2023中国氢能产业-氢应用环节深度研究报告-云点道林+云道资本

2023ResearchReportonChinaHydrogenEnergyIndustry-Application「云点道林「云点道林SixsigmaResearch」为精品投资银行「云道资本」下属研究机构用氢概述用氢概述发展与挑战并存加氢站加氢站氢能产业化、商业化的重要基础设施混氢&纯氢燃气轮机发电混氢&纯氢燃气轮机发电燃气分布式能源系统燃气分布式能源系统可持续航空燃油可持续航空燃油(SAF)专题氢能应用预览—目前工业和交通为主要应用领域，发电领域潜力巨大《氢能产业发展中长期规划(2021-2035)》指出，“2035年形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、源将为各行业实现脱碳提供重要路径。目前氢能的成本较高，使用范围较窄，氢能应用中，在建筑、发电和发热等领域仍然处于探索阶段。根据中国氢中国2060年氢气需求结构预测恶交通领域31%电力领域5%能用于燃气轮机，经过吸气、压缩、燃烧、排放出电能，即“燃料电池技术”2021年交通领域的氢能技术应用专利申请15639建筑领域4%工业领域60%建筑领域4%料，还是重要的工业原料。工业燃料通过电气化备或管道，随着氢气成本的下降，北美、欧洲和氢能应用预览—加氢站作为服务氢能交通商业化应用的中枢环节，为重要的基础设施施建设正式写入政府工作报告，2020年财政部出台有关开展燃料电池汽车示范应用的政策，将“运营至少2座加氢站且单站日加氢能力不低于500公斤”作为示范城市群申报的基础条件。截至2022年末我国已建成加氢站共310座，居全球第一，并呈现出区域集中性的特点4004002502002016201720182019202020技术⃞碳纤维制备工艺 炼油行业化工行业钢铁行业辅助系统电堆 炼油行业化工行业钢铁行业辅助系统电堆燃料电池—位于氢能产业链中游，是现阶段氢能利用双碳战略催生燃料电池行业的持续性机会，2023-2025年进入产业规模化发展时期氢燃料电池通过电化学反应将燃料和氧气的化学能转化为电能，氢燃料电池能量转化效率高（通常在40%-60%范围内），热电联供应用情景下可达80%。同时反应产物仅为水，根本上消除了温室气体的排放。技术的成熟带动以燃料电池为核心的氢燃料电池汽车、⃞车、船舶、轨道交通，燃料电池—位于氢能产业链中游，是现阶段氢能利用双碳战略催生燃料电池行业的持续性机会，2023-2025年进入产业规模化发展时期碱性电解液镍—2022年新能源重卡销量⃞同比增速—普通换电换电式纯电燃料电池插电式20222022年全年销量2021年全年销量2022年同比增长（%）10227632361.7%124313327273.6%2465779216.4%2847.4%燃料电池—位于氢能产业链中游，是现阶段氢能利用2023年以来国家层面陆续发布了多项与氢能相关的政策文件，用来引导、鼓励和支持各地的氢能产业发展；其中国家层面相关部门共计发布了•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，以年五大城市群、山东省、成渝地区推广数量叠加2021年底保有量，燃料电池车⃞加氢站数量至少为53246655432山东“氢进万家”2成渝“氢能走⃞”1020202021202220232022020202120222023202燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，燃料电池汽车产业链长、参与方众多，燃料电池系统位于产业链的中游燃料电池系统位于产业链的中游，行业上游燃料电池发动机主要包括电堆⃞其核心部件、辅助系统等，上游参与者主要为核心材料⃞关键部件生产商，电堆作为燃料电池系统的核心组成部分，对燃料电池发动机铂碳粉碳纤维铝钛镍金树脂 件膜电极-燃料电池电堆产业链-碳/树脂聚合物金属板-燃料电池电堆组成结构--国产100KW⃞以上级别燃料电池系统参-国产100KW⃞以上级别燃料电池系统参企业亿华通捷氢科技上海重塑国鸿氢能新源动力额定功率120KW130KW130KW110KW115KW冷启动能力/质量功率密度700kW/kg613kW/kg702KW/kg//寿命/15000h30000h20000h/双极板路线石墨板金属板石墨板石墨板金属板-国产200KW⃞以上级别燃料电池系统参数-企业国鸿氢能捷氢科技上燃动力亿华通潍柴动力额定功率240KW256KW200KW240KW200KW峰值功率270KW256KW-260KW-冷启动能力功率密度906kW/kg-760kW/kg820kW/kg-耐久性能--15000h-30000h系统效率-60%---燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，100kW级别燃料电池系统实现装机应用，零部件级别100%国产化燃料电池系统的国产化进程自19年以来步入快车道，现阶段我国在MEA制备、双极板、电堆组装、辅助系统等领域已实现了100%自主化，是近两年燃料电池系统降本的关键推动力；目前100kW级别燃料电池系统实现装机应用，200kW级别产品公告指标与国际水平接轨，金属材料辅助系统MEA的结构设计和制备工艺技术是燃料电池研究的关键技术，它MEA的结构设计和制备工艺技术是燃料电池研究的关键技术，它•膜具有高的质子传导性，有很好的化学稳定性和热稳定性⃞抗水解性燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，膜电极作为燃料电池发电的关键核心部件，是近两年系统降本的关键推动力--膜电极结构示意图-极产业，双面直接涂布技术和膜电极一体成型技术为当前主流，国内企业生产的膜电极-2020-2030年中国燃料电池膜电极新增市场需求-!-增速(%)关注PSVE单体的制备、四氟乙烯的获取、树脂关注PSVE单体的制备、四氟乙烯的获取、树脂•熔液成膜法：目前科研领域以⃞商业化领域采取的主流分为溶液浇铸法、溶液流延法以⃞溶胶-凝胶法等几种），燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，质子交换膜是电堆的重要组成部分，全氟磺酸膜为氟化工产业链的技术难度巅峰质子交换膜电堆重要组成部分之一，为电池工作提供氢离子通道并隔离两极反应气体，按照含氟换膜、复合质子交换膜以⃞非氟化物质子交换膜；目前常用的交换膜为全氟磺酸膜，原理为组成由碳氟主链和带有磺酸基团的醚支链构成用取代的氯化物代替氟或用氟化物与无机或其他非氟化物共混修饰材料加上全氟磺酸树脂构成的复合膜无氟化烃类聚合物膜优点机械强度高，化学稳定性好，导电率较高，低温时电流密度大，质子传导电阻小成本较低，工作效率较高，并能将燃料电池寿命提升机械性能获得改进，能改善膜内水传动与分布小成本较低，环境污染较缺点温度升高会使质子传导性能变差，高温条件下已发生化学降解，成本较高机械强度和化学稳定性较差制备技术要求较高化学稳定性较弱代表企业杜邦Nafion、陶氏Xus-B204、苏威Aquivion旭化成Aciplex、旭硝子Flemion、东岳集团DF等加拿大巴拉德的BAM3GGore-select-PTFE增强膜DAIS-磺化苯乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物膜系列(处于研制阶段)•目前国内现有质子交换膜产能达140燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，降低贵金属用量是催化剂的主要研究方向，气体扩散层工程化放大能力需解决目前氢燃料电池的催化剂主要为三个大类:铂(P前商用的首选；但Pt稀缺性强，因此减少铂基催批量化生产（大于10kg/批次）；国内企业还处在小批较快的厂商如济平新能源、喜马拉雅氢能的产品•Pt/C催化剂的制备方法主要有浸渍还前躯体硝酸分散液洗涤碳分散抽滤、洗涤产品初品负载催化剂产品载体/硝酸分散液前躯体溶液载体分散液保温、回流、还原剂保温、回流、乙醇核心：浆料配比高温高压水热碳纤维纸、金属网等，目前业界以碳纤维布为应用研究主流；微孔层的种碳纸基底层的机械强度、增强气体传输性能、加强排水、控制渗透深度、平整度，降低粗糙度、增加涂层均匀性以⃞增强导电性等方面；此外高温石墨化设备的国产化进度，也将影响气体扩散层的产业化进程燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，双极板作为燃料电池的核心零部件之一，国内产能极速扩张双极板是燃料电池的核心零部件之一，主要作用为支撑MEA、提供氢气、氧前常见的BPP材料有石墨、复合材料和金属。丰田Mirai、本田C石墨双极板度难以缩小导致的重量较大以⃞在紧凑金属双极板-2018-2022年中国氢燃料电池电极板市场需989876543210模元石墨双极金属双极），），燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，燃料电池用聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力石墨双极板⃞复合双极板水路粘接、双极板气弹性、低压缩变形⃞耐酸性和耐溶剂性，⃞可分为单组份⃞双组份有⃞分为CIPG（涂敷在密封面使其硬化后再进行装配）⃞FIPG（涂敷在密封面上、未硬化时进行装配基于液体硅橡胶将膜电极和1.1.通过粘接达到密封2.密封部件可随时拆卸CIPGVSFIPG3.适用于各种结构件4.减少局部应力过大4.锁紧力可根据要求调整2.降低生产成本3.点胶精度高1.通过压缩达到密封CIPGFIPG燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，燃料电池用聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力燃料电池密封胶应用工艺敷在密封面使其硬化后再进行装配，以⃞FIPG（formedinpalc液体硅橡胶将膜电极和双极板一体化注塑则是也称施胶、涂胶，把流体进行涂抹、灌封、点滴、喷射到产品上，让产品起到黏贴、灌封、绝缘、固定、散热、表面光滑等作用，主要由胶水（UV胶、瞬干胶、热熔胶、AB胶），点胶阀（接触式以⃞非接触式）和点胶设备组成胶设备，设置好相应的程序，在工件的一侧点胶，待胶水完全固化后，再进行装配。它是通过挤压部件之间的硅胶胶条•FIPG：原位成型垫片，⃞称“湿式装配法”，工件点胶后即刻组装在胶水未固化前进行装配。待胶水固化后会同时粘合示意图示意图燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，燃料电池用聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力燃料电池密封胶应用工艺丝网印刷，⃞叫网版印刷，是油墨等印刷材料通过有特定镂空图案的网版，漏印到承印材料上的加工工艺，具有操作简单，工艺便利、成本低ᓿ等优点，在大规模量产上占据较大优势；燃料电池这些构造中，可以用到丝网印刷技术的主要有：双极•双极板密封胶：按照双极板上密封槽的形状在丝网版上制作相应的图案，然后在丝网版一侧打入密封胶，启动丝网印刷燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，燃料电池用聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力燃料电池密封胶应用工艺一体化注塑框&密封胶条一体化注胶成型等ThreegondThreegond⃞其他领域德国汉高拥有140多年的历史，业务遍⃞欧 燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，燃料电池聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力聚合物密封⃞粘结材料具有极强的通用性，可广泛应用于燃料电池、储能电池、动力电池等领域，也可大范围的应用于其他化工领域；但从代表厂商来看，底层通用聚合物密封粘结材料市场长期为国外化工材料巨头垄断，如电池领域知名厂商：日本的ThreeBond、美国的Hernon厂商等，产品价格也始终位于高位；高性价比的高性能国产替代密封胶粘材料极具潜力锂电硅碳负极路径窗口期氢燃料电池、钒流储能电池商业化推广窗口期燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，燃料电池聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力在新能源政策鼓励支持+产业下游各应用场景需求拉升的驱动下：锂电行业硅基负极材料兴起，产生技术变革带来的结构性新增量市场；氢燃料电池与钒流储能电池产业链条逐步实现国产自主可控，2023年前后将由商业化示范阶段进入商业化推广阶段，2023年成为三大赛道新市场、新阶段的关键时间窗口20152016201720182019202020212022202320242025燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，燃料电池聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力密封胶粘⃞新材料市场规模（亿元）锂电池硅碳负极领域1221锂电池硅碳负极领域锂电池外盒领域27粘结剂⃞树脂新材料应用市场总规模©2023.8SixsigmaResearch加氢站行业概况加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施，连接制氢端与加氢站行业概况加氢站是氢能产业化、商业化的重要基础设施，主要通过将不同来源的氢气通过压缩加氢站是氢能产业化、商业化的重要基础设施，主要通过将不同来源的氢气通过压缩基材，以⃞生产复合材料的核心设备，例如依然被美国垄断的自动铺丝机、层合固化装备等•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•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；加•加氢站作为连接氢能利用上下游产业链的关键基础设加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施，连接制氢端与加氢站行业概况加氢站的分类加氢站的定义加氢站的分类分储氢罐容量（kg）-总容量G储氢罐容量（kg）-单罐容量式源式撬装式加氢站态-力2017-2026年中国加氢站集成设备市场2017-2026年中国加氢站集成设备市场规模⃞预测0201720182019202020212022加氢站行业概况加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施，连接制氢端与加氢站行业概况加氢站市场规模2022年我国加氢站市场规模达到28.25亿元，其中集成设备(压缩机、氢气储存容器、加氢系统)占据加氢站建设的主要成本规模大15.3亿元；2017-20262017-2026年中国加氢站市场规模⃞预测0201720182019202020212022E氢量为250～氢量为250～300kg，通过泊位内的卸气柱将拖卸氢增压储氢加氢氢气的加注质量来测定记录数据;加氢机配备的加氢枪的工作压力加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施，连接制氢端与加氢站行业概况以外供氢加氢站为例，其主要由卸氢系统、增压系统、储氢系统、加氢系统、氮气系统、放散系统和技防系统等组成加氢站的组成加氢站的组成缩机，压力不超过45Mpa;国外则应用离子液压缩机比较多，且一般用在具有较高储氢压安装调试管阀13%建设费用压缩机32%冷却设备7%安装调试管阀13%建设费用压缩机32%冷却设备7%加注设备储氢罐图：高压加氢站建设成本储氢瓶属于特种设备，较高的行业准入壁垒造成参与企业数量相对较少2022年上牌车辆供氢系统装车市场份额23%国富氢能舜华新能源奥扬科技科泰克天海工业其他2021-2022储氢瓶上牌市场占有率情况2021-2022储氢瓶出货市场占有率情况202221.69%46.31%24.89%202221.69%46.31%24.89%31.50%2021 30.61%31.50%202220212022因此行业整体新进入者较少，截至目前一共仅8家企业有实际产品装车应用；其次是由于目前新布彼欧、龙蟠、丰辰氢能、海控复材、金博股份、致远储氢瓶属于特种设备，储氢瓶属于特种设备，首先必须取得B3级压力容器特种设备制造许可证书，取得该许可证的前提是公司厂房、设备、产线、人员配比⃞各方面资质经由国家监管单位审核并通过企业的制造能力必须通过国家市场监督管理总局指定的评审机构的专家组评审之后，方可进行批量生；且在生产制造的过程中会有专门的监检部门定时来查看生产工序流程是否符合手续生产的成品在对外销售前须通过国家市场监督管理总局认可的第三方型式试验机构对储氢瓶进行火烧、枪击、爆破、疲劳、环境、跌落等型式试验，并取得型式检验证书储氢瓶—氢气在加氢站固定高压容器与车载储氢容器之间的高压差作用下，通过加注系统IV型储氢瓶性能优异，预计未来将主导国内车载储氢市场 •目前已经实现商业化的高压氢气瓶根据材料不同划分为四类，国瓶金属内胆金属内胆纤维全缠绕/Mpa腐蚀性腐蚀性腐蚀性腐蚀性••我国还处于35MPa的Ⅲ型瓶规模化应用和70MPa的Ⅲ型瓶示范应用阶段，IV型瓶尚未得到大规模推广应用；从储运效率、轻量化、成本等角度出发，IV型瓶相较于Ⅲ型瓶具IV型瓶单瓶气体容积可达375升，可降低整个系统复杂性•70MPa碳纤维IV型高压碳纤维复•碳纤维复合材料材质高压储氢储氢瓶—氢气在加氢站固定高压容器与车载储氢容器之间的高压差作用下，通过加注系统储氢瓶生产流程可大致分为内胆成型和纤维缠绕两个环节，总体来看技术难度较大碳纤维缠绕成型工艺氢瓶的生产工艺：储氢瓶的生产大致分为内胆成型和碳纤维缠绕成型工艺碳纤维缠绕固化两个主要工段（工艺难度较大、参数多同时也面临着关键材料国产化程度低、检测检验技术待完工艺简单但生产效率较低，尤其用来加工大容积内胆。头部企业同时在研究拉深成型等方法，该法生产效率高、产品一致性好，缺陷在于可能影响产品的疲劳寿命、设•IV型瓶内胆多采用尼龙6、高密度聚乙烯(HDPE)以⃞PET聚酯塑料等，对应工艺主要为注塑、吹塑和田、现代已量产的IV型瓶均为注塑+焊接工艺，该种成型方式成本低、运用较广泛、但良品率也较低，且必须配合••湿法缠绕：将碳纤维束丝在特定浸胶装置中浸渍处理后，在张力控制下直接缠绕到芯模上。由于纤维离开浸渍装置后易于将压储氢瓶最常用的加工工艺，生产成本较低，但树脂损耗较高，且树脂与碳纤维比例难以控制•干法缠绕：经过预浸胶处理的预浸带为原料，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。由于预浸带中纤维和树脂含量比例控制较好，产品质量可精确控制，且树脂不会随处滴；干法缠绕生产效率高，国外正逐步向干法缠绕工艺过渡，国内未势能源等极个别企业也在尝试；此工艺成本较高，主要系预浸料⃞干法缠绕设备购置费用较高•半干法：结合干法和湿法的优点，在浸胶碳纤维缠绕到芯模之前通过烘干设备将浸胶碳纤维纱线中的溶剂除去，提高制品质量；与干法缠绕相比省了预浸胶工序和设备，与湿法相比仅增加一套烘干设备，却可以大幅降低制品中的气泡含量以⃞孔隙碳纤维碳纤维强度高抗拉强度在3500MPa以上模量高弹性模量在230GPa以上密度小，比强度高密度是钢的1/4，铝合金的1/2；比强度比钢大16倍，比铝合金大12倍耐超高温在非氧化气氛条件下，可在2000℃时使用，在3000℃的高温下部熔融软化耐低温在-180℃低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧具有弹性耐酸、耐油、耐腐蚀能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金，同时拥有较好的耐油、耐腐蚀性能热膨胀系数小，导热系数大可以耐急冷急热，即使从3000℃的高温突然降到室温也不会炸裂储氢瓶—技术壁垒较高，成本构成中碳纤维复合材料占比超60%，后续降本空间大氢燃料汽车商业化进程明显加快，支撑储氢瓶及碳纤维需求高增燃料电池车型中已经用上了大丝束碳纤维，而国内储氢瓶年时间，届时气瓶在轻量化和成本方面将进一步改善。其次是气瓶容量的提升，大容量气瓶单瓶储氢密度显著提高，减少单车配套气瓶数量的益于生产规模的扩大，据美国汽车研究理事会测储氢瓶—技术壁垒较高，成本构成中碳纤维复合材料占比超60%，后续降本空间大制造碳纤维产品的上游原丝端与中游复合材料均是碳纤维产业链的核心环节氢瓶成本构成⃞降本路径碳纤维壁垒高，同时也是制备高性能碳纤维的前提条件烯腈原丝、沥青纤维和粘胶丝，其中聚丙烯腈种类抗拉强度/MPa抗拉模量/GPa密度/(g.cm-3)断后延伸率/%聚丙烯睛碳纤维＞3500＞2300.6-1.2沥青碳纤维黏3791黏胶碳纤维2100-2800414-55220.7），优势就是生产和应用效率高、成本低，所以大丝束碳纤碳纤维生产过程碳纤维生产过程工艺难点为聚丙烯腈基（PAN）原丝的生产（主，占全部碳纤维复合材料市场份额90%以上，在CFRP中受力的是碳纤由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术的突破，生产线运行⃞产品储氢瓶—技术壁垒较高，成本构成中碳纤维复合材料占比超60%，后续降本空间大日美巨头掌握碳纤维国际市场话语权，国内企业处于高端领域产能爬坡阶段氢瓶用碳纤维供应商德国SGL全球领先的碳素石墨材料⃞配套产品制造商--血束碳纤维首套国产线开车成功；积极布局碳纤维在Ⅲ和Ⅳ高压储氢瓶缠航空航天、汽车、能源等领域，在可再生能源领域的应用包括大型风力涡轮机叶片、轻质储氢罐⃞管道的开发等四光威复材：拥有碳纤维、织物、树脂、高性能预浸材料、复合材料制品完在汽车、航空航天、压力容器制造等许多工业领域广泛应用整产业链；采用干湿法处理工艺生产的T700S/T4800辆氢燃料电池汽车4800辆氢燃料电池汽车储氢瓶—技术壁垒较高，成本构成中碳纤维复合材料占比超60%，后续降本空间大••近20个省份已制定有关氢燃料电池汽车的具体发展规划，假设这些省市区规划的发展目标均能实现，则到2025年全国各地氢燃料电池汽车保有量能达•根据中国汽车工业协会统计，截止2021年我国氢燃料电池汽车保有量为8922辆，若2025年要达到11.2万辆的保有量规模，则2022-2025年需新增投放氢•假设单车配置8个储氢瓶，单瓶碳纤维用量65kg，则2022-2025年合计需耗用碳纤维5.36万吨。氢内燃机--实现汽车低碳化发展的重要技术路径之一氢内燃机将传统汽油、柴油、天然气、甲醇等燃料更换称为氢气发动机类似，增加了氢气喷射系统，按照吸气—压缩—做对比氢燃料电池，氢内燃机对氢的纯度要求不高，具有点火能量低、火焰传播速度快、单位热值高、燃烧不含碳合物等特性，天使适合高负荷运行工况，普遍应用在重卡、客低大高小2006年2018年2022年一，潍柴&中国重汽联合发布全国首台商业化氢2006年2018年2022年一，潍柴&中国重汽联合发布全国首台商业化氢WP15氢发动机亮相汉诺威车展，排量14.56L，额定功氢内燃机--基于过往燃料电池、混合动力总成的技术进步，充分利用现有产业基础•我国氢发动机的研究始于20世纪80年代初，近两年研发落地提速气发动机的异常燃烧、动力增加⃞NOx减少在很大程度上取决于正确的喷氢系统、喷射正时⃞点火正时中国重汽黄河X7重卡率先实现商业化应用，解放13氢内燃机--基于过往燃料电池、混合动力总成的技术进步，充分利用现有产业基础•国外从上世纪70年代开启氢内燃机的研发，氢内燃机功率已达MW级••宝马从1978年开始研发以氢内燃机，并通过对柴油马自达研制推出MazdaRX-8氢转子发动机，该发动机几乎不生成NOx，并且制造出以RX-8作为引擎的的试验用英国企业ULEMCo和InnovateUK丰田总裁驾驶的搭载“氢燃料”内燃机的卡罗拉氢内燃机概念车完成24小时耐力赛，现阶段国外研发的氢内燃机功率已40%-60%辅助系统命氢内燃机--综合成本、性能、可靠性等因素，中长期氢内燃机相较燃料电池更具优势•我们认为，综合成本、性能、可靠性等因素来看，氢内燃机相较燃料电池更具优势氢内燃机具备无后处理器的情况下满足严苛排放法规的潜领域应用的潜能柴油内燃机整车整车整车整车整车整车整车整车整车整车整车整柴油内燃机整车整车整车整车整车整车整车整车整车整车整车整车整车整氢内燃机--有望率先在重卡迎来突破，船舶、风电光伏制氢储能调峰电站领域潜力大--氢内燃机、燃料电池相辅相成对于长途牵引运输场景，客户预期回本的理想周期是1.5年左右，通过核算并对比分析各技术路线成本回收周期车辆拥有成本（DPCO），纯氢内燃机机和燃料电池技术路线最具竞争力，纯氢内燃机2025年左右和柴油车“打平”，燃料电池2030年之后较柴油车具有经济优势。而纯电动、插电混技术在一定时间与柴油车相对有竞争力，但是越往后发展，较氢内燃机⃞燃料电池技术路线的竞争力越弱。而氨氢柴氨内燃机技术路线因为绿氨价格高单车能耗高，在长途牵引运输场景，暂不具备经济优势，但具备零碳优势，其发展需要政策支持以弥补其经济性不足。作为零碳技术路线，氨作为储氢载体比以氨为燃料的氨氢内燃机更具发展潜力天然气内燃机非插电混柴油甲醇内燃机二甲醇内燃机生物柴油内燃机柴氨内燃机氨氢内燃机氢内燃机增程混换电氢燃料电池整车主要结论：从长期发展路径来看，长途牵引运输场景未来技术路线在2030年以前是以柴油和天然气为主，氢内燃机技术为辅；在2030-2040年是多技术路线并存发展的阶段；2040年后，将以燃料电池⃞氢内燃机为主、天然气柴油少量并存。从适用场景来看，中重型商用车各场景技术路线远多于轻微卡，氢内燃机、氨氢内燃机、甲醇内燃机等技术路线适用于重型公路运输场景，换电、增程式、燃料电池在中型城际物流、轻氢内燃机--有望率先在重卡迎来突破，船舶、风电光伏制氢储能调峰电站领域潜力大--氢内燃机、燃料电池业目前正在开发中速四冲程发动机、中高速四冲程发动机、低速二冲程发动机；现有氢内燃机有效热效率为35%~45%，低于PEMFC系统50%~60%的效率，但功率可以达到高值（兆瓦级系统的50%，随着船舶储氢技术的发展、氢能基础设施的完善，氢燃料电池适用于多种内河船舶，可作为小型船舶的主动力，也-氢动力船舶发展进度-氢池--主要结论：氢燃料是航运行业碳减排⃞脱碳的良好解决方案，氢动力船舶通常用于湖泊、内河、近海等场景，以客船、渡船、内河货船、拖轮等类型为主； 含氢量高 含氢量高安全性高更加环保经济性好船舶--甲醇及液氨具有含氢量高、能耗低等多种优势，是氢的理想载体易于存储易于存储0液氨液氢高压氢（液氨液氢高压氢（20MPa）高压氢（10MPa）（70MPa）重量百分比（wt%）体积质量比（g/L）液氨运营成本LNG甲醇二甲醚液氨运营成本LNG资本成本挥发成本资本成本甲醇储运（十分成熟）甲醇加注（待发展）燃料电池/燃氢发电甲醇储运（十分成熟）甲醇加注（待发展）燃料电池/燃氢发电中国甲醇工业基础成熟，甲醇重整制氢路线可直接嫁接至甲醇工业体系中国甲醇制备、储运、加注体系成熟，相较于传统体系，氢气应用端的突破已具备良好的上游基础甲醇制备（十分成熟）甲醇制备（十分成熟）甲醇重整制氢、用氢发电路线已用于船舶产业化，逐步进入量产阶段Industries于21Industries于21年下半年推出HYMethshipOne内河拖船将在2023年下水，是全球首艘使用减排的甲醇制氢中国船舶航运场景下蕴含着数百亿级的市场空间••中国有湖泊24800多个，面积在1平方公里以上有2800多个。内河湖泊各类20米级以下船舶保守估计约20万条左右，以30%渗透率••国内在册内河船舶11.36万艘（不含农林渔业），500-3000吨级货运约8万艘，此类船舶最少需160KW级产品两套，以30%渗透率提供电力提供电力重点关注高效率、低碳排动力产品方案，涵盖制氢、燃氢、动力总成全环节提供氢气燃氢发动机（船舶）动力系统制氢机燃氢发动机（船舶）动力系统尾气的废热，提高燃料热效率燃料双喷射;压缩比:12、最大扭矩:137Nm/4000rpm;燃燃烧排出的是水通过稀薄燃烧技术NOx无需尾气处理也提供5000吨级内各类载入⃞货运船舶兰炭气、焦炉气内燃机发电全国每年兰炭气500亿标方（其低热值相当兰炭气、焦炉气内燃机发电全国每年兰炭气500亿标方（其低热值相当于100亿标方天然气），每年焦炉气2000亿标方（其低热值相当于800亿标方天然气），兰炭气、焦炉气可以用作富氢内燃机发电机组燃料，比锅炉+燃气轮机Tips：由清华大学、河柴重工、北京氢洁能源科技有限公司共同研发的全球首台1500千瓦富氢燃料（兰炭气）内燃机发电机组2020年已成功投入商业氢内燃机--有望率先在重卡迎来突破，船舶、风电光伏制氢储能调峰电站领域潜力大氢内燃机的应用领域——兰炭气、焦炉气内燃机发电&风电光伏制氢储能调峰电站电光伏制氢储能调峰电站风电、光伏等可再生能源的发展是大势所趋，但由于风能光伏不连续、不稳定，大规模并网后对电网调峰等造成不利影响，需配合储能。据国际能源机构（IEA）预计，到2050年全球储能市场规模达数万亿美元，我国储能市场也将有数万亿人民币的市场需求，而能满足大规模、长周期储能的就只有氢储；氢储能的基本原理，就是利用富余的、非高峰的或低质量的电力制氢，将电能转化为氢能储存起来，同时副产品高纯氧的价值也较大；在电力输出不足时利用氢内燃机发电机组、氢燃气轮机转化为电能输送上网。我国大部分城市峰谷用电负荷相差过大，如上海夏季高峰时用电负荷可达3200万千瓦，而谷时不到2000万千瓦，谷电时段通过电解水制氢储能，提高可再生能源消纳和输电通道利用率。峰电时段由于氢燃料电池发电成本较高，可采用氢燃机螺杆式压缩机结构与拆装螺杆式压缩机结构与拆装氢内燃机--迎来商业化窗口期，关注性能、燃烧、NOx排放、氢脆环节的技术开发--主要结论：随着上海、吉林等已将天然气掺氢燃料（HCNG）内燃机、氢内燃机列入双碳行动解决方案布局，我们认为需要重点关注以•性能：需进一步提高氢内燃机性能，包括升功率和升扭矩•NOx排放：致力于实现全工况低NOx排放运行，最终实现零•氢脆：发动机长期处于高温、高压状态下工作增加了氢脆风--系统、专用润滑油等；此外由于氢气燃烧速度块，燃烧爆压较0的二氧化碳排放。“绿氢”替代“灰氢”比如，在区域电力冗余时可通过电解水制化学反应发电、热电联供、直接燃烧等方工业领域—能源载体、低碳原料是氢能在工业领域氢气的利用由来已久，主要作为生产原料应用于工业领域(2020我国氢气主要来源占比2020我国氢气主要来源占比62%煤制氢天然气制氢工业副产氢电解水制氢工业领域—能源载体、低碳原料是氢能在工业领域工业领域目前仍以灰氢使用为主，存量项目进行绿氢置换成为发展趋势20202020我国氢气主要消费途径占比37%生产合成氨用氢甲醇用氢炼油用氢直接燃烧其他工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助政策支持绿氢绿电与工业耦合，助力建筑、化工、钢铁等多领域深度脱碳00格工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助氢冶金技术是钢铁行业实现碳中和目标的革命性技术我国是全球最大的钢铁生产国和消费国，产量占据全球半数以上份额。钢铁行业是能源消耗与碳排放的重点领域，我国钢铁行业以煤为主要燃料的高炉转炉长流程工艺为主，能源结构高碳化，碳排放量占全国碳排放量的15%，是制造业31个门类中碳排放量最大的行业；氢冶金技术恰恰是钢铁行业实现碳中和目标的革命性技术，绿氢在铁还原环节对煤、焦进行规模化替代，可以实现钢铁速度，综合中国钢铁行业政策规划、专家访谈⃞数据分析2.3%-3.1%。氢冶金的氢气需求约为191-259万吨，其中约92%980万吨，其中焦炉煤气提供166万吨氢，剩余814万吨来自于万吨万吨氢冶金经济性将得以体现蓝色代表氢冶金具有成本优势，白色表示传统炼钢具有成本优势富氢还原高炉技术富氢还原高炉技术而可降低焦比⃞煤比。据相关资料和研究，吨铁喷吹天然气（标工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助氢冶金技术是钢铁行业实现碳中和目标的革命性技术氢冶金减碳技术路线主要分为两种：富氢还原高炉和氢气气基竖炉直接还原炼铁，其中富氢还原高炉技术碳减排可达10%左右，氢气竖炉气基直接还原炼铁减排潜力达到50%-95%；气基竖炉直接还原更适用于发展氢冶金，全氢竖炉或富氢竖炉氢冶金工艺值得重点关注，含氢的竖炉炉顶煤气通过净化和循环可实现氢气高效利用（竖炉炉顶煤气无N2等杂质成分掺杂，气体捕集分离难度和循环利用成本远低于高炉）气氢直接还原技术气氢直接还原技术•河钢集团与特诺恩于2020年11月23日签订合同，建设高科技的氢能源•山西中晋科技集团于2020年12月20日宣布其氢基直接还原铁项目点火试车，标志着氢基直接还原铁项目（CSDRI）工艺正键技术，包括气体转化和净化技术，特别是低压深度脱硫工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助水泥行业占全行业碳排放13%，合规降碳需求刚性➢市场规模基量巨大，政策性机会凸显排放总量13%，约为CCUS系统2500万20%，水泥行业有充足的付费能力，且受政策影响，需求更为刚性70%+，产能严重过剩，煤炭燃料使用占碳排放80%以上，降碳的本质是减少煤成本极高，在工业中属于节流法，治标不治本，可短期1工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排上游的储能技术结合下游生产线的掺烧技术改1工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排==新能源发电*储能运输*煤炭替换*CCUS上游痛点上游痛点上游的储能技术结合下游生产线的掺烧技术改造有望成为水泥行业降碳的最佳方案=新能源发电*储能运输*煤炭替换*CCUS工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助碳排放煤炭燃料使用占碳排放80%氨氢20Mpa率是传统X倍，氢最大掺烧比例达90%。应用装备新能源发电氢氨掺烧系统核电工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助绿氨凭借易液化、储运技术成熟等优势适用于传统锅炉改造工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助HNHH2.电合成液氨解决储运痛点电制绿氨工艺NN2催化剂催化剂1工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排 上游的储能技术结合下游生产线的掺烧技术改造有望成为水泥行业降碳的最佳方案1工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排水泥厂降碳的国内外进展挪威YARA、日本三井等公司参与“绿氨”能源网络烟气CO2部分捕采利用。这首先是通过风力、光伏发电和水电的烟气进行水汽和二氧化碳分离，分离的水汽冷凝后返槽中进行循环使用，分离的二氧化碳则可采用加氢制•2022年6月由厦门大学氨能源工程实验室和水泥生产公司合作建设的全国首套水泥熟料生产线氢氨燃料替代煤炭系工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助工业领域降碳压力凸显，需重点关注煤炭等燃料的“可规模性有效替换”技术制约绿氢进入工业领域的瓶颈现有技术条件下，绿氢的制取成本高企不下，缺乏经济性，如果不考虑“绿色贸易壁垒”以⃞“碳税”这些政策性的硬性约束，用户更愿意选属固态储氢（重量储氢密度1.4～3.6wt%）等方式，储存困难且储存能力较低，经济半径受限，形成大输难的局面，国内氢储运技术的能效、安全--绿氢脱碳的主要结论：我们认为，工业领域降碳压力凸显，需重点关注煤炭等燃料的“可规模性有效燃氢燃气轮机对于构建新型电力系统发挥了重要作用，氢⃞其衍生的合成燃料富余部分允许长期存储，电力供应紧张时，在供应侧利用燃气轮机输出电能、负荷侧调节电制氢负荷；氢燃气轮机属于同步发电机，具有高爬坡率、电压支撑能力强等特性，可作为煤电机组退出后的支撑性电源，2060年中国燃氢燃气轮机装机容量有望突破2亿千瓦，年发电用氢超过1000万吨发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行燃气轮机在能源转型中扮演重要角色，已经成为电力发电的主导热能技术之一现有火力发电设备是碳排放大户，不论是以天然气为燃料还是使用洁净煤技术，都无法从根源上避免CO2产生。以风力发电、光伏发电和水力发电等绿色能源制造的氢气和氧气为燃料发电才能做到真正的全过程零碳排放；同时燃气轮机在能源转型中扮演着十分重要的角色，已经成为电力发电的主导热能技术之一。因此大力发展氢能发电以将现有火力发电设备改造为氢能发电【电的延伸，在航空、化工、冶金等难以实现电气化的领域使用绿氢替代化石能源，相当于间接电能替代，降低的零碳能源供应体系，也可通过燃料％，），和压力增加、降低压气机的功率消耗，从而分类种，重型燃机⃞分为E、发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行燃气轮机概述--工业制造“皇冠上的明珠”通过燃料（主要为天然气）与空气燃烧产生气体推动叶片做功，以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料能量转换为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机主要分为三个部分：压气机、燃烧室、透平，压气机将空气吸入内部并压缩。之后压缩过的空气会和天然气在燃烧室进行混合并燃烧，产生出高温高压气体会推动透平叶片转动，一部分动力会用于带动发电机发电，另一部分动力负责构成构成的冷却防护，涡轮冷却气流的流道设计等发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行燃气轮机作为“动力心脏”事关能源安全，国家批准设立“两机专项”“两机专项”：燃气轮机作为“动力心脏”事关国家能源安全，2012年国务院批准设立“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项，并专门成立中国联合重型燃气轮机技术有限公司，对••我国在运的重型燃机超过100台，主要由美国GE、德国西门子、日本三菱与国内厂商合作生产。但压气机、燃烧室、高温透平叶片等需要定期更换•2014年我国具有自主知识产权的首台重型燃气轮机R0110设计与研究项目取得突破性进展，2019年我国首台F级50MW重型燃气轮机原型机整机点火试验成功,顺利实现满负荷稳定运行，打破欧美国家长达70•轻型燃机是发展航空发动机和重型燃机的重要基础，向下可衍生到重型燃机，向上可促进航空发动机发展；轻型燃气轮机大多采用成熟航空发动机改造而成，具备体积小、重量轻、启动快、维修方便等优势，在从发电、1-40MW级燃气轮机市场占比最大约为40%，2025年前全球燃气轮机总需求约为9000台套（多集中在3至50WM功率范围），预计到2026年全球燃气轮机市场的规模预计将达到283亿美元发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行燃氢燃机可用作伴生电源来补充风能和太阳能的间歇性，实现电力长周期储能与调节20192019年，燃气轮机行业承诺到2030年开发出燃烧出100%氢气的燃气轮机，支持全球天然气电网向可再生能源系统的转型；将燃料能力扩展到•基于燃气轮机的燃气蒸汽联合循环是目前最清洁的燃用化石燃料的热力循环发电形式，在相同发电量下与燃煤电厂相比，使用天然气为燃料的燃气轮机发电碳排放量减少了50%•燃气轮机具有灵活性，非常适合频繁起停，能够快速响应电网需求，使其与波动的RES互补发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行目前推动燃氢燃机技术的关键为针对现有燃气轮机开发改造方案对现有燃烧室和辅助部件进行基本改造，将氢气混合燃烧到最大含量(>30%，碳减少量为11%)，进而氢气含量达到100%（纯氢燃烧），且无需稀释剂进行排放控制；燃氢燃气轮机可以刺激对低纯度氢气的大量商业需求，进而降低氢能的生产成本••Why要纯氢燃烧？燃料中碳含量与体积氢含量之间存在非线性关系，因此必须提高氢含量，•如何利用现有的天然气基础设施？现有设施内氢气和天然气可通过简单的改造进行输送；2019年国家电投建设了国内首个“绿氢”掺入天然气输送应用示范项目（10%的掺氢比例）•Why改造现有燃气轮机？很多国家面临燃气轮机闲置或运行时数不足的情况，我国也存在大•新技术：目前燃气轮机通过扩散燃烧方式燃烧纯氢，但仍会产生NOx排放。重点开发干式低热效率和输出功率，现有燃气轮机和燃氢燃气轮机(均采用干式低NOx燃烧技术)差异很小发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行纯氢和天然气/氢混合物燃烧重点关注技术用氮气、水或蒸汽稀释扩散火焰用氮气、水或蒸汽稀释扩散火焰但与没有稀释的系统相比效率降低，在联合循环或CHP配置中运行的大型全球氢气燃烧研究项目全球氢气燃烧研究项目封存系统相结合，DLR与西门子气供应链和燃气发电技术贫油预混系统贫油预混系统燃烧室技术路径燃烧室技术路径较高的火焰温度和氮氧化物排放轮机燃烧温度⃞会导依然高昂其他挑战发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行氢气燃烧面临的挑战干式低排放（DLE）技术帮助燃气轮机在0-100%氢气含量下低排放灵活运行，但也面临自燃、回火、优化热声振荡水平和频率、NOx排放量增加等技术难点；全球范围内可供现场实地研究（高压和空气预热、高燃烧室出口温度、高流量和高雷诺数）的验证案例并不多，目前减压水平），-2016-2021年全球燃气轮机市场规模变化情新阀门设计，以⃞新管道材料可重点关注

「包括吹扫、计量、气体成分监测、安全系统、启动燃-2016-2021年全球燃气轮机市场规模变化情新阀门设计，以⃞新管道材料可重点关注

「包括吹扫、计量、气体成分监测、安全系统、启动燃0增速（%）发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行针对现有燃气轮机系统、材料、操作和控制的改造他辅助设备发生氢脆（与温他辅助设备发生氢脆（与温度以⃞渗透材料所承受的压轮机分为以下几类：保护进行更改，可适应0-10%含氢燃料鉴定，以⃞热通道部件验证和风险管理鉴定，以⃞热通道部件验证和风险管理发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行国内外燃氢燃气轮机的技术进展通用电气：拥有70多套燃气轮机使用含氢燃料运行，累计运行时间超过500万小时，氢含量从5%到通用电气：拥有70多套燃气轮机使用含氢燃料运行，累计运行时间超过500万小时，氢含量从5%到100%；为航改和重型燃气轮机提供扩散、干式低排放和低NOx燃烧系统（新老•最新的燃烧系统“DLN2.6e”已在7HA和9HA燃机上完成了100%天然气的全速全），合燃烧)；根据燃气轮机厂商(通用电气、三菱-现有燃气轮机产品中可接受的氢气比例--现有燃气轮机产品中可接受的氢气比例-•核心技术：防回火、热声震荡抑制、防氢脆材料、环境热障涂层、火焰筒壁温•燃烧室采用贫燃旋流多点直喷的设计方案，模拟排放数值低于25ppm委会、盈德气体签署《燃气轮机掺氢燃烧示范项•21年12月，国电投在运燃机成功实现15%掺氢燃烧改造和运行，机组具备了纯天上实施掺氢燃烧改造试验和科研攻关，并于2022年底完成二期30发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行国内外燃氢燃气轮机的技术进展川崎重工的纯氢燃气轮机的燃烧器有2种技术路线：扩散燃烧器与•扩散燃烧器：目前使用含有高浓度氢气的高反应性燃气作为燃气轮机的燃料进行发电时，多采用火焰稳定性优良的扩散燃烧法。这种燃烧方纯氢干式低NOx燃烧技术⃞其在工业燃气轮机中的应用发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行国内外燃氢燃气轮机的技术进展三菱重工的燃烧器是在主燃料喷嘴就进行氢气混合。压气机排气进入燃烧器内部后通过旋流器叶片成为旋流，与三菱重工纯氢燃气轮机的燃烧器也有2种技术路线：扩散燃烧器与多点燃烧器（仍~30vol%~100vol%~100vol%（开发中）所需电池能量密度SAF生物燃油能量密度：9944Wh/kgwh/kg•航空商飞跨越里程长，单位距离能耗高。能量密度随代际线性增长的动力电池难以•一架北京到上海的90座飞机所需电池能量密度SAF生物燃油能量密度：9944Wh/kgwh/kg•航空商飞跨越里程长，单位距离能耗高。能量密度随代际线性增长的动力电池难以•一架北京到上海的90座飞机需要搭载45吨电池*，等于其自身起飞重量。如果换成燃wh/kg430Wh/kg可持续航空燃油（SAF）专题研究从综合能量密度以及现有航空动力适配度看，SAF都是航空业降碳的最优路径氢能与现有商飞系统适