燃料电池氢循环系统现状，示范城市落地带动产业链整体需求上升
一、氢循环系统产业基本概述
氢气循环系统的作用是将电堆未反应的氢气再次循环到电堆的氢气入口，从而提升氢气的利用率及涉氢安全，同时将电堆内部电化学反应生成的水也循环至燃料电池堆的入口，改善电堆湿润水平和提高水管理能力。
1、分类情况
氢气循环供应系统有多种形式，目前比较常见的是氢气循环泵和回氢引射装置。有的燃料电池单独使用这两种装置中的一种，有的同时使用两种装置。
氢气循环系统主要设备分类对比情况
资料来源：公开资料整理
2、工作原理
目前氢气循环系统主要采用氢气循环泵和引射器及两者同时使用，就其工作原理而言，氢气循环泵采用电机变频控制电机，使回流能力根据不同功率进行响应，可以有效改善氢循环、灵活性高，但是需消耗额外的电以维持其运转。而引射器不需要消耗额外的电力，且结构简单因此运行可靠、寿命较长，但是回流能力是固定的，因此只能在一定的输出功率范围内有效。
氢气循环系统主要工作流程
资料来源：华经产业研究院整理
二、氢燃料电池行业整体发展政策背景
氢燃料电池汽车国补政策全面落地，“3+2”的全国燃料电池汽车示范格局正式形成，氢燃料电池汽车大规模商业运营开始。2021年9月，我国首批三个燃料电池汽车示范城市群落地，分别由北京市、上海市和广东省佛山市牵头，2021年12月，河南、河北两大城市群相继获批，全国5个燃料电池汽车示范应用城市群共涵盖47座城市，跨地域开展氢燃料电池汽车推广，“国家+地方”两级配套补贴力度大。
氢燃料电池汽车3+2示范城市政策城市分布
资料来源：华经产业研究院整理
三、氢循环系统产业链整体简析
就燃料电池产业链整体情况而言，作为氢能源电池应用的终端产品，燃料电池汽车产业链整体复杂，主要包括上游的水、煤炭、天然气和石脑油等产业的氢气，中游主要为氢气的储存和运输等，主要产品包括燃料电池动力系统和基本的汽车组成结构，其中燃料电池动力系统分为电堆和系统配件，电堆主要包括催化剂、质子交换膜和双极板等，结构件主要包括空压器、增湿器、储氢瓶和氢循环系统等，其中氢循环系统主要作用是提高氢气使用效率，同时改善湿润水平，下游终端产品为各类别燃料电池汽车等。
燃料电池产业链简图
资料来源：公开资料整理
2、上游端
氢循环系统主要用于提高氢气利用率和保持湿润的作用，整体氢气产量是关键影响因素目前国内整体氢气产量持续增长，加之氢气属于可持续发展的清洁能源，整体需求持续增长，根据数据，我国氢气产量自2014年开始逐年增长，截至2020年到2050万吨，其中62%的氢气来源于煤质氢，要想氢能源行业整体发展，受限于氢气产量整体有限，加之氢气运输和储存成本太高，氢能源应用整体仍处于初步发展阶段。就上游原材料情况而言，氢循环系统主要原材料包括钢材、电机等工业原材料，国内整体供给稳定，价格变动幅度较低，对氢循环系统整体影响较小。
2014-2020年中国氢气产量变动及来源情况
资料来源：中国煤炭加工利用协会，公开资料整理，华经产业研究院整理
3、下游端
就燃料电池系统的成本结构而言，电堆的成本占比最高，达65%。以质子交换膜燃料电池为例，电堆主要由催化剂+电极、双极板、隔膜、电堆平衡装置、膜电极骨架和气体扩散层构成。其中，催化剂主要原料为铂等贵金属，是燃料电池最大的成本来源，约占23.4%。而氢循环系统作为空气循环系统的关键组成，2021年成本约占3%（仅包括氢泵）。
2021年中国燃料电池配件占比分布情况
资料来源：公开资料整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国氢燃料电池行业发展监测及投资战略研究报告》；
四、氢循环系统市场现状分析
1、市场规模
就氢循环系统市场规模变动情况而言，根据数据，2020年国内氢循环系统市场规模约为0.41亿元，同比-62.7%，主要系进口替代背景下，氢循环泵价格大幅下降所致。（2019年国内氢循环泵主要由德国普旭供应，定价约3万元/台，2020年普旭基本退出国内市场，本土主要供应商包括苏州瑞驱、东德实业、浙江宏昇等，定价在1-2万元/台）。2021以来，3+2示范城市逐步落地，冬奥会环保政策驱动，整体氢燃料市场热度大幅度上升，燃料电池装机量大幅度上升，整体氢循环系统市场规模大幅度增长，上半年达到0.91亿元，整年有望突破2亿元。虽然目前行业整体规模较小，预计随着燃料电池在中重型车辆得到广泛应用，整体规模有望大幅度上升。
2019-2021年中国氢循环系统市场规模变动情况
资料来源：GGII，华经产业研究院整理
2、出货量
就出货量情况而言，随着示范城市逐步落地，我国氢循环部件出货量大幅度上升。根据数据，2021年上半年我国氢循环部件出货量达5930台，预计下半年随着冬奥会氢燃料汽车批量应用，整年出货量有望突破万台。
2020-2021年H1中国氢循环部件出货量情况
资料来源：GGII，华经产业研究院整理
3、市场结构
就氢循环系统市场结构而言，目前国内主要使用氢气循环泵和引射器及其组合使用。氢气循环泵相较引射器成本更高，效果更佳，属于主动循环。随着整体技术进步，国产化持续推进，氢气循环泵成本下降，市场占比持续升高，截止2021年上半年，我国氢循环泵占比已达95%。
2020-2021年H1中国氢循环技术路线市场对比
资料来源：GGII，华经产业研究院整理
五、氢循环系统竞争格局
2020 年以后我国氢循环系统市场逐步实现国产替代，国产氢气循环泵技术达到国际领先水平。根据资料，2020 年前，普旭占据了国内约 90%的市场份额。2020 年以后我国
氢循环系统市场逐步实现国产替代，普旭基本退出国内市场。整体来看，目前行业处于市场早期，整体需求有限，整体入局企业较少，市场集中较高，预计随着燃料电池热度回升带动整体产业链需求上升，行业竞争将加剧。
主要氢循环泵企业布局
资料来源：公开资料整理
六、氢循环系统发展趋势
2021年以来，随着氢能源行业整体产销回暖，市场景气度提升，整体产业链认知提升。从上游电堆和空压机、氢循环系统等原材料和结构件端到下游燃料电池汽车终端应用，整体应用指标越发精细，实际可操作性逐步提升，对于行业技术发展带动积极作用。同时资本对于燃料电池行业整体关注度提升，虽然完全商业化仍有较长的路要走，但工艺和技术整体进步明显，预计随着行业热度持续上升，氢循环系统作为提升燃料电池使用和保持设备湿润的关键设备需求有望迎来提升。
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