新能源、环保领域碳中和动态追踪（七十三）：大量绿氢项目下游消纳何去何从？

短期内绿氢的下游消纳以内蒙古等示范项目区当地化工企业为主：我国化肥、甲醇产销地区具有高度匹配性。西北地区风光发电成本较低，工业集群丰富，目前一大批风光一体化制氢合成氨、合成甲醇项目已经在内蒙古、新疆、宁夏等地区上线。目前内蒙古绿氢总产能超80万吨，当地合成氨和甲醇分别可以提供32.4万吨和238.4万吨需求空间，绿氢合成氨的成本已经接近市场价，绿氢制甲醇的成本还明显高于甲醇市场价格。风光项目中配套合成氨装置较多，甲醇装置较少，后续内蒙古氢气的外输和进入其它产业将会是必然趋势。 中期绿氢有望对全国化工用灰氢/蓝氢实现替代，钢铁行业长期将提供需求增量：当前我国合成氨和甲醇对应的氢气需求分别为934万吨和875万吨，相关下游化工行业比较成熟，产量稳定，未来对氢气的实际需求主要在于绿氢对灰氢/蓝氢的替代。基于0.2元/wh电价，绿氨的成本3269元/吨，合成氨市场价格2746元/吨，绿氨随技术进步有望实现平价；绿色甲醇成本3196元/吨，远高于市场价格1749元/吨，需要等待技术突破和双碳有关政策的跟进。钢铁行业对应的最大氢气需求为9000万吨，但氢气对焦炭的替代需要对生产线改造或重置，且目前技术尚不成熟，长期绿氢有望大量应用。 下游工业产品相比氢气有运输成本优势，但出口难以有效拉动需求：氢气的储运一直是备受关注的技术难题，需满足低温高压的条件，需要管道、压缩气体罐车、液态运输罐车等专用装备提供支持。目前对氢气/液氢运输成本为7583-17305元/t/2000km；相比氢气，其下游工业产品具有易于储运的特点，可以有效降低运输产生的成本，液氨的管道运输成本为206.6元/t/2000km、船运成本为304.8元/t/2000km，甲醇的船运成本为252.2元/t/2000km，化肥的铁路运输成本为173.7元/t/2000km。绿氢下游产成品运输将成为重要运输途径。目前我国尿素出口同比下降，国际市场合成氨和氮肥价格低于国内，并且化肥出口受到的限制逐渐增多，出口难以有效拉动对上游原材料的需求。后续随着欧洲碳关税的实行，绿氢及下游制品与灰氢/蓝氢制品价格差距拉大，出口有望拉动绿氨/绿色甲醇需求。 投资建议：双碳政策背景下，大量绿氢示范项目开工，带动电解槽行业进入0-1阶段，产品性能及下游渠道是决定后续企业销量以及项目配套的关键所在，有光伏、风电配套项目以及大客户合作背景的企业有望拿到大量订单。推荐：华光环能，建议关注：华电重工、昇辉科技、亿利洁能。 风险分析：绿氢需求及应用推广进度不及预期、政策鼓励不及预期、制氢技术降本迅速引起技术迭代。 投资聚焦 由于氢能下游应用领域较多，现在氢气示范级项目主要集中于化工端的应用，特别是内蒙古大量示范级项目开始招标，市场对于本地是否能消纳如此多的绿氢及绿氢下游制备的绿氨、绿色甲醇关注较多，本文以内蒙古为主，探讨绿氢短期、中长期的消纳情况。 我们的创新之处 1、根据氢气下游工业端消纳产品，以及消纳产品的下游应用情况，分析内蒙古当地短期所能消纳的绿氢情况。 2、结合运输价格，判断出中长期而言，当地绿氢制成氨、化肥、甲醇等产品再往外运输比纯氢运输更具有竞争力，我国氨、甲醇等化工产品生产地将会朝绿氢资源丰富地域富集。 3、分析了欧洲边境碳关税对于绿氢制绿氨、绿色甲醇在成本上的影响。 股价上涨的催化因素 1、国内招标23年下半年大量落地，带动电解槽企业订单快速上升。 2、国内海外绿氢项目规划不断加码。 3、2023年底欧洲边境碳关税开始运行，带动绿氢需求快速上升。 投资观点 双碳政策背景下，大量绿氢示范项目开工，带动电解槽行业进入0-1阶段，产品性能及下游渠道是决定后续企业销量以及项目配套的关键所在，有光伏、风电配套项目以及大客户合作背景的企业有望拿到大量订单。推荐：华光环能，建议关注：华电重工、昇辉科技、亿利洁能。 1、化工领域是氢气主要应用场景 目前氢气的下游消纳主要涵盖化工、交通、发电和建筑四个领域，其中以化工为主要领域。化工行业对氢气的需求最大，主要用于生产氨、甲醇等化学品、在冶金中充当还原剂、改善钢铁性能以及在炼油中脱硫、脱氮、加氢等。随着全球环保意识的不断提高，氢气在交通、发电和建筑等领域的应用也逐渐增加。在交通领域，氢气被用作燃料电池车的能源，可以实现零排放，因此被认为是未来汽车发展的方向之一。在发电领域，氢气被用作清洁能源的一种，可以通过燃烧或燃料电池的方式发电。在建筑领域，氢气被用于供热中，可以通过与氧气反应产生热能，实现清洁能源的供暖。 为了响应双碳目标，同时风光发电成本的下降推动了绿氢的发展，绿氢对灰氢/蓝氢的替代是未来势在必行的方向。从未来空间来看，绿氢短期内以风光基地就地消纳为主，主要应用场景是合成氨制备化肥、合成甲醇，中期可以实现对国内其它区域化工用灰氢/蓝氢的替代，交通领域、炼油用氢也有替代空间，长期化工端冶金用氢，以及氢储能在电网调峰中的应用有望提供较大增量。 图1：2020年中国氢能消费量结构 2、短期：就地消纳，合成氨与甲醇为主 化工领域是目前绿氢应用最广泛、最具经济性的应用场景。在我国2020年氢气利用结构中，合成氨和甲醇用氢分别占比32%和27%。合成氨是目前绿氢最主要的消纳途径，据GGII不完全统计，在2022-2023年新建的绿氢项目中，截至2023年4月，在建及规划绿氢项目超19GW，其中58%的绿氢项目为合成氨项目，有超过80%的产能配套合成氨装置作为下游用氢场景。绿氢耦合碳捕集制甲醇也是化工领域中具有很大潜力的使用场景，但目前绿氢制甲醇还不具备基本的经济性。 我国绿氢的上游生产和下游需求平均空间距离较大。在绿氢生产端，我国西北地区风光资源丰富，大型新能源基地主要集中在内蒙古、宁夏、新疆、甘肃等地，合成氨、甲醇等化工基地规划布局呈现近煤炭、焦炉气资源的区位特征，而合成氨的下游——化肥产业靠近重要的农业生产区，集中在华东、华北和华中地区。 绿氢的储运形式和成本会给产业链造成较大影响。在绿氢及下游的合成氨、甲醇、肥料等产品中，氢气的运输成本最高。 氢气：氢气的运输需要管道输送、压缩气体罐车或液态氢运输罐车等，须满足低温高压的条件，采取特殊的措施。依据《"双碳"背景下氢-氨储运技术与经济性浅析》（吴全，沈钰新，余磊等，油气与新能源，2022，34(5)），液氢管道在年全功率利用小时数8400小时的乐观估计下，运输成本为0.195元/kwh/2000km，如果保守估计利用小时数为4200小时，运输成本将达到0.390元/kwh/2000km； 液氨：液氨运输成本比液氢低很多，氨气虽然在常温下是气体，但相比氢气更易液化，常温下仅需 1M pa压强即可液化。据《"双碳"背景下氢-氨储运技术与经济性浅析》（吴全，沈钰新，余磊等，油气与新能源，2022，34(5)），液氨的管道运输成本为0.04元/kwh/2000km，据IEA提供的数据，液氨的船运成本为0.06元/kwh/2000km。 甲醇：甲醇的运输和液氨相仿，并且常温下为液体，可以直接罐装。依据Mohammed Al-Breiki, Yusuf Bicer在《Comparative cost assessment of sustainableenergy carriers produced from natural gas accounting for boil-off gas and social cost of carbon》(Energy Reports, Volume 6, 2020, 1897-1909)中的核算，甲醇的船运成本为0.04元/kwh/2000km，略低于液氨。 化肥：化肥常温下为固体，适用常规运输方式。目前铁路运输化肥对应的单吨成本为173.7元/t/2000km，公路运输化肥对应单吨成本为250元/t/2000km，船运单吨成本为80元/t/2000km。 因此，在氢气的储运技术实现突破前，直接储运氢气会导致产业链成本明显升高，绿氢消纳的主流将是在内蒙古当地完成合成氨、化肥以及甲醇的工业流程、再向国内其它区域市场流通。 表1：氢气及下游工业产品运输成本 国内合成氨应用场景主要分为工业用氨和农业用氨，2021年农业用氨总占比80%，工业用氨占比20%。内蒙古由于近煤炭资源的区位优势，一直是我国化肥生产大省，2021年，内蒙古农用氮、磷、钾肥总产量394.96万吨，其中氮肥约300万吨，按照每吨氮肥需氨气0.6吨、每吨氨气需氢气0.18吨计算，内蒙古氮肥合成使用场景每年可为绿氢提供的空间为32.4万吨。 甲醇方面，内蒙古一直是我国甲醇产量最高的省份，2022年甲醇产量达1833.9万吨，按照每吨甲醇消耗氢气0.13吨计算，内蒙古当地甲醇生产可为氢气提供238.4万吨的替代空间，2022-2023年公布的绿氢项目中，只有约5万吨绿氢产能有甲醇制备装备的配套，绿氢在制甲醇领域的替代率还很低。 图2：内蒙古2016-2021年氮、磷、钾肥料生产量（万吨） 图3：内蒙古2016-2022年甲醇生产量（万吨） 目前内蒙古是我国规划绿氢示范项目体量最大的省份。截至2023年5月，内蒙古确定开工的绿氢项目配套电解水制氢产能已超80万吨，并且以制氨为主，已经超出内蒙古当地氮肥产业的消纳空间，而绿色甲醇的替代暂时还没有价格优势。后续绿氢即使能够较大程度替代合成氨、甲醇生产原材料，产能的增加也会很快溢出当地化工产业的原材料需求，氢气的外输和进入其它产业将会是必然趋势。 3、中期：全国范围替代化工原料 3.1、合成氨、化肥产业：绿氨成本接近平价，需求稳中有升 国内合成氨对应氢气需求934万吨。2021年国内氨气总出货量5189万吨，按照每吨氨气消耗氢气0.18吨计算，对应氢气需求量为934万吨，可为绿氢提供较大替代空间。我们按照0.2元/wh电价计算，绿氢合成氨（绿氨）成本3269元/吨，由于近期海外天然气及能源价格下降较快，合成氨价格也快速回落，目前已降至2746元/吨，接近历史底部位置。考虑合成氨市场波动，未来随着技术进步降本增效，绿氨生产成本有望和市场平价。 图4：合成氨价格指数（元/吨） 表2：绿氢、绿氨、绿色甲醇制备成本和市场价格 时空差异导致产销无法完全匹配，“西气东输”重塑格局。相比传统的合成氨企业，绿氨生产成本洼地和下游需求地距离较远，但是由于液氨运输成本较低，我们预计后续合成氨产销将形成“西气东输”的格局。 合成氨的下游分为农业用氨和工业用氨： 农业用氨：尿素为主，尿素每吨产量消耗氨气0.6吨，由于能耗高、污染大，2016年以来我国大量落后尿素产能被淘汰，产量有下降趋势。目前尿素行业新增投产项目数量较少，短期内难以拉动氨气总需求。此外，尿素工厂一般为一体化工厂，在现有价格水平下很少进行合成氨外采，如果市场没有新建产能的需求，由于运输成本较高，短期绿氢对尿素的原材料的替代比例会较小，但如果未来绿氢价格下降，并且使用绿氢、绿氨制备尿素得到政策支持，尿素行业可以快速对绿氢的需求提供较大空间。 工业用氨：脱硫脱硝行业对氨气的需求基本稳定，未来工业用氨领域的增量集中在丙烯晴和己内酰胺，生产每吨丙烯晴和己内酰胺消耗的氨气分别为 0.51和0.69吨，目前两者产能、产量均稳步增长，未来可为氨气需求的增长提供主要动力。 图5：中国2015-2021年合成氨产量（万吨） 图6：2020年中国合成氨产能分布 图7：2020年合成氨下游用量分布情况 图8：中国2017-2021年尿素产量（万吨） 3.2、甲醇：绿氢替代灰氢蓝氢，需求增量有限 国内甲醇对应氢气需求875万吨。2021年我国甲醇产量6728万吨，按照每吨甲醇消耗氢气0.13吨计算，对应氢气需求量为875万吨，和合成氨需求空间接近。但目前基于0.2元/Wh的电价，绿氢合成甲醇的成本为3196元/吨，远高于甲醇市场价格1749元/吨。 图9：甲醇现货中间价（元/吨） 甲醇产能的分布更集中于煤炭资源地，主要生产地在西北地区，和绿氢产能距离更近。甲醇