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【氢能产业】绿电制绿氢是趋势，氢能产业链发展加速

产业咨询来源：本站时间：2023-09-04 15:25:51 阅读(81)

一、行业：氢能应用场景广阔，绿氢发展潜力巨大

发展氢能是达到全球“双碳”目标的重要途径。氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，能帮助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能，加快推进工业、建筑、交通等领域的低碳化。目前全球氢能发展如火如荼，中国国家发改委、国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》确定了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，海外对绿氢的重视程度也越来越高，2020 年欧盟发布了《欧盟氢能战略》，旨在推动氢能在工业、交通、发电等全领域应用；同年美国发布《氢能计划发展规划》，指定多项关键技术经济指标，期望成为氢能产业链中的市场领导者。氢能的开发和利用有望引发深刻的能源革命，必须重视氢能行业的发展和投资机会。

1.1 氢能介绍：清洁能源零碳排放，符合双碳战略大有可为

氢能清洁低碳、热值高、来源多样、储运灵活，有望成为 21 世纪的“终极能源”。氢能是指以氢及其同位素为主体的反应中或氢状态变化过程中所释放的能量。与其他燃料不同，氢能可以利用化石燃料生产，也可以利用可再生能源来进行生产，其燃烧仅生成水，不会产生污染环境的物质，而且燃烧产生的热值较高，能通过能源载体和循环碳经济可以实现可持续的氢利用。

根据氢能生产来源和生产过程中的碳排放情况，可将氢分为灰氢、蓝氢、绿氢。灰氢是指通过化石燃料燃烧产生的氢气。蓝氢是指在制氢过程中增加 CCUS（Carbon Capture， Utilization and Storage）碳捕捉、利用与储存技术产生的氢气。绿氢是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源制备出的氢气，制氢过程完全没有碳排放。

目前氢能主要以灰氢方式制取，绿氢占比有望快速提升。目前的氢气主要是灰氢，约占全球氢气产量的 95%，灰氢在制备过程中会排放较多的二氧化碳。绿氢在制备过程中完全零排放且可以与可再生能源耦合，未来占比有望不断提高，逐步取代灰氢。

1.2 政策梳理：产业支持政策不断出台，全球绿氢项目激增

全球多地出台政策助力氢能产业的发展，绿氢市场认可度逐步提高。世界各国为了更好应对气候变化以及实现能源结构转型，愈加重视氢能产业的发展，不断出台各项政策引领产业发展，加大政府扶持力度，降低制氢成本。根据国际能源署数据显示，自 2021 年 2 月以来，全球启动了超 131 个大型氢能开发项目，并预计 2030 年全球氢能领域投资总额将达 5000 亿美元。尽管各国都在加快部署氢能产业，但布局方式略有不同。中国、欧洲、美国等地已经将绿氢纳入国家氢能发展战略中，未来发展前景可期。

二、产业链：制氢环节是核心，储运及应用环节快速发展

氢能产业链分为上游制氢环节，中游储运氢环节以及下游应用环节。对于上游制氢环节而言，电解槽是核心装置，电解槽厂商也是行业内主要玩家，本报告对上游目前主要制氢路径以及成本进行了详细梳理和拆分，电解水制氢目前成本仍然偏高，但是考虑未来碳税的征收以及绿氢成本持续降低，绿氢与灰氢成本差距有望逐步收敛。随着氢能产业链的发展，氢能储运如储氢瓶、氢能压缩机、氢能阀门，下游氢燃料电池企业、氢能自行车等领域均迎来较大的发展机遇，值得长期关注。

2.1 上游：制氢环节

灰氢成本优势明显，绿氢零碳排放具备发展潜力。目前氢气的制备主要技术工艺有热化学制氢和水电解制氢，其中热化学制氢技术主要有化石能源制氢及化工原料制氢。化石能源制氢包括水煤气制氢、天然气重整制氢等，目前已经进行工业生产，技术相对成熟，但用此法制氢发电，能量转换效率低，经济性差，CO2 排放量大。根据中国氢能联盟研究院研究显示，2019 年我国氢气生产中有超过 60%的氢气是煤制氢。在未来一段时期内，由于资源禀赋和新制氢技术尚未成熟，煤制氢仍是我国氢气的主要来源。

2.2 中游：氢能储运

主流高压气态储氢安全隐患大，固态储氢或成为未来技术热点。从技术路线上看，氢能储运主要有四种形式：高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢和有机液体储氢。目前最常用的是高压气态储氢，即利用高压将氢气压缩到高压容器中，其技术成熟度最高，氢气压缩能耗低，另外氢气储存多采用钢瓶，结构简单、充放气速度快，但存在较大的安全隐患；低温液态储供模式下，液氢体积能量密度大，因此储运简单安全、运输成本低，但把氢气液化耗能较大，液化 1kg 的氢气需要耗电 4-10 千瓦时，且液氢的存储容器需要具有抗冻、抗压以及严格绝热的特性，因此综合成本较高，目前主要用于航天航空领域。固态储氢是利用储氢材料与氢气反应生成稳定化合物，相比于高压气态和低温液态两种储氢方式，具有操作容易、运输方便、成本低、安全性高等明显优势，长期来看发展潜力最大。有机液体储氢是通过不饱和液体有机物的可逆加氢和脱氢反应来实现储氢，目前仍有较多的技术难题尚未攻克，导致费用较高、氢气纯度不够，但是有机液体储氢能够在常温下运输，安全性较高，并且可以利用现有加油站设施进行加注，在未来极具应用前景。

2.3 下游需求：化工需求为主，工业及交通领域需求潜力巨大

据国际氢能委员会预测, 2050 年全球能源消费结构中，氢能占比有望达 18%，同时还将创造 3000 万个工作岗位，减少 60 亿吨二氧化碳排放量，产值达 2.5 亿美元。

氢能需求主要集中于精炼环节和工业用途。据 IEA 的预测，2050 年燃料电池、能源发电和合成燃料的需求将成为未来氢能应用的重要领域，氢能消耗将分别占到全球氢能总需求的 23.2%， 19.2%和 14.2%，精炼环节和工业合成领域，在 2050 年将下滑至 5.9%、21.9%，氢能其它领域的应用仍有较大发展潜力。

到 2050 年含钢铁、化工的工业领域氢能消费总量将超过 1.6 亿吨标准煤。工业领域氢能消费增量主要源自钢铁行业。根据中国氢能联盟预测，到 2030 年钢铁领域氢能消费量将超过 5000 万吨标准煤，到 2050 年进一步增加到 7600 万吨标准煤，将占钢铁领域能源消费总量的 34%。

氢建筑应用仍处于导入阶段，未来存在较大市场空间。氢能建筑，是近年发展起来的一种绿色建筑新理念。它以氢能完全或部分替代市政电网、天然气等传统能源，满足建筑对冷、热、电、生活热水等各种能源的需求，在提高建筑用电可靠性的同时，还有助于优化国内的能源结构、降低电网整体投资和减少问题气体排放。目前全球建筑供热和电力需求约占全球能源需求的 1/3。

三、发展逻辑：政策催化叠加产业链降本，绿氢发展加速

绿氢行业发展主要受政策、新能源电力消纳需求推动。我们梳理目前绿氢行业主要项目发现大型绿氢示范项目放量对于行业发展起到了非常大的助力作用，2022 年中石化库车项目占全年国内装机量的 1/3 左右，这些大型的绿氢示范项目助力电解水制氢行业走向成熟。此外新能源特别是光伏、风电的发展产生了大量不稳定的电力，这些电力目前需要配套大量的储能解决调峰调频的问题，绿氢可以解决新能源电力就地消纳问题且利于长时储能。我们认为随着光伏风电等新能源发展导致电力不稳定性日益突出，利用绿电制绿氢有望成为行业发展的必然选择。此外，交通领域氢燃料车的放量、海外市场需求的高速增长都为国内的氢能产业链带来了巨大的发展机遇。

3.1 政策催化：大型绿氢示范项目放量，电解水制氢走向成熟

政策是推动绿氢产业发展的重要因素。双碳目标的建立对电解水制氢项目在工业领域的应用起到了极大的推动作用，据统计，大多数绿氢项目都启动于 2020 年之后，比如中国石化新疆库车绿氢示范项目、中国石化“绿电制绿氢”项目、由清华四川能源互联网研究院牵头的“十万吨可再生能源电解水制氢合成氨示范工程，还有宁夏宁东基地的国家级太阳能电解水制氢综合示范项目等。这些项目涵盖了能源、交通、化工等多个领域，通过这些示范项目的运营与实践，绿氢产业的生产、应用和推广将得到进一步发展。

中国石化新疆库车绿氢示范项目是政策催化下的典型示范项目。中国石化新疆库车绿氢示范项目是中国在建项目中，制氢规模最大的可再生能源制氢项目。项目位于库车经济技术开发区，占地面积约 500 亩，总投资近 30 亿元。将新建装机容量 300 兆瓦、年均发电量 6.18 亿千瓦时的光伏电站，年产能 2 万吨的电解水制氢厂（包含 52 台 1000Nm3/h 的碱性电解槽），储氢规模约 21 万标立方米的储氢球罐，输氢能力每小时 2.8 万标立方米的输氢管线及配套输变电等设施。项目第一期预计 2023 年六月能够建成投产，是中国石化第一个贯通风光发电、绿电输送、绿电制氢、氢气储存、氢气输运、绿氢炼化等绿氢生产利用全流程的典型示范项目。

3.2 可再生能源配套需求：绿氢项目助力解决储能及消纳问题

新能源消纳问题突出，光伏制氢助力储能需求。风电、光伏发电受制于天气、气候等因素，具有间歇性和波动性的问题，容易对电网安全稳定性造成冲击。储能是解决光伏、风电等新能源间歇性及波动性，促进消纳、减少弃风、弃光的重要手段。

与其他储能方式相比，氢能更能满足大规模、长时间消纳需求。与抽水储能、锂电池储能等方式相比，其具有边际成本低、能量密度大、无自衰减等优势，能够实现跨周、跨季储能。但其实际应用需要经过光伏发电到制氢再由储氢发电的两次转换，短期内储能效率较低。锂电储能的效率更高，适用于日度调峰；氢能更针对于大规模储能和季度调峰，扩容只需要增加储氢设备，边际成本更低。

3.3 交通需求：氢燃料车销量高增，制氢加氢一体站模式提升绿氢需求

氢燃料电池可以缓解传统燃油发动机高碳排放问题，同时解决锂电池续航时间短的缺点。由于锂电池能量密度的限制，纯电动汽车续航与车重成正比，以一辆载重 30 吨、续航 200 公里的纯电动重卡为例，当锂电池容量是 400kWh，质量能量密度是 300Wh/kg 时，电池的自重将会高达 1.3 吨，且仅能续航 200 公里，如果把续航提升到 800-1000 公里，那么该锂电池的自重将高达 6 吨以上,而氢燃料电池车续航可以轻松达到 500km 以上，整车重量也远低于纯电动重卡，而且加氢跟加油/气方式类似，一般加注时间在 10 分钟以内，远低于纯电动卡车的充电时间，并且能够克服低温环境适应性差的问题。在充能时间、工作环境、续航里程的角度，氢燃料重卡都具有明显优势。

全球燃料电池汽车销量稳步增长，中国销量位居世界第二。氢燃料电池作为全球能源可持续发展和战略转型的重要路径，目前已成为交通领域改革创新的重要支撑，许多国家都在大力推动氢燃料电池汽车绿色环保产业的发展。启动燃料电池汽车示范城市，氢车蓄势待发。2021 年 8 月和 12 月，我国分两批批复了氢燃料电池汽车示范城市群名单，名单包含上海、京津冀、广东、河南、河北五大城市群，有 41 座城市被纳入其中。这五大城市群分别由上海市、北京市、佛山市、张家口市以及郑州市牵头，形成自上而下，以点带面的发展动能。为推动我国氢能产业发展，北京、广东、上海等省份也纷纷发布氢能产业发展规划，从推广电动汽车到交通领域，到推广燃料电池车到交通领域，从加氢站到燃料电池系统再到燃料电池车的推广形成了一条龙的政策体系。从规划来看，燃料电池汽车和加氢站发展前景值得期待。

3.4 出口需求：海外项目需求量大，国内氢能业务厂商前景广阔

全球氢能发展领先的地区如美国、欧洲、日韩以及沙特等中东地区也都提出了氢能发展目标。在中东区域，中国的 EPC 工程总包公司和部分印度工程总包公司有很大的优势，特别是中国电建在迪拜建设有分公司，已经深入中东市场开拓业务。沙特氢能的发展会促进中阿氢能合作，进一步加快氢能制造设备厂商出海，同时，氢能储运公司或将受益于跨国合作。

3.5 碳税：灰氢制备成本端承压，绿氢生产优势逐步显现

各国碳税税率走势逐步高升，强化引导企业绿色转型。碳税体系下，政府针对企业造成二氧化碳排放的商品或服务，依照排放量来征收环境税，通过税收手段促使企业采取更加环保的行为，如减少能源消耗、转向清洁能源，实行更高效的制造工艺等。碳税的推出，一方面可以用来协助企业转型，以更有效率的方式使用能源；另一方面，能够有效降低温室气体排放量，减缓全球气候变化的速度。现阶段，一些国家正在规划更为严苛的碳税政策，加拿大碳税税率预计十年内增长超 100 美元，于 2030 年提升至 136 美元/吨二氧化碳。

我国碳交易市场扬帆起航，碳税政策箭在弦上。虽然我国暂未实施碳税政策，但已经初步建立碳交易市场并制定实施了节能减排相关政策。未来，我国可以充分借鉴国外的碳税经验，采取融入型碳税，将碳税作为成本的一部分直接融入到商品或服务价格中，由市场上的生产者和消费者共同分担，以温和的方式在节约立法成本的同时实现减排目标。绿氢制备零碳排放占优，碳税出台将释放利好信号。传统灰氢制备通过石油、天然气、煤炭等化石燃料燃烧制备，碳排放量高，是目前主要的制氢来源。绿氢则通过光伏发电、风电以及太阳能等可再生能源电解水制氢，在制氢过程中基本上不会产生温室气体。虽然绿氢制备仍存在转化率低、成本高的缺点，但碳税出台将进一步缩小其与灰氢的成本差距。

内容来源：西部证券

资料整理：中创研究院

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