2023 年深度行业分析研究报告

2023年深度行业分析研究报告 目录 第一章：氢能产业链上游 第二章：氢产业链中游（燃料电池动力系统）第三章：氢能关键装备市场展望 第四章：我国氢能发展规划介绍 第五章：海外氢能发展规划介绍 第一章：氢能产业链上游 图1：氢能优势与应用场景 01 无碳排、无污染 氢气燃烧过程无碳排放、无污染物产生 02 热值高 氢气是常见燃料中热值最高的（143kJ/g），是石油的约3倍，煤炭的4.5倍 03 安全性好 氢气在发生泄露后极易扩散，爆炸下限浓度高于汽油和天然气 04 应用场景丰富 资料来源：国鸿氢能，国信证券经济研究所整理 交通运输领域：氢燃料电池汽车 交通运输业排放占全球碳排放量的1/3。燃料电池车具有零排放、续航里程长等特点，是交运行业减碳的最佳选择 建筑领域：分布式热-电联供系统 氢气供燃料电池发电，燃料电池发电产生热量用于供暖与热水供应 储能领域：氢储能参与电网辅助 氢储能系统耦合风光等可再生能源参与电网削峰填谷、调峰调频等作用 工业领域：氢能炼钢 利用氢气的高还原性，代替焦炭作为高炉还原剂，以避免钢铁生产中的碳排放 上游 中游（部分） 下游 图2：氢能产业链概览 制氢 氢储运 氢加注 化石能源制氢 高压气氢低温液氢固态储氢 加氢站 煤制氢 天然气制氢 石油类燃料制氢 工业副产氢 焦炉气 氯碱副产气 丙烷脱氢副产气乙烷裂解副产气 燃料电池动力系统 燃料电池电堆 催化剂质子交换膜气体扩散层双极板密封圈紧固件 系统其他主要部件 空压机氢气循环泵增湿器储气瓶散热器DC/DC泵与阀件等 燃料电池应用 交通 汽车船舶轨道交通叉车 固定式应用 分布式电力系统家庭热电联产备用电源 军用 便携电源无人机舰艇动力系统备用电力系统 航天 火箭发动机 资料来源：亿华通，国信证券经济研究所整理 根据中国氢能联盟的预测，在2030年碳达峰愿景下，我国氢气的年需求量预期达到3,715万吨，在终端能源消费中占比约为5%；可再生氢产量约为500万吨，部署电解槽装机约80GW。在2060年碳中和愿景下，我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右，在终端能源消费中占比约为20%。其中，工业领域用氢占比仍然最大，约7,794万吨，占氢总需求量60%；交通运输领域用氢4,051万吨，建筑领域用氢585万吨，发电与电网平衡用氢600万吨。 图3：我国氢气年产量以及未来预期（万吨）图4：2060年我国氢气各领域用量展望 14000 12000 10000 8000 6000 4000 13030 建筑领域4% 交通运输31% 发电与电网平衡5% 工业60% 9690 5276 3342 3715 2000 0 20202030E2040E2050E2060E 数据来源：中国氢能联盟，国信证券经济研究所整理及预测 数据来源：中国氢能联盟，国信证券经济研究所整理 •当前全球氢气年产能约7000万吨，我国氢气产能约3342万吨；国外市场以天然气制氢为主，占比约为75%；我国以煤制氢为主，占60%以上。 •全球可再生能源制氢占比极小，却是降低燃料电池汽车全生命周期碳排放量的主要途径，因此正在得到全球范围的大力推动。我国碱性水电解制氢技术较为成熟，应用比较广泛，但存在单体制氢能力较小、电流密度小、占地面积大等问题。质子交换膜电解制氢技术国内外均处于研发和小量应用阶段，我国质子交换膜制氢技术在设备成本、催化剂技术、质子交换膜本身等方面与国际先进水平差距较大。因此，短期以成熟的碱性水电解制氢技术为主，中长期为碱性、质子交换膜等多种制氢方式并存。其他制氢方式包括生物质制氢、光解水制氢、核能制氢等，但目前仍处于实验研发阶段，尚无规模化应用。 表1：不同制氢技术路线对比 技术路线 优势 劣势 规模（立方米/小时） 碳排放（kgCO2/kgH2) 化石原料制氢 煤气化天然气重整 产量高，成本低，技术成熟 工艺流程长，碳排放量大 5000~500000 1000~100000 25~3010~12 工业副产氢 焦炉煤气氯碱副产氢烷烃脱氢合成氨醇 相比煤制氢初次投资更小，能建设地点受制于原料供应耗更低 5000~100000 2000~100000 <5 2000~10000 50~10000 常规电 设备简单，运行稳定 能耗高，制氢成本高 25~30 电解水制氢10~2000 可再生电可再生能源丰富，可显著降低成本 不稳定性带来的频繁启停、负 荷变动问题 ~0 数据来源：中国氢能联盟，国信证券经济研究所整理 •2019年，我国氢气主要来源于化石能源制氢（煤制氢、天然气制氢）；其中，煤制氢与产量达到2,124吨，占我国氢能产量的63.54%，天然气制氢产量为460万吨，占我国氢能产量的14%，而电解水制氢产量仅约为50万吨。 •煤制氢技术路线稳定高效，制备工艺成熟，也是成本最低的制氢方式，经测算，在原料煤价格在800元/吨时，制氢成本约为12.64元/kg。 •天然气制氢技术中，蒸汽重整制氢较为成熟，是国外主流的制氢方式，经测算，在天然气价格为2.5元/Nm3时，天然气制氢的成本约为12.79/kg，其中天然气原料成本占据总成本的70%以上。 图5：2019年我国氢气来源 电解水制氢 1% 表2：化石能源制氢成本构成比较 化石能源制氢 煤制氢 天然气制氢 化石原料费用（元/kg） 6.72 9.39 氧气原料费用（元/kg） 2.35 0.00 辅助材料费用（元/kg） 0.48 0.16 燃料动力消耗（元/kg） 0.77 2.06 直接工资（元/kg） 0.13 0.13 制造费用（元/kg） 1.51 0.73 财务及管理费（元/kg） 0.67 0.32 氢气制备成本（元/kg） 12.64 12.79 工业副产氢 21% 天然气制氢 14% 数据来源：中国氢能联盟，国信证券经济研究所整理 煤制氢 64% 数据来源：《氢能供应链成本分析及建议》，国信证券经济研究所测算 •我国工业副产氢资源丰富，可作为我国氢能发展初期的过渡性氢源。化石能源制氢过程碳排放巨大，而在工业副产物中提取氢气既可减少碳排，又可以提高资源利用率与经济效益。目前我国排空的工业副产氢产量约为450万吨，可供97万辆氢燃料公交车全年运营。其中，PDH以及乙烷裂解副产氢约为30万吨，主要分布在华东及沿海地区；氯碱副产氢约为33万吨，主要分布在新疆、山东、内蒙古、上海、河北等省市；焦炉煤气副产氢约为271万吨，主要分布在华北、华中地区；合成氨醇等副产氢约为118万吨，主要分布在山东、陕西、河南等省份。 图6：我国工业副产氢地域分布表3：我国工业副产氢概况 副产氢产量 （万吨） 氢气出厂价格 (元/kg） 可供公交车数量 （万辆） 数据来源：《中国氢能产业发展报告2020》，国信证券研究所整理 焦炉煤气2719.3-14.958.9 氯碱化工 33 13.4-20.2 7.1 烷烃脱氢3014-20.26.5 合成氨醇 118 14.6-22.4 25.6 数据来源：《中国氢能产业发展报告2020》，国信证券研究所整理 •电解水制氢主要有碱性电解（AWE）、质子交换膜（PEM）电解、固体氧化物（SOEC）电解这三种技术路线。碱性电解水制氢技术路线成熟，设备造价低，更具经济性。PEM电解水由于具有良好的对可再生能源发电波动的适应性以及更高的能量转化效率，目前已成为主流的电解水技术。根据国际能源署（IEA）数据显示，2015-2019年间，全球新增电解槽装机中，PEM电解槽装机容量占比超过80%。 表4：电解水技术路线对比 碱液电解水（AWE) 质子交换膜电解(PEMEC) 固体氧化物电解（SOEC） 电解质隔膜 30%KOH石棉膜 质子交换膜 固体氧化物 电流密度/(A.cm-2) <0.8 1-4 1-10 电耗（kW.h.N-1.m-3） 4.5-5.5 3.7-4.5 2.6-3.6 工作温度/℃ 70-90 70-80 700-1000 产氢纯度 >99.8% >99.99% >99.99% 能量效率 60-75% 75-90% 85-100% 操作特征 快速启停，产气需要脱碱 快速启停，产物仅水蒸气 启停不便，产物仅水蒸气 电能质量要求 稳定电源 稳定或波动电源 稳定电源 动态响应能力 较强 强 较弱 电解槽寿命 12000h 10000h — 可维护性 强碱腐蚀强，运维成本高 无腐蚀性介质，运维成本低 — 技术成熟度 充分产业化 初步产业化 研发期 特点 技术成熟，成本低 良好的可再生能源适应性 转化效率较高 数据来源：《电解水制氢技术研究进展与趋势》，国信证券经济研究所整理 •电解水制氢成本一般包括设备成本、能源成本（电力）、原料费用（水）以及其他运营费用。与化石能源制氢和工业副产氢相比，碱性和PEM制氢技术在生产运行成本与设备投资成本上均较为昂贵。随着未来可再生能源发电平价上网，尤其是对局部区域弃风弃光的充分利用，可再生能源电价有望持续降低。 •以目前的电解水平，当可再生能源电价降至0.2元/kWh时，电解水制氢成本将接近于化石原来制氢成本。同时，随着制氢项目的规模化发展、关键核心技术的国产化突破、电解槽能耗和投资成本的下降以及碳税等政策的引导下，电解制氢技术在降低成本方面极具发展潜力。 表5：电解水制氢成本构成图7：电解水成本（元/kg）随电价（元/kWh）变动走势图 16.8 4.8 电解槽折旧费用（元/kg） PEM电解水 碱性电解水 碱性电解PEM电解 60 人工与运维费用（元/kg）2.32.3 土建与设备安装费用（元/kg）0.40.6 单位成本（元/kg）41.149.9 电费（元/kg）33.630.2 50 40 30 20 10 0 0.10.20.30.40.50.6 数据来源：《氢能供应链成本分析及建议》，国信证券经济研究所测算数据来源：《氢能供应链成本分析及建议》，国信证券经济研究所测算 11 表6：制氢业务相关上市公司梳理 上市公司 代码 涉及业务 宝丰能源 600989.SH 公司总投资14亿元建设全球最大规模的太阳能电解水制氢储能及综合应用示范项目，主要包括新建20,000Nm3/h碱性电解槽电解水制氢装置（合计年产氢气1.6亿Nm3/年）及配套公辅设施，制取绿氢用于化工生产。 美锦能源 000723.SZ 公司采用焦炉煤气制氢，可实现低成本高效大规模制氢。 东华能源 002221.SZ 公司目前拥有PDH产能198万吨/年，副产5.6万吨/年氢气。预计到2030年，公司将形成年产超900万吨PDH、800万吨PP、氢气产能45万吨 中国石化 600028.SH 公司氢气年产能力超390万吨，占全国氢气产量的11%左右 中国旭阳集团 1907.HK 公司现运营焦化规模1210万吨/年，预计2025年达到3000万吨/年，2030年达到6000万吨/年；旭阳集团现有氢资源26.6亿方/年，预计2025年氢资源超过65亿方/年，2030年氢资源超过130亿方/年。 华昌化工 002274.SZ 公司二期项目可生产合成气（氢气、一氧化碳），装置合成气生产能力总计为110000立方/小时，在氢气制取方面，每年可生产氢气达20万吨 鸿达兴业 002002.SZ 公司目前拥有100万吨氯碱产能，副产氢气可达2.5万吨/年。 金能科技 603113.SH 公司建设90万吨/年丙烷脱氢与8×6万吨/年绿色炭黑循环利用项目、6.5亿立方/年清洁氢能源项目，公司每年可副产氢气4.1万吨。 卫星化学 002648.SZ 公司全资子公司浙江卫星能源已建成年产90万吨丙烷脱氢制丙烯装置，可副产氢气3万吨/年。 滨化股份 601678.SH 公司与北京亿华通共同出资设立了山东滨华氢能源有限公司，主要业务方向是为氢燃料电池汽车加氢站提供氢气，目前公司副产氢气1.7万吨/年。 数据来源：各公司官网，Wind，国信证券经济研究所整理，注：各公