氢能&燃料电池行业产业链系列报告之十六：潜在亿吨放量空间，绿氢消纳及驱动力探讨

氢气消纳潜在上亿吨量级，带动万亿市场规模启动。氢气消纳主要集中在化工、钢铁、储能和交通四大领域，从短、中期以及理论极限值分析来看，短期已立项规划的绿氢项目可带动上百万吨氢气需求和上百亿元市场空间，而在绿氢全面渗透下，潜在的消纳空间高达亿吨，将催生氢气和相应设备的万亿市场规模。 绿氢放量高增趋势已成，新增绿氢消纳问题逐步凸显。中国绿氢项目数量及政策规划量双高增，当前已立项产能达242万吨、2025年各地政策规划总量达100万吨，将带动电解槽的装机高增。根据政策规划，2025年电解槽装机量在中性/乐观情况下将达到19/28GW，目前招标已达GW级别，2023-2025年CAGR将达180%，放量高增已成趋势。当前国内氢气供需趋于平衡，化工行业氢气产量/消耗量约3800/3540万吨，根据统计和测算的已立项/短期/中期绿氢产能270/341/9000万吨看，供给端将高速增长，绿氢消纳问题逐步显现。基于氢气工业原料和能源产品的双重属性，以及碳排放双控等政策下多个行业开启的绿色化转型，未来氢气消纳将集中在化工、钢铁、交通、电力四大行业。 化工：氢气作为工业原料直接消纳，项目升级减碳将带动绿氢消纳。传统高碳排放工业新增产能受控，氢基绿色化工将成为产业转型的重要突破口，绿氢需求先后受替代渗透和新增项目带动。（1）合成氨：供需趋紧下产能有望迎来逐步恢复，制氢环节是合成氨主要碳排放来源，电解水制氢可实现零碳排放，绿氨规划已超800万吨，带动百万吨氢气增量；（2）甲醇：考虑到煤制甲醇新项目难以获批，绿色甲醇有望成为新增产能突破口，当前规划量已达到450万吨，对应约86万吨氢气增量；（3）炼化：高端化、绿色化发展成为新趋势，氢炼化将成为石化工业碳中和关键，《“十四五”全国清洁生产推行方案》提出石化化工行业实施绿氢炼化降碳工程，炼厂绿氢渗透率有望稳步提升。 钢铁：行业开启绿色转型，碳税下绿氢渗透有望提速。钢铁行业脱碳难度高、体量大，其碳排放量约占中国碳排放总量的15%，脱碳转型需求迫切。电气化难以实现完全脱碳，氢气具备高能量密度及热值，采用绿氢替代焦炭还原及煤掺烧绿氢供热将成为钢铁领域脱碳的关键路径，国内大型钢铁企业已开启氢冶金试点项目，产能规模达到740万吨，对应将带动约40.7万吨氢气需求。钢铁领域对氢气成本敏感度高，碳税落地将驱动绿氢渗透提速。以焦炭价格2500元/吨测算，无碳税下，氢炼铁与焦炭炼铁平价时的氢气成本为9.55元/kg，50欧元/吨碳税下，将提升至15元/kg，此时绿氢的制取成本对应电价为0.2元/kWh，并且低于灰氢加碳税的成本。 储能：风光消纳压力提升，大规模、长周期氢储能迎机遇。可再生能源大规模应用根本性问题在于消纳，在源侧实现风光消纳并发展大规模长时储能，是实现绿色大电网稳定供电的关键，也是绿电外送的前提。氢储能是长周期、大规模储能的优选项，大规模应用和时间边际成本低，上游侧耦合风光设备电解水制氢，可解决风光消纳及上网问题，新能源配储需求推动氢储能放量，风光氢储一体化项目逐步落地，开工的一体化项目对应制氢产能已达28万吨。 交通：率先打开绿氢消纳第一缺口，放量确定性强。当前燃料电池重卡在补贴下可实现TCO平价，平价下绿氢应用场景加速率先突破，根据2025年各地区政策规划，燃料电池汽车保有量达到11.8万辆，放量具备较高确定性，将拉动绿氢在需求侧的消纳，预计2025年氢气需求量达160万吨。 绿氢产能放量高增已成趋势，绿氢全面渗透下潜在消纳空间高达亿吨，将催生氢气和相应设备的万亿市场规模，布局相关氢能核心装备企业将率先受益，电解槽：华电重工、昇辉科技、华光环能、亿利洁能；检测设备：科威尔。 技术研发进度不及预期、下游氢能推广滞后、政策和项目落地不及预期。 氢气消纳潜在上亿吨量级，带动万亿市场规模。根据全文以及我们之前发布的氢能产业链系列深度报告之十三——“绿氢催生新兴市场启动，电解水设备技术路线与成本之争”的测算和分析，氢气消纳主要集中在化工、钢铁、储能和交通四大领域，从短、中期以及理论极限值分析来看，短期已立项规划的绿氢项目可带动百万吨氢气需求和百亿元市场空间，而在绿氢全面渗透下，潜在的消纳空间高达亿吨，将催生氢气和相应设备的万亿市场规模。 图表1：氢气消纳理论极限上亿吨，带动万亿市场规模 图表2：四大领域氢气消纳短中期及理论极限规模测算值 测算说明：（1）短期：以当前已落地或立项的绿氢相关项目作为指引测算，部分无明确规划项目的以绿氢渗透率估算；（2）中期：以30%的绿氢渗透率为假设测算；（3）理论极限：以绿氢全面渗透为假设测算。氢气及设备相关假设和分析见系列深度报告之十三。 1.1规划和招标逐步落地，绿氢放量高增已成趋势 绿氢项目数量高增，已立项产能合计约达到270万吨。当前已投产的项目规模达到4.9万吨，其中位于新疆库车的国内最大光伏制氢示范项目于2023年8月30日全面投产，我国首个万吨级绿氢炼化示范项目正式落地，绿氢工业化规模应用逐步开启，电解槽进入规模化验证时代。绿氢项目规划持续高增，近两年已立项的绿氢项目合计约达到270万吨，放量高增已成趋势。 图表3：2022-2023年已立项绿氢项目合计约达到270万吨 绿氢政策规划量高增，2025年各地合计达100万吨。自国家层面发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》后，各地积极规划可再生能源制氢（绿氢），根据各地政府发布的相应氢能政策规划，绿氢产能合计规划量到2025/2030/2035年已达100/100/250万吨。当前国内政策规划地区全部集中于风光资源较为丰富的三北地区，其中内蒙古2025年规划量达到50万吨/年，占比达到当年加总规划的一半，是全国绿氢推广重点区域。 图表4：各地2025/2030/2035年绿氢规划量达到100/100/250万吨（万吨/年） 绿氢规划量带动电解槽装机量高增，2025年预计在中性/乐观情况下达到19/28GW。绿氢将采用电解槽电解水制取氢气，绿氢规划量的高增将带动相应设备的需求。以电解槽匹配光伏制氢为例测算，乐观情况以及中性情况下，在对应100万吨绿氢规划总量分别可装电解槽28GW和19GW。预计在未来技术迭代和成本逐步下降的情况下，2025年后电解水制氢设备及绿氢市场将持续加速。测算假设与过程如下： 以1000标方/小时碱性电解槽为例测算，基于电解槽不同的年运营小时数，绿氢生产规划量对应的电解槽装机规模将有所区别，当电解水制氢的电来自于光伏时，根据光伏年发电小时数，乐观和中性情况下预计电解槽分别年运行1100和1500小时，同时考虑到部分电解槽的电采用外购电力的情况，假设2025年光伏供电和外购电力占比均为50%、外购电力年利用小时数为4000小时，100万吨绿氢对应乐观和中性情况下电解槽装机量分别为28GW和19GW。 图表5：2025年中国对应电解槽装机量预计将达到19/28GW 电解槽招标已达GW级别，2023-2025年CAGR将达180%。2023年1-10月绿氢项目电解槽招标量达到1.3GW，结合2025年乐观情况下28GW的规划装机量，预计2023-2025年CAGR将达180%，放量已成趋势。从2023年绿氢项目开工及EPC招标情况看，共7.82万吨绿氢项目， 773Nm3 /h、260余套电解槽短期内将迎来招标。从下游应用领域看，主要集中在交通、化工、储能、工业四大领域应用。 图表6：2023年绿氢项目电解槽招标情况 图表7：2023年绿氢项目开工和EPC招标情况 1.2绿氢规划高增下，消纳问题逐步凸显 氢气具备工业原料和能源产品双重属性。氢气作为一种二次能源，目前已经广泛应用于化工、电子、冶金、能源、航空航天以及交通等诸多领域，当前社会上主要利用化石能源作为原料制备氢，再将氢作为化工、冶金等生产过程物料加以利用。氢气作为可持续发展的清洁可再生能源，同时具有工业原料和能源产品的双重属性，可作为全球降低二氧化碳排放、实现碳中和的重要能源载体。 图表8：氢气具备工业原料和能源产品双重属性 氢气可在多个生产和消费环节作为替代能源和原料，在工业、交通、电力、建筑等行业中均有不同的应用，其中最主要的用途包括燃料用氢、原料用氢，以及储能用氢三类。 燃料用氢：主要场景包含重型道路交通、船运、航空、发电等领域。氢气易燃且热值高，燃烧产物仅为水，不排放二氧化碳等温室气体，与传统的化石燃料（石油、天然气、煤炭）相比，氢是终端零排放的清洁能源，可作为供热或供电的燃料。目前燃料用氢的应用在全球范围内尚为有限，主要限制因素是燃氢轮机等设备设施的技术成熟度不高，相应的基础设施和政策标准尚不完善。 原料用氢：主要场景包含钢铁、化工等领域。氢气是重要的工业气体，氢元素的强还原性被用于多种化学反应，是众多化合物的基础元素之一。化工行业需要用氢制备甲醇、合成氨等多种产品，冶铁需要利用氢气作为还原剂，多种高端材料的制造在生产流程中均需要使用氢气进行加工。 储能用氢：主要场景包含电力储能领域。作为广义储能的一种形式，在一定的环境条件和容器中储存液态氢或气态氢，通过燃料电池用于电力调峰以调节长时间和跨区域的储能，或将氢转换为化合物，例如合成氨，增强氢能用于燃料/原料的灵活性。 图表9：氢能在各行业脱碳路径中承担角色 氢气使用结构以合成氨、甲醇、炼油及直接燃烧为主。从氢气的用途来看，最大应用领域是作为生产合成氨中间原料，氢气产能占比约为30%；第二是生产甲醇，包括煤经甲醇制烯烃的中间原料，氢气产能占比约为28%；第三是焦炭和兰炭副产氢的综合利用，占比约为15%(已扣除制氨醇，避免重复计算)；第四是炼厂用氢，占比约为12%；第五是现代煤化工范畴内的煤间接液化、煤直接液化、煤制天然气、煤制乙二醇的中间原料氢气，占比约为10%；其他方式氢气利用占比约为5%。 图表10：氢气使用结构以合成氨、甲醇、炼油及直接燃烧为主 当前氢气供需趋于平衡，消纳问题逐步显现。当前国内外氢气主要在石化化工行业被较为广泛的生产和利用，根据对石化化工行业主要涉氢产品生产能力的统计，当前我国石化化工行业氢气总产能约为4000万吨，氢气产量约3800万吨，氢气消耗量约为3540万吨，从氢气产量和消耗量来看，我国氢气供需趋于平衡。根据上文统计的绿氢新增产能数据，已立项绿氢产能270万吨、短期341万吨、中期近9000万吨的量级看，绿氢规模将在未来几年内高速增长，在当前氢气供需趋于平衡的情况下，绿氢消纳问题可预见性的将逐步显现。 图表11：氢气供需趋紧 1.3四大场景消纳绿氢，放量潜力多集中于三北地区 氢气需求未来仍将持续稳步增长，化工、钢铁、交通和储能成为氢气四大应用消纳场景。 “工业+绿氢”将在石化和钢铁行业开展示范，交通用氢逐步提升。石化工业和钢铁工业是氢气最大的应用领域，绿氢促进工业脱碳意义重大，效果也将更加明显。随着我国光伏发电和风力发电成本不断下降，西北“绿电”价格已低于0.2元/(kW·h)，初步具备提供工业绿氢的经济性，从已有绿氢项目和政策看，西北地区率先开展了绿氢+煤化工示范，绿氢制合成氨生产绿氨、绿氢制甲醇生产绿醇等技术方案也在开展。 图表12：化工、钢铁、交通和储能领域使用绿氢路径 化工氢气生产利用将持续增长，成为氢气消纳的重要场景。石化化工行业产品需求随全社会国民经济发展而发展，产品需求总体上仍将稳步增长，例如工业氮肥、甲醇化工、甲醇燃料和中间氢气产能预计未来仍将增长，总体上将会促进氢气需求增长。当前过半氢气下游应用集中于合成氨、甲醇及炼油领域，并且大多已立项的绿氢项目应用也集中于化工领域，未来化工领域将成为氢气消纳的重要场景。 钢铁行业氢气需求结构面临调整，基于氢气的新技术有望迎来突破性增长。在钢铁工业中，副产的焦炉煤气中含氢为55%-60%，高煤气含氢为1%-4%，转炉煤气含氢为0.2%-0.3%，另外利用COREX技术(熔融还原法)在生产铁水过程中产生的煤气含氢为10%-30%（上述焦炉煤气的含氢量已与焦化合并统计）。目前我国钢铁行业每年生产约1400