电力设备及新能源行业氢能源行业系列报告（1）：探寻氢能的定位与发展逻辑

看好（维持） 探寻氢能的定位与发展逻辑 ——氢能源行业系列报告（1） 行业研究|深度报告电力设备及新能源行业 国家/地区中国 行业电力设备及新能源行业 报告发布日期2023年07月17日 核心观点 未来，由旧能源向新能源的转型将是能源系统发展的主旋律。在这一过程中，提高能源系统的灵活性，实现能源供需在时间上的匹配，以及在终端难以实现电气化的 领域替代化石能源，实现深度脱碳，是转型所面临的两大重要问题。氢能的“灵活性”和“燃料/原料属性”两大特征与上述问题完美契合，在能源系统中作为一种优质的灵活性资源，以及作为终端深度脱碳的一种重要手段是氢能未来发展的重要定位。 考察氢能的发展空间，应当关注具体场景下氢能相对电力的竞争优势。在未来以电力为基础的能源系统中，在终端用能领域实现相对电力的竞争优势，是氢能发展的根本逻辑。由于可再生能源的电力属性，未来的能源系统将以电力的生产、输送、消费为基础，未来氢能的发展空间来自两个方面：一是“新能源”对“旧能源”的替代，从构建零碳能源系统的最终目标出发，化石能源是要被逐渐替代的“旧能 源”，而电力、氢能由于在终端使用过程中不产生碳排放，是未来将要发展的“新 能源”。这一替代是由我国的双碳战略、能源革命和可持续发展目标所决定的，是高确定性的，也是氢能未来发展的重要基础。二是氢能对电力的配套和补充，在终端用能侧，电力和氢能同属清洁能源，在未来以电力为基础的能源系统架构下，氢 能的发展空间实际来自于对电力无法应用或不便应用场景的配套补充。 未来氢的终端应用场景主要来自于难以实现大规模可再生电力替代的领域，而氢能的根本优势来自于其燃料/原料属性和灵活性。燃料/原料属性是氢与电力在能源性质上的根本差异，使得氢可以有不同于电力的更多的应用场景。在交通领域，氢能作 为一种燃料气体具有相对电池更高能量密度，使其更适合于应用在长途重载交通等需要高载能的运输场景；在工业领域，氢能作为一种还原剂和化工原料，也可以在 氢冶金、合成氨等电力难以应用的场景替代化石燃料。在电力和氢能同时可以应用 的场景下，氢能的灵活性可以赋予其相对电力的经济性优势。随着不稳定电源比例 的增加，电网对供需调节的需求也在快速增大，这逐渐推动了电力系统价格体系的变革，使得终端用能侧可以选择低电价时刻制氢、进而降低制氢成本，这本质上也是利用氢的灵活性参与电网供需调节，从而实现经济性。 投资建议与投资标的 建议关注化工领域以及重载交通领域等中短期率先发展的用氢场景。化工绿氢的需求逻辑是对于当前化工用灰氢的存量替代，这一领域用氢场景已经成熟，用氢需求相对稳定，绿氢替代节奏主要取决于绿氢降本与政策推动。目前以化工为主要用氢 场景的风光制氢用氢一体化项目进展迅速，有望成为绿氢需求最先放量的用氢场景。交通领域是未来绿氢需求的重要增量，《节能与新能源汽车技术路线图2.0》预计到2025年我国燃料电池车保有量将达到10万辆，到2030-2035年达到100 万辆。 氢能源产业链近期建议关注绿氢制取领域。相关边际变化建议持续关注风光制氢一体化项目、绿电成本、以及终端电价政策。相关标的建议关注华电重工(601226，未评级)、华光环能(600475，未评级)、昇辉科技(300423，未评级)、科威尔 (688551，未评级)。 风险提示 氢能源产业支持政策不达预期；电价下行不达预期；用氢场景发展不及预期的风险 证券分析师卢日鑫 021-63325888*6118 lurixin@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860515100003 证券分析师李梦强 limengqiang@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860517100003 证券分析师顾高臣 021-63325888*6119 gugaochen@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860520080004 证券分析师严东 yandong@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860523050001 联系人张洋 zhangyang3@orientsec.com.cn 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 目录 能源转型带来能源系统灵活性和深度脱碳的挑战4 实现双碳目标的核心是能源革命4 能源系统的转型面临灵活性和深度脱碳两方面的关键问题6 发展氢能是增加能源系统灵活性和深度脱碳的重要手段8 氢能是补充能源系统灵活性的优质资源8 氢能是实现终端深度脱碳的重要载体11 氢能的灵活性和深度脱碳功能符合国家对氢能的战略定位13 氢能在能源消费侧是电力的重要配套和补充14 电力是未来氢能主要的比较对象14 燃料/原料属性和灵活属性是氢作为电力补充的根本优势14 投资建议17 风险提示17 图表目录 图1：中国一次能源消费总量及结构变化4 图2：中国二氧化碳排放总量及其来源构成4 图3：我国能源对外依存度5 图4：未来一次能源需求结构预测6 图5：电力系统供需匹配及灵活性示意6 图6：未来终端能源消费结构预测7 图7：各类能源在终端脱碳中所扮演的角色7 图8：中国储能累计装机情况（2000-2022年）8 图9：氢能可在源、网、负荷侧为电力系统提供灵活性9 图10：不同储能方式对比10 图11：氢储能的优势在于大规模长周期11 图12：高炉炼铁与HYBRIT氢冶金路线对比11 图13：2020年氢气的主要下游需求12 图14：二氧化碳耦合绿氢化工示意图12 图15：氢能的发展空间源于新能源对旧能源的替代和氢能对电力的补充14 表1：能源革命及双碳战略重要表述5 表2：传统调峰储能方案下未来可再生能源功率调节缺口9 表3：氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）中氢能的战略定位13 表4：氢能应用场景梳理15 表5：部分地区2023年1月工商业峰谷电价对照表16 表6：2022年以来中央及各地方电价政策16 能源转型带来能源系统灵活性和深度脱碳的挑战 实现双碳目标的核心是能源革命 自上世纪60年代起，我国化石能源消费总量迅速增长。能源消费总量从1965年的不足2亿tce， 攀升至2021年的53亿tce。其中煤、油、天然气等化石能源消费量从不足2亿tce增长至45亿 tce，占到当前能源消费总量的83%，是我国工业快速发展过程中能源消费最主要的构成部分。 图1：中国一次能源消费总量及结构变化 亿tce煤油天然气光伏风电水电核电生物质其他可再生 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2021 0.00 数据来源：OurWorldInData，东方证券研究所 化石燃料用量的攀升是我国二氧化碳排放量增长的主因。从历史发展趋势来看，我国二氧化碳排 放总量从上世纪60年代起开始显著增长，从1960年的8亿tCO2，增长至2021年的115亿tCO2，其中由于煤、石油、天然气燃烧所造成的二氧化碳排放量占到2021年碳排放总量的91%，可以说化石燃料用量的增长是造成我国碳排放总量迅速增长的最主要原因。 图2：中国二氧化碳排放总量及其来源构成 亿tCO2煤油天然气其他 140 120 100 80 60 40 20 1900 1904 1908 1912 1916 1920 1924 1928 1932 1936 1940 1944 1948 1952 1956 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016 2020 0 数据来源：OurWorldInData，东方证券研究所 随着化石燃料用量的增长，我国的能源对外依存度不断提升，对能源安全和可持续发展也提出了挑战。从近年来我国煤、石油、天然气的对外依存度来看，煤炭对外依存度从2007年的0%上升至2019年的7.7%，天然气对外依存度则从2%迅速攀升至超过40%，石油对外依存度始终较高，但也在2007-2019年间从46.8%快速增长至72.5%。高增的化石燃料用量，以及能源对外依存度， 叠加近年来国际形势动荡所带来的能源价格波动，给我国的能源安全和可持续发展带来了严峻的挑战。 图3：我国能源对外依存度 对外依存度（%）煤石油天然气 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2007200820092010201120122013201420152016201720182019 数据来源：国际能源署，东方证券研究所 为应对挑战，我国相继提出了能源革命战略与双碳目标，实现双碳目标的核心是能源革命。如前文所述，化石能源的过度使用是造成碳排放、能源安全和可持续发展问题的根本原因，要彻底解决上述问题，需要从根本上改变我国的能源系统构成，也即将以化石能源为主的旧能源系统变为以可再生能源为主的新能源系统。 能源革命战略则给出了实现上述目标的具体路径，一方面要开展能源供给革命，构建清洁低碳的新能源供应体系，另一方面要开展能源消费革命，转变消费侧的用能方式及用能结构以适应新的能源供应体系，同时以能源技术革命和能源体制革命作为上述目标的有力保障。 表1：能源革命及双碳战略重要表述 名称 时间 重要表述 能源生产和消费革命战略（2016-2030） 2016年12月 推动能源消费革命，开创节约高效新局面推动能源供给革命，构建清洁低碳新体系推动能源技术革命，抢占科技发展制高点推动能源体制革命，促进治理体系现代化加强全方位国际合作，打造能源命运共同体 中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见 2021年9月 以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键加快构建清洁低碳安全高效能源体系：强化能源消费强度和总量双控、大幅提升能源利用效率、严格控制化石能源消费、积极发展 非化石能源、深化能源体制机制改革 数据来源：国务院，国家能源局，东方证券研究所 能源系统的转型面临灵活性和深度脱碳两方面的关键问题 能源系统由旧能源向新能源转型的实质在于能源供给侧和能源消费侧对化石能源的两个替代。 能源供给侧面临风光不可控能源对可控化石能源的替代。从能源供给侧来看，一次能源结构中化石能源比例不断降低，可再生能源占比不断提高是未来供给侧发展的主旋律。根据全球能源互联网的预测，到2060年清洁能源占比将达到90%，其中以风能、太阳能为代表的不稳定可再生能源占比将超过60%。 风电、光电占比的上升意味着电力系统不可控电源的比重将大幅上升，风电、光电受风力和光照自然资源波动性的影响，其发电出力难以控制，同时火电占比降低又使得电力系统中可控调节能力下降。因此，提高能源系统的灵活性，增加能源系统中的调节能力，解决不稳定可再生能源的 消纳和供需匹配问题，是能源系统转型面临的重要问题之一。 图4：未来一次能源需求结构预测 清洁能源占比 100.0% 80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0% 2017A2020A2025E2030E2040E2050E2060E 煤炭石油天然气 核能水能生物质 亿tce 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 风能太阳能清洁能源占比 数据来源：全球能源互联网，东方证券研究所 图5：电力系统供需匹配及灵活性示意 数据来源：中国电力圆桌项目课题组，东方证券研究所 能源消费侧面临以电力为主的零碳能源对终端化石能源的替代。从能源消费侧看，化石能源在终端能源消费中的占比也将大幅