1 生产篇：详述储氢瓶的制造工艺及手艺难点
1.1 储氢瓶分类先容
在高压气态储氢中，现在已商业化的高压氢气瓶分为四种（凭证储氢瓶质料差别举行划 分），划分为纯钢制金属瓶（I 型）、钢制内胆纤维纠葛瓶（II 型）、铝内胆纤维纠葛瓶（III 型）和塑料内胆纤维纠葛瓶（IV 型）四种。其中： 1）I 型瓶由金属钢组成，是现在四类瓶中重量最大、本钱最低、工艺最简朴的，适用于 压力要求不高的牢靠应用场景； 2）II 型瓶接纳金属钢材质，外层纠葛玻璃纤维复合质料，质料包裹形式为接纳箍圈式 对瓶身举行包裹。II 型瓶由于瓶身上有复合质料包裹，耐受压力高于 I 型瓶，但也多应 用于牢靠式能源提供等场景； 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，外部举行了全瓶身 的碳纤维复合质料纠葛，包裹形式为南北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装备，现在主要的压力规格为 35MPa 和 70MPa 两种， 海内现阶段 35MPa 已实现量产； 4）IV 型瓶内胆为塑料，瓶身全纠葛碳纤维复合质料，包裹接纳南北极铺设和螺旋形铺设 混淆的形式。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，现在外洋已投入商业化运用，如日本丰田的 Mirai 与韩国现代 的 Nexo 均接纳了 IV 型瓶，但海内手艺仍有欠缺，尚未抵达量产条件。IV 型瓶也主要应 用于氢燃料车等移动场景。 5）除此之外，现在外洋正在研究 V 型储氢瓶但尚未实现商业化，该气瓶仍然使用碳纤维 复合质料纠葛，但不使用任何内胆，海内针对 V 型瓶的研究仍是空缺。
海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验，均将原规模中的事情压力不超 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）最新国家标准正式宣布，新国标增添了 70MPa 加氢口尺寸及耐臭氧老化、耐盐雾 侵蚀、耐温度循环和兼容性测试等多项手艺条目，制约 70MPa 储氢瓶生长的政策条件已 经消除。并且，从储运效率、轻量化、本钱等角度出发，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 型瓶储氢密度可以抵达 5.5%； 3）IV 型瓶单瓶气体容积可抵达 375 升，可降低整个系统重大性。目今我国还处于 35MPa 的 III 型瓶规；τ煤 70MPa 的 III 型瓶树模应用阶段，IV 型瓶尚未获得大规模推广 应用，背后缘故原由一是由于我国氢能及燃料电池工业生长起步较晚，手艺水平落伍于外洋， 二是配套基础设施建设缓慢，现在海内加氢站规模较小且以 35MPa 为主，三是政策及技 术标准系统尚未建设健全。后续来看，各方面限制因素将一连改善。陪同着燃料电池汽 车的大规模推广，为知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，逐步与国际手艺水平接轨。
1.2 储氢瓶生产工艺流程
一样平常来说储氢瓶的生产可大致分为内胆成型和纠葛固化两个主要工段，共涉及 10 多道 生产工序。总体来讲储氢瓶生产的手艺壁垒较高，详细体现在工艺手艺难度较大（好比内胆成型手艺和纤维纠葛手艺）、工艺参数多、装备精准度控制、磨练检测手艺与装备有 待完善、要害原质料及零部件亟需国产化等方面
。
1.2.1 内胆成型工艺
III 型瓶内胆多为铝合金，现在海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牢靠，当筒体随机床主轴转动时，用旋轮 或赶棒从端头最先挤压筒体坯料，使坯料逐点一连爆发塑性变形，变形的效果是毛坯壁厚减薄，内径基本坚持稳固，而轴向延伸，最终形成切合壁厚及直径尺寸要求的圆筒。 该种工艺相对简朴，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 前海内头部企业有在研究其他更高效的成型要领好比拉深成型，该种工艺优势在于生产 效率高、产品一致性好、圆周壁厚匀称、纵向笔直度误差小，缺陷在于可能影响产品的 疲劳寿命，且装备本钱较高；别的也有企业实验将两种工艺团结使用，好比先拉成筒状 体再举行强旋。
IV 型瓶内胆多接纳尼龙 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， 该种成型方法本钱低、运用较普遍、但良品率也较低，且必需配合后续的焊接工序。
1.2.2 纤维纠葛成型工艺
纤维纠葛成型也是储氢瓶制备的手艺难点之一，现在使用的工艺包括湿法纠葛、干法缠 绕和半干法纠葛。1）湿法纠葛是指将碳纤维丝束在特定浸胶装置中浸渍处置惩罚后，再在张力控制下直接纠葛到芯模上。由于纤维脱离浸渍装置后易于将树脂带出，后道工序中存 在树脂滴漏的征象，以是称为湿法纠葛。湿法纠葛工艺生产本钱较低，是现在高压储氢 瓶最常用的加工工艺，海内企业基本都接纳湿法。但湿法成型下树脂消耗较高，树脂与 碳纤维比例难以控制，产品质量及稳固性相对较差。2）干法纠葛是以经由预浸胶处置惩罚的 预浸带为质料，在纠葛机上经加热软化至粘流态后纠葛到芯模上。由于预浸带中纤维和 树脂含量比例控制较好，产品质量可以准确控制，且树脂不会随处滴，整体生产情形整 洁；另外，干法纠葛生产效率高，纠葛装备的速率可以抵达 100-200m/min。现在外洋正 在逐步向干法纠葛工艺过渡，海内未势能源等极个体企业也在研究和实验干法。此种工 艺的弱点在于本钱较高，主要系预浸料及干法纠葛装备购置用度较高。3）干湿法纠葛结 合了干法和湿法的优点，在浸胶碳纤维纠葛到芯模之前通过烘干装备将浸胶碳纤维纱线 中的溶剂除去，提高制品质量。与干法纠葛相比省却了预浸胶工序和装备，与湿法相比 只是增添了一套烘干装备，却可以大幅降低制品中的气泡含量以及孔隙。
1.3 储氢瓶本钱组成及降本路径探讨
碳纤维是储氢瓶制造的要害原质料，其本钱和性能对储氢瓶的本钱和使用性能影响重大。 凭证美国能源局（DOE）的研究效果，碳纤维复合质料的本钱占到储氢瓶本钱的 60%以 上。 别的，储氢瓶的制造本钱还包括阀门、调理器、组装检查、氢气等要素本钱。
目今海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本钱在20万上下， 后续降本空间富足，秸府饕谴又柿咸婊弧⑹忠涨敖肮婺Ｐвθ矫胬词迪。 1）质料替换：在要害质料碳纤维方面，现在日本、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，而海内储氢瓶市场中 T700 级小丝束碳纤维仍占有绝对主导，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 研究的一连突破，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周全替换， 发动储氢瓶综合本钱的下降。其次，目今海内储氢瓶所用的部分零部件及装备仍高度依 赖入口（好比瓶阀、纤维纠葛装备等），采购价钱高，后续随着构件国产化的一连推进， 整体本钱将随之降低。
2）手艺前进：手艺升级一方面是 III 型瓶向 IV 型瓶的过渡，目今海内 IV 型瓶相关的技 术尚未突破，凭证 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，后者的本钱比前者要低 10%左右，由于 III 型瓶接纳了大宗的铝合金质料导致 内胆本钱较高。我们预计海内储氢瓶企业还需要 1-2 年时间才华具备 70MPa IV 型瓶的批量生产能力，届时气瓶在轻量化和本钱方面将进一步改善。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，镌汰单车配套气瓶数目的同时管阀件、管路件的材 料用量和本钱也有望随之降低。
3）规模效应：类似于氢燃料汽车的降本蹊径，储氢瓶本钱下降也有望受益于生产规模的 扩大，凭证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 瓶本钱会下降 20%。
2 市场篇：氢燃料汽车为焦点场景，政策强力推动下增势可期
2.1 竞争名堂：准入壁垒高，厂家数目有限
储氢瓶厂家数目有限，但市场集中度呈下降趋势。海内储氢瓶主流厂家数目仅个位数， 但近两年加入者有所增添，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；但行业集中度呈一连下降的趋势，CR3 份额从 19 年的 91.21% 下滑至 21 年的 76.95%，目今氢能工业正处于风口，企业数目一直增添或将成为常态。
行业准入壁垒较高，主要体现在：1）储氢瓶属于特种装备，首先必需取得 B3 级压力容 器特种装备制造允许证书，取得该允许证的条件是公司的厂房、装备、产线、职员配比 及各方面资质经由国家羁系单位审核并通过。2）企业的制造能力必需通过国家市场监视 治理总局指定的评审机构的专家组评审之后，方可举行批量生产；且在生产制造的历程 中会有专门的监检部分准时来审查生产工序流程是否切合手续。3）生产的制品在对外销 售前必需通过国家市场监视治理总局认可的第三方型式试验机构对储氢瓶举行火烧、枪 击、爆破、疲劳、情形、跌落等型式试验，并取得型式磨练证书。
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，详细包括氢 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、修建储能等其 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：生长偏向以商用为主，政策鼎力大举指导下商业化历程有望提速
1 氢燃料电池汽车事情原理
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。燃料电池堆是焦点 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，认真将 氢从氢气罐运送到燃料电池堆，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，接纳自力的水和冷却剂回路来 消除废热和反应产品（水），包管电堆一连事情在最佳温度，四是热治理系统，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。燃料电池系统爆发的电力通过动力 控制单位传到电念头，在电池的辅助下，在需要时提供特另外电力。
氢燃料电池事情原理：氢气首先进入燃料电池的氢电极（阳极），然后氢气与笼罩在阳极 上的催化剂反应，释放电子形成带正电荷的氢离子，氢离子穿过电解液抵达阴极，但电 子不可通过电解液，相反，电子流入电路形成电流，爆发电能。在阴极，催化剂使氢离 子与空气中的氧团结形成水，水是燃料电池反应中的唯一副产品。
2 生长初期体量尚小，政策驱动为要害引擎
燃料电池汽车工业处于起步阶段，目今产销规模较小。2020 年受疫情等因素影响，燃料 电池汽车产销量泛起较大幅度下降；2021 年有所恢复，整年产量及销量划分为 1790 辆 和 1596 辆，划分同比增添 48.67%和 35.03%；2022 年以来 2022 年 1-8 月产销量划分 为 2196 辆和 1888 辆，划分同比增添 203.31%和 157.57%，增势强劲主要与氢燃料电 池汽车树模都会群的开展有关。
目今氢燃料车行业生长靠政策推动。现阶段受制于手艺掌握不到位、规模尚小、本钱高 昂、加氢基础设施不健全等客观因素，氢燃料电池车的生长仍高度依赖于工业津贴和政 策支持，以 2020 年为例，由于履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生长轨迹，纯电市场在生长初期亦为政策 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 年的时间才华逐渐成熟，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。
氢燃料汽车树模都会群相继落地+“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”：在氢能工业生长前期，国家津贴政策聚焦于燃料电池汽车的推广和树模 应用。2009 年，财务部等宣布《节能与新能源汽车树模推广财务津贴资金治理暂行步伐》， 对试点都会树模推广单位购置和使用燃料电池汽车给予津贴。2015 年《关于 2016-2020 年新能源汽车推广应用财务支持政策的通知》明确指出“中央财务对购置新能源汽车给 予津贴，实验普惠制”。2018 年，国家进一程序整完善新能源汽车推广应用财务津贴政 策，指出“燃料电池汽车津贴力度坚持稳固，燃料电池乘用车按燃料电池系统的额定功 率举行津贴”。 为进一步提高津贴资金的运行效率，提高工业生长质量，2020 年 4 月财务部等四部委联 合宣布《关于完善新能源汽车推广应用财务津贴政策的通知》，提出将对燃料电池汽车的 购置津贴调解为选择有基础、有起劲性、有特色的都会或区域，重点围绕要害零部件的 手艺攻关和工业化应用开展树模，中央财务将接纳“以奖代补”方法对树模都会给予奖 励；同年 9 月财务部等五部委团结发文《关于开展燃料电池汽车树模应用的通知》，提出 凭证树模都会在燃料电池汽车推广应用、氢能供应等方面的现真相形给予奖励。
2）五大树模都会群先后确立：前述“以奖代补”政策出台之后约有 17 个都会（群）提出申报，起源答辩之后选出上海、广东、北京三大树模都会群，后续又确定河南、河北 两大树模都会群。 在都会树模群政策宣布后，关于氢燃料电池汽车的津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都会树模群所在的地方政府，由地方自 主制订并实验工业生长奖励政策，因地制宜生长氢燃料电池工业。
3 恒久视角下，TCO 经济性带来真正市场化应用
更恒久维度来看，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自动。汽 车的经济效益一样平常是通过全生命周期总拥有本钱（TCO）模子举行测算，总拥有本钱由 购置本钱及运营本钱组成，运营本钱包括燃料用度、基础设施本钱、维修本钱、零部件 替换本钱以及包管用度等。目今时点氢燃料汽车的 TCO 显着高于纯电动车和古板燃油 车，随着燃料电池系统手艺成熟以及本钱下降、加上氢气价钱及氢耗水平的降低，氢燃 料汽车的 TCO 将一连下行。凭证《中国氢能工业生长报告 2020》测算，差别类型的氢 燃料汽车与同类型纯电动车的本钱平衡点取得时间差别，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，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 时下游客户自动采购意愿或将显着提高，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，实现自主市场化生长。
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
我国氢燃料电池汽车应用场景泛起“先商后乘”的生长特点。现阶段海内氢燃料电池车 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，缘故原由一方面是由 于此前的工业政策优先支持商用车生长，但最为基础的缘故原由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，因此远程运输和重载领域是其最为主要的生长偏向和优势应用场景。凭证国 际氢能协会剖析，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本钱优势，而乘用车和都会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 预计未来海内氢燃料车市场将继续坚持商用为主的时势。
新能源替换（包括纯电动车和氢燃料电池车）是中国蹊径交通行业未来实现碳中和的最 主要步伐之一，现在纯电动车及动力电池手艺已实现了一定的商业规；τ，而氢燃 料电池及汽车手艺仍处于起步阶段，工业化历程尚需时日，两者各有各的优势，未来在 使用场景上呈互补而非简朴的替换关系。团结氢燃料电池汽车的较量优势来看，其适用 的场景主要分为四大类： 1）牢靠蹊径：包括矿山短倒、口岸、物流园区等相对关闭和牢靠蹊径的场景，利便氢燃 料电池汽车结构加氢站等配套能源加注设施，因此适用于公交车以及叉车、采矿车等专 用车型。
2）中远程干线：里程在 400-800 公里左右，凌驾纯电动车的续航上限将成为氢燃料电 池汽车的优势应用场景区间，适用于长续航里程的客车、物流车及重卡、乘用等车型。 3）高载重：由于纯电动汽车电池能量密度提升空间有限，特殊是关于远程运输用的重型 车辆来说，匹配一定续航里程的电池一定导致其自重较大，以特斯拉的电动重卡模子为 例，预计其电池重量可以抵达 4.5 吨。而燃料电池汽车就没有这样的问题，由于氢具有 更高的比能（约莫 120MJ/Kg，而电池的比能是 5MJ/Kg），其所携带的氢气质量远小于同 等能量所需的电池质量，未来若过渡到液氢蹊径后车重优势还将进一步放大。因此氢燃 料电池汽车在对载主要求较高的场景中更有优势。
团结氢燃料汽车在续航能力、载重负荷和能量补给时间等方面的优势，重卡将是氢燃料车的焦点优势应用场景。我国的工业生长思绪也正在向重卡倾斜，2020 年 9 月五部委联合印发的《关于开展燃料电池汽车树模应用的通知》中对氢燃料电池津贴政策做了周全 调解，其中轻型和中型货车单车津贴上限均有所下降（中型车大幅下滑、轻型车稍有下滑），而重型货车则大幅上升，31t 以上的重型货车单车津贴上限涨幅达 36.5%。以最新 的积分标准测算，一台功率≥110kw、31t 以上的重型货车最多可享受津贴 100 万，这 足以让一台均价 150 万的燃料电池重卡在价钱上媲美同规格的柴油重卡。重卡津贴政策 清朗之后，我国氢燃料电池重卡逐渐从理论变为现实，2020 年及之前氢燃料重卡销售几乎为零，而 21 年销量超 600 台。
4）低温特殊情形：在我国北方部分地区，氢燃料电池汽车也具备在出租车和公务用车领 域的推广潜力，以解决严寒条件下电动车无法完成较长行驶里程的问题。 综上，相比纯电动车型，燃料电池车战胜了载重和续航能力有限、能源增补时间长、低 温情形顺应性差等问题，提高了营运效率。而纯电动车在配套设施、本钱经济性等方面 优势更为突出，只管续航能力有弱势，但在乘用车以及都会内的公交、物流车、环卫等 短途商用车领域具备较强的适用性和竞争力。
2.2.2 其他应用：处在前期研制阶段，商业化尚未开启
氢燃料电池的下游应用普遍，包括交通运输、便携式电池、发电和修建储能领域。其中 交通运输为其焦点增量领域，除开蹊径车辆之外，氢燃料电池还可用于轨道交通、船舶、 无人机、飞机等场景，现在我国正在起劲探索上述非蹊径运输领域，并已形成项目和技 术储备，未来将逐步完成现实运营验证及性能刷新，有望推进商业化应用。
2.3 储氢瓶用碳纤维市场规模测算：高增添、基数小的细分赛道
鉴于储氢瓶及氢燃料电池在非蹊径车辆以外的场景使用量小且难以准确计量。此处我们 仅对氢燃料电池汽车这一主流应用场景举行碳纤维用量测算，测算方法有自上而下和自 下而上两种，前者的盘算依据为国家层面出台的政策指引，后者主要是通过加总各地方 政府制订的有关氢燃料汽车的详细生长目的、再举行储氢瓶及碳纤维用量的估算。
1、凭证《妄想》中制订的天下性目的推算出 22 年储氢瓶对应碳纤维用量超 2500 吨， 到 2025 年或将突破万吨。2022 年 3 月，国家发改委和国家能源局团结宣布了《氢能产 业生长中恒久妄想（2021-2035 年）》（下称《妄想》），明确了到 2025 年我国氢燃料电池 车保有量抵达 5 万辆的生长目的，对应 2022-2025 年氢燃料车保有量年均复合增速超 50%。我们假设：1）其中重卡车型占比逐渐提升（从 2022 年的 60%提升至 2025 年的 75%），剩下部分为客车、轻卡、物流车等其他商用车型，乘用车在中短期内无法放量（仅 有的量基本为政策推动下的树模应用）；2）平均每车搭载储氢瓶数目在 6-10 个不等（搭 载数目取决于车的续航能力要求、装载空间、气瓶的容量规格等）；3）储氢瓶平均碳纤 维用量为 60-80kg，综合测算得出 2022 年氢燃料电池汽车碳纤维用量约为 2534 吨， 2025 年碳纤维用量破万吨，对应 2022-2025 年碳纤维年均复合增速超 60%。
2、凭证各地给出的氢能生长量化目的推算出 22-25 年碳纤维用量破 5 万吨。阻止目 前，至少有 16 个省份制订了氢燃料电池汽车的详细生长妄想，像安徽、湖北、湖南、甘 肃等部分省份下属都会也有出台相关的政策文件，假设这些省市区妄想的生长目的均能 抵达，则到 2025 年天下各地氢燃料电池汽车保有量能够抵达 11.2 万辆以上，加氢站建 设数目抵达 1143 座，对应氢燃料车保有量年复合增速约 88%，加氢站数目年复合增速 58%。 凭证中国汽车工业协会统计，阻止 2021 年我国氢燃料电池汽车保有量为 8922 辆，若 2025 年要抵达 11.2 万辆的保有量规模，则 2022-2025 年需新增投放氢燃料车 103078 辆，假设单车设置 8 个储氢瓶，单瓶碳纤维用量 65kg，则 2022-2025 年合计需耗用碳 纤维 5.36 万吨。