车载储氢如何超车？

　　本文要点

　　◆车载储氢技术是决定未来氢能交通领域大规模应用的重点。氢能的使用主要包括氢的生产、储存和运输、应用等方面，而决定氢能应用关键的是安全、高效的氢能储运技术。氢气储存技术滞后限制了氢能源在各类交通工具上大规模应用，车载储氢技术的改进是未来氢燃料电池车发展重点突破环节。诸多技术路线中，高压气态储氢最成熟、成本最低，未来大规模推广需要储氢瓶工艺提升。

　　◆国内气瓶制造工艺发展潜力巨大，未来将向Ⅳ型、70MPa气态氢过渡：国内企业采用III型(金属内胆纤维全缠绕气瓶)储氢密度为 3.9%，而IV型(非金属内胆纤维全缠绕气瓶)的储氢密度可以达到 5.5%。IV型具有低成本、小重容、轻量化的优势。国内在35 MPa III型瓶有成熟产品，但是 35 MPa气瓶的续航里程上对比纯电动车没有优势，需采用 70MPa III型在燃料电池乘用车上才有续航里程的优势。

　　◆高端碳纤维材料进口依赖，国产化率未来有望提升。氢气瓶的核心技术，除了金属阀门及各类传感器之外，主要是外层高效、低成本碳纤维及缠绕成型。氢气瓶的外层缠绕，会对碳纤维及其复合材料产生革命性影响。目前，日本、美国等国家对高端碳纤维技术形成垄断，国内储氢瓶厂商需要进口，导致储氢瓶生产成本短期难以大幅下降。随着国内技术的不断突破及产业集中度的提高，进口依赖问题有望逐步缓解。

　　◆国内气瓶厂加快进入储氢瓶市场，碳纤维材料或是突破口。车载储氢大规模推广依赖于高压储氢瓶及碳纤维，该细分领域目前处于发展初期，相关技术、法规仍未成熟。(1)国内70MPa高压储氢瓶还未真正装车上路，领先企业正在研发或已具备量产70MPa III型瓶能力，并开始配合车企展开上车实验。这些企业拥有多年气瓶研发生产经验，同时瞄准未来氢瓶广阔市场。(2)碳纤维作为储氢瓶核心材料之一，技术被日本、美国垄断。国内大多数碳纤维企业所提供产品以中低端碳纤维为主，无法大规模提供高性能碳纤维。随着碳纤维行业集中度提升和龙头企业新生产线投放，高端产品研发能力将逐步改善。

　　◆投资建议：我们认为，现阶段二级市场的投资机会将更多地以主题投资的方式呈现，应关注具有气瓶研发经验、技术优势的高压容器公司，以及聚焦高端碳纤维品类、市场率领先的碳纤维龙头。投资方面建议关注：京城股份、富瑞特装、中材科技、光威复材、中简科技。

　　◆风险分析：70MPa IV型瓶法规标准出台时间存在不确定性；70MPa III型瓶量产及大规模市场推广进度不及预期；高端碳纤维研发进展缓慢，短期无法彻底摆脱对进口原料依赖，导致氢瓶生产成本较高。

　　投资聚焦

　　研究背景

　　氢能的使用主要包括氢的生产、储存和运输、应用等方面，而决定氢能应用关键的是安全高效的氢能储运技术。氢燃料电池车需要满足高效、安全、低成本等要求。氢气储存技术滞后限制了氢能源在各类交通工具上大规模应用，车载储氢技术的改进是未来氢燃料电池车发展的重点突破环节。

　　本篇我们主要从车载储氢环节，通过国际比较的方式，对储氢瓶及其核心原料碳纤维进行讨论和分析。

　　创新之处

　　(1)详细分析了国际主流的车载储氢方式，认为高压气态储氢是未来国内主要储氢模式；

　　(2)对于储氢瓶，我们认为目前III型气瓶及35MPa气态氢未来将向IV型、70MPa气态氢过渡；

　　(3)对于储氢瓶原料碳纤维，我们认为当前对外依存度过高，高端碳纤维技术被日、美垄断，储氢瓶等压力容器制造成本短期难以大幅下降。

　　投资观点

　　车载储氢的大规模推广依赖于高压储氢瓶及碳纤维，该细分领域目前处于发展初期，相关技术、法规仍未成熟。

　　(1)国内70MPa高压储氢瓶还未真正装车上路，领先企业正在研发或已具备量产70MPa III型瓶能力，并开始配合车企展开上车实验。这些企业拥有多年气瓶研发生产经验，同时瞄准未来氢瓶的广阔市场。

　　(2)碳纤维作为储氢瓶核心材料之一，技术被日本、美国垄断。国内大多数碳纤维企业所提供产品以中低端碳纤维为主，无法大规模提供高性能碳纤维。随着碳纤维行业集中度提升和龙头企业新生产线投放，高端产品研发能力将逐步改善。

　　我们认为，现阶段二级市场的投资机会将更多地以主题投资的方式呈现，应关注具有气瓶研发经验、技术优势的高压容器公司，以及聚焦高端碳纤维品类、市场率领先的碳纤维龙头。

　　投资方面建议关注：专业气瓶生产企业京城股份、富瑞特装、中材科技；高端碳纤维生产商光威复材、中简科技。

　　1、车载储氢技术多元化，高压气态储氢是主流路径

　　1.1

　　车载储氢技术是燃料电池重点突破环节

　　氢能的使用主要包括氢的生产、储存和运输、应用等方面，而决定氢能应用关键的是安全高效的氢能储运技术。氢燃料电池车需要满足高效、安全、低成本等要求。氢气储存技术滞后限制了氢能源在各类交通工具上大规模应用，车载储氢技术的改进是未来氢燃料电池车发展的重点突破环节。

　　为了达到性能要求，众多研究机构对车载储氢技术提出了新标准，其中美国能源部(DOE)公布的标准最具权威性——质量储氢密度为7.5%，体积储氢密度为 70 g/L，操作温度为 40~60 ℃。

　　目前，氢燃料电池车车载储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、高压低温液态储氢、金属氢化物储氢及有机液体储氢等。35MPa气态储氢主要应用于商用车，如城市公交车、物流车、团体班车；70MPa气态储氢应用于乘用车；液态储氢主要应用于军事领域，民用推广需要技术突破。

　　(1)从技术成熟方面分析，高压气态储氢最成熟、成本最低，是现阶段主要应用的储氢技术，在行驶里程、行驶速度及加注时间等方面均能与柴汽油车相媲美，但如果对氢燃料电池汽车有更高要求时，该技术不适用；

　　(2)从质量储氢密度分析，液态储氢、有机液体储氢的质量储氢密度最高，能达到DOE 的标准，但两种技术均存在成本高等问题，且操作、安全性等较之气态储氢要差；

　　(3)从成本方面分析，液态储氢、金属氢化物储氢及有机液体储氢成本均较高，目前不适合推广。

　　1.2

　　高压气态车载储氢已达可使用状态

　　高压气态储氢是一种最常见、应用最广泛的储氢方式，其利用气瓶作为储存容器，通过高压压缩方式储存气态氢。其优点是成本低、能耗相对小，可以通过减压阀调节氢气释放速度，充放气速度快，动态响应好，能在瞬间开关氢气。

　　国际主流技术以铝合金/塑料作为氢瓶内胆用于保温，外层则用3公分左右厚度的碳纤维进行包覆，提升氢瓶的结构强度并尽可能减轻整体质量。氢瓶阀门处利用细长的管道将几组氢瓶进行串联，并加装温度传感器等监控设备。安全性方面，当温度传感器感应到外界温度远高于正常温度时(一般超过100℃时)，会自动打开阀门快速释放瓶内所有气体。

　　根据应用方式的不同，高压气态储氢分为车用高压气态储氢和固定式高压气态储氢。

　　(1)车用高压气态储氢

　　车用高压气态储氢主要应用于车载系统，大多使用金属内胆碳纤维全缠绕气瓶(III型)和塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶(IV型)。当前国内车载系统中主要以III型瓶为主，国内有科泰克、北京天海、沈阳斯林达、中材、富瑞特装等多家车用氢瓶生产企业。

　　我国已经完成能够适用于35MPa和70MPa的高压储氢瓶的相应标准GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶》，于2017年12月29日发布，2018年7月1日开始实施。标准规定了车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶的型式和参数、技术要求、试验方法、检验规则、标注、包装运输和存储等要求，保障了高压储氢气瓶的安全性。

　　车载氢系统是燃料电池汽车的重要部件，由储氢瓶及辅助系统(BOP)两部分组成。随着生产量的扩大，单位成本将在规模优势下逐步下降。从表2中可以发现：

　　1)储氢瓶成本结构中，湿法缠绕(碳纤维外层覆盖)占比接近90%；

　　2)辅助系统成本结构中，组装费用占比极低；

　　3)如果生产规模由1万套/年提升至50万套/年，车载氢系统总成本将下降38%，其中储氢瓶与辅助系统成本下降幅度分别为20%/64%；碳纤维成本占比由45%上升至62%，成为影响最大的成本要素；

• 　　金属内胆碳纤维全缠绕气瓶(III型)：以6061铝合金为内胆外面全缠绕碳纤维，我国已开发35MPa和70MPa。其中35MPa已被广泛用于氢燃料电池汽车，70MPa正逐步推广。沈阳斯林达“70MPa高压气态储氢系统关键技术及应用”项目获得了国家教育部科技进步一等奖。