储氢瓶用碳纤维赛道：氢风已来，大有可为-国盛证券.pdf

请仔细阅读本报告末页声明 证券研究报告 | 行业专题研究 2022年09月28日 建筑材料 储氢瓶用碳纤维赛道：氢风已来，大有可为 IV型储氢瓶性能优异，预计未来将主导国内车载储氢市场。目前已商业化生产的 储氢瓶可分为四种，其中具备长期发展潜力的要属III型（铝内胆碳纤维全缠绕气 瓶）和IV型瓶（塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶），两者都适用于车载移动储氢等移 动场景，但 IV型瓶在轻量化、储氢密度、容积规格等方面性能更优，我们预计后 续将作为主流瓶型广泛运用。国外目前已开始商业化生产和使用70MPa IV型瓶， 而我国现阶段仍以 35MPa III 型瓶的应用为主，但随着技术进步、叠加配套政策 体系及基础设施逐渐完善，国内也将逐步向70MPa IV型瓶过渡。 储氢瓶技术壁垒较高，后续成本下降空间大。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、工艺参数众多、关键原材料及 装备仍部分依赖进口、精细化生产管理有待提升，存在一定的技术壁垒。储氢瓶 当前成本较高，单瓶售价在2万以上，其成本构成中碳纤维复合材料占比超60%。 当下国内储氢瓶所用原材料主要为 T700 以上小丝束碳纤维，未来若能逐步替换 为大丝束碳纤维（国外普遍做法），则有望推动气瓶成本进一步降低。除此之外， IV型瓶的全面启用、大容量气瓶的研制以及产销规模整体扩大也有望推动储氢瓶 降本。 储氢瓶市场参与企业数量有限，但近两年集中度有所下降。储氢瓶属于特种设备， 参与企业必须先取得 B3 级压力容器特种设备制造许可证书，同时其生产的成品 也需经国家市场监督管理总局认可的第三方型式试验机构进行十余项型式试验并 取得证书才能对外出售。较高的行业准入壁垒造成参与企业数量相对较少，2019 年主要企业仅5家；近年来随着氢产业链景气度不断攀升，2020、2021年行业分 别新增1-2家主流企业，目前头部企业7-8家；同时市场集中度呈下降态势，CR3 份额从19年的91.21%下滑至21年的76.95%。 氢燃料电池汽车为储氢瓶的核心应用场景：随着中央及各地推广应用氢燃料车的 政策陆续出台，氢燃料汽车商业化进程将明显加快，支撑储氢瓶及碳纤维需求高 增。储氢瓶直接下游应用为氢燃料电池，燃料电池可用于道路车辆、轨道交通、 航运航空等多种交通运输场景以及发电、储能等其他场景，其中氢燃料电池汽车 占据主导地位。现下氢燃料电池汽车仍处于起步阶段，受制于技术、成本和配套 设施缺乏等客观因素，早期应用需高度依赖政策支持与政府补贴。2022 年 3 月 《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》出台，明确到25年我国氢燃料车 保有量需达到 5 万辆，我们据此推算出到 25 年对应碳纤维用量将突破万吨，对 应22-25年复合增速超60%。但与此同时，各省市区也在积极制定贴合各地具体 经济发展状况的氢燃料汽车产业发展规划，截至目前至少有 24 个省市区发布了 氢能发展的量化目标，据此测算出到25年我国氢燃料车保有量将达到11.2万辆， 对应22-25年碳纤维用量将超过5万吨。 投资建议。中央及各级地方政府密集出台推广应用氢燃料电池汽车的相关政策文 件，中短期来看，氢燃料电池汽车快速投放将带动上游储氢瓶及碳纤维用量激增。 建议关注已布局有储氢瓶业务的碳纤维厂家，如光威复材、中复神鹰。 风险提示：政策执行效果不及预期风险；竞品车型攻克关键技术难题风险。 增持（维持） 行业走势 作者 分析师 沈猛 执业证书编号：S0680522050001 邮箱：shenmeng@gszq.com 研究助理 陈冠宇 执业证书编号：S0680122080012 邮箱：chenguanyu@gszq.com 相关研究 1、《建筑材料：需求延续弱复苏，静待保交楼和基建资 金落实》2022-09-25 2、《建筑材料：“金九银十”需求尚未体现，静待保交楼 和基建资金落实》2022-09-18 3、《建筑材料：水泥继续去库涨价，错峰停产叠加天气 转凉，旺季行情即将开启》2022-08-28 重点标的 股票 股票 投资 EPS （元） P E 代码 名称 评级 2021A 2022E 2023E 2024E 2021A 2022E 2023E 2024E 300699.SZ 光威复材 - 1.46 1.89 2.39 2.92 57.74 46.58 36.79 30.17 688295.SH 中复神鹰 买入 0.31 0.60 0.82 1.23 132.46 68.40 49.79 33.48 资料来源：Wind，国盛证券研究所；备注：光威复材未覆盖，采用wind一致预测； -32% -16% 0% 16% 2021-09 2022-01 2022-05 2022-09 建筑材料 沪深300 2022年09月28日 P.2 请仔细阅读本报告末页声明 内容目录 1生产篇：详述储氢瓶的制造工艺及技术难点 4 1.1储氢瓶分类介绍 . 4 1.2 储氢瓶生产工艺流程 . 5 1.2.1 内胆成型工艺 6 1.2.2 纤维缠绕成型工艺 . 7 1.3储氢瓶成本构成及降本路径探讨 9 2市场篇：氢燃料汽车为核心场景，政策强力推动下增势可期 11 2.1 竞争格局：准入壁垒高，厂家数量有限 11 2.2 储氢瓶下游应用：氢燃料电池汽车主导 12 2.2.1 氢燃料电池汽车：发展方向以商用为主，政策大力引导下商业化进程有望提速 12 2.2.2 其他应用：处在前期研制阶段，商业化尚未开启 . 19 2.3 储氢瓶用碳纤维市场规模测算：高增长、基数小的细分赛道 20 3风险提示 . 23 图表目录 图表4：不同类型储氢瓶对比 4 图表5：四种储氢瓶剖面和内部结构图 5 图表6：III型储氢瓶的生产工艺流程. 6 图表7：IV型储氢瓶的生产工艺流程 . 6 图表8：金属旋压工艺流程图 7 图表9：三种主流IV型瓶内胆成型工艺及装备对比 7 图表10：三种纤维缠绕成型工艺对比 8 图表11：干法缠绕工艺流程图 9 图表12：湿法缠绕工艺流程图 9 图表13：35MPa III型瓶成本构成 . 9 图表14：70MPa III型瓶成本构成 . 9 图表15：35MPa IV型瓶成本构成 10 图表16：70MPa IV型瓶成本构成 10 图表17：日本丰田Mirai、韩国现代NEXO气瓶缠绕大丝束碳纤维 10 图表18：吉林化纤首条35K高压气瓶缠绕专用大丝束碳化线一次开车成功 . 10 图表19：国内车载储氢瓶市场竞争格局 11 图表20：气瓶试验和检验项目 . 12 图表19：氢燃料电池汽车运行原理 13 图表20：氢燃料电池汽车运行原理 13 图表21：燃料电池反应堆工作原理 14 图表21：我国氢燃料电池汽车历年产销量及增速（辆；%） 14 图表23：氢能及氢燃料电池产业发展相关的重要政策方案 . 15 图表24：3+2示范城市群 . 16 图表25：“以奖代补”政策推出前后对比 16 图表23：TCO模型分析框架 17 图表24：不同类型氢燃料电池汽车的TCO成本经济性趋势 17 2022年09月28日 P.3 请仔细阅读本报告末页声明 图表25：2021年我国氢燃料汽车市场结构 . 18 图表27：公交车、叉车、采矿车适用氢燃料汽车的原因分析 18 图表27：我国氢燃料电池汽车最新补贴政策变动 19 图表29：氢燃料电池在非道路交通运输领域的国内项目和技术储备 20 图表26：我国燃料电池汽车储氢瓶用碳纤维市场规模测算 . 21 图表33：全国部分省市氢能发展目标 . 22 图表34：碳纤维用量敏感性测算（横排为储氢瓶平均配套数量（个）、纵轴为单瓶平均碳纤维用量（kg）） . 22 2022年09月28日 P.4 请仔细阅读本报告末页声明 1生产篇：详述储氢瓶的制造工艺及技术难点 1.1储氢瓶分类介绍 在高压气态储氢中，目前已商业化的高压氢气瓶分为四种（根据储氢瓶材料不同进行划 分），分别为纯钢制金属瓶（I型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（II型）、铝内胆纤维缠绕瓶（III 型）和塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型）四种。其中： 1）I型瓶由金属钢组成，是目前四类瓶中重量最大、成本最低、工艺最简单的，适用于 压力要求不高的固定应用场景； 2）II 型瓶采用金属钢材质，外层缠绕玻璃纤维复合材料，材料包裹形式为采用箍圈式 对瓶身进行包裹。II 型瓶由于瓶身上有复合材料包裹，耐受压力高于 I 型瓶，但也多应 用于固定式能源提供等场景； 3）III型瓶内胆为金属（通常为铝合金），但厚度较II型瓶有减薄，外部进行了全瓶身 的碳纤维复合材料缠绕，包裹形式为两极铺设或螺旋形铺设。III型瓶重量轻、抗压性能 好、适用于氢燃料电池汽车等移动设备，目前主要的压力规格为35MPa和70MPa两种， 国内现阶段35MPa已实现量产； 4）IV型瓶内胆为塑料，瓶身全缠绕碳纤维复合材料，包裹采用两极铺设和螺旋形铺设 混合的形式。IV型瓶瓶壁厚度略薄于III型瓶，储气压力则与之一致，主要包括35MPa 和70MPa两种规格型号，目前国外已投入商业化运用，如日本丰田的Mirai与韩国现代 的Nexo均采用了IV型瓶，但国内技术仍有欠缺，尚未达到量产条件。IV型瓶也主要应 用于氢燃料车等移动场景。 5）除此之外，目前国外正在研究V型储氢瓶但尚未实现商业化，该气瓶仍然使用碳纤维 复合材料缠绕，但不使用任何内胆，国内针对V型瓶的研究仍是空白。 图表1：不同类型储氢瓶对比 类型 I型 II型 III型 IV型 Ⅴ型 材质 纯钢制金属瓶 金属内胆（钢质）纤维环向缠绕 金属内胆（钢/铝质）纤维全缠绕 塑料内胆纤维全缠绕 无内胆全缠绕气瓶 工作压力/MPa 17.5-20 26-30 30-70 30-70 国外研发中，国 内空白 介质相容性 有氢脆、有腐蚀性 有氢脆、有腐蚀性 有氢脆、有腐蚀性 有氢脆、有腐蚀性 重量体积（kg/L） 0.9-1.3 0.6-1.0 0.35-1.0 0.3-0.8 使用寿命/年 15 15 15-20 15-20 成本 低 中等 最高 高 车载是否可以使用 否 否 是 是 市场应用 加氢站等固定式储氢 燃料电池汽车 资料来源：DOE、《高压储氢容器研究进展》，国盛证券研究所 2022年09月28日 P.5 请仔细阅读本报告末页声明 图表2：四种储氢瓶剖面和内部结构图 资料来源：燃料电池百科，国盛证券研究所 国内储氢瓶市场预计将逐渐向 III 型 70Mpa 和 IV 型 70MPa 过渡。2020 年 7 月 21 日，涉及车载高压供氢系统的两项国标修改后正式实施，均将原范围中的工作压力不超 过35MPa修改为70MPa。2021年3月9日《燃料电池电动汽车加氢口》（GB/T26779- 2021）最新国家标准正式发布，新国标增加了70MPa加氢口尺寸及耐臭氧老化、耐盐雾 腐蚀、耐温度循环和兼容性测试等多项技术条目，制约70MPa储氢瓶发展的政策条件已 经消除。并且，从储运效率、轻量化、成本等角度出发，IV 型瓶相较于 III 型瓶具备显 著优势，未来将成为车载供氢系统的主流规格，1）III型瓶重容比在0.98左右，IV型瓶 重容比在 0.74 左右；2）III 型瓶储氢密度为 3.9%，IV 型瓶储氢密度可以达到 5.5%； 3）IV型瓶单瓶气体容积可达到375升，可降低整个系统复杂性。当前我国还处于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，背后原因一是由于我国氢能及燃料电池产业发展起步较晚，技术水平落后于海外， 二是配套基础设施建设缓慢，目前国内加氢站规模较小且以35MPa为主，三是政策及技 术标准体系尚未建立健全。后续来看，各方面限制因素将持续改善。伴随着燃料电池汽 车的大规模推广，为满足进一步长续驶里程的需求，未来车载储氢瓶规格有望由 III 型 35MPa向III型70MPa或IV型70MPa过渡，逐步与国际技术水平接轨。 1.2 储氢瓶生产工艺流程 一般来说储氢瓶的生产可大致分为内胆成型和缠绕固化两个主要工段，共涉及 10 多道 生产工序。总体来讲储氢瓶生产的技术壁垒较高，具体表现在工艺技术难度较大（比如 2022年09月28日 P.6 请仔细阅读本报告末页声明 内胆成型技术和纤维缠绕技术）、工艺参数多、装备精准度控制、检验检测技术与装备有 待完善、关键原材料及零部件亟需国产化等方面。 图表3：III型储氢瓶的生产工艺流程 资料来源：国富氢能招股书，国盛证券研究所；备注：停止点指工序暂停，确认前述工序合格再进行下一道工序； 检查点指车间检验人员检查、复核的工序；审核点指该工序的材料，需经过第三方或者监检检查确认；见证点指 根据国家特种设备法规要求，需当地质监局要现场见证的工序。 图表4：IV型储氢瓶的生产工艺流程 资料来源：《IV 型储氢瓶用复合材料及制备工艺》，国盛证券研究所 1.2.1 内胆成型工艺 III 型瓶内胆多为铝合金，目前国内使用的主流成型工艺为铝管强旋，所谓强旋就是将 短厚的毛坯铝筒体套在旋压机的模具上并将其固定，当筒体随机床主轴转动时，用旋轮 或赶棒从端头开始挤压筒体坯料，使坯料逐点连续发生塑性变形，变形的结果是毛坯壁 2022年09月28日 P.7 请仔细阅读本报告末页声明 厚减薄，内径基本保持不变，而轴向延伸，最终形成符合壁厚及直径尺寸要求的圆筒。 该种工艺相对简单，但生产效率较低，尤其是用来加工大容积内胆时成型效率低下。目 前国内头部企业有在研究其他更高效的成型方法比如拉深成型，该种工艺优势在于生产 效率高、产品一致性好、圆周壁厚均匀、纵向垂直度偏差小，缺陷在于可能影响产品的 疲劳寿命，且设备成本较高；此外也有企业尝试将两种工艺结合使用，比如先拉成筒状 体再进行强旋。 图表5：金属旋压工艺流程图 资料来源：工业设计俱乐部，国盛证券研究所 IV型瓶内胆多采用尼龙6、高密度聚乙烯（HDPE）以及PET聚酯塑料等，对应的成型 工艺主要为注塑、吹塑和滚塑成型。丰田、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，且必须配合后续的焊接工序。 图表6：三种主流IV型瓶内胆成型工艺及装备对比 项目 注塑 滚塑 吹塑 工艺介绍 将塑料材料熔融然后注入模腔， 熔融的塑料一旦进入模具中冷 却后就会依模腔样成型成一定 形状。 将粉状塑料装入模具，然后旋转 并同时加热，模内的粉料逐渐熔 融粘附于模腔，经冷却定型而制 得塑料产品。 在闭合的模具内利用压缩空气 将挤出或注射成型得到的半熔 融状态的塑料型坯吹胀，然后冷 却而获得中空制件的一种加工 方法。 优点 制品尺寸稳定，成本低；密封结 构设计自由，具有较高的冲击韧 性和耐环境开裂性能 制品壁厚均匀，成型工艺简单， 工艺成本低，可成型大型零件 生产效率高，具有较高的冲击韧 性和耐环境开裂性能，成本较低 缺点 需要焊接工艺支撑，良品率低，大尺寸成型困难 尺寸稳定性差，致密性低，易产 生缺陷，对材料熔体流动速率要 求高，生产效率偏低 壁厚均匀性差，嵌件成形困难， 对熔体流动指数要求高，密封部 位一般需要再加工 装备示意图 资料来源：国际汽车工程科技创新战略研究院，国盛证券研究所 1.2.2 纤维缠绕成型工艺 纤维缠绕成型也是储氢瓶制备的技术难点之一，目前使用的工艺包括湿法缠绕、干法缠 绕和半干法缠绕。1）湿法缠绕是指将碳纤维丝束在特定浸胶装置中浸渍处理后，再在张 2022年09月28日 P.8 请仔细阅读本报告末页声明 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树脂带出，后道工序中存 在树脂滴漏的现象，所以称为湿法缠绕。湿法缠绕工艺生产成本较低，是目前高压储氢 瓶最常用的加工工艺，国内企业基本都采用湿法。但湿法成型下树脂损耗较高，树脂与 碳纤维比例难以控制，产品质量及稳定性相对较差。2）干法缠绕是以经过预浸胶处理的 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，产品质量可以精确控制，且树脂不会随处滴，整体生产环境整 洁；另外，干法缠绕生产效率高，缠绕设备的速度可以达到100-200m/min。目前国外正 在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研究和尝试干法。此种工 艺的缺点在于成本较高，主要系预浸料及干法缠绕设备购置费用较高。3）干湿法缠绕结 合了干法和湿法的优点，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。与干法缠绕相比省却了预浸胶工序和设备，与湿法相比 只是增加了一套烘干设备，却可以大幅降低制品中的气泡含量以及孔隙。 图表7：三种纤维缠绕成型工艺对比 项目 干法 湿法 半干法 工艺介绍 以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。 将碳纤维丝束在特定浸胶装置中 浸渍处理后，再在张力控制下直接 缠绕到芯模上，最后经过固化的成 型方法。 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。 优点 1、预浸纱线或带是专业生产的， 可以保证严格控制纤维和树脂（可 以精确至2%以内）含量比例，产 品质量好且稳定，主要应用于一些 对缠绕制品性能要求较高的场合。 2、生产效率高，缠绕速度可达100- 200m/min。 3、缠绕设备及生产环境卫生整洁， 便于清理，缠绕机的使用寿命也更 长。 1、生产成本较低，约比干法缠绕 低 40%。涉及的工艺设备比较简 单，设备投资小，且对原材料要求 相对较低。 2、产品气密性好，在缠绕过程中， 通过张力控制可以使多余的树脂 胶液将气泡挤出，并填满空隙。 3、碳纤维表面浸渍的树脂胶液可 有效减少纤维磨损。 4、纤维排列平行度好。 1、与干法缠绕相比，省去了预浸 胶工序和设备。 2、与湿法缠绕相比，只是增加了 一套烘干设备，却可以大幅降低制 品中的气泡含量以及孔隙。 缺点 1、预浸料成本较高，干法缠绕设 备复杂且昂贵，导致生产总体成本 较高。 2、干法缠绕得到的制品层与层之 间剪切强度较低。 1、纤维离开浸渍装置后易于将树 脂带出，从而导致树脂浪费较大， 生产环境差。 2、湿法缠绕工艺一般伴随着溶剂 挥发，会导致工作环境产生异味。 湿法缠绕速度比较慢。 3、由于树脂不断损耗，导致树脂 和碳纤维比例难以控制，产品质量 相对较差。且纤维张力不易控制。 4、可供湿法缠绕的树脂胶液品种 少。 资料来源：碳纤维及其复合材料技术、江苏博实碳纤维，国盛证券研究所 2022年09月28日 P.9 请仔细阅读本报告末页声明 图表8：干法缠绕工艺流程图 图表9：湿法缠绕工艺流程图 资料来源：碳纤维及其复合材料技术，国盛证券研究所 资料来源：碳纤维及其复合材料技术，国盛证券研究所 1.3储氢瓶成本构成及降本路径探讨 碳纤维是储氢瓶制造的关键原材料，其成本和性能对储氢瓶的成本和使用性能影响重大。 根据美国能源局（DOE）的研究成果，碳纤维复合材料的成本占到储氢瓶成本的60%以 上。 此外，储氢瓶的制造成本还包括阀门、调节器、组装检查、氢气等要素成本。 图表10：35MPa III型瓶成本构成 图表11：70MPa III型瓶成本构成 资料来源：美国能源局DOE，国盛证券研究所 资料来源：美国能源局DOE，国盛证券研究所 碳纤维复 合材料, 1926, 63% 平衡储罐 BOP, 588, 19% 其他BOP 系统, 130, 4% 调节器, 160, 5% 阀门, 226, 7% 氢气, 18, 1% 组装检查, 36, 1% 碳纤维复合 材料, 2573, 66% 平衡储罐 BOP, 658, 17% 其他BOP系 统, 154, 4% 调节器, 200, 5% 阀门, 282, 7% 氢气, 18, 0% 组装检查, 36, 1% 2022年09月28日 P.10 请仔细阅读本报告末页声明 图表12：35MPa IV型瓶成本构成 图表13：70MPa IV型瓶成本构成 资料来源：美国能源局DOE，国盛证券研究所 资料来源：美国能源局DOE，国盛证券研究所 当前国内储氢瓶的平均售价在2-3万元/支，对应单套车载供氢系统的成本在20万上下， 后续降本空间充足，降本主要是从材料替换、技术进步及规模效应三方面来实现。 1）材料替换：在关键材料碳纤维方面，目前日本、韩国等成熟的氢燃料电池车型中已经 用上了大丝束碳纤维，而国内储氢瓶市场中 T700 级小丝束碳纤维仍占据绝对主导，大 丝束相关的应用仍处在早期的研发试验阶段，随着国产大丝束性能的逐步提升以及配套 研究的持续突破，大丝束有望在气瓶这一细分场景中实现对小丝束的部分或全面替代， 带动储氢瓶综合成本的下降。其次，当前国内储氢瓶所用的部分零部件及设备仍高度依 赖进口（比如瓶阀、纤维缠绕装备等），采购价格高，后续随着构件国产化的持续推进， 整体成本将随之降低。 图表14：日本丰田Mirai、韩国现代NEXO气瓶缠绕大丝束碳纤维 图表15：吉林化纤首条35K高压气瓶缠绕专用大丝束碳化线一次开车成功 资料来源：《车载储氢气瓶一体化缠绕成形工艺与关键装备》，国盛证 券研究所 资料来源：吉林化纤集团，国盛证券研究所 2）技术进步：技术升级一方面是III型瓶向IV型瓶的过渡，当前国内IV型瓶相关的技 术尚未突破，根据DOE的测算，同样储氢质量为5.6kg且压力规格相同的III型和IV型 瓶相比，后者的成本比前者要低 10%左右，因为 III 型瓶采用了大量的铝合金材料导致 内胆成本较高。我们预计国内储氢瓶企业还需要 1-2 年时间才能具备 70MPa IV 型瓶的 碳纤维复合 材料, 2194, 77% 平衡储罐 BOP, 101, 3% 其他BOP系 统, 130, 4% 调节器, 160, 6% 阀门, 226, 8% 氢气, 18, 1% 组装检查, 36, 1% 碳纤维复合 材料, 2721, 78% 平衡储罐 BOP, 101, 3% 其他BOP系 统, 130, 4% 调节器, 200, 6% 阀门, 282, 8% 氢气, 18, 0% 组装检查, 36, 1% 2022年09月28日 P.11 请仔细阅读本报告末页声明 批量生产能力，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同时管阀件、管路件的材 料用量和成本也有望随之降低。 3）规模效应：类似于氢燃料汽车的降本路线，储氢瓶成本下降也有望受益于生产规模的 扩大，根据美国汽车研究理事会测算，当气瓶生产规模由1万套提高到50万套时，氢气 瓶成本会下降20%。 2市场篇：氢燃料汽车为核心场景，政策强力推动下增势可期 2.1 竞争格局：准入壁垒高，厂家数量有限 储氢瓶厂家数量有限，但市场集中度呈下降趋势。国内储氢瓶主流厂家数量仅个位数， 但近两年参与者有所增加，2019 年主要储氢瓶供应商仅国富氢能、科泰克、天海工业、 中材科技、斯林达 5 家，2020 年新增南通中集，2021 年新增奥扬科技，另外未势能源 也专门从事气瓶的生产（偏自产自用）。从出货量来看，国富氢能21年市占率达35.63%， 位居第一，其次是中材科技；但行业集中度呈持续下降的趋势，CR3份额从19年的91.21% 下滑至 21 年的 76.95%，当前氢能产业正处于风口，企业数量不断增长或将成为常态。 图表16：国内车载储氢瓶市场竞争格局 资料来源：高工产研氢电研究所，国盛证券研究所 行业准入壁垒较高，主要体现在：1）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的厂房、设备、产线、人员配比 及各方面资质经由国家监管单位审核并通过。2）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，方可进行批量生产；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。3）生产的成品在对外销 售前必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。 51.27% 52.99% 35.63% 39.94% 29.38% 41.32% 8.79% 15.76% 16.38% 1.87% 6.67% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2019 2020 2021 国富氢能 NO.2-NO.3 NO.4-NO.5 其他 2022年09月28日 P.12 请仔细阅读本报告末页声明 图表17：气瓶试验和检验项目 试验项目 出厂检验 型式试验 逐只检验 批量检验 铝 内 胆 壁厚 √ √ 制造公差 √ √ 内外表面 √ √ 瓶口螺纹 √ √ 拉伸试验 √ √ 金相试验 √ √ 冷弯试验或压扁试验 √ √ 硬度试验 √ √ 无损检测 √ √ 气 瓶 A类 和 B类 缠绕层层间剪切试验 √ 缠绕层拉伸试验 √ 缠绕层外观 √ √ 水压试验 √ √ 气密性试验 √ √ 水压爆破试验 √ √ 常温压力循环试验 √ √ 火烧试验 √ A类 极限温度压力循环试 验 √ 加速应力破裂试验 √ 裂纹容限试验 √ 环境试验 √ 跌落试验 √ 氢气循环试验 √ 枪击试验 √ B类 耐久性试验 √ 使用性能试验 √ 资料来源：国家标准GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》，国盛证券研究所 2.2 储氢瓶下游应用：氢燃料电池汽车主导 储氢瓶直接用在氢燃料动力电池系统之中，再进一步用于交通运输等领域，具体包括氢 燃料电池汽车、轨道交通、船舶、航空等应用场景，另外还可用于发电、建筑储能等其 他领域。其中氢燃料电池汽车是最主要的下游应用场景。 2.2.1 氢燃料电池汽车：发展方向以商用为主，政策大力引导下商业化进程有望提速 1氢燃料电池汽车工作原理 2022年09月28日 P.13 请仔细阅读本报告末页声明 在氢燃料电池汽车中，燃料电池系统由燃料电池组和辅助系统组成。燃料电池堆是核心 部件，将化学能转化为电能为汽车提供动力；辅助系统有四个，一是供氢系统，负责将 氢从氢气罐输送到燃料电池堆，并将高压氢气降压至燃料电池所需压力，二是供气系统， 由空气过滤器、空气压缩机、中冷器、加湿器组成并为燃料电池堆提供氧气，三是水管 理系统，由膨胀水箱、去离子器、水泵、散热器等组成，采用独立的水和冷却剂回路来 消除废热和反应产物（水），保证电堆持续工作在最佳温度，四是热管理系统，从燃料电 池中获取热量来加热车辆驾驶室等，提高车辆效率。燃料电池系统产生的电力通过动力 控制单元传到电动机，在电池的辅助下，在需要时提供额外的电力。 图表18：氢燃料电池汽车运行原理 资料来源：新浪汽车，国盛证券研究所 图表19：氢燃料电池汽车运行原理 资料来源：德勤中国《氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书系列一》，国盛证券研究所 氢燃料电池工作原理：氢气首先进入燃料电池的氢电极（阳极），然后氢气与覆盖在阳极 上的催化剂反应，释放电子形成带正电荷的氢离子，氢离子穿过电解液到达阴极，但电 子不能通过电解液，相反，电子流入电路形成电流，产生电能。在阴极，催化剂使氢离 子与空气中的氧结合形成水，水是燃料电池反应中的唯一副产品。 2022年09月28日 P.14 请仔细阅读本报告末页声明 图表20：燃料电池反应堆工作原理 资料来源：德勤中国《氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书系列一》，国盛证券研究所 2发展初期体量尚小，政策驱动为关键引擎 燃料电池汽车产业处于起步阶段，当前产销规模较小。2020年受疫情等因素影响，燃料 电池汽车产销量出现较大幅度下降；2021年有所恢复，全年产量及销量分别为1790辆 和1596辆，分别同比增加48.67%和35.03%；2022年以来2022年1-8月产销量分别 为 2196 辆和 1888 辆，分别同比增加 203.31%和 157.57%，增势强劲主要与氢燃料电 池汽车示范城市群的开展有关。 图表21：我国氢燃料电池汽车历年产销量及增速（辆；%） 资料来源：中国汽车工业协会、全球氢能、北京国化新材料技术研究院有限公司，国盛证券研究所 当前氢燃料车行业发展靠政策推动。现阶段受制于技术掌握不到位、规模尚小、成本高 昂、加氢基础设施不健全等客观因素，氢燃料电池车的发展仍高度依赖于产业补贴和政 策支持，以2020年为例，由于经历了半年左右的氢燃料政策空窗期，直接导致氢燃料商 用车销量腰斩。另外，参考纯电动汽车市场的发展轨迹，纯电市场在成长初期亦为政策 驱动，历经10年左右时间才逐步走向市场化，而我国氢燃料电池商用车在2015年左右 才起步，预计还需5-10年的时间才能逐渐成熟，在市场成熟之前氢燃料车在各地的推广 应用都与政策直接相关。 -1000% 0% 1000% 2000% 3000% 4000% 5000% 6000% 7000% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 产量（辆） 销量（辆） 产量YOY 销量YOY 2022年09月28日 P.15 请仔细阅读本报告末页声明 图表22：氢能及氢燃料电池产业发展相关的重要政策方案 资料来源：政府官网，国盛证券研究所 氢燃料汽车示范城市群相继落地+“以奖代补”政策出台，政策针对性及执行力度进一 步增强。 1）“以奖代补”：在氢能产业发展前期，国家补贴政策聚焦于燃料电池汽车的推广和示范 应用。2009年，财政部等发布《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》， 对试点城市示范推广单位购买和使用燃料电池汽车给予补助。2015年《关于2016-2020 年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》明确指出“中央财政对购买新能源汽车给 予补助，实行普惠制”。2018 年，国家进一步调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政 策，指出“燃料电池汽车补贴力度保持不变，燃料电池乘用车按燃料电池系统的额定功 率进行补贴”。 为进一步提高补贴资金的运行效率，提高产业发展质量，2020年4月财政部等四部委联 合发布《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，提出将对燃料电池汽车的 购置补贴调整为选择有基础、有积极性、有特色的城市或区域，重点围绕关键零部件的 技术攻关和产业化应用开展示范，中央财政将采取“以奖代补”方式对示范城市给予奖 励；同年9月财政部等五部委联合发文《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，提出 根据示范城市在燃料电池汽车推广应用、氢能供应等方面的实际情况给予奖励。 2）五大示范城市群先后确立：前述“以奖代补”政策出台之后约有17个城市（群）提 出申报，初步答辩之后选出上海、广东、北京三大示范城市群，后续又确定河南、河北 两大示范城市群。 在城市示范群政策发布后，对于氢燃料电池汽车的补贴将不再沿用新能源汽车的“国补 +地补”模式，而是由中央政府将政策奖励下发给城市示范群所在的地方政府，由地方自 主制定并实施产业发展奖励政策，因地制宜发展氢燃料电池产业。 2022年09月28日 P.16 请仔细阅读本报告末页声明 图表23：3+2示范城市群 资料来源：氢能观察，国盛证券研究所 图表24：“以奖代补”政策推出前后对比 资料来源：罗兰贝格《中国氢燃料电池重卡行业发展白皮书》，国盛证券研究所 3 长期视角下，TCO经济性带来真正市场化应用 更长期维度来看，随着氢燃料车经济性拐点的到来，市场应用将从被动过渡到主动。汽 车的经济效益一般是通过全生命周期总拥有成本（TCO）模型进行测算，总拥有成本由 购买成本及运营成本构成，运营成本包括燃料费用、基础设施成本、维修成本、零部件 替换成本以及保险费用等。当前时点氢燃料汽车的 TCO 明显高于纯电动车和传统燃油 车，随着燃料电池系统技术成熟以及成本下降、加上氢气价格及氢耗水平的降低，氢燃 料汽车的 TCO 将持续下行。根据《中国氢能产业发展报告 2020》测算，不同类型的氢 燃料汽车与同类型纯电动车的成本平衡点取得时间不同，其中客车、物流车、重卡等氢 燃料电池商用车型预计将在 2030 年前取得与同类型电动车相当的全生命周期经济性， 2022年09月28日 P.17 请仔细阅读本报告末页声明 而续航里程在500km以上的乘用车预计将于2040年前后与纯电动车型经济性相当，届 时下游客户主动采购意愿或将明显提高，叠加加氢基础设施的普及，氢燃料车将逐步摆 脱政策依赖性，实现自主市场化发展。 图表25：TCO模型分析框架 燃料电池车 纯电动车 燃油车 购买成本 毛利 在制造成本基础上的增量成本 在制造成本基础上的增量成本 在制造成本基础上的增量成本 零部件成本加成 由于缺乏规模效益，非动力系统部 件和燃油车相比多出的额外成本 加成 由于缺乏规模效益，非动力系统部 件和燃油车相比多出的额外成本 加成 无，已实现完全规模效益 动力机 电动机及相关组件 电动机及相关组件 内燃机 储能组 1） 氢罐 2） 燃料电池系统 3） 电池（约为电动车的电池容量 的十分之一） 1） 电池 2） 电池管理系统 油箱 其他零部件 车辆的其他零部件，如底盘、车身、电子系统等 运营成本 燃料费用 氢气价格*百公里耗氢量 电价*百公里耗电量 油价*百公里耗油量 基础设施 加氢站 充电站及相关设施 假设加油站成本已经体现在油价中 维修费用 日常维护成本 日常维护成本 日常维护成本 零部件替换 1） 燃料电池系统替换成本 2） 电池替换成本 电池替换成本 内燃机替换成本 其他 保险及其他费用 资料来源：德勤中国《氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书系列一》，国盛证券研究所 图表26：不同类型氢燃料电池汽车的TCO成本经济性趋势 资料来源：中国电动汽车百人会《中国氢能产业发展报告2020》，国盛证券研究所 4 氢燃料电池汽车的优势应用场景：发力重卡，合理拓展部分客车、专用车等商用车型 2022年09月28日 P.18 请仔细阅读本报告末页声明 我国氢燃料电池汽车应用场景呈现“先商后乘”的发展特点。现阶段国内氢燃料电池车 是以客车和重卡等商用车型为主， 2021年客车占比55%，专用车占比44%（其中重卡 占比41%，中卡占比3%），而乘用车主要用来租赁，占比仅1%左右，原因一方面是由 于此前的产业政策优先支持商用车发展，但最为根本的原因在于氢燃料车的固有属性， 相较于纯电动车而言，氢燃料车具备更高功率和能量密度，能胜任更长的续航和更大的 载重负荷，因此长途运输和重载领域是其最为重要的发展方向和优势应用场景。根据国 际氢能协会分析，燃料电池汽车在续航里程大于650公里的交通运输市场更具有成本优 势，而乘用车和城市短程公共汽车续航里程通常较短，纯电动汽车因而更有优势。我们 预计未来国内氢燃料车市场将继续保持商用为主的局面。 图表27：2021年我国氢燃料汽车市场结构 资料来源：全球氢能、北京国化新材料技术研究院有限公司，国盛证券研究所 新能源替代（包含纯电动车和氢燃料电池车）是中国道路交通行业未来实现碳中和的最 重要措施之一，目前纯电动车及动力电池技术已实现了一定的商业规模化应用，而氢燃 料电池及汽车技术仍处于起步阶段，产业化进程尚需时日，两者各有各的优势，未来在 使用场景上呈互补而非简单的替代关系。结合氢燃料电池汽车的比较优势来看，其适用 的场景主要分为四大类： 1）固定