绿氨产业发展分析合成氨产业绿色转型，火电减排前景可期

证券研究报告|2024年12月05日 核心观点行业研究·行业专题 合成氨产业绿色转型迫在眉睫，绿氨具有显著环境效益。氨是全球性的重要大宗化学品，全球年消费量1.8亿吨左右。现有生产技术几乎完全依赖煤炭和天然气，具有能耗高和碳排放强度大的特点，在全球气候治理和，以低能耗及低碳排的技术路线合成氨是必然趋势，且具有一定紧迫性，绿氨产业应运而生。绿氨是指基于清洁电力通过电解水制氢及驱动空气分离装置制氮气，然后利用氢气和氮气反应得到的氨，其生产过程碳排放强度几乎为零。 绿电价格下降带动绿氨成本呈显著下降趋势，叠加碳交易成本后经济性逐步显现。目前电解水合成绿氨成本为4500-4600元/吨，高于煤合成氨成本。 未来绿氨成本主要取决于绿电的价格，当电价为0.1元/kWh，且制氢电耗降 至4kWh/Nm3时，绿氨的成本有希望下降至2500-2600元/吨，与灰氨持平。考虑到随着技术发展，未来绿氨成本价格将有较大下降空间。叠加碳市场和碳关税后灰氨成本上涨，绿氨经济性将逐步显现。 绿氨为煤电降碳提供新路径。国家出台政策大力推动煤电机组绿氨掺烧，掺烧10%绿氨将减少10%的碳排放，基于目前绿氨的生产成本度电成本将增加 0.13元/kWh，随着绿电价格下降及碳交易成本的影响，将与完全燃煤发电度电成本持平或下降。我们估计我国80%燃煤电厂采用掺烧10%绿氨的方案，将激发2.39亿吨绿氨需求，超过当前全球合成氨消费总量。 航运业脱碳势在必行，氨燃料将大有作为。国际海事组织提出到2030年，国际航运业温室气体年度排放总量较2008年至少减少20%（力争减少30%）到2040年，国际航运业温室气体年度排放总量较2008年至少减少70%（力争减少80%）。长期来看，由于液氨储运条件较为温和、充分燃烧的情况下仅生成氮气和水而不产生硫氧化物和二氧化碳、具有较高能量密度等优势，液氨在航运业燃料市场上大有可为。国际可再生能源署则预测2050年航运业对绿氨的需求将达1.8亿吨，占航运市场的43%。 投资建议：建议关注布局绿氨项目的企业东方电气、运达股份。 风险提示：全球绿氨政策推进不及预期，绿氨成本下降不及预期，绿氨需求不及预期。 重点公司盈利预测及投资评级 公司 公司 投资 昨收盘 总市值 EPS PE 代码 名称 评级 （元） （亿元） 2024E 2025E 2024E 2025E 300772.SZ 运达股份 优于大市 14.71 106.7 0.77 1.06 19.1 13.9 600875.SH 东方电气 优于大市 15.12 471.5 1.35 1.48 11.2 10.2 资料来源：Wind、国信证券经济研究所预测 电力设备 优于大市·维持 证券分析师：王蔚祺证券分析师：徐文辉010-88005313021-60375426 wangweiqi2@guosen.com.cnxuwenhui@guosen.com.cnS0980520080003S0980524030001 市场走势 资料来源：Wind、国信证券经济研究所整理 相关研究报告 《电力设备新能源2024年12月投资策略-重点关注电网智能化 投资，风电海内外需求景气共振》——2024-12-04 《绿色甲醇发展前景分析-交通领域主流替代燃料，融合绿氢发展前景广阔》——2024-12-02 《风电/电网产业链周评（11月第5周）-海风招标持续释放，2025年装机高增可期》——2024-12-01 《电力设备新能源2025年度投资策略-电网智能化升级，新能源 龙头引领创新发展》——2024-11-26 《风电/电网产业链周评（11月第3周）-海上风电招标逐步释放，重视2025年行业需求反转》——2024-11-17 绿氨产业发展分析 合成氨产业绿色转型，火电减排前景可期 优于大市 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 内容目录 绿氨：新型清洁能源5 氨及合成氨产业概述5 合成氨分类及绿氨定义6 合成氨技术路线8 绿氨产业环境效益显著9 合成绿氨经济性比较分析11 煤合成氨成本结构11 绿氨成本分析11 绿电价格下降带动绿氨成本呈显著下降趋势12 液氨跨区域运输经济性分析13 绿氨应用前景15 一、煤电掺烧15 二、航运燃料17 三、储氢储能20 四、化工原料21 绿氨生产端现状23 绿氨发展政策环境23 我国绿氨项目发展情况26 海外绿氨项目29 绿氨市场价格30 绿氨产业未来发展趋势31 投资建议：关注绿氨布局领先企业32 图表目录 图1：全球合成氨下游应用分布5 图2：我国合成氨下游应用分布5 图3：2020年我国各化工重点子行业碳排放量6 图4：2000-2022年我国合成氨产量发展趋势6 图5：2015-2024年我国合成氨进出口数量（左轴）及金额（右轴）6 图6：2015-2022年全球合成氨表观消费量6 图7：绿氨产业链示意图7 图8：合成氨分类7 图9：煤合成氨技术路线图8 图10：天然气合成氨技术路线图8 图11：全球合成氨技术路线占比9 图12：我国合成氨技术路线占比9 图13：电解水制氢合成氨技术路线图9 图14：天然气合成氨（左）与电解水制氢合成氨（右）工艺全流程中反应温度对比10 图15：煤合成氨成本结构11 图16：煤合成氨成本随煤炭价格变化趋势11 图17：电解水合成绿氨成本结构12 图18：绿电电解水制氢成本结构12 图19：电解水合成绿氨成本随绿电价格变化趋势13 图20：未来灰氨与绿氨成本对比13 图21：不同方式液氨运输成本与运输距离的关系14 图22：英国劳氏船级社预测未来航运燃料结构19 图23：美国船级社预计未来氨燃料比重19 图24：目前氨燃料船舶订单船型分布20 图25：2024年可替代燃料船舶订单结构20 图26：液氨和液氢用于储能储氢的成本结构对比21 图27：不同氢运输方式成本对比21 图28：全球合成氨未来需求预测22 图29：我国绿氨项目地理位置分布27 图30：我国绿氨产能地理位置分布27 图31：我国合成氨价格走势30 图32：2020-2050年不同类型合成氨产量发展趋势（亿吨）31 图33：未来绿氨市场规模预测31 表1：煤合成氨成本结构11 表2：电解水制氢合成氨成本结构12 表3：煤电机组运行情况(不掺绿氨）16 表4：煤电机组掺绿氨燃烧运行情况16 表5：绿氨成本下降后机组运行情况及发电成本17 表6：船用燃料及其特性清单18 表7：海外绿氨产业政策环境24 表8：我国绿氨产业发展政策环境26 表9：我国布局绿氨项目涉及公司梳理27 表10：海外绿氨项目统计29 表11：相关公司盈利预测及估值（2024.12.4）32 绿氨：新型清洁能源 氨及合成氨产业概述 氨是一种无机化合物，化学式为NH3，常温下为无色、有强烈的刺激性气味的气体。农业领域，氨是所有氮肥的起点，是连接空气中氮气和作物的桥梁。另外氨还广泛应用于各种工业用途，如塑料、炸药和合成纤维等，年产量接近1.8亿吨。近年来，在清洁能源转型的背景下氨作为一种清洁能源逐渐显现出应用前景。全球范围内，合成氨主要用于尿素的合成，占合成氨总消费的57%；工业用途中硝酸铵占比13%。我国合成氨下游应用中尿素占比最高，达到61%；其他化肥如硫酸铵、磷酸铵的合成占比19%，作为化工原料合成硝酸铵、炸药和其他化工产品等合计20%。 图1：全球合成氨下游应用分布图2：我国合成氨下游应用分布 资料来源：国际可再生能源署，国信证券经济研究所整理资料来源：华经产业研究院，国信证券经济研究所整理 合成氨是能源和排放密集型的全球性产业，节能减排需求紧迫。氨是碳排放强度最高的重工业产品之一，每吨氨的合成需排放约2.4吨二氧化碳，是粗钢的近两倍，水泥的四倍。目前全球98%的氨由化石能源制备，碳排放占全球的1.8%，属于能源和排放密集型的全球性大型产业。我国2020年合成氨行业碳排放量达2.2亿吨/年，位居首位，略高于炼油行业。国际能源署（IEA）预测，按照目前趋势发展，到2100年全球合成氨累计直接碳排放量将达到280亿吨，相当于全球气温升高1.5℃的目标条件下全球剩余碳预算的6%。 合成氨还是高能耗的产业，目前全球合成氨中的化学能只占生产过程中能源消耗总量的2%，输入能量的约40%用于原料制备，即合成氢气和分离空气得到氮气，其余能量在工艺流程中被消耗，主要用于产生热量。据IEA统计，目前全球合成氨产业需消耗1700亿立方米的天然气（占工业天然气需求的20%）和7500万吨标煤（占工业煤炭需求的5%）。 我国是全球最大的氨生产国，政策积极推动合成氨产业绿色转型。目前全球氨产量约1.82亿吨/年，中国是全球最大的氨生产国，约占总产量的30%（二氧化碳排放量的45%），美国、欧盟、印度、俄罗斯和中东各占8-10%。自2000年后，我国合成氨的产量总体呈现上升趋势，2012年后产量逐步稳定伴随波动。 由于2010年-2016年我国快速扩张的合成氨产业造成产能过剩的局面，2016年工信部印发的《石化和化学工业发展规划(2016年-2020年)》明确原则上不再新建以无烟块煤和天然气为原料的合成氨装置,且行业主要以去产能为主基调。“十三五”期间,工业和信息化部要求合成氨行业淘汰落后以及过剩产能不得少于1000 万吨,同时对相关工艺进行改良。各种政策的出台表明我国正在推动合成氨产业的绿色转型。 图3：2020年我国各化工重点子行业碳排放量图4：2000-2022年我国合成氨产量发展趋势 资料来源：Statista，毕马威，国信证券经济研究所整理资料来源：Wind，国信证券经济研究所整理 未来全球合成氨消费量将大幅上涨。2022年全球合成氨消费量为1.83亿吨,据国际能源署预测，在经济和人口增长的推动下，到2050年合成氨消费量将增加近 40%，达到2.56亿吨左右。2022年我国合成氨的消费量为6063.38万吨，约占全球消费量的33%。 我国合成氨基本实现自给自足，双碳背景下未来氨需求量将大幅提升。氨的交易遍布世界各地，全球出口量约占总产量的10%。我国氨消费量当中每年进口量占比约为1%，基本实现自给自足。 图5：2015-2024年我国合成氨进出口数量（左轴）及金额 （右轴）图6：2015-2022年全球合成氨表观消费量 资料来源：中国海关，国信证券经济研究所整理资料来源：同花顺iFind，国信证券经济研究所整理 合成氨分类及绿氨定义 在双碳目标驱动下绿氨产业正在崛起。氨是全球性的重要大宗化学品，现有生产技术几乎完全依赖煤炭和天然气，具有能耗高和碳排强度大的特点，发展低能耗及低碳排的技术路线是必然趋势，且具有一定紧迫性，随着新能源进入平价发展阶段，绿氢成本不断下降，绿氨产业应运而生。 绿氨是指基于清洁电力通过电解水制氢及驱动空气分离装置制氮气，然后利用氢气和氮气反应得到的氨，其生产过程碳排放强度几乎为零。 绿氨的储运通常以液体的形式进行，其中运输目前主要通过铁路、公路和水路，未来管道运输可能得到大力发展。 绿氨可以取代传统合成氨用于化肥合成和工业原料，同时新增能源应用如煤电掺烧和航运燃料，因此发展绿氨产业是实现双碳目标的重要途径之一。 图7：绿氨产业链示意图 资料来源：国际能源署，国信证券经济研究所整理 根据技术路线及碳排放强度，合成氨可以分为灰氨、蓝氨和绿氨。灰氨是指原料氢气源于化石燃料，且未捕集生产氢气过程当中产生的二氧化碳。蓝氨是制用化石燃料制氢时对产生的二氧化碳进行捕集、利用与封存，减少生产过程中的碳排放，或者使用工业过程中的副产氢进行氨合成。与灰氨相比，蓝氨的生产过程碳排放量有所降低，但是生产原料仍是化石能源，且捕获二氧化碳会增加氨合成过程的能耗。 绿氨的定义：利用风电/光伏产生的绿电电解水制氢,应用可再生能源电力驱动空气分离装置(制氮)及氨合成装置制备的氨被称为绿氨。绿氨生产过程可实现近零碳排放。相比灰氨和蓝氨，绿氨合成的全流程碳排放强度大幅减少，因此具有广阔的发展前景。 图8