù)雜，焊接和組裝的要求更嚴熱處理，無損檢測要嚴格控制，高壓大容量的儲罐壁壘較高。
車載儲氫氣瓶：在高壓儲氫技術(shù)中，目前最為成熟且成本較低的技術(shù)是鋼制氫瓶和鋼制壓力容器，但是鋼制氫氣瓶由于較高的重量，不適宜汽車用，因此車用高壓儲氫瓶的國際主流技術(shù)通過以鋁合金/塑料作為內(nèi)膽，外層則用碳纖維進行包覆（即所謂的III型、IV型瓶），提升氫瓶的結(jié)構(gòu)強度并盡可能減輕整體質(zhì)量。國內(nèi)車載儲氫氣瓶的企業(yè)較多，特別是III型。隨著氫燃料電池車的發(fā)展，車載儲氫瓶的需求量是相對最大的領(lǐng)域，但是競爭也較為激烈，技術(shù)領(lǐng)先、儲氫成本較低的公司將受益。
管束集裝箱：現(xiàn)階段，我國普遍采用20MPa氣態(tài)高壓儲氫與管束集裝箱運輸?shù)姆绞健Ｔ诩託湔救招枨罅?00kg以下，運輸距離在200公里以內(nèi)經(jīng)濟性較高。該技術(shù)較為成熟，參與的企業(yè)較多。
5.2投資建議
氫能產(chǎn)業(yè)已成為我國能源戰(zhàn)略布局的重要部分。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律來看，儲氫設(shè)施是氫能產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中要適度超前建設(shè)才能支撐產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；氫的儲運是制約我國氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展給壓力容器行業(yè)帶來新機遇，對材料的要求也越來越高；從終端氫氣價格組成來看，氫氣儲運成本占總成本的30%左右，經(jīng)濟、高效、安全的儲運氫技術(shù)已成為當(dāng)前制約氫能規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸之一。隨著加氫站、制氫站的建設(shè)增多，儲罐需求將穩(wěn)步增加，高壓大容量的儲罐壁壘較高，建議關(guān)注高壓氫容器制造公司；車用儲罐需求量大，建議關(guān)注擁有III型儲氫瓶與IV型瓶技術(shù)的公司；材料方面，建議關(guān)注生產(chǎn)儲罐用鋼材和碳纖維的公司。
06
風(fēng)險提示
（1）氫能價格難以大幅下降
其他低碳或零排放技術(shù)快速發(fā)展，氫能價格難以大幅下降，指示在經(jīng)濟性上優(yōu)勢不明顯，推廣不及預(yù)期。
（2）燃料電池成本下降不及預(yù)期
氫燃料電池技術(shù)整車成本較高，如果成本難以大幅下降，或?qū)淠艿耐茝V應(yīng)用產(chǎn)能影響。
（3）氫能冶金等工業(yè)應(yīng)用發(fā)展不及預(yù)期
氫能冶金等工業(yè)應(yīng)用還處于研究和示范階段，如果進展不及預(yù)期或成本難以大幅下降，對氫能在冶金行業(yè)的推廣應(yīng)用產(chǎn)生一定影響。
（4）氫能儲存技術(shù)發(fā)展不及預(yù)期
氫氣具有獨特性質(zhì)，高壓氣體、液體、固體等先進儲氫技術(shù)研發(fā)進度不及預(yù)期，相關(guān)公司業(yè)績受到影響。
