2023氫能產業應用深度報告氫能源|用氫發展與挑戰并存，長期目標實現自主可控氫能源|用氫發展與挑戰并存，長期目標實現自主可控 一、氫能應用預覽一、燃料電池的發展（一）燃料電池在產業鏈中的定位（二）燃料電池的國內市場空間（一）（二）

一、加氫站行業概況（一）加氫站的組成和市場規模（二）產業鏈圖譜二、儲氫瓶用碳纖維纏繞材料（一）氫瓶市場現狀（二）氫瓶生產工藝（三）氫瓶成本構成及降本路徑三、氫瓶市場競爭格局（一）國內儲氫瓶主流廠家（二）氫瓶用碳纖維市場規模 一、氫內燃機（一）氫內燃機的技術架構（二）國內外開發史（三）氫內燃機和燃料電池對比（四）氫內燃機的應用領域（五）氫內燃機的商業化一、灰氫（一）二、綠氫（一）綠氫綠電與工業耦合（二）制約綠氫進入工業領域的瓶頸（三）綠氫脫碳的主要結論

一、燃氣輪機概述（一）原理（二）結構（四）（一）制氫（二）氫儲運（三）目前短板四、氫氣燃燒面臨的挑戰（一）前沿技術（二）氫氣燃燒面臨的挑戰五、針對現有燃氣輪機的改造六、國際上燃氫燃氣輪機的技術進展（一）通用電氣（二）華天航空動力（三）國電投（四）日本氫燃氣輪機項目

三、發電機紐性能比較（一）性能參數（三）一、燃氣分布式能源概述二、分布系統的配置用氫概述—應用場景廣泛，中長期將為各行業脫碳提供重要路徑用氫概述—應用場景廣泛，中長期將為各行業脫碳提供重要路徑氫能應用預覽—目前工業和交通為主要應用領域，發電領域潛力巨大(2021-2035)2035206060%和31%，電5%和4%中國2060年氫氣需求結構預測交通領域31% 電力領域5%交通領域是目前氫能應用相對比較成熟的領域。從專利申請看，2021年交通領域的氫能技術應用專利申請15639件，占氫能下游技術應用的71%目前氫燃料電池汽車是交通領域的主要應用場景，往后氫內燃機有望在重卡、船舶、航空等領域取得獨特優勢工業領域60%工業是當前脫碳難度較大的應用部門，化石能源不僅是工業燃料，還是重要的工業原料。工業燃料通過電氣化可實現部分脫碳，但是工業原料直接電氣化的空間有限。在氫冶金、合成燃料、工業燃料等的帶動下，2060年工業部門氫需求量將到7794萬噸，接近交通領域的兩倍

的逆反應，氫氣與氧氣()發生電化學反應生成水并釋放出電能，即“燃料電池技術”建筑領域4%早期氫氣在建筑中的使用將主要是混合形式。氫氣與天然氣混合，按體積計算的比例可以達到20%，而無需改造現有設備或管道，隨著氫氣成本的下降，北美、歐洲和中國等擁有在建筑的供熱、供暖中使用氫氣氫能應用預覽—加氫站作為服務氫能交通商業化應用的中樞環節，為重要的基礎設施20142019，20202公斤2022310座中國已建成加氫站數量（座）40035030025020015010061

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目前設備制造的發展方向主要是加速壓縮機的國產化進程，材料端則重點關注III&IV型儲氫瓶的生產技術及碳纖維制備工藝具備長期發展潛力的儲氫瓶為型和型，適合應用與氫燃料車等移動場景；IV型瓶瓶壁厚度略薄于型瓶，儲氣壓力則與其一致，主要包括35MPa和70MPa兩種規格型號氫瓶成本構成中碳纖維復合材料占60%，國內儲氫瓶所用原材料主要為T700以上小絲束碳纖維；25年我國氫燃料車保有量將達到50 319 160

輛，對應22-25年碳纖維用量將超過5萬噸2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022燃料電池—位于氫能產業鏈中游，是現階段氫能利用的主流技術之一雙碳戰略催生燃料電池行業的持續性機會，2023-2025年進入產業規?；l展時期燃料電池—位于氫能產業鏈中游，是現階段氫能利用的主流技術之一雙碳戰略催生燃料電池行業的持續性機會，2023-2025年進入產業規?；l展時期氫燃料電池通過電化學反應將燃料和氧氣的化學能轉化為電能，氫燃料電池能量轉化效率高（通常在40%-60%范圍內），熱電聯供應用情景下可達80%。同時反應產物僅為水，根本上消除了溫室氣體的排放。技術的成熟帶動以燃料電池為核心的氫燃料電池汽車、叉車、船舶、軌道交通，熱電聯供、分布式發電、輔助電源的應用熱電聯供摻氫天然氣燃燒化工行業工業領域煉油行業甲醇合成氨加氫裂化儲氫加氫處理制氫熱電聯供摻氫天然氣燃燒化工行業工業領域煉油行業甲醇合成氨加氫裂化儲氫加氫處理制氫加氫備用和離網電源氨共燃發電燃料電池發電系統 堆 輔助系統電堆交通運輸領域 加氫備用和離網電源氨共燃發電燃料電池發電系統 堆 輔助系統電堆交通運輸領域 軌道交通 航空海運工業車輛道路交通輸氫鋼鐵行業DRI油砂提純大規模長周期儲能 燃氣輪機發電大規模長周期儲能燃氣輪機發電燃料電池—位于氫能產業鏈中游，是現階段氫能利用的主流技術之一燃料電池—位于氫能產業鏈中游，是現階段氫能利用的主流技術之一雙碳戰略催生燃料電池行業的持續性機會，2023-2025年進入產業規?；l展時期AFC、MCFC、、SOFC、PEMFC等燃料電池類型電解液運行溫度（°C）催化劑主要優勢主要劣勢應用領域AFC堿性電解液90-100鎳/銀啟動快、工作溫度低需要純氧作為催化劑航空航天、軍事領域MCFC熔融碳酸鹽600-700鎳空氣可作為氧化劑，能量效率較高運行溫度較高大型分布式發電PAFC磷酸150-200鉑金對二氧化碳不敏感對CO敏感，啟動較慢分布式發電SOFC固體氧化物650-1000LaMnO3/LaCoO3空氣可作為氧化劑，能量效率較高運行溫度較高大型分布式發電，便攜式電源PEMFC質子交換膜50-100鉑金空氣可作為氧化劑，啟動快，工作溫度較低對CO敏感，需要加濕反應物汽車、便攜式電源應用場集中通運輸域 遠距離極端下適合代柴，中重領域裝機大率化普通換電換電式純電普通換電換電式純電燃料電池插電式2022年全年銷量10227124312465282021年全年銷量63233327779192022年同比增長（%）61.7%273.6%216.4%47.4%業發展中長期規劃(2021-2035年)》的發展目標到2025年基本掌握核心技術和制造工藝，燃料國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》電池車輛保有量約5萬輛，部署建設一批加氫站，可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年，實現二氧化碳減排100-200萬噸國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》

5%50%，燃料電池可以補足純電動商用車使用痛點，是解決長途、中重載車輛電動化進程卡滯的更優解燃料電池已經初步撬動新能源中重卡市場，2022年新能源重卡中燃料電池車輛占比為適應中重卡動力系統的匹配需求燃料電池系統裝機呈現大功率的發展趨勢

—2022年新能源重卡銷量及同比增速—國家政策持續引領，地方政策跟進，燃料電池的發展動能充分釋放2023年以來國家層面陸續發布了多項與氫能相關的政策文件，用來引導、鼓勵和支持各地的氫能產業發展；其中國家層面相關部門共計發布了11個文件（國家能源局、商務部、國家標準管理委員會、工信部、發改委等）京津冀、上海、廣東和河南、河北“3+2”城市群燃料電池汽車示范推廣，以及山東省“氫進萬家”科技示范，2021年2025年五大城市群、山東省、成渝地區推廣數量疊加2021年底保有量，燃料電池車及加氫站數量至少為53246輛、726座，有望超額完成“十四五”任務推廣主體FCV（輛）HRS（座）京津冀530049上海推廣主體FCV（輛）HRS（座）京津冀530049上海500057廣東10000200河北771050河南429576山東“氫進萬家”10000100成渝“氫能走廊”2000按需匹配2021年保有量8941194總計53246726單位：萬輛653.252.113.252.111.370.720.89432102020 2021 2022 2023 2024 2025燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池汽車產業鏈長、參與方眾多，燃料電池系統位于產業鏈的中游燃料電池系統位于產業鏈的中游，行業上游燃料電池發動機主要包括電堆及其核心部件、輔助系統等，上游參與者主要為核心材料及關鍵部件生產商，電堆作為燃料電池系統的核心組成部分，對燃料電池發動機的關鍵性能和成本具有較大的影響-燃料電池電堆產業鏈-聚合物密封膠三元乙丙橡膠-燃料電池電堆產業鏈-聚合物密封膠三元乙丙橡膠硅酮材料增強纖維樹脂石墨金鎳鈦不銹鋼鋁塑料導電炭黑防水劑聚四氟乙烯支撐層碳纖維復合膜硫酸全氟磺酸膜無氟質子膜瑩石碳粉鉑復合板石墨板金屬板氣體擴散層Pt/C催化劑燃料電池電堆碳/樹脂聚合物全氟磺酸樹脂質子交換膜下游中游上游膜電極（MEA）膜電極（MEA）端板、集流板、封裝等結構件雙極板密封膠后用螺桿拴牢，構成的復合組件，其研發和生產具備較高的技術壁壘雙極板和膜電極(MEA)要由催化劑、質子交換膜、氣體擴散層組成-燃料電池電堆組成及結構-100kW級別燃料電池系統實現裝機應用，零部件級別100%國產化燃料電池系統的國產化進程自19年以來步入快車道，現階段我國在MEA制備、雙極板、電堆組裝、輔助系統等領域已實現了100%自主化，是近兩年燃料電池系統降本的關鍵推動力；目前100kW級別燃料電池系統實現裝機應用，200kW級別產品公告指標與國際水平接軌，2023年開始我國將逐步啟動從催化劑、PEM到氣體擴散層的國產化滲透，打破MEA核心材料高度進口依賴導致的電堆高成本現狀核心組件細分領域國內平均水平國內領先水平催化劑進口，國產化驗證完全自主核心組件細分領域國內平均水平國內領先水平催化劑進口，國產化驗證完全自主MEAPEM進口，國產化驗證制膜自主氣體擴散層進口GDL自主MEA制備完全自主完全自主流道設計完全自主完全自主雙極板成型工藝完全自主完全自主防腐涂層完全自主完全自主金屬材料完全自主國產電堆設計完全自主完全自主電堆組裝電堆密封完全自主完全自主快速活化設備國產國產輔助系統空壓機國產國產氫循環泵國產國產系統封裝完全自主完全自主系統控制完全自主完全自主企業億華通捷氫科技上海重塑國鴻氫能新源動力額定功率120KW130KW130KW110KW115KW冷啟動能力-30°C-30°C-30°C/-30°C質量功率密度700kW/kg613kW/kg702KW/kg//壽命/15000h30000h20000h/雙極板路線石墨板金屬板石墨板石墨板金屬板國產200KW-企業國鴻氫能捷氫科技上燃動力億華通濰柴動力額定功率240KW256KW200KW240KW200KW峰值功率270KW256KW-260KW-冷啟動能力-30°C-30°C-30°C-30°C-30°C功率密度906kW/kg-760kW/kg820kW/kg-耐久性能--15000h-30000h系統效率-60%---膜電極作為燃料電池發電的關鍵核心部件，是近兩年系統降本的關鍵推動力膜電極是燃料電池的關鍵核心部件;由質子交換膜(PEM)、膜兩側的催化層(CL)和氣體擴散層(GDL)組成，燃料電池的電化學反應發生在膜電極中MEAMEA的結構設計和制備工藝技術是燃料電池研究的關鍵技術，它決定了燃料電池的工作性能。高性能的膜電極需要具備以下特征化劑的反應活性形成良好的離子通道，降低離子傳輸的阻力形成良好的電子通道膜具有高的質子傳導性，有很好的化學穩定性和熱穩定性及抗水解性-膜電極結構示意圖-202020180.763.68萬平方米，20201.82021-2025年我國氫燃料電池車用膜電極CAGR83%2025203037、173年后國內多家企業紛紛布局膜電250200150100500

-2020-2030年中國燃料電池膜電極新增市場需求-196.8205.4193.2173.293.736.915.827.61.83.39.72020 2021 2022 2023 2024 2025196.8205.4193.2173.293.736.915.827.61.83.39.7

250.00%200.00%150.00%100.00%50.00%0.00%-50.00%

國外國內功率密度（W/cm2）1.2-1.6國外國內功率密度（W/cm2）1.2-1.61.4測試壽命（h）＞20000＞20000運行環境（°C）-40～90-30～95抗反極能力（min）＞200＞200鉑載量（mg/cm2）0.2-0.40.25質子交換膜是電堆的重要組成部分，全氟磺酸膜為氟化工產業鏈的技術難度巔峰質子交換膜制備：目前以熔液成膜法為主流，重點關注質子交換膜制備：目前以熔液成膜法為主流，重點關注PSVE單體的制備、四氟乙烯的獲取、樹脂的聚合和成膜等環節的制備工藝的掌握和生產設備研發熔融成膜法：將樹脂熔融后通過擠出流延或壓延成膜，經過轉型處理得到最終產品。該方法適合批量生產、生產效率較高，但仍無法有效解決成本問題熔液成膜法：目前科研領域以及商業化領域采取的主流方法全氟磺酸膜非全氟化質子交換膜復合膜無氟化質子交換膜組成由碳氟主鏈和帶有磺酸基團的醚支鏈構成用取代的氯化物代替氟或用氟化物與無機或其他非氟化物共混修飾材料加上全氟磺酸樹脂構成的復合膜無氟化烴類聚合物膜優點機械強度高，化學穩定性好，導電率較高，低溫時阻小成本較低，工作效率較高，并能將燃料電池壽命提升機械性能獲得改進，能改善膜內水傳動與分布小成本較低，環境污染較缺點溫度升高會使質子傳導性能變差，高溫條件下已發生化學降解，成本較高機械強度和化學穩定性較差制備技術要求較高化學穩定性較弱代表企業杜邦Nafion、陶氏Xus-B204、蘇威Aquivion旭化成Aciplex、旭硝子Flemion、東岳集團DF等加拿大巴拉德的BAM3GGore-select-PTFE增強膜DAIS-磺化苯乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物膜系列(處于研制階段)國內質子交換膜領軍企業。目前DF26010um，通過AFCC6000國內質子交換膜領軍企業。目前DF26010um，通過AFCC6000OCV情況下耐久性大于600小時，2萬次擁有16項全氟離子膜方面的技術專利（其中一項PCT國際專利），是中國第一家鋼帶流延法批量生產全氟離子膜的企業降低貴金屬用量是催化劑的主要研究方向，氣體擴散層工程化放大能力需解決催化劑控制電極上氫和氧的反應過程，是影響電池活化極化的主要因素。目前氫燃料電池的催化劑主要為三個大類:鉑(Pt)催化劑、低鉑催化劑和非鉑催化劑。Pt作為催化劑可以吸附氫氣分子促成離解，是目前商用的首選；但Pt稀缺性強，因此減少鉑基催化劑用量、提高催化活性是降低燃料電池系統商用成本的重要途徑

氣體擴散層支撐催化層，傳遞反應氣體與產物，并傳導電流?；耐ǔ槎嗫讓щ姷牟馁|，如炭紙、炭布，且用PTFE等進行梳水處理構成氣體通道。目前市場上商業化的氣體擴散層基材供應商主要包括日本Toray、加拿大Ballard等，國內通用氫能、上海嘉資、武漢綠動等公司布局碳紙和氣體擴散層產品，并在量產前夕日本田中貴金屬、英國莊信萬豐等幾家較大的催化劑供應商已經能夠實現批量化生產（大于10kg/批次）；較快的廠商如的產品普遍通過下游膜電極和電堆客戶的認證，開始進入規模化量產階段Pt/C法等前軀體溶液前軀體硝酸分散液保溫、回流、乙醇前軀體溶液前軀體硝酸分散液

MPS+微孔層MPL，并疏水處理；其中基底層的種類有碳纖維布、類有炭黑、石墨烯、碳納米管等；疏水劑有FEP、PTFE、氟基材料等核心：漿料配比洗滌碳載體/硝酸分散液高溫高壓水熱 分洗滌碳載體/硝酸分散液

產保溫、回流、還原劑 初載體分散液載體分散液負載催化劑產品干燥負載催化劑產品

糙度、增加涂層均勻性以及增強導電性等方面；此外高溫石墨化設備的國產化進度，也將影響氣體擴散層的產業化進程雙極板作為燃料電池的核心零部件之一，國內產能極速擴張復合雙極板強度的特點，阻氣性好；但目前加工工藝繁瑣，成本依然較高。而且樹脂類材料導電性能較差，用于極板需要添加導電物質，可以選用石墨、碳纖維、碳納米管、石墨烯等雙極板是燃料電池的核心零部件之一，主要作用為支撐MEA、提供氫氣、氧氣和冷卻液流體通道并分隔氫氣和氧氣、收集電子、傳導熱量。目前常見的BPP材料有石墨、復合材料和金屬。豐田Mirai、本田Clarity復合雙極板強度的特點，阻氣性好；但目前加工工藝繁瑣，成本依然較高。而且樹脂類材料導電性能較差，用于極板需要添加導電物質，可以選用石墨、碳纖維、碳納米管、石墨烯等石墨雙極板

金屬雙極板

具有厚度較低，體積和質量較小，電堆和導熱性能好，斷裂韌性優良等多重優點，因此成為目前發展的熱點；但是其大規模應用還需要實現大面積流場沖壓制作高精度流道、材料表面能在燃料電池操作條件下具有高耐腐蝕能力和低界面接觸電阻主要的供應商與研究機構包含大化所、博遠新能源、上海治臻等具有厚度較低，體積和質量較小，電堆和導熱性能好，斷裂韌性優良等多重優點，因此成為目前發展的熱點；但是其大規模應用還需要實現大面積流場沖壓制作高精度流道、材料表面能在燃料電池操作條件下具有高耐腐蝕能力和低界面接觸電阻主要的供應商與研究機構包含大化所、博遠新能源、上海治臻等擁有優良的導電性以及較好的抗腐蝕能力，是商業化應用較為廣泛的雙極板材料。但石墨雙極板具有機械強度差、厚主要的供應商與研究機構包含美國POCO、SHF擁有優良的導電性以及較好的抗腐蝕能力，是商業化應用較為廣泛的雙極板材料。但石墨雙極板具有機械強度差、厚主要的供應商與研究機構包含美國POCO、SHFGraftesch、加拿大BallardsFujikuraRubber、KyushuRefractores海弘楓、嘉裕碳素等6.22.56.22.52.93.1765432102018 2019 2020 2021 2022市場規模(億元)-中國雙極板市場規模變化（2019-2021）-年份201920202021市場總規模2.9億元3.1億元6.2億元石墨雙極板市占率78%65%49%金屬雙極板市占率22%35%51%燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池用聚合物新材料長期為國外壟斷，增量新材料國產替代方案極具潛力燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池用聚合物新材料長期為國外壟斷，增量新材料國產替代方案極具潛力燃料電池已基本實現國產化的自主可控，且具備商業化量產能力，但行業上游底層通用性的密封膠粘等材料，尤其是高性能的PAA等新技術路徑尚為國外壟斷，燃料電池的密封性能要求嚴苛，需滿足高氣密性、低透濕性、耐溫耐熱等特性密封要求作用高氣密性密封氫氣和氧氣，氫氣為小分子氣體、易泄露低透濕性密封要求作用高氣密性密封氫氣和氧氣，氫氣為小分子氣體、易泄露低透濕性質子交換膜通常采用帶磺酸基的氟樹脂，比如Nafion這種聚合物膜在吸水后才有質子導電功能，因此要將反應氣體加濕酸性電池發電時，通常處于低PH環境耐濕性高分子膜在工作時電池內部處水飽和水蒸氣狀態耐熱性取決于燃料電池工作環境低離子析出量保持高分子膜的質子傳導率并保持膜上的鉑金催化劑的活性絕緣性防止單片電池間電氣短路橡膠彈性，具備彈性是為了行駛中吸振抗沖擊有機硅耐高溫（300有機硅耐高溫（300°）、耐低溫，電絕緣性、橡膠彈性、低壓縮變形及耐酸性和耐溶劑性，又可分為單組份及雙組份有機硅體系密封膠；但成本高、初粘性一般聚烯烴初粘性好、適合多種材（小于90°），耐老化性能差，適用于室內環氧樹脂耐久性能好、可粘結多種材質、耐高溫（260°），低，可用于戶外CIPG（）及FIPG（）；燃料電池密封膠應用工藝氫燃料電池密封膠的應用工藝主要有點膠、絲印、一體化注塑等；點膠工藝是目前的主流，它分為兩種，分別是CIPG（curedinplacegasket）涂敷在密封面使其硬化后再進行裝配，以及FIPG（formedinpalcegasket）涂敷在密封面上，未硬化時進行裝配；絲印工藝的優點是可以做得很薄，液體硅橡膠將膜電極和雙極板一體化注塑則是能提高生產效率點膠絲印

點膠-CIPGVSFIPG優勢對比-1.通過壓縮達到密封1.通過粘接達到密封2.密封部件可隨時拆卸2.降低生產成本CIPGCIPGVSFIPGFIPG-CIPGVSFIPG優勢對比-1.通過壓縮達到密封1.通過粘接達到密封2.密封部件可隨時拆卸2.降低生產成本CIPGCIPGVSFIPGFIPG3.點膠精度高3.適用于各種結構件4.鎖緊力可根據要求調整4.減少局部應力過大CIPG膠設備，設置好相應的程序，在工件的一側點膠，待膠水完全固化后，再進行裝配。它是通過擠壓部件之間的硅膠膠條FIPG刻組裝在膠水未固化前進行裝配。待膠水固化后會同時粘合兩面基材燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池用聚合物新材料長期為國外壟斷，增量新材料國產替代方案極具潛力燃料電池密封膠應用工藝絲印點膠絲網印刷，又叫網版印刷，是油墨等印刷材料通過有特定鏤空 圖案的網版，漏印到承印材料上的加工工藝，具有操作簡單， 工藝便利、成本低廉等優點，在大規模量產上占據較大優勢； 燃料電池這些構造中，可以用到絲網印刷技術的主要有：雙極絲印 板涂密膠、交換膜催化、膜電極框密等

CCM燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池用聚合物新材料長期為國外壟斷，增量新材料國產替代方案極具潛力燃料電池密封膠應用工藝一體化注塑點膠絲印

0.03mm以達到0.01mm

注膠成型優勢

點膠教條重復精度0.03mm成型精度注膠教條重復精度0.01mm生產效率高：單模穴節拍<1分鐘(含上料、注膠、模具流出時間)不含硫化時間假設：*健品牌膠水點膠用膠水 100元/100ml框&密封膠條一體化注膠成型等

材料使用成本低

注膠用膠水 則：*克品牌膠水=20%*健燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池聚合物新材料長期為國外壟斷，增量新材料國產替代方案極具潛力燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池聚合物新材料長期為國外壟斷，增量新材料國產替代方案極具潛力聚合物密封及粘結材料具有極強的通用性，可廣泛應用于燃料電池、儲能電池、動力電池等領域，也可大范圍的應用于其他化工領域；但從代表廠商來看，底層通用聚合物密封粘結材料市場長期為國外化工材料巨頭壟斷，如電池領域知名廠商：日本的ThreeBond、美國的Hernon廠商等，產品價格也始終位于高位；高性價比的高性能國產替代密封膠粘材料極具潛力美國赫能19785,000多種配方產品。應用及其他領域

德國漢高擁有140多年的歷史，業務遍及歐洲、北美洲、亞太區和拉丁美洲，在近75個國家生產經營1萬余種民用和工業用產品

日本三鍵化工穩居工業用密封劑和膠粘劑領域前列，應用范圍向汽車及其他交通工具、建筑材料、電氣電子設備及高技術等領域延伸；1997年便已經布局中國市場高性價比的高端密封膠粘材料國產化替代方案呼之欲出燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池—以電堆為核心的部件國產化進程推進，企業加速入局燃料電池聚合物新材料長期為國外壟斷，增量新材料國產替代方案極具潛力在新能源政策鼓勵支持+產業下游各應用場景需求拉升的驅動下：鋰電行業硅基負極材料興起，產生技術變革帶來的結構性新增量市場；氫燃料電池與釩流儲能電池產業鏈條逐步實現國產自主可控，2023年前后將由商業化示范階段進入商業化推廣階段，2023年成為三大賽道新市場、新階段的關鍵時間窗口2023鋰電硅碳負極路徑窗口期氫燃料電池、釩流儲能電池商業化推廣窗口期成熟度 2023鋰電硅碳負極路徑窗口期氫燃料電池、釩流儲能電池商業化推廣窗口期動力/成熟 ? 高鎳三元+基負路徑興應用商業 氫燃料池/氫瓶推廣 ?氫燃料池。上下游逐步實現自主可控2023商業 推廣階示范

釩流電池2023年進入商業化推廣階段技術研發20152016201720182019202020212022202320242025燃料電池聚合物新材料長期為國外壟斷，增量新材料國產替代方案極具潛力密封膠粘及新材料市場規模（億元）450.00

2021 2022 2023 2024 2025 2030氫燃料池領域 氫瓶領域 鋰電池碳負領域 鋰電池盒領域 全釩液流電池領域年份202120222023202420252030氫燃料電池領域125.512.52170氫瓶領域0.312.55.51070鋰電池硅碳負極領域1.252.54.56.51150鋰電池外盒領域6.51219264096全釩液流電池領域0.20.922.53.57粘結劑及樹脂新材料應用市場總規模9.2518.433.55366.5393加氫站—氫能產業化、商業化的重要基礎設施，連接制氫端與需求端的關鍵橋梁加氫站行業概況加氫站—氫能產業化、商業化的重要基礎設施，連接制氫端與需求端的關鍵橋梁加氫站行業概況IIIIIIIV60%T7002025到11.22022-20255萬噸加氫站—氫能產業化、商業化的重要基礎設施，連接制氫端與需求端的關鍵橋梁加氫站—氫能產業化、商業化的重要基礎設施，連接制氫端與需求端的關鍵橋梁加氫站行業概況加氫站的定義 加氫站的分類劃分標準具體分類按等級劃分等級劃分標準具體分類按等級劃分等級儲氫罐容量（kg）-總容量G儲氫罐容量（kg）-單罐容量一級4000＜G≤8000≤2000二級1000＜G≤4000≤1000三級≤1000≤500按制氫方式工業副產氫加氫站主要方式化石燃料制氫加氫站電解水制氫加氫站規模較小按氫氣來源外供氫加氫站我國主要應用站內制氫加氫站初期設備投資較高、工藝復雜、占地面積大按建設形式固定式加氫站專為氫燃料電池汽車加注氫氣撬裝式加氫站氫氣供應通過長管拖車運輸至站內按站內氫氣儲存形態氣氫加氫站成本低、使用方便，目前儲氫的主流方式液氫加氫站-按加注壓力35Mpa加氫站技術成熟，應用廣泛70Mpa加氫站技術復雜，處于研發階段將不同來源的氫氣通過壓縮機增壓儲存在站內的高壓罐中，再通過加氣機為氫燃料電池汽車加注氫氣；加加氫站作為連接氫能利用上下游產業鏈的關鍵基礎設加氫站行業概況加氫站市場規模2021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E202020192018201707.143.641.416.522030.522021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E202020192018201707.143.641.416.522030.524049.4607810080101.4120127.4140151.22017-2026年中國加氫站市場規模及預測1602021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E202020192018201703.71.90.78.41015.32024.73038.24048.7605061.27071.12017-2026年中國加氫站集成設備市場規模及預測80加氫站—氫能產業化、商業化的重要基礎設施，連接制氫端與需求端的關鍵橋梁加氫站行業概況加氫站—氫能產業化、商業化的重要基礎設施，連接制氫端與需求端的關鍵橋梁加氫站行業概況由壓縮機和冷卻機組兩大部分組成，當前高壓氣態氫儲運階段壓縮機是氫能儲運所需的關鍵設備，以500kg/d加注能力加氫站為例，壓縮機占據加氫站總成本三分之一。增壓系統目前國內加氫站較多采用液驅式和隔膜式壓縮機，壓力不超過45Mpa;國外則應用離子液壓縮機比較多，且一般用在具有較高儲氫壓力(一般為90MPa由壓縮機和冷卻機組兩大部分組成，當前高壓氣態氫儲運階段壓縮機是氫能儲運所需的關鍵設備，以500kg/d加注能力加氫站為例，壓縮機占據加氫站總成本三分之一。增壓系統目前國內加氫站較多采用液驅式和隔膜式壓縮機，壓力不超過45Mpa;國外則應用離子液壓縮機比較多，且一般用在具有較高儲氫壓力(一般為90MPa左右)的加氫站中加氫站的組成25MPa氫量為250～300kg卸氫系統由儲氫瓶組組成，國內已開發出工作壓力45MPa儲氫瓶組，并成功應用于加氫站。根據加氫站連續加注要求，站內固定儲氫量需要9支儲氫瓶組，總固定儲氫量可達250kg，分為低、中、高三級容量配置儲氫系統由高壓管路和加氫機組成，加氫機內配備溫度和壓力傳感器、軟管放拉裂保護、控制系統以及過壓保護等，目前使用質量流量計，其通過氫氣的加注質量來測定記錄數據;加氫機配備的加氫槍的工作壓力35MPa，可同時滿足氫能源物流車和大巴車的加氫需求加氫系統圖（高壓加加注能力）本7%加注設備14%冷卻設備儲氫罐11%管閥13%建設費用16%32%安裝調試7%500kg/d加氫站—氫能產業化、商業化的重要基礎設施儲氫瓶屬于特種設備，較高的行業準入壁壘造成參與企業數量相對較少加氫站—氫能產業化、商業化的重要基礎設施儲氫瓶屬于特種設備，較高的行業準入壁壘造成參與企業數量相對較少國內儲氫瓶主流廠家數量僅個位數，近兩年參與者有所增加。2022派瑞華、東峻、斯林達、蘭天達、星馳藍氫、藍能等共計15家。從2022年上牌車輛供氫系統裝車市場數據來看，國富氫能、舜華新能源、奧揚科技、科泰克、天海工業五家企業位列TOP5，其中國富氫能裝機1501套，市場份額舜華新能源裝機套，市場占比達23%2022派瑞華、東峻、斯林達、蘭天達、星馳藍氫、藍能等共計15家。從2022年上牌車輛供氫系統裝車市場數據來看，國富氫能、舜華新能源、奧揚科技、科泰克、天海工業五家企業位列TOP5，其中國富氫能裝機1501套，市場份額舜華新能源裝機套，市場占比達23%；奧揚科技裝機626套，市場占比達12%。國富氫能奧揚科技科泰克天海工業其他舜華新能源23%奧揚科技12%國富氫能30%2022年上牌車輛供氫系統裝車市場份額

2021-2022儲氫瓶上牌市場占有率情況3.81%3.81%14.95%65.57%53.54%中材科技30.61%國富氫能31.50%2021 2022

其他TOP2-5TOP1

2021-2022儲氫瓶出貨市場占有率情況21.69%21.69%24.89%32.00%38.60%46.31%國富氫能31.50%2021 2022

其他TOP2-5TOP1近兩年來儲氫瓶的市場態勢相對穩定，原因是儲氫瓶行業門檻較高，且對安全性和可靠性要求更高，因此行業整體新進入者較少，截至目前一共僅8家企業有實際產品裝車應用；其次是由于目前新布局儲氫瓶市場企業聚焦于Ⅳ型儲氫瓶，對目前Ⅲ型瓶市場競爭格局并不能帶來實際的沖擊，如藍能、彼歐、龍蟠、豐辰氫能、?？貜筒摹⒔鸩┕煞?、致遠新能等企業的制造能力必須通過國家市場監督管理總局指定的評審機構的專家組評審之后，方可進行批量生；且在生產制造的過程中會有專門的監檢部門定時來查看生產工序流程是否符合手續企業的制造能力必須通過國家市場監督管理總局指定的評審機構的專家組評審之后，方可進行批量生；且在生產制造的過程中會有專門的監檢部門定時來查看生產工序流程是否符合手續儲氫瓶屬于特種設備，首先必須取得B3級壓力容器特種設備制造許可證書，取得該許可證的前提是公司廠房、設備、產線、人員配比及各方面資質經由國家監管單位審核并通過生產的成品在對外銷售前須通過國家市場監督管理總局認可的第三方型式試驗機構對儲氫瓶進行火燒、槍擊、爆破、疲勞、環境、跌落等型式試驗，并取得型式檢驗證書生產的成品在對外銷售前須通過國家市場監督管理總局認可的第三方型式試驗機構對儲氫瓶進行火燒、槍擊、爆破、疲勞、環境、跌落等型式試驗，并取得型式檢驗證書儲氫瓶—氫氣在加氫站固定高壓容器與車載儲氫容器之間的高壓差作用下，通過加注系統快速充裝IV型儲氫瓶性能優異，預計未來將主導國內車載儲氫市場我國還處于35MPa的Ⅲ型瓶規模化應用和70MPa的Ⅲ型瓶示范應用階段，IV型瓶尚未得到大規模推廣應用；從儲運效率、輕量化、成本等角度出發，我國還處于35MPa的Ⅲ型瓶規模化應用和70MPa的Ⅲ型瓶示范應用階段，IV型瓶尚未得到大規模推廣應用；從儲運效率、輕量化、成本等角度出發，IV型瓶相較于Ⅲ型瓶具備顯著優勢，未來將成為車載供氫系統的主流規格。碳纖維復合材料材質高壓儲氫瓶剖視圖70MPa碳纖維IV型高壓儲氫瓶成本構成碳纖維復合材料,78%類型I類型I型II型Ⅲ型IV型V型材質純鋼制金屬瓶金屬內膽維環向纏繞金屬內膽（鋼/鋁質）纖維全纏繞塑料內膽纖維全纏繞無內膽全纏繞氣瓶工作壓力/Mpa17.5-2026-3030-7030-70介質相容性有氫脆、有腐蝕性有氫脆、有腐蝕性有氫脆、有腐蝕性有氫脆、有腐蝕性重量體積（kg/L）0.9-1.30.6-1.00.35-1.00.3-0.8國外研發中，國內空白使用壽命/年151515-2015-20成本低中等最高高車載是否可以使用否否是是市場應用加氫站等固定式儲氫燃料電池汽車重容比Ⅲ型0.98左右IV型在0.74左右儲氫密度Ⅲ型3.9%IV型可達5.5%IV型瓶單瓶氣體容積可達375升，可降低整個系統復雜性儲氫瓶—氫氣在加氫站固定高壓容器與車載儲氫容器之間的高壓差作用下，通過加注系統快速充裝儲氫瓶—氫氣在加氫站固定高壓容器與車載儲氫容器之間的高壓差作用下，通過加注系統快速充裝儲氫瓶生產流程可大致分為內膽成型和纖維纏繞兩個環節，總體來看技術難度較大氫瓶的生產工藝：儲氫瓶的生產大致分為內膽成型和碳纖維纏繞固化兩個主要工段（工藝難度較大、參數多內膽成型工藝簡單但生產效率較低，尤其用來加工大容積內膽。頭部企業同時在研究拉深成型等方法，該法生產效率高、產品一致性好，缺陷在于可能影響產品的疲勞壽命、設備成本較高IV型瓶內膽多采用尼龍6、高密度聚乙烯(HDPE)以及PET聚酯塑料等，對應工藝主要為注塑、吹塑和滾塑成型田、現代已量產的IV型瓶均為注塑+焊接工藝，該種成型方式成本低、運用較廣泛、但良品率也較低，且必須配合

碳纖維纏繞成型工藝濕法纏繞：將碳纖維束絲在特定浸膠裝置中浸漬處理后，在張力控制下直接纏繞到芯模上。由于纖維離開浸漬裝置后易于將樹脂帶出，后道工序中會存在樹脂滴漏現象；該工藝為目前高壓儲氫瓶最常用的加工工藝，生產成本較低，但樹脂損耗較高，干法纏繞：經過預浸膠處理的預浸帶為原料，在纏繞機上經加熱軟化至粘流態后纏繞到芯模上。由于預浸帶中纖維和樹脂含量比例控制較好，產品質量可精確控制，且樹脂不會隨處滴；干法纏繞生產效率高，國外正逐步向干法纏繞工藝過渡，國內未勢能源等極個別企業也在嘗試；此工藝成本較高，主要系預半干法：結合干法和濕法的優點，在浸膠碳纖維纏繞到芯模之前通過烘干設備將浸膠碳纖維紗線中的溶劑除去，提高制品質量；與干法纏繞相比省了預浸膠工序和設備，與濕法相比僅增儲氫瓶—技術壁壘較高，成本構成中碳纖維復合材料占比超60%，后續降本空間大儲氫瓶—技術壁壘較高，成本構成中碳纖維復合材料占比超60%，后續降本空間大氫燃料汽車商業化進程明顯加快，支撐儲氫瓶及碳纖維需求高增氫瓶成本構成及降本路徑：2-3萬元/20、規模效應材料及設備國產替代：碳纖維作為關鍵材料材料及設備國產替代：碳纖維作為關鍵材料未來大絲束有望在氣瓶實現對小絲束的替代；從設備端看，儲氫瓶部分零部件及設備仍高度依賴進口(瓶閥、纖維纏繞裝備等)，隨著構件國產化的持續推進，整體成本將隨之降低技術進步：70MPa型瓶的批量生產能力還需年時間，屆時氣瓶在輕量化和成本方面將進一步改善。其次是氣瓶容量的提升，大容量氣瓶單瓶儲氫密度顯著提高，減少單車配套氣瓶數量的同時管閥件、管路件的材料用量和成本也有望隨之降低規模化效應：類似于氫燃料汽車的降本路線，儲氫瓶成本下降也有望受益于生產規模的擴大，據美國汽車研究理事會測算，當氣瓶生產規模由1萬套提高到50萬套時，氣瓶成本會下降20%性能優異的工業材料的含碳量高于90%的碳主鏈結構無機纖維，力學性能和化學穩定性出色強度高抗拉強度在3500MPa以上模量高彈性模量在230GPa以上密度小，比強度高密度是鋼的1/4，鋁合金的1/2；比強度比鋼大16倍，比鋁合金大12倍耐超高溫在非氧化氣氛條件下，可在2000℃時使用，在3000℃的高溫下部熔融軟化耐低溫在-180℃低溫下，鋼鐵變得比玻璃脆，而碳纖維依舊具有彈性耐酸、耐油、耐腐蝕能耐濃鹽酸、磷酸等介質侵蝕，其耐腐蝕性能超過黃金和鉑金，同時擁有較好的耐油、耐腐蝕性能熱膨脹系數小，導熱系數大可以耐急冷急熱，即使從3000℃的高溫突然降到室溫也不會炸裂制造碳纖維產品的上游原絲端與中游復合材料均是碳纖維產業鏈的核心環節氫瓶成本構成及降本路徑碳纖維種類抗拉強度/MPa抗拉模量/GPa密度/(g.cm-3)斷后延伸率種類抗拉強度/MPa抗拉模量/GPa密度/(g.cm-3)斷后延伸率/%聚丙烯睛碳纖維＞3500＞2301.76-1.940.6-1.2瀝青碳纖維黏16003791.71黏膠碳纖維2100-2800414-55220.7碳纖維可分為小絲束和大絲束：小絲束主要是24K以下（碳纖維絲束中單絲數量、1K=1000根），36K、48K，因其碳纖維粘連、斷絲等現象較多，所以性能相對較低、分散性也較大，但其生產成本較低，部分性能優于小絲束，48K大絲束最大優勢就是生產和應用效率高、成本低，所以大絲束碳纖維被稱"工業級"纖維

碳纖維生產過程工藝難點為聚丙烯腈基（PAN）原絲的生產（高質量原絲也是產業化的前提），原絲的品質缺陷（便面孔洞、沉積、刮傷、單絲間黏結）在后續工藝中很難消除，從而造成碳纖維力學性能下降；聚丙烯腈基原絲生產過程為將丙烯腈單體聚合制成紡絲原液，然后紡絲成型。紡絲工藝又分為濕法及干噴溫紡法高模高強為第三代碳纖維技術發展方向：主，占全部碳纖維復合材料市場份額90%以上，在CFRP中受力的是碳纖維，樹脂在其中起到粘結的作用需求量：受益于國外碳纖維進口限制和風電裝機潮的加持，2020年以來國內市場需求持續旺盛，2021年中國碳纖維的總需求為6.2萬噸，國產纖維供應量2.9由于較多國產碳纖維企業尚未實現關鍵技術的突破，生產線運行及產品質量不穩定，所以國產碳纖維行業長期存在“有產能、無產量”的狀態，未來幾年我國碳纖維供需缺口將持續擴大儲氫瓶—技術壁壘較高，成本構成中碳纖維復合材料占比超60%，后續降本空間大日美巨頭掌握碳纖維國際市場話語權，國內企業處于高端領域產能爬坡階段氫瓶用碳纖維供應商日本東麗全球領先的碳纖維制造商上海石化國內較早布局碳纖維并進行產業化的企業帝人東邦世界領先的碳纖維制造商中復神鷹國內碳纖維行業領導者德國SGL全球領先的碳素石墨材料及配套產品制造商光威復材高性能碳纖維及復合材料研發和生產的高新技術企業韓國曉星-吉林化纖-日本東麗：生產的碳纖維長期占據了全球型、特有的輕質、高強度和高剛性適合用于高性能高壓儲氣罐，用于儲氫罐的產品型號主要有T700、T800、T720

上海石化：2012年開始生產12K小絲束碳纖維，2022年10月萬噸級48K大絲束碳纖維首套國產線開車成功；積極布局碳纖維在Ⅲ和Ⅳ高壓儲氫瓶纏繞技術的研發，其中35Mpa氣瓶已通過檢測帝人東邦：1975年開始量產聚丙烯腈系碳纖維“TENAX”，產品廣泛應用于航空航天、汽車、能源等領域，在可再生能源領域的應用包括大型風力渦輪機葉片、輕質儲氫罐及管道的開發等

中復神鷹：現有產品已實現對標龍頭東麗T700、T800、T1000級的高強型、高強中模型、高強高模型等類別碳纖維的品種覆蓋，國內率先實現干噴濕紡的關鍵技術突破和核心裝備自主化德國SGL在汽車、航空航天、壓力容器制造等許多工業領域廣泛應用，生產的碳纖維主要為基碳纖維，且以50K規格的大絲束碳纖維為主

光威復材：擁有碳纖維、織物、樹脂、高性能預浸材料、復合材料制品完整產業鏈；采用干濕法處理工藝生產的T700S/T800S級碳纖維，可用于生產儲氫瓶在內的光伏用碳碳復材等產品，已向車載儲氫瓶企業供貨韓國曉星：2008年開始開發碳纖維，2010年成功研發H2550型碳纖維，2013。目前H2550型已廣泛應用高壓儲氣瓶、太陽能隔熱材料等領域

吉林化纖：現有原絲產能1.6萬噸/年、碳絲產能0.2噸/年；開發的24K—50K大絲束實現對風電等各個領域全覆蓋，22年7月首條35K高壓氣瓶纏繞專用大絲束碳化線開車成功（力學強度指標可達T700等級）儲氫瓶—技術壁壘較高，成本構成中碳纖維復合材料占比超60%，后續降本空間大氫瓶用碳纖維市場：高增長、基數小的細分賽道氫瓶用碳纖維市場規模：高增長的細分賽道20222500到2025年或將突破萬噸單車搭載氣瓶數量7.8支4800輛氫燃料電池汽車2022單車搭載氣瓶數量7.8支4800輛氫燃料電池汽車

單支耗用碳纖維量67kg

2350噸單支耗用碳纖維量67kg單車搭載氣瓶數量7.8支17500輛氫燃料電池汽車2025年： 單支耗用碳纖維量67kg單車搭載氣瓶數量7.8支17500輛氫燃料電池汽車2022-20255.36萬噸?????近20個省份已制定有關氫燃料電池汽車的具體發展規劃，假設這些省市區規劃的發展目標均能實現，則到2025年全國各地氫燃料電池汽車保有量能達11.2萬輛以上；根據中國汽車工業協會統計，截止2021年我國氫燃料電池汽車保有量為8922輛，若2025年要達到11.2萬輛的保有量規模，則2022-2025年需新增投放氫燃料車103078輛；假設單車配置8個儲氫瓶，單瓶碳纖維用量65kg，則2022-2025年合計需耗用碳纖維5.36萬噸。單支耗用碳纖維量65kg單車配置儲氫瓶數量8支2022-2025年消耗合計：單支耗用碳纖維量65kg單車配置儲氫瓶數量8支

新增投放氫燃料車103078輛

5.36萬噸交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化氫內燃機--實現汽車低碳化發展的重要技術路徑之一過去20年來在燃料電池、內燃機以及混合動力總成的技術進步，使得氫內燃機可以充分利用現有產業基礎，促進其在車用動力中的應用；同時氫燃料內燃機具備的成本優勢，將有助于提高氫氣的使用需求，從而推動氫基礎設施的建設，并成為實現汽車低碳化發展的重要技術路徑之一氫內燃機將傳統汽油、柴油、天然氣、甲醇等燃料更換稱為氫氣內燃機的沖程和工作循環氫氣在氣缸內燃燒推動活塞做功從而產生動能，原理與普通天然氣發動機類似，增加了氫氣噴射系統，按照吸氣—壓縮—做功—內燃機的沖程和工作循環

對比氫燃料電池，氫內燃機對氫的純度要求不高，具有點火能量低、火焰傳播速度快、單位熱值高、燃燒不含碳合物等特性，天使適合高負荷運行工況，普遍應用在重卡、客車等領域吸氣壓縮做功吸氣壓縮做功排氣氫內燃機氫燃料電池純度純度要求不高99.9%2H2+O2=2H2O2H2+O2=2H2O排放H2+O2+N2H2O+NOx2H24H++4e-+O22H2O25%～35%50%～60%效率儲層密度低高儲氣罐大小氫氣管發動機變速器差速器車輪 氫氣罐燃料電池電機減速器交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化氫內燃機--基于過往燃料電池、混合動力總成的技術進步，充分利用現有產業基礎交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化氫內燃機--基于過往燃料電池、混合動力總成的技術進步，充分利用現有產業基礎國內開發歷史2022.03一汽解放發布國內首款重型商用車缸內直噴氫氣發動機，指示熱效率55%2022.062022.062022.062022.03一汽解放發布國內首款重型商用車缸內直噴氫氣發動機，指示熱效率55%2022.062022.062022.062022.062022.072022.092022.092022.11東風龍擎東風商用車自主研發的天然氣發動機，氫發動機點火成功WP15氫發動機亮相漢諾威車展，排量14.56L，額定功率390kW上海新動力首臺12.8L直噴式氫氣發動機點火成功，熱效率44%玉柴16L燃氫發動機點火成功廣汽集團發布1.5L氫內燃機，熱效率44%濰柴&中國重汽聯合發布全國首臺商業化氫內燃機重卡，13L吉利自主研發的高效氫氣專用發動機取得重大突破浙江大學曾與日本武藏工業大學合作進行液氫發動機的試驗研究，結果表明氫氣發動機的異常燃燒、動力增加及NOx減少在很大程度上取決于正確的噴氫系統、噴射正時及點火正時2006年

由清華大學和奇瑞汽車聯合研發的國內首臺純氫氣內燃機在在江奎科技有限公司實驗室運行成2007年

北京理工大學與長安集團共同研制的國內第一臺氫內燃發動機，并點火成功2018年

北京理工大學在國家軍民融合公共服務平臺上發布了目前國內唯一的可進行氫燃料內燃機系統開發的專用試驗臺架2022年

國內企業爭推重型商用車領域的氫內燃機，玉柴排量最大，濰柴氫內燃機配套中國重汽黃河X7重卡率先實現商業化應用，解放13升氫內燃機實現了同級排量動力最強，指示熱效率突破55%北汽集團首臺氫內燃機點火成功北汽集團首臺氫內燃機點火成功國外開發歷史國外從上世紀70年代開啟氫內燃機的研發，氫內燃機功率已達MW級1978-

寶馬從1978年開始研發以氫內燃機，并通過對柴油機/汽油機的改造研發了6代氫燃料內燃機驅動的轎車。2004年9月，“H2R”氫內燃機驅動的汽車創造9項速度紀錄2006年

馬自達研制推出MazdaRX-8氫轉子發動機，該發動機幾乎不生成NOx，并且制造出以RX-8作為引擎的的試驗用車。福特公司在同期向市場投放了氫發動機H2ICE，并將該發動機配備在福特生產的E-450客車上福特氫燃料V-10發動機投產，成為世界首個正式生產氫燃料發動機的汽車制造商2007年英國企業ULEMCo和InnovateUK合作，改裝沃爾沃FH16卡車為氫內燃機卡車2018年豐田總裁駕駛的搭載“氫燃料”內燃機的卡羅拉氫內燃機概念車完成24小時耐力賽，現階段國外研發的氫內燃機功率已達MW級，可用于發電、船舶2021年曼恩第一臺氫氣內燃機原型機已經在試驗室臺架上進行測試，斯堪尼亞正在開展HPDI（缸內高壓氫氣直噴）氫內燃機研究，沃爾沃在研發船用和卡車用氫內近期 年將量產氫內燃機產品；Westport、、FEV均在進行氫內燃機或系統研發；康明斯正在測試中、重型氫內燃機，預計幾年后交付物流輸公司Enterprises500臺氫內燃機重卡交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化氫內燃機--綜合成本、性能、可靠性等因素，中長期氫內燃機相較燃料電池更具優勢氫內燃機和燃料電池對比我們認為，綜合成本、性能、可靠性等因素來看，氫內燃機相較燃料電池更具優勢氫內燃機氫燃料電池氫內燃機氫燃料電池純度要求極高，氫氣純度要求低雜質對質子交換膜有損害成本可利用現有內燃機零部件，成本約為氫燃料電池1/10包括質子交換膜，貴金屬催化劑等部件，成本高效率與普通內燃機相似，約為40%-60%約60%-80%輔助系統儲氫供氫系統儲氫供氫系統、電池、電機使用壽命約50萬公里約5000小時（）（交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化氫內燃機--有望率先在重卡迎來突破，船舶、風電光伏制氫儲能調峰電站領域潛力大交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化氫內燃機--有望率先在重卡迎來突破，船舶、風電光伏制氫儲能調峰電站領域潛力大氫內燃機的應用領域——重卡--氫內燃機、燃料電池相輔相成對于長途牽引運輸場景，客戶預期回本的理想周期是1.5年左右，通過核算并對比分析各技術路線成本回收周期車輛

天 非 非

重卡的動力技術路徑二 生擁有成本（DPCO），純氫內燃機機和燃料電池技術路線最具競爭力，純氫內燃機2025年左右和柴油車“打平”，燃料電池2030年之后較柴油車具有經濟優勢。而純電動、插電混技術在一定時間與柴油車相對有競爭力，但是越往后發展，較氫內燃機及燃料電池技術路線的競爭力越弱。而氨氫及柴氨內燃機技術路線因為綠氨價格高及單車能耗高，在長途牽引運輸場景，暫不具備經濟優勢，但具備零碳優勢，其發展需要政策支持以彌補其經濟性不足。作為零碳技術路線，氨作為儲氫載體比以氨為燃料的氨氫內燃機更具發展潛力

柴 然油 氣內 內燃 燃機 機整 整 整 整 整 整車 車 車 車整車整車整 整 整車 車 車整車整車整車整車整車整車關鍵零部件關鍵零部件關鍵零部件關鍵零部件關鍵零部件

插 插 電 電 混 混 柴 天 油 然 氣03 04 05基本成熟基本成熟

甲 醇 內 燃 機 機06

柴 氨 內 燃 機 08 09

氫 內 燃 機10

氫增純程電換混動電池12131415新興路線發展中主要結論：從長期發展路徑來看，長途牽引運輸場景未來技術路線在2030年以前是以柴油和天然氣為主，氫內燃機技術為輔；在2030-2040年是多技術路線并存發展的階段；2040年后，將以燃料電池及氫內燃機為主、天然氣及柴油少量并存。從適用場景來看，中重型商用車各場景技術路線遠多于輕微卡，氫內燃機、氨氫內燃機、甲醇內燃機等技術路線適用于重型公路運輸場景，換電、增程式、燃料電池在中型城際物流、輕型城市物流、工程自卸場景也有發展前景新興路線發展中氫內燃機的應用領域——船舶--氫內燃機、燃料電池內燃機是船舶應用氫能的重要途徑，川崎重工業、洋馬等日本企業目前正在開發中速四沖程發動機、中高速四沖程發動機、低速二沖程發動機；現有氫內燃機有效熱效率為35%~45%PEMFC系統50%~60%的效率，但功率可以達到高值（兆瓦級），PEMFC系統，以100kW發電裝置為例，基于當前技術的氫內燃機成本僅為PEMFC系統的50%，隨著船舶儲氫技術的發展、氫能基礎設施的完善，氫燃料電池適用于多種內河船舶，可作為小型船舶的主動力，也可作為大型船舶的輔助動力；以質子交換膜燃料電池（PEMFC）類型為主，但功率等級相比柴油動力仍有較大差距。

-氫動力船舶發展進度-時間近期中期近期中期未來燃料氫灰氫藍氫、綠氫綠氫氨灰氫藍氫、綠氫綠氫甲醇甲醇甲醇甲醇（碳中和）動力裝置燃料電池PEMFC高溫型PEMFC/SOFC高溫型PEMFC/SOFC內燃機高熱效率、低NOx排放高熱效率、低NOx排放高熱效率、低NOx排放氫動力船舶航線演變內河/內湖近海遠洋--主要結論：氫燃料是航運行業碳減排及脫碳的良好解決方案，氫動力船舶通常用于湖泊、內河、近海等場景，以客船、渡船、內河貨船、拖輪等類型為主；海上工程船、海上滾裝船、超級游艇等大型氫動力船舶研制是當前的國際趨勢交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化船舶--甲醇及液氨具有含氫量高、能耗低等多種優勢，是氫的理想載體甲醇作為氫載體，具備多種優勢；甲醇及液氨載氫能力最強，是氫的理想載體含氫量高甲醇是含氫量最高碳氫化合物，1kg含氫量高甲醇是含氫量最高碳氫化合物，1kg氫氣易于存儲儲運無需低溫或加壓，同等體積下攜帶能量是35MPa高壓儲氫的4倍經濟性好甲醇是含氫量最高碳氫化合物，1kg氫氣安全性高甲醇在揮發、燃爆等方面氣更為安全更加環保不會產生污染物，CO2排放量大幅低于汽柴油160

-不同氫載體對比-

-氫載體的運輸成本比較-4.03.02.04.03.02.01.0120100806040200甲醇 液

甲苯 甲

液氫 高壓

高壓氫

高壓氫（70MPa）（20MPa）（10MPa）重量百分比（wt%） 體積質量比（g/L）

LNG 液氨 甲醇 二甲醚 液氫資本成本 運營成本 揮發成本中國甲醇工業基礎成熟，甲醇重整制氫路線可直接嫁接至甲醇工業體系中國甲醇制備、儲運、加注體系成熟，相較于傳統體系，氫氣應用端的突破已具備良好的上游基礎甲醇制備（十分成熟）甲醇儲運（十分成熟）甲醇加注（待發展）燃料電池/燃氫發電甲醇制備（十分成熟）甲醇儲運（十分成熟）甲醇加注（待發展）燃料電池/燃氫發電全球甲醇產能分布（2020年）

中國是最大的甲醇生產/消費國，全球67%的甲醇產能來自中國，中國擁有最為完備且龐大的甲醇工業體系中國-67%中國 美洲 中東 其他

甲醇可采用一般的易燃液罐（車)進行運輸與儲藏，甲醇儲運環節十分成熟完善甲醇加注環節（陸面交通）雖發展成熟度不如上游，但船舶河運海運可一次性加注大量儲藏，加注環節對于船舶運輸影響較小

下游應用端-燃氫發電/燃料電池相較于傳統氫能體系，具有最為完善成熟的上游基礎，中短期內可快速商業化、規模化交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化甲醇重整制氫、用氫發電路線已用于船舶產業化，逐步進入量產階段美國 ? 歐洲美國能源技術領先開發商RIXIndustries于21年下半年推出全球首個移動式甲醇制氫動力系統--M2H2系列，為船舶與海洋環境提供動力，目前該系列已經正式推向船舶市場

國際航運巨頭、世界500強--馬士基航運公司擁有最為龐大的甲醇動力船隊，將逐步采用RIX等廠商的甲醇制氫作為動力系統以實現更高的效率MaritimePartnersHydrogenOne2023首艘使用減排的甲醇制氫司e1Marine

歐盟資助HyMethShip項目用甲醇制氫為船舶發動機提供燃料；通過甲醇制取氫氣，然后將其送入發動機，在內燃機中燃燒驅動發動機，在提高了航運效率的同時顯著降低排放交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化中國船舶航運場景下蘊含著數百億級的市場空間根據交通運輸部《2021年交通運輸行業發展統計公報》，中國各水系內河航道通航里程分別為：長江水系64668公里，珠江水系16789公里，黃河水系3533公里，黑龍江水系8211公里，京杭運河1423公里，閩江水系1973公里，淮河水系17500公里；極為豐富的內河水系為適用于內河航運的動力系統提供了巨大的市場空間中國有湖泊24800多個，面積在1平方公里以上有2800多個。內河湖泊各類20米級以下船舶保守估計約20萬條左右，以30%滲透率測算：20萬艘X 30% X 18萬/艘= 108億國內在冊內河船舶萬艘（不含農林漁業），500-3000噸級貨運約8萬艘，此類船舶最少需160KW級產品兩套，以30%滲透率測算：8萬艘X 30% X 240萬/艘= 576億交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化重點關注高效率、低碳排動力產品方案，涵蓋制氫、燃氫、動力總成全環節提供氫氣提供電力提供氫氣提供電力制氫機 燃氫發動機 （船舶）動力系統-作用：-作用：制氫機產生氫氣，通過內燃機燃燒方式發電-性能：自然吸氣、排量1.6L、直列四缸、全鋁缸體、支持兩種燃料雙噴射;壓縮比:12、最大扭矩:137Nm/4000rpm;燃料消耗量:0.552升/(25kw/2500rpm);燃料利用效率:42%（2500rpm40%負荷區）-價值：替代超級昂貴的燃料電池、減少對動力電池依賴、氫氣燃燒排出的是水通過稀薄燃燒技術NOx無需尾氣處理也能達到國六B提供新能源電動船舶端到端的電力解甲醇/液氨燃料通過化學方法釋放氫能決方案-成分：甲醇制氫技術應用，實現船用甲醇發甲醇制氫(氫氣74%/CO224%/CO<2%)、動機清潔燃燒，達到四階段排放液氨制氫(氫氣75%/N225%)船用燃氫發電機組與電池、驅動電機-價值：三者完美組合，氫氣以常溫、常壓的形式保存，替代高壓提供5000噸級內各類載入及貨運船舶儲氫罐，降低成本的電動化方案；釋放氫氣過程所需能量來自于發動機排放-船用燃料遠程監控系統，對綠色燃尾氣的廢熱，提高燃料熱效率料來源及使用實現全方位監控；交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化氫內燃機--有望率先在重卡迎來突破，船舶、風電光伏制氫儲能調峰電站領域潛力大蘭炭氣、焦爐氣內燃機發電全國每年蘭炭氣500億標方（其低熱值相當于100億標方天然氣），每年焦爐氣2000蘭炭氣、焦爐氣內燃機發電全國每年蘭炭氣500億標方（其低熱值相當于100億標方天然氣），每年焦爐氣2000億標方（其低熱值相當于800億標方天然氣），蘭炭氣、焦爐氣可以用作富氫內燃機發電機組燃料，比鍋爐+燃氣輪機發電系統的效率更高、投資回報期更短Tips：由清華大學、河柴重工、北京氫潔能源科技有限公司共同研發的全球首臺1500千瓦富氫燃料（蘭炭氣）內燃機發電機組2020年已成功投入商業運行電光伏制氫儲能調峰電站風電、光伏等可再生能源的發展是大勢所趨，但由于風能光伏不連續、不穩定，大規模并網后對電網調峰等造成不利影響，需配合儲能。據國際能源機構（IEA）預計，到2050年全球儲能市場規模達數萬億美元，我國儲能市場也將有數萬億人民幣的市場需求，而能滿足大規模、長周期儲能的就只有氫儲；氫儲能的基本原理，就是利用富余的、非高峰的或低質量的電力制氫，將電能轉化為氫能儲存起來，同時副產品高純氧的價值也較大；在電力輸出不足時利用氫內燃機發電機組、氫燃氣輪機轉化為電能輸送上網。我國大部分城市峰谷用電負荷相差過大，如上海夏季高峰時用電負荷可達3200萬千瓦，而谷時不到2000萬千瓦，谷電時段通過電解水制氫儲能，提高可再生能源消納和輸電通道利用率。峰電時段由于氫燃料電池發電成本較高，可采用氫燃機交通領域—燃料電池與內燃機路徑并行，共同助力低碳化氫內燃機--迎來商業化窗口期，關注性能、燃燒、NOx排放、氫脆環節的技術開發--主要結論：隨著上海、吉林等已將天然氣摻氫燃料（HCNG）內燃機、氫內燃機列入雙碳行動解決方案布局，我們認為需要重點關注以下環節的技術開發：燒效率NOx排放：致力于實現全工況低NOx排放運行，最終實現零NOx險，需提高關鍵部件的抗氫脆性能--核心部件的設計重點：噴氫器、曲軸箱通風、氫氣發動機專用后處理系統、高效增壓系統、專用潤滑油等；此外由于氫氣燃燒速度塊，燃燒爆壓較高，發動機機械負荷大，強度設計是開發重點之一

4000350030002500200015000

500

850

-我國NOx排放量（萬噸23001900

3000

螺桿式壓縮機結構與拆裝350080年代 1990 2005 2008 2020E 2030E工業領域—能源載體、低碳原料是氫能在工業領域的核心用途工業領域—能源載體、低碳原料是氫能在工業領域的核心用途氫氣的利用由來已久，主要作為生產原料應用于工業領域氫能（綠氫）與電力（綠電）均為二次能源，是雙碳目標戰略下的必然選擇。氫氣的利用由來已久，最早主要作為生產原料應用于工業領域。綠能來自于綠電，從能源效率角度看優先使用電力，電力解決不了的再制氫，能源載體、低碳原料是氫能工業領域的核心用途氫能在能源轉型中的角色氫氣可作為二次能源氫氣本身是一種高能源密度的二次能源(氫氣可作為二次能源氫氣本身是一種高能源密度的二次能源(單位質量)，同時也具有較強的電化學活性、可通過燃料電池進行發電。因此氫氣可應用于燃料電池汽車從而替代傳統燃油汽車，節約石油消費;也可以用于家用熱電聯產，減少電力和熱力需求;還可以直接將氫氣摻入到天然氣管網直接燃燒氫氣可作為能源載體通過電解水制氫技術及氫氣與其他能源品提供長時間儲能、優化區域物質流和能量流，進而建立多能互補的能源發展新模式。比如，在區域電力冗余時可通過電解水制;在電力和熱力供應不足時，氫氣可以通過電化學反應發電、熱電聯供、直接燃燒等方式來實現電網和熱網供需平衡氫氣可作為工業原料氫能將實現工業部門的深度脫碳，主要原鐵是氫能革新型工藝的典型代表，該節省了焦炭的使用、減少了因原料帶來進而實現深度脫碳工業領域目前仍以灰氫使用為主，存量項目進行綠氫置換成為發展趨勢我國的氫源結構目前仍是以煤為主，來自煤制氫的氫氣占比約62%、天然氣制氫占19%，電解水制氫僅占1%，工業副產占18%。就消費情況看，目前的氫能基本全部用于工業領域，其中，生產合成氨用氫占比為37%、甲醇用氫占比為19%、煉油用氫占比為10%、直接燃燒占比為15%、其他領域占比為19%；在氫冶金、合成燃料、工業燃料等的帶動下，2060年工業部門氫需求量將到7,794萬噸，接近交通領域的兩倍新建工業項目配綠氫、存量項目進行綠氫置換逐漸成為發展趨勢，基于需求側產業的發展和產業鏈的完善，從灰氫逐步過渡到綠氫是較好的方式，優先使用副產氫，實現資源綜合利用2020我國氫氣主要來源占比 2020我國氫氣主要消費途徑占比1%18%

19%

37%19%

62%

15%10%19%煤制氫 天然氣制工業副產氫電解水制

生產合成氨用氫甲醇用氫煉油用氫直接燃燒其他工業領域—氫能作為能源載體及化工原料，助力工業減排工業領域—氫能作為能源載體及化工原料，助力工業減排政策支持綠氫綠電與工業耦合，助力建筑、化工、鋼鐵等多領域深度脫碳我國西部風光資源豐富，發展綠氫具有天然優勢，東北地區西部和東北部、華北北部、內蒙古中東部、西北地區西北部等地區高空70米風力發電機常用安裝高度的風能資源較好，而西藏大部、內蒙古西部、青海西北部等地的局部地區年水平面總輻照量超過1750kWh/m，太陽能資源最豐富工業領域—氫能作為能源載體及化工原料，助力工業減排氫冶金技術是鋼鐵行業實現碳中和目標的革命性技術工業領域—氫能作為能源載體及化工原料，助力工業減排氫冶金技術是鋼鐵行業實現碳中和目標的革命性技術我國是全球最大的鋼鐵生產國和消費國，產量占據全球半數以上份額。鋼鐵行業是能源消耗與碳排放的重點領域，我國鋼鐵行業以煤為主要燃料的高爐轉爐長流程工藝為主，能源結構高碳化，碳排放量占全國碳排放量的15%，是制造業31個門類中碳排放量最大的行業；氫冶金技術恰恰是鋼鐵行業實現碳中和目標的革命性技術，綠氫在鐵還原環節對煤、焦進行規?；娲梢詫崿F鋼鐵行業的深度脫碳目標20300.21-0.29191-259來自8%0.96-1.12852-980166814萬噸來自于綠氫

2030年碳價將達到200-250元/噸CO?0.15元/kWh，電解4.5kWh/KgH?元/KgH?，H?價格元/t（對應電力價格元/kWh）萬噸12001000

氫（來源于焦爐煤氣） 綠

1256（0.176）1256（0.176）1185（0.166）1115（0.156）1045（0.146）975（0.136）904（0.126）350300250200150100價格元/t02025

2030

2040

2050

藍色代表氫冶金具有成本優勢，白色表示傳統煉鋼具有成本優勢工業領域—氫能作為能源載體及化工原料，助力工業減排工業領域—氫能作為能源載體及化工原料，助力工業減排氫冶金技術是鋼鐵行業實現碳中和目標的革命性技術氫冶金減碳技術路線主要分為兩種：富氫還原高爐和氫氣氣基豎爐直接還原煉鐵，其中富氫還原高爐技術碳減排可達10%左右，氫氣豎爐氣基直接還原煉鐵減排潛力達到50%-95%；氣基豎爐直接還原更適用于發展氫冶金，全氫豎爐或富氫豎爐氫冶金工藝值得重點關注，含氫的豎爐爐頂煤氣通過凈化和循環可實現氫氣高效利用（豎爐爐頂煤氣無N2等雜質成分摻雜，氣體捕集分離難度和循環利用成本遠低于高爐）富氫還原高爐技術富氫還原高爐技術和CH4，CH4H2和CO，H2（標態）100～120m323%～30%，從而2020年9月30日投運，10月1日月17日進行了復合噴吹生產試驗。天然氣噴吹量（標態）達到60~65m3/t，固體燃料比由492kg/t下降至440kg/t，降低10%左右。富氧率5.8%，CO利用率保持49%，H2利用率43%氣氫直接還原技術用氣體燃料為能源和還原劑，在天然礦石（粉）或人造團塊呈固態的軟化溫度以下進行還原獲得金屬的方法。該方法具有容積利用率高、熱效率高、生產率高等優點而成為非焦煤冶金工藝的主流技術，并可制得高純度的海綿鐵2020年月23日簽訂合同，建設高科技的氫能源開發和利用工程，包括一座年產60ENERGIRON這將是全球首座使用富氫氣體的直接還原鐵工業化生產廠山西中晉科技集團于2020年12月20試車，標志著氫基直接還原鐵項目（CSDRI）工藝正式開始工業應用階段，CSDRI工藝如圖2所示。CSDRI工藝突破了焦爐煤氣改質的關鍵技術，包括氣體轉化和凈化技術，特別是低壓深度脫硫凈化技術水泥行業占全行業碳排放13%，合規降碳需求剛性市場規?；烤薮螅咝詸C會凸顯水泥行業占全行業碳排放總量13%，約為13億噸

場規模1000億

水泥廠改造窗口期3-5年

規模以上水泥生產線2000條

每生產線降碳技術改造費用摻燒系統2500萬CCUS系統2500萬水泥廠合規降碳需求剛性，標準生產線端改造復制性強的特點凸顯碳中和趨勢下，水泥廠碳排放壓力首當其沖，付費意愿極強 水泥行業開工率保持在行業利潤率極高，高達目前技術改造方案為氫氨技術改造適用性：工業鍋爐改裝市場晚于70%+，產能嚴重過剩，20%，水泥行業有充