中国氢气循环系统行业报告

2023年中国氢气循环系统行业词条报告 作者：李卿云 行业：头豹分类/能源、采矿业/能源设备与服务/能源设备与服务港股分类法/能源关键词:氢能源、燃料电池系统、氢气循环泵、引射器、氢气循环系统 摘要：氢气循环系统作为燃料电池系统的关键部件之一，主要功能是将燃料电池电堆内未反应的氢气循环再次利用，借此改善电堆内氢气的流量与压力分布的均匀性，避免发生局部缺氢的情况，并具有辅助排水或加湿的功能，降低氢气吹扫排放量。当前中国的氢气循环系统以氢气循环泵为主流，氢气引射器应用占比正逐年提升。2020年以前，中国氢气循环系统市场主要被以德国普旭为代表的国际企业垄断，2020年以后逐步实现了国产化替代，并诞生了一批重视研发、技术领先的新兴能源科技企业。氢气循环系统产业链的价值集中于中游的氢气循环部件与下游的燃料电池系统，这些领域也是诞生科创板企业的沃土。氢气循环系统市场规模增长迅速，2021年市场规模约1.6亿元，同比上年增长256%。氢气循环部件技术壁垒较高，行业呈头部集中现象，目前的行业参与者可主要分为传统的制冰设备、压缩机、电 机、汽车供气系统、配电设备等专用设备制造商与新兴能源科技企业，前者依托机械制造技术经验转型燃料电池关键部件生产，或通过持股新兴能源科技企业进入氢能赛道，后者借势政策东风与氢气循环系统国产化热潮快速占据市场份额，其中东德实业生产制造的氢气循环部件2020、2021年市占率均居行业首位。 氢气循环系统行业定义 1. 氢气循环系统作为燃料电池系统的关键部件之一，主要功能是将燃料电池电堆内未反应的氢气循环再次利用，借此改善电堆内氢气的流量与压力分布的均匀性，避免发生局部缺氢的情况，并具有辅助排水或加湿的功能，降低氢气吹扫排放量。氢气循环系统的存在目的是提高氢气利用率，确保系统安全。为了提升燃料电池反应效率，减少加速反应时间，燃料电池的氢气供给量通常大于氢气的理论消耗量，如果不使氢气循环，而将过量供应的氢气直接随尾气排放，会造成能源浪费，同时，大量未反应的氢气直接排放至大气中，将造成极大的高浓度排氢隐患。 氢气循环系统行业分类 2. 目前中国的氢气循环系统主要采用氢气循环泵与氢气引射器两大部件，其中氢气循环泵是应用的主流。近年来随着燃料电池系统朝大功率方向不断发展，能够满足大功率系统高流量段流量的氢气循环泵资源稀缺，氢气引射器在下游应用中的占比逐年提升，头部燃料电池厂商大多选择氢气循环泵+氢气引射器的系统方案。 类型名称 类型说明 氢气循环泵 氢气循环泵通过连接燃料电池电堆氢气端的入口与出口，在电堆内部建立起较为稳定的氢气流量。目前氢气循环泵中应用最多的产品结构是爪式真空泵，该真空泵的两个爪形转子在缸体内以彼此相反的方向旋转，气体被爪型转子吸入后压缩并排放。氢气循环泵具有主动可调节、快速响应和较宽的工作区间等优势，其主要缺点在于循环泵的使用会产生额外的能耗、噪音、振动等问题，并且增加系统重量和体积，不利于进行燃料电池发动机的布置和结构紧凑性设计。 氢气引射器 氢气引射器利用高速喷射工作流体造成的压差将喷出的气体不断吸入并且再次喷出，实现对氢气的循环再利用。引射器的优势主要在于节省能耗、体积仅为循环泵的1/3、成本仅为循环泵的1/2。相较于氢气循环泵，引射器无移动部件，结构简单，运行可靠，而且无寄生功率，但在低功率负载情况下引射效果不佳。2021年，引射器制造企业解决了技术难题，达成了全功率覆盖，并有部分企业已完成引射器技术的检测与验证，开始应用于市场。未来，氢气循环系统的发展将以高紧凑、低能耗、无污染为目标，因此包含引射器的氢气循环系统将成为未来发展方向。 氢气循环系统行业特征 3. 当前中国的氢气循环系统以氢气循环泵为主流，氢气引射器应用占比正逐年提升。氢气循环系统近年来国产化进程加快，市场规模进入高速增长期，2021年市场规模同比上年增长256%。氢气循环系统对产品的密封性、耐水腐蚀性、流量、压力输出与润滑方式设计要求较高，技术护城河较深，行业呈现头部集中现象，2021年市场占比Top5企业CR5高达98.5%。 以氢气循环泵为主流，引射器应用占比逐年提升 当前中国的氢气循环系统以氢气循环泵为主流，氢气引射器应用占比正逐年提升。 2020年引射器的应用量约占氢气循环系统出货量的11%，2021年引射器的应用占比上升至38%，主要原因是引射器制造企业攻克了技术难题，达成了全功率覆盖，并有部分企业完成了引射器技术的检测与验证，开始推向市场，未来包含引射器的氢气循环系统将成为燃料电池关键部件的重要发展方向。 市场规模增长迅速 中国氢气循环系统市场规模增长迅速。 2020年氢气循环系统市场规模在0.4亿元左右，2021年市场规模迅速扩张至1.6亿元，同比上年增长256%。龙头企业东德实业的氢气循环泵销量在2021年迎来业绩爆发，同比2020年翻了4倍以上，浙江宏昇的氢气循环系统出货量也在2020年的基础上增长了50%以上。 行业集中度高 从行业集中度看，氢气循环系统行业呈现头部集中现象，但整体而言，市场参与的企业数量不断提升。 2021年Top5企业市场规模集中度CR5为98.5%，较上年下降1.5%；而Top3企业市场集中度CR3为93.0%，较上年上升1.3%。 国产化程度高 中国氢气循环系统国产化程度高。 2020年以前，中国氢气循环系统严重依赖进口，德国普旭生产的氢气循环泵占据市场份额90%以上，单价超过5万元/台。2020年以后，中国氢气循环系统市场逐步实现国产替代，国产氢气循环泵技术达到国际领先水平，且价格显著低于进口产品，价格降至1-2万元/台，普旭基本退出中国市场。2021年，中国氢气循环系统国内企业出货量占比91.7%，其余为国外厂商出货。 氢气循环系统发展历程 技术壁垒高 氢气循环系统对产品技术要求较高。 由于氢气是世界上密度最小、质量最轻的物质，应用需考虑密封问题，且氢气经过氧化还原反应后会带有少量水或水蒸气，氢气循环系统对密封性与耐水腐蚀性的要求极高。燃料电池电堆反应过程中的氢气与氧气压力均大幅高于标准大气压，且输出功率持续升级，对氢气循环系统提出了大流量、高流速的要求，增加了设计与研发难度。为防止润滑油使催化剂发生中毒现象，燃料电池电堆采用无油润滑，氢气循环系统在设计时需重点考虑润滑方式与使用环境，以延长使用寿命。 4. 中国氢气循环系统行业迄今经历三个阶段：在2001-2016年的萌芽期，中国燃料电池汽车经历约15年的技术积累，逐步进入商业应用推广阶段，为氢气循环系统提供广阔的下游市场。在2017-2019年的启动期，政策鼓励外商投资氢气循环泵制造业，引进先进技术，中国氢气循环系统市场主要被国际企业垄断，国内企业开始着力研发氢气循环泵并推出量产产品，但缺少大流量的氢气再循环泵及其驱动电机。在2020年至今的高速发展期，中国氢气循环系统市场逐步实现国产化替代，国产氢气循环泵技术达到国际领先水平，氢气引射器实现技术突破，完成全功率覆盖，满足燃料电池汽车高功率化发展需求。 开始时间：2001结束时间：2016阶段：萌芽期 行业动态：2001年中国“电动汽车”重大科技专项开始启动，确立了以纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为“三纵”和电池、电机、电控为“三横”的“三纵三 横”研发布局，燃料电池汽车技术作为“三纵”之一得到重点研发部署，并在“十一五”“十二五”“十三五”期间持续进行科技攻关，对燃料电池汽车用电堆、双极板、炭纸、催化剂、膜电极、空气压缩机、储氢瓶等关键技术均进行了研发部署。2015年《中国制造2025》指出继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展，形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系。2016年，“促进中国燃料电池汽车商业化发展”项目正式启动，在北京、上海、郑州、佛山、盐城等城市开展燃料电池汽车百辆级商业化示范运行活动。 行业影响/ 阶段特征：中国燃料电池汽车应用以依托重大活动开展短期示范运行为主，经历约15年的技术积累，通过国家项目引导、校企联合开发、重大活动试运营，企业完成燃料电池汽车技术探索和优化，达到量产、投放市场的标准，行业逐步进入商业应用推广阶段，为氢气循环系统提供广阔的下游市场。 开始时间：2017结束时间：2019阶段：启动期 行业动态：2017年，《外商投资产业指导目录（2017年修订）》将“燃料电池低铂催化剂、复合膜、膜电极、增湿器控制阀、空压机、氢气循环泵、70MPa氢瓶”等新能源汽车关键零部件制造列入鼓励外商投资产业目录，引进外资与先进技术推动氢气循环部件制造业发展。同年，具备电机电控、泵和压缩机类设计及制造能力的瑞驱科技开始与上汽前瞻事业部联合开发氢气循环泵，2019年推出第一款量产产品WTX02，至2019年底出货数百台。此时中国国内市场主要被国际企业垄断，德国普旭占据90%左右的市场份额，采用爪式氢气循环泵。 行业影响/ 阶段特征：政策鼓励外商投资氢气循环泵制造业，引进先进技术，中国氢气循环系统90%左右的市场份额为国际企业占据，氢气循环部件价格昂贵，且交货周期与产品质量难以保证。国内企业开始着力研发氢气循环泵，推出量产产品，抢占国内市场。 开始时间：2020阶段：高速发展期 行业动态：2020年，《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励。2021年， 《燃料电池汽车示范城市群考核评价规则》将氢气循环系统列入燃料电池系统八大关键核心技术，并作为示范城市群考核评价指标。在政策加速驱动下，2020年以后的中国氢气循环系统市场逐步实现国产替代，衍生出氢气循环泵、氢气引射器两类差异化产品，国产氢气循环泵技术达到国际领先水平，且价格显著低于进口产品，价格降至1-2万元/台，普旭基本退出中国市场。2021年，引射器制造企业解决技术难题，达成全功率覆盖，部分企业完成引射器技术的检测与验证，开始应用于市场。 行业影响/ 阶段特征：中国氢气循环系统市场实现国产化替代，2021年国内企业出货量占据市场份额高达91.7%，其余为国外厂商出货。氢气循环系统衍生出氢气循环泵、氢气引射器两类差异化产品，国产氢气循环泵技术取得国际领先地位，氢气引射器实现技术突破，完成全功率覆盖，满足燃料电池汽车高功率化发展需求。 氢气循环系统产业链分析 5. 氢气循环系统产业链的价值主要集中于中游的氢气循环部件与下游的燃料电池系统，这些领域也是诞生科创板企业的沃土。上游为钢铁原材料，供给稳定，价格变动幅度较低，对中游产业影响较小，且面向新能源汽车细分市场的定制化钢材产品需求前景持续向好。中游为氢气循环部件，主要分为氢气循环泵与氢气引射器两类产品，目前正值高速发展期，产品更新迭代快，市场规模增长大，技术护城河较深，行业呈现头部集中现象，2021年市场占比Top5企业CR5高达98.5%。下游为燃料电池系统，由燃料电池电堆与一整套附属装置构成，处于商业化初期，行业技术壁垒较高且增长空间巨大，在资本市场受关注度高。 上游环节 上游分析 上游参与方 钢铁原材料 氢气循环系统作为燃料电池汽车关键零部件，上游主要为钢铁原材料行业。例如丰田自 首钢股份公司迁安钢铁公司、中国宝武钢 动织机为丰田Mirai开发的两叶罗茨式氢气循环泵，电机所用磁体采用不会发生氢脆现象 铁集团有限公司、湖南华菱钢铁股份有限 的铁氧体磁铁，循环泵转子和壳体则由不锈钢材料制成，其中外壳使用整体切割工艺以 公司 保证高气密性。从供需关系看，近年来中国钢铁原材料整体供给较为稳定，在宏观调控下价格变动幅度较低，对氢气循环系统影响较小。国家统计局数据显示，2022年1-9月全国生铁、粗钢产量分别为65,610.4万吨、78,083.3万吨，分别同比下降2.5%、3.4%。据中国钢铁工业协会监测，2022年9月末中国钢材综合价格指数为112.76点，环比下降1.61点，降幅为1.4%。随着中国“制造强国”战略目标不断落实，面向新能源汽车、新材料等细分市场的高品质、高