氢能及燃料电池行业系列报告（一）之氢能篇：氢风徐来，海阔天空

氢能是21世纪的理想能源。氢能作为一种可再生的二次能源，来源丰富，质量能量密度高，热值达到143MJ/kg，使用过程环境友好，无碳排放，被标榜为21世纪的理想能源，被多个国家提升至国家战略高度，也将成为我国双碳目标实现的重要途径。根据《中国氢能及燃料电池产业白皮书》，到2050年氢能在我国能源体系占比中将提升至10%，产业规模将达到10万亿元以上，未来发展空间广阔。国内制氢拥有产业基础，政策支持不断，从中央到地方的发展规划及补贴政策陆续出台，五个示范城市群获批落地，行业或将进入发展快车道。 制氢：可再生能源制氢将是未来发展主流。按照制取过程中的碳排放强度，氢气被分为灰氢、蓝氢和绿氢，当前国内制氢规模有限，灰氢占比高，加装CCS技术后，碳排放可减少90%以上，但关键技术有待突破，而绿氢技术也有待发展。化石燃料制氢主要包括煤制氢和天然气制氢，制氢技术成熟，制氢成本低，但碳排放较高，结合CCS技术后成本明显增加，煤制氢成本上升至12-24元/千克。工业副产氢主要有焦炉煤气、氯碱化工、轻烃利用、合成氨合成甲醇等工业的副产氢气，其中焦炉煤气制氢成本最低，综合成本为9.13-14.63元/千克。电解水制氢主要包括碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水，碱性电解水目前更具经济性（电价0.3元/千瓦时对应制氢成本约为21.6元/千克），质子交换膜电解水将是未来主流方向，总体效率更高，动态响应速度更快，可与风电光伏等可再生能源结合，但由于质子交换膜、催化剂等技术国内有待突破，成本依然较高（电价0.3元/千瓦时对应制氢成本约为31.7元/千克）。 储运加：氢气储运难度大，是制约氢能应用的关键环节。储存方面，由于氢气密度小，易泄露，还存在氢脆和氢腐蚀的问题，对储存容器要求极高，储运难度较大，目前主流的储氢技术包括高压气态储氢、低温液化储氢等。高压气态储氢是最常见的方式，主要使用高压压缩的方式将氢气储存在各种型号的储氢瓶中，但储氢密度低，未来仍需要向轻量化、高压化、低成本、质量稳定等方向发展。低温液化储氢需要将氢气液化后存放在绝热容器中，储氢密度高，但液化能耗高，应用范围较小。运输方面，国内普遍采用高压气态长管拖车进行运输，其压缩能耗低，但运输密度小，在一定范围内具有经济性； 氢气管网输氢运输范围大，输氢成本随运能的提升而降低，但是初始建设投资成本高。 加氢站方面，国内加氢站建设与开发起步相对较晚，技术相对不够完善，核心设备仍然依赖进口，造成加氢站建设成本较高，氢能及燃料电池在中央和各地政府的大力推广之下，国内加氢站建设需求量激增，其建设进程随着中石化、中石油等能源央企的入局持续加速。 相关标的：氢能的生产供应主要涉及的环节包括生产、储存和加注及加氢站。氢气生产环节，当前参与者主要为焦炭、化工企业以及石化巨头，绿氢规模较小，建议关注美锦能源、鸿达兴业、华昌化工、金能科技、中国旭阳集团、东华能源、卫星化学、滨化股份、和远气体等具有副产氢能力的公司；宝丰能源、中国石化等率先布局绿氢业务的公司；以及东岳集团等具备电解水制氢相关设备布局的公司。加氢站运营环节，各类主体均有一定参与，建议关注当前建设规模较大以及未来规划建设规模大的公司，如美锦能源、雪人股份、雄韬股份、鸿达兴业、中国石化、中国石油等。加氢设备环节，国内技术储备相对不足，建议关注具有技术储备或国产替代能力的标的，如厚普股份、雪人股份、富瑞特装、深冷股份等。储氢环节，国内以高压储氢瓶为主，技术仍在追赶国外，建议关注京城股份、亚普股份、中集安瑞科、中材科技、杭氧股份、开尔新材等。 风险提示：（1）技术突破速度不及预期风险。（2）政策补贴力度下降风险。（3）研究报告使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。 投资主题 报告亮点 报告对氢能行业的供应端进行了全面梳理。本文对氢能产业链进行了详细的介绍和梳理，针对氢能供应端的产、储、运、加等各个环节的技术研究应用情况和行业发展现状进行了详细的介绍，并对各个环节的技术方法和成本进行了详细拆分和比较，全面分析了氢能供应一端的技术、政策等情况，将作为氢能及燃料电池产业链系列研究的开篇之作。 投资逻辑 氢能作为清洁高效的能源，在政策大力支持下，未来发展空间广阔，国内各环节均有望迎来较大的发展机会。氢能具有质量能量密度高，使用过程环境友好，无碳排放的优点，被多个国家提升至国家战略高度，也将成为我国双碳目标实现的重要途径。2050年氢能在我国能源体系占比中将提升至10%，产业规模将达到10万亿元以上。国内相关政策支持不断，从中央到地方的发展规划及补贴政策陆续出台，五个示范城市群获批落地，行业或将进入发展快车道。分环节来看，制氢环节中，当前焦炉煤气副产氢成本最低，可再生能源电解水制氢将是未来发展主流，相关技术设备及制氢均有望迎来增长；储运加环节中，高压气态储氢是最常见的方式，运输当前多采用长管拖车，在当前需求规模较小时具备经济性，未来行业规模化发展，氢能需求增加，液态储氢及管网运输可能将有更大的发展空间，相关氢气储运加设备也将有较大的增长空间。 氢能——21世纪的理想能源 氢能是对能源结构的又一次革新 非石化新能源转型成为必然。人类社会经历了三次大的能源革命，自原始人类首次使用火开始，能源便成为人类社会的必须资源，木材成为早期广泛使用的能源；1769年瓦特发明蒸汽机，煤炭在18世纪八十年代成为总量最大的一次能源，自此完成了第一次能源革命，带来了以机器为动力的社会化生产时期，促进了钢铁、冶金等行业的发展和城市的建设；1886年内燃机发明，油气作为高效能源在一次能源的消费结构中快速提升至超过50%（1965年），完成了煤炭向油气的第二次革命，促进了飞机、汽车、化工等产业的发展；随着对能源需求的增长和低碳发展的需要，传统石化能源向非石化新能源转换的第三次能源革命成为必然。 氢能是实现双碳目标的重要途径。近年来以风电、光伏、水电等可再生能源为代表的新能源获得了大力的发展，脱碳加氢、清洁高效成为未来能源演变的趋势，而氢能作为一种可再生的二次能源，来源丰富，可以从水、化石燃料等含氢物质中制取，是重要的工业原料和能源载体，质量能量密度高，使用过程环境友好，无碳排放，能满足未来能源发展的多种要求，被标榜为21世纪的理想能源，被多个国家提升至国家战略高度。一方面，由于风、光等可再生能源的波动性导致其难以直接并网大规模利用，国家发改委明确将氢能纳入新型储能方式，由可再生能源制取氢气，氢气再转化为终端能源，有利于促进可再生能源消纳，加快能源结构绿色转型。另一方面，中国工业和交通业高度依赖传统化石能源，脱碳难度高。推行绿氢替代可促进绿色化工、绿色交通的发展，助力工业、交通业等碳密集行业实现碳中和。因此氢能将成为与风、光、水等一次能源互补的重要能源载体和双碳目标实现的重要途径。 根据中国氢能联盟白皮书，氢具有以下的特点： 氢能是一种清洁能源，无论是燃烧还是电化学反应，产物只有水，没有传统能源利用所产生的的污染物及二氧化碳，真正实现低碳或零碳排放，满足未来能源发展低碳环保的要求。 制氢方式多样，作为可再生的二次能源，氢可以来源于化石能源重整、生物质热裂解、微生物发酵、工业副产以及电解水等多种途径，考虑到风电、光伏、水电等可再生能源发电具有不稳定性，氢作为一种储能手段，不仅能够与之互补，实现调峰，拓展了可再生能源的利用方式。 氢能灵活且高效。氢热值达到143MJ/kg，是同质量焦炭、汽油等化石燃料的3-4倍，通过燃料电池可实现综合转化效率90%以上，利用过程中能量损耗小。同时氢能可应用于多个领域，包括发电（分布式供电供暖）、交通（结合燃料电池应用于汽车、轨道交通、船舶等领域，具有长续航历程、加注速度快等优势）、冶炼（作为高效的还原剂和热源，减少碳排放）、建筑等。 氢气是易燃易爆气体，其燃点为574°C，爆炸极限广至4%~75%，安全问题极为重要。因此氢气的储运具有一定难度，但也是保证氢气安全且经济化应用的关键。 图表1：各能源性质比较 产业规模将超过10万亿，空间广阔。根据中国氢能联盟编制的《中国氢能及燃料电池产业白皮书》，截至2019年，氢能在我国能源体系中占比仅为2.7%，计划到2050年提升至10%，2060年提升至20%，氢气需求量将分别达到6000万吨、1.3亿吨。2050年加氢站建设达到1万座，燃料电池车产量达到500万辆/年，燃料电池系统产能达到550万套/年，产业规模将达到10万亿元以上，行业未来发展空间广阔。 图表2：中国氢能及燃料电池产业总体目标 国外：美、日等国将氢能定位国家能源战略高度，具有先发优势 全球主要国家高度重视氢能与燃料电池的发展，美、日、德等发达国家已经将氢能上升到国家能源战略高度，相关领域自1970年已经开始关注，在行业内有技术和应用等多方面的先发优势。 美国是最早将氢能及燃料电池作为能源战略的国家。根据北极星氢能网，早在1970年，美国就已经提出“氢经济”的概念，国家能源研究和开发组织开始赞助氢能源相关研究；1990年克林顿政府出台了《1990年氢研究、开发及示范法案》、《氢能前景法案》等支持政策；布什政府将氢能源纳入国家能源战略体系之中，发布了《国家能源政策报告》、《美国向氢经济过渡的2030年远景展望》等政策性报告，并提出《国家氢能发展路线图》，系统实施国家氢能计划；2004年-2008年，美国能源部先后发布《氢能技术研究、开发与示范行动计划》、《先进能源倡议》、《氢立场计划》等政策，用于氢能的相关技术开发的年度资金也从2004年的1.5亿美元增加到2008年的2.76亿美元，重要性被不断提高；奥巴马政府发布《全面能源战略》，政府和企业共同出资开展“氢能美国”、“国家燃料替代与充电网络规划”等项目，助力汽车制造商建设加氢站； 特朗普政府在2017年先后退出《巴黎协定》和《清洁能源计划》，但继续将氢能与燃料电池作为美国有限能源战略，开展前沿技术研究。综上，美国以占有关键核心技术为主要目标，商业化推广项目稍弱，近年来虽然相关规划和政策逐渐减少，但继续保持对氢能和燃料电池技术的研发支持，以确保美国在相关技术的领先地位。截止2018年底，美国在氢能及燃料电池领域拥有的专利仅次于日本，尤其在质子交换膜燃料电池、燃料电池系统、车载储氢三大领域技术专利数量上，美、日两国占比总和均超过了50%；美国液氢产能和燃料电池乘用车保有量全球第一，在在营加氢站42座，2025年计划达到200座，燃料电池乘用车数量达到5899辆，全年固定式燃料电池安装超过100兆瓦，累计固定式燃料电池安装超过500兆瓦。 图表3：美国氢能发展路线 日本致力于成为全球第一个实现氢能社会的国家。日本能源对外依存度高，一次能源对外依存度高达94%，而核电重启阻力大，其他可再生能源计划进展缓慢。2003年10月，日本《第一次能源基本计划》中首次提出建设未来“氢能源社会”，通过进口海外氢气资源、利用燃料电池进行终端利用领域革命等措施，改变日本的能源供需结构和消费方式。 2016年5月日本政府承诺2030年、2050年将温室气体排放量较2013年分别削减26%、80%，该计划是基于2015年12月巴黎气候大会上达成的相关协定制定的。为了达成在2030年前温室气体排放减少26%的目标，日本将全面普及LED照明设施，导入530万台高效率的家庭用燃料电池，使得家庭和办公场所二氧化碳排放量减少约四成（来源：人民网）。在过去三十年里，日本政府先后投入数千亿日元用于氢能及燃料电池技术的研究和推广，并对加氢基础设施和终端应用进行补贴，截止2018年底，日本氢能和燃料电池技术拥有专利数全球第一，在营加氢站113座，燃料电池乘用车保有量2839量，2025年计划建成加氢站900座，燃料电池乘用车保有量达到20万辆，2030年达到80万辆，2040年实现燃料电池车的普及。其中2014年量产的丰田Mirai燃料电池车电堆最大输出功率达到114千瓦，能在零下30摄氏度的低温地带启动行驶，一次加注氢气最快只需要3分钟，续航超过500千米，用户体验