氢能系列专题二：储运：承上启下，氢能规模化应用的关键环节

/ 电气设备行业专题研究 氢能系列专题二：储运：承上启下，氢能规模化应用的关键环节 / 2023年11月13日 【投资要点】 氢储运是氢能产业链的中间环节，是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁。氢气在常温常压状态下密度极低、单位体积储能密度低、易燃易爆等特性导致氢能的安全高效输送和储存难度较大。根据国际氢能网的数据，氢能储运环节的成本占氢气总成本的30-40%，因此，发展安全、高效、低成本的储运技术是氢能大规模商业化发展的前提。 目前氢储运方式按照物理形态可以分为三种：高压气态、液态和固态。其中，高压气态储氢已进入商业应用阶段，对应的运输方式是长管拖车和管网运输，目前长管拖车最为成熟，但其成本随距离的增加显著，距离超过300km时，不具备经济性；长期来看，管网运输是最经济的方式。低温液态储氢目前主要用在航空航天领域，民用化尚未开始，有机液态储氢、固体材料储氢相对处于技术开发的早期阶段。 氢储运环节中，关键设备或材料的国产化降本趋势明确。气瓶：气态储运的必须设备，国外Ⅳ型瓶应用已经较为成熟，国内则多为III型瓶，受限于碳纤维的材料性能和缠绕加工等技术限制，目前国内Ⅳ型瓶还未完全实现商业化，但已经有国内企业陆续实现突破。压缩机：多个环节的核心设备，向高压、大排量发展。目前加氢站应用最多的是隔膜式压缩机，液驱式压缩机由于在排量上有优势，近两年的关注度在持续上升。压缩机占加氢站成本比例较高，出于成本控制的角度，产业持续推进国产化。阀门：由于氢脆/氢逃逸的问题，氢阀质量要求较高，目前国内氢能阀门企业的批量供应能力整体较弱，尚待国产化突破。 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 东方财富证券研究所 证券分析师：周旭辉 证书编号：S1160521050001 联系人：李京波，郭娜电话：021-23586475 相对指数表现 10.90% 3.08% -4.75% -12.57% -20.39% -28.22%11/131/133/135/137/139/13 电气设备沪深300 相关研究 《4680量产在即，相关设备有望放量》 2023.10.20 《固态电池专题研究：产业链初步成形，产业化稳步推进》 2023.10.16 《IEA发布《全球氢能评论2023》，行业加速发展》 【配置建议】 氢能储运、加注环节产业链发展尚在早期，建议关注布局相关设备、或在相应赛道储备扎实的企业。气瓶环节：Ⅳ型瓶替代趋势明确，建议关注京城股份；管网环节：建议关注积极布局气态管网、紧跟中石化战略的石化机械；加注环节：建议关注加氢站布局领先的国富氢能 （未上市）、厚普股份，压缩机领域储备深厚的开山股份；阀门方面：氢阀领域进展领先的江苏神通，布局氢能全产业链，氢阀进度较快的富瑞特装。 【风险提示】 氢能政策风险； 需求不达预期； 国产化进度不及预期 2023.09.27 《风电海缆专题研究：乘海风发展之势，迎来高速成长期》 2023.09.25 《热扩散标准趋严，细分领域受益》 2023.08.29 《氢能行业专题研究：碱性电解槽：从0到N，谁主沉浮？》 2023.05.22 行业研究 电气设备 证券研究报告 2017 正文目录 1.储运是氢能实现规模化发展的关键环节5 2.储氢环节：高压气态广泛应用，持续探索更高效储氢手段6 2.1.气态储氢：现阶段最成熟，储氢瓶向高质量密度的Ⅳ型过渡6 2.2.液态储氢：低温液态在航天领域应用成熟，液态氢载体尚为早期阶段9 2.2.1.低温液态储氢：航天领域应用较为成熟9 2.2.2.液态氢载体：距离商业应用还较远10 2.3.固态储氢：仍处于实验室阶段12 3.运氢环节：目前以长管拖车为主，长期液氢槽车/管网都将成为有效方式13 3.1.气态运输：目前以长管拖车为主，长期管网运输是趋势14 3.1.1.由于技术难度相对低，长管拖车是目前最常用的运氢方式14 3.1.2.长期来看，管道运氢是最经济有效的方式15 3.2.液态运输：液氢使用槽车和驳船运输17 3.3.固态运输：Mg基储氢材料发展相对成熟18 4.加注环节：设备成本占比较高，国产化是趋势19 4.1.加氢站：国内目前以35MPa为主，设备成本占比较高19 4.2.关键设备：国产化降成本是主流趋势22 4.2.1.压缩机：多个环节的核心设备，向高压、大排量发展22 4.2.2.加氢机：核心设备是加氢枪，正逐步国产化25 4.2.3.阀门：覆盖氢能各个环节，国产化率仍然较低26 5.标的梳理28 5.1.京城股份：拥有Ⅳ型瓶特种设备制造许可证28 5.2.石化机械：油气装备领军企业，入局输氢管道29 5.3.国富氢能（未上市）：专注氢能核心装备，布局“制储输用”多环节30 5.4.厚普股份：天然气加注设备起家，氢能注入新动力31 5.5.开山股份：压缩机老兵，布局氢能打开新空间32 5.6.富瑞特装：专注天然气储运，布局氢能全产业链33 5.7.江苏神通：阀门领先企业，氢阀带来新增长33 6.风险提示34 2017 图表目录 图表1：氢能产业链5 图表2：不同储氢方式优劣势及产业应用情况对比6 图表3：四种类型储氢瓶性能参数的对比7 图表4：国内企业Ⅳ型瓶布局情况7 图表5：35MPⅣ型储氢瓶成本及结构（约＄2900）8 图表6：70MPⅣ型储氢瓶成本及结构（约＄3500）8 图表7：2011-2022年中国碳纤维进口及国产供应量变化8 图表8：节流氢液化循环（林德液化循环）9 图表9：液氮预冷带膨胀机的氢液化循环（克劳德液化循环）9 图表10：球型液氢储罐10 图表11：常见液态氢载体10 图表12：有机物储氢方案示意11 图表13：“氨-氢”能源循环路线12 图表14：三种输氢方式价格与距离变化关系13 图表15：氢储运工具及适用场景13 图表16：氢气管束运输半挂车14 图表17：长管拖车运氢不同运输距离下的成本15 图表18：国内外部分纯氢管道参数15 图表19：全国氢气及掺氢管道分布情况（截止2022.05）17 图表20：液氢槽车17 图表21：镁基固态储氢车18 图表22：按照不同分类方式区分的加氢站类别19 图表23：2016-2022年全球运营加氢站数量（座）19 图表24：2022年底全球运营加氢站分布情况19 图表25：2017-2023H1国内加氢站数量（座）20 图表26：截至2022年各省份加氢站累计建成数量TOP1020 图表27：国内在营加氢站加注压力分布（截止2020年）20 图表28：国内在营加氢站日加注能力分布（截止2020年）20 图表29：氢气长管拖车供氢加氢站工艺及设备示意21 图表30：液氢槽车供氢加氢站工艺及设备示意21 图表31：35MPa&1000kg/d加氢站成本结构21 图表32：top5加氢站集成商占据70%以上市场份额22 图表33：主要加氢站集成商布局领域22 图表34：压缩机在氢能产业链的多元应用场景23 图表35：加氢站用压缩机原理及其优劣对比23 图表36：2022年我国不同技术路线加氢站压缩机渗透率24 图表37：中国加氢站用压缩机国产/进口市占比24 图表38：45MPa加氢站用隔膜压缩机品牌市占率24 图表39：国内布局氢能压缩机的企业25 图表40：加氢设备市场竞争格局25 图表41：氢能相关阀件产品示意图26 图表42：中国氢能阀门分领域国产化率现状（2022.03）27 图表43：国内布局氢能阀门的企业27 图表44：京城股份2018-2023Q1-3营收情况28 图表45：京城股份2023H1各板块营收占比28 图表46：天海工业Ⅳ型瓶示意图29 图表47：石化机械2018-2023Q1-3营收情况29 图表48：石化机械2023H1各板块营收占比29 2017 图表49：国富氢能侧挂物流车供氢系统30 图表50：国富氢能2019-2021营收情况30 图表51：国富氢能2021各板块营收占比30 图表52：厚普股份2018-2023Q1-3营收情况31 图表53：厚普股份2021各板块营收占比31 图表54：厚普股份氢能加注相关产品31 图表55：开山股份2018-2023Q1-3营收情况32 图表56：开山股份2021各板块营收占比32 图表57：开山股份高压往复压缩机32 图表58：富瑞特装2018-2023Q1-3营收情况33 图表59：富瑞特装2023H1各板块营收占比33 图表60：江苏神通2018-2023Q1-3营收情况34 图表61：江苏神通2023H1各板块营收占比34 图表62：行业重点关注公司34 2017 1.储运是氢能实现规模化发展的关键环节 氢储运是氢能产业链的中间环节，氢的存储运输是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁。氢能产业链主要包括上游制氢、中游储氢运氢、加氢站，以及下游多元化的应用场景。由于氢气在常温常压状态下密度极低（仅为空气的1/14）、单位体积储能密度低、易燃易爆等，其特性导致氢能的安全高效输送和储存难度较大。 同时，根据国际氢能网的数据，氢能储运环节的成本占氢气总成本的30-40%，因此，发展安全、高效、低成本的储运技术是氢能大规模商业化发展的前提。 图表1：氢能产业链 资料来源：毕马威《一文读懂氢能产业》，中国电动汽车百人会《中国氢能产业发展报告2020》，中国氢能联盟《中国氢能及燃料电池产业手册2020 年版》，东方财富证券研究所 2.储氢环节：高压气态广泛应用，持续探索更高效储氢手段 通常情况下，氢气以气态形式存在。目前氢气的储运方式按照物理形态可以大致分为三种：高压气态、液态和固态。其中，高压气态储氢、低温液态储氢已进入商业应用阶段，而有机液态储氢、固体材料储氢相对处于技术开发的早期阶段。 图表2：不同储氢方式优劣势及产业应用情况对比 储氢方法 核心技术 优点 缺点 技术成熟度 气态储存 高压压缩 成本较低常温操作储氢能耗低充放氢速度快 储氢密度小储存容器体积大 存在氢气泄漏和容器爆破风险 技术成熟，当前应用最广泛 低温液态储存 低温绝热 能量密度大体积密度大加注时间短 成本较高制冷能耗大绝热要求高 技术成熟，主要在航空等领域应用 有机液态储存 有机储氢介质 储氢密度大稳定性好安全性好运输便利储氢介质可多次循环使用 成本较高脱氢温度高能耗大 氢气纯度不高，有几率产生杂质气体 已无主要技术障碍 固态储存 物理或化学吸附储氢 安全性好 储氢密度大 氢纯度高，可提纯氢气 运输便利 可快速充放氢 成本高 储放氢存在约束，热交换较困难，放氢需在较高温度下进行 尚在技术提升阶段，已在分布式发电、风电制氢、规模储氢中得到示范应用 2017 资料来源：毕马威《一文读懂氢能产业》，东方财富证券研究所 2.1.气态储氢：现阶段最成熟，储氢瓶向高质量密度的Ⅳ型过渡 高压气态储氢指的是，将氢气加压，以高压气体的形式压缩在储氢瓶中储存，常温下就可以对氢气进行压缩；高压气态储运方式的优点在于：常温操作、储氢能耗低、充放氢速度快等。缺点在于：储氢密度小、储存容器体积大、存在氢气泄漏和容器爆破风险。 依据使用材料和工艺不同，将现有的储氢瓶分为Ⅰ-Ⅳ型。储氢瓶通常由钢、铝、碳/玻璃纤维、高分子材料等制成；根据材料和缠绕结构，储氢瓶可以分为Ⅰ-Ⅳ种型号。 Ⅰ型瓶：由纯钢材料制成的压力容器；由于氢气的分子渗透作用，钢制气瓶很容易被氢气腐蚀出现氢脆现象，导致气瓶在高压下失效，出现爆裂等风险。同时由于钢瓶质量较大，储氢密度低，质量储氢密度在1%～1.5%左右。一般用 作固定式的氢气储存场景，例如加氢站等。 Ⅱ～Ⅳ型瓶均为纤维复合材料缠绕气瓶。 Ⅱ型瓶：内胆为钢制，瓶体环向部分缠绕纤维树脂复合材料；工作压力有所增强可达26～30MPa。但由于其缠绕的内胆仍然是钢制内胆，并没有减轻气瓶质量，质量储氢密度和Ⅰ型瓶相当，应用场景受限。 Ⅲ型瓶：内胆为铝合金，瓶体全向缠绕碳纤维复合材料；Ⅳ型瓶：内胆为聚合物，瓶体全向缠绕碳纤维复合材