氢能源行业系列报告（2）：从氢的供需拆解探寻氢能发展方向

看好（维持） 从氢的供需拆解探寻氢能发展方向 ——氢能源行业系列报告（2） 行业研究|深度报告新能源汽车产业链行业 国家/地区中国 行业新能源汽车产业链行业 报告发布日期2024年04月25日 核心观点 氢作为战略性脱碳能源载体，已纳入国家发展规划。随着净零碳排放成为全球目标，低碳、灵活、高效且生产方式多样的氢能源，正逐渐成为重塑全球能源架构、 应对气候变化的关键手段。氢能在我国能源革命与低碳转型中具重要战略意义，“十四五”以来，从中央到地方围绕氢能频频表态，促发展举措密集出台，相关政策体系和产业标准随之建立健全，氢能产业有望开启全面发展的加速期。 工业领域广泛应用，交通与能源部门加速渗透，IEA预测2030年需求达1.5亿吨。氢气作为一种重要的工业气体，在传统工业领域已有非常广泛的应用。当前全球每年的氢气产量几乎全部用于非能源领域，炼油/合成氨/合成甲醇2022年的氢需求量分别为4100/3300/1600万吨，三大领域的需求量未来预计保持相对稳定。在深度脱碳的目标指引下，钢铁行业的用氢量有望随着氢冶金技术的发展在500万吨的基础上进一步提升。未来氢作为能源载体的作用将日益凸显。在交通领域，氢燃料电池为固定线路上的重型长途商用车提供了理想解决方案，氢基燃料或为航空航运部门最具可行性的低碳能源方案。在能源领域，天然气掺氢、煤电掺氨比例提升，以及氢在大规模长时储能场景中的应用潜力，有望打开更加广阔的应用空间。 绿氢萌芽蓄势待发，两大降本路径蕴藏机遇。化石燃料制氢为当前全球主流制氢方式，碳排放强度高转型需求迫切。工业副产氢中短期内为极具经济效益的补充性氢源，但长期规模扩张受限。采用可再生电力的电解水制氢为长期发展目标，当前制氢技术趋于成熟，碱性电解槽已实现国产化，但绿氢在生产消费结构中占比仅0.1%，发展掣肘仍在成本。未来随着绿电和电解槽成本下降，绿氢项目经济性有望逐步显现。从电解槽装机容量和制氢项目规划来看，绿氢已迎来规模化应用的快速发展阶段。中国具备廉价的可再生电力与低成本生产碱槽的制造能力，氢产业链生机勃发潜力无穷，有望孕育出世界领先的优质企业与高成长性投资机遇。 投资建议与投资标的 炼油、化工、冶金等传统工业领域构成氢需求侧的稳定存量，全球/中国当前每年对氢的需求量分别在9000万吨/3000万吨左右。而氢同时扮演能源载体和工业原料两重角色，未来随着能源转型的逐步推进，其作为能源载体的作用将日益突显，未来应用场景的拓展将带来需求的提升，交通领域的动力需求与能源领域的电力需求将构成未来氢需求的重要增量，据IEA预测，2030年全球氢需求量有望达到1.5亿吨。短期内重型交通或成为用氢侧的突破口，建议关注氢燃料电池商用车，以及绿醇、绿氨等氢基燃料在船舶动力中的使用。 制氢端目前仍以灰氢为主，但绿氢更符合长期的低碳路径，政策推动下将迎来重要发展机遇。其渗透率提升一方面来自高排放工业企业对灰氢的替代，另一方面来自新应用场景中绿氢的放量，建议关注以化工为主要用氢场景的风光制氢一体化项目进展。绿氢规模化应用的核心制约因素是成本，沿着降低可再生能源发电成本、降低电解槽设备投资两大降本路径，建议关注风光发电成本、电价政策以及核心制氢设备电解槽。相关标的包括科威尔(688551，未评级)、华光环能(600475，未评 级)、石化机械(000852，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 卢日鑫021-63325888*6118 lurixin@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860515100003 李梦强limengqiang@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860517100003 林煜linyu1@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860521080002 杨雨浓yangyunong@orientsec.com.cn 朱洪羽zhuhongyu@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 氢：战略性脱碳能源载体，发展具有必然性4 用氢：工业原料广泛应用，能源载体地位凸显6 工业领域：集燃料、原料、还原剂于一身的重要工业气体6 化工：应用成熟场景广泛，构成稳定存量市场6 冶金：钢铁工业深度脱碳的重要途径7 能源领域：贡献未来主要需求增量8 交通：重型车辆加速渗透，航空航运开辟用氢新场景9 电力：覆盖发、储、用环节的优质灵活性资源12 制氢：供给结构亟待变革，绿氢迎来发展机遇15 化石能源制氢：构成当前供给基本盘15 工业副产氢：来源丰富成本低廉的补充性氢源16 电解水制氢：脱碳转型最优解，发展空间广阔17 投资建议22 风险提示22 图表目录 图1：各类能源在终端脱碳中所扮演的角色4 图2：不同应用场景和不同地区的氢气需求6 图3：全球炼油用氢需求7 图4：全球合成氨出口量占比7 图5：我国氢消费结构7 图6：“双碳”目标下未来钢铁制造主要工艺路线8 图7：氢作为能源载体的下游应用分类9 图8：我国新能源乘用车和商用车销量及渗透率（单位：万辆）9 图9：我国燃料电池装机量及占比（单位：GWh）10 图10：2019-2023年燃料电池汽车保有量11 图11：2020-2022年道路交通领域氢消费量12 图12：2019-2030年氢/氨发电装机容量12 图13：不同储能方式对比13 图14：全球氢需求量预测（单位：万吨）14 图15：全球制氢结构（2022年，产量口径）15 图16：中国制氢结构（截至2023年6月，产能口径）15 图17：CCUS对我国天然气与煤制氢单位成本的影响（单位：元/kg）16 图18：工业副产氢与化石燃料制氢碳足迹对比（单位：tCO2/t）16 图19：不同制氢路线碳排放强度对比17 图20：全球电解槽装机容量及预测18 图21：不同制氢方式生产成本比较（单位：元/kg）18 图22：碱性电解槽制氢成本结构19 图23：PEM电解槽制氢成本结构19 图24：电解槽装机成本预测19 图25：2010-2022年全球新增规模可再生能源发电项目加权平均LCOE20 图26：基于现有项目规划的2030年全球电解槽装机量预测20 图27：我国可再生氢项目状态及产能20 图28：我国历年发电装机总容量构成（单位：GW）21 表1：氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）中氢能的战略定位5 表2：我国钢铁生产工艺占比及碳排放现状8 表3：燃料电池汽车、纯电动汽车、燃油车对比概览10 表4：制氢方法分类17 氢：战略性脱碳能源载体，发展具有必然性 减碳成为全球共识，转型脱化挑战重重。世界各国从20世纪90年代起，通过《京都议定书》、 《哥本哈根协议》、《巴黎协定》等一系列文件，达成碳达峰、碳中和共识。2023年12月， 《联合国气候变化框架公约》首次将“转型摆脱化石燃料”写入文件。然而，摆脱化石能源面临两大关键问题：一是风光等可再生能源的占比提升意味着电力系统的不可控性加大，火电占比降低又造成了电力系统调节能力的下降；二是在重工业、重型交通等领域，电气化实现难度较大，例如钢铁、水泥、化工、航运、航空等，仍需要依靠可再生电力之外的其他清洁能源来实现深度脱碳。 氢能是增加能源系统灵活性和深度脱碳的重要手段。正如我们在《探寻氢能的定位与发展逻辑》中所指出的，氢能既是补充能源系统灵活性的优质资源，有助于解决可再生能源的波动性问题，同时连接了可再生的一次电力和终端的燃料/原料需求，有望成为实现终端深度脱碳的重要载体。 图1：各类能源在终端脱碳中所扮演的角色 数据来源：能源转型委员会，落基山研究所项目组，东方证券研究所 氢能在我国能源革命与低碳转型中具重要战略意义。“十四五”以来，我国氢能产业快速发展，相关政策体系随之建立健全。《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》明确统筹推进氢能“制储输用”全链条发展。《“十四五”现代能源体系规划》对氢能技术创新、示范应用等进行部署。2022年3月，发改委与国家能源局联合发布了《氢能产 业发展中长期规划（2021-2035）》，氢能发展正式纳入国家发展规划。《规划》明确了氢能在中国能源体系和产业结构调整和升级中的角色定位。氢能是中国绿色低碳能源体系的组成部分和“双碳”目标实现的重要途径。《规划》强调了“构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系，重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢”的发展基调，同时针对绿氢制定了分阶段的发展目标： 1）到2025年，建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。目标是氢燃 料电池汽车产量达到5万辆，并建设足够数量的加氢站。可再生能源制氢产能达到10-20万吨/年， 实现二氧化碳减排100-200万吨/年。 2）到2030年，可再生能源制氢广泛应用，有力支撑脱碳目标实现，重点发展低碳出行和工业减碳。 3）到2035年，可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升，对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。 2023年8月，国家标准委、国家发改委、工信部、生态环境部、应急管理部、国家能源局六部门联合印发《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》。这是国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南，对促进氢能产业高质量发展具有基础性、战略性、引领性作用。 表1：氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）中氢能的战略定位 定位表述 定位一 氢能是未来国家能源体系的重要组成部分 充分发挥氢能作为再生能源规模化高效利用的重要载体作用及其大规模、长周期储能优势，促进异质能源跨地域和跨季节优化配置，推动氢能、电能和热能系统融合，促进形成多元互补融合的现代能源供应体系 以绿色低碳为方针，加强氢能的绿色供应，营造形式多样的氢能消费生态，提升 定位二氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体 氢能产业是战略性新兴产业 我国能源安全水平。发挥氢能对碳达峰、碳中和目标的支撑作用，深挖跨界应用潜力，因地制宜引导多元应用，推动交通、工业等用能终端的能源消费转型和高耗能、高排放行业绿色发展，减少温室气体排放。 以科技自立自强为引领，紧扣全球新一轮科技革命和产业变革发展趋势，加强氢能产业创新体系建设，加快突破氢能核心技术和关键材料瓶颈，加速产业升级壮 定位三 和未来产业重点发展方向 大，实现产业链良性循环和创新发展。践行创新驱动，促进氢能技术装备取得突 破，加快培育新产品、新业态、新模式，构建绿色低碳产业体系，打造产业转型升级的新增长点，为经济高质量发展注入新动能。 数据来源：国家能源局，东方证券研究所 用氢：工业原料广泛应用，能源载体地位凸显 作为一种用途广泛的二次能源，氢能可以在多个生产和消费环节作为替代能源进行使用，而氢气本身作为一种重要的工业气体，在传统工业领域已有非常广泛的应用，因此未来氢将同时扮演能源载体和工业原料两重角色，在重工业、交通、建筑、电力等行业中有不同的应用场景。 工业领域：集燃料、原料、还原剂于一身的重要工业气体 目前，全球每年的氢气产量几乎全部用于非能源领域。根据IEA数据，2022年全球氢气用量达到9500万吨，同比增长近3%创下历史新高，但从应用场景来看仍然集中在传统的工业和炼油领域，而来自运输、电力、建筑等新应用领域的氢需求量非常低，占比不到0.1%。分地区来看，中国是全球最大的氢气消费国，年需求量占全球总量的29%，主要的用氢地区还包括北美、中东、印度和欧洲。 图2：不同应用场景和不同地区的氢气需求 数据来源：IEA，东方证券研究所 化工：应用成熟场景广泛，构成稳定存量市场 全球范围内，炼油用氢当前在终端需求中占比最高。在石化行业，氢气被广泛用于对石脑油、粗柴油、燃料油、重油的脱硫，石油炼制，催化裂化以及不饱和烃等的加氢精制。在所有终端应用场景中，炼化行业目