前言
全球变暖已对世界各国构成巨大挑战！现如今，全球平均气温相比人类大规模燃煤之前大约高1摄氏度。全球变暖对世界各国产生的影响已逐渐显现，如冰川融化导致海平面的上升，极端气候环境变得更加剧烈且频繁，高温、火灾和干旱导致的粮食生产愈发困难等。气候专家预测，到本世纪末全球气温将比人类大规模燃煤之前高2-4摄氏度，届时全球的生产环境愈加艰难，将严重威胁人类生存。
全球政府在气候变化的合作层面，从1992年联合国环境与发展大会制定第一个国际环境公约，1997年联合国气候变化大会通过《京都议定书》，2015年联合国气候变化大会达成《巴黎协定》。《巴黎协定》的长期目标是将全球气温上升幅度控制在2摄氏度以内，实现本世纪中段的净零排放（“净零排放”是指温室气体排放量与温室气体清除量达到平衡）目标。
中国政府在应对气候变化方面，2020年9月22日第七十五届联合国大会一般性辩论上，国家主席习近平向全世界郑重宣布——中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。这是中国应对气候变化的重要一步，必将对全球气候治理产生变革性影响。
基于以上承诺，中央层面于2020年9月出台氢能产业支持政策，将对氢能示范城市实施“以奖代补”政策。于2021年2月国务院印发《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，2022年3月国家发改委发布了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035)》，进一步明确国内氢能发展的方向。随着氢能产业发展中长期规划的发布，氢能上升到国家能源战略地位，众多大型能源企业及上市公司加快布局氢能全产业链。
截至2022年底，我国共建成加氢站358座（在营245座），国内超过12000辆燃料电池汽车在示范运行，未来随着政策及相关基础配套设施的逐渐落地，燃料电池汽车市场将逐渐由政府扶持走向完全市场化，行业将迎来发展黄金期。预计2020年至2025年间，中国氢能产业产值将达1万亿元，2026年至2035年产值达到5万亿元。
01
氢能行业介绍
氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效且下游应用广泛的理想能源，凭借其高能量密度及最终化合产物来说是推动传统化石能源变革及支撑可再生能源大规模发展的不二选择。
但考虑到化石能源制氢、副产氢的产量相对较低且碳排放成本较高，在短期内难以有效地带动氢能消费侧的规模化发展，所以在执行“碳中和”政策、实现碳减排目标的同时，也要做好培育氢能上下游产业链发展工作。
02
氢能短期发展方向
根据中国产业发展促进会氢能分会副秘书长陈学谦介绍，“2021年我国的碳排放占据了全球的三分之一，为119亿吨，其中有56%是来自于商用车。”因此，商用车是当前汽车产业碳减排的重点和难点。根据新华网《汽车污染减排计划 助力“绿色中国建设”》文中报道，“对汽车的碳排放测算中，商用车的碳排放占据了全部车辆碳排放的65%左右，其中重型货车碳排放更是占比达到了83.5%。”，大约5%的商用车碳排放占比超过50%，推动商用车电动化，尤其是中重型车是当前汽车产业碳减排的关键。
商用车当前减碳有两个主要路径：一是纯电动化，一是燃料电池化。鉴于商用车重载、长航时运输且全疆域运行的特殊需求，与氢燃料电池的加注时间短、续航里程长、不受低温影响的优势无比契合，所以氢燃料电池汽车的商业化是短期内比较现实的发展方向，既能降低碳排放又能满足氢能上下游产业链的培育需求。预计到2025年，我国燃料电池汽车保有量约5-10万辆，2035年约100万辆。根据中国氢能联盟预计，2060年碳中和目标下预计将增加至1100万辆，其中中重型燃料电池商用车750万辆，在2060年全部中重型商用车中占比接近65%；乘用车领域，2060年燃料电池乘用车约165万辆，占比约15%。
03
氢能产业链发展现状
如下图所示，氢能产业链很长，分为上游、中游和下游，涉及新能源、新材料、新工艺、新技术、新制造。
图片来源：公开资料
（一）氢能产业链上游氢能产业链的上游主要是制氢、储氢、运氢及加氢这四大环节。未来随着资本的加持，氢的制、储、运、加等环节的技术难点将逐渐突破，以实现中国特色的绿色、经济、高效、便捷的氢能产业化目标。1、制氢：化石能源制氢为目前主流，电解水制氢最具潜力；2、储氢：高压气储氢为主流，但先进储氢技术待突破；3、运氢：与储氢方式紧密相关，气态储运、液氢储运、有机氢载体储运和固态储运等不同运气方式适宜不同应用场景；4、加氢：加氢站为重要基础设施，到2025年我国加氢站的建设目标下限为1000座，2020-2025年的CAGR超50%。
（二）氢能产业链中游氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散经过质子膜分交换为2H+与电解质O2发生反应后生成H2O，放出电子通过外部的负载到达阴极从而产生电流。氢燃料电池总成系统包括电堆及其他辅助系统构成，其中辅助系统包括反应剂供给系统（碱液箱+碱液过滤器+碱液循环泵）、排热系统（换热器+冷却器）、排水系统、电性能控制系统（整流器+变压器）及安全装置（氮气吹扫系统+附属框架+管阀件）等。氢燃料电池具有发电效率高、环境污染少等优点。由于燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制，物理层面的能量转化效率高。燃料电池系统的“燃料-电能”的转换效率一般在45%～60%，高于传统汽车发动机的30%-40%热转换效率。
（三）氢能产业链的下游主要是氢燃料电池行业的具体应用，包括氢燃料电池的汽车、船舶、便携式电池等细分领域，其中氢燃料电池汽车为当前主要突破口。
1、氢燃料电池更像一台发电机，利用氢气和空气的化学反应产生电，能量储存在氢气中，本身不需要充电。可以把它理解成一台汽油发动机，其中油箱是氢气罐，同样有进气和散热系统，气缸内增加了质子膜，只要把氢气和空气同时注入气缸内的质子膜两侧，就会发生电化学反应输出电流，尾气部分只有反应后剩余的空气和水。（1）燃料口：氢气燃料的入口，直接连在氢气储罐上；（2）蓄电池：减速时帮助制动，并将部分机械能转化为电能储存起来，加速时释放储存的电能助力加速；（3）高压氢气储罐：内部充满高压氢气，压力一般为35MPa，少部分车辆可达到70MPa，具体视储氢罐型号定；（4）安全装置：当汽车发生碰撞或者氢气泄露时，切断燃料电池的氢气供给；（5）PEMFC（质子交换膜燃料电池）电堆：氢燃料电池车最核心部件，为发动机供电，保证汽车行进平稳；（6）发动机：汽车的直接动力源；（7）驾驶系统：连接驾驶室，控制车辆运行状态。2、从工作模式上看，燃料电池车主要有燃料电池模式、辅助模式、充电模式和能量回收模式四种，以丰田Mirai及现代NEXO汽车为例，两者的车辆运行模式相较类似。
（1）纯电动模式：当车辆在较低车速时行使或较小功率输出阶段，动力电池提供能量驱动电机，FCS（燃料电池系统）不启动不参与工作；（2）FCS+动力电池驱动模式：当车辆在刚启动或者加速阶段，汽车需要较高车速时或较大功率输出时，FCS与动力电池同时供电，FCS输出电压通过直流升压转换器与动力电池向驱动电机提供能量；（3）FCS+动力电池充电模式：当车辆在平稳阶段匀速行驶时，FCS工作，输出电压通过直流升压转换器给驱动电机提供能量，同时向动力电池充电；（4）纯FCS模式：当车辆在较高车速匀速行驶时，FCS工作，输出电压通过直流升压转换器给驱动电机提供能量，动力电池不工作；（5）再生制动模式：当车辆在下坡或减速时，刹车过程中实现能量回收，将机械能转化为电能通过逆变器的反向续流二极管给动力电池充电；（6）驻车充电模式：当车辆长时间驻车怠速时，动力电池的SOC下降到电脑设定的阀值时，FCS启动工作，输出电压通过直流升压转换器给动力电池充电。
04
重点投资领域——碳纤维及氢瓶阀
通过对氢能产业链的挖掘，综合下游燃料电池车应用的发展，我们认为高压储氢瓶将会快速发展。以当前行业数据，乘用车领域单车配置2-3个高压储氢瓶，商用车领域单车配置6-8个瓶（具体视商用车类型而定），所以随着氢能源汽车的增长，对储氢气瓶的要求也随之增长，而构成氢气瓶主要部件的瓶体材料与氢瓶阀也将出现较大的投资机会。
目前已商业化的高压储氢瓶分为四种，I型、II型、III型及IV型。I型瓶由金属钢组成，而II型瓶采用金属材质为主，但是外层已经缠绕玻璃纤维复合材料；III型、IV型瓶则主要是基于碳纤维增强塑料材料，前者内胆为金属，后者内胆为塑料，外部通过碳纤维增强塑料缠绕加工而成。具体细节如下：
数据来源：公开资料及产业链公司访谈整理
（一）市场规模测算根据高工产研氢能研究所(GGII)相关公开资料，目前市场常用的车载储氢瓶容积规格为140L、165L、210L，剩余为用在乘用车上的65L储氢瓶、配套在4.5T物流车上的260L储氢瓶及用于重卡上的385L车载储氢瓶。1）乘用车常配置单套2~3瓶组65L储氢瓶；2）商用车板块：目前客车常配置单套6~8瓶组，单瓶140L或165L的储氢系统；轻、中卡多配置单套2~4瓶组，单瓶140L、165L或260L的储氢系统；12吨~18吨中、重卡多配置6~8支165L/210L储氢系统；31吨~49吨重卡多配置6~8支210L车载储氢系统。
2021年，国内市场车载储氢瓶价格在1~4万元/支（主要为III型的35MPa和少量70MPa储氢瓶）。目前国内市场70MPa储氢系统管阀件全为进口，单只瓶口阀价格在2~3万元，是35MPa瓶口阀的8~10倍。氢气瓶、碳纤维及氢瓶阀行业市场空间测算如下：
数据来源：GGII、券商研报及氢瓶阀产业公司访谈综合整理
根据测算数据，到2025年高压储氢瓶市场空间约50亿/年规模，其中碳纤维市场约36亿左右，氢瓶阀市场约5亿左右，国家规划到2035年氢燃料电池汽车约100万辆规模，未来市场空间将呈现年化26%左右的复合增长，行业处于高速成长状态。
相关公司介绍
1、高压储氢瓶领域
（1）弗吉亚法国的汽车零部件企业，在汽车座椅、排放控制技术系统、汽车内饰和外饰方面一直处于世界领先地位。2017年5月，弗吉亚宣布与STELIA航天复合材料公司进行复合材料储氢罐的知识产权和工艺技术合作。在STELIA的支持下，2018年4月就在汉诺威工业展览会氢燃料电池展出了其高压储氢系统。2020年2月，弗吉亚宣布获得韩国现代的燃料电池汽车储氢系统重大合同（合计约10000个储氢罐)，未来将装备1600辆现代重型卡车，平均每辆车约6个。2021年2月，弗吉亚宣布收购国内最大的高压氢瓶制造商斯林达(CLD)大部分股权。2021年4月，斯林达生产研发的型号为CHG4-302-63-70T/B1的车载IV型储氢瓶已通过国内所有形式验证，并取得了国内第一张型式试验报告证书。2021年5月，斯林达取得包含车用Ⅳ型储氢瓶的特种设备制造许可证，成为国内第一家获得车用IV型储氢瓶制造许可的工厂。
（2）Hexagon（合斯康）总部位于挪威，是世界领先的IV型储氢瓶和供氢系统的技术及设计提供商，主要为燃料电池汽车和纯电动汽车提供IV型高压储氢瓶、电池组以及车辆集成系统。HexagonIV型储氢瓶技术领先，70MPaIV型瓶已经成熟应用在各种车型上。2021年3月2日，中集安瑞科发布公告宣布与合斯康签署合作协议，双方将共同成立合资公司，以共同开发中国及东南亚快速增长的高压氢气储运的市场，为相关业务提供安全、经济、高效的储运解决方案。
（3）天海工业北京天海工业是北京京城机电股份有限公司的主要企业。天海工业的储氢设备主要有储氢气瓶以及低温储罐，其生产的35MPa高压铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶（Ⅲ型瓶）已应用于氢燃料电池汽车、无人机及燃料电池备用电源领域。2020年5月底，天海工业完成大容积70MPa车用压缩氢气压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶研制工作，并通过GB/T35544-2007《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》标准要求的全部型式验证(含氢循环实验)，取得国标产品证书，这也使天海工业成为国内首家完成氢燃料商用车70MPa大容积Ⅲ型瓶国标取证的企业。
2、碳纤维领域
碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。实验测试显示160kg的碳纤维就可以达到400kg普通钢的强度，而同样情况下需要优质钢320kg，铝合金240kg，镁合金需要200kg，材料减重效果显著。2021年全球碳纤维运行产能共计17.2万吨，同比增长3.57万吨，增加的产能主要来自：吉林化纤集团增长近1.6万吨（含收购江城的产能）；常州新创碳谷新入行，新建产能0.6万吨；卓尔泰克在墨西哥增加的0.3万吨；中复神鹰增加的0.8万吨，宝旌和东邦各增加0.2万吨。
数据来源：券商研报
券商研报及上市公司IPO申报书2021年具有最大运行产能的是日本东丽（含卓尔泰克）共计约5.75万吨，其次吉林化纤1.6万吨、赫氏1.6万吨、东邦帝人1.45万吨、三菱1.43万吨、西格里1.3万吨、中复神鹰1.15万吨、宝旌1.05万吨。未来多家制造商预计扩产共计15.1万吨。
（1）日本东丽(3402.JP)是一家总部位于日本东京的材料公司，其碳纤维业务可以追溯至1971年。目前东丽碳纤维业务的市场份额在碳纤维整体市场及大小丝束分市场均属第一。根据公司数据，2020年东丽小丝束碳纤维业务在整体市场的市占率为17%，大丝束的市占率为25%，整体市占率为42%。
数据来源：券商研报及上市公司IPO申报书
由于各国普遍开始重视氢能源车的推广工作，东丽预计2022年氢能源车生产数将超5万辆，由此将带来储氢罐对碳纤维需求的飞速增长。东丽计划将储氢罐作为优先级最高的战略领域，优先分配开发资源；同时开发抑制氢气渗漏的内衬；加强包括供应链在内的合作伙伴关系。
（2）中复神鹰公司是国内首家率先实现干喷湿纺技术的企业，其碳纤维产品涵盖了高强型、高强中模型、高强高模型等，不管从产品还是技术上已基本实现对行业龙头日本东丽的主要碳纤维产品的对标，产品在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域广泛应用。截至2022年6月，公司产能为1.45万吨/年，产能及产量均处于国内碳纤维生产企业前列，其压力容器板块业务占年营收在10%左右。
数据来源：券商研报及上市公司财报
（3）赫氏是美国最大的碳纤维生产公司，也是美国军工航空碳纤维的主要供应商，赫氏专注于高端领域需求，以航空航天业为核心，不断研发新技术及改进产品性能，扩大公司产品在飞行器各部件上的使用范围。2021年公司商业航空营收6.7亿美元，占比约50%，航天及军工和一般工业占比分别为33%、17%，F-35对公司航天军工板块的收入贡献约为25%。
3、氢瓶阀领域
（1）布赫豪斯德国布赫液压是一家有100年历史世界领先的液压产品供应商，每年为来自世界各地的知名客户生产约超过20万个控制阀，为行走机械和工业液压提供创新的液压驱动和控制技术。
（2）富瑞阀门富瑞阀门是张家港富瑞特种装备股份有限公司（股票代码：300228）控股子公司，专业从事低温深冷介质用各类超低温阀门及氢阀，压力管道元件的设计、制造、销售的高新技术企业。
图片来源：公司官网
公司2016年开始独立自主开发车载供氢系统、加氢机和加氢站等一系列高压氢用阀门，氢阀主要产品有：车用氢气集成瓶阀、加氢口、直通式止回阀、调压阀、过流阀、过滤器、安全阀、针型阀、球阀、比例卸荷阀、加氢枪、站用安全阀、拉断阀、气动球阀、高压手动球阀，其中70Mpa的氢阀主要有加氢口，单向阀，止回阀，减压阀。液氢阀门主要有截止阀、安全阀。
（3）神通新能源神通新能源由航天科技集团技术团队及江苏神通阀门(002438)共同出资成立，专业从事精密阀门的研究、开发、生产和销售。公司已经完成70&35MPa车载氢系统阀门产品闭环，并已经完成年产能5万台阀门的产线建设。截至目前，公司已向市场提供了数千只多瓶组氢系统阀门、100余套单瓶组氢系统阀门、100余套无人机瓶口阀门、10余套叉车氢系统阀门，还已成功向用户提供军工用燃料电池阀门、实验室阀门。
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总结
根据国内实际情况来看，我国氢能的供应和消费呈现空间错配现象，在整体资源上呈现“西富东贫，北多南少”的格局，但在消费需求上恰恰相反，东部沿海经济发达、商业化需求旺盛，这就决定了氢储运的环节在氢能产业链中的重要性。众多氢储运方式中，高压储氢和低温液氢机会最大，但考虑到当前技术可行性与经济性因素，我们认为高压储氢将会更快规模化，其将带动氢气瓶及相关产业的快速发展，随之对应的各种零配件的需求将会被进一步激发，未来将出现大规模放量。
当前整个产业链上游的制、储、运及加氢环节尚不完善，对下游应用端而言更是空中楼阁，这直接导致氢燃料电池汽车端无法规模化、产业化。氢燃料电池汽车出厂价格的高居不下，对整个产业链形成了恶性循环。当前只有优先解决上游关键零部件的问题，才能更直接的推动整个行业发展。
氢气相对于氢燃料汽车就像汽油之传统燃油车，是整个产业蓬勃发展的底层建筑。通过对氢能产业链挖掘，综合下游氢能源车应用的发展，虽然当前车载氢瓶阀增量市场需求相对较小，但其作为整个氢能产业的“基建”环节不可忽视，未来市场将明显扩张，且该领域技术专利基本被国外掌握、市场竞争较小，当前应该抓紧布局氢瓶阀领域，寻找技术含量较高的公司，以紧跟氢能发展步伐。
制氢电解槽产能过剩并未降低系统成本
绿色氢能产业发展白皮书发布
涂建军：全球氢能经济发展趋势与挑战
