氢能产业已开启商业化进程：清氢社会，碳和未来

基础化工证券研究报告 2022年07月29日 清氢社会，碳和未来——氢能产业已开启商业化进程 投资评级 行业评级中性(维持评级) 上次评级中性 本篇报告作为我们氢能领域的首篇报告，主要分析了当前我国氢能产业各主要环节的经济性，从现状出发，展望未来氢能产业的发展趋势。 氢能产业已初步迈入商业化阶段 发展氢能产业有其必要性，有助于促成我国顺利达成双碳目标、降低能源对外依存度、增强能源体系的灵活性。当前中央和地方政府密集出台氢能产业支持政策，“制、储、运、用”成为氢能产业发展的四大环节。 从全球来看，发展氢能产业也已成为众多国家的发力方向，部分欧美国家走在发展前列。展望未来，可再生能源电解水制氢成本或将显著降低，化石能源制氢将逐渐被可再生能源制氢取代；加氢站等基础设施建设提速， 作者唐婕分析师 SAC执业证书编号：S1110519070001 tjie@tfzq.com 张峰分析师 SAC执业证书编号：S1110518080008 zhangfeng@tfzq.com 郭建奇联系人 guojianqi@tfzq.com 行业走势图 前瞻产业研究院预测，2026年全球加氢站数量或接近2020年的4倍；IEA 19% 12% 5% -2% -92%021-07 16% 23% 2021-11 2022-03 报告显示，各国氢储能项目基本都预计在2030年前陆续启动。氢能应用体系：能源属性越来越受关注 现阶段，氢气主要用作工业原料，但在发电、供热、交通燃料等领域有巨大发展潜力。目前，氢气作为能源的应用比例尚不足1%。 - 燃料电池汽车产业作为拓宽氢能应用领域的重要方向，当前正处示范推广- 期，商用车为当前主流。当前燃料电池汽车购置成本高企，燃料电池电堆 基础化工沪深300 成本尚高，未来可通过规模效应和技术改进来降低成本。作为燃料电池电 资料来源：聚源数据 堆的核心部件，膜电极出货量在过去几年稳步增长，国内厂商生产能力也 已可满足产业化需求，未来重点在于提升性能、寿命和降低成本等方面。 氢冶金用氢气取代碳作为还原剂和能量源炼铁，可以大幅降低炼铁过程中产生的二氧化碳排放，国内外氢冶金研究已有部分进展，未来富氢竖炉可能成为钢铁工业中的重要路线。氢能特别是绿氢在化工领域也可助推企业实现减碳目标，国内已有企业在氢化工领域展开实践。 氢能供应体系：清洁制氢模式或开启长足发展，多领域有待突破 氢能供应体系包括制氢、储运和加注等环节，直接决定了氢气的成本。其中，氢气的制取方式多样，化石能源制氢因技术成熟、成本低廉，为现阶段主流。但化石能源制氢的碳排放太高，可再生能源电解水制氢为最终发展目标，降低电解水制氢过程的用电成本为当前最有效的方式。远期内若利用可再生能源供电的电价下降到0.15元/kWh，对应碱性电解槽和质子交换膜电解槽制氢成本将分别下降到约17、29元/kg，与煤制氢+碳税、煤制氢+CCUS或工业副产氢+PSA提纯的成本接近。 储运方面，高压气态储运为当前主流，国内Ⅳ型车载储氢瓶尚在产业化早期，GGII预计，随着我国燃料电池汽车不断推广，到2030年，储氢瓶需求量和市场规模年均增长有望超60%。 加注方面，当前加氢站氢气使用成本尚高，压缩机、储氢瓶及加氢系统是外供氢加氢站建设成本中的主要部分，约占60%，现场制氢加氢站还需额外考虑制氢系统成本。 总结来看，氢气作为理想的能源有其广阔的应用空间，但当前氢能产业链还存在①制取过程碳排放较高；②氢气纯度较低；③储运密度较低；④氢气成本较高；④商业模式不成熟等问题。针对上述问题，未来可关注①可 再生能源发电成本；②电解槽、储氢瓶、燃料电池系统、压缩机等核心设备制造能力；③质子交换膜、催化剂等关键材料研发进展；④CCUS、电极涂布、纤维带压缠绕等工艺技术成熟度；以及其他氢能产业发展动向。 风险提示：政策背景发生变化；相关工艺技术研发进度缓慢；市场推广进度不及预期；测算结果偏差风险 相关报告 1《基础化工-行业专题研究:2022Q2持仓配置小幅提升，持续聚焦行业龙头》2022-07-27 2《基础化工-行业研究周报:工信部：上半年工业经济实现企稳回升，呈现恢复增长态势，苯酚、电石法PVC价格上涨》2022-07-24 3《基础化工-行业专题研究:化工行业运行指标跟踪-2022年5月数据》2022-07-19 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明1 内容目录 1.氢能产业已初步迈入商业化阶段7 1.1.发展氢能产业，推动能源体系深度变革7 1.1.1.发展氢能产业与我国碳达峰碳中和目标相契合7 1.1.2.发展氢能产业能减轻我国能源对外依存度7 1.1.3.发展氢能产业可增强能源体系的灵活性和稳定性8 1.2.氢能产业已初步商业化，发展脉络愈发清晰8 1.2.1.从中央到地方，产业政策持续完善8 1.2.2.产业链条逐步打通，技术路线日渐明确10 1.2.3.补贴政策思路转变，以奖代补推动示范群发展11 1.3.全球氢能产业2060年前瞻：清氢社会，碳和未来12 1.3.1.全球氢能产业现状概述12 1.3.2.全球氢能产业展望13 2.氢能应用体系：能源属性越来越受关注16 2.1.拓宽氢能应用领域的重要方向——燃料电池汽车产业16 2.1.1.燃料电池汽车产业尚在示范推广期16 2.1.2.当前燃料电池汽车购置成本高企，商业化能力不足20 2.1.3.电堆成本在燃料电池系统中占比最高，规模效应及技术改进可促使电堆成本下降21 2.1.4.燃料电池还具备多重应用场景24 2.2.燃料电池电堆核心部件——膜电极24 2.3.钢铁工业的减碳方式——氢冶金27 2.4.绿氢耦合煤化工——氢化工31 3.氢能供应体系：清洁制氢模式或开启长足发展，多领域有待突破32 3.1.制氢环节，需平衡制氢成本与碳排放强度32 3.1.1.制氢路径多样，电解水制氢发展潜力大32 3.1.2.碳中和背景下，降低可再生能源电解水制氢成本是关键33 3.1.3.煤制氢+CCUS可作为有益过渡方式，在一定时期内平衡制氢成本与碳排放强度33 3.1.4.工业副产氢+PSA提纯为当前较具潜力的另一过渡方式34 3.1.5.大规模应用可再生能源电解水制氢为最终目标，降低用电成本为有效途径 ..............................................................................................................................................................35 3.2.储运环节，国产化空间广阔36 3.2.1.氢储能——高压气态储氢方式为当前主流，储氢瓶市场或迎来快速发展36 3.2.2.氢能运输——运输方式选择多样39 3.3.加注环节——当前加氢站氢气使用成本尚高40 4.总结：氢能产业已开启商业化进程43 5.相关标的44 6.风险提示47 图表目录 图1：灰氢、蓝氢、绿氢的含义7 图2：2021-2050年多种降碳方式的累计贡献度（全球）7 图3：我国原油、天然气对外依存度8 图4：我国风电、太阳能发电装机情况8 图5：氢能的利用可以增强能源体系的灵活性8 图6：氢能领域相关政策梳理9 图7：节能与新能源汽车技术路线图2.0——燃料电池汽车领域路线图9 图8：氢能产业链示意图10 图9：氢能的多种供应方式11 图10：我国新能源汽车历年补贴政策11 图11：我国氢能及燃料电池汽车历年补贴政策11 图12：氢能产业和新能源汽车产业补贴政策对比12 图13：2020年全球制氢来源占比情况12 图14：2020年全球工业领域氢能需求量情况12 图15：2015-2020年全球电解水制氢装机量（分地区）13 图16：2015-2020年全球电解水制氢装机量（分技术）13 图17：2020年全球燃料电池汽车数量占比13 图18：2020年全球加氢站数量占比13 图19：2020-2030年全球氢能需求情况14 图20：2020-2030年全球制氢情况14 图21：2019与2060年制氢成本对比14 图22：2019-2070年全球制氢过程碳捕集情况14 图23：截至2020年底全球加氢站分布15 图24：2010年以来全球建成的加氢站数量以及预测15 图25：2021年全球氢气的主要用途及占比16 图26：氢气的主要应用领域和具体用途16 图27：燃料电池汽车产业链17 图28：燃料电池发动机系统结构17 图29：燃料电池汽车基本工作原理17 图30：2017-2021年我国燃料电池汽车产销量19 图31：2018-2020年我国燃料电池装机量19 图32：2020年我国燃料电池系统装机量TOP519 图33：我国燃料电池汽车累计产量20 图34：我国燃料电池汽车累计销量20 图35：燃料电池汽车成本结构21 图36：燃料电池电堆结构21 图37：燃料电池电堆成本结构21 图38：电堆成本随产量提高而下降21 图39：质子交换膜成本结构22 图40：质子交换膜成本随电堆产量提高而下降22 图41：气体扩散层成本结构(按年产1000台80kW燃料电池电堆)22 图42：气体扩散层成本随电堆产量提高而下降22 图43：金属双极板成本结构（按年产1000台80kW燃料电池电堆计算）22 图44：金属双极板成本随电堆产量提高而下降22 图45：Pt/C催化剂成本构成及随燃料电池产量提高的成本下降趋势23 图46：燃料电池的使用场景24 图47：燃料电池电堆工作示意图24 图48：2018-2020年我国膜电极出货量24 图49：常见的MEA生产设计25 图50：卷对卷CCM涂布过程示例26 图51：高炉富氢冶炼工艺示意图27 图52：基于DRI的钢铁生产工艺流程图27 图53：2030年氢冶金领域氢气需求29 图54：2050年氢冶金领域氢气需求29 图55：氢冶金的竞争性成本优势分析（仅考虑H2和CO2价格）30 图56：宝丰能源绿氢工厂31 图57：宝丰能源高端煤基新材料循环经济产业链31 图58：制氢方式分类32 图59：2018年我国制氢结构32 图60：主要制氢工艺对比33 图61：典型煤制氢项目制氢成本结构34 图62：煤制氢成本与煤制氢+CCUS成本随煤炭价格的变化趋势34 图63：碱性电解槽制氢成本结构36 图64：质子交换膜电解槽制氢成本结构36 图65：不同电价下碱性电解槽制氢成本及成本结构36 图66：不同电价下质子交换膜电解槽制氢成本及成本结构36 图67：35MPⅢ型储氢瓶成本结构（总成本3084美元）38 图68：35MPⅣ型储氢瓶成本结构（总成本2865美元）38 图69：70MPⅢ型储氢瓶成本结构（总成本3921美元）38 图70：70MPⅣ型储氢瓶成本结构（总成本3486美元）38 图71：2021~2030年中国储氢系统及储氢瓶需求量预测39 图72：2022~2030年中国储氢系统及储氢瓶市场规模预测39 图73：不同运输距离下氢气的运输成本对比40 图74：不同运输距离下氢气的到站成本对比40 图75：加氢站种类40 图76：站外制氢加氢站主要设备和工艺流程错误!未定义书签。 图77：2016-2021年全球加氢站数量41 图78：2016-2021年我国加氢站累计建成数量41 图79：截至2021年3月末中国加氢站分布情况41 图80：未来我国部分省市加氢站基础设施规划情况（累计值）41 图81：外供氢加氢站建设成本42 图82：现场制氢加氢站建设成本（天然气重整制氢）42 图83：现场制氢加氢站建设成本（电解水制氢）42 图84：现场制氢加氢站建设成本（甲醇重整制氢）42 图85：不同制氢技术及运输距离下的原料及运输成本43 图86：关键信息一览44 图87：上市公司在氢能产业的布局情况（不完全梳理）47 表1：我国碳达峰、碳中和主要目标7 表2：氢气与汽油蒸汽、天然气的性质比较8 表3：2