氫能行業(yè)市場前景及投資研究報告：工業(yè)綠氫加速落地成本下行路徑

摘要：

地緣政治驅(qū)動新一輪綠色能源革命：第三次能源革命中，可再生能源與新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈驅(qū)動我國經(jīng)濟發(fā)展的成果有目共睹。世界各國都不想在綠氫為代表的第四次能源浪潮中甘為人后，各國都把綠氫作為國家能源發(fā)展的新方向。地緣政治加速歐洲可再生能源發(fā)展以降低天然氣進口依賴。歐洲風光核電資源豐富，天然氣管網(wǎng)基礎設施完備，綠氫耦合綠電直接摻入天然氣管網(wǎng)是降低天然氣需求的有效手段。拜登政府發(fā)布了《降低通脹法案》、《美國國家清潔氫戰(zhàn)略和路線圖》，通過稅收抵免政策推動綠氫發(fā)展。全球電氣化進程已經(jīng)相對成熟，發(fā)展綠氫將進一步降低工業(yè)原料碳排放。歐美都希望通過優(yōu)惠政策，把零碳關鍵技術與相關產(chǎn)業(yè)鏈掌握在自己手中。

氫氣下游應用廣，綠氫提升空間大：氫氣作為傳統(tǒng)工業(yè)原料廣泛應用于煉化、化工、冶金等領域，也可以用于氫燃料電池或者直接燃燒轉(zhuǎn)化為電能或熱能。綠氫作為工業(yè)原料或少比例摻入天然氣這種模式，對現(xiàn)有設備不需要太多改造，替代灰氫的設備改造成本較低。對于交通等新增需求來說，以工業(yè)副產(chǎn)氫提純?yōu)榛A，綠氫逐步替代的發(fā)展方向，可以顯著降低加氫成本，提升燃料電池汽車的全生命周期經(jīng)濟性。2021年我國用氫需求約為3000萬噸，綠氫占比只有1%左右，綠氫替代灰氫存在相當大的空間。

中長期綠氫將本路徑清晰，政策扶持加速發(fā)展：可再生能源發(fā)電成本降低與電解槽設備規(guī)?；嵘?，驅(qū)動綠氫制備成本下行。疊加雙碳政策下，碳排放監(jiān)管趨嚴，灰氫制備成本以及碳排放成本提升，綠氫經(jīng)濟性逐步顯現(xiàn)。當下灰氫成本依然有優(yōu)勢，氫能行業(yè)的發(fā)展依然需要灰氫和工業(yè)副產(chǎn)氫為基礎。伴隨著綠氫成本下降，市占率逐步提升，制綠氫環(huán)節(jié)中的核心設備以及關鍵零部件的需求將大幅提升。

2023年國內(nèi)外綠氫示范項目加速落地：國內(nèi)光伏風電基地鼓勵就地消納，配套電解水制氫不但可以實現(xiàn)大規(guī)模、跨季節(jié)調(diào)峰，也可以推動綠氫替代灰氫加速工業(yè)領域的降碳減排。目前國內(nèi)規(guī)劃綠氫項目近15-20GW，預計23年堿性電解槽出貨量將達到1.22GW，較去年0.75GW增長61.5%。海外，歐盟明確了2030年實現(xiàn)綠氫產(chǎn)能1000萬噸和進口1000萬噸的目標。同時美國能源部也計劃到2030年實現(xiàn)1000萬噸綠氫產(chǎn)能。根據(jù)IEA統(tǒng)計，到2030年，籌備電解水制綠氫產(chǎn)能將達到134GW。

投資建議：電解水制綠氫環(huán)節(jié)中，國內(nèi)堿性電解槽技術相對成熟，其不含貴金屬催化劑，適合大規(guī)模生產(chǎn)匹配下游工業(yè)用氫需求。工業(yè)綠氫廣泛應用將提升堿性電解槽設備的需求。電解槽設備公司受益于產(chǎn)品需求提升，氫能板塊的業(yè)績將持續(xù)釋放。建議重點關注：隆基綠能、華電重工、華光環(huán)能。

風險提示：全球減排政策推進不及預期，國內(nèi)氫能發(fā)展政策力度不及預期，電解槽企業(yè)出貨量不及預期。目錄

氫能簡介：產(chǎn)業(yè)鏈上下游與電解水制氫分類

全球綠氫政策：地緣政治加速歐洲能源轉(zhuǎn)型

全球氫能供需格局：綠氫滲透率提升逐步形成趨勢

堿性電解槽制氫：經(jīng)濟性是成為賽道的關鍵

投資建議：綠氫占比提升帶來堿性電解槽出貨量增長

風險提示氫能產(chǎn)業(yè)鏈：電解水制氫全產(chǎn)業(yè)鏈示意圖

上游制氫：氫氣被分為灰氫、藍氫和綠氫?；覛涫侵竿ㄟ^化石燃料燃燒所產(chǎn)生的氫氣；藍氫是在灰氫的基礎上，應用碳捕捉和封存技術降低碳排放，但全生命周期溫室氣體排放依然存在；綠氫是通過太陽能、風電等可再生能源發(fā)電進行電解水制氫，真正實現(xiàn)制氫零排放。

中游儲運供：氫氣存儲方式分為常壓、高壓、液態(tài)、固態(tài)儲氫、與轉(zhuǎn)換為合成氨儲存等；氫氣運輸分為管道運輸、氫氣長管拖車等。

下游氫應用：氫氣可以作為工業(yè)原料應用于煉化、化工、冶金等領域，也可以通過氫燃料電池或者直接燃燒轉(zhuǎn)化為電能或熱能。資料：張春雁

《電解水制氫-儲氫-供氫在電力系統(tǒng)中的發(fā)展路線》、南京證券研究所三種水電解制氫工藝對比燃料電池分類：技術參數(shù)技術成熟度堿性電解水工業(yè)化應用1500-2000PEM電解水SOEC電解水

燃料電池與成熟的內(nèi)燃機相比，不受卡諾循環(huán)限制，可將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有高效率和超低的溫室氣體排放。小規(guī)模應用200研發(fā)階段20目前單臺穩(wěn)定最大產(chǎn)能/（m3/h）電極材料陰極：鐵陽極：Ni-Mo合金貴金屬質(zhì)子交換膜PEM(Nafion)50-80-

堿性電解槽（ALK）：商業(yè)化程度高，適合工業(yè)大規(guī)模產(chǎn)氫。隔膜種類石棉/PPS20-30%KOH60-80-電解質(zhì)Y203/ZrO2800-1000<3.0運行溫度/oC

質(zhì)子交換膜電解池（PEM）：工作溫度低、能量密度大、啟動和功率匹配迅速、無電解質(zhì)泄露等優(yōu)點，被公認為最有希望成為交通、航天、軍事、電動汽車的首選電池。運行壓力/MPa<5.0<5.0電流密度/（A/cm2）電解小室電壓/V電解能耗（標準）/（kW.h/m3)氫氣純度/%0.2-0.4<2.20.6-2.0<2.00.3-1.0<1.24.4-5.1>99.84.3-5.099.999<3.5-

固體氧化物電解槽（SOEC）：特定高溫環(huán)境（電熱聯(lián)動、核電）。能量效率/%62-8267-8281-92電流密度大、體積小、質(zhì)量輕、無堿液腐蝕、產(chǎn)品純度高優(yōu)勢技術成熟、成本低能量轉(zhuǎn)換效率高高溫條件、材料要求高、成本高劣勢電流密度低、體積大、易腐蝕

成本高，原水純凈度有要求極板、擴散層、催化劑與質(zhì)子電解槽減厚、減重，高電流密度技術攻關，降低成本未來發(fā)展方向交換膜等關鍵零部件性能提升與降本穩(wěn)定量產(chǎn)資料：王建《電解水制氫技術》、南京證券研究所歐洲綠色協(xié)議→“Fitfor55”

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REPowerEU：地緣政治因素加速歐洲能源轉(zhuǎn)型

2022年5月歐盟委員會年5月歐盟委員會提出了REPowerEU，在“Fitfor55”的基礎上將2030年可再生能源的總量目標從40%提高到45%。?

氫能方面，到2030年，歐盟將實現(xiàn)可再生氫氣生產(chǎn)1000萬噸進口1000萬噸，以取代難以減碳的工業(yè)、運輸部門的化石能源消耗。

2023年4月18日，歐洲議會通過了新的歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機制（CBAM）；4月25日在歐盟理事會獲得通過。至此，CBAM已走完所有流程。過渡期從2023年10月1日至2025年12月31日，進口商需遞交碳排放報告。從2026年開始，歐盟將逐年減少碳市場上生產(chǎn)企業(yè)10%的免費配額直至2035年完全取消免費配額，同期要求產(chǎn)品進口者需要根據(jù)產(chǎn)品生成過程中產(chǎn)生的碳排放支付碳費用，并逐年提高費率。REPowerEU具體投資方向CBAM影響示意圖（工作原理）資料：歐盟委員會、能源基金會分析、南京證券研究所美國明確綠氫戰(zhàn)略與路線圖

2023年6月5日，拜登政府發(fā)布了《美國國家清潔氫戰(zhàn)略和路線圖》，提出了未來十年至更遠時期全政府參與的氫能發(fā)展路徑，并對未來氫氣為國家脫碳目標做出貢獻的機會進行評估。報告預計到2030年、2040年、2050年清潔氫氣潛在需求分別達到1000/2000/5000萬噸。其中，2030年清潔氫需求以石油化工和產(chǎn)氨為主；2040年重卡和儲能領域用氫量顯著增加，兩者占比達到一半，生物燃料領域的應用增長，石油化工領域顯著下降。2050年需求更加多元化，工業(yè)、交通、電力、生物燃料液體燃料分別有600-1100、500-800、400-800、200-600萬噸的氫氣需求。預計隨著IRA法案對氫能產(chǎn)業(yè)的補貼，氫氣成本有望進一步下降，從而催生更多的清潔氫需求。美國氫能源政策梳理美國能源部深度脫碳倡議資料：美國能源部、南京證券研究所中國：氫能產(chǎn)業(yè)中長期規(guī)劃推進氫能商業(yè)化

目前，我國出臺氫能政策多達20余項。《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中提到，單位工業(yè)增加值二氧化碳排放降低18%，推動生產(chǎn)過程清潔化，鼓勵氫能發(fā)展；《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》中提到，到2025年燃料電池汽車保有量5萬輛，部署建設一批加氫站，可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年。健全綠色低碳標準體系，這對氫能商業(yè)化應用發(fā)展起到了推動作用。

地方氫能政策：《上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2022-2035）》中提到，建設各類加氫站70座左右，培育5-10家具有國際影響力的獨角獸企業(yè)，建成3-5家國際一流的創(chuàng)新研發(fā)平臺，燃料電池汽車保有量突破1萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破1000億元。我國氫能重點政策上海城市群氫能政策與發(fā)展目標資料：國家能源局、李健林《氫能產(chǎn)業(yè)政策及商業(yè)化模式分析》、黃宣旭《上海城市碳中和與氫能應用場景研究》

南京證券研究所2021全球用氫結(jié)構(gòu)氫能供需現(xiàn)狀：綠氫替代灰氫的市場空間廣

目前供給端綠氫占比處于低位。從我國產(chǎn)量結(jié)構(gòu)上來看，由于我國資源結(jié)構(gòu)富煤少氣，氫能供給依然依賴化石能源制氫（灰氫）。2020年我國煤制氫占比高達62%，天然氣制氫占比19%，工業(yè)副產(chǎn)氫占比18%，電解水制氫占比約為1%。氫氣下游需求主要集中在交通、工業(yè)為主要的應用領域。我國2020年應用在合成氨、甲醇、煉化及其他工業(yè)領域的占比分別是37%、19%、10%、19%。

綠氫增長潛力足：短期，綠氫將提升在傳統(tǒng)下游需求的應用（化工原料、原油煉化）。中長期，伴隨著綠氫經(jīng)濟性提升，新增氫氣需求（交通、冶金與發(fā)電供暖）將作為長期的增長動力。2019年我國氫氣流向2020年中國制氫結(jié)構(gòu)2021全球制氫結(jié)構(gòu)資料：王建《電解水制氫技術》，中國煤炭工業(yè)協(xié)會，IEA，南京證券研究所國家綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑:示范項目實現(xiàn)經(jīng)濟性、由點向面擴展

可再生資源分布不均勻，區(qū)域綠氫實現(xiàn)經(jīng)濟性是第一步。西北可再生資源豐富，當?shù)孛夯て笥脷湫枨罅看蟆＠卯數(shù)乜稍偕茉磁鋫潆娊馑茪湓O備，對應當?shù)氐拿夯?、煉化廠的需求實現(xiàn)就地消納，這種模式將儲運成本最小化，大幅降低用氫成本。

管道運輸擴大綠氫供給半徑，用氫成本的下降是新增需求推廣的基礎?！拔鳉鋿|送”輸氫管道納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設實施方案》，管道運輸是綠氫由點到面全覆蓋的基礎。輸氫管道可以實現(xiàn)大規(guī)模、長距離輸送氫氣，并且兼顧經(jīng)濟性。未來，可依托“西氫東送”管道建設支線及加氫母站，助力京津冀氫能走廊的高效構(gòu)建，助力京津冀地區(qū)“雙碳”目標的實現(xiàn)。中國現(xiàn)有的煉油廠、氨和甲醇廠、可再生能源制氫成本綠氫發(fā)展總體路線資料：IEA《中國能源體系碳中和路線圖》2022、落基山研究所（RMI）、中國氫能聯(lián)盟研究院、南京證券研究所堿性電解槽成本下行路徑：堿性水電解系統(tǒng)圖

電解槽設備大型化、模塊化：①

改進設備構(gòu)造與核心材料、產(chǎn)品標準化以降低設備成本；②

系統(tǒng)模塊化，多槽對應一套提純分離系統(tǒng)，以降低整體系統(tǒng)成本；③

電解槽大型化，制氫量提升，將降低單位綠氫折舊成本。

降低電耗：①

電解槽結(jié)構(gòu)與核心材料的迭代（高電流密度大尺寸電極）。

用電成本下降：①

可再生發(fā)電產(chǎn)能持續(xù)釋放，綠電發(fā)電成本持續(xù)下降；②

示范項目推廣離網(wǎng)綠電制氫，以降低用電成本。產(chǎn)能1000m3/h的堿性電解水制氫設備制造成本堿性電解水制氫經(jīng)濟性指標每標方原料消耗及價格成本組成成本

成本占比項目單位

數(shù)值備注60,000

1000Nm3/h*臺4,000項目60

工藝電動力電單位消耗量價格裝置生產(chǎn)能力年生產(chǎn)時間裝置一次性投資設備使用年限純水裝置價格Nm3/hhkWh/m3kWh/m350.31.577.25%0.67%0.91%0.41%0.33%0.04320.00220.3

0.01296元年元600,000,000

系統(tǒng)價格（元）

10,000,000

原料水消耗

t/m3880.01760.008154,000,0002,400冷卻水消耗

t/m30.001KOH消耗儀表空氣kg/m3Nm3/m30.0005130.0065輔助動力用電功率

kw00.00%12.88%2.58%0.21%元管理費用率年生產(chǎn)氫氣量管理費用年利潤（稅前）回報期%5%

占銷售收入年折舊費用

元年維修費用

元60,000,00012,000,0000.250.05m3元元年240,000,00022,190,720209,594,8802.88172%工人工資個10

100,000

0.004167氫氣成本（不含管理費）氫氣成本（含管理費）管理費用占比1.8491.942元氫氣銷售價格元/m32.815

毛利潤31.02%4.76%資料：王建《電解水制氫技術》、考科利爾竟力、南京證券研究所我國電解水技術發(fā)展對標：堿性制氫技術相對成熟國產(chǎn)與海外對比

堿性電解制氫效率指標上仍有較大改進空間。在制氫在制氫效率與電流密度方面，目前我國工業(yè)用堿性電解槽的電解電流密度約為0.3A/cm2@1.84V，歐美國家電解槽的電流密度高達0.4A/cm2@1.8V

以上。我國堿性電解槽的直流電解能耗約為54kW·h/kgH2，電解效率約65%，低于國外先進堿性電解槽約70%的電解效率。

電極方面，我國析氫電極普遍采用多孔鎳電極，而國外已開始使用高性能鎳基合金電極。

隔膜組件方面，我國堿性電解槽目前采用編織結(jié)構(gòu)的無石棉隔膜，其厚度為（1.0±0.1）mm、離子電阻率為（1.0±0.2）?·cm2，國外研制的有機無機復合隔膜的厚度為（0.5±0.05）mm、離子電阻率約為0.3?·cm2，其性能遠超我國使用的無石棉隔膜，并已在德國McPhy、挪威

NEL等公司的堿性電解槽中得到應用，有效提高了電解電流密度及電解效率。

電解槽結(jié)構(gòu)方面，我國堿性電解槽的極間距較大，材料電阻引起的壓降較高，導致電解效率偏低。資料：劉瑋《碳中和目標下電解水制氫關鍵技術及價格平準化分析》、南京證券研究所電解水制氫技術路線：性能提升、壽命提高、成本下行堿性電解水技術路線

在AE制氫技術方面，重點開發(fā)高活性、長壽命析氫析氧催化電極，新型高氣阻、低電阻、環(huán)保型隔膜；開展堿性水電解槽流場模擬，優(yōu)化電解槽流場結(jié)構(gòu)設計；并基于基礎技術研究成果，開展零極距堿性電解槽設計。針對可再生能源制氫的需求，開發(fā)模塊化并聯(lián)的大規(guī)模電解制氫系統(tǒng)及其控制技術，開展快速變載工況的高效制氫技術研究，開發(fā)大規(guī)?？稍偕茉粗茪湔{(diào)度、控制技術，以及開發(fā)高壓堿性水電解制氫設備等。

關鍵材料和組件方面，開發(fā)高活性析氫、析氧催化電極，開發(fā)易于實現(xiàn)的搞笑、長壽命催化電極制備技術，并進行產(chǎn)業(yè)化應用。研發(fā)功能涂層材料，開發(fā)出高離子傳導性、高氣阻、低電阻、環(huán)保型堿性水電解隔膜。開展高壓密封材料研究，開發(fā)高壓堿性水電解制氫設備。

設備開發(fā)方面，開展全系列堿性水電解槽流場模擬，分析高氣液比流體在電解小室狹小空間內(nèi)的流體流動及傳熱傳質(zhì)特點，優(yōu)化電解槽流場結(jié)構(gòu)設計。

可再生能源耦合制氫方面，開發(fā)百兆瓦級大規(guī)?？稍偕茉粗茪湎到y(tǒng)，建立通用的系統(tǒng)設計、建設、集成調(diào)度與運維控制規(guī)范，為推廣應用奠定基礎。：劉瑋《碳中和目標下電解水制氫關鍵技術及價格平準化分析》、南京證券研究所資料綠氫平準化價格研究：終端應用可接受氫氣價格

可再生能源發(fā)電成本下降。預計到

2035年，光伏與風電的新增裝機發(fā)電成本預計將低于

0.3元/kWh。預計到

2050年，新增光伏和風電發(fā)電成本將降至約0.13元/kWh和0.25元/kWh，風能和太陽能將成為最廉價和最豐富的電力。可再生能源電解水制氫成本將低至11.63元/kgH2。

運行負荷和電解水制氫效率降低綠氫成本。以堿性電解水制氫為例，運行負荷分別為1000h、3500h、6000h和

8000h時，平準化氫氣成本分別為58.53元/kgH

、42.72元/kgH

、40.08

元/kgH

、39.06元/kgH

。電解水制氫電耗從2222當5kWh/Nm3降低至4kWh/Nm3時，平準化氫氣成本可降低約20%。

綠氫與灰氫的成本差距逐步收窄，經(jīng)濟性提升是綠氫產(chǎn)業(yè)化的主要驅(qū)動力。平準化制氫比較左圖測算假設，以2000Nm3/h堿性電解水制氫項目為例，負荷率95%條件下，當采用工業(yè)電價0.616元/(kW·h)。水電

、陸上風電

、海上風電

、光伏的度電平準化成本分別為0.33元/(kW·h)、0.41元/(kW·h)、0.63元/(kW·h)、0.40

元/(kW·h)。資料：劉瑋《碳中和目標下電解水制氫關鍵技術及價格平準化分析》、中國氫能聯(lián)盟研究院、南京證券研究所IEA：全球堿性電解槽項目加速落地全球電解槽出貨量與容量結(jié)構(gòu)

根據(jù)IEA統(tǒng)計，當前有460個電解槽的項目在籌備或建設中。根據(jù)當前的項目籌劃，到2030年全球的電解水產(chǎn)能將達到134GW。從特征來看，大型化已經(jīng)成為趨勢，2022年項目平均容量達到>5MW級別。根據(jù)當前歐洲籌備項目統(tǒng)計，預計2030年歐盟電解水產(chǎn)能將達到39GW，占全球的32%?；窘咏麱itfor55中提到的44GW，但距離REPowerEUPlan中提到的80GW依然有差距。從電解槽類別來看，堿性電解槽依然是主流。電解水籌備產(chǎn)能區(qū)域分布與結(jié)構(gòu)特征資料：IEA《Global

HydrogenReview2022》、南京證券研究所2023年綠氫示范項目落地加速2023年1-5月國內(nèi)已開標的大型綠氫項目

2023年1-5月，國內(nèi)光伏、風光、風電制氫為主的大型綠氫項目已進行中標公示的項目有5個，總中標量440MW，中標總金額超過8.8億元。

2023年1-5月，國內(nèi)已開標的大型綠氫項目有9個，電解水制氫設備總招標量為582MW，以堿性制氫為主，PEM制氫極少。鄂爾多斯市烏審旗風光融合綠氫化工示范項目規(guī)劃年產(chǎn)氫氣3萬噸，以電解水制氫設備年利用小時數(shù)4000h測算招標量為420MW，為招標量最大項目。在這9個項目中，6個項目處于EPC招標或初步勘查測量項目招標階段，3個項目已經(jīng)進入電解水制氫設備招標環(huán)節(jié)。

我們保守估計2023年電解槽出貨量有望達到1.22GW，相較于2022年的750MW，同比增長61.5%。資料：GGII，南京證券研究所投資建議：

堿性電解槽設備供給端格局。2022年全球堿性電解槽市場出貨量約為1GW，國內(nèi)出貨量近750MW。中國電解槽設備集中度較高，CR3達到80%，派瑞氫能（718所子公司）、考科利爾竟立、隆基氫能排名前三。國內(nèi)電解槽設備有三類參與者，第一類為718所、竟立、天津大陸等老牌電解槽企業(yè)，其技術積淀以及產(chǎn)品得到長期了驗證；第二類為隆基氫能、陽光電源等光伏龍頭企業(yè)，資金技術實力雄厚，光伏業(yè)務與電解槽制氫業(yè)務高度協(xié)同；第三類為華電重工、瑞麟科技、華光環(huán)能等新興勢力，切入電解水制氫市場，在行業(yè)發(fā)展前期搶占市場份額。

中船718研究所：2008年，718所成立全資子公司派瑞氫能，開展電解水設備相關業(yè)務。2022年，中船718所舉辦全球首臺套單體產(chǎn)氫量2000Nm3/h水電解制氫裝備發(fā)布儀式，派瑞氫能成為北京冬奧會綠氫制氫裝置唯一供應商。派瑞氫能擁有堿性電解槽產(chǎn)能

350臺，PEM電解槽產(chǎn)能120臺，合計產(chǎn)能約1.5GW。

考克利爾