氫能源產(chǎn)業(yè)鏈行業(yè)分析

氫能源產(chǎn)業(yè)鏈行業(yè)分析第一章：氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游我國氫能產(chǎn)業(yè)具備長期發(fā)展?jié)摿Ω鶕?jù)中國氫能聯(lián)盟的預(yù)測，在2030年碳達(dá)峰愿景下，我國氫氣的年需求量預(yù)期達(dá)到3,715萬噸，在終端能源消費(fèi)中占比約為5%；可再生氫產(chǎn)量約為500萬噸，部署電解槽裝機(jī)約80GW。在2060年碳中和愿景下，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費(fèi)中占比約為20%。其中，工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍然最大，約7,794萬噸，占?xì)淇傂枨罅?0%；交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫4,051萬噸，建筑領(lǐng)域用氫585萬噸，發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫600萬噸。制氫——路徑及成本比較當(dāng)前全球氫氣年產(chǎn)能約7000萬噸，我國氫氣產(chǎn)能約3342萬噸；國外市場以天然氣制氫為主，占比約為75%；我國以煤制氫為主，占60%以上。全球可再生能源制氫占比極小，卻是降低燃料電池汽車全生命周期碳排放量的主要途徑，因此正在得到全球范圍的大力推動。我國堿性水電解制氫技術(shù)較為成熟，應(yīng)用比較廣泛，但存在單體制氫能力較小、電流密度小、占地面積大等問題。質(zhì)子交換膜電解制氫技術(shù)國內(nèi)外均處于研發(fā)和小量應(yīng)用階段，我國質(zhì)子交換膜制氫技術(shù)在設(shè)備成本、催化劑技術(shù)、質(zhì)子交換膜本身等方面與國際先進(jìn)水平差距較大。因此，短期以成熟的堿性水電解制氫技術(shù)為主，中長期為堿性、質(zhì)子交換膜等多種制氫方式并存。其他制氫方式包括生物質(zhì)制氫、光解水制氫、核能制氫等，但目前仍處于實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段，尚無規(guī)模化應(yīng)用。制氫——工業(yè)副產(chǎn)氫亟待有效利用我國工業(yè)副產(chǎn)氫資源豐富，可作為我國氫能發(fā)展初期的過渡性氫源?；茉粗茪溥^程碳排放巨大，而在工業(yè)副產(chǎn)物中提取氫氣既可減少碳排，又可以提高資源利用率與經(jīng)濟(jì)效益。目前我國排空的工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)量約為450萬噸，可供97萬輛氫燃料公交車全年運(yùn)營。其中，PDH以及乙烷裂解副產(chǎn)氫約為30萬噸，主要分布在華東及沿海地區(qū)；氯堿副產(chǎn)氫約為33萬噸，主要分布在新疆、山東、內(nèi)蒙古、上海、河北等省市；焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫約為271萬噸，主要分布在華北、華中地區(qū)；合成氨醇等副產(chǎn)氫約為118萬噸，主要分布在山東、陜西、河南等省份。制氫——電解水制氫成本分析電解水制氫成本一般包括設(shè)備成本、能源成本（電力）、原料費(fèi)用（水）以及其他運(yùn)營費(fèi)用。與化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫相比，堿性和PEM制氫技術(shù)在生產(chǎn)運(yùn)行成本與設(shè)備投資成本上均較為昂貴。隨著未來可再生能源發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)，尤其是對局部區(qū)域棄風(fēng)棄光的充分利用，可再生能源電價(jià)有望持續(xù)降低。以目前的電解水平，當(dāng)可再生能源電價(jià)降至0.2元/kWh時(shí)，電解水制氫成本將接近于化石原來制氫成本。同時(shí)，隨著制氫項(xiàng)目的規(guī)?；l(fā)展、關(guān)鍵核心技術(shù)的國產(chǎn)化突破、電解槽能耗和投資成本的下降以及碳稅等政策的引導(dǎo)下，電解制氫技術(shù)在降低成本方面極具發(fā)展?jié)摿?。儲氫運(yùn)氫——三種形式的結(jié)合應(yīng)用前景對于高壓氣態(tài)運(yùn)氫運(yùn)輸，當(dāng)運(yùn)輸距離為50km時(shí)，運(yùn)輸成本為3.6元/kg，隨著距離的增加長管拖車運(yùn)輸成本大幅上升，當(dāng)運(yùn)輸距離為500km時(shí)，氫氣的運(yùn)輸成本達(dá)到29.4元/kg。因此，長管拖車只適合短距離運(yùn)輸（小于200km）。液氫槽罐車運(yùn)氫成本對距離不敏感，當(dāng)加氫站距離氫源點(diǎn)50-500km時(shí)，運(yùn)輸價(jià)格在10.4-11.0元/kg范圍內(nèi)，這是由于液氫成本主要來源于液化過程中的耗電費(fèi)用，僅與載氫量有關(guān)，而與距離無關(guān)。因此，液氫罐車在長距離運(yùn)輸下更具成本優(yōu)勢。管道運(yùn)氫成本主要來源于與輸送距離正相關(guān)的管材折舊及維護(hù)費(fèi)用，當(dāng)輸送距離為100km時(shí)，運(yùn)氫成本僅為0.5元/kg。但管道運(yùn)氫成本很大程度上受到需求端的影響，在當(dāng)前加氫站尚未普及、站點(diǎn)較為分散的情況下，管道運(yùn)氫的成本優(yōu)勢并不明顯。但隨著氫能產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，氫氣管網(wǎng)終將成為低成本運(yùn)氫方式的最佳選擇。第二章：氫產(chǎn)業(yè)鏈中游（燃料電池動力系統(tǒng)）我國氫燃料電池汽車發(fā)展現(xiàn)狀在政策的支持下，2016-2020年我國氫燃料電池汽車產(chǎn)量逐年提升；2020年受疫情影響，行業(yè)產(chǎn)量下滑至1199輛。截止2020年底，我國氫燃料電池汽車保有量為7352輛，進(jìn)入商業(yè)化初期。2020年，燃料電池商用車價(jià)格約為200萬/輛，隨著燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)?；c燃料電池電堆核心零部件國產(chǎn)化，在2025年燃料電池汽車保有量達(dá)到5-10萬輛的預(yù)期下，我們預(yù)計(jì)燃料電池汽車銷售價(jià)格將以每年10%的幅度下降。氫燃料電池汽車結(jié)構(gòu)氫燃料電池汽車的核心為燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要包括燃料電池發(fā)動機(jī)、車載儲氫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。其中，燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)主要由燃料電池電堆、氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制器等構(gòu)成。供氫系統(tǒng)將氫從氫氣罐輸送到燃料電池電堆；由空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)和加濕器組成的供氣系統(tǒng)為燃料電池堆提供氧氣；水熱管理系統(tǒng)采用獨(dú)立的水和冷卻劑回路來消除廢熱和反應(yīng)產(chǎn)物（水）。燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電力通過動力控制單元驅(qū)動電動機(jī)，從而驅(qū)動車輛行駛，輔助電池則在需要時(shí)提供額外的電力。氫燃料電池燃料電池是一種將燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，基本原理是氫氣進(jìn)入燃料電池的陽極，在催化劑的作用下分解成氫質(zhì)子和電子，形成的氫質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜達(dá)到燃料電池陰極，在催化劑作用下與氧氣結(jié)合生成水，電子則通過外部電路到達(dá)燃料電池陰極形成電流。由于該過程不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此理論效率可達(dá)90%以上，具有很高的理論經(jīng)濟(jì)性。不同于鉛酸、鋰電等儲能電池，燃料電池類似于“發(fā)電機(jī)”，其在將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中產(chǎn)生的大部分是水，且整個過程不存在機(jī)械傳動部件，因此沒有有害氣體排放與噪聲污染。2019年年產(chǎn)量規(guī)模達(dá)到百臺以上的企業(yè)有四家，即上海神力、大連新源動力、江蘇清能、廣東國鴻。國際燃料電池堆企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入中國市場，擁有較大的市場份額。加拿大巴拉德（Ballard）公司、水吉能（Hydrogenics）公司，日本豐田公司，瑞典PowerCell公司等，以產(chǎn)品銷售、技術(shù)許可、合資建廠等方式在燃料電池堆輸出總量上達(dá)到1400多臺，占2019年國內(nèi)電池堆總量的46.7%，其中僅巴拉德一家就出貨1370臺，占據(jù)進(jìn)口電池堆的97%。雙極板雙極板是燃料電池電堆的核心結(jié)構(gòu)件，起到支撐機(jī)械結(jié)構(gòu)、均勻分配氣體、排水、導(dǎo)熱、導(dǎo)電的作用，其性能優(yōu)劣將直接影響電堆的體積、輸出功率和壽命。雙極板可分為石墨雙極板、金屬雙極板和復(fù)合雙極板。石墨雙極板具有質(zhì)量輕、穩(wěn)定性強(qiáng)和耐腐蝕性高等特點(diǎn)，但機(jī)械性能較差；金屬雙極板具有機(jī)械性能強(qiáng)、厚度薄、阻氣性好等特點(diǎn)，但易被腐蝕，壽命較短。復(fù)合雙極板則兼具石墨板和金屬板的優(yōu)點(diǎn)，但制備工藝繁雜，成本較高。車載儲氫瓶車載儲氫成本主要受規(guī)模、碳纖維關(guān)鍵材料、高壓管閥件等影響，目前35MPa車載氫瓶的成本為6000元/kg。未來隨著車輛規(guī)模的擴(kuò)大，碳纖維關(guān)鍵材料和高壓管閥件的國產(chǎn)化，成本有望大幅降低（60%以上）。深冷高壓等新技術(shù)經(jīng)過充分的技術(shù)驗(yàn)證后，有可能在提升儲氫密度、降低成本方面發(fā)揮重要作用。目前在車載高壓儲氫瓶領(lǐng)域，國內(nèi)外存在較大差距。我國III型瓶技術(shù)較為成熟，其中35MPa已被廣泛應(yīng)用于氫燃料的電池車，70MPa剛開始推廣，但加工高壓氫氣瓶所使用的關(guān)鍵材料碳纖維則大多依賴于進(jìn)口。目前工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)氫氣的壓縮鋼瓶氣壓一般為35MPa大氣壓，相當(dāng)于22.9kg/m3的氫氣密度；在70MPa下，氫氣密度可達(dá)到39.6kg/m3。第三章：氫能關(guān)鍵裝備市場展望生產(chǎn)端市場前景——電解槽電解槽是制備綠氫的關(guān)鍵設(shè)備，其技術(shù)路線、性能、成本是影響綠氫市場走勢的重要因素，目前質(zhì)子交換膜（PEM）電解水和堿性電解水技術(shù)目前已經(jīng)商業(yè)化推廣的條件，未來具備較強(qiáng)的商業(yè)價(jià)值。堿性電解槽成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好，我國堿性電解水制氫代表企業(yè)有中船重工718所、考克利爾競立、天津市大陸制氫設(shè)備有限公司等，近期陽光電源、協(xié)鑫集團(tuán)等光伏企業(yè)也紛紛布局堿性電解水制氫設(shè)備項(xiàng)目。隨著可再生能源制氫項(xiàng)目的增多，PEM電解水制氫進(jìn)展迅速，國內(nèi)聚焦PEM制氫設(shè)備的公司及科研機(jī)構(gòu)主要有中國船舶718所、中科院大化所、山東賽克賽斯、高成綠能、淳華氫能、深圳綠航等。我們假設(shè)2025/2030/2040/2050年國內(nèi)電解槽累計(jì)裝機(jī)量將分別達(dá)到10/35/200/500GW，時(shí)間區(qū)間年均新增電解槽市場規(guī)模分別為38/118/240/400億元。陽光電源——電解槽公司是一家專注于太陽能、風(fēng)能等可再生能源電源產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。公司是中國目前較大的光伏逆變器制造商、國內(nèi)領(lǐng)先的風(fēng)能變流器企業(yè)，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。主要產(chǎn)品有光伏逆變器、風(fēng)能變流器、儲能系統(tǒng)、電動車電機(jī)控制器，并致力于提供全球一流的光伏電站解決方案。公司先后承擔(dān)多項(xiàng)國家重大科技計(jì)劃項(xiàng)目，主持起草了多項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，并取得了多項(xiàng)重要成果和專利。陽光電源成立了專門的氫能事業(yè)部，并與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，以大功率PEM電解制氫裝備的研究開發(fā)為核心，同時(shí)在先進(jìn)PEM電解制氫技術(shù)、可再生能源與電解制氫融合、制氫系統(tǒng)優(yōu)化等方面展開合作，目前其已簽訂了光伏制氫示范項(xiàng)目。厚普股份——加氫設(shè)備公司主營清潔能源的高端設(shè)備制造及相應(yīng)的能源工程咨詢、設(shè)計(jì)、施工，包括但不限于CNG/LNG車用加氣站成套設(shè)備、船用天然氣供氣設(shè)備、系統(tǒng)及其核心零部件的研發(fā)、生產(chǎn)和集成；井口天然氣凈化及液化處理裝備的研發(fā)、生產(chǎn)和集成；加氫站成套設(shè)備、核心部件及系統(tǒng)、充電裝置及分布式能源相關(guān)裝備；同時(shí)具備了“清潔能源+互聯(lián)網(wǎng)+云計(jì)算+大數(shù)據(jù)分析”一體化智慧能源系統(tǒng)開發(fā)及能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營維護(hù)的業(yè)務(wù)能力。厚普股份在氫能方向共有專利35件，其中發(fā)明專利8件，實(shí)用新型25件。主要研發(fā)方向集中在加氫方向，包括加氫站建設(shè)、加氫機(jī)、控制系統(tǒng)，加氫核心零部件等，且已在加氫站領(lǐng)域逐步形成了從設(shè)計(jì)到部件研發(fā)、生產(chǎn)、成套設(shè)備集成、加氫站安裝調(diào)試和售后服務(wù)等覆蓋整個產(chǎn)業(yè)鏈，且具備加氫站EPC建設(shè)的資質(zhì)和能力。燃料電池汽車與電堆市場前景根據(jù)上海、北京、廣東、山西、山東、江蘇、河北、河南、四川、湖北等十個省份及直轄市明確規(guī)劃，2023和2025年燃料電池汽車保有量分別達(dá)到3.01和7.95萬輛，2020年底國內(nèi)燃料電池汽車保有量約7352輛。我們預(yù)測我國燃料電池汽車2025年銷量從當(dāng)前不足3000輛增長到2.5萬輛，未來4年CAGR為88%。根據(jù)燃料電池汽車平均功率為100kW，燃料電池電堆當(dāng)前價(jià)格為3000元/kW以及年均下降幅度為200kW/元進(jìn)行測算，2021-2025年燃料電池電堆新增市場需求的CAGR為87%。2025/2030年，燃料電池電堆新增市場分別為75/238億元。儲氫瓶市場前景未來幾年，我國儲氫瓶市場將主要由燃料電池商用車推動。據(jù)目前各省市發(fā)布的氫燃料電池汽車投放量規(guī)劃測算，我們2021-2025年我國氫燃料電池車載儲氫瓶年新增市場需求的CAGR達(dá)到78%，2025/2030年前車載儲氫瓶新增市場達(dá)到32/111億元。與之對應(yīng)，2021-2025年生產(chǎn)儲氫瓶用碳纖維年增需求的CAGR為88%，2025/2030年儲氫瓶用碳纖維新增需求量將達(dá)到0.6/2.5萬噸。第四章：我國氫能發(fā)展規(guī)劃介紹多部門支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展繼2019年3月氫能被首次寫入政府工作報(bào)告后，國務(wù)院、國家發(fā)改委、國家能源局等多部門陸續(xù)印發(fā)了支持、規(guī)范氫能源行業(yè)的發(fā)展政策，主要包括氫能發(fā)展技術(shù)路線、氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、燃料電池汽車發(fā)展等內(nèi)容。三大氫燃料電池“示范城市群”落地，推動氫能跨區(qū)域發(fā)展2021年8月，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國家發(fā)展改革委和國家能源局《關(guān)于啟動燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》正式印發(fā)，宣告京津冀、上海、廣東成為國內(nèi)三大氫燃料電池汽車示范城市群，示范期為期四年。國家將采取“以獎代補(bǔ)”的方式，按照示范城市群任務(wù)目標(biāo)完成情況給予獎勵?！笆痉冻鞘腥骸钡穆涞?，將加快燃料電池關(guān)鍵核心技術(shù)自主化與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，有助于探索氫能商業(yè)化模式和燃料電池產(chǎn)業(yè)政策的建立，推動氫能跨省跨區(qū)域協(xié)同發(fā)展。多省市發(fā)布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)建設(shè)目標(biāo)目前，共有近30個省份及直轄市已發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展相關(guān)政策方案。其中，出臺了專項(xiàng)氫能整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的共有5省，分別為北京、河北、四川、山東、內(nèi)蒙古；出臺了氫燃料汽車細(xì)分領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)政策的共有4省，分別為廣東、重慶、浙江、河南。其他大多數(shù)省份地區(qū)均將氫能相關(guān)發(fā)展規(guī)劃納入新能源汽車產(chǎn)業(yè)、或整體能源發(fā)展、或戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、或全省十四五規(guī)劃當(dāng)中。第五章：海外氫能發(fā)展規(guī)劃介紹歐盟將氫能戰(zhàn)略“三步走”計(jì)劃，綠氫生產(chǎn)為首要任務(wù)2020年7月,歐盟發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》,提出了歐洲長期發(fā)展氫能的戰(zhàn)略藍(lán)圖。該戰(zhàn)略旨在通過投資、監(jiān)管、市場創(chuàng)建以及研究和創(chuàng)新等一系列措施來促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)概述了全面的投資計(jì)劃，包括制氫、儲氫、運(yùn)氫的全產(chǎn)業(yè)鏈，以及現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施、碳捕集和封存技術(shù)等投資，預(yù)計(jì)總投資超過4500億歐元。歐盟明確主首要任務(wù)是開發(fā)綠色氫能。2024與2030年歐洲可再生能源產(chǎn)氫量要分別達(dá)到100萬噸和1000萬噸，可再生能源電解槽裝機(jī)量要分別達(dá)到6GW和40GW，而目前歐洲完成安裝的可再生能源電解槽僅為1GW，占制氫總?cè)萘康?.4％。發(fā)展氫能將為歐盟帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益據(jù)《歐洲氫能路線圖》預(yù)計(jì)，到2050年，歐盟的氫氣需求約為5600萬噸，約占總能源需求的四分之一，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有顯著環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。到2030年，氫能將為歐盟創(chuàng)造1300億歐