建筑材料行业专题研究:储氢瓶用碳纤维赛道,氢风已来,大有可为-20220928-国盛证券-24页VIP专享VIP免费

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证券研究报告 | 行业专题研究
2022 09 28
建筑材料
储氢瓶用碳纤维赛道:氢风已来,大有可为
IV 型储氢瓶性能优异,预计未来将主导国内车载储氢市场。目前已商业化生产的
储氢瓶可分为四种,其中具备长期发展潜力的要属 III (铝内胆碳纤维全缠绕气
瓶)IV 型瓶(塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶)两者都适用于车载移动储氢等移
动场景,但 IV 型瓶在轻量化、储氢密度、容积规格等方面性能更优,我们预计后
续将作为主流瓶型广泛运用。国外目前已开始商业化生产和使用 70MPa IV 型瓶,
而我国现阶段仍以 35MPa III 型瓶的应用为主,但随着技术进步、叠加配套政策
体系及基础设施逐渐完善,国内也将逐步向 70MPa IV 型瓶过渡。
储氢瓶技术壁垒较高,后续成本下降空间大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、工艺参数众多、关键原材料及
装备仍部分依赖进口、精细化生产管理有待提升,存在一定的技术壁垒。储氢瓶
当前成本较高,单瓶售价在 2万以上,其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,未来若能逐步替换
为大丝束碳纤维(国外普遍做法)则有望推动气瓶成本进一步降低。除此之外,
IV 型瓶的全面启用、大容量气瓶的研制以及产销规模整体扩大也有望推动储氢瓶
降本。
储氢瓶市场参与企业数量有限,但近两年集中度有所下降。储氢瓶属于特种设备,
参与企业必须先取得 B3 级压力容器特种设备制造许可证书,同时其生产的成品
也需经国家市场监督管理总局认可的第三方型式试验机构进行十余项型式试验并
取得证书才能对外出售。较高的行业准入壁垒造成参与企业数量相对较少,2019
年主要企业仅 5家;近年来随着氢产业链景气度不断攀升,20202021 年行业分
别新增 1-2 家主流企业,目前头部企业 7-8 家;同时市场集中度呈下降态势,CR3
份额从 19 年的 91.21%下滑至 21 年的 76.95%
氢燃料电池汽车为储氢瓶的核心应用场景:随着中央及各地推广应用氢燃料车的
政策陆续出台,氢燃料汽车商业化进程将明显加快,支撑储氢瓶及碳纤维需求高
增。储氢瓶直接下游应用为氢燃料电池,燃料电池可用于道路车辆、轨道交通、
航运航空等多种交通运输场景以及发电、储能等其他场景,其中氢燃料电池汽车
占据主导地位。现下氢燃料电池汽车仍处于起步阶段,受制于技术、成本和配套
设施缺乏等客观因素,早期应用需高度依赖政策支持与政府补贴。2022 3
《氢能产业发展中长期规划2021-2035 年)出台,明确到 25 年我国氢燃料车
保有量需达到 5万辆,我们据此推算出到 25 年对应碳纤维用量将突破万吨,对
22-25 年复合增速超 60%但与此同时,各省市区也在积极制定贴合各地具体
经济发展状况的氢燃料汽车产业发展规划,截至目前至少有 24 个省市区发布了
氢能发展的量化目标,据此测算出到 25 年我国氢燃料车保有量将达到 11.2 万辆,
对应 22-25 年碳纤维用量将超过 5万吨。
投资建议。中央及各级地方政府密集出台推广应用氢燃料电池汽车的相关政策文
件,中短期来看,氢燃料电池汽车快速投放将带动上游储氢瓶及碳纤维用量激增。
建议关注已布局有储氢瓶业务的碳纤维厂家,如光威复材、中复神鹰。
风险提示:政策执行效果不及预期风险;竞品车型攻克关键技术难题风险。
增持(维持)
行业走势
作者
分析师 沈猛
执业证书编号:S0680522050001
邮箱:shenmeng@gszq.com
研究助理 陈冠宇
执业证书编号:S0680122080012
邮箱:chenguanyu@gszq.com
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重点标的
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资料来源:Wind,国盛证券研究所;备注:光威复材未覆盖,采用 wind 一致预测;
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建筑材料
沪深300
2022 09 28
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内容目录
1生产篇:详述储氢瓶的制造工艺及技术难 .......................................................................................................... 4
1.1 储氢瓶分类介绍 ......................................................................................................................................... 4
1.2 储氢瓶生产工艺流程 ................................................................................................................................. 5
1.2.1 内胆成型工艺 .................................................................................................................................. 6
1.2.2 纤维缠绕成型工艺 ........................................................................................................................... 7
1.3 储氢瓶成本构成及降本路径探讨 .................................................................................................................. 9
2市场篇:氢燃料汽车为核心场景,政策强力推动下增势可期 .................................................................................. 11
2.1 竞争格局:准入壁垒高,厂家数量有限 ...................................................................................................... 11
2.2 储氢瓶下游应用:氢燃料电池汽车主导 ...................................................................................................... 12
2.2.1 氢燃料电池汽车:发展方向以商用为主,政策大力引导下商业化进程有望提速 .................................... 12
2.2.2 其他应用:处在前期研制阶段,商业化尚未开启 ............................................................................... 19
2.3 储氢瓶用碳纤维市场规模测算:高增长、基数小的细分赛道 ........................................................................ 20
3风险提示 ........................................................................................................................................................... 23
图表目录
图表 4:不同类型储氢瓶对比
.................................................................................................................................. 4
图表 5:四种储氢瓶剖面和内部结构图
.................................................................................................................... 5
图表 6III 型储氢瓶的生产工艺流程
....................................................................................................................... 6
图表 7IV 型储氢瓶的生产工艺流程
....................................................................................................................... 6
图表 8:金属旋压工艺流程图
.................................................................................................................................. 7
图表 9:三种主流 IV 型瓶内胆成型工艺及装备对比
.................................................................................................. 7
图表 10:三种纤维缠绕成型工艺对
...................................................................................................................... 8
图表 11:干法缠绕工艺流程图
................................................................................................................................ 9
图表 12:湿法缠绕工艺流程图
................................................................................................................................ 9
图表 1335MPa III 型瓶成本构成
........................................................................................................................... 9
图表 1470MPa III 型瓶成本构成
........................................................................................................................... 9
图表 1535MPa IV 型瓶成本构成
.......................................................................................................................... 10
图表 1670MPa IV 型瓶成本构成
.......................................................................................................................... 10
图表 17:日本丰田 Mirai、韩国现代 NEXO 气瓶缠绕大丝束碳纤维
............................................................................ 10
图表 18:吉林化纤首条 35K 高压气瓶缠绕专用大丝束碳化线一次开车成功
............................................................... 10
图表 19:国内车载储氢瓶市场竞争格局
.................................................................................................................. 11
图表 20:气瓶试验和检验项目
............................................................................................................................... 12
图表 19:氢燃料电池汽车运行原理
........................................................................................................................ 13
图表 20:氢燃料电池汽车运行原理
........................................................................................................................ 13
图表 21:燃料电池反应堆工作原理
........................................................................................................................ 14
图表 21:我国氢燃料电池汽车历年产销量及增速(辆%
.................................................................................... 14
图表 23:氢能及氢燃料电池产业发展相关的重要政策方案
....................................................................................... 15
图表 243+2 示范城市群
..................................................................................................................................... 16
图表 25以奖代补政策推出前后对
.................................................................................................................. 16
图表 23TCO 模型分析框
.................................................................................................................................. 17
图表 24:不同类型氢燃料电池汽车TCO 成本经济性趋势
...................................................................................... 17
oPtQnMmMwOrOqQpMnOuMoQ7NbP9PtRpPpNsQkPoOyRkPmOwP7NnMsOMYqMsONZtRsQ
2022 09 28
P.3 请仔细阅读本报告末页声明
图表 252021 年我国氢燃料汽车市场结构
............................................................................................................. 18
图表 27:公交车、叉车、采矿车适用氢燃料汽车的原因分析
.................................................................................... 18
图表 27:我国氢燃料电池汽车最新补贴政策变动
.................................................................................................... 19
图表 29:氢燃料电池在非道路交通运输领域的国内项目和技术储备
.......................................................................... 20
图表 26:我国燃料电池汽车储氢瓶用碳纤维市场规模测算
....................................................................................... 21
图表 33:全国部分省市氢能发展目
..................................................................................................................... 22
图表 34:碳纤维用量敏感性测算(横排为储氢瓶平均配套数量(个)、纵轴为单瓶平均碳纤维用量(kg))
................. 22
请仔细阅读本报告末页声明证券研究报告行业专题研究2022年09月28日建筑材料储氢瓶用碳纤维赛道:氢风已来,大有可为IV型储氢瓶性能优异,预计未来将主导国内车载储氢市场。目前已商业化生产的储氢瓶可分为四种,其中具备长期发展潜力的要属III型(铝内胆碳纤维全缠绕气瓶)和IV型瓶(塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶),两者都适用于车载移动储氢等移动场景,但IV型瓶在轻量化、储氢密度、容积规格等方面性能更优,我们预计后续将作为主流瓶型广泛运用。国外目前已开始商业化生产和使用70MPaIV型瓶,而我国现阶段仍以35MPaIII型瓶的应用为主,但随着技术进步、叠加配套政策体系及基础设施逐渐完善,国内也将逐步向70MPaIV型瓶过渡。储氢瓶技术壁垒较高,后续成本下降空间大。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、工艺参数众多、关键原材料及装备仍部分依赖进口、精细化生产管理有待提升,存在一定的技术壁垒。储氢瓶当前成本较高,单瓶售价在2万以上,其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,未来若能逐步替换为大丝束碳纤维(国外普遍做法),则有望推动气瓶成本进一步降低。除此之外,IV型瓶的全面启用、大容量气瓶的研制以及产销规模整体扩大也有望推动储氢瓶降本。储氢瓶市场参与企业数量有限,但近两年集中度有所下降。储氢瓶属于特种设备,参与企业必须先取得B3级压力容器特种设备制造许可证书,同时其生产的成品也需经国家市场监督管理总局认可的第三方型式试验机构进行十余项型式试验并取得证书才能对外出售。较高的行业准入壁垒造成参与企业数量相对较少,2019年主要企业仅5家;近年来随着氢产业链景气度不断攀升,2020、2021年行业分别新增1-2家主流企业,目前头部企业7-8家;同时市场集中度呈下降态势,CR3份额从19年的91.21%下滑至21年的76.95%。氢燃料电池汽车为储氢瓶的核心应用场景:随着中央及各地推广应用氢燃料车的政策陆续出台,氢燃料汽车商业化进程将明显加快,支撑储氢瓶及碳纤维需求高增。储氢瓶直接下游应用为氢燃料电池,燃料电池可用于道路车辆、轨道交通、航运航空等多种交通运输场景以及发电、储能等其他场景,其中氢燃料电池汽车占据主导地位。现下氢燃料电池汽车仍处于起步阶段,受制于技术、成本和配套设施缺乏等客观因素,早期应用需高度依赖政策支持与政府补贴。2022年3月《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》出台,明确到25年我国氢燃料车保有量需达到5万辆,我们据此推算出到25年对应碳纤维用量将突破万吨,对应22-25年复合增速超60%。但与此同时,各省市区也在积极制定贴合各地具体经济发展状况的氢燃料汽车产业发展规划,截至目前至少有24个省市区发布了氢能发展的量化目标,据此测算出到25年我国氢燃料车保有量将达到11.2万辆,对应22-25年碳纤维用量将超过5万吨。投资建议。中央及各级地方政府密集出台推广应用氢燃料电池汽车的相关政策文件,中短期来看,氢燃料电池汽车快速投放将带动上游储氢瓶及碳纤维用量激增。建议关注已布局有储氢瓶业务的碳纤维厂家,如光威复材、中复神鹰。风险提示:政策执行效果不及预期风险;竞品车型攻克关键技术难题风险。增持(维持)行业走势作者分析师沈猛执业证书编号:S0680522050001邮箱:shenmeng@gszq.com研究助理陈冠宇执业证书编号:S0680122080012邮箱:chenguanyu@gszq.com相关研究1、《建筑材料:需求延续弱复苏,静待保交楼和基建资金落实》2022-09-252、《建筑材料:“金九银十”需求尚未体现,静待保交楼和基建资金落实》2022-09-183、《建筑材料:水泥继续去库涨价,错峰停产叠加天气转凉,旺季行情即将开启》2022-08-28重点标的股票股票投资EPS(元)PE代码名称评级2021A2022E2023E2024E2021A2022E2023E2024E300699.SZ光威复材-1.461.892.392.9257.7446.5836.7930.17688295.SH中复神鹰买入0.310.600.821.23132.4668.4049.7933.48资料来源:Wind,国盛证券研究所;备注:光威复材未覆盖,采用wind一致预测;-32%-16%0%16%2021-092022-012022-052022-09建筑材料沪深3002022年09月28日P.2请仔细阅读本报告末页声明内容目录1生产篇:详述储氢瓶的制造工艺及技术难点..........................................................................................................41.1储氢瓶分类介绍.........................................................................................................................................41.2储氢瓶生产工艺流程.................................................................................................................................51.2.1内胆成型工艺..................................................................................................................................61.2.2纤维缠绕成型工艺...........................................................................................................................71.3储氢瓶成本构成及降本路径探讨..................................................................................................................92市场篇:氢燃料汽车为核心场景,政策强力推动下增势可期..................................................................................112.1竞争格局:准入壁垒高,厂家数量有限......................................................................................................112.2储氢瓶下游应用:氢燃料电池汽车主导......................................................................................................122.2.1氢燃料电池汽车:发展方向以商用为主,政策大力引导下商业化进程有望提速....................................122.2.2其他应用:处在前期研制阶段,商业化尚未开启...............................................................................192.3储氢瓶用碳纤维市场规模测算:高增长、基数小的细分赛道........................................................................203风险提示...........................................................................................................................................................23图表目录图表4:不同类型储氢瓶对比..................................................................................................................................4图表5:四种储氢瓶剖面和内部结构图....................................................................................................................5图表6:III型储氢瓶的生产工艺流程.......................................................................................................................6图表7:IV型储氢瓶的生产工艺流程.......................................................................................................................6图表8:金属旋压工艺流程图..................................................................................................................................7图表9:三种主流IV型瓶内胆成型工艺及装备对比..................................................................................................7图表10:三种纤维缠绕成型工艺对比......................................................................................................................8图表11:干法缠绕工艺流程图................................................................................................................................9图表12:湿法缠绕工艺流程图................................................................................................................................9图表13:35MPaIII型瓶成本构成...........................................................................................................................9图表14:70MPaIII型瓶成本构成...........................................................................................................................9图表15:35MPaIV型瓶成本构成..........................................................................................................................10图表16:70MPaIV型瓶成本构成..........................................................................................................................10图表17:日本丰田Mirai、韩国现代NEXO气瓶缠绕大丝束碳纤维............................................................................10图表18:吉林化纤首条35K高压气瓶缠绕专用大丝束碳化线一次开车成功...............................................................10图表19:国内车载储氢瓶市场竞争格局..................................................................................................................11图表20:气瓶试验和检验项目...............................................................................................................................12图表19:氢燃料电池汽车运行原理........................................................................................................................13图表20:氢燃料电池汽车运行原理........................................................................................................................13图表21:燃料电池反应堆工作原理........................................................................................................................14图表21:我国氢燃料电池汽车历年产销量及增速(辆;%)....................................................................................14图表23:氢能及氢燃料电池产业发展相关的重要政策方案.......................................................................................15图表24:3+2示范城市群.....................................................................................................................................16图表25:“以奖代补”政策推出前后对比..................................................................................................................16图表23:TCO模型分析框架..................................................................................................................................17图表24:不同类型氢燃料电池汽车的TCO成本经济性趋势......................................................................................17oPtQnMmMwOrOqQpMnOuMoQ7NbP9PtRpPpNsQkPoOyRkPmOwP7NnMsOMYqMsONZtRsQ2022年09月28日P.3请仔细阅读本报告末页声明图表25:2021年我国氢燃料汽车市场结构.............................................................................................................18图表27:公交车、叉车、采矿车适用氢燃料汽车的原因分析....................................................................................18图表27:我国氢燃料电池汽车最新补贴政策变动....................................................................................................19图表29:氢燃料电池在非道路交通运输领域的国内项目和技术储备..........................................................................20图表26:我国燃料电池汽车储氢瓶用碳纤维市场规模测算.......................................................................................21图表33:全国部分省市氢能发展目标.....................................................................................................................22图表34:碳纤维用量敏感性测算(横排为储氢瓶平均配套数量(个)、纵轴为单瓶平均碳纤维用量(kg)).................222022年09月28日P.4请仔细阅读本报告末页声明1生产篇:详述储氢瓶的制造工艺及技术难点1.1储氢瓶分类介绍在高压气态储氢中,目前已商业化的高压氢气瓶分为四种(根据储氢瓶材料不同进行划分),分别为纯钢制金属瓶(I型)、钢制内胆纤维缠绕瓶(II型)、铝内胆纤维缠绕瓶(III型)和塑料内胆纤维缠绕瓶(IV型)四种。其中:1)I型瓶由金属钢组成,是目前四类瓶中重量最大、成本最低、工艺最简单的,适用于压力要求不高的固定应用场景;2)II型瓶采用金属钢材质,外层缠绕玻璃纤维复合材料,材料包裹形式为采用箍圈式对瓶身进行包裹。II型瓶由于瓶身上有复合材料包裹,耐受压力高于I型瓶,但也多应用于固定式能源提供等场景;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,外部进行了全瓶身的碳纤维复合材料缠绕,包裹形式为两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设备,目前主要的压力规格为35MPa和70MPa两种,国内现阶段35MPa已实现量产;4)IV型瓶内胆为塑料,瓶身全缠绕碳纤维复合材料,包裹采用两极铺设和螺旋形铺设混合的形式。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,目前国外已投入商业化运用,如日本丰田的Mirai与韩国现代的Nexo均采用了IV型瓶,但国内技术仍有欠缺,尚未达到量产条件。IV型瓶也主要应用于氢燃料车等移动场景。5)除此之外,目前国外正在研究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材料缠绕,但不使用任何内胆,国内针对V型瓶的研究仍是空白。图表1:不同类型储氢瓶对比类型I型II型III型IV型Ⅴ型材质纯钢制金属瓶金属内胆(钢质)纤维环向缠绕金属内胆(钢/铝质)纤维全缠绕塑料内胆纤维全缠绕无内胆全缠绕气瓶工作压力/MPa17.5-2026-3030-7030-70国外研发中,国内空白介质相容性有氢脆、有腐蚀性有氢脆、有腐蚀性有氢脆、有腐蚀性有氢脆、有腐蚀性重量体积(kg/L)0.9-1.30.6-1.00.35-1.00.3-0.8使用寿命/年151515-2015-20成本低中等最高高车载是否可以使用否否是是市场应用加氢站等固定式储氢燃料电池汽车资料来源:DOE、《高压储氢容器研究进展》,国盛证券研究所2022年09月28日P.5请仔细阅读本报告末页声明图表2:四种储氢瓶剖面和内部结构图资料来源:燃料电池百科,国盛证券研究所国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施,均将原范围中的工作压力不超过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)最新国家标准正式发布,新国标增加了70MPa加氢口尺寸及耐臭氧老化、耐盐雾腐蚀、耐温度循环和兼容性测试等多项技术条目,制约70MPa储氢瓶发展的政策条件已经消除。并且,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型瓶储氢密度可以达到5.5%;3)IV型瓶单瓶气体容积可达到375升,可降低整个系统复杂性。当前我国还处于35MPa的III型瓶规模化应用和70MPa的III型瓶示范应用阶段,IV型瓶尚未得到大规模推广应用,背后原因一是由于我国氢能及燃料电池产业发展起步较晚,技术水平落后于海外,二是配套基础设施建设缓慢,目前国内加氢站规模较小且以35MPa为主,三是政策及技术标准体系尚未建立健全。后续来看,各方面限制因素将持续改善。伴随着燃料电池汽车的大规模推广,为满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,逐步与国际技术水平接轨。1.2储氢瓶生产工艺流程一般来说储氢瓶的生产可大致分为内胆成型和缠绕固化两个主要工段,共涉及10多道生产工序。总体来讲储氢瓶生产的技术壁垒较高,具体表现在工艺技术难度较大(比如2022年09月28日P.6请仔细阅读本报告末页声明内胆成型技术和纤维缠绕技术)、工艺参数多、装备精准度控制、检验检测技术与装备有待完善、关键原材料及零部件亟需国产化等方面。图表3:III型储氢瓶的生产工艺流程资料来源:国富氢能招股书,国盛证券研究所;备注:停止点指工序暂停,确认前述工序合格再进行下一道工序;检查点指车间检验人员检查、复核的工序;审核点指该工序的材料,需经过第三方或者监检检查确认;见证点指根据国家特种设备法规要求,需当地质监局要现场见证的工序。图表4:IV型储氢瓶的生产工艺流程资料来源:《IV型储氢瓶用复合材料及制备工艺》,国盛证券研究所1.2.1内胆成型工艺III型瓶内胆多为铝合金,目前国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固定,当筒体随机床主轴转动时,用旋轮或赶棒从端头开始挤压筒体坯料,使坯料逐点连续发生塑性变形,变形的结果是毛坯壁2022年09月28日P.7请仔细阅读本报告末页声明厚减薄,内径基本保持不变,而轴向延伸,最终形成符合壁厚及直径尺寸要求的圆筒。该种工艺相对简单,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。目前国内头部企业有在研究其他更高效的成型方法比如拉深成型,该种工艺优势在于生产效率高、产品一致性好、圆周壁厚均匀、纵向垂直度偏差小,缺陷在于可能影响产品的疲劳寿命,且设备成本较高;此外也有企业尝试将两种工艺结合使用,比如先拉成筒状体再进行强旋。图表5:金属旋压工艺流程图资料来源:工业设计俱乐部,国盛证券研究所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,该种成型方式成本低、运用较广泛、但良品率也较低,且必须配合后续的焊接工序。图表6:三种主流IV型瓶内胆成型工艺及装备对比项目注塑滚塑吹塑工艺介绍将塑料材料熔融然后注入模腔,熔融的塑料一旦进入模具中冷却后就会依模腔样成型成一定形状。将粉状塑料装入模具,然后旋转并同时加热,模内的粉料逐渐熔融粘附于模腔,经冷却定型而制得塑料产品。在闭合的模具内利用压缩空气将挤出或注射成型得到的半熔融状态的塑料型坯吹胀,然后冷却而获得中空制件的一种加工方法。优点制品尺寸稳定,成本低;密封结构设计自由,具有较高的冲击韧性和耐环境开裂性能制品壁厚均匀,成型工艺简单,工艺成本低,可成型大型零件生产效率高,具有较高的冲击韧性和耐环境开裂性能,成本较低缺点需要焊接工艺支撑,良品率低,大尺寸成型困难尺寸稳定性差,致密性低,易产生缺陷,对材料熔体流动速率要求高,生产效率偏低壁厚均匀性差,嵌件成形困难,对熔体流动指数要求高,密封部位一般需要再加工装备示意图资料来源:国际汽车工程科技创新战略研究院,国盛证券研究所1.2.2纤维缠绕成型工艺纤维缠绕成型也是储氢瓶制备的技术难点之一,目前使用的工艺包括湿法缠绕、干法缠绕和半干法缠绕。1)湿法缠绕是指将碳纤维丝束在特定浸胶装置中浸渍处理后,再在张2022年09月28日P.8请仔细阅读本报告末页声明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树脂带出,后道工序中存在树脂滴漏的现象,所以称为湿法缠绕。湿法缠绕工艺生产成本较低,是目前高压储氢瓶最常用的加工工艺,国内企业基本都采用湿法。但湿法成型下树脂损耗较高,树脂与碳纤维比例难以控制,产品质量及稳定性相对较差。2)干法缠绕是以经过预浸胶处理的预浸带为原料,在缠绕机上经加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量比例控制较好,产品质量可以精确控制,且树脂不会随处滴,整体生产环境整洁;另外,干法缠绕生产效率高,缠绕设备的速度可以达到100-200m/min。目前国外正在逐步向干法缠绕工艺过渡,国内未势能源等极个别企业也在研究和尝试干法。此种工艺的缺点在于成本较高,主要系预浸料及干法缠绕设备购置费用较高。3)干湿法缠绕结合了干法和湿法的优点,在浸胶碳纤维缠绕到芯模之前通过烘干设备将浸胶碳纤维纱线中的溶剂除去,提高制品质量。与干法缠绕相比省却了预浸胶工序和设备,与湿法相比只是增加了一套烘干设备,却可以大幅降低制品中的气泡含量以及孔隙。图表7:三种纤维缠绕成型工艺对比项目干法湿法半干法工艺介绍以经过预浸胶处理的预浸带为原料,在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。将碳纤维丝束在特定浸胶装置中浸渍处理后,再在张力控制下直接缠绕到芯模上,最后经过固化的成型方法。在浸胶碳纤维缠绕到芯模之前通过烘干设备将浸胶碳纤维纱线中的溶剂除去,提高制品质量。优点1、预浸纱线或带是专业生产的,可以保证严格控制纤维和树脂(可以精确至2%以内)含量比例,产品质量好且稳定,主要应用于一些对缠绕制品性能要求较高的场合。2、生产效率高,缠绕速度可达100-200m/min。3、缠绕设备及生产环境卫生整洁,便于清理,缠绕机的使用寿命也更长。1、生产成本较低,约比干法缠绕低40%。涉及的工艺设备比较简单,设备投资小,且对原材料要求相对较低。2、产品气密性好,在缠绕过程中,通过张力控制可以使多余的树脂胶液将气泡挤出,并填满空隙。3、碳纤维表面浸渍的树脂胶液可有效减少纤维磨损。4、纤维排列平行度好。1、与干法缠绕相比,省去了预浸胶工序和设备。2、与湿法缠绕相比,只是增加了一套烘干设备,却可以大幅降低制品中的气泡含量以及孔隙。缺点1、预浸料成本较高,干法缠绕设备复杂且昂贵,导致生产总体成本较高。2、干法缠绕得到的制品层与层之间剪切强度较低。1、纤维离开浸渍装置后易于将树脂带出,从而导致树脂浪费较大,生产环境差。2、湿法缠绕工艺一般伴随着溶剂挥发,会导致工作环境产生异味。湿法缠绕速度比较慢。3、由于树脂不断损耗,导致树脂和碳纤维比例难以控制,产品质量相对较差。且纤维张力不易控制。4、可供湿法缠绕的树脂胶液品种少。资料来源:碳纤维及其复合材料技术、江苏博实碳纤维,国盛证券研究所2022年09月28日P.9请仔细阅读本报告末页声明图表8:干法缠绕工艺流程图图表9:湿法缠绕工艺流程图资料来源:碳纤维及其复合材料技术,国盛证券研究所资料来源:碳纤维及其复合材料技术,国盛证券研究所1.3储氢瓶成本构成及降本路径探讨碳纤维是储氢瓶制造的关键原材料,其成本和性能对储氢瓶的成本和使用性能影响重大。根据美国能源局(DOE)的研究成果,碳纤维复合材料的成本占到储氢瓶成本的60%以上。此外,储氢瓶的制造成本还包括阀门、调节器、组装检查、氢气等要素成本。图表10:35MPaIII型瓶成本构成图表11:70MPaIII型瓶成本构成资料来源:美国能源局DOE,国盛证券研究所资料来源:美国能源局DOE,国盛证券研究所碳纤维复合材料,1926,63%平衡储罐BOP,588,19%其他BOP系统,130,4%调节器,160,5%阀门,226,7%氢气,18,1%组装检查,36,1%碳纤维复合材料,2573,66%平衡储罐BOP,658,17%其他BOP系统,154,4%调节器,200,5%阀门,282,7%氢气,18,0%组装检查,36,1%2022年09月28日P.10请仔细阅读本报告末页声明图表12:35MPaIV型瓶成本构成图表13:70MPaIV型瓶成本构成资料来源:美国能源局DOE,国盛证券研究所资料来源:美国能源局DOE,国盛证券研究所当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20万上下,后续降本空间充足,降本主要是从材料替换、技术进步及规模效应三方面来实现。1)材料替换:在关键材料碳纤维方面,目前日本、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持续突破,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全面替代,带动储氢瓶综合成本的下降。其次,当前国内储氢瓶所用的部分零部件及设备仍高度依赖进口(比如瓶阀、纤维缠绕装备等),采购价格高,后续随着构件国产化的持续推进,整体成本将随之降低。图表14:日本丰田Mirai、韩国现代NEXO气瓶缠绕大丝束碳纤维图表15:吉林化纤首条35K高压气瓶缠绕专用大丝束碳化线一次开车成功资料来源:《车载储氢气瓶一体化缠绕成形工艺与关键装备》,国盛证券研究所资料来源:吉林化纤集团,国盛证券研究所2)技术进步:技术升级一方面是III型瓶向IV型瓶的过渡,当前国内IV型瓶相关的技术尚未突破,根据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,后者的成本比前者要低10%左右,因为III型瓶采用了大量的铝合金材料导致内胆成本较高。我们预计国内储氢瓶企业还需要1-2年时间才能具备70MPaIV型瓶的碳纤维复合材料,2194,77%平衡储罐BOP,101,3%其他BOP系统,130,4%调节器,160,6%阀门,226,8%氢气,18,1%组装检查,36,1%碳纤维复合材料,2721,78%平衡储罐BOP,101,3%其他BOP系统,130,4%调节器,200,6%阀门,282,8%氢气,18,0%组装检查,36,1%2022年09月28日P.11请仔细阅读本报告末页声明批量生产能力,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同时管阀件、管路件的材料用量和成本也有望随之降低。3)规模效应:类似于氢燃料汽车的降本路线,储氢瓶成本下降也有望受益于生产规模的扩大,根据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,氢气瓶成本会下降20%。2市场篇:氢燃料汽车为核心场景,政策强力推动下增势可期2.1竞争格局:准入壁垒高,厂家数量有限储氢瓶厂家数量有限,但市场集中度呈下降趋势。国内储氢瓶主流厂家数量仅个位数,但近两年参与者有所增加,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;但行业集中度呈持续下降的趋势,CR3份额从19年的91.21%下滑至21年的76.95%,当前氢能产业正处于风口,企业数量不断增长或将成为常态。图表16:国内车载储氢瓶市场竞争格局资料来源:高工产研氢电研究所,国盛证券研究所行业准入壁垒较高,主要体现在:1)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的厂房、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。2)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,方可进行批量生产;且在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。3)生产的成品在对外销售前必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、爆破、疲劳、环境、跌落等型式试验,并取得型式检验证书。51.27%52.99%35.63%39.94%29.38%41.32%8.79%15.76%16.38%1.87%6.67%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%201920202021国富氢能NO.2-NO.3NO.4-NO.5其他2022年09月28日P.12请仔细阅读本报告末页声明图表17:气瓶试验和检验项目试验项目出厂检验型式试验逐只检验批量检验铝内胆壁厚√√制造公差√√内外表面√√瓶口螺纹√√拉伸试验√√金相试验√√冷弯试验或压扁试验√√硬度试验√√无损检测√√气瓶A类和B类缠绕层层间剪切试验√缠绕层拉伸试验√缠绕层外观√√水压试验√√气密性试验√√水压爆破试验√√常温压力循环试验√√火烧试验√A类极限温度压力循环试验√加速应力破裂试验√裂纹容限试验√环境试验√跌落试验√氢气循环试验√枪击试验√B类耐久性试验√使用性能试验√资料来源:国家标准GB/T35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》,国盛证券研究所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,具体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、建筑储能等其他领域。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:发展方向以商用为主,政策大力引导下商业化进程有望提速1氢燃料电池汽车工作原理2022年09月28日P.13请仔细阅读本报告末页声明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。燃料电池堆是核心部件,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,负责将氢从氢气罐输送到燃料电池堆,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,采用独立的水和冷却剂回路来消除废热和反应产物(水),保证电堆持续工作在最佳温度,四是热管理系统,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。燃料电池系统产生的电力通过动力控制单元传到电动机,在电池的辅助下,在需要时提供额外的电力。图表18:氢燃料电池汽车运行原理资料来源:新浪汽车,国盛证券研究所图表19:氢燃料电池汽车运行原理资料来源:德勤中国《氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书系列一》,国盛证券研究所氢燃料电池工作原理:氢气首先进入燃料电池的氢电极(阳极),然后氢气与覆盖在阳极上的催化剂反应,释放电子形成带正电荷的氢离子,氢离子穿过电解液到达阴极,但电子不能通过电解液,相反,电子流入电路形成电流,产生电能。在阴极,催化剂使氢离子与空气中的氧结合形成水,水是燃料电池反应中的唯一副产品。2022年09月28日P.14请仔细阅读本报告末页声明图表20:燃料电池反应堆工作原理资料来源:德勤中国《氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书系列一》,国盛证券研究所2发展初期体量尚小,政策驱动为关键引擎燃料电池汽车产业处于起步阶段,当前产销规模较小。2020年受疫情等因素影响,燃料电池汽车产销量出现较大幅度下降;2021年有所恢复,全年产量及销量分别为1790辆和1596辆,分别同比增加48.67%和35.03%;2022年以来2022年1-8月产销量分别为2196辆和1888辆,分别同比增加203.31%和157.57%,增势强劲主要与氢燃料电池汽车示范城市群的开展有关。图表21:我国氢燃料电池汽车历年产销量及增速(辆;%)资料来源:中国汽车工业协会、全球氢能、北京国化新材料技术研究院有限公司,国盛证券研究所当前氢燃料车行业发展靠政策推动。现阶段受制于技术掌握不到位、规模尚小、成本高昂、加氢基础设施不健全等客观因素,氢燃料电池车的发展仍高度依赖于产业补贴和政策支持,以2020年为例,由于经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发展轨迹,纯电市场在成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年的时间才能逐渐成熟,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。-1000%0%1000%2000%3000%4000%5000%6000%7000%050010001500200025003000产量(辆)销量(辆)产量YOY销量YOY2022年09月28日P.15请仔细阅读本报告末页声明图表22:氢能及氢燃料电池产业发展相关的重要政策方案资料来源:政府官网,国盛证券研究所氢燃料汽车示范城市群相继落地+“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”:在氢能产业发展前期,国家补贴政策聚焦于燃料电池汽车的推广和示范应用。2009年,财政部等发布《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》,对试点城市示范推广单位购买和使用燃料电池汽车给予补助。2015年《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》明确指出“中央财政对购买新能源汽车给予补助,实行普惠制”。2018年,国家进一步调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策,指出“燃料电池汽车补贴力度保持不变,燃料电池乘用车按燃料电池系统的额定功率进行补贴”。为进一步提高补贴资金的运行效率,提高产业发展质量,2020年4月财政部等四部委联合发布《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,提出将对燃料电池汽车的购置补贴调整为选择有基础、有积极性、有特色的城市或区域,重点围绕关键零部件的技术攻关和产业化应用开展示范,中央财政将采取“以奖代补”方式对示范城市给予奖励;同年9月财政部等五部委联合发文《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,提出根据示范城市在燃料电池汽车推广应用、氢能供应等方面的实际情况给予奖励。2)五大示范城市群先后确立:前述“以奖代补”政策出台之后约有17个城市(群)提出申报,初步答辩之后选出上海、广东、北京三大示范城市群,后续又确定河南、河北两大示范城市群。在城市示范群政策发布后,对于氢燃料电池汽车的补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城市示范群所在的地方政府,由地方自主制定并实施产业发展奖励政策,因地制宜发展氢燃料电池产业。2022年09月28日P.16请仔细阅读本报告末页声明图表23:3+2示范城市群资料来源:氢能观察,国盛证券研究所图表24:“以奖代补”政策推出前后对比资料来源:罗兰贝格《中国氢燃料电池重卡行业发展白皮书》,国盛证券研究所3长期视角下,TCO经济性带来真正市场化应用更长期维度来看,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主动。汽车的经济效益一般是通过全生命周期总拥有成本(TCO)模型进行测算,总拥有成本由购买成本及运营成本构成,运营成本包括燃料费用、基础设施成本、维修成本、零部件替换成本以及保险费用等。当前时点氢燃料汽车的TCO明显高于纯电动车和传统燃油车,随着燃料电池系统技术成熟以及成本下降、加上氢气价格及氢耗水平的降低,氢燃料汽车的TCO将持续下行。根据《中国氢能产业发展报告2020》测算,不同类型的氢燃料汽车与同类型纯电动车的成本平衡点取得时间不同,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,2022年09月28日P.17请仔细阅读本报告末页声明而续航里程在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,届时下游客户主动采购意愿或将明显提高,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,实现自主市场化发展。图表25:TCO模型分析框架燃料电池车纯电动车燃油车购买成本毛利在制造成本基础上的增量成本在制造成本基础上的增量成本在制造成本基础上的增量成本零部件成本加成由于缺乏规模效益,非动力系统部件和燃油车相比多出的额外成本加成由于缺乏规模效益,非动力系统部件和燃油车相比多出的额外成本加成无,已实现完全规模效益动力机电动机及相关组件电动机及相关组件内燃机储能组1)氢罐2)燃料电池系统3)电池(约为电动车的电池容量的十分之一)1)电池2)电池管理系统油箱其他零部件车辆的其他零部件,如底盘、车身、电子系统等运营成本燃料费用氢气价格百公里耗氢量电价百公里耗电量油价百公里耗油量基础设施加氢站充电站及相关设施假设加油站成本已经体现在油价中维修费用日常维护成本日常维护成本日常维护成本零部件替换1)燃料电池系统替换成本2)电池替换成本电池替换成本内燃机替换成本其他保险及其他费用资料来源:德勤中国《氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书系列一》,国盛证券研究所图表26:不同类型氢燃料电池汽车的TCO成本经济性趋势资料来源:中国电动汽车百人会《中国氢能产业发展报告2020》,国盛证券研究所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2022年09月28日P.18请仔细阅读本报告末页声明我国氢燃料电池汽车应用场景呈现“先商后乘”的发展特点。现阶段国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,原因一方面是由于此前的产业政策优先支持商用车发展,但最为根本的原因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,因此长途运输和重载领域是其最为重要的发展方向和优势应用场景。根据国际氢能协会分析,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成本优势,而乘用车和城市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。我们预计未来国内氢燃料车市场将继续保持商用为主的局面。图表27:2021年我国氢燃料汽车市场结构资料来源:全球氢能、北京国化新材料技术研究院有限公司,国盛证券研究所新能源替代(包含纯电动车和氢燃料电池车)是中国道路交通行业未来实现碳中和的最重要措施之一,目前纯电动车及动力电池技术已实现了一定的商业规模化应用,而氢燃料电池及汽车技术仍处于起步阶段,产业化进程尚需时日,两者各有各的优势,未来在使用场景上呈互补而非简单的替代关系。结合氢燃料电池汽车的比较优势来看,其适用的场景主要分为四大类:1)固定路线:包括矿山短倒、港口、物流园区等相对封闭和固定路线的场景,方便氢燃料电池汽车布局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。图表28:公交车、叉车、采矿车适用氢燃料汽车的原因分析适用场景适用原因公交车1)路线有规律、可预测,只需要配备很少的加氢站2)多为地方财政支持且支持力度较大3)节能减排,可作为具有示范意义的绿色公共交通范本叉车1)技术要求低,叉车所需的最大输出功率仅为乘用车的1/102)叉车主要在仓库等小范围区域作业,对加氢站数量需求不高3)燃料电池叉车可以实现稳定的工作效率,而电动叉车方面,随着时间的推移电池放电会使得电压下降,导致叉车的速度减慢、生产效率下降,比如电动叉车工作4小时后再继续工作4小时速度会平均下降14%4)燃料电池车辆没有污染排放,非常适用于空间封闭的仓库,尤其是食品饮料等有较高卫生要求的仓库采矿车1)与柴油矿车相比,燃料电池矿车可以达到相同的机动性、动力和安全性能,但不会在地下环境中排放有害气体,减少对矿工健康的影响2)与电动车相比,燃料电池矿车可以在更短的时间内加氢,并运营更长的续航里程资料来源:罗兰贝格《中国氢燃料电池重卡行业发展白皮书》,国盛证券研究所客车55%重卡41%中卡3%乘用车1%2022年09月28日P.19请仔细阅读本报告末页声明2)中长途干线:里程在400-800公里左右,超过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,特别是对于长途运输用的重型车辆来说,匹配一定续航里程的电池必然导致其自重较大,以特斯拉的电动重卡模型为例,预计其电池重量可以达到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(大约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,未来若过渡到液氢路线后车重优势还将进一步放大。因此氢燃料电池汽车在对载重要求较高的场景中更有优势。结合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核心优势应用场景。我国的产业发展思路也正在向重卡倾斜,2020年9月五部委联合印发的《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》中对氢燃料电池补贴政策做了全面调整,其中轻型和中型货车单车补贴上限均有所下降(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补贴上限涨幅达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补贴100万,这足以让一台均价150万的燃料电池重卡在价格上媲美同规格的柴油重卡。重卡补贴政策明朗之后,我国氢燃料电池重卡逐渐从理论变为实际,2020年及之前氢燃料重卡销售几乎为零,而21年销量超600台。图表29:我国氢燃料电池汽车最新补贴政策变动资料来源:罗兰贝格《中国氢燃料电池重卡行业发展白皮书》,国盛证券研究所4)低温特殊环境: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,以解决寒冷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,燃料电池车克服了载重和续航能力有限、能源补充时间长、低温环境适应性差等问题,提高了营运效率。而纯电动车在配套设施、成本经济性等方面优势更为突出,尽管续航能力有弱势,但在乘用车以及城市内的公交、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广泛,包括交通运输、便携式电池、发电和建筑储能领域。其中交通运输为其核心增量领域,除开道路车辆之外,氢燃料电池还可用于轨道交通、船舶、无人机、飞机等场景,目前我国正在积极探索上述非道路运输领域,并已形成项目和技术储备,未来将逐步完成实际运营验证及性能改进,有望推进商业化应用。2022年09月28日P.20请仔细阅读本报告末页声明图表30:氢燃料电池在非道路交通运输领域的国内项目和技术储备领域国内项目和技术储备情况有轨电车中车四方已推出两代氢燃料电池有轨电车,第二代已在佛山高明投入运营,搭载230kW氢燃料电池堆和钛酸锂电池,储氢瓶140L6个,续驶里程100km,已开通线路6.5km,设车站10座,其中换乘站1座,最多可载客270人。中国中铁首辆氢燃料电池有轨电车于2020年4月完成静态调试工作。火车中国在2021年试运行国内首台氢燃料电池混合动力机车,满载氢气可单机连续运行24.5小时,平直道最大可牵引载重超过5000吨;于2022年建成国内首个重载铁路加氢科研示范站,将为铁路作业机车供应氢能。船舶2002年北京世纪福原燃料电池公司的燃料电池游艇试航成功,燃料电池功率400W。2005年上海海事大学研发氢燃料电池游艇“天翔1号”,燃料电池功率2kW。2019年中国船舶七一二所发布全国首台500kW级船用氢燃料电池系统,补给时间<1h,续航200-500km,与储能量同样10MWh的锂电池方案相比,船用氢燃料电池系统的重量从100吨减至30吨,占地面积从300𝑚2减至50𝑚2,补给时间从4-8h缩短至1h,成本基本持平。无人机2020年1月,由北京新研创能研发的一款六旋翼氢燃料电池无人机,不间断飞行331分钟,打破了世界纪录。同时,在四川甘孜州的高原环境,该无人机长续航飞行实验也获得了成功,证明了其氢燃料电池在大风、低温、低氧等恶劣条件的稳定性。据氢云链统计,目前有数十家燃料电池企业涉足无人机用燃料电池产品,正与各无人机厂商、高校等联合研发氢燃料电池产品,覆盖航段在2km以内高空,燃料电池功率在百瓦到千瓦级。飞机2017年大连化物所研制国内首架有人驾驶燃料电池试验机试飞成功,燃料电池系统20kW,国内代表企业有大连化物所、中国商飞等。资料来源:车百智库,国盛证券研究所2.3储氢瓶用碳纤维市场规模测算:高增长、基数小的细分赛道鉴于储氢瓶及氢燃料电池在非道路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进行碳纤维用量测算,测算方式有自上而下和自下而上两种,前者的计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定的有关氢燃料汽车的具体发展目标、再进行储氢瓶及碳纤维用量的估算。1、根据《规划》中制定的全国性目标推算出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联合发布了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》(下称《规划》),明确了到2025年我国氢燃料电池车保有量达到5万辆的发展目标,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示范应用);2)平均每车搭载储氢瓶数量在6-10个不等(搭载数量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%。2022年09月28日P.21请仔细阅读本报告末页声明图表31:我国燃料电池汽车储氢瓶用碳纤维市场规模测算测算项目2022202320242025氢燃料汽车数量(辆)480074001140017500其中:重卡28804810798013125其他商用车1920259034204375单车搭载气瓶数量(支)7.88.08.18.3车载储氢瓶数量(支)374405883092340144375其中:重卡259204329071820118125其他商用车11520155402052026250单瓶耗用碳纤维量(kg)67.769.471.172.7碳纤维总用量(吨)2534.44084.86566.410500.0其中:重卡2073.63463.25745.69450.0其他商用车460.8621.6820.81050.0资料来源:香橙会研究院、《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》、毕马威《一文读懂氢能产业》,国盛证券研究所2、根据各地给出的氢能发展量化目标推算出22-25年碳纤维用量破5万吨。截至目前,至少有16个省份制定了氢燃料电池汽车的具体发展规划,像安徽、湖北、湖南、甘肃等部分省份下属城市也有出台相关的政策文件,假设这些省市区规划的发展目标均能达到,则到2025年全国各地氢燃料电池汽车保有量能够达到11.2万辆以上,加氢站建设数量达到1143座,对应氢燃料车保有量年复合增速约88%,加氢站数量年复合增速58%。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年09月28日P.22请仔细阅读本报告末页声明图表32:全国部分省市氢能发展目标省市区发布时间政策文件氢能发展目标(到2025年)燃料电池汽车(万辆)加氢站(座)上海2022.06《上海市氢能产业发展中长期规划(2022-2035年)》170天津2022.02《天津市能源发展“十四五”规划》0.095北京2021.08《北京市氢能产业发展实施方案(2021-2025年)》137河北2021.07《河北省氢能产业发展“十四五”规划》1100山东2020.06《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030年)》1100浙江2021.11《浙江省加快培育氢燃料电池汽车产业发展实施方案》0.550广东2022.08《广东省加快建设燃料电池汽车示范城市群行动计划(2022-2025年)》1300贵州2022.07《贵州省“十四五”氢能产业发展规划》0.115重庆2022.06《重庆市能源发展“十四五”规划(2021-2025年)》0.1530宁夏2022.05《宁夏回族自治区氢能产业发展规划(征求意见稿)》0.0510内蒙古2022.02《内蒙古自治区“十四五”氢能发展规划》0.560辽宁2022.08《辽宁省氢能产业发展规划(2021-2025年)》0.230江苏2021.11《江苏省“十四五”新能源汽车产业发展规划》0.4100四川2020.09《四川省氢能产业发展规划(2021-2025年)》0.660河南2022.08《河南省氢能产业发展中长期规划(2022-2035年)》、《郑汴洛濮氢走廊规划建设工作方案》0.5-山西2022.08《山西省氢能产业发展中长期规划(2022-2035年)》1-陕西2022.08《陕西省“十四五”氢能产业发展规划》1100安徽六安2020.09《六安市氢能产业发展规划(2020-2025年)》0.065安徽阜阳2022.06《阜阳市氢能源产业发展规划(2021-2035年,征求意见稿)》0.034湖北武汉2022.07武汉市氢能产业促进会0.315湖南株洲2019.07《株洲市氢能源产业发展规划(2019-2025)》0.58-10湖南岳阳2020.10《岳阳氢能城市建设及氢能产业发展规划》(2020-2035年)(规划总体方案)0.115甘肃兰州2022.05《兰州市氢能产业发展实施方案(2022-2025年)》0.120甘肃酒泉2022.06《酒泉市氢能产业发展实施方案(2022-2025)》0.028合计11.21143资料来源:各大政府官网,国盛证券研究所;备注:若同一省市区出台政策文件数量不止一份且规划目标不一致,则以最新文件规划目标为准;湖南株洲加氢站建设数量目标按9座计算;图表33:碳纤维用量敏感性测算(横排为储氢瓶平均配套数量(个)、纵轴为单瓶平均碳纤维用量(kg))56789402.062.472.893.303.71502.583.093.614.124.64603.093.714.334.955.57703.614.335.055.776.49804.124.955.776.607.42资料来源:中国汽车工业协会、各大地方政府官网、香橙会研究院、《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》、毕马威《一文读懂氢能产业》,国盛证券研究所2022年09月28日P.23请仔细阅读本报告末页声明3风险提示政策执行效果不及预期风险:中短期内氢燃料电池汽车发展高度依托于产业政策支持,若政策执行效果不佳,则将明显拖累氢燃料电池汽车行业的发展速度,同时对上游储氢瓶及关键碳纤维原材料行业造成不利影响;竞品车型攻克关键技术难题风险:氢燃料电池汽车在对续航里程及载荷能力有较高要求的场景能够对纯电动车形成替代,若短期内纯电动车在续航、载荷、低温适应性、加注时间等相对弱势指标上取得关键突破,则将对氢燃料电池汽车及上游材料装备的应用产生冲击。2022年09月28日P.24请仔细阅读本报告末页声明免责声明国盛证券有限责任公司(以下简称“本公司”)具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格。本报告仅供本公司的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。在任何情况下,本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。本报告的信息均来源于本公司认为可信的公开资料,但本公司及其研究人员对该等信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告中的资料、意见及预测仅反映本公司于发布本报告当日的判断,可能会随时调整。在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息及资料保持在最新状态,对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。本公司力求报告内容客观、公正,但本报告所载的资料、工具、意见、信息及推测只提供给客户作参考之用,不构成任何投资、法律、会计或税务的最终操作建议,本公司不就报告中的内容对最终操作建议做出任何担保。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户,不构成客户私人咨询建议。投资者应当充分考虑自身特定状况,并完整理解和使用本报告内容,不应视本报告为做出投资决策的唯一因素。投资者应注意,在法律许可的情况下,本公司及其本公司的关联机构可能会持有本报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易,也可能为这些公司正在提供或争取提供投资银行、财务顾问和金融产品等各种金融服务。本报告版权归“国盛证券有限责任公司”所有。未经事先本公司书面授权,任何机构或个人不得对本报告进行任何形式的发布、复制。任何机构或个人如引用、刊发本报告,需注明出处为“国盛证券研究所”,且不得对本报告进行有悖原意的删节或修改。分析师声明本报告署名分析师在此声明:我们具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,本报告所表述的任何观点均精准地反映了我们对标的证券和发行人的个人看法,结论不受任何第三方的授意或影响。我们所得报酬的任何部分无论是在过去、现在及将来均不会与本报告中的具体投资建议或观点有直接或间接联系。投资评级说明投资建议的评级标准评级说明评级标准为报告发布日后的6个月内公司股价(或行业指数)相对同期基准指数的相对市场表现。其中A股市场以沪深300指数为基准;新三板市场以三板成指(针对协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的)为基准;香港市场以摩根士丹利中国指数为基准,美股市场以标普500指数或纳斯达克综合指数为基准。股票评级买入相对同期基准指数涨幅在15%以上增持相对同期基准指数涨幅在5%~15%之间持有相对同期基准指数涨幅在-5%~+5%之间减持相对同期基准指数跌幅在5%以上行业评级增持相对同期基准指数涨幅在10%以上中性相对同期基准指数涨幅在-10%~+10%之间减持相对同期基准指数跌幅在10%以上国盛证券研究所北京上海地址:北京市西城区平安里西大街26号楼3层邮编:100032传真:010-57671718邮箱:gsresearch@gszq.com地址:上海市浦明路868号保利One561号楼10层邮编:200120电话:021-38124100邮箱:gsresearch@gszq.com南昌深圳地址:南昌市红谷滩新区凤凰中大道1115号北京银行大厦邮编:330038传真:0791-86281485邮箱:gsresearch@gszq.com地址:深圳市福田区福华三路100号鼎和大厦24楼邮编:518033邮箱:gsresearch@gszq.com

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