电气设备行业：寻找氢的能源定位，从日本和马斯克的分歧说起

寻找氢的能源定位——从日本和马斯克的分歧说起 电气设备 评级：看好 日期：2024.05.24 证券研究报告|行业跟踪 报告要点 日本是在氢能源的方向上走的最早、最坚定的国家之一，是全世界第一个把氢能作为国家战略的国家。然而，马斯克则表示“氢气是我能想象到的能源存储最愚蠢的事情”。如何看待日本和马斯克的分歧？如何理解氢在能源体系中的定位？我们试着结合氢的物理属性和应用场景，提出我们的思考。 针对氢在能源体系中的定位，我们构建了四维指标：热值价格、体积能量密度、质量能量密度、能量效率。氢的在质量能量密度方面有优势，在体积能量 密度、能量效率方面存在劣势。从热值价格角度，氢并没有贵的离谱：以20 元/kg的氢气价格计算，氢的热值处于中游水平。如果氢能价格下降到10元 /kg，则氢的热值价格接近天然气。 氢能主要应用场景将集中于“难电气化”领域，重卡、长时储能、热电联动等场景构成补充。“电-氢-电”循环的不足40%的能量效率确实有很大劣势。但 分析师蔡紫豪 登记编码：S0950523070002 ：caizihao@wkzq.com.cn 分析师张鹏 登记编码：S0950523070001：18373169614 ：zhangpeng1@wkzq.com.cn 行业表现2024/5/23 4% -5% -14% -22% -31% -40% 2023/52023/82023/112024/2 我们认为，除了能量效率外，还要考虑到质量能量密度和体积能量密度，并结电气设备沪深300 合具体的应用场景。1）在水泥、玻璃、钢铁等难以电气化的领域，氢能是最 可行的减碳路径。2）在重卡等对重量敏感的领域，氢能可以发挥高质量能量密度优势；3）即使在“电-氢-电”的循环中，两个“电”的时间、空间可能发生的变化，其内含的经济价值也是不一样的，在跨季节长时储能场景，氢能依然可以发挥经济价值。4）如果考虑热电联动，氢能源依然是一种经济高效的能源。 天然气和氢气具有天然的联系，氢能的定位可以类比天然气，看好天然气和 氢气的融合发展。天然气的主要成分甲烷是含氢量最高的烃类，天然气和氢 能有着天然的联系。天然气和氢都是绿色清洁的能源，都具有较高的质量能量密度，但在体积能量密度上存在短板。从储运方式来看，天然气和氢气的储运有相似之处，天然气的存量基础设施可以重复利用于氢能。从应用场景来看，天然气和氢能的应用场景亦有相似之处。天然气的消费结构以工业燃料和城市燃气需求为主，其次为天然气发电、化工用气。在这些领域中，氢气同样可以扮演角色。 投资建议：建议关注氢能储、运、加全产业链布局的中集安瑞科。 资料来源：Wind，聚源相关研究 《五大指标洞察行业变化（23年&24Q1）— —电网储能电力》(2024/5/17) 《光伏、风电行业2024年年报一季报总结：业绩承压，否极泰来》(2024/5/16) 《锂电行业点评：中游材料受益于以旧换新政策，IRA法案或边际宽松》(2024/5/10) 《锂电材料行业2024年Q1财报点评：盈利承压，有望进入底部区间》(2024/5/9) 《五矿证券新能源产业趋势跟踪（24年4月 下）：以旧换新政策落地，叠加北京车展共同刺激汽车市场需求》(2024/5/6) 《氢能爆发，基建先行，储运设备国产化进程几何》(2024/4/22) 《锂电行业点评：低空经济和半固态电池有 望促进高能量密度电池发展》(2024/4/19) 《新能源产业趋势跟踪（24年4月上）：新兴市场的电池需求有望逐步打开》(2024/4/18) 《新能源产业趋势跟踪（24年3月下）：新能源车单月渗透率新高，小米首车上市破圈》(2024/4/8) 《五矿证券新能源产业趋势跟踪（24年3月上）：需求回暖供给释放延迟，光伏底部渐清晰》(2024/3/20) 风险提示：1、市场竞争加剧。氢能的市场前景吸引众多公司布局，可能导致竞争加剧，影响企业盈利能力。 2、技术变动风险。氢能源行业仍在产业初期，技术路线存在变数，相关技术的变动可能影响企业盈利。 内容目录 一、氢能观点的对撞：日本VS马斯克3 二、寻找氢的能源定位4 1、能源视角下，氢能的四维指标4 2、氢能的应用场景探寻6 三、定位对标：现有能源中，谁和氢气最为类似？11 四、投资建议14 风险提示14 图表目录 图表1：日本氢能发展的重要节点3 图表2：不同能源的单位热值价格（元/MJ）4 图表3：不同能源的单位质量热值（MJ/kg，LHV）5 图表4：不同能源的单位体积热值(MJ/Nm3，LHV)5 图表5：P2X的能量效率6 图表6：建材行业首批重大科技攻关项目6 图表7：德国的氢能一体化项目西海岸1008 图表8：中国与欧洲的氢冶金项目8 图表9：2060年中国氢冶金发展的路线9 图表10：纯电重卡和氢能重卡对比9 图表11：日本家庭用燃料电池系统数量11 图表12：天然气的排放指标明显由于煤炭12 图表13：天然气消费量在2040年之前仍有增长空间12 图表14：天然气和氢气的性质最为相似13 图表15：2023年中国天然气消费结构13 图表16：天然气与新能源融合发展路径14 日本是在氢能源的方向上走的最早、最坚定的国家之一。2017年，日本就发布了《氢能基本战略》，是全世界第一个把氢能作为国家战略的国家。然而，氢能源的反对之声也不少见。马斯克就曾说过“氢气是我能想象到的能源存储最愚蠢的事情”。如何理解氢在能源体系中的？我们试着结合氢的物理属性和应用场景，提出我们的思考。 一、氢能观点的对撞：日本VS马斯克 日本对待氢能源的态度非常积极。早在1973年，日本就成立了“氢能源协会”。2009年，日本政府发布了《燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图》，明确燃料电池的商业化进程。 福岛核电站事故是日本能源政策的一个巨大转折点。福岛核电站事故使日本被迫放弃了对核能的期待，从而更加重视氢能源。2013年安倍政府推出《日本再复兴战略》，提到4次“氢能”，把发展氢能源提升为国策，并启动加氢站建设的前期工作。2014年，内阁修订了《日本再复兴战略》，发出建设“氢能社会”的呼吁。同年日本提出第四次《能源基本计划》，将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源，提出建设“氢能社会”，并公布了《日本氢和燃料电池战略路线图》。对日本来说，2014年可以说是“氢能社会”的元年。2017年，日本提出了《氢能战略》，是全球第一个提出氢能战略的国家。2023年，日本在原有氢能战略的基础上又进行了一定的修正。 年份政策规划 图表1：日本氢能发展的重要节点 1973日本成立“氢能源协会”，以大学研究人员为中心进行氢能技术研发，氢能与燃料电池的发展拉 开序幕 1993新能源和产业综合开发机构NEDO牵头开展了一项为期10年的氢能源系统技术研究开发项目 2008日本燃料电池商业化协会制定2015年向普通用户推广燃料电池车计划 2009日本政府发布《燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图》，再次明确了日本燃料电池的商 业化进程 2013安倍晋三政府推出《日本再复兴战略》，把发展氢能提升为国策，并启动加氢站建设的前期工作 2014日本内阁修订《日本再复兴战略》，发出建设“氢能源社会”的呼吁；发布《第四次能源基本计划》，将氢能定位为与电力和热能并列的核心二次能源，提出建设“氢能源社会”；公布《日本 氢和燃料电池战略路线图》 2015安倍晋三政府在施政方针演说中表达了实现“氢能社会”的决心，旨在继续建造燃料电池加氢站之后，通过氢能发电站的商业运作来增加氢能流动量并降低价格；NEDO出台氢能白皮书，将氢 能定位为国内发电的第三支柱 2017日本发布《氢能基本战略》，将氢能作为重要的二次能源进行示范应用，提出2030年实现氢燃料电池发电商业化，建立大规模氢能供给系统，2050年全面普及氢燃料电池汽车，建成零碳氢 燃料供给系统；鼓励家用燃料电池消费，采用ENE-FARM替代家庭传统能源 2018日本政府牵头组织车企、能源、气体、金融企业多方合作，建立JpanH2Mobility经营实体，加 快推进氢能基础设施建设和运营 2019日本发布氢能利用进度表，明确氢能应用的关键目标；在与国际能源书合作发布的报告《氢能的未来》中，日本呼吁尽快启动第一条氢贸易国际航线；日本将大规模拓展氢气海外贸易，积极发 展燃料电池汽车海外销售市场 2020日本提出碳中和行动计划，明确到2030年将年度氢能供应量增加到300万吨，到2050年达到 2000万吨。重点发展氢燃料电池动力汽车、船舶和飞机，2050年将现有传统燃料船舶全部转化为氢、氨、液化天然气等低碳燃料动力船舶；开展燃氢轮机发电技术示范；推进氢还原炼铁工艺技术开发； 2021日本通过《第六次能源计划》，明确电力行业通过氢/氨发电和基于碳捕集、利用与封存 （CCUS）技术创新火力发电模式；电气化不可行的部门（如高温、高压需求）将通过使用氢 能、合成甲烷和合成燃料进行脱碳。2030年氢/氨发电占比将实现1%。 2023发布《氢能战略（修订版）》，新设定了到2040年氢（含氨）供应量1200万吨/年的目标。日 本将致力于实现到2030和2050年氢能供应成本30日元/立方米（约合1.5元人民币/立方米）和20日元/立方米，以及2030年氨供应成本10日元/立方米氢当量的目标。明确低碳氢排放量低于3.4千克CO2/千克H2 资料来源：《全球氢能产业发展的现状与趋势》张然,中国科学院科技战略咨询研究院，五矿证券研究所 马斯克一直是氢能的反对者。马斯克认为氢能源车为“一种非常糟糕且愚蠢的技术”，并且氢能源也是“储能领域最愚蠢的选择”。马斯克的核心逻辑在于转换效率——“为了产生一公斤的氢气，所需的电量高达55度，而用这相同的电量，一辆电动车能够轻松驾驶逾400公里。反观，用一公斤氢气，汽车的行驶距离却仅为约80公里。” 怎么看待氢在能源系统中的定位？日本是否选择了错误的路线？ 二、寻找氢的能源定位 我们认为，“电-氢-电”循环确实在能量效率角度存在劣势，但能量效率并非唯一考量因素。在很多“难电气化”的领域，氢能依然是降低碳排放的最可行手段。同时，如果考虑热电联动，氢的能量效率也可以大幅提升。 1、能源视角下，氢能的四维指标 我们认为，在氢能源应用推广的过程中，核心关注两点：经济性和应用场景。基于以上两点，我们进一步延伸出4个指标：热值价格、体积能量密度、质量能量密度、能量效率。 （1）热值价格 乙醇、甲醇、汽油、天然气、氢气，不同类型的能源有不同的价格。我们将上述能源价格统一为单位热值价格——能提供1MJ热值对应的价格。 可以看出，不同燃料的热值价格有很大差异。氢的热值价格并非高到离谱。按20元/kg的绿氢价格估算，其单位热值的价格依然低于汽油、柴油。如果绿氢价格能下降到10元/kg，其单位热值的价格可以和天然气竞争。从这个角度来看，氢作为能源有很大的发展前景。 图表2：不同能源的单位热值价格（元/MJ） 热值价格 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 资料来源：氢能百问百答手册,五矿证券研究所 2）质量能量密度 氢的质量热值非常高，这是氢能源的长板。如果对燃料的质量非常敏感，氢是非常合适的能量载体。比如在航天飞机中，就经常以液氢作为燃料。与此相对应的是锂电池。以能量密度300wh/kg的锂电池为例，换成为MJ单位后，质量热值只有1.08MJ/kg，明显偏低。这也导致锂电池不适合于一些对重量敏感的应用场景。 图表3：不同能源的单位质量热值（MJ/kg，LHV） 140 120 100 80 60 40 20 0 质量热值（MJ/kg,LHV) 121121 50 4342.5 29 26.9 19.618.6 1.08 资料来源：氢能百问百答手册,五矿证券研究所 3）体积能量密度 1立方米氢气的热值约10.8MJ，大约为天然气的1/3，更是远低于LNG、汽油、柴油。