电气设备行业专题研究：液态阳光：绿氢+CCUS，绿醇新技术

电气设备行业专题研究 / 液态阳光：绿氢+CCUS，绿醇新技术 / 2024年07月04日 【投资要点】 液态阳光：绿氢+CCUS，绿醇新技术，即利用可再生能源（如太阳能和风能）电解水制氢，再将二氧化碳与氢气转化为甲醇的新技 术，解决风光波动、氢能消纳和CCUS三重难题。关键技术包括可再生能源制氢、高活性、高选择性和稳定性催化剂研发。 经济测算：绿电绿氢成本下降，碳交易收入提升，具备经济性 1）绿电成本：根据正文文献数据，2030年优质资源区风光度电成本有望降至0.18和0.22元。到2030年，绿电购买度电成本将降至 0.38元，2050年将降至0.3元。 2）绿氢成本：采用专用陆上风电和光伏+碱性电解槽制备氢气的经济性，在2025年后将超越天然气制氢+CCS。风光耦合制氢成本有 望降至8.6-13.3元/kg。 3）绿醇成本：规模达到10万吨/年，度电成本降至0.15元，具备经济性。考虑到实施《碳排放权交易管理办法（试行）》，消耗二氧 化碳能获得直接的经济收益，全球碳税和ETS价格有望维持上升趋势，经济性有望进一步体现。 供需动态：政策鼓励，供需潜力大。政策端，国家鼓励“电解水制氢和二氧化碳催化合成绿色甲醇”。供给端，中国占全球甲醇产能的59%，煤制甲醇路线占比超3/4，天然气制甲醇等属于限制类项目。需求端，海运、航空和道路交通领域应用空间巨大。 强于大市（维持） 东方财富证券研究所 证券分析师：周旭辉 证书编号：S1160521050001 证券分析师：朱晋潇 证书编号：S1160522070001电话：021-23586740 相对指数表现 7/49/411/41/43/45/4 3.28% -4.85% -12.97% -21.10% -29.23% -37.35% 电气设备沪深300 相关研究 《锂电行业触底待出清+供给侧改革，成本领先标的有望率先走出来》 2024.06.21 《光伏产品出口月报（2024年5 月）》 2024.06.21 《内外需求共振，海风有望迎来新一轮周期》 项目进展：国内陆续展开，数个项目在产在建。 【配置建议】 建议关注：中煤能源、中海石油化学、中国石化、隆基绿能、东方盛虹、鲁西化工、吉电股份、中远海运国际、中广核新能源。 【风险提示】 成本下降不及预期；需求端不及预期；行业竞争格局发生变化；政策风险；碳交易价格变化的风险等，具体详见正文。 2024.06.21 《国网ECP发布特高压新线路可研招标，特高压设备供应商再添业绩确定性》 2024.06.20 《绿电绿氢占比提升，绿色生产力显现》 2024.06.17 行业研究 电气设备 证券研究报告 2017 正文目录 1.液态阳光：绿氢+CCUS，绿醇新技术4 1.1液态阳光是什么？4 1.2为什么看好液态阳光？4 1.3液态阳光关键技术有哪些？6 2.经济分析：绿电绿氢成本下降，碳交易收入提升8 2.1绿电成本：2030年优质资源区风光度电成本降至0.18和0.22元8 2.2绿氢成本：2025年风光耦合制氢成本有望降至8.6-13.3元/kg9 2.3液态阳光：经济性初现，碳交易收入影响大10 3.供需动态：政策鼓励，供需潜力大13 3.1供需政策：煤制甲醇占超3/4，绿醇路线政策鼓励、需求潜力大13 3.2项目进展：国内陆续展开，数个项目在产在建14 4.建议关注：液态阳光、绿色甲醇相关标的15 4.1中煤能源15 4.2中海石油化学16 4.3隆基绿能16 4.4中国石化17 4.5东方盛虹17 4.6鲁西化工18 4.7吉电股份、中远海运国际18 4.8中广核新能源18 5.风险提示20 2017 图表目录 图表1：液态阳光概念示意4 图表2：常见燃料性能对比5 图表3：中国氢气对甲醇需求占石化应用比重为28%5 图表4：甲醇的能源利用流程5 图表5：液态阳光燃料合成工业技术路线6 图表6：二氧化碳加氢制甲醇主要反应6 图表7：中国优质资源区可再生能源平准化度电成本图8 图表8：绿电获取成本趋势图8 图表9：绿电发电占比和购买成本预测8 图表10：三种主要水电解制氢方式性能参数表9 图表11：液态阳光甲醇单位产品成本分析10 图表12：碳交易收入对液态阳光甲醇单位产品影响大11 图表13：全球碳税和ETS覆盖24%的碳排放量11 图表14：CBAM等政策将提高碳税和ETS覆盖面11 图表15：2017-24年全球主要地区碳税价格12 图表16：2017-24年全球主要地区ETS价格12 图表17：2030年碳价预测区间USD226-385/tCO2e（巴黎协定1.5℃温控）12 图表18：2023年中国占全球甲醇产能的59%13 图表19：2023年我国煤制甲醇路线占比超3/413 图表20：2015-24年甲醇吨价在1500-3500元波动13 图表21：2015-24年甲醇开工率震荡向上13 图表22：我国绿色甲醇在建项目不完全统计14 图表23：中煤图克绿色低碳产业示范园区规划—基础物料供应15 图表24：中煤绿氢产业链规划装置（万吨/年）15 图表25：中煤绿氢产业链图16 图表26：2020年中海化学建成全球最大规模绿色甲醇工业装置16 图表27：盛虹绿色负碳产业链17 图表28：行业重点关注公司19 2017 1.液态阳光：绿氢+CCUS，绿醇新技术 1.1液态阳光是什么？ 液态阳光，又称液态太阳燃料，是指利用太阳能和风能等可再生能源制取绿色氢气，结合二氧化碳加氢技术制备以甲醇为代表的液态燃料和有机化学品。2018年Shih等提出液态阳光概念，其本质是利用可再生能源将二氧化碳和水转化为液态燃料和有机化学品，将地域受限、存在波动的可再生能源转化为方便储存、运输和使用的化学能，同时又实现了二氧化碳的减排。 图表1：液态阳光概念示意 资料来源：《液态阳光甲醇合成技术》（唐珊等，化学反应工程与工艺，2023年10月），东方财富证券研究所 1.2为什么看好液态阳光？ 一箭三雕，解决CCU+风光波动和氢能消纳三重问题。 一、风光波动消纳：可解决风电、光伏等间歇性能源的规模化储能和调峰问题，规模化消纳可再生能源，解决弃风、弃光问题。例如，10万吨甲醇相当于6亿度电，可长时储存700MW级光伏电。 二、氢气储运消纳：甲醇作为氢能的载体，解决氢能制备、储存和运输的安全性和成本问题。甲醇水汽重整制氢技术趋于成熟，条件温和，储氢量可达18.75%。将甲醇作为液态阳光首要目标产物是结合市场需求大、能量密度高、存储方便等因素综合考虑。甲醇能作为基础原料生产包括甲醛、二甲醚、乙酸、甲基叔丁基醚、烯烃和芳烃等在内的一系列化学品，市场需求量巨大；甲醇还可作为燃料，相比氢气、一氧化碳、甲烷和二甲醚等气体，液态甲醇具有能量密度高、储存和运输便捷、安全性高等特点；甲醇可以直接使用现成的以汽油为主的液体燃料储存运输设施；除了用于内燃机，甲醇还能用于甲醇燃料电池产生电能；甲醇通过重整反应能重新释放出氢气，因此甲醇能作为氢气的载体。 2017 图表2：常见燃料性能对比 燃料 氢气 氨气 甲醇 天然气 气体密度/(kg/m³) 0.0899 0.771 常温液态 0.7174 液体密度/(kg/L) 0.071 0.674 0.79 0.43～0.47 液化温度/℃ −252.5 −33.4 64.7 −161.5 低热值/[MJ/(Nm³)] 18 14.36 16.7（常温液态） 38.5 低热值/[MJ·(kg)] 143 18.6 2.1 50.1 爆炸极限/% 4.1～75 15～27 5.5～44 5.3～15 燃点/℃ 570 651.1 463.8 270～540 燃烧点能量(点火能量)/MJ 0.019 680 0.2 0.29 排放 水,无碳、污染物排放 理论为水和氮气,可能有氮氧化物排 二氧化碳、水 二氧化碳、水,可能有硫、氮化物 资料来源：《支撑绿氢大规模发展的氨、甲醇技术对比及应用发展研究》（郑可昕，南方能源建设，2023年第3期），东方财富证券研究所 图表3：中国氢气对甲醇需求占石化应用比重为28% 行业分布 产能（万吨/年） 占比，% 合成氨 1270 31 甲醇 1150 28 焦炭和兰炭副产氢综合利用 615 15 炼油用氢 450 11 煤化工 411 10 其他方式 205 5 资料来源：《中国绿氢产业规模化发展的挑战、实践与方向》（林云涛，中外能源，2024年第7期），东方财富证券研究所 三、CCUS甲醇还可以资源化转化二氧化碳，解决工业刚性排放二氧化碳的问题。规模化生产液态阳光甲醇，可兼顾经济发展，实现变废为宝，并可缓解我国液态燃料短缺的局面。 图表4：甲醇的能源利用流程 资料来源：《支撑绿氢大规模发展的氨、甲醇技术对比及应用发展研究》（郑可昕，南方能源建设，2023年第3期），东方财富证券研究所 2017 1.3液态阳光关键技术有哪些？ 关键技术一：可再生能源制氢。利用太阳能分解水制氢的技术有三种，分别是光催化、光电催化和光伏-电催化耦合制氢。目前直接利用太阳光将水分解为氢气和氧气的光催化技术和光电催化技术并不成熟，太阳能制氢的能量转化效率不到5%，还处于实验室研究阶段。相比之下，将太阳能转化为电能的光伏技术较为成熟，可达到20%以上的光电转化效率，已实现大规模商业化。电催化分解水制氢技术目前已有商业化，效率可达70%，使用寿命大于十年。将光伏-电催化技术耦合，最终的太阳能制氢的能量转化效率可达14%以上，是目前工业上最可行的太阳能制氢技术。 图表5：液态阳光燃料合成工业技术路线 资料来源：《液态阳光：碳减排的中国智慧——访中国科学院院士李灿》（王伟，能源评论，2021年第1期），东方财富证券研究所 关键技术二：二氧化碳加氢制甲醇（绿色甲醇）。合成甲醇过程中可能主要发生如下反应：（1）二氧化碳加氢制甲醇反应；（2）二氧化碳加氢生成一氧化碳和水的逆水煤气变换反应；（3）二氧化碳加氢的甲烷化反应；（4）一氧化碳加氢制甲醇反应。 图表6：二氧化碳加氢制甲醇主要反应 资料来源：《液态阳光甲醇合成技术》（唐珊等，化学反应工程与工艺，2023年10月），东方财富证券研究所 研发出高活性、高甲醇选择性、低甲烷选择性、高稳定性、能适应不同工况的催化剂可进一步提高二氧化碳加氢制甲醇过程的生产效率。这主要由 2017 于二氧化碳加氢制甲醇是分子数减少的放热反应，从热力学角度分析，低温高压条件下甲醇的平衡产率会更高。但是低温条件下反应主要受动力学限制，反应速率较慢，导致实际甲醇生成速率较低。 太阳能等可再生能源存在波动性，通过电解水供应的氢气也可能存在一定波动，这会导致后续甲醇合成过程的工况变化，因此催化剂对于不同工况的适应性变得重要。 2.经济分析：绿电绿氢成本下降，碳交易收入提升 2.1绿电成本：2030年优质资源区风光度电成本降至0.18和0.22元绿电生产和购买成本快速下降。根据《中外能源》（2023年第28卷，孙 海萍等，中国海油集团能源经济研究院）的数据，到2030年，中国陆上光伏、 陆上风电和海上风电的单位投资成本将分别降至2700元/kW、6000元/kW和 11000元/kW。从平准化度电成本的角度看，据彭博新能源预测，到2030年， 中国优质资源区陆上光伏、陆上风电和海上风电的发电成本将分别降至0.22元/kWh、0.18元/kWh和0.36元/kWh。按照目前风电光伏装机发展趋势，预计光伏发电量在电网中的占比会持续提升。到2030年，绿电购买成本将降 至0.38元/kWh，2050年将降至0.3元/kWh。 图表7：中国优质资源区可再生能源平准化度电成本图图表8：绿电获取成本趋势图 资料来源：《绿氢制备经济性趋势分析》（孙海萍等，中外能源，2023年第10期），东方财富证券研究所 资料来源：《绿氢制备经济性趋势分析》（孙海萍等，中外能源，2023年第10期），东方财富证券研究所