固態(tài)儲氫行業(yè)市場分析

固態(tài)儲氫行業(yè)市場分析固態(tài)儲氫技術(shù)基本介紹我國氫能產(chǎn)業(yè)具備長期發(fā)展?jié)摿Ω鶕?jù)預(yù)測，在2030年碳達(dá)峰愿景下，我國氫氣的年需求量預(yù)期達(dá)到3,715萬噸，在終端能源消費(fèi)中占比約為5%；可再生氫產(chǎn)量約為500萬噸，部署電解槽裝機(jī)約80GW。在2060年碳中和愿景下，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費(fèi)中占比約為20%。其中，工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍然最大，約7,794萬噸，占?xì)淇傂枨罅?0%；交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫4,051萬噸，建筑領(lǐng)域用氫585萬噸，發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫600萬噸。儲氫——?dú)狻⒁?、固三種方式氣態(tài)儲氫技術(shù)通過高壓是將氫氣壓縮于高壓容器中，來實(shí)現(xiàn)氫氣的儲存，通常由鋼、鋁、碳/玻璃纖維、高分子材料等制成。高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。目前高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)主要應(yīng)用在運(yùn)輸領(lǐng)域，加氫站和燃料電池車上均應(yīng)用高壓儲氫瓶作為儲氫裝置。加氫站通常使用純鋼制造的I型瓶和II型瓶（鋼制內(nèi)膽，纖維環(huán)向纏繞），工作壓力在17.5-30MPa，體積較大。加氫站配置250kg的儲氫裝置成本約為170-200萬元以上，折合單位儲氫價(jià)格約為6000-8000元/公斤。車載儲氫瓶主要分III型瓶和IV型瓶兩種。III型瓶壓強(qiáng)為35MPa，內(nèi)膽采用鋁合金/鋼，包裹材料為碳纖維或者混合碳/玻璃纖維復(fù)合材料。IV型瓶壓強(qiáng)為70MPa，內(nèi)膽采用聚合物（一般包括尼龍，高密度聚乙烯（HDPE），PET聚酯塑料/PA聚酰胺），外部包裹材料主要是碳纖維或者混合碳/玻璃纖維復(fù)合材料。國內(nèi)氫燃料電池汽車配備的儲氫罐主要以35MPa的Ⅲ型瓶為主，而70MPa的IV型高壓儲氫罐，國外已經(jīng)實(shí)應(yīng)用，國內(nèi)尚未批準(zhǔn)。在燃料電池車上應(yīng)用的高壓儲氫瓶按照儲氫質(zhì)量折算，35MPa的單價(jià)3500-5000元/kg，70MPa的8000-10000元/kg。液態(tài)儲氫技術(shù)是采用低溫技術(shù)將氫氣冷卻到液化溫度（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，-253℃）以下，以液體形式儲存在高度真空的絕熱容器中。低溫液態(tài)儲氫技術(shù)目前美國、日本等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，國內(nèi)應(yīng)用最早起步于軍事、航天等領(lǐng)域。隨著近年來國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)興起，民用液氫領(lǐng)域現(xiàn)已匯聚中科富海、航天101所、國富氫能、鴻達(dá)興業(yè)等一批科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)，在相關(guān)技術(shù)上屢獲重大突破；同時(shí)國家已發(fā)布液氫生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸?shù)膰覙?biāo)準(zhǔn)，這使液氫民用有標(biāo)可依，實(shí)現(xiàn)了我國液氫產(chǎn)業(yè)民用領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)零突破，為液氫進(jìn)入市場化發(fā)展提供重要支撐。液氫槽罐車價(jià)格為350萬/臺，可儲存4300公斤液氫，液化過程耗電約為15KWh/kg。2021年月，清華聯(lián)手北汽福田的全球首輛35噸級、49噸級分布式驅(qū)動(dòng)液氫燃料電池重型商用車成功問世，順利通過綜合測試。2021年2月，上海重塑、佛燃能源、國富氫能、泰極動(dòng)力簽署協(xié)議在佛山合作推進(jìn)“液氫儲氫加氫站項(xiàng)目。固態(tài)儲氫技術(shù)是通過物理或化學(xué)方式使氫氣與儲氫材料結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)氫氣的儲存。從材料分類上有金屬合金、碳材料等。金屬氫化物合金又可細(xì)分為稀土系、鈦鐵/錳系、釩系和鎂系等。固態(tài)儲氫從體積儲氫密度、安全性等因素考慮，是最具商業(yè)化發(fā)展前景的儲存方式之一。固態(tài)儲氫目前在交通領(lǐng)域起步相對較早，氫能自行車、兩輪車、燃料電池叉車、加氫站均有示范項(xiàng)目；國內(nèi)企業(yè)如厚普股份也在開發(fā)車載固態(tài)儲氫瓶，目前鈦系儲氫裝置售價(jià)在2萬元/kg，未來希望通過規(guī)?；a(chǎn)，降至8000元/kg以內(nèi)。固態(tài)儲氫在電力調(diào)峰領(lǐng)域也有示范項(xiàng)目，包括華電集團(tuán)、云南電科院、有研科技集團(tuán)等在四川瀘定、昆明、張家口建設(shè)了相關(guān)示范項(xiàng)目。在備用電源領(lǐng)域，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、社區(qū)等工商業(yè)的示范項(xiàng)目。在工業(yè)領(lǐng)域：目前化工上使用的是高壓儲氣罐，安全性存在挑戰(zhàn)、復(fù)雜度很高。而固態(tài)儲氫可以作為長期的儲存，減輕安全壓力；還可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)副產(chǎn)氫凈化-儲運(yùn)一體化。一輛儲運(yùn)車可直接充裝和純化1.2噸氫氣，得到99.999%的高純氫，有效降低儲運(yùn)成本。固態(tài)儲氫技術(shù)路線介紹固態(tài)儲氫技術(shù)路線主要可分為金屬氫化物，配位氫化物，碳材料，金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）和水合物儲氫等。金屬氫化物為固態(tài)儲氫主流技術(shù)路線，涉及材料包括鎂系、鈦系、釩系、稀土系及復(fù)合儲氫合金等；其中鎂系合金儲氫容量大（最高可達(dá)7.6%），但放氫溫度高，通常需要300℃；鈦系、釩系、稀土系儲氫合金儲氫容量為1.4%-2.4%不等，放氫溫度明顯較鎂系合金低。配位氫化物路線需要堿金屬（鋰、鈉、鉀等）或堿土金屬（鎂、鈣等）或第三主族元素（鋁、硼等）。碳材料路線需要活性炭、碳納米纖維、碳納米管等材料。金屬氫化物吸放氫基本原理金屬儲氫材料通過金屬氫化物的形式來將氫氣儲存在合金中。吸氫過程中，合金儲氫材料在一定的溫度和氫氣壓力下,發(fā)生放熱反應(yīng)吸收氫氣生成金屬氫化物；放氫過程中，金屬氫化物在加熱的情況下發(fā)生吸熱反應(yīng)釋放所吸收的氫氣,。微觀機(jī)理：氫分子首先吸附在金屬表面,隨著氫鍵斷裂而解離成氫原子,氫原子通過內(nèi)部擴(kuò)散進(jìn)入金屬原子的間隙形成金屬固溶體，之后固溶體中的氫原子進(jìn)一步向金屬內(nèi)部擴(kuò)散,達(dá)到固溶轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸附的活化能后從而形成氫化物。儲氫運(yùn)氫——三種形式的結(jié)合應(yīng)用前景對于高壓氣態(tài)儲運(yùn)，當(dāng)運(yùn)輸距離為50km時(shí)，運(yùn)輸成本為3.6元/kg，隨著距離的增加長管拖車運(yùn)輸成本大幅上升，當(dāng)運(yùn)輸距離為500km時(shí)，氫氣的運(yùn)輸成本達(dá)到29.4元/kg。因此，長管拖車只適合短距離運(yùn)輸（小于200km）。固態(tài)儲氫車與液氫槽罐車運(yùn)氫成本對距離不敏感，當(dāng)加氫站距離氫源點(diǎn)50-600km時(shí)，運(yùn)輸價(jià)格約在10-13元/kg范圍內(nèi)，成本變動(dòng)與儲運(yùn)氫過程中耗電費(fèi)用，載氫量有關(guān)，在長距離運(yùn)輸下，固態(tài)儲氫車與液氫罐車都具備成本優(yōu)勢。管道運(yùn)氫成本主要來源于與輸送距離正相關(guān)的管材折舊及維護(hù)費(fèi)用，當(dāng)輸送距離為100km時(shí)，運(yùn)氫成本僅為0.5元/kg。但管道運(yùn)氫成本很大程度上受到需求端的影響，在當(dāng)前加氫站尚未普及、站點(diǎn)較為分散的情況下，管道運(yùn)氫的成本優(yōu)勢并不明顯。固態(tài)儲氫市場分析固態(tài)儲氫技術(shù)擁有廣闊的應(yīng)用前景對于不同的儲氫方式，都有不同的適合場景。固態(tài)儲氫適用的場景有：工程車載應(yīng)用：1）叉車對重量不敏感，固態(tài)儲氫較為合適。相比高壓儲氣罐，固態(tài)儲氫能夠儲存兩倍以上的氫氣，續(xù)航時(shí)間翻倍，叉車加氫一次工作可以連續(xù)工作一整天。2）固態(tài)儲氫可以用于港區(qū)、煤礦井下進(jìn)行短途輸運(yùn)的物流車，這種場景下用高壓氣罐有安全風(fēng)險(xiǎn)，用固態(tài)儲氫更合適。3）地鐵施工中的機(jī)械施工車輛也適合使用固態(tài)儲氫裝置，這些列車建站很小很少，但對體積和重量的承受力強(qiáng)一些。4）固定路線的重卡、環(huán)衛(wèi)車等等也非常適合。乘用車載應(yīng)用：目前燃料電池乘用車主要是高壓儲氫，主流車型采用三個(gè)罐，一橫兩豎的擺放方式，比較占用空間，如果使用固態(tài)儲氫裝置，可以與底盤進(jìn)行一體式設(shè)計(jì)，類似電動(dòng)車，空間利用率會大大提高，同時(shí)汽車的重心會降低，汽車的阻力降低，能效提高；同時(shí)固態(tài)儲氫安全性更好，車輛可以放心進(jìn)入地下車庫停放。目前存在的問題是需要在乘用車使用還需要提高質(zhì)量儲氫密度到2%以上，并且降低制造成本。通信基站的備用電源：例如我國2008年汶川地震后，一些單位開發(fā)了燃料電池和固態(tài)儲氫裝置組成的備用電源，一次能夠供給通信基站運(yùn)行17個(gè)小時(shí)左右。分布式供能：固態(tài)儲氫裝置可以和光伏或風(fēng)電配套使用。因?yàn)楣虘B(tài)儲氫需要的氫氣壓力低，光伏電解水制取的氫氣可以直接存儲在固態(tài)儲氫裝置中。固態(tài)儲氫裝置平時(shí)常溫常壓儲存，使用時(shí)跟燃料電池配套使用，燃料電池余熱可以放氫時(shí)使用，固態(tài)儲氫裝置可以作為換熱系統(tǒng)的一部分。近年來更大規(guī)模的分布式儲能，廣州南沙和云南昆明的分布式供能，一方面可以直接跟燃料電池?zé)犭娐?lián)供結(jié)合使用，另一方面可以把氫氣增壓后給氫能汽車加氫，形成綜合能源站。綠氫和化工相結(jié)合：化工需要持續(xù)的氫氣供給，單獨(dú)的光伏制氫因?yàn)榫哂虚g歇性，因此不合適獨(dú)立運(yùn)行。目前化工上使用的是高壓儲氣罐，安全性存在挑戰(zhàn)、復(fù)雜度很高。而固態(tài)儲氫可以作為長期的儲存，減輕安全壓力。電力調(diào)峰電站：固態(tài)儲氫和200MW以上的燃料電池配套，可用作調(diào)峰電站，能夠供電4、5個(gè)小時(shí)以上。這種電站儲氫量很大，例如我國張家口的新能源基地，設(shè)計(jì)單日放氫量可達(dá)到50噸以上，這種應(yīng)用非常適合固態(tài)儲氫。按照一周以上的儲存時(shí)間估算，固態(tài)儲氫單位造價(jià)可低至1.0元/wh，略低于當(dāng)前鋰電池的系統(tǒng)價(jià)格1.1-1.2元/wh的水平，但相對于鋰電池系統(tǒng)，固態(tài)儲氫系統(tǒng)的長時(shí)儲能在安全性方面的優(yōu)點(diǎn)更為明顯。應(yīng)急電源：應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、社區(qū)等工商業(yè)。固態(tài)儲氫罐產(chǎn)品介紹與高壓氣態(tài)儲氫方式相比，固態(tài)儲氫罐具有安全可靠的優(yōu)勢，對設(shè)備要求較低。目前主流的固態(tài)儲氫罐主要由固態(tài)儲氫材料、不銹鋼/鋁制殼體、氣管通道、過濾器、散熱鰭片、閥門和加熱/散熱管道組成。因固態(tài)儲氫罐壓力一般低于5MPa，故不需要成本較高的高壓閥門。固態(tài)儲氫罐成本主要受規(guī)模、殼體材料、儲氫合金等因素影響，各家工藝有所不同，成本差異較大。根據(jù)資料顯示，目前固態(tài)儲氫裝置成本約為8000元/kgH2，而轔蕭科技生產(chǎn)的金屬氫化物固態(tài)儲氫罐成本約為1200元/L。當(dāng)前固態(tài)儲氫裝置處于早期示范階段，未來隨著產(chǎn)線規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化程度的提高，制造成本有望大幅降低。同時(shí)，失效儲氫罐中的儲氫材料可以實(shí)現(xiàn)回收，進(jìn)一步壓縮制造成本。固態(tài)儲氫罐產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有研工研院開發(fā)的一系列固態(tài)儲氫罐產(chǎn)品涵蓋便攜式、大容量、固定式等多種規(guī)格，容量覆蓋0.1-1000Nm3，處于行業(yè)領(lǐng)先地位。浩運(yùn)金能固態(tài)儲氫罐產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)快速大容量吸放氫，且工作壓力低于3MPa，為多種應(yīng)用場景提供便利。目前國內(nèi)生產(chǎn)固態(tài)儲氫罐的企業(yè)有浩運(yùn)金能、有研工研院、華碩能源、安泰創(chuàng)明、永安行、氫楓能源、轔蕭科技和華碩能源。目前主流固態(tài)儲氫罐生產(chǎn)企業(yè)均有具備商業(yè)化潛能的產(chǎn)品面市。浩運(yùn)金能開發(fā)的儲氫罐容量最高可達(dá)800L，同時(shí)具備超過200L/min的快速大流量放氫性能。有研工研院開發(fā)的固態(tài)儲罐已應(yīng)用在與云浮飛馳、佳華利道等合作項(xiàng)目的冷鏈物流車、大巴車上。安泰創(chuàng)明開發(fā)的固態(tài)儲氫瓶應(yīng)用于兩輪車上，續(xù)航可達(dá)80km；氫楓能源開發(fā)的鎂合金固態(tài)儲氫運(yùn)輸車上搭載14個(gè)儲氫罐，可以實(shí)現(xiàn)1.2噸的氫氣運(yùn)載量。永安行固態(tài)低壓儲氫瓶生產(chǎn)線已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。政策：多部門支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展繼2019年3月氫能被首次寫入政府工作報(bào)告后，國務(wù)院、國家發(fā)改委、國家能源局等多部門陸續(xù)印發(fā)了支持、規(guī)范氫能源行業(yè)的發(fā)展政策，主要包括氫能發(fā)展技術(shù)路線、氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、燃料電池汽車發(fā)展等內(nèi)容。三大氫燃料電池“示范城市群”落地，推動(dòng)氫能跨區(qū)域發(fā)展2021年8月，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國家發(fā)展改革委和國家能源局《關(guān)于啟動(dòng)燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》正式印發(fā)，宣告京津冀、上海、廣東成為國內(nèi)三大氫燃料電池汽車示范城市群，示范期為期四年。國家將采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”的方式，按照示范城市群任務(wù)目標(biāo)完成情況給予獎(jiǎng)勵(lì)?！笆痉冻鞘腥骸钡穆涞?，將加快燃料電池關(guān)鍵核心技術(shù)自主化與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，有助于探索氫能商業(yè)化模式和燃料電池產(chǎn)業(yè)政策的建立，推動(dòng)氫能跨省跨區(qū)域協(xié)同發(fā)展。多省市發(fā)布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)建設(shè)目標(biāo)全國已有20個(gè)省份公開發(fā)布到2025年的氫能規(guī)劃，從我國各省市出臺政策來看，二十省規(guī)劃2025年氫燃料電池汽車保有量合計(jì)將超過十萬輛、加氫站保有量合計(jì)超過1300座，二十省至2025年氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模合計(jì)將突破萬億大關(guān)。氫燃料電池汽車市場展望從全球氫燃料電池汽車保有量來看，近幾年實(shí)現(xiàn)快速增長，由2019年的2.4萬輛增長至2022年底6.75萬輛，CAGR41%；從我國我國情況來看，至2022年底國內(nèi)氫燃料電池汽車保有量達(dá)到1.23萬輛，數(shù)量占全球比例約18.2%。從全球氫燃料電池汽車銷量來看，2022全年實(shí)現(xiàn)銷量17926輛，其中我國實(shí)現(xiàn)銷量3367輛，占比18.8%，隨著燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)?；c燃料電池電堆核心零部件國產(chǎn)化推動(dòng)成本下降，在2025年燃料電池汽車保有量達(dá)超10萬輛政策指引下，我們預(yù)計(jì)未來幾年我國氫燃料電池汽車產(chǎn)銷量迅速上升。固態(tài)儲氫發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)固態(tài)儲氫為儲氫環(huán)節(jié)新興技術(shù)，相較于高壓氣體儲能和低溫液態(tài)儲氫具備高安全性、高體積儲氫密度、快速充放氫、運(yùn)輸便捷等優(yōu)勢，并為業(yè)界所重視。目前主流固態(tài)儲氫路線為金屬氫化物，包括鎂系、鈦系、釩系、稀土系及復(fù)合儲氫合金等。固態(tài)儲氫技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。1）車載儲氫環(huán)節(jié)，伴隨氫燃料電池汽車的推廣和車載固態(tài)儲氫系統(tǒng)成本下降，固態(tài)儲氫系統(tǒng)市場空間將會打開，我們預(yù)計(jì)車載固態(tài)儲氫瓶2030年市場規(guī)模突破百億元；2）加氫站環(huán)節(jié)，固