氢能源行业发展深度复盘报告：全球第三次能源转换，未来能源格局之争

业 研 究2022年12月23日 行业深度 标配全球第三次能源转换未来能源格局之争 ——氢能源行业发展深度复盘报告 证券分析师： 电力设备及新能源 周啸宇S0630519030001 zhouxiaoy@longone.com.cn 联系人： 王珏人 wjr@longone.com.cn 相关研究 221213电新行业周报：液流电池——电化学储能发展迎新机遇 西照东升，雄鸡一唱天下白——中国光伏行业深度复盘系列（上） 隔膜赛道中国接棒，涂覆+出口缔造盈利新平台 投资要点： 人类社会正在经历从高碳、低碳到零碳的第三次能源转换。从全球能源结构看，化石能源在全球能源体系中占比依旧最高，若想实现2050年迈入“零碳经济”的愿景，未来全球能源结构的重大调整势在必行。目前，包括中国、美国、日本、欧盟、韩国等国家地区已先后将氢能上升到国家能源战略高度，不断加大对氢能及燃料电池的研发和产业化扶持力度。俄乌冲突后能源价格的飙升，预示着寻找储量丰富、清洁安全的新能源不仅是人类社会可持续发展的重大课题，更是在未来全球能源储备上抢占先机。 氢能的能量密度高，氢燃料电池的能量转化率高，在克服储运瓶颈后，是未来重要能源发展方向。氢燃料电池通过将化学能转为电能，不受卡诺循环效应的限制，理论效率最高可达90%，远超传统燃油机。氢燃料电池使用过程中清洁高效，在-30℃环境下启动不受限制，同等续航里程下氢气加注时间短于现阶段锂电池充电时间，复杂地形中能提供更强的动能。中汽协数据显示，2022年1-11月燃料电池车产销量均为3000辆，是2021年全年销量的2倍，2020年全年销量的3倍。11月燃料电池车产销分别完成300辆和600辆，销量同比增长100%。“十四五”期间政策端大力支持氢能基础设施的建设，对未来燃料车普及有着重要铺垫作用。 中国具备丰富的氢能供给经验和产业基础。当前中国已是世界上最大的制氢国，2021年氢气总产量达到3300万吨。同时，中国是全球第一大可再生能源发电国，在国内光伏、风电占据全球领先技术优势的大环境下，可再生能源制氢有望成为中国氢源供给的核心来源，做好未来能源格局的承接。中国氢能联盟预计，2030年氢能在国内终端能源体系中占比将达到5%，2050年时至少达到10%，氢气需求量接近6000万吨，可减排约7亿吨二氧化碳产业链年产值约12万亿元。为实现碳中和方案，2050年全球氢气需求将达到5.3亿吨，氢能在未来世界能源格局中拥有广阔的发展空间。 石化企业副产氢气利用、煤化工与光伏电解水制氢结合已实践成功。工业副产品制氢的最大优势在于几乎无需额外的资本投入和化石原料投入，所获氢气在成本和减排方面均有着显著优势。现阶段煤制氢工艺最为成熟，在我国丰富煤炭资源的背景下，未来氢气产能有望逐步放量提升。而在新疆、内蒙古等地多个光伏、风电电解水制氢项目也已开展，随着光风装机量的提升、技术工艺的不断改良，制氢环节有望获得提振。 投资建议：在全球“零碳经济”、我国“双碳”愿景背景下，能源结构从传统化石能源向清洁能源转型是必然趋势。氢能作为其中的重要环节之一，在技术上已初步实现“从0到1”的突破，但仍处于商业化推广阶段。目前氢能商业化推广主要聚焦于氢燃料电池车，我们建议长期关注行业核心主线：（1）全产业链布局的龙头企业，从制氢端到用氢端形成业务联动，在国家政策支持下达到降本功效；（2）燃料电池车核心部件相关的龙头企业。通过前期占据市场份额，获取更多的使用反馈，从而推动技术革新，占据先发优势，形成良性循环；（3）参与燃料电池车核心零部件研发、生产的公司，核心零部件国产化率的提升，能降低燃料电池生产成本，推动燃料电池车推广进度，加快燃料电池车商业化进程。重点推荐：亿华通、美锦能源、京城股份、昇辉科技、雄韬股份。 风险提示：加氢站等基础设施建设进度不达预计规划、燃料电池车应用效果不及预期、产业链降本不及预期、核心设备和关键材料国产化率进程不达预期。 净利润增速PE 总市值（亿元）2022E 2023E 2024E 2022E 2023E 2024E 亿华通 77 75.80% 324.35% 136.41% -251 76 32 美锦能源 386 4.74% 8.83% 6.81% 14 13 12 雄韬股份 70 138.70% 56.07% 37.13% 43 27 20 昇辉科技 46 - - - - - - 京城股份 75 - - - - - - 正文目录 1.寻找储量丰富、清洁安全的能源是人类社会可持续发展的关键6 1.1.氢的化学性质活泼，是未来终极能源的方向7 1.2.全球主要国家高度重视氢能与燃料电池的发展8 1.3.氢能源未来需求广阔，产业技术加速发展11 2.氢在中国的应用基础良好12 2.1.氢能：传统化石能源转向以可再生能源的关键媒介12 2.2.氢能是我国未来能源体系的重要组成部分15 3.氢能的发展涉及上下游众多产业链环节18 3.1.上游：氢的制取18 3.1.1.化石能源制氢19 3.1.2.甲醇制氢21 3.1.3.工业副产氢21 3.1.4.蓝氢23 3.1.5.绿氢23 3.2.上游：氢的储运27 3.2.1.物理储氢技术27 3.2.2.化学储氢技术27 3.2.3.其它储氢技术28 3.3.上游：加氢站29 3.4.中游：燃料电池为现阶段主要应用领域31 3.4.1.膜电极和双极板是燃料电池电堆的重要组成部分34 3.4.2.电堆是燃料电池系统的核心部件35 3.4.3.储氢瓶37 3.5.下游：氢燃料电池车是氢能重要应用领域之一38 3.6.下游：工业领域氢能消费41 4.国内氢能项目投融资持续火热42 5.投资建议45 6.风险提示45 图表目录 图1全球能源体系转型示意图6 图2全球终端能源消费占比（%）7 图32020年全球氢气下游需求应用11 图42020年全球氢气供应来源11 图5国际氢能源相关项目数量（个）12 图6不同运营状态下氢能源项目的数量（个）12 图72000-2021年氢气提取技术项目数量（个）12 图8氢气的终端使用部门技术项目数量（个）12 图92020年全球二氧化碳排放量国家占比13 图102021年1-9月中国二氧化碳排放行业分布13 图112019-2021年中国能源消费占比14 图122011-2021年全球能源碳排放量（百万吨）14 图132012~2021年中国氢气年产量（万吨，%）14 图14氢能产业链示意图18 图152020年全球氢气制取来源占比（%）19 图162020年中国氢气制取来源占比（%）19 图17煤制氢工艺流程示意图19 图18天然气水蒸气重整制氢工艺流程示意图20 图19煤制氢成本随煤炭价格变化趋势20 图20截至2021年全球化石燃料制氢项目数量20 图21甲醇水蒸气重整制氢工艺流程示意图21 图22中国工业副产氢的供应潜力（万吨）22 图23中国工业副产氢综合成本（元/Nm3）22 图24风电并网制氢系统结构图25 图25光伏发电制氢系统结构图25 图262021-2025年电解水制氢设备年出货量预测（GW，%）26 图27绿氢项目地域分布26 图28加氢站示意图29 图29加氢站新建合建站比例29 图30截至2021年年底全球在营加氢站分布29 图31全球加氢站建设数量变化（座）29 图32国内加氢站分布示意图（座）30 图33中国加氢站历年新建数量（座）31 图34加氢站新建合建站比例31 图35卡诺循环原理示意图32 图36奔驰GLCF-Cell氢燃料电池车动力系统结构示意图32 图37燃料电池动力系统主要结构33 图38燃料电池电堆主要结构33 图39燃料电池系统成本拆分34 图40燃料电池电堆成本拆分34 图412022年前三季度膜电极装机企业占比35 图422022年前三季度各双极板企业市占率35 图43近年电堆装机量（MW）35 图442022年前三季度电堆企业市占率35 图45中国氢燃料电池电堆出货量及预测（单位：兆瓦，亿）37 图46历年储氢瓶装车气瓶数量（个）37 图472022年前三季度装车气瓶情况37 图482021年全球主要国家氢能源车销量（辆）38 图492021年全球主要国家氢能源车保有量占比38 图502021我国燃料电池专用车车型销量（辆）39 图512021我国燃料电池专用车销售重点城市分布（辆）39 图522020年我国氢燃料电池车各类车型占比39 图53截至2022年4月底氢燃料电池车运行数量（辆）39 图54全国燃料电池车每月新增产销量统计（辆）40 图552022年前三季度全球燃料电池汽车品牌销量占比40 图562021、2022年前三季度日韩燃料电池汽车销售比对（辆，%）40 图57高炉富氢冶炼工艺流程示意图42 图582006年-2022年氢能产业投资情况（单位：亿元/起）43 表1氢气与汽油蒸汽、天然气的性质比较8 表2美国氢能源相关政策8 表3日本最新氢能源相关政策9 表4欧盟、德国最新氢能源相关政策10 表5韩国最新氢能源相关政策10 表6中国氢能总体目标15 表7国家层面氢能相关主要政策梳理16 表8“3+2”示范城市群主要发展规划列举17 表9三种电解水制氢技术比对24 表10氢气主要储存方式、优缺点、应用28 表11中石化9大供氢中心生产情况31 表12燃料电池电堆主要部件介绍34 表13燃料电池核心零部件产能36 表14自主品牌氢燃料电池乘用车41 表15主要氢冶金示范项目梳理42 表16氢能产业链各环节相关企业梳理44 表17氢能行业估值比较表45 1.寻找储量丰富、清洁安全的能源是人类社会可持续发展的关键 纵观能源发展史，人类社会已经经历了三次工业革命，三次能源的升级换代体现了“三大经济”形态。瓦特发明蒸汽机，促使能源从木柴向煤炭的第一次重大转换，表现为“高碳经济”；戴姆勒发明内燃机，完成从煤炭向油气的第二次重大转换，呈现出“低碳经济”；现代科技进步与当今环保要求推动传统化石能源向氢能等非化石新能源的第三次重大转换，全球有望逐步迈向“零碳经济”。 图1全球能源体系转型示意图 资料来源：《人工制氢及氢工业在我国“能源自主”中的战略地位》（邹才能等），东海证券研究所 从全球能源结构看，化石能源在整个体系中占比最高。2021年全球终端能源消费中，石油、天然气、煤炭分别占31.96%、25.21%和27.77%，化石能源消费共占比84.94%，是全球碳排放的主要来源。其中可再生能源占比从2011年的2.05%上升至5.70%，上涨幅度为178%，但核能、水电、可再生能源等清洁能源占比仅从12.16%上升至15.06%，总体增长幅度较为缓慢。 若想实现2050年迈入“零碳经济”的愿景，未来全球能源结构的重大调整势在必行。能源过渡委员会（ETC）预测，2050年零碳场景下，直接电力和氢气将成为未来全球能源结构中最为重要的两个组成部分，分别占比68%和13%；氢基氨合成燃料占比5%，其他能源如生物质等占比14%。预计到2050年，全球每年将需要5~8亿吨清洁氢，大约是当前氢气消耗的5~7倍。 图2全球终端能源消费占比（%） 石油天然气煤炭核能水电可再生能源 2.05% 5.85% 4.26% 2.30% 5.98% 3.89% 2.57% 6.05% 3.82% 2.83% 6.09% 3.82% 3.17% 5.97% 3.81% 3.45% 6.03% 3.77% 3.87%4.22%4.64% 5.95%5.90%5.86% 3.70%3.65%3.72% 5.24% 6.19% 3.68% 5.70% 5.75% 3.61% 30.96% 30.69% 30.67% 30.47% 29.51% 28.87% 28.45% 28.08% 27.41% 27.63% 27.77% 22.91% 23.10% 23.02% 23.17% 23.52% 23.52% 23.89% 24.40% 24.89% 25.4