2023中国氢能产业-氢应用环节深度研究报告2023ResearchReportonChinaHydrogenEnergyIndustry-Application©2023.8SixsigmaResearch「云点道林SixsigmaResearch」为精品投资银行「云道资本」下属研究机构以专业的数据信息、敏锐的市场洞察和创造灼见的研究咨询服务赋能中国创业企业、产业氢能源用氢一、加氢站行业概况（一）加氢站的组成和市场规模发展与挑战并存，长期目标实现自主可控（二）产业链图谱一、氢能应用预览二、储氢瓶用碳纤维缠绕材料（一）氢瓶市场现状一、燃料电池的发展（二）氢瓶生产工艺（一）燃料电池在产业链中的定位（三）氢瓶成本构成及降本路径（二）燃料电池的国内市场空间（三）政策引领发展三、氢瓶市场竞争格局（一）国内储氢瓶主流厂家二、燃料电池的国产化进程（二）氢瓶用碳纤维市场规模（一）燃料电池的进入壁垒（二）燃料电池的核心组件氢能源用氢一、燃气轮机概述（一）原理发展与挑战并存，长期目标实现自主可控（二）结构（三）国产化进程一、氢内燃机（四）国外技术发展（一）氢内燃机的技术架构（二）国内外开发史二、燃氢燃气轮机的优点（三）氢内燃机和燃料电池对比（四）氢内燃机的应用领域三、氢能电厂的产业基础（五）氢内燃机的商业化（一）制氢（二）氢储运一、灰氢（三）目前短板（一）国内氢气的主要来源二、绿氢（一）绿氢绿电与工业耦合（二）制约绿氢进入工业领域的瓶颈（三）绿氢脱碳的主要结论氢能源用氢三、发电机纽性能比较（一）性能参数发展与挑战并存，长期目标实现自主可控（二）余热特性（三）燃气进气压力四、氢气燃烧面临的挑战（一）前沿技术四、分布系统的经济性（二）氢气燃烧面临的挑战五、针对现有燃气轮机的改造六、国际上燃氢燃气轮机的技术进展（一）通用电气（二）华天航空动力（三）国电投（四）日本氢燃气轮机项目一、燃气分布式能源概述二、分布系统的配置用氢概述—应用场景广泛，中长期将为各行业脱碳提供重要路径氢能应用预览—目前工业和交通为主要应用领域，发电领域潜力巨大《氢能产业发展中长期规划(2021-2035)》指出，“2035年形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态”。氢能源将为各行业实现脱碳提供重要路径。目前氢能的成本较高，使用范围较窄，氢能应用处于起步阶段。氢能源主要应用在工业领域和交通领域中，在建筑、发电和发热等领域仍然处于探索阶段。根据中国氢能联盟预测，到2060年工业领域和交通领域氢气使用量分别占比60%和31%，电力领域和建筑领域占比分别为5%和4%中国2060年氢气需求结构预测交通领域31%电力领域5%交通领域是目前氢能应用相对比较成熟的领域。从专利申请看，纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从2021年交通领域的氢能技术应用专利申请15639件，占氢能下而实现发电行业的脱碳。氢能发电有两种方式。一种是将氢游技术应用的71%。交通领域的应用包括汽车、航空和海运等，能用于燃气轮机，经过吸气、压缩、燃烧、排气过程，带动目前氢燃料电池汽车是交通领域的主要应用场景，往后氢内燃电机产生电流输出，即“氢能发电机”；一种是利用电解水机有望在重卡、船舶、航空等领域取得独特优势的逆反应，氢气与氧气(或空气)发生电化学反应生成水并释放出电能，即“燃料电池技术”工业领域60%建筑领域4%工业是当前脱碳难度较大的应用部门，化石能源不仅是工业燃早期氢气在建筑中的使用将主要是混合形式。氢气与天然气料，还是重要的工业原料。工业燃料通过电气化可实现部分脱混合，按体积计算的比例可以达到20%，而无需改造现有设碳，但是工业原料直接电气化的空间有限。在氢冶金、合成备或管道，随着氢气成本的下降，北美、欧洲和中国等拥有燃料、工业燃料等的带动下，2060年工业部门氢需求量将到天然气基础设施和有机会获得低成本氢气的地区，有望逐渐7794万吨，接近交通领域的两倍在建筑的供热、供暖中使用氢气©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com用氢概述—应用场景广泛，中长期将为各行业脱碳提供重要路径氢能应用预览—加氢站作为服务氢能交通商业化应用的中枢环节，为重要的基础设施我国高度重视加氢站的建设并积极发布相关政策规划助推加氢站的建设与布局，2014年国家首次发布针对加氢站的补贴政策，2019年推动加氢设施建设正式写入政府工作报告，2020年财政部出台有关开展燃料电池汽车示范应用的政策，将“运营至少2座加氢站且单站日加氢能力不低于500公斤”作为示范城市群申报的基础条件。截至2022年末我国已建成加氢站共310座，居全球第一，并呈现出区域集中性的特点中国已建成加氢站数量（座）加氢站是指将不同来源的氢气通过压缩机目前设备制造的发展方向主要是加增压储存在站内的高压罐中，再通过加气速压缩机的国产化进程，材料端则400机为氢燃料电池汽车加注氢气，主要由储重点关注III&IV型储氢瓶的生产氢系统、压缩系统和加注系统组成技术及碳纤维制备工艺350•具备长期发展潜力的储氢瓶为III型310和IV型，适合应用与氢燃料车等移动场景；IV型瓶瓶壁厚度略薄于III300型瓶，储气压力则与其一致，主要包括35MPa和70MPa两种规格型号250•氢瓶成本构成中碳纤维复合材料占218比超60%，国内储氢瓶所用原材料主要为T700以上小丝束碳纤维；25200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150过5万吨11810061503116902017201820192020202120222016©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—位于氢能产业链中游，是现阶段氢能利用的主流技术之一双碳战略催生燃料电池行业的持续性机会，2023-2025年进入产业规模化发展时期氢燃料电池通过电化学反应将燃料和氧气的化学能转化为电能，氢燃料电池能量转化效率高（通常在40%-60%范围内），热电联供应用情景下可达80%。同时反应产物仅为水，根本上消除了温室气体的排放。技术的成熟带动以燃料电池为核心的氢燃料电池汽车、叉车、船舶、轨道交通，热电联供、分布式发电、辅助电源的应用制氢建筑领域掺氢天然气燃烧工业领域化工行业储氢输氢热电联供炼油行业合成氨加氢甲醇交通运输领域工业车辆加氢处理航空钢铁行业道路交通加氢裂化海运DRI油砂提纯轨道交通燃料电池发电系统发电领域氨共燃发电燃气轮机发电电堆备用和离网电源辅助系统电堆大规模长周期储能©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—位于氢能产业链中游，是现阶段氢能利用的主流技术之一双碳战略催生燃料电池行业的持续性机会，2023-2025年进入产业规模化发展时期•根据根据电解质和燃料不同，氢燃料电池可分为AFC、MCFC、PAFC、SOFC、PEMFC等燃料电池类型电解液运行温度（°C）催化剂主要优势主要劣势应用领域AFC碱性电解液90-100镍/银启动快、工作温度低需要纯氧作为催化剂航空航天、军事领域MCFC熔融碳酸盐600-700镍空气可作为氧化剂，能量效率较高运行温度较高大型分布式发电PAFC磷酸150-200铂金对二氧化碳不敏感对CO敏感，启动较慢分布式发电SOFC固体氧化物650-1000LaMnO3/LaCoO3空气可作为氧化剂，能量效率较高运行温度较高大型分布式发电，便携式电源PEMFC质子交换膜50-100铂金空气可作为氧化剂，启动快，工作温度较低对CO敏感，需要加湿反应物汽车、便携式电源应用场景集中在交通运输领域远距离、极端环境下适合替代柴油车，中重卡领域呈现装机大功率化根据国家发改委、国家能源局联合引发的《氢能产•我国乘、商用车电气化处于不同的发展阶段，—2022年新能源重卡销量及同比增速—业发展中长期规划(2021-2035年)》的发展目标5%的商用车碳排放占比超过50%，燃料电池•到2025年基本掌握核心技术和制造工艺，燃料可以补足纯电动商用车使用痛点，是解决长普通换电换电式燃料电池插电式途、中重载车辆电动化进程卡滞的更优解纯电电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，实现二氧•燃料电池已经初步撬动新能源中重卡市场，2022年全年1022712431246528化碳减排100-200万吨/年2022年新能源重卡中燃料电池车辆占比9.8%，销量为适应中重卡动力系统的匹配需求燃料电池6323332777919国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产系统装机呈现大功率的发展趋势2021年全年业发展中长期规划（2021-2035年）》销量61.7%273.6%216.4%47.4%2022年同比增长（%）©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—位于氢能产业链中游，是现阶段氢能利用的主流技术之一国家政策持续引领，地方政策跟进，燃料电池的发展动能充分释放2023年以来国家层面陆续发布了多项与氢能相关的政策文件，用来引导、鼓励和支持各地的氢能产业发展；其中国家层面相关部门共计发布了11个文件（国家能源局、商务部、国家标准管理委员会、工信部、发改委等）•京津冀、上海、广东和河南、河北“3+2”城市群燃料电池汽车示范推广，以及山东省“氢进万家”科技示范，2021年11月四川省和重庆市启动成渝氢能走廊，到2025年五大城市群、山东省、成渝地区推广数量叠加2021年底保有量，燃料电池车及加氢站数量至少为53246辆、726座，有望超额完成“十四五”任务推广主体FCV（辆）HRS（座）《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》，25年燃料电池汽车保有量京津冀530049单位：万辆上海500057广东100002006河北771050河南4295765山东“氢进万家”10000100成渝“氢能走廊”2000按需匹配52021年保有量89411944总计532467263.2532.1121.3710.720.890202020212022202320242025©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局燃料电池汽车产业链长、参与方众多，燃料电池系统位于产业链的中游燃料电池系统位于产业链的中游，行业上游燃料电池发动机主要包括电堆及其核心部件、辅助系统等，上游参与者主要为核心材料及关键部件生产商，电堆作为燃料电池系统的核心组成部分，对燃料电池发动机的关键性能和成本具有较大的影响上游中游下游电堆为燃料电池系统核心部件铂全氟磺酸树脂无氟质子膜Pt/C催化剂膜电极•燃料电池系统主要包括电堆、氢气供给系统、碳粉全氟磺酸膜质子交换膜（MEA）空气供给系统、水热管理系统、控制系统等。莹石电堆是燃料电池系统的核心部件，由双极板与硫酸复合膜气体扩散层膜电极交替叠合后以单电池串联方式层叠组合，碳纤维支撑层各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧聚四氟乙烯防水剂后用螺杆拴牢，构成的复合组件，其研发和生导电炭黑产具备较高的技术壁垒塑料端板、集•双极板和膜电极(MEA)是单电池核心组件，主流板、封燃要由催化剂、质子交换膜、气体扩散层组成铝装等结构料不锈钢件电钛镍池金石墨金属板电树脂石墨板增强纤维复合板堆硅酮材料-燃料电池电堆产业链-双极板碳/树脂聚合物三元乙丙橡胶密封胶聚合物密封胶-燃料电池电堆组成及结构-©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局100kW级别燃料电池系统实现装机应用，零部件级别100%国产化燃料电池系统的国产化进程自19年以来步入快车道，现阶段我国在MEA制备、双极板、电堆组装、辅助系统等领域已实现了100%自主化，是近两年燃料电池系统降本的关键推动力；目前100kW级别燃料电池系统实现装机应用，200kW级别产品公告指标与国际水平接轨，2023年开始我国将逐步启动从催化剂、PEM到气体扩散层的国产化渗透，打破MEA核心材料高度进口依赖导致的电堆高成本现状核心组件细分领域国内平均水平国内领先水平-国产100KW及以上级别燃料电池系统参数-MEA双极板催化剂进口，国产化验证完全自主企业亿华通捷氢科技上海重塑国鸿氢能新源动力PEM进口，国产化验证制膜自主额定功率115KW电堆组装气体扩散层进口GDL自主冷启动能力120KW130KW130KW110KW-30°C辅助系统MEA制备完全自主完全自主质量功率密度-30°C-30°C-30°C/流道设计完全自主完全自主/成型工艺完全自主完全自主寿命700kW/kg613kW/kg702KW/kg//防腐涂层完全自主完全自主双极板路线金属板金属材料完全自主国产/15000h30000h20000h电堆设计完全自主完全自主石墨板金属板石墨板石墨板潍柴动力电堆密封完全自主完全自主200KW快速活化设备国产国产-国产200KW及以上级别燃料电池系统参数-空压机国产国产-氢循环泵国产国产企业国鸿氢能捷氢科技上燃动力亿华通-30°C系统封装完全自主完全自主额定功率系统控制完全自主完全自主峰值功率240KW256KW200KW240KW-冷启动能力30000h功率密度270KW256KW-260KW耐久性能-30°C-30°C-30°C-30°C-系统效率906kW/kg-760kW/kg820kW/kg--15000h--60%--©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局膜电极作为燃料电池发电的关键核心部件，是近两年系统降本的关键推动力膜电极是燃料电池的关键核心部件;由质子交换膜(PEM)、膜两侧的催化层(CL)和气体扩散层(GDL)组成，燃料电池的电化学反应发生在膜电极中-膜电极结构示意图-MEA的结构设计和制备工艺技术是燃料电池研究的关键技术，它决定了燃料电池的工作性能。高性能的膜电极需要具备以下特征•能够最大限度减小气体的传输阻力，即最大限度发挥单位面积和单位质量的催化剂的反应活性•形成良好的离子通道，降低离子传输的阻力•形成良好的电子通道•气体扩散电极应该保证良好的机械强度及导热性•膜具有高的质子传导性，有很好的化学稳定性和热稳定性及抗水解性2020年我国膜电极出货量已由2018年的0.76万平方米上升至3.68万平方米，2020年中国膜电极新增市场需求为1.8亿元，预计2021-2025年我国氢燃料电池车用膜电极的年新增市场需求的CAGR为83%，我国膜电极新增市场2025年和2030年将分别达到37、173亿元；我国膜电极起步晚但发展迅速，21年后国内多家企业纷纷布局膜电极产业，双面直接涂布技术和膜电极一体成型技术为当前主流，国内企业生产的膜电极的技术参数已经接近国际先进水平，部分指标已经优于国际领先水平250-2020-2030年中国燃料电池膜电极新增市场需求-250.00%国外国内200.00%1.2-1.61.4200196.8205.4193.2150.00%＞20000＞200002029100.00%-40～90-30～9515093.7173.250.00%年新增市场需求规模功率密度（W/cm²）＞200＞200202620300.00%增速(%)测试寿命（h）0.2-0.40.25100-50.00%运行环境（°C）3.39.715.827.636.9抗反极能力（min）502021202220232024202520272028铂载量（mg/cm²）1.802020©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局质子交换膜是电堆的重要组成部分，全氟磺酸膜为氟化工产业链的技术难度巅峰质子交换膜电堆重要组成部分之一，为电池工作提供氢离子通道并隔离两极反应气体，按照含氟情况分为全氟磺酸膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜以及非氟化物质子交换膜；目前常用的交换膜为全氟磺酸膜，原理为利用碳氟主链的疏水性以及侧链的亲水性来达到高效工作的目的，具有质子传导率高、耐强酸以及耐强碱等优良特性全氟磺酸膜非全氟化质子交换膜复合膜无氟化质子交换膜质子交换膜制备：目前以熔液成膜法为主流，重点关注PSVE单体的制备、四氟乙烯的获取、树脂的聚组成由碳氟主链和带有磺酸基用取代的氯化物代替氟或修饰材料加上全氟磺无氟化烃类聚合物膜合和成膜等环节的制备工艺的掌握和生产设备研发团的醚支链构成用氟化物与无机或其他非酸树脂构成的复合膜优点氟化物共混成本较低，环境污染较•熔融成膜法：将树脂熔融后通过挤出流延或压延成膜，机械强度高，化学稳定性经过转型处理得到最终产品。该方法适合批量生产、生缺点好，导电率较高，低温时成本较低，工作效率较高，机械性能获得改进，化学稳定性较弱产效率较高，但仍无法有效解决成本问题电流密度大，质子传导电并能将燃料电池寿命提升能改善膜内水传动与代表企阻小分布小DAIS-磺化苯乙烯-丁二•熔液成膜法：目前科研领域以及商业化领域采取的主流业烯/苯乙烯嵌段共聚物膜制备方法。根据后段工艺的不同，溶液成膜法可进一步温度升高会使质子传导性机械强度和化学稳定性较制备技术要求较高系列(处于研制阶段)分为溶液浇铸法、溶液流延法以及溶胶-凝胶法等几种能变差，高温条件下已发差方法生化学降解，成本较高加拿大巴拉德的BAM3GGore-select-PTFE增强杜邦Nafion、陶氏Xus-膜B204、苏威Aquivion旭化成Aciplex、旭硝子Flemion、东岳集团DF等•目前国内现有质子交换膜产能达140万平米/年，东岳、科润新材料持续扩能，东材科技、泛亚微透、万润股份等新进入者也积极布局产能国内质子交换膜领军企业。目前DF260膜厚度最低可达10um，拥有16项全氟离子膜方面的技术专利（其中一项通过AFCC6000小时测试，在OCV情况下耐久性大于600小时，PCT国际专利），是中国第一家钢带流延法批量在干湿循环和机械稳定性方面，循环次数都超过2万次生产全氟离子膜的企业©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局降低贵金属用量是催化剂的主要研究方向，气体扩散层工程化放大能力需解决催化剂气体扩散层控制电极上氢和氧的反应过程，是影响电池活化极化的主要因素。支撑催化层，传递反应气体与产物，并传导电流。基材通常为多目前氢燃料电池的催化剂主要为三个大类:铂(Pt)催化剂、低铂催化孔导电的材质，如炭纸、炭布，且用PTFE等进行梳水处理构成剂和非铂催化剂。Pt作为催化剂可以吸附氢气分子促成离解，是目气体通道。目前市场上商业化的气体扩散层基材供应商主要包括前商用的首选；但Pt稀缺性强，因此减少铂基催化剂用量、提高催日本Toray、加拿大Ballard等，国内通用氢能、上海嘉资、武汉化活性是降低燃料电池系统商用成本的重要途径绿动等公司布局碳纸和气体扩散层产品，并在量产前夕•日本田中贵金属、英国庄信万丰等几家较大的催化剂供应商已经能够实现•基底层MPS+微孔层MPL，并疏水处理；其中基底层的种类有碳纤维布、批量化生产（大于10kg/批次）；国内企业还处在小批量或研发阶段，进展碳纤维纸、金属网等，目前业界以碳纤维布为应用研究主流；微孔层的种较快的厂商如济平新能源、喜马拉雅氢能的产品普遍通过下游膜电极和电类有炭黑、石墨烯、碳纳米管等；疏水剂有FEP、PTFE、氟基材料等堆客户的认证，开始进入规模化量产阶段•目前技术攻关主要集中在提高•Pt/C催化剂的制备方法主要有浸渍还原法、胶体法、离子交换法、微乳液碳纸基底层的机械强度、增强法等气体传输性能、加强排水、控制渗透深度、平整度，降低粗前躯体硝酸分散液保温、回流、乙醇前躯体溶液糙度、增加涂层均匀性以及增强导电性等方面；此外高温石核心：浆料配比保温、回流、还原剂产品墨化设备的国产化进度，也将载体/硝酸分散液高温高压水热初品影响气体扩散层的产业化进程洗涤碳分散载体分散液抽滤、洗涤干燥负载催化剂产品©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局双极板作为燃料电池的核心零部件之一，国内产能极速扩张双极板是燃料电池的核心零部件之一，主要作用为支撑MEA、提供氢气、氧气和冷却液流体通道并分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量。目前常见的BPP材料有石墨、复合材料和金属。丰田Mirai、本田Clarity和现代NEXO等乘用车均采用金属双极板，而商用车一般采用石墨双极板石墨双极板金属双极板-2018-2022年中国氢燃料电池电极板市场需求-•拥有优良的导电性以及较好的抗腐蚀能•具有厚度较低，体积和质量较小，电堆98.4力，是商业化应用较为广泛的双极板材功率密度显著增加，延展性良好，导电2022料。但石墨双极板具有机械强度差、厚和导热性能好，断裂韧性优良等多重优8度难以缩小导致的重量较大以及在紧凑点，因此成为目前发展的热点；但是其型、抗冲击条件下的应用困难等缺点大规模应用还需要实现大面积流场冲压76.2制作高精度流道、材料表面能在燃料电2021•主要的供应商与研究机构包含美国池操作条件下具有高耐腐蚀能力和低界6POCO、SHF、Graftesch、加拿大面接触电阻Ballards日本Fujikura、RubberLTD、5杭州鑫能石墨、KyushuRefractores、上•主要的供应商与研究机构包含大化所、博远新能源、上海治臻等海弘枫、嘉裕碳素等42.52.93.1复合双极板201920203•兼具石墨材料的耐蚀性，能和金属材料的高强度的特点，阻气性好；但目前加工工艺繁2琐，成本依然较高。而且树脂类材料导电性能较差，用于极板需要添加导电物质，可以1选用石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等02018市场规模(亿元)-中国双极板市场规模变化（2019-2021）-年份201920202021市场总规2.9亿3.1亿元6.2亿元模元石墨双极板市占率78%65%49%金属双极板市占率22%35%51%©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局燃料电池用聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力燃料电池已基本实现国产化的自主可控，且具备商业化量产能力，但行业上游底层通用性的密封胶粘等材料，尤其是高性能的PAA等新技术路径尚为国外垄断，燃料电池的密封性能要求严苛，需满足高气密性、低透湿性、耐温耐热等特性密封要求作用•密封胶用于燃料电池双极板和膜电极之间，包含石墨双极板微孔填充、高气密性石墨双极板及复合双极板水路粘接、双极板气路密封、MEA边框粘接、低透湿性密封氢气和氧气，氢气为小分子气体、易泄露电堆外壳密封胶部位酸性质子交换膜通常采用带磺酸基的氟树脂，比如Nafion这有机硅聚烯烃环氧树脂耐湿性种聚合物膜在吸水后才有质子导电功能，因此要将反耐热性应气体加湿耐高温（300°）、耐初粘性好、适合多种材耐久性能好、可粘结多低离子析出量低温，电绝缘性、橡胶质，成本低，耐温性差种材质、耐高温绝缘性电池发电时，通常处于低PH环境弹性、低压缩变形及耐（小于90°），耐老化（260°），初粘性略酸性和耐溶剂性，又可性能差，适用于室内低，可用于户外高分子膜在工作时电池内部处水饱和水蒸气状态分为单组份及双组份有机硅体系密封胶；但成取决于燃料电池工作环境本高、初粘性一般保持高分子膜的质子传导率并保持膜上的铂金催化剂•目前密封工艺主要分为点胶、丝印以及一体化注塑，点胶是当下主流，的活性又分为CIPG（涂敷在密封面使其硬化后再进行装配）及FIPG（涂敷在密防止单片电池间电气短路橡胶弹性，具备弹性是为了封面上、未硬化时进行装配）；基于液体硅橡胶将膜电极和双极板一体行驶中吸振抗冲击化浇注的工艺值得重点关注©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局燃料电池用聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力燃料电池密封胶应用工艺氢燃料电池密封胶的应用工艺主要有点胶、丝印、一体化注塑等；点胶工艺是目前的主流，它分为两种，分别是CIPG（curedinplacegasket）涂敷在密封面使其硬化后再进行装配，以及FIPG（formedinpalcegasket）涂敷在密封面上，未硬化时进行装配；丝印工艺的优点是可以做得很薄，液体硅橡胶将膜电极和双极板一体化注塑则是能提高生产效率点胶-CIPGVSFIPG优势对比-点胶也称施胶、涂胶，把流体进行涂抹、灌封、点滴、喷射到产品上，1.通过压缩达到密封1.通过粘接达到密封丝印让产品起到黏贴、灌封、绝缘、固定、散热、表面光滑等作用，一体化注塑主要由胶水（UV胶、瞬干胶、热熔胶、AB胶），点胶阀（接触2.密封部件可随时拆卸CIPG2.降低生产成本式以及非接触式）和点胶设备组成CIPGVSFIPG•CIPG：原位固化垫片，又称“干式装配法”，通过全自动点FIPG胶设备，设置好相应的程序，在工件的一侧点胶，待胶水完3.点胶精度高3.适用于各种结构件全固化后，再进行装配。它是通过挤压部件之间的硅胶胶条4.减少局部应力过大来达到一个密封的效果4.锁紧力可根据要求调•FIPG：原位成型垫片，又称“湿式装配法”，工件点胶后即整刻组装在胶水未固化前进行装配。待胶水固化后会同时粘合两面基材,通过粘结的方式达到可靠的密封效果©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局燃料电池用聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力燃料电池密封胶应用工艺丝印点胶丝网印刷，又叫网版印刷，是油墨等印刷材料通过有特定镂空示图案的网版，漏印到承印材料上的加工工艺，具有操作简单，意工艺便利、成本低廉等优点，在大规模量产上占据较大优势；图丝印燃料电池这些构造中，可以用到丝网印刷技术的主要有：双极板涂密封胶、质子交换膜涂催化剂、膜电极边框密封等一体化注塑•双极板密封胶：按照双极板上密封槽的形状在丝网版上制作相应的图案，然后在丝网版一侧打入密封胶，启动丝网印刷机，调节好相应位置，将密封胶印刷到双极板上•膜电极边框密封：CCM法制备膜电极的过程中，起到支撑、密封、便于自动化组装的边框膜也可以采用丝网印刷密封胶的方式与膜电极结合©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局燃料电池用聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力燃料电池密封胶应用工艺点胶一体化注塑点胶教条重复精度0.03mm丝印一体化注塑成型精度高，当下点胶成型固化成型精度的胶条精度做到0.03mm，注胶可注胶教条重复精度0.01mm以达到0.01mm，其次为生产效率较高，单模穴可以在一分钟之内注胶成生产效率高：单模穴节拍<1分钟(含上料、注胶、模具流出时间)出产品材料的综合使用成本低；型优势不含硫化时间应用场景包括金属板气场密封胶条一体化注胶成型、膜电极密封点胶用胶水假设：健品牌胶水胶条一体化注胶成型、膜电极边100元/100ml框&密封胶条一体化注胶成型等材料使用成本低注胶用胶水则：克品牌胶水=20%健©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局燃料电池聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力聚合物密封及粘结材料具有极强的通用性，可广泛应用于燃料电池、储能电池、动力电池等领域，也可大范围的应用于其他化工领域；但从代表厂商来看，底层通用聚合物密封粘结材料市场长期为国外化工材料巨头垄断，如电池领域知名厂商：日本的ThreeBond、美国的Hernon厂商等，产品价格也始终位于高位；高性价比的高性能国产替代密封胶粘材料极具潜力美国赫能1978年成立，聚焦于高性能胶水密封剂研德国汉高拥有140多年的历史，业务遍及欧日本三键化工稳居工业用密封剂和胶粘剂领域前发生产，目前已生产了5,000多种配方产品。应用洲、北美洲、亚太区和拉丁美洲，在近75列，应用范围向汽车及其他交通工具、建筑材料、于航天航空、军事军火、汽车、高端音频、能源个国家生产经营1万余种民用和工业用产品电气电子设备及高技术等领域延伸；1997年便已及其他领域经布局中国市场高性价比的高端密封胶粘材料国产化替代方案呼之欲出©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局燃料电池聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力在新能源政策鼓励支持+产业下游各应用场景需求拉升的驱动下：锂电行业硅基负极材料兴起，产生技术变革带来的结构性新增量市场；氢燃料电池与钒流储能电池产业链条逐步实现国产自主可控，2023年前后将由商业化示范阶段进入商业化推广阶段，2023年成为三大赛道新市场、新阶段的关键时间窗口成熟度锂电•动力/储能锂电池均规模化生产应用成熟•高镍三元+硅基负极路径兴起应用商业氢·燃料电池/氢瓶钒流电池推广•氢燃料电池。氢瓶上下•钒流储能电池示范项目商业游逐步实现自主可控相继投入运营示范•2023年前后进入商业化•大功率产品预计2023年推广阶段进入商业化推广阶段技术2023研发锂电硅碳负极路径窗口期氢燃料电池、钒流储能电池商业化推广窗口期20152016201720182019202020212022202320242025©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com燃料电池—以电堆为核心的部件国产化进程推进，企业加速入局燃料电池聚合物新材料长期为国外垄断，增量新材料国产替代方案极具潜力密封胶粘及新材料市场规模（亿元）450.00400.00350.00300.00250.00200.00150.00100.0050.000.00202220232024202520302021氢燃料电池领域锂电池硅碳负极领域锂电池外盒领域全钒液流电池领域2030氢瓶领域17070年份2021202220232024202550氢燃料电池领域125.512.5296氢瓶领域0.312.55.510锂电池硅碳负极领域2.54.56.5117锂电池外盒领域1.2512192640393全钒液流电池领域6.50.922.53.50.233.553www.6sigmacapital.com粘结剂及树脂新材料应用市场总规模9.2518.466.5©2023.8SixsigmaResearch加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施，连接制氢端与需求端的关键桥梁加氢站行业概况加氢站是氢能产业化、商业化的重要基础设施，主要通过将不同来源的氢气通过压缩机增压储存在站内的高压罐中，再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气的燃气站；主要设备包括储氢装置、压缩设备、加注设备、站控系统等，目前设备制造的发展方向主要是加速氢气压缩机的国产化进程，材料端则重点关注车载储氢瓶碳纤维复材目前商业化生产的储氢瓶分为四种，具备长期发展潜力的为III型和IV型，氢瓶技术壁垒高，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；2025年我国氢燃料车保有量将达到11.2万辆，对应2022-2025年碳纤维用量将超过5万吨重点关注技术：纤维原丝的制备工艺，短期干湿法纺丝为主流，长期或被PAN基碳纤维原丝熔融纺丝工艺等取代，碳化炉、石墨化炉等碳纤维设备的生产技术及国产化替代；碳纤维复合材料环节着重关注质量上乘的树脂基材，以及生产复合材料的核心设备，例如依然被美国垄断的自动铺丝机、层合固化装备等©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施，连接制氢端与需求端的关键桥梁加氢站行业概况加氢站的定义加氢站的分类•将不同来源的氢气通过压缩机增压储存在站内的高压•国内加氢站主要为高压气氢、外供氢加氢站，加注压力以35MPa为主罐中，再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气；加氢站主要由储氢系统、压缩系统和加注系统组成划分标准具体分类•加氢站作为连接氢能利用上下游产业链的关键基础设按等级划等级储氢罐容量（kg）-总容量G储氢罐容量（kg）-单罐容量施，对于氢能源汽车的产业化、商业化具有重要意义分一级4000＜G≤8000≤2000按制氢方式二级1000＜G≤4000≤1000按氢气来三级≤1000≤500源工业副产氢加氢站主要方式按建设形化石燃料制氢加氢站式电解水制氢加氢站规模较小按站内氢气储存形外供氢加氢站我国主要应用态站内制氢加氢站初期设备投资较高、工艺复杂、占地面积大按加注压固定式加氢站专为氢燃料电池汽车加注氢气力撬装式加氢站氢气供应通过长管拖车运输至站内气氢加氢站成本低、使用方便，目前储氢的主流方式液氢加氢站-35Mpa加氢站技术成熟，应用广泛70Mpa加氢站技术复杂，处于研发阶段©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施，连接制氢端与需求端的关键桥梁加氢站行业概况加氢站市场规模2022年我国加氢站市场规模达到28.25亿元，其中集成设备(压缩机、氢气储存容器、加氢系统)占据加氢站建设的主要成本规模大15.3亿元；随着氢燃料汽车渗透率的不断提升，投入运营加氢站的数量也将实现高速增长，国家规划提出2025年我国加氢站达到1000座，预计到2026年我国加氢站市场规模将达到151.2亿元，集成设备规模71.1亿元。2017-2026年中国加氢站市场规模及预测2017-2026年中国加氢站集成设备市场规模及预测160151.280140127.4120101.471.110078807061.2605048.74038.26049.43024.74030.522015.32016.52108.40.71.93.71.43.647.1400201720182019202020212022E2023E2024E2025E2026E201720182019202020212022E2023E2024E2025E2026E©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施，连接制氢端与需求端的关键桥梁加氢站行业概况以外供氢加氢站为例，其主要由卸氢系统、增压系统、储氢系统、加氢系统、氮气系统、放散系统和技防系统等组成卸氢卸氢系统由氢气长管拖车和卸气柱组成。一般外供氢加氢站会有一目前国内加氢站较多采用液驱式和隔膜式压系统主一辅两个长管拖车车位，其设计最大的工作压力大概为25MPa，储缩机，压力不超过45Mpa;国外则应用离子液氢量为250～300kg，通过泊位内的卸气柱将拖车上的氢气卸载压缩机比较多，且一般用在具有较高储氢压力(一般为90MPa左右)的加氢站中增压由压缩机和冷却机组两大部分组成，当前高压气态氢储运阶段压缩氢气压缩机仍被海外高度垄断，国内近两年系统机是氢能储运所需的关键设备，以500kg/d加注能力加氢站为例，压加氢站上采用的液驱式压缩机均为进口产品加缩机占据加氢站总成本三分之一。氢站的储氢由储氢瓶组组成，国内已开发出工作压力45MPa储氢瓶组，并成功应组安装调试图费用7%（：成系统用于加氢站。根据加氢站连续加注要求，站内固定储氢量需要9支储500kg/d管阀13%高氢瓶组，总固定储氢量可达250kg，分为低、中、高三级容量配置压缩机压32%加加氢由高压管路和加氢机组成，加氢机内配备温度和压力传感器、软管放建设费用注站拉裂保护、控制系统以及过压保护等，目前使用质量流量计，其通过16%能建氢气的加注质量来测定记录数据;加氢机配备的加氢枪的工作压力力设加氢35MPa，可同时满足氢能源物流车和大巴车的加氢需求储氢罐冷却设备）成系统本11%7%加注设备14%©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com加氢站—氢能产业化、商业化的重要基础设施储氢瓶属于特种设备，较高的行业准入壁垒造成参与企业数量相对较少国内储氢瓶主流厂家数量仅个位数，近两年参与者有所增加。从近两年储氢瓶市场占有情况看，国内储氢瓶企业仅国富氢能、中材科技、天海工业、奥扬科技、•2022年供氢系统市场中有产品装车的企业包括国富氢能、科泰克、中集氢能、斯林达7家企业，其中TOP5市场集中度从2021年96%降到2022年85%，虽然玩舜华新能源、奥扬科技、科泰克、天海工业、中集氢能、家数量不多，但行业内竞争强度逐渐加剧派瑞华、东峻、斯林达、兰天达、星驰蓝氢、蓝能等共计15家。2021-2022储氢瓶上牌市场占有率情况2021-2022储氢瓶出货市场占有率情况•从2022年上牌车辆供氢系统装车市场数据来看，国富氢100%3.81%14.95%100%21.69%24.89%能、舜华新能源、奥扬科技、科泰克、天海工业五家企80%80%业位列TOP5，其中国富氢能装机1501套，市场份额30%；舜华新能源装机1166套，市场占比达23%；奥扬科技装60%65.57%53.54%其他60%32.00%38.60%其他机626套，市场占比达12%。TOP2-5TOP2-540%国富氢能TOP140%国富氢能TOP12022年上牌车辆供氢系统装车市场份额31.50%31.50%中材科技2022国富氢能202220%20%46.31%30.61%0%0%20212021近两年来储氢瓶的市场态势相对稳定，原因是储氢瓶行业门槛较高，且对安全性和可靠性要求更高，因此行业整体新进入者较少，截至目前一共仅8家企业有实际产品装车应用；其次是由于目前新布局储氢瓶市场企业聚焦于Ⅳ型储氢瓶，对目前Ⅲ型瓶市场竞争格局并不能带来实际的冲击，如蓝能、彼欧、龙蟠、丰辰氢能、海控复材、金博股份、致远新能等国富氢能国富氢能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厂房、30%舜华新能源设备、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奥扬科技科泰克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；且在天海工业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其他奥扬科技舜华新能源生产的成品在对外销售前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、12%23%爆破、疲劳、环境、跌落等型式试验，并取得型式检验证书©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com储氢瓶—氢气在加氢站固定高压容器与车载储氢容器之间的高压差作用下，通过加注系统快速充装IV型储氢瓶性能优异，预计未来将主导国内车载储氢市场•目前已经实现商业化的高压氢气瓶根据材料不同划分为四类，国•我国还处于35MPa的Ⅲ型瓶规模化应用和70MPa的Ⅲ型瓶内储氢瓶市场将逐渐向Ⅲ型（70Mpa）和IV型（70MPa）过渡示范应用阶段，IV型瓶尚未得到大规模推广应用；从储运效率、轻量化、成本等角度出发，IV型瓶相较于Ⅲ型瓶具类型I型II型Ⅲ型IV型V型备显著优势，未来将成为车载供氢系统的主流规格。材质纯钢制金属金属内胆金属内胆塑料内胆纤无内胆全缠（钢质）纤（钢/铝质）维全缠绕重容比Ⅲ型0.98左右IV型在0.74左右瓶维环向缠绕纤维全缠绕绕气瓶工作压力储氢密度Ⅲ型3.9%IV型可达5.5%/Mpa17.5-2026-3030-7030-70IV型瓶单瓶气体容积可达375升，可降低整个系统复杂性介质相容性有氢脆、有有氢脆、有有氢脆、有有氢脆、有•碳纤维复合材料材质高压储氢•70MPa碳纤维IV型高压腐蚀性腐蚀性腐蚀性腐蚀性瓶剖视图储氢瓶成本构成重量体积0.9-1.30.6-1.00.35-1.00.3-0.8（kg/L）151515-2015-20国外研发中，使用寿命/年最高高国内空白成本低中等碳纤维复车载是否可合材料,以使用否否是是78%市场应用加氢站等固定式储氢燃料电池汽车©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com储氢瓶—氢气在加氢站固定高压容器与车载储氢容器之间的高压差作用下，通过加注系统快速充装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氢瓶的生产工艺：储氢瓶的生产大致分为内胆成型和碳纤维缠绕成型工艺碳纤维缠绕固化两个主要工段（工艺难度较大、参数多），•湿法缠绕：将碳纤维束丝在特定浸胶装置中浸渍处理后，在张同时也面临着关键材料国产化程度低、检测检验技术待完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善等问题树脂带出，后道工序中会存在树脂滴漏现象；该工艺为目前高压储氢瓶最常用的加工工艺，生产成本较低，但树脂损耗较高，内胆成型且树脂与碳纤维比例难以控制•Ⅲ型瓶内胆以铝合金为主，国内主流成型工艺为铝管强旋，•干法缠绕：经过预浸胶处理的预浸带为原料，在缠绕机上经加工艺简单但生产效率较低，尤其用来加工大容积内胆。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头部企业同时在研究拉深成型等方法，该法生产效率高、量比例控制较好，产品质量可精确控制，且树脂不会随处滴；产品一致性好，缺陷在于可能影响产品的疲劳寿命、设干法缠绕生产效率高，国外正逐步向干法缠绕工艺过渡，国内备成本较高未势能源等极个别企业也在尝试；此工艺成本较高，主要系预浸料及干法缠绕设备购置费用较高•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，对应工艺主要为注塑、吹塑和滚塑成型。丰•半干法：结合干法和湿法的优点，在浸胶碳纤维缠绕到芯模之田、现代已量产的IV型瓶均为注塑+焊接工艺，该种成型前通过烘干设备将浸胶碳纤维纱线中的溶剂除去，提高制品质方式成本低、运用较广泛、但良品率也较低，且必须配合量；与干法缠绕相比省了预浸胶工序和设备，与湿法相比仅增后续的焊接工序加一套烘干设备，却可以大幅降低制品中的气泡含量以及孔隙©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com储氢瓶—技术壁垒较高，成本构成中碳纤维复合材料占比超60%，后续降本空间大氢燃料汽车商业化进程明显加快，支撑储氢瓶及碳纤维需求高增氢瓶成本构成及降本路径：碳纤维是储氢瓶制造的关键原材料，占到储氢瓶总成本60%以上，储氢瓶其他制造成本还包括阀门、调节器、组装检查、氢气等部件；目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20万左右，降本路径主要是来自于材料及设备国产替代、技术进步及规模效应三个方面材料及设备国产替代：碳纤维作为关键材料，目前日本、韩国等成熟的氢碳纤维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，大丝束相关应用仍处在早期的研发试验阶段，•性能优异的工业材料：由聚丙烯腈等有机纤维在高温环境下裂解碳化形成未来大丝束有望在气瓶实现对小丝束的替代；从设备端看，储氢瓶部分零的含碳量高于90%的碳主链结构无机纤维，力学性能和化学稳定性出色部件及设备仍高度依赖进口(瓶阀、纤维缠绕装备等)，随着构件国产化的持续推进，整体成本将随之降低强度高抗拉强度在3500MPa以上模量高弹性模量在230GPa以上技术进步：国内储氢瓶企业具备70MPaIV型瓶的批量生产能力还需1-2密度小，比强度高密度是钢的1/4，铝合金的1/2；比强度比钢大16倍，比铝合年时间，届时气瓶在轻量化和成本方面将进一步改善。其次是气瓶容量耐超高温金大12倍的提升，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耐低温在非氧化气氛条件下，可在2000℃时使用，在3000℃的高同时管阀件、管路件的材料用量和成本也有望随之降低耐酸、耐油、耐腐蚀温下部熔融软化热膨胀系数小，导热系数大规模化效应：类似于氢燃料汽车的降本路线，储氢瓶成本下降也有望受在-180℃低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧具有益于生产规模的扩大，据美国汽车研究理事会测算，当气瓶生产规模由1弹性万套提高到50万套时，气瓶成本会下降20%能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金，同时拥有较好的耐油、耐腐蚀性能可以耐急冷急热，即使从3000℃的高温突然降到室温也不会炸裂©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com储氢瓶—技术壁垒较高，成本构成中碳纤维复合材料占比超60%，后续降本空间大制造碳纤维产品的上游原丝端与中游复合材料均是碳纤维产业链的核心环节氢瓶成本构成及降本路径碳纤维碳纤维生产过程工艺难点为聚丙烯腈基（PAN）原丝的生产（高质量原丝也是产业化的前提），原丝的品质缺陷（便面孔洞、沉积、刮伤、单丝间•原丝端及复合材料为关键：纤维原丝作为产业链核心环节，制造全过程黏结）在后续工艺中很难消除，从而造成碳纤维力学性能下降；聚丙烯腈壁垒高，同时也是制备高性能碳纤维的前提条件。纤维原丝主要有聚丙基原丝生产过程为将丙烯腈单体聚合制成纺丝原液，然后纺丝成型。纺丝烯腈原丝、沥青纤维和粘胶丝，其中聚丙烯腈基碳纤维生产工艺相对简工艺又分为湿法及干喷温纺法，工艺选择成为稳定生产高性能原丝的关键。单、力学性能优异，占据碳纤维总量90%以上•高模高强为第三代碳纤维技术发展方向：此技术通常不单独应用于下游种类抗拉强度/MPa抗拉模量/GPa密度/(g.cm-3)断后延伸率/%领域，而是作为增强材料形成复合材料，以树脂基复合材料（CFRP）为1.76-1.940.6-1.2主，占全部碳纤维复合材料市场份额90%以上，在CFRP中受力的是碳纤聚丙烯睛碳纤维＞3500＞2301.71维，树脂在其中起到粘结的作用20.7沥青碳纤维黏1600379•需求量：受益于国外碳纤维进口限制和风电装机潮的加持，2020年以来国内市场需求持续旺盛，2021年中国碳纤维的总需求为6.2万吨，国产纤黏胶碳纤维2100-2800414-552维供应量2.9万吨；未来国产大飞机量产及风光储等领域的需求继续攀升，由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术的突破，生产线运行及产品•碳纤维可分为小丝束和大丝束：小丝束主要是24K以下（碳纤维丝束中单质量不稳定，所以国产碳纤维行业长期存在“有产能、无产量”的状态，丝数量、1K=1000根），性能较优异、常用于航空航天；大丝束目前常为未来几年我国碳纤维供需缺口将持续扩大36K、48K，因其碳纤维粘连、断丝等现象较多，所以性能相对较低、分散性也较大，但其生产成本较低，部分性能优于小丝束，48K大丝束最大优势就是生产和应用效率高、成本低，所以大丝束碳纤维被称"工业级"碳纤维©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com储氢瓶—技术壁垒较高，成本构成中碳纤维复合材料占比超60%，后续降本空间大日美巨头掌握碳纤维国际市场话语权，国内企业处于高端领域产能爬坡阶段氢瓶用碳纤维供应商日本东丽全球领先的碳纤维制造商上海石化国内较早布局碳纤维并进行产业化的企业帝人东邦世界领先的碳纤维制造商中复神鹰国内碳纤维行业领导者德国SGL全球领先的碳素石墨材料及配套产品制造商光威复材韩国晓星吉林化纤高性能碳纤维及复合材料研发和生产的高新技术企业--日本东丽：生产的碳纤维长期占据了全球III型、IV型高压储气瓶用碳纤维的上海石化：2012年开始生产12K小丝束碳纤维，2022年10月万吨级48K大丝主导地位，TORAYCA™特有的轻质、高强度和高刚性适合用于高性能高压束碳纤维首套国产线开车成功；积极布局碳纤维在Ⅲ和Ⅳ高压储氢瓶缠绕技储气罐，用于储氢罐的产品型号主要有T700、T800、T720术的研发，其中35Mpa气瓶已通过检测帝人东邦：1975年开始量产聚丙烯腈系碳纤维“TENAX”，产品广泛应用于中复神鹰：现有产品已实现对标龙头东丽T700、T800、T1000级的高强型、航空航天、汽车、能源等领域，在可再生能源领域的应用包括大型风力涡轮高强中模型、高强高模型等类别碳纤维的品种覆盖，国内率先实现干喷湿机叶片、轻质储氢罐及管道的开发等纺的关键技术突破和核心装备自主化德国SGL：拥有从碳石墨产品到碳纤维及碳碳复合材料在内的完整生产线，光威复材：拥有碳纤维、织物、树脂、高性能预浸材料、复合材料制品完在汽车、航空航天、压力容器制造等许多工业领域广泛应用，生产的碳纤整产业链；采用干湿法处理工艺生产的T700S/T800S级碳纤维，可用于生产维主要为PAN基碳纤维，且以50K规格的大丝束碳纤维为主储氢瓶在内的光伏用碳碳复材等产品，已向车载储氢瓶企业供货韩国晓星：2008年开始开发碳纤维，2010年成功研发H2550型碳纤维，2013吉林化纤：现有原丝产能1.6万吨/年、碳丝产能0.2吨/年；开发的24K—50K年实现量产高强度中弹性碳纤维“TANSOME”。目前H2550型已广泛应用高大丝束实现对风电等各个领域全覆盖，22年7月首条35K高压气瓶缠绕专用压储气瓶、太阳能隔热材料等领域大丝束碳化线开车成功（力学强度指标可达T700等级）©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com储氢瓶—技术壁垒较高，成本构成中碳纤维复合材料占比超60%，后续降本空间大氢瓶用碳纤维市场：高增长、基数小的细分赛道氢瓶用碳纤维市场规模：高增长的细分赛道•自上而下：针对氢燃料电池汽车应用场景，根据《规划》中制定的全国性目标推算出2022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：4800辆氢燃料电池汽车单车搭载气瓶数量7.8支单支耗用碳纤维量67kg2350吨2025年：17500辆氢燃料电池汽车单车搭载气瓶数量7.8支单支耗用碳纤维量67kg1万吨•自下而上：根据各地的氢能发展量化目标，2022-2025年合计需耗用碳纤维5.36万吨•近20个省份已制定有关氢燃料电池汽车的具体发展规划，假设这些省市区规划的发展目标均能实现，则到2025年全国各地氢燃料电池汽车保有量能达11.2万辆以上；•根据中国汽车工业协会统计，截止2021年我国氢燃料电池汽车保有量为8922辆，若2025年要达到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；•假设单车配置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。2022-2025年消耗合计：新增投放氢燃料车103078辆单车配置储氢瓶数量8支单支耗用碳纤维量65kg5.36万吨©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化氢内燃机--实现汽车低碳化发展的重要技术路径之一过去20年来在燃料电池、内燃机以及混合动力总成的技术进步，使得氢内燃机可以充分利用现有产业基础，促进其在车用动力中的应用；同时氢燃料内燃机具备的成本优势，将有助于提高氢气的使用需求，从而推动氢基础设施的建设，并成为实现汽车低碳化发展的重要技术路径之一氢内燃机将传统汽油、柴油、天然气、甲醇等燃料更换称为氢气氢气在气缸内燃烧推动活塞做功从而产生动能，原理与普通天然气对比氢燃料电池，氢内燃机对氢的纯度要求不高，具有点火能量低、火焰传播速度快、发动机类似，增加了氢气喷射系统，按照吸气—压缩—做功—排气4单位热值高、燃烧不含碳合物等特性，天使适合高负荷运行工况，普遍应用在重卡、客个冲程来完成化学能向机械能的转化车等领域氢内燃机氢燃料电池纯度纯度要求不高99.9%排放2H2+O2=2H2O2H2+O2=2H2O效率内燃机的储层密度H2+O2+N2H2O+NOx2H24H++4e-+O22H2O冲程和工作循环储气罐25%～35%50%～60%吸气氢气管发动机变速器差速器车轮氢气罐燃料电池电机减速器压缩做功低高排气大小©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化氢内燃机--基于过往燃料电池、混合动力总成的技术进步，充分利用现有产业基础国内开发历史2022.03吉利自主研发的高效氢气专用发动机取得重大突破•我国氢发动机的研究始于20世纪80年代初，近两年研发落地提速一汽解放发布国内首款重型商用20车22缸.0内6直喷氢气发动机，指示热效率浙江大学曾与日本武藏工业大学合作进行液氢发动机的试验研究，结果表明氢55%气发动机的异常燃烧、动力增加及NOx减少在很大程度上取决于正确的喷氢系统、喷射正时及点火正时2022.06潍柴&中国重汽联合发布全国首台商业化氢内燃机重卡，13L2006年由清华大学和奇瑞汽车联合研发的国内首台纯氢气内燃机在在江奎科技有限公司实验室运行成2022.06广汽集团发布1.5L氢内燃机，热效率44%2007年北京理工大学与长安集团共同研制的国内第一台氢内燃发动机，并点火成功2022.062018年北京理工大学在国家军民融合公共服务平台上发布了目前国内唯一的可进行氢玉柴16L燃氢发动机点火成功燃料内燃机系统开发的专用试验台架2022.072022年国内企业争推重型商用车领域的氢内燃机，玉柴排量最大，潍柴氢内燃机配套上海新动力首台12.8L直喷式氢气发动机点火成功，热效率44%中国重汽黄河X7重卡率先实现商业化应用，解放13升氢内燃机实现了同级排量2022.09动力最强，指示热效率突破55%WP15氢发动机亮相汉诺威车展，排量14.56L，额定功率390kW2022.09东风龙擎东风商用车自主研发的天然气发动机，氢发动机点火成功2022.11北汽集团首台氢内燃机点火成功©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化氢内燃机--基于过往燃料电池、混合动力总成的技术进步，充分利用现有产业基础国外开发历史•国外从上世纪70年代开启氢内燃机的研发，氢内燃机功率已达MW级•宝马从1978年开始研发以氢内燃机，并通过对柴油机/汽油机的改造研发了6代氢燃料内燃机驱动的轿车。21090748年-•2004年9月，“H2R”氢内燃机驱动的汽车创造9项速度纪录2006年马自达研制推出MazdaRX-8氢转子发动机，该发动机几乎不生成NOx，并且制造出以RX-8作为引擎的的试验用车。福特公司在同期向市场投放了氢发动机H2ICE，并将该发动机配备在福特生产的E-450客车上2007年福特氢燃料V-10发动机投产，成为世界首个正式生产氢燃料发动机的汽车制造商2018年英国企业ULEMCo和InnovateUK合作，改装沃尔沃FH16卡车为氢内燃机卡车2021年丰田总裁驾驶的搭载“氢燃料”内燃机的卡罗拉氢内燃机概念车完成24小时耐力赛，现阶段国外研发的氢内燃机功率已达MW级，可用于发电、船舶近期曼恩第一台氢气内燃机原型机已经在试验室台架上进行测试，斯堪尼亚正在开展HPDI（缸内高压氢气直喷）氢内燃机研究，沃尔沃在研发船用和卡车用氢内燃机，道依茨2024年将量产氢内燃机产品；Westport、AVL、FEV均在进行氢内燃机或系统研发；康明斯正在测试中、重型氢内燃机，预计几年后交付物流运输公司WernerEnterprises500台氢内燃机重卡©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化氢内燃机--综合成本、性能、可靠性等因素，中长期氢内燃机相较燃料电池更具优势氢内燃机和燃料电池对比•我们认为，综合成本、性能、可靠性等因素来看，氢内燃机相较燃料电池更具优势氢内燃机可沿用现有内燃机工业体系进行开发，大部分零部件与现有内燃机成熟产品氢内燃机氢燃料电池（例如汽油发动机、天然气发动机）通用，保留了传统内燃机的主要架构和系统，不需要重新构建产业链，因此可极大缩短开发周期，降低技术难度和成本投入，对产业氢气纯度要求低纯度要求极高，化转化更为有利杂质对质子交成本换膜有损害氢内燃机具备无后处理器的情况下满足严苛排放法规的潜力，后处理等系统可取消或简化，产品成本优势显著；此外还有加氢快、无里程焦虑等优点，具有在商用车全效率可利用现有内包括质子交换领域应用的潜能辅助系燃机零部件，膜，贵金属催成本约为氢燃化剂等部件，氢内燃机采用传统燃烧做功模式，对氢气燃料纯度要求较低，在高负荷区（例如承担统货物的中重卡）具有较高的综合效率，因此氢内燃机是更经济且更高效的选择；同使用寿料电池1/10成本高时氢内燃机具有多种燃料适应性，可以使用纯氢为燃料，也可以和甲醇掺烧，有效降低对石油依赖，成为落实“双碳”目标的重要路径之一命与普通内燃机约60%-80%相似，约为40%-60%储氢供氢系统储氢供氢系统、电池、电机约50万公里约5000小时©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化氢内燃机--有望率先在重卡迎来突破，船舶、风电光伏制氢储能调峰电站领域潜力大氢内燃机的应用领域——重卡重卡的动力技术路径--氢内燃机、燃料电池相辅相成柴天非非二生油然插物柴氨对于长途牵引运输场景，客户预期回本的理想周期是1.5年内气电插甲甲柴氨氢氢插增氢左右，通过核算并对比分析各技术路线成本回收周期车辆燃内混油内内内电程拥有成本（DPCO），纯氢内燃机机和燃料电池技术路线机燃柴电醇醇内燃燃燃机混混纯换燃最具竞争力，纯氢内燃机2025年左右和柴油车“打平”，混内内燃机机电电料燃料电池2030年之后较柴油车具有经济优势。而纯电动、机油天燃燃机101112动电插电混技术在一定时间与柴油车相对有竞争力，但是越往然机机整整整后发展，较氢内燃机及燃料电池技术路线的竞争力越弱。010203070809车车车池而氨氢及柴氨内燃机技术路线因为绿氨价格高及单车能耗整整整高，在长途牵引运输场景，暂不具备经济优势，但具备零车车车气整整整关键碳优势，其发展需要政策支持以弥补其经济性不足。作为车车车零部件零碳技术路线，氨作为储氢载体比以氨为燃料的氨氢内燃关键040506131415机更具发展潜力零部件关键整整整零部件整整整车车车车车车关键关键零部件零部件基本成熟发展中新兴路线主要结论：从长期发展路径来看，长途牵引运输场景未来技术路线在2030年以前是以柴油和天然气为主，氢内燃机技术为辅；在2030-2040年是多技术路线并存发展的阶段；2040年后，将以燃料电池及氢内燃机为主、天然气及柴油少量并存。从适用场景来看，中重型商用车各场景技术路线远多于轻微卡，氢内燃机、氨氢内燃机、甲醇内燃机等技术路线适用于重型公路运输场景，换电、增程式、燃料电池在中型城际物流、轻型城市物流、工程自卸场景也有发展前景©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化氢内燃机--有望率先在重卡迎来突破，船舶、风电光伏制氢储能调峰电站领域潜力大氢内燃机的应用领域——船舶-氢动力船舶发展进度---氢内燃机、燃料电池类别时间中期内燃机是船舶应用氢能的重要途径，川崎重工业、洋马等日本企燃料氢近期蓝氢、绿氢未来业目前正在开发中速四冲程发动机、中高速四冲程发动机、低速动力装置氨灰氢蓝氢、绿氢绿氢二冲程发动机；现有氢内燃机有效热效率为35%~45%，低于甲醇灰氢甲醇绿氢PEMFC系统50%~60%的效率，但功率可以达到高值（兆瓦级），燃料电甲醇高温型甲醇（碳中和）已用于拖船和渡船。成本方面氢内燃机明显低于PEMFC系统，以池PEMFC/SOFC高温型100kW发电装置为例，基于当前技术的氢内燃机成本仅为PEMFCPEMFC高热效率、低NOxPEMFC/SOFC系统的50%，随着船舶储氢技术的发展、氢能基础设施的完善，内燃机排放高热效率、低NOx氢内燃机在船舶上可取得广泛的应用高热效率、低NOx近海排放氢动力船舶航线演变排放远洋氢燃料电池适用于多种内河船舶，可作为小型船舶的主动力，也可作为大型船舶的辅助动力；以质子交换膜燃料电池（PEMFC）内河/内湖类型为主，但功率等级相比柴油动力仍有较大差距。--主要结论：氢燃料是航运行业碳减排及脱碳的良好解决方案，氢动力船舶通常用于湖泊、内河、近海等场景，以客船、渡船、内河货船、拖轮等类型为主；海上工程船、海上滚装船、超级游艇等大型氢动力船舶研制是当前的国际趋势©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化船舶--甲醇及液氨具有含氢量高、能耗低等多种优势，是氢的理想载体甲醇作为氢载体，具备多种优势；甲醇及液氨载氢能力最强，是氢的理想载体含氢量高易于存储经济性好安全性高更加环保甲醇是含氢量最高碳氢化合储运无需低温或加压，同等甲醇是含氢量最高碳氢化合甲醇在挥发、燃爆等方面甲醇产物仅为二氧化碳和水，物，1kg甲醇可产生0.125kg体积下携带能量是35MPa高物，1kg甲醇可产生0.125kg安全系数最高，更是远比氢不会产生污染物，CO2排放氢气压储氢的4倍氢气气更为安全量大幅低于汽柴油-不同氢载体对比--氢载体的运输成本比较-1604.01403.01202.01001.08060液氨甲苯甲酸液氢高压氢高压氢高压氢LNG液氨甲醇二甲醚液氢40（70MPa）（20MPa）（10MPa）资本成本运营成本200甲醇重量百分比（wt%）体积质量比（g/L）挥发成本©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化中国甲醇工业基础成熟，甲醇重整制氢路线可直接嫁接至甲醇工业体系中国甲醇制备、储运、加注体系成熟，相较于传统体系，氢气应用端的突破已具备良好的上游基础甲醇制备（十分成熟）甲醇储运（十分成熟）甲醇加注（待发展）燃料电池/燃氢发电全球甲醇产能分布（2020年）中国是最大的甲醇生产/消费国，全球67%的甲醇产能来自中国，下游应用端-燃氢发电/燃中国拥有最为完备且庞大的甲醇工业体系料电池相较于传统氢能体中国-67%系，具有最为完善成熟的甲醇可采用一般的易燃液罐（车)进行运输与储藏，甲醇储运环上游基础，中短期内可快中国美洲中东其他节十分成熟完善速商业化、规模化©2023.8SixsigmaResearch甲醇加注环节（陆面交通）虽发展成熟度不如上游，但船舶河运www.6sigmacapital.com海运可一次性加注大量储藏，加注环节对于船舶运输影响较小交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化甲醇重整制氢、用氢发电路线已用于船舶产业化，逐步进入量产阶段•美国•欧洲美国能源技术领先开发商RIX国际航运巨头、世界Industries于21年下半年推出500强--马士基航运全球首个移动式甲醇制氢动力系统--公司拥有最为庞大的甲醇动力船队，将逐M2H2系列，为船舶与海洋环境提供动步采用RIX等厂商的甲醇制氢作为动力系力，目前该系列已经正式推向船舶市场统以实现更高的效率美国最大船舶设备租赁商MaritimePartners公司开发的Hydrogen欧盟资助HyMethShip项目用甲醇制氢为船舶发One内河拖船将在2023年下水，是全球首艘使用减排的甲醇制氢动机提供燃料；通过甲醇制取氢气，然后将其发电技术拖船；该项目制氢设备技术提供商为美国可再生能源公送入发动机，在内燃机中燃烧驱动发动机，在司e1Marine提高了航运效率的同时显著降低排放©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化中国船舶航运场景下蕴含着数百亿级的市场空间根据交通运输部《2021年交通运输行业发展统计公报》，中国各水系内河航道通航里程分别为：长江水系64668公里，珠江水系16789公里，黄河水系3533公里，黑龙江水系8211公里，京杭运河1423公里，闽江水系1973公里，淮河水系17500公里；极为丰富的内河水系为适用于内河航运的动力系统提供了巨大的市场空间•中国有湖泊24800多个，面积在1平方公里以上有2800多个。内河湖泊各类20米级以下船舶保守估计约20万条左右，以30%渗透率测算：20万艘X30%X18万/艘=108亿©2023.8SixsigmaResearch•国内在册内河船舶11.36万艘（不含农林渔业），500-3000吨级货运约8万艘，此类船舶最少需160KW级产品两套，以30%渗透率测算：8万艘X30%X240万/艘=576亿www.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化重点关注高效率、低碳排动力产品方案，涵盖制氢、燃氢、动力总成全环节提供氢气提供电力制氢机燃氢发动机（船舶）动力系统-作用：-作用：提供新能源电动船舶端到端的电力解甲醇/液氨燃料通过化学方法释放氢能制氢机产生氢气，通过内燃机燃烧方式发电决方案-成分：-性能：甲醇制氢技术应用，实现船用甲醇发甲醇制氢(氢气74%/CO224%/CO<2%)、自然吸气、排量1.6L、直列四缸、全铝缸体、支持两种动机清洁燃烧，达到四阶段排放液氨制氢(氢气75%/N225%)燃料双喷射;压缩比:12、最大扭矩:137Nm/4000rpm;燃船用燃氢发电机组与电池、驱动电机-价值：料消耗量:0.552升/(25kw/2500rpm);燃料利用效率:42%三者完美组合，氢气以常温、常压的形式保存，替代高压（2500rpm40%负荷区）提供5000吨级内各类载入及货运船舶储氢罐，降低成本-价值：的电动化方案；释放氢气过程所需能量来自于发动机排放替代超级昂贵的燃料电池、减少对动力电池依赖、氢气-船用燃料远程监控系统，对绿色燃尾气的废热，提高燃料热效率燃烧排出的是水通过稀薄燃烧技术NOx无需尾气处理也料来源及使用实现全方位监控；能达到国六B©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化氢内燃机--有望率先在重卡迎来突破，船舶、风电光伏制氢储能调峰电站领域潜力大氢内燃机的应用领域——兰炭气、焦炉气内燃机发电&风电光伏制氢储能调峰电站电光伏制氢储能调峰电站兰炭气、焦炉气内燃机发电风电、光伏等可再生能源的发展是大势所趋，但由于风能光伏不连续、不稳全国每年兰炭气500亿标方（其低热值相当于100亿定，大规模并网后对电网调峰等造成不利影响，需配合储能。据国际能源机标方天然气），每年焦炉气2000亿标方（其低热值构（IEA）预计，到2050年全球储能市场规模达数万亿美元，我国储能市场也相当于800亿标方天然气），兰炭气、焦炉气可以将有数万亿人民币的市场需求，而能满足大规模、长周期储能的就只有氢储；用作富氢内燃机发电机组燃料，比锅炉+燃气轮机氢储能的基本原理，就是利用富余的、非高峰的或低质量的电力制氢，将电发电系统的效率更高、投资回报期更短能转化为氢能储存起来，同时副产品高纯氧的价值也较大；在电力输出不足时利用氢内燃机发电机组、氢燃气轮机转化为电能输送上网。我国大部分城Tips：由清华大学、河柴重工、北京氢洁能源科技市峰谷用电负荷相差过大，如上海夏季高峰时用电负荷可达3200万千瓦，而有限公司共同研发的全球首台1500千瓦富氢燃料谷时不到2000万千瓦，谷电时段通过电解水制氢储能，提高可再生能源消纳（兰炭气）内燃机发电机组2020年已成功投入商业和输电通道利用率。峰电时段由于氢燃料电池发电成本较高，可采用氢燃机运行发电向电网送电，氢内燃机发电机组可以发挥调峰电站的作用©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com交通领域—燃料电池与内燃机路径并行，共同助力低碳化氢内燃机--迎来商业化窗口期，关注性能、燃烧、NOx排放、氢脆环节的技术开发--主要结论：螺杆随着上海、吉林等已将天然气掺氢燃料（HCNG）内燃机、氢式内燃机列入双碳行动解决方案布局，我们认为需要重点关注以压下环节的技术开发：缩•性能：需进一步提高氢内燃机性能，包括升功率和升扭矩机•燃烧：消除过早点火、回火、自燃等异常燃烧问题，提高燃结构烧效率与•NOx排放：致力于实现全工况低NOx排放运行，最终实现零拆装排放；北工大采用的是“螺杆式压缩机”来降低NOx•氢脆：发动机长期处于高温、高压状态下工作增加了氢脆风-我国NOx排放量（万吨）-险，需提高关键部件的抗氢脆性能40003000350035002030E--核心部件的设计重点：300023002500喷氢器、曲轴箱通风、氢气发动机专用后处理系统、高效增压20001900系统、专用润滑油等；此外由于氢气燃烧速度块，燃烧爆压较1500高，发动机机械负荷大，强度设计是开发重点之一1000850500500080年代1990200520082020E©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—能源载体、低碳原料是氢能在工业领域的核心用途氢气的利用由来已久，主要作为生产原料应用于工业领域氢能（绿氢）与电力（绿电）均为二次能源，是双碳目标战略下的必然选择。氢气的利用由来已久，最早主要作为生产原料应用于工业领域。绿能来自于绿电，从能源效率角度看优先使用电力，电力解决不了的再制氢，能源载体、低碳原料是氢能工业领域的核心用途氢能在能源转型中的角色氢气可作为二次能源氢气可作为能源载体氢气可作为工业原料氢气本身是一种高能源密度的二次能源通过电解水制氢技术及氢气与其他能源品氢能将实现工业部门的深度脱碳，主要(单位质量)，同时也具有较强的电化学活种之间的转化，可提高可再生能源的消纳、方式为应用氢能革新型工艺，可以大规模性、可通过燃料电池进行发电。因此氢气提供长时间储能、优化区域物质流和能量使用“绿氢”替代“灰氢”。氢气直接还可应用于燃料电池汽车从而替代传统燃油流，进而建立多能互补的能源发展新模式。原铁是氢能革新型工艺的典型代表，该汽车，节约石油消费;也可以用于家用热比如，在区域电力冗余时可通过电解水制工艺使用氢气作为还原剂，将铁矿石直接电联产，减少电力和热力需求;还可以直氢将多余电力转化为氢气并储存起来;在还原为海绵铁，之后进入电炉炼钢，从而接将氢气掺入到天然气管网直接燃烧电力和热力供应不足时，氢气可以通过电节省了焦炭的使用、减少了因原料带来化学反应发电、热电联供、直接燃烧等方的二氧化碳排放。“绿氢”替代“灰氢”式来实现电网和热网供需平衡是使用来自可再生能源的氢气，来替代合成氨、甲醇生产过程中的化石能源制氢，进而实现深度脱碳©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—能源载体、低碳原料是氢能在工业领域的核心用途工业领域目前仍以灰氢使用为主，存量项目进行绿氢置换成为发展趋势我国的氢源结构目前仍是以煤为主，来自煤制氢的氢气占比约62%、天然气制氢占19%，电解水制氢仅占1%，工业副产占18%。就消费情况看，目前的氢能基本全部用于工业领域，其中，生产合成氨用氢占比为37%、甲醇用氢占比为19%、炼油用氢占比为10%、直接燃烧占比为15%、其他领域占比为19%；在氢冶金、合成燃料、工业燃料等的带动下，2060年工业部门氢需求量将到7,794万吨，接近交通领域的两倍新建工业项目配绿氢、存量项目进行绿氢置换逐渐成为发展趋势，基于需求侧产业的发展和产业链的完善，从灰氢逐步过渡到绿氢是较好的方式，优先使用副产氢，实现资源综合利用2020我国氢气主要来源占比2020我国氢气主要消费途径占比1%19%18%37%15%19%62%10%19%煤制氢天然气制氢生产合成氨用氢甲醇用氢炼油用氢直接燃烧其他工业副产氢电解水制氢©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排政策支持绿氢绿电与工业耦合，助力建筑、化工、钢铁等多领域深度脱碳我国西部风光资源丰富，发展绿氢具有天然优势，东北地区西部和东北部、华北北部、内蒙古中东部、西北地区西北部等地区高空70米风力发电机常用安装高度的风能资源较好，而西藏大部、内蒙古西部、青海西北部等地的局部地区年水平面总辐照量超过1750kWh/m，太阳能资源最丰富©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排氢冶金技术是钢铁行业实现碳中和目标的革命性技术我国是全球最大的钢铁生产国和消费国，产量占据全球半数以上份额。钢铁行业是能源消耗与碳排放的重点领域，我国钢铁行业以煤为主要燃料的高炉转炉长流程工艺为主，能源结构高碳化，碳排放量占全国碳排放量的15%，是制造业31个门类中碳排放量最大的行业；氢冶金技术恰恰是钢铁行业实现碳中和目标的革命性技术，绿氢在铁还原环节对煤、焦进行规模化替代，可以实现钢铁行业的深度脱碳目标•氢气作为氢冶金的基本原料，其供求关系直接影响氢冶金的推进•氢气成本是决定氢冶金市场竞争力的关键因素：预计到2030年碳价速度，综合中国钢铁行业政策规划、专家访谈及数据分析将达到200-250元/吨CO₂，若届时绿电价格达到0.15元/kWh，电解水制氢电耗达到4.5kWh/KgH₂，则绿氢成本降至10.5-11.2元/KgH₂，•2030年氢冶金产量可达0.21-0.29亿吨，约占全国钢铁总产量的氢冶金经济性将得以体现2.3%-3.1%。氢冶金的氢气需求约为191-259万吨，其中约92%来自焦炉煤气，剩余约8%来自电解水制氢H₂价格元/t（对应电力价格元/kWh）•2050年氢冶金钢产量为0.96-1.12亿吨，氢冶金的氢气需求约为852-1256118511151045975904980万吨，其中焦炉煤气提供166万吨氢，剩余814万吨来自于绿氢（0.176）（0.166）（0.156）（0.146）（0.136）（0.126）万吨氢（来源于焦炉煤气）绿氢3501200CO₂3001000价250800600格400200元/t20001502025203020402050100蓝色代表氢冶金具有成本优势，白色表示传统炼钢具有成本优势©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排氢冶金技术是钢铁行业实现碳中和目标的革命性技术氢冶金减碳技术路线主要分为两种：富氢还原高炉和氢气气基竖炉直接还原炼铁，其中富氢还原高炉技术碳减排可达10%左右，氢气竖炉气基直接还原炼铁减排潜力达到50%-95%；气基竖炉直接还原更适用于发展氢冶金，全氢竖炉或富氢竖炉氢冶金工艺值得重点关注，含氢的竖炉炉顶煤气通过净化和循环可实现氢气高效利用（竖炉炉顶煤气无N2等杂质成分掺杂，气体捕集分离难度和循环利用成本远低于高炉）富氢还原高炉技术气氢直接还原技术高炉实现富氢还原冶炼的主要途径是喷吹氢气和天然气、焦炉煤用气体燃料为能源和还原剂，在天然矿石（粉）或人造团块呈气等纯氢或富氢气体。焦炉煤气和天然气的典型组成是H2和CH4，固态的软化温度以下进行还原获得金属的方法。该方法具有容以及其他碳氢化合物等，在高炉风口回旋区，CH4转化为H2和积利用率高、热效率高、生产率高等优点而成为非焦煤冶金工CO，H2促进了铁的间接还原反应，降低了铁的直接还原度，从艺的主流技术，并可制得高纯度的海绵铁而可降低焦比及煤比。据相关资料和研究，吨铁喷吹天然气（标态）100～120m3时，铁的直接还原度可降低到23%～30%，从而•河钢集团与特诺恩于2020年11月23日签订合同，建设高科技的氢能源减少了碳素燃料的消耗量，降低碳排放开发和利用工程，包括一座年产60万吨的ENERGIRON直接还原厂，这将是全球首座使用富氢气体的直接还原铁工业化生产厂•宝钢股份在宝山基地1号高炉新增一套天然气喷吹系统，2020年9月30日投运，10月1日—11月17日进行了复合喷吹生产试验。天然气喷吹•山西中晋科技集团于2020年12月20日宣布其氢基直接还原铁项目点火量（标态）达到60~65m3/t，固体燃料比由492kg/t下降至440kg/t，试车，标志着氢基直接还原铁项目（CSDRI）工艺正式开始工业应用降低10%左右。富氧率5.8%，CO利用率保持49%，H2利用率43%阶段，CSDRI工艺如图2所示。CSDRI工艺突破了焦炉煤气改质的关键技术，包括气体转化和净化技术，特别是低压深度脱硫净化技术©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排水泥行业占全行业碳排放13%，合规降碳需求刚性➢市场规模基量巨大，政策性机会凸显水泥行业占全行业碳水泥碳中和市水泥厂规模以上每生产线降碳技术改造费用掺烧排放总量13%，约为场规模改造窗口期水泥生产线系统2500万13亿吨1000亿3-5年2000条CCUS系统2500万➢水泥厂合规降碳需求刚性，标准生产线端改造复制性强的特点凸显碳中和趋势下，水泥厂碳排放压力首当其冲，付费意愿极强水泥行业开工率保持在行业利润率极高，高达目前技术改造方案为氢氨技术改造适用性：工业锅炉改装市场晚于70%+，产能严重过剩，20%，水泥行业有充足的燃烧系统，在锅炉中进行火力发电机组水泥行业2年，61w台、是碳中和减排重点付费能力，且受政策影改装后掺烧无碳氢、氨，水泥及陶瓷行业窑炉40%改装率、500w单价、响，需求更为刚性以实现大规模降碳的目标万亿市场➢政策+结构性变化趋势下：碳排放压力的履行顺序依次是水泥厂、冶金、煤电，到2025年前，水泥厂必然大规模采购降碳与CCUS技术，诞生巨大行业机会水泥生产降碳市场自2021年起进入3-5年窗口期规模以上水泥生产线改造需求诞生1000亿以上市场规模©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排上游的储能技术结合下游生产线的掺烧技术改造有望成为水泥行业降碳的最佳方案碳排放储能运输煤炭替换CCUS减少=新能源发电行业风光水核四种新能源发电，发电解制氢无法大量存储，煤炭燃料使用占碳排放80%成本极高，在工业中属于节痛点电用电时间空间不一致，浪费体积大储能容量低，条件以上，降碳的本质是减少煤流法，治标不治本，可短期严重，年弃点1300亿度苛刻，无法规模化，技术炭的使用量有效使用降低指标压力存在巨大痛点上游痛点中下游痛点一个大趋势：碳中和的根本解决方案是在于用无碳燃料替代化石燃料在这个趋势下，煤炭等燃料的“可规模性有效替换”技术至关重要，替换技术需要从上游以清洁电力充分利用为目的储能技术开始，到下游工业生产线的掺烧技术改造©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排上游的储能技术结合下游生产线的掺烧技术改造有望成为水泥行业降碳的最佳方案碳排放储能运输煤炭替换CCUS减少=新能源发电行业风光水核四种新能源发电，电解制氢无法大量存储，煤炭燃料使用占碳排放80%成本极高，在工业中属于节痛点发电用电时间空间不一致，体积大储能容量低，条以上，降碳的本质是减少煤流法，治标不治本，可短期浪费严重，年弃点1300亿度件苛刻，无法规模化，炭的使用量有效使用降低指标压力技术存在巨大痛点上游痛点中下游痛点技术储能技术：低成本储运温度压力同样体积下储能效燃煤技术改造方案：解决电合成绿氨工艺从根源解常温1.3MPa率是传统X倍，氢结合氨储氢技术掺烧替代煤炭方案决清洁能源电力无法储存氨-253℃20Mpa储运装备和法规等/天然气，燃烧产物为氮气和的痛点，将清洁能源电力氢极为成熟水。掺烧百分比即降碳百分比，变成无碳合成燃料最大掺烧比例达90%。©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排绿氨凭借易液化、储运技术成熟等优势适用于传统锅炉改造，掺烧比即降碳比1氨无碳HH2氨容易液化3氨含氢元素多4氨储运技术成熟NH低温-33°C液态轻含H元素71g/L装备、法规、操作规范或常温1.3MPa压力液态氨含H元素120g/L以及危害处置方法都很成熟1.电解制氢消纳弃电2.电合成液氨解决储运痛点3.以氨为能源的设备系统风电电制绿氨工艺光伏新副产品空气分离应水泥厂O2N2能用发电厂H2O源电解装氢氨掺烧系统www.6sigmacapital.com水电发催化剂氨备电H2中温中压核电©2023.8SixsigmaResearch工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排上游的储能技术结合下游生产线的掺烧技术改造有望成为水泥行业降碳的最佳方案水泥厂降碳的国内外进展海外进展中国•日本：2017年底颁布了国家清能战略，明确提出自2020年起日•由大连化物所等单位提出的绿氢煅烧水泥熟料技术路线，其最终本的火力发电厂看是掺烧无碳氨以降低二氧化碳排放，具体的目标则是要实现水泥熟料煅烧所用燃煤的全部替代，并实现窑炉描述则为所掺烧的氨必须是“绿氨”，2035年掺烧20%的绿氨烟气CO2部分捕采利用。这首先是通过风力、光伏发电和水电的输入，采用高效电解水制备氢气和氧气技术，随后是将氢气和氧•西门子集团：2018年5月在英国牛津投产了一套电合成氨示范化由多射流燃烧器喷入到水泥窑炉中煅烧水泥熟料，排出窑炉的系统，该系统末端连接氨内燃机，西门子的愿景为将新能源发烟气进行水汽和二氧化碳分离，分离的水汽冷凝后返回到电解水电变成：可长时间大容量储存，可广泛使用的化学燃料“绿氨”槽中进行循环使用，分离的二氧化碳则可采用加氢制备甲醇、或是制备其他工业产品•澳洲：年产5000万吨绿氨项目于2020年开工，已有英国BP、挪威YARA、日本三井等公司参与•2022年6月由厦门大学氨能源工程实验室和水泥生产公司合作建设的全国首套水泥熟料生产线氢氨燃料替代煤炭系统顺利实现首次•美国：2020年10月，本土最大的合成氨企业CF集团宣布建设点火测试，通过采用氨氢减煤降碳，并且实现催化燃烧，氮氧化“绿氨”能源网络物NOx排放比单纯使用煤降低了一半以上，实现了NOx的超低排放，单个氨氢燃烧器的功率比日本同类设备高一个数量级©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com工业领域—氢能作为能源载体及化工原料，助力工业减排工业领域降碳压力凸显，需重点关注煤炭等燃料的“可规模性有效替换”技术制约绿氢进入工业领域的瓶颈现有技术条件下，绿氢的制取成本高企不下，缺乏经济性，如果不考虑“绿色贸易壁垒”以及“碳税”这些政策性的硬性约束，用户更愿意选择低成本的制氢路线。工业领域的绿氢替代在技术上可行只是一方面，在经济上可行才是氢能大规模利用的先决条件。在制氢路径中，灰氢目前成本优势明显，随着双碳目标的日益严控，未来可再生能源电解水制氢将是实现绿氢的最好途径要素壁垒运输难度影响绿色制取成本有两大核心要素，一是目前现阶段，国内主要采用高压气态氢储运方式（重量储氢密度可用于绿氢制取的可再生电及核电等电价高；1~5.8wt%），少量液氢储运（重量储氢密度5-14wt%）、金二是绿氢制取关键设备电解槽投资较大—功率属固态储氢（重量储氢密度1.4～3.6wt%）等方式，储存困（1KW）成本一万元以上难且储存能力较低，经济半径受限，形成大规模储存难、运输难的局面，国内氢储运技术的能效、安全问题有待完善解决。这些问题都是制约绿氢进入工业领域的瓶--绿氢脱碳的主要结论：我们认为，工业领域降碳压力凸显，需重点关注煤炭等燃料的“可规模性有效替换”技术，并且替换技术需要从上游以清洁电力充分利用为目的的储能技术开始，到下游工业生产线的掺烧技术改造©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳燃气轮机在能源转型中扮演重要角色，已经成为电力发电的主导热能技术之一现有火力发电设备是碳排放大户，不论是以天然气为燃料还是使用洁净煤技术，都无法从根源上避免CO2产生。以风力发电、光伏发电和水力发电等绿色能源制造的氢气和氧气为燃料发电才能做到真正的全过程零碳排放；同时燃气轮机在能源转型中扮演着十分重要的角色，已经成为电力发电的主导热能技术之一。因此大力发展氢能发电以及将现有火力发电设备改造为氢能发电【氢（氨）燃气轮机】是削减碳排放的主要途径实现碳中和以及能源清洁转型是绿绿氢的生产来自于绿电，二者的根本燃氢燃气轮机对于构建新型电力系统发挥氢产业发展的最大动力，绿氢在使都是可再生能源，绿氢应用相当于绿了重要作用，氢及其衍生的合成燃料富余用过程中零碳排放可以帮助化工、电的延伸，在航空、化工、冶金等难部分允许长期存储，电力供应紧张时，在冶金、航空等难以直接用电的终端以实现电气化的领域使用绿氢替代化供应侧利用燃气轮机输出电能、负荷侧调用能领域进行全面脱碳；绿氢是联石能源，相当于间接电能替代，降低节电制氢负荷；氢燃气轮机属于同步发电结清洁能源和部分终端用能领域的用能侧的碳排放强度；绿氢与绿电可机，具有高爬坡率、电压支撑能力强等特关键纽带，目前航空、化工、冶金相互转化，易于耦合建立多能源品种性，可作为煤电机组退出后的支撑性电源，等领域难以直接应用电能实现脱碳，的零碳能源供应体系，也可通过燃料2060年中国燃氢燃气轮机装机容量有望突通过清洁电力制备绿氢从而带动工电池或燃氢燃气轮机进行发电破2亿千瓦，年发电用氢超过1000万吨业场景电气化www.6sigmacapital.com©2023.8SixsigmaResearch发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳燃气轮机概述--工业制造“皇冠上的明珠”燃气轮机的工作原理：通过燃料（主要为天然气）与空气燃烧产生气体推动叶片做功，以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料能量转换为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机主要分为三个部分：压气机、燃烧室、透平，压气机将空气吸入内部并压缩。之后压缩过的空气会和天然气在燃烧室进行混合并燃烧，产生出高温高压气体会推动透平叶片转动，一部分动力会用于带动发电机发电，另一部分动力负责带动压气机转动分类构成用途按结构分重型、轻型两主要由压气机（蓝色）、燃烧室（红色）、用于发电、分布式能源、电网调峰、机动电源、舰船驱动、种，重型燃机又分为E、透平（黄色）三部分组成，还包括进气过长距离管输增压等；航空发动机和燃气轮机工作原理基本F、H级，对应燃烧室温滤系统、控制调节系统、启动系统、润滑相同，燃气轮机可由“航空发动机+自由涡轮”改造出来度1200、1400、1600度；油系统、燃料系统；技术难点包括燃气轮按功率分为大、中、小、机压气机气动性掌握，燃烧室高温零部件•燃气轮机联合循环（GTCC）的效率在过去三十年中从50%提高微型；按用途分为电力的冷却防护，涡轮冷却气流的流道设计等到了超过60％，主要得益于涡轮进气温度（TITs）从1300℃提高燃气轮机、机械驱动到1700℃，以及冶金学、制造工艺（如单晶高温部件，包括定子（船舶）燃气轮机和航叶片和转子叶片）和冷却技术的进步推动空燃气轮机•2023年初GTCC净效率目标达到65%，下一目标为70%。目前重点开发技术是旋转爆轰燃烧（RDC），爆轰燃烧增加了循环温度和压力增加、降低压气机的功率消耗，从而提高燃料燃烧的净输出，易于在地面燃气轮机中实现，提高效率约1-2%©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳燃气轮机作为“动力心脏”事关能源安全，国家批准设立“两机专项”“两机专项”：燃气轮机作为“动力心脏”事关国家能源安全，2012年国务•我国在运的重型燃机超过100台，主要由美国GE、德国西门子、日本三菱院批准设立“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项，与国内厂商合作生产。但压气机、燃烧室、高温透平叶片等需要定期更换并专门成立中国联合重型燃气轮机技术有限公司，对的核心部件技术欧美日不予转让，严重制约我国重型燃机可靠性和经济性300MW燃气轮机实施技术攻关•2014年我国具有自主知识产权的首台重型燃气轮机R0110设计与研究项目GE公司LM6000轻型燃气轮机取得突破性进展，2019年我国首台F级50MW重型燃气轮机原型机整机点火试验成功,顺利实现满负荷稳定运行，打破欧美国家长达70年技术封锁•轻型燃机是发展航空发动机和重型燃机的重要基础，向下可衍生到重型燃机，向上可促进航空发动机发展；轻型燃气轮机大多采用成熟航空发动机改造而成，具备体积小、重量轻、启动快、维修方便等优势，在从发电、供热、到海陆空运载工具的驱动等领域应用广泛；2020年全球燃气轮机中1-40MW级燃气轮机市场占比最大约为40%，2025年前全球燃气轮机总需求约为9000台套（多集中在3至50WM功率范围），预计到2026年全球燃气轮机市场的规模预计将达到283亿美元©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳燃氢燃机可用作伴生电源来补充风能和太阳能的间歇性，实现电力长周期储能与调节燃氢燃气轮机的优点：燃氢燃气轮机可以用作伴生电源来补充风能和太燃气阳能的间歇性，风力和日光充足情况下利用可再轮机在全生能源电解水制氢，或者结合碳捕集技术进行天球能源转然气重整制氢，来实现新能源电力的长周期储能型中的作与调节用2019年，燃气轮机行业承诺到2030年开发出燃烧出100%氢气的燃气轮机，支持全球天然气电网向可再生能源系统的转型；将燃料能力扩展到氢气的燃气轮机在能源系统中发挥关键平衡作用，不仅在能源转型时期，还将主导长期能源战略•基于燃气轮机的燃气蒸汽联合循环是目前最清洁的燃用化石燃料的热力循环发电形式，在相同发电量下与燃煤电厂相比，使用天然气为燃料的燃气轮机发电碳排放量减少了50%•2030年使燃气轮机完全使用可再生气体燃料，从而具备100%碳中和的燃气发电的能力，随后目标是在联合循环配置中实现电厂的热效率达到65%以上•燃气轮机具有灵活性，非常适合频繁起停，能够快速响应电网需求，使其与波动的RES互补©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳目前推动燃氢燃机技术的关键为针对现有燃气轮机开发改造方案燃氢燃气轮机的优点：•Why要纯氢燃烧？燃料中碳含量与体积氢含量之间存在非线性关系，因此必须提高氢含量，目前推动燃氢燃气轮机技术的关键为针对现有燃气轮机开发改造方案：初期最大程度的减少碳排放对现有燃烧室和辅助部件进行基本改造，将氢气混合燃烧到最大含量(>30%，碳减少量为11%)，进而氢气含量达到100%（纯氢燃烧），且无需稀释剂进•如何利用现有的天然气基础设施？现有设施内行排放控制；燃氢燃气轮机可以刺激对低纯度氢气的大量商业需求，进而降氢气和天然气可通过简单的改造进行输送；低氢能的生产成本2019年国家电投建设了国内首个“绿氢”掺入天然气输送应用示范项目（10%的掺氢比例）-甲烷/氢气混合物中的碳含量-•Why改造现有燃气轮机？很多国家面临燃气轮120.00%机闲置或运行时数不足的情况，我国也存在大量的调峰机组100.00%•新技术：目前燃气轮机通过扩散燃烧方式燃烧80.00%纯氢，但仍会产生NOx排放。重点开发干式低NOx燃烧技术，可大幅减少或消除NOx排放；就60.00%热效率和输出功率，现有燃气轮机和燃氢燃气轮机(均采用干式低NOx燃烧技术)差异很小40.00%20.00%0.00%204060801001200氢气【体积百分比】©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳纯氢和天然气/氢混合物燃烧重点关注技术前沿技术：用氮气、水或蒸汽稀释扩散火焰全球氢气燃烧研究项目贫油预混系统带有扩散火焰或蒸汽稀释的燃烧系统•由欧盟资助的项目侧重于将富氢原始设备制造商的燃气轮机发电机组是较为先进，可燃烧100%体积的氢气，合成气燃气轮机与预燃碳捕集和中，贫油预混燃烧室的最大允许氢气但与没有稀释的系统相比效率降低，封存系统相结合，DLR与西门子浓度也存在明显差异，包括支持氢含与贫油预混合技术相比工艺更复杂；和阿尔斯通作为欧盟FP6ENCAP量30-50%的重型燃机、50-70%的小在联合循环或CHP配置中运行的大型项目的合作伙伴共同进行氢燃烧型燃机、20%的微型燃机，目前还没燃气轮机，蒸汽稀释在减排和电厂效研究出现燃烧纯氢的商业化燃气轮机率方面优于氮气稀释应首选燃料与稀释剂的预混合（提高•美国同样在支持低TRL氢燃烧研燃烧室技术路径减排效率），并且改造辅助系统中的究，并将天然气转化为氢气用于硬件来满足燃料体积流量增加；压气燃气轮机贫燃旋流预混、贫燃旋流直喷、稀释机喘振裕度问题可通过改进压气机或扩散、微混减少进气质量流量来解决•18年起日本新能源和工业技术发展组织实施“基础氢能战略”，用于开发燃氢燃气轮机技术、氢气供应链和燃气发电技术©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳氢气燃烧面临的挑战干式低排放（DLE）技术帮助燃气轮机在0-100%氢气含量下低排放灵活运行，但也面临自燃、回火、优化热声振荡水平和频率、NOx排放量增加等技术难点；全球范围内可供现场实地研究（高压和空气预热、高燃烧室出口温度、高流量和高雷诺数）的验证案例并不多，目前减压水平和尺寸的学术研究依然集中在微型燃气轮机自燃回火热声较高的火焰温度和其他挑战氮氧化物排放氢高反应性的特富氢燃料具备氢火焰具有明显的热声特性沃泊指数变化、改善热通道部件的冷却质增加了预混合更高的火焰传差异性（较高的火焰速度、较高的氢气绝热燃烧段的自燃风险，播速度和更短较短的点火延迟时间、不同温度将导致NOx排放量-不同燃料的低位热值的指数函数-高效的燃气轮机的点火延迟时的火焰稳定机制），所以使增高，如果降低燃气通过加入回热器间，存在回火用富氢燃料的燃机会存在燃轮机燃烧温度又会导来防止燃烧室和的隐患，需重烧动力学风险（燃烧室声学致效率和功率下降，喷嘴过热或损坏，点关注检测和频率处或附近自持燃烧振燃烧后脱硝技术（选因此燃烧室通常规避回火技术荡），从而引发回火和贫油择性催化还原）成本配备热电偶熄火。需要关注针对富氢燃依然高昂料的火焰稳定燃烧系统、监控控制系统©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳针对现有燃气轮机系统、材料、操作和控制的改造燃气轮机的分类（按操作/系统）燃气轮机的材料根据燃料撬块、控制装置和燃烧系统不同，考虑到机器氢消耗量不同，燃气氢能作为燃料需要考虑输送压力和温度，避免管道和其轮机分为以下几类：他辅助设备发生氢脆（与温度以及渗透材料所承受的压力有关），新阀门设计，以及新管道材料可重点关注•与天然气混合的氢含量低，-2016-2021年全球燃气轮机市场规模变化情况-燃气轮机的改造方案无需对材料、设计、控制、250233.125.00%保护进行更改，可适应0-机组改造时涉及到的方案：更换燃气轮机核心燃烧模块，10%含氢燃料203.2210.5217.8225.4仪器仪表和燃料控制系统改造，电厂燃料输送系统改造「包括吹扫、计量、气体成分监测、安全系统、启动燃20020.00%料供应」169.7热通道部件的改造：氢气燃烧系统的改造可能会改变热通道的温度分布，应针对具体改装解决方进行缩比试验•中等水平的氢气（10-30%）15015.00%鉴定，以及热通道部件验证和风险管理与天然气混合，无需对材料、设计、控制、保护进10010.00%行重大改装•更高含量的氢（30-100%）505.00%与天然气混合，需对燃料00.00%输送、燃烧模块、控制保护系统进行改装201620172018201920202021市场规模（十亿美元）增速（%）最佳状态下，燃气轮机能够实现0-100%的氢气/天然气混合运行；燃料范围的灵活性正好匹配可再生能源发电制氢的随机性©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳国内外燃氢燃气轮机的技术进展最终目标为低NOx排放(<25ppm)，目前研究主要通用电气：拥有70多套燃气轮机使用含氢燃料运行，累计运行时间超过500万小时，氢含围绕干式低排放(DLE)燃烧技术(无稀释、贫油混量从5%到100%；为航改和重型燃气轮机提供扩散、干式低排放和低NOx燃烧系统（新老合燃烧)；根据燃气轮机厂商(通用电气、三菱、西机组均适用）门子)关于DLE的数据表明，使用20%体积氢气的燃气轮机在特定情况下需要降低额定功率•最新的燃烧系统“DLN2.6e”已在7HA和9HA燃机上完成了100%天然气的全速全负荷运行，支持氢气预混合燃烧（超50%氢气含量），并于2018年进入市场-现有燃气轮机产品中可接受的氢气比例-华天航空动力：航空发动机、燃气轮机、先进压缩机研发制造企业，正在开展预混燃烧方0%20%40%60%80%100%式的富氢燃料干式低排放燃烧和燃气轮机氢能发电技术研究氢气体积百分比•核心技术：防回火、热声震荡抑制、防氢脆材料、环境热障涂层、火焰筒壁温控制•燃烧室采用贫燃旋流多点直喷的设计方案，模拟排放数值低于25ppm国电投：21年国电投湖北分公司与中国联合重型燃气轮机技术有限公司、荆门市高新区管委会、盈德气体签署《燃气轮机掺氢燃烧示范项目战略合作框架协议》•21年12月，国电投在运燃机成功实现15%掺氢燃烧改造和运行，机组具备了纯天然气和天然气掺氢两种运行模式的兼容能力，为我国首次在重型燃机商业机组上实施掺氢燃烧改造试验和科研攻关，并于2022年底完成二期30%掺氢燃烧目前水平待开发©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳国内外燃氢燃气轮机的技术进展日本燃气轮机项目——川崎重工川崎重工的燃烧器按燃料可分为掺氢和纯氢。掺氢燃气轮机燃烧器的特点是在燃烧器后半段增加二次燃烧喷嘴，氢气只在二次燃料中掺混，主燃料仍然是天然气。使用天然气进行点火/启动和低负荷运行，当负荷达到DLN运行范围时，向二次燃烧喷嘴供应氢气，进行氢燃烧发电。川崎重工的纯氢燃气轮机的燃烧器有2种技术路线：扩散燃烧器与干式低NOx燃烧器•扩散燃烧器：目前使用含有高浓度氢气的高反应性燃气作为燃气轮机的燃料进行发电时，多采用火焰稳定性优良的扩散燃烧法。这种燃烧方式稳定性极好，但会产生大量NOx。因此，为了减少燃烧气体中的NOx，使用喷入水或水蒸气减少火焰高温部分产生的NOx的方法•干式低NOx燃烧器：天然气通过预混燃烧可以实现低NOx燃烧。但氢气的反应性太强烈，会发生回火。因此川崎重工研究使用微小氢火焰的纯氢干式低NOx燃烧技术及其在工业燃气轮机中的应用氢燃烧方式混合氢气二次燃烧纯氢扩散燃烧纯氢燃烧干式低NOx：微小氢火焰减少NOx干式喷水干式燃烧器结构最大氢气量50vol%100vol%100vol%开发状态已投入实际运行实验电厂验证阶段燃烧器开发阶段©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com发电领域—纯氢气、氢气与天然气的混合可以为燃气轮机提供动力，从而实现发电行业的脱碳国内外燃氢燃气轮机的技术进展日本燃气轮机项目——三菱重工三菱重工的燃烧器是在主燃料喷嘴就进行氢气混合。压气机排气进入燃烧器内部后通过旋流器叶片成为旋流，与此同时燃料从旋流器叶片表面的小孔喷出，在旋流效应下与周围空气快速混合。新型燃烧器的设计特点是从喷嘴的尖端喷出空气，以增大涡核的流速。喷射的空气补充涡核的低流速区域，从而防止回火的发生。考虑到最低流速是控制回火现象发生的关键，因此新型燃烧器的最低流速是常规燃烧器的2.5倍以上。另外，从新型燃烧器喷嘴顶端的小孔喷入的空气量非常少，因此，除了涡核附近区域之外，其他区域几乎不受影响，流速分布与常规燃烧器同等三菱重工纯氢燃气轮机的燃烧器也有2种技术路线：扩散燃烧器与多点燃烧器（仍然是干式低NOx燃烧器）燃烧器多喷嘴燃烧器扩散燃烧器多点燃烧器燃烧方式扩散燃烧方式扩散燃烧方式预混燃烧方式结构NOx使用预混喷嘴，火焰温度均匀，NOx生成量低燃料与空气分开喷入，火焰温度高的区预混喷嘴更小，火焰温度均匀，NOx生回火火焰传递范围大，纯氢燃烧时风险大域NOx生成量大成量低循环效率不喷水/蒸汽，效率高氢燃料占比～30vol%没有预混燃烧的那种回火风险火焰传递范围小，风险小不喷水/蒸汽，效率高©2023.8SixsigmaResearch为减少NOx生成量需要喷射蒸汽/水，效～100vol%（开发中）率低～100vol%www.6sigmacapital.com可持续航空燃油（SAF）专题研究从综合能量密度以及现有航空动力适配度看，SAF都是航空业降碳的最优路径受限于电池能量密度，纯电架构难以适配商飞氢能与现有商飞系统适配度低SAF能兼顾减碳和能量密度需求商所飞需5000Wh/kg电池能密量度•航空商飞跨越里程长，单位距离能耗高。传统燃油SAF生物燃能量密度：油能量密度：能量密度随代际线性增长的动力电池难以12472Wh/kg9944Wh/kg追赶商飞所需的能量密度水平。•一架北京到上海的90座飞机需要搭载45吨•飞机燃料需要液氢以满足操作和安全•现阶段链状SAF能量密度可达到传统燃油的电池，等于其自身起飞重量。如果换成燃要求，现阶段低温高压大规模液储存79.7%，通过添加适量环烷烃和芳香烃（从油只需3.6吨。燃油架构在商飞场景确定性在技术瓶颈，相同能量下，液态氢体纤维素合成）后，能量密度可进一步提升强，难以被电气化架构替代。积是常规喷气燃料的约飞系倍430固态电池：10%Wh/kg280-•生产并使用SAF相较于传统燃油，能降低高镍三元正430Wh/kg69%-90%的CO2排放极+硅基负极高镍三元正•氢动力电池和氢汽轮机尚未完全解决•SAF组分与传统燃油相仿，按要求掺混后能极+石墨负极280-寿命和系统鲁棒性问题。商飞动力系无缝衔接现有的商飞动力系统，今年5月，350Wh/kg统需要按照氢能架构重新设计，并完罗尔斯罗伊斯已完成100%SAF航空燃料第240-成安全性验证和试飞。一阶段飞行测试高压三元正280Wh/kg极+石墨负极•现有飞机配套基础设施也需按氢能制180W储运架构重新投资建设h/kg220-260Wh/kg2016按电池能量密度400Wh/kg计算202020252030©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com可持续航空燃油（SAF）专题研究万亿航油基数叠加欧美刚性掺混政策，2025、2030年全球SAF市场可达1260、3670亿80000SAF市场规模7000071600600005520050000400003640035800300002760020000182001452410000726206301260367020251835数据来源：IATA20302035204020452050www.6sigmacapital.comSAF全球总需求吨数（万吨）SAF全球总市场（亿元）©2023.8SixsigmaResearch可持续航空燃油（SAF）专题研究SAF产线投入由HEFA向G+FT转变，费托固废制SAF成为SAF产能爬坡的新增长点全球SAF相关产线情况梳理生产商国家厂址技术路开始燃料产百万生产商国家厂址技术路线开始时间燃料产量百万吨/年线时间量吨/G+FT2021<0.1年Enerkem荷兰RotterdamHEFA20210.5HEFA20210.5Neste芬兰PorvooHEFA-0.4Colabitoil瑞典NorssundetHEFA20220.2G+FT2022<0.1ENI意大利GelaHEFA20230.1PtL2023<0.1Neste荷兰RotterdamHEFA-1.3STI瑞典GothenbrugPtL2023<0.1HEFA20240.2Kaidi芬兰KemiAtJ20240UPM芬兰LappeenraHEFA-0.1SkyNRG荷兰DSL01G+FTAtJntaG+FT现Total法国LaMedeHEFA-0.5Sunfire挪威NordieBlueG+FT有Energies新Caphenia德国DresdenPtLGrandpuitsPtL设Cepsa西班SanRoqueHEFA-0.1项TotalEnergies法国施目FLITE牙SkyNRG/待定/扩LanzaTech建Repsol西班CartagenaHEFA20230.2Velocys英国Altalto20250.120250.4牙20250.520250.1LanzaTech英国Wales20270.1待定待定ENI意大VeniceHEFA20240.4UPM芬兰Kotka利Fulcrum英国StanlowPreem瑞典GothenburHEFA20251.0Sknkero荷兰Synkero①gEngie法国Normandy②HEFAG+FTPtLAtJ©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com可持续航空燃油（SAF）专题研究成本端来看，费托法由于原料和耗电的优势，成本最低以生产1吨航空煤油，同时产出1.5-1.63吨航空石脑油为标准，各路径成本测算（元）固废气化费托法124254956737•原料采购低廉，生产运营69869640成本占比高，优化空间大最具潜力•原料来源广泛，获取灵活废气变换费托法2654HEFA7500426211762CO2电转液19337113520472醇喷AtJ原料由农林作物的果实和根茎组成，与工业乙醇抢夺原材料，不适用于中国市场：原料成本：生产运营成本©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com可持续航空燃油（SAF）专题研究2020-2050年不同SAF技术路线发展预期HEFA2020-20302030-20402040-2050G+FT研发运营运营www.6sigmacapital.comAtJ研发运营PtL研发运营研发©2023.8SixsigmaResearch可持续航空燃油（SAF）专题研究SAF需求短期即将迅速爆发，3年内有望形成千亿级全球市场从国际角度看随欧盟碳关税于今年正式落地，SAF有望成为未来20年内航空、航运业降碳减排，规避碳关税的主要路线。基于航空航运燃油庞大的需求技术，叠加政策落地的需求刚性，SAF需求量将在短期内迅速爆发，3年内形成上千亿的全球市场规模，投资已进入窗口期从国内政策来看，近期政策指向的替代比达到10%比例超过欧盟的6%，中长期来看国内的SAF市场与绿醇市场同样进入高增长期，其制备工艺及设备进入早期投资窗口期，能源销售及运营模式进入各大产业头部转型示范的布局期，三年内有望开启并购整合局面在SAF的各大技术路径中，HEFA短期内成熟度最高，落地产能规模最大，但由于原料来源问题，产能爬坡受限，但仍有3年左右过渡期机会。G+FT使用固体废弃物或钢厂废气作为原料，来源广泛，技术逐渐成熟，具备成本优势，是目前阶段平衡成本与规模的合适路径。PtL则由于采用绿碳+绿氢，从长远来看最符合降碳精神，但受制于绿氢电解槽的技术突破（催化剂替代、高端膜国产化、极板改良）和出货量限制，以及二氧化碳补集技术（DAC、BECCS、CCUS）成本尚未能打平经济账，短期内仍以示范为主，规模化看5-7年外，但产业链环节的核心设备在短期已具备出海销售机会。未来随碳捕和制氢成本进一步下降及工程化实现，短期值得持续关注可规模化制氢电解槽及DAC设备以布局早期项目©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com版权及法律声明www.6sigmacapital.com2023中国氢能产业深度研究报告©2023.8SixsigmaResearch关于云道云道资本云点道林—中国新能源领域领先的精品投资银行与产业研究机构©2023.8SixsigmaResearchwww.6sigmacapital.com