(報告出品方/作者:華安證券,尹沿技)
【資料圖】
氫能行業(yè)大爆發(fā),儲運市場放量在即
氫能產業(yè)鏈發(fā)展逐步完善,市場快速擴張行業(yè)景氣度高
氫能產業(yè)鏈未來可期。國家發(fā)改委、國家能源局今年3月聯(lián)合印發(fā)的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》提出,到2025年,初步建立以工業(yè)副產氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應體系;到2030年,形成較為完備的清潔能源制氫及供應體系,可再生能源制氫廣泛應用;到2035年,形成氫能產業(yè)體系。氫能市場快速擴張,行業(yè)景氣度高。中國已成為世界上最大的氫氣生產國,根據中國煤炭工業(yè)協(xié)會數據,2022年我國氫氣產量達4004萬噸,同比增長19.8%。未來隨著政策及市場驅動,氫能需求有望持續(xù)保持高增,中商產業(yè)研究院預測,2023年我國氫氣產量將達4575萬噸。
未來需求點燃市場熱情,氫能長期發(fā)展?jié)摿Υ?/strong>
需求激增撬動氫氣儲運市場擴張。中國氫能聯(lián)盟預計,2030年我國氫氣年需求量將達到3700萬噸,2050年我國氫氣年需求量將接近6000萬噸,2060年有望突破1.3億噸。按照儲運設備占終端氫成本比30%,當期氫氣單價約為35元/kg,則2055年氫氣儲運市場有望突破萬億規(guī)模,2060年市場規(guī)模接近1.35萬億元。我國氫能產業(yè)具備長期發(fā)展?jié)摿?。根據中國氫能?lián)盟的預測,在2060年碳中和愿景下,我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右,在終端能源消費中占比約為20%。其中,工業(yè)領域用氫占比仍然最大,約7794萬噸,占氫總需求量60%;交通運輸領域用氫4051萬噸,建筑領域用氫585萬噸,發(fā)電與電網平衡用氫600萬噸。
氫能發(fā)展“攔路虎” ,儲運環(huán)節(jié)需打通
氫的供需錯配導致儲運成為氫氣大規(guī)模應用的前提。我國氫能在地理分布位置上供應與負荷呈逆向分布,氫氣資源“西富東貧,北多南少” ,而在需求上恰好相反,因此氫氣的儲運技術顯得至關重要。儲運氫環(huán)節(jié)難度大,成為制約氫能行業(yè)發(fā)展的瓶頸。標準狀況下,氫氣的密度較小(0.089g/L),體積能量密度低;分子尺寸小,易泄漏且引起氫脆,對容器要求高;易燃易爆,其燃點為574°C,爆炸極限廣至4%-75%。這些使得儲運氫難度大、成本高、安全性低。 氫氣成本高,儲運環(huán)節(jié)或為降本關鍵。目前氫氣成本仍處于高位,行業(yè)降本訴求較大,終端氫氣價格約35元/kg,其中儲運成本可達9-13元/kg,占終端氫成本的25%-37%。
中國氫能儲運技術路線展望(2025-2050年)
根據中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產業(yè)白皮書》,我國氫能儲運將按照“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的技術方向發(fā)展,氫氣的儲存和運輸能力逐步提升,預計2050年儲氫密度達到6.5wt%。
低溫液氫適配中長距離儲運
高壓氣態(tài)儲氫技術成熟,國內應用普遍
現(xiàn)階段中國僅高壓氣氫儲運技術發(fā)展相對成熟,低溫液態(tài)、有機液態(tài)及固體材料儲氫技術尚處于起步階段。高壓氣態(tài)儲氫由于初始投入較低、對基礎設施配套要求較低,未來仍是小規(guī)模、短距離儲運氫的主要方式。液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫可以實現(xiàn)大規(guī)模、遠距離儲運氫。然而受技術和成本端的制約,低溫液態(tài)儲氫目前主要應用于航天領域,有機液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫尚處于示范階段,總占比不到0.1%。
氣態(tài)儲氫瓶儲存環(huán)節(jié)受限條件多
1)儲氫密度低,運輸效率低:15MPa的標準高壓鋼瓶的重量儲氫密度僅為1wt%,即使是35-70MPa高壓鋼瓶,儲氫密度也僅5wt%,儲氫重量不到瓶重的5%。因此高壓氣氫運輸效率較低,一輛長管拖車的有效載氫量只有260kg左右,運力約為液氫儲運車的5% 2)高壓提高儲氫密度,安全性較差:儲氫瓶材料與氫氣長期接觸,氫浸入到材料內部,導致金屬材料塑性的損減、裂紋擴展速率的加快和斷裂韌性的下降,從而引發(fā)氫脆,導致容器斷裂或爆炸。3)儲氫罐關鍵材料、核心部件(如碳纖維材料、瓶口閥、減壓閥)依賴進口:Ⅲ型儲氫瓶碳纖維復合材料占儲氫瓶生產成本的62.5%,Ⅳ型儲氫瓶碳纖維復合材料成本占比更高,35MPa和70MPa的Ⅳ型儲氫瓶中碳纖維復合材料的成本占比分別為77%和78%左右。碳纖維價格基本決定了儲氫瓶成本,而我國目前碳纖維國產化率不足50%,進口依存度高。
運輸成本是氣態(tài)儲氫經濟性的制約因素
高壓氣態(tài)儲氫并非最經濟儲氫方式。僅考慮氫氣運輸成本,在500km的運距范圍內高壓氣氫運輸成本最高,低溫液態(tài)、管道、LOHC處于明顯低位。500km時,氣態(tài)/LOHC/低溫液態(tài)/管道的運輸成本分別為9.57、3.01、2.62、1.45元/kg。高壓氣態(tài)儲氫運力小,導致單位成本較高,管道儲氫、低溫液態(tài)儲氫成本優(yōu)勢顯現(xiàn)。
氣態(tài)儲氫長距離運輸經濟效益低,發(fā)展液氫是破局之點
低溫液態(tài)儲氫是將氫氣冷卻至-253℃,以液態(tài)的形式儲運。由于其具有最小的分子量和極強的燃燒強度,液氫傳統(tǒng)意義上運用于航空航天領域。Mordor Intelligence預測,到2040年,我國預計新增8700架次飛機,市場規(guī)模達到10.29萬億,這將有效推動液氫行業(yè)發(fā)展。同時,對清潔能源的需求日益增加,液氫替代傳統(tǒng)化石燃料的趨勢愈發(fā)明顯。據Mordor估計,全球液氫市場2018-2028年的年均復合增長率將達到5.20%,到2028年全球液氫市場有望達到3521.44億元。
國外液氫技術成熟為國內提供借鑒
美日等發(fā)達國家液氫技術已大規(guī)模普及,為國內液氫儲運發(fā)展提供借鑒。在國內液氫儲運技術尚不成熟的情況下,美日等發(fā)達國家液氫已大規(guī)模普及,液氫儲運占70%。2021年全球的液氫產能接近500噸/天,其中北美地區(qū)有接近20座10噸/天以上的液氫生產工廠,占據了全球85%的產能,遠遠領先于其他國家和地區(qū)。并且液氫儲運規(guī)模效應顯著,發(fā)達國家已將成本降低到高壓氣氫的八分之一左右。這表明液氫儲運技術已得到充分驗證,降本路徑逐漸清晰,未來國內大規(guī)模產業(yè)化發(fā)展指日可待。 美國Gardner Cryogenics公司、美國Chart公司、日本川崎重工業(yè)株式會社和俄羅斯深冷機械公司Cryogenmesh等企業(yè)代表了液氫儲運的產業(yè)前沿。
儲存環(huán)節(jié)-低溫液態(tài)儲氫的儲氫密度大、安全性高
低溫液態(tài)儲氫有著以下優(yōu)勢: 1、儲氫密度大,單車運輸量高。液氫在常溫、常壓下的體積儲氫密度為70.8kg/m3 ,分別為20、35、70MPa高壓氫氣的5、3、1.8倍。其運氫效率遠超氣態(tài)儲氫,單車運氫量可達4000kg,是高壓氣態(tài)運輸的15倍,裝卸時間也明顯縮短,運輸效率顯著提高。我們認為,遠距離運輸液氫儲運在單位成本上具有成本優(yōu)勢。2、液氫在銷售計量上比氣氫更有優(yōu)勢。在大規(guī)模的交易中,計量的精準性將變得非常敏感,液氫可以直接稱重計量,誤差在1%;而高壓氣氫的壓差法計量,至少有3%的誤差。 3、安全性高。液氫儲存在日常儲存運輸的壓力較低(一般低于1MPa),以Linde公司為例,其液氫儲罐壓力為0.2MPa,遠低于高壓氣氫儲運方式的壓力。因此低溫液態(tài)儲氫在日常運營過程中更易保證安全。
運輸環(huán)節(jié)-液氫適合中長距離儲運
液氫距離敏感性不強,在運輸能耗和載運能力上具有巨大優(yōu)勢。運輸能耗方面,相同能耗下低溫液態(tài)儲運的運輸能力是高壓氣態(tài)儲運的15倍。以一總重36噸的運輸車為例,液氫和高壓氣態(tài)的載重能力分別為4500kg和30kg。每百公里能耗增加方面,液氫也比氣氫表現(xiàn)優(yōu)異,每公斤液氫能耗增加分別為0.16kWh,2.38kWh??偰芎姆矫?,高壓氣態(tài)運輸總能耗主要為壓縮能耗與運輸能耗,液氫的總能耗包括氫的液化能耗,壓縮能耗與運輸能耗。在運輸里程達到 500 km以上時,液氫的總運輸能耗低于高壓氣氫。因此,長距離運輸的成本優(yōu)勢與能耗優(yōu)勢使得液氫在中長距離運輸更占優(yōu)勢。
低溫液態(tài)閥門市場需求旺盛
車載儲氫瓶閥門是制約國產儲氫罐發(fā)展的“卡脖子”技術。據GGII預估,氫能閥門是加氫站、車載供氫系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)中增長最快的細分市場,到2025年中國車載儲氫系統(tǒng)的氫能閥門市場需求規(guī)模將達到7億元左右,據此估算,2021-2025年的氫能閥門市場的CAGR高達62.8%。從車載儲氫系統(tǒng)氫能閥門國產化情況來看,國產品牌占有率為20-30%。 國產化替代趨勢明顯。依據尺寸,運輸要求,國外產品定價700-70000元不等,而國內產品高壓氣態(tài)氫閥門價格僅為2000元,為國外同類型產品的十分之一,價格優(yōu)勢明顯。富瑞特裝、上海舜華等公司先后打破“卡脖子”技術,研制出70MPa的瓶口閥,目前正轉向攻關液態(tài)儲氫罐的瓶口閥難題。
無損儲存是液氫運輸趨勢所向
液氫的無損儲存一直是低溫液體存儲的研究熱點。氫氣的液化能耗較高,蒸發(fā)損失大。液化1kg氫需耗電10-20kWh,液化過程以及運輸過程有能量的損耗,壓縮氫氣需要20%的氫氣能量,液化氫氣則需要高達40%。液氫長時間無損儲存涉及兩方面關鍵技術突破。 1)正仲氫的高效催化轉化:進一步提高液化過程中高純度液氫中的仲氫濃度,有效降低液氫罐中可能發(fā)生的自發(fā)轉化過程,降低轉化熱帶來的液氫蒸發(fā)損失。 2)液氫儲罐絕熱性能提升:由傳統(tǒng)的被動絕熱方式向主動絕熱技術轉變,將更低熱導率、更高低溫性能的材料應用于液氫儲罐,進一步提高液氫存儲容器的絕熱性能。
有機液態(tài)儲氫發(fā)展空間向好
有機液態(tài)儲氫具備性能優(yōu)勢,存在發(fā)展可能
有機液態(tài)儲氫(LOHC)將氫氣存儲在具有高氫質量分數的有機液體中,通過化學吸附或物理吸附將氫氣儲存于有機液體的分子間隙中。有機液態(tài)儲氫能夠實現(xiàn)常溫常壓下的氫氣儲運,其穩(wěn)定性高、長周期儲存成本低、日常維護量小、儲氫過程可逆,減少資源浪費與環(huán)境污染。但由于脫氫效率低、反應溫度高、催化劑易被中間產物毒化等問題,目前尚處于研發(fā)階段。
有機液態(tài)儲氫技術國內外發(fā)展存在差異
LOHC技術發(fā)展地區(qū)差異性明顯。LOHC技術在先發(fā)優(yōu)勢明顯的地區(qū)發(fā)展迅速,歐洲與日本等受限于資源稟賦的國家及地區(qū)依靠早期規(guī)劃已經實現(xiàn)LOHC的部分商業(yè)化應用。2019年,日本先進氫能源鏈技術開發(fā)協(xié)會投資有機液態(tài)儲氫進口項目,每年運送210噸氫至日本用于發(fā)電和交通領域。2023年,德國投資全球首個液態(tài)儲氫項目,ShipaH2oy將應用兆瓦級液態(tài)有機儲氫LOHC技術的綠氫,在船上開發(fā)和應用零排放推進技術。由于起步較晚,技術尚未成熟等劣勢,我國有機液態(tài)儲氫項目仍處于示范階段。
重點公司分析
蜀道裝備:天然氣液化先行者,布局氫能全產業(yè)鏈
深冷業(yè)務技術國內領先。公司是國內最早進入天然氣液化和液體空分行業(yè)并具有關鍵技術的企業(yè)之一。公司已獲得制氫、氫液化、液氫儲罐等相關專利,能夠設計、制造制氫、氫液化、氫儲運及加注等成套裝備,具備提供液氫加氫站裝置的技術和裝備的能力。 轉向清潔能源,公司布局氫能全產業(yè)鏈,制氫環(huán)節(jié),公司擬建設山西原平清潔能源項目,使用低價煤制取清潔能源,得到氫氣、LNG以及氫氣化合物等。儲運環(huán)節(jié),公司目前已經具備35MPa/70MPa氣態(tài)加氫站及液態(tài)加氫站的設計、裝備提供能力,同時也具備日產5-10噸液氫裝置的能力。應用環(huán)節(jié),公司依靠股東資源,布局清潔能源站。長期來看氫能有望成為公司新增長點。
京城股份:國內首款III型儲氫瓶制造者,破局液氫儲氫瓶
公司擁有8個氣體儲運裝備生產基地以及1個美國分公司。公司持續(xù)創(chuàng)新,擁有多種壓力容器的設計和制造資格,可生產各類氣瓶、蓄能器殼體、低溫罐箱及加氣站等系列產品。 儲氫瓶制造方面:公司下屬子公司天海工業(yè),研發(fā)并推出國內首款70MPa III型氫瓶,并在2022年研制出新一代IV型氫瓶。儲氫瓶采用塑料內膽碳纖維全纏繞結構,儲氫密度達6.6%wt,重量輕、壽命長,為氫燃料電池重卡提供輕量化供氫系統(tǒng),Ⅳ型瓶390L-8瓶組系統(tǒng)可使續(xù)航里程超過600公里。目前,公司布局液氫領域,2022年公司下屬子公司天海低溫裝備公司開展《車用 1000L 液氫儲氫系統(tǒng)、固定式液氫儲罐等關鍵技術研發(fā)及產品開發(fā)》項目,現(xiàn)已通過驗收。
富瑞特裝:低溫閥門巨頭,搶先布局液氫閥門市場
公司專業(yè)生產低溫深冷介質的閥門和管道元件,主要產品有低溫工業(yè)閥門、氫閥和液氫閥門,服務于LNG、空分、化工、車載供氫系統(tǒng)和加氫站等領域。公司已經建立LNG全產業(yè)鏈。公司下屬子公司富瑞閥門與長隆石化所生產的閥門與燃料加注系統(tǒng)被用于“張家港號”液體運載火箭。 液氫閥門方面,公司依托主營業(yè)務在壓力容器方面的經驗,布局氣態(tài)儲氫相關產品鏈,如氣態(tài)儲氫罐、70MPa供氫系統(tǒng)用閥門設計開發(fā)、70MPa加氫站用閥門的設計開發(fā)等;同時公司布局液態(tài)儲氫業(yè)務,如液氫供氣系統(tǒng)及配套氫閥的研發(fā)。 營收增長高態(tài)勢,23年度有望爆發(fā)。公司2023一季度營業(yè)收入7.6億元,同比增長180.7%,后續(xù)隨著國內氫能需求放量增加,公司營業(yè)收入有望維持高增長態(tài)勢。
中集安瑞科:借高壓氣態(tài)運輸之優(yōu)勢,發(fā)力液氫儲運市場
公司立足能源、化工、食品裝備行業(yè),為客戶提供運輸、儲存、加工的關鍵裝備,工程服務及系統(tǒng)解決方案。公司自2006年起開拓氫能業(yè)務,覆蓋儲、運、加板塊。公司是高壓管束氫氣運輸車龍頭,也是較早發(fā)力液氫儲運領域的裝備制造商之一,在2013年成功為海南文昌交付300m3液氫貯罐。2022年公司成功自主研發(fā)國內首臺12米液氦罐箱,液氫罐車的企業(yè)標準及設計方案成為首家通過行業(yè)技術協(xié)會符合性評審的公司。氫能業(yè)務帶動能源營收增長。2018-2022年公司營收CAGR為11.94%,且多年均實現(xiàn)正利潤。2022年公司毛利潤34.01億元,同比增長25.7%。2022年能源裝備板塊營業(yè)收入105.91億元,同比增長9.01%,業(yè)務占比54.27%。其中的氫能業(yè)務營收9700萬元,同比增加64.4%。隨著未來儲運市場放量,市場對液氫運輸增加,公司有望借助多年營運經驗與技術壁壘,布局液氫罐車市場,從而帶動公司整體營業(yè)收入增加。
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精選報告來源:【未來智庫】。
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