车载储氢行业发展分析报告.docx

1、2019 年车载储氢行业发展分析报告2019 年车载储氢行业发展分析报告2019 年 6 月12019 年车载储氢行业发展分析报告目录1、车载储氢技术多元化，高压气态储氢是主流路径31.1 、车载储氢技术是燃料电池重点突破环节31.2 、高压气态车载储氢已达可使用状态41.3 、其他车载储氢方式尚不成熟91.3.1 、有机液体储氢91.3.2 、低温液态储氢101.3.3 、金属氢化物储氢112、高压气态储氢应用依赖于车载氢瓶技术122.1 、我国气瓶制造技术与国际存在一定差距122.2 、国内以III 型气瓶为主，未来需向IV 型过渡142.3 、国内以35MPa 气态氢为主，未来需向70M

2、Pa 过渡163、高端碳纤维是制造储氢瓶的核心材料173.1 、储氢瓶等压力容器是碳纤维主要下游需求之一173.2 、高端碳纤维制造产业被美、日垄断203.3 、我国碳纤维对外依存度超过70% ，产能集中度逐步提高23（1）产能千吨以上：8 家公司。24（2）产能在500-1000 吨之间：4 家公司244、总结建议254.1 、气瓶制造企业加速高压储氢瓶研发254.2 、国内高端碳纤维产品研发能力逐步提升295、风险分析31321、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

3、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。图1 ：燃料电池车解剖图为了达到性能要求，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4060 。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

4、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。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；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；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。表1 ：不同氢气储运技术应用领域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，

5、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。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，

6、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

7、，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：储氢瓶成本结构中，湿法缠绕（碳纤维外层覆盖）占比接近90% ；辅助系统成本结构中，组装费用占比极低；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；表2 ：车载氢系统成本图 2：车载氢系统成本（50 万套/年） 图 3：车载氢系统成本（1 万套/年）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

8、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。表3 ：金属内胆碳纤维全缠绕气瓶（III 型）常见型号型号塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶（IV 型）：以塑料内胆外面全缠绕碳纤维， 国外乘用车以该类型为主，如日本丰田、挪威 Hexagon。图4 ：日本丰田高压储氢瓶图5 ：挪威Hexagon 高压储氢瓶固定式高压气态储氢主要应用在固定场所，如制氢厂、加氢站以及其他需要储存高压氢气的地方。目前主要使用大直径储氢长管和钢带错绕式储氢罐来储氢。大直径储氢长管：石

9、家庄安瑞科气体机械有限公司2002 年在国内率先研制成功20/25MPa 大容积储氢长管，并应用于大规模氢气运输。长管气瓶材料为铬钼钢4130X ，强度高，具有良好的抗氢脆能力。钢带错绕式储氢罐：钢带错绕式储氢罐目前有 45Mpa 和98Mpa 两种型号，如浙大与巨化集团制造生产的两台国内最高压力等级98MPa 立式高压储罐，安装在江苏常熟丰田加氢站中。图6 ：丽江氢气加气站及45Mpa 储氢瓶组目前单座加氢站投资规模（不包括土地）约1500 万人民币，固定投资主要包括压缩机、储气罐、分配器、预冷器等设备及安装费用， 占比分别为13%/18%/13%/7%/20% 。随着市场规模的扩大，在规模

10、经济的影响下，压缩机、储气罐单位成本下降幅度较大。根据 Ahmad Mayyas 在论文Manufacturi ng competitiveness analysis for hydrogen refueling stations测算数据， 如果需求量每年由10 家增长至100 家，那么单位压缩机、储气罐价格将由 14.5/32 万美元下降至4.6/17.6 万美元。图7 ：加氢站固定投资结构表4 ：加氢站的压缩机、储气罐规模经济性显著1.3 、其他车载储氢方式尚不成熟1.3.1 、有机液体储氢有机液体储氢技术借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气产生可逆反应实现加氢和脱氢。与常见的高压气态

11、储氢、低温液态储氢、固体储氢材料储氢相比，有机液体储氢具有以下特点：反应过程可逆，储氢密度高；氢载体储运安全方便，适合长距离运输；可利用现有汽油输送管道、加油站等基础设施。有机液体储氢关键在于选择合适的储氢介质。目前研究中主要采用的储氢介质包括环乙烷、乙基咔唑等。环己烷利用苯-氢-环己烷可逆化学反应来实现储氢，具有较高的储氢能力，在常温下为液态，脱氢产物苯在常温常压下也是液态，方便运输。甲基环己烷脱氢产生氢气和甲苯，且甲基环己烷和甲苯在常温常压下都是液体，因此，甲基环己烷也是比较理想的储氢载体。表5 ：主要有机液体储氢介质液体有机储氢材料最大的特点就是常温下为液态，能够方便地运输和储存。武汉氢

12、阳研发了一种稠杂环有机分子作为有机液体储氢材料，储氢高达 58g/L，并可在常温常压下利用管道、槽罐车等运输。该有机液体储氢材料已经投入应用。其推出的新型有机液态储氢材料安全指标远高于汽油、柴油等传统能源。表6 ：氢阳能源“氢油”与汽油、柴油主要安全数据对比1.3.2 、低温液态储氢低温液态储氢技术是将氢气压缩后冷却到-252 以下，使之液化并存放在绝热真空储存器中。与高压气态储氢相比，低温液态储氢的质量和体积的储氢密度都有大幅度提高，通常低温液态储氢密度可以达到5.7% 。仅从质量和体积储氢密度分析，运输能力是高压气态氢气运输的十倍以上。在欧美日等国家，液氢应用相对比较成熟，在运输、加氢站和

13、车载中都有应用。我国液氢目前主要应用在航天领域，以及少数的电子行业。航天101 所在液氢的制备、储运、应用上都有成熟的经验。相关部门正在研究制定液氢民用标准，车用液氢技术研究正在进行中， 未来液氢将应用在一些长途、重型商用车，以及加氢站中。1.3.3 、金属氢化物储氢金属氢化物储氢适用于对重量不敏感领域，该技术利用过渡金属或稀土材料与氢反应，以金属氢化物形式吸附氢，然后加热氢化物释放氢。当金属单质作为储氢材料时，能获得较高的质量储氢密度，但释放氢气的温度高，一般超过300 。为了降低反应温度，目前主要使用LaNi5 、Ml0.8 Ca0.2 Ni5 、Mg2Ni、Ti0.5V0.5Mn、FeT

14、i、Mg2Ni 等AB5 、A2B、AB 型合金，合金储氢材料的操作温度均偏低， 质量储氢密度为1 4.5。由于储氢合金具有安全、无污染、可重复利用等优点，已在燃气内燃机汽车、潜艇、小型储氢器及燃料电池车中开发应用。浙江大学成功开发了燃用氢- 汽油混合燃料城市节能公共汽车，其使用的是Ml0.8Ca0.2Ni5 合金储氢材料， 在汽油中掺入质量分数为4.5 的氢，使内燃机效率提高14 ，节约汽油 30。日本丰田汽车公司采用储氢合金提供氢的方式，汽车时速高达 150km/h ，行驶距离超过300 公里。虽然金属氢化物储氢在车上已有应用，但与2017 年 DOE 制定的储氢密度标准相比，差距仍较大。将其发展成为商业车载储氢还需进一步提高质量储氢密度，降低分解氢的温度与压力，延长使用寿命等。表7 ：合金储氢材料的储氢性能2、高压气态储氢应用依赖于车载氢瓶技术2.1 、我国气瓶制造技术与国际存在一定差距当前阶段上述各种储氢技术均已经在车载中应用，我国与世界先进国家相比仍然存在一定差距：国内IV 型瓶研发滞后。国外乘用车已经开始使用质量更轻、成本更低、质量储氢密度更高的IV 型瓶，而中国IV 型瓶还处于研发阶段，成熟产品只有35 MPa 和70 MPa