氢能源行业专题报告:中国氢能发展现状和前景

(报告出品方/作者:中泰证券,曾彪,朱柏睿)

1、国内氢能政策

国内氢能政策梳理

直接涉及氢能政策: 1)21年以来,发布国家级10个、省级83个、 市县级252个; 2)涉及发展规划占比45%、财政支持占比 20%、项目支持占比17%、管理办法占比16%、 氢能安全和标准占比2%。

氢能源行业专题报告:中国氢能发展现状和前景

“十四五”规划中氢能目标

1、氢能制、储、运、加环节: 1)到2025年,中国可再生能源制氢量达到10-20万吨/年;2)气态运输用氢气瓶突破50MPa;3)实现二氧化碳减排100-200万吨。 2、氢能转换及燃料电池环节: 1)开展高性能、长寿命质子交换膜燃料电池技术研究;2)突破固体氧化物燃料电池关键技术;3)完善熔融碳酸盐燃料电池电堆堆叠、 功率放大等关键技术;4)掌握百千瓦级熔融碳酸盐燃料电池集成设计技术。 3、氢能应用环节: 1)到2025年,国内燃料电池汽车保有量50000辆。

多省份出台政策,制定2025年氢能发展目标: 1)甘肃省:2025年可再生能源制氢产量达到20万吨; 2)内蒙古:2025年可再生能源制氢产量达到50万吨; 3)四川成都:2025年可再生能源制氢产量达到1万吨; 4)宁夏:2030年可再生能源制氢产量达到30万吨。

中国氢能联盟预测目标

氢能发展空间—中国氢能联盟预测。前面所述是国家层面对2025年产业规划,但据中国氢能联盟统 计,各省市出台的“十四五”规划涉及氢能的目标总和,远超 国家层面的规划目标: 1)产值目标:2025年1万亿、2035年1.9万亿; 2)燃料汽车:2025年11.5万辆、2035年42.5万辆; 3)加氢站:2025年1168座、2035年2309座。

2、国内可再生氢项目

国内制氢来源分布

国内制氢来源包括三大类:化石能源制氢、电解水制氢、工业 副产氢; 1)化石能源制氢占比最大,包括煤制氢、天然气制氢、石油制氢; 2)工业副产氢占比其次,包括焦炭和兰炭副产氢、氯碱和其他副产氢、 轻烃裂解副产氢; 3)电解水制氢占比最小,包括电网、风电、光伏、水电、核电电解水。

国内可再生制氢项目分布

截至2023年3月15日,国内规划可再生氢项目合计429.4万吨/年;已运行项目5.6万吨/年;建成尚未运营2.5万吨/年;在 建项目19.7万吨/年;规划待建401.6万吨/年; 地区分布:产能规划前五的省份是内蒙古、吉林、上海、河北、宁夏。

国内已运营项目分类

截至2023年2月,国内已运营的可再生氢项目中, 1)按照制氢来源分类:光伏13个,占比48%;风电5个,占比18%;水电1个,占比4%;多种来源8个,占比30%; 2)按照应用方向分类:交通16个,占比37%;科研12个,占比28%;发电6个,占比14%;合成甲醇2个,占比9%;储能1个, 占比2%;其他5个,占比12%。

国内可再生氢产能建设快速推进

据中国氢能联盟研究院统计,2022年国内新增可再生制氢项目产能3.3万吨/年,同比增长65%;截至2022年底在建项目 17.7万吨,均有望在2年内投产运营; 据高工锂电统计,2022年国内电解水制氢设备出货量722MW,同比提升106%。

3、国内氢能应用领域

国内氢能在化工领域应用

国内氢能在工业领域主要用于化工: 1)按照各省用氢企业主要产品划分,氢能在化工领域主要用来合成 氨、合成甲醇、石油精炼、合成其他化工品; 2)按照用氢企业产能看:国内合成氨58745万吨,占比80%;合成甲 醇6183万吨,占比9%;石油精炼4642万吨,占比6%;合成其他化工 品3791万吨,占比5%。

国内燃料电池汽车

国内燃料电池汽车: 1)截至23年2月,国内公告车型993辆, 客车和专用车几乎各占一半; 2)截至2022年底,国内累计销售燃料 电池汽车1.03万辆,距离“十四五”目 标还差4万辆; 3)燃料电池系统配套数量前五的厂家: 北京亿华通、上海重塑、亿华通动力、 上海捷氢、潍柴动力。

国内加氢站

国内加氢站: 1)截至22年底,国内在运加氢站245座; 2)截至22年底,国内在运加氢站每日供给能 力17.7万公斤; 3)国内加氢站数量前五省份:广东、河北、 山东、江苏、河南; 4)排名前十EPC企业大多是中石化分公司。

4、国内氢气成本

国内制氢成本分布

国内氢气成本分布: 1)我们把制氢成本分为:可再生氢成本(绿氢)、清洁氢成本(绿氢和蓝氢)、综合氢成本(绿氢、蓝氢、灰氢); 2)目前,各个地区的可再生制氢成本均高于工业副产制氢,更高于化石能源制氢; 3)趋势上看,可再生制氢成本呈现下降趋势;工业副产和传统能源制氢受能源价格上涨影响,成本上升。

可再生制氢成本下降趋势

国内可再生氢气成本分布: 1)从可再生氢气成本分布看,西北<东北<华北<西南<华东<华中<华南;2)近5年来,所有区域的可再生氢成本持续下降,并仍有很大降本空间。长期看可再生电力制氢成本下降展望: 据中国氢能联盟研究院预测,到2030年,国内电解水制氢装机有望扩大至100GW以上,碱性电解槽投资成本将从2020年 的2000元/KW,降低至2030年的1500元/KW。同时,得益于可再生电力成本的降低,可再生电力制氢成本有望下降至13元 /公斤,在成本上充分具备与化石能源制氢竞争的能力。

不同电解水制氢成本拆分

不同电解水制氢方式的成本拆分: 1)根据能源转型委员会测算数据,应用电网电力制氢时,燃料成本占比约80%,固定投资占比15%,运营费用占比5%; 2)可再生能源制氢时,燃料成本占比60-70%,固定投资占比30%,剩余为运营费用; 3)天然气制氢(CCUS,碳捕获),燃料成本占比55%(现在更高),固定投资占比30%,剩余为运营费用。

氢气存储与运输

常见的氢气储存、运输方式为气态储氢、液态储氢、固态合金储氢三种方式,重点是安全、低成本提高质量储氢率。 1)根据中国氢能联盟研究院统计,目前我国主要采用20MPa气态高压储氢与集束管车运输的方式; 2)当用氢规模扩大、运输距离增长后,提高气氢运输压力或采用液氢槽车、输氢管道等运输方案才可以满足高效经济 的要求; 3)氢的储运体系建设,可以借鉴天然气储运体系,结合实际的应用场景,选择合适的储运方式。

4、氢能产业链

氢能产业链

氢能产业链上下游依次为:制氢、储运、加氢、能量转换(燃料电池)、用氢; 我国已经掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺; 在制、储、输、加、用等全产业链规模以上工业企业超过300家,集中分布在长三角、粤港澳大湾区、京津冀等区域。

绿氢是未来重点发展方向

氢的颜色用于代表制造氢的来源和工艺,目前分为9种颜色:绿色、蓝色、灰色、棕色或黑色、绿松石色、紫色、粉色、 红色、白色; 绿氢是利用可再生电力,通过水电解工艺生产的氢气,在生产过程中没有二氧化碳的排放,是未来重点发展方向。

电解槽电解水制氢的核心设备

如前所述,在绿氢制备过程中,燃料成本占比60-70%,固定投资占比30%,剩余为运营费用; 电解槽是电解水制氢系统的核心部分:电解水制氢系统由电解槽及辅助系统组成,其中电解槽是电解反应发生的主要场 所,辅助系统则包括电力转换、水循环、气体分离、气体提纯等模块; 从成本构成来看,电解槽在制氢系统总成本中的占比约为 40%-50%。

电解槽分类——碱性是国内主流

生产绿氢的核心是高效电解水制氢技术。 按照工作原理和电解质不同,电解水制氢技术分为4 类:1)碱性电解水(ALK);2)质子交换膜电解 水(PEM);3)高温固体氧化物电解水(SOEC); 4)固体聚合物阴离子交换膜电解水(AEM)。 目前国内超过95%的电解水都应用碱性电解水技术。

碱性电解水工作原理

碱性电解水制氢的电解质为30%质量浓度KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。 反应过程:在直流电下,水分子在阴极得到电子生成氢气和氢氧根离子,氢氧 根离子在电场和氢氧侧浓度差的作用下穿过隔膜到达阳极,并且失去电子生成 氧气和水。 碱性电解槽主体由端压板、密封垫、极板、电极、隔膜等零部件组成。

碱性电解槽企业梳理

据Trend Bank统计,国内已经有超过百家企业布局或规划碱性电解 槽,包括深耕二三十年的传统企业,和近几年入局的新能源企业和 装备制造企业。 2021年下半年至2022年底,国内共有11家企业发布了碱性电解槽新 品,其中单槽最大产氢量达到1400Nm³/h。碱性电解槽的大型化迭代 升级正在快速发展。据Trend Bank统计,2022年国内碱性电解槽已规划产能超过11GW; 据高工锂电统计,2022年国内电解水制氢设备出货量达到722MW(含出口, 不含研发样机),同比增长106%。考克利尔竞立以出货量230MW继续排名 第一,派瑞氢能(中船重工718所)位居第二,隆基氢能首次跻身第三。 从市场集中度来看,出货量TOP3厂商市占率合计达到73%,同比2021年下 降约10个百分点。

5、重点企业分析

昇辉科技

昇辉新能源是昇辉科技(300423.SZ)的控股子公司,专门布局氢能产业,构建了“3+3”的氢能战略: 1)一方面战略投资飞驰科技、国鸿氢能、鸿基创能这3家产业链头部企业,携手合作伙伴搭建氢能生态圈和产业联盟 2)另一方面通过自主运营,搭建氢车运营平台、制氢装备、氢能电气零部件3大板块,构筑强大的竞争优势。 作为昇辉新能源制氢板块的实施主体,广东盛氢制氢设备有限公司自22年5月注册以来,仅用3个多月的时间推出了首台 套100标方碱性电解水制氢设备产品,达到国际一级制氢能效标准。到22年第四季度,盛氢产品产氢能力实现从100标方 到1000标方的跨越,满足市场对大标方产品的需求。

华电重工

中国华电于2020年7月成立中国华电氢能技术研究中心,在碱性和PEM制氢设备均有布局: 1)碱性制氢:2022年7月,中国华电首套1200Nm³/h碱性电解槽产品下线,电流密度提高约30%,整体重量减少近10%,直流能耗指标小 于4.6千瓦时每标方氢气;在1.6MPa运行压力下,该电解槽的额定产氢量达到1200Nm³/h; 2)PEM制氢:2022年,华电重工投资并控股通用氢能,通用氢能拥有氢能燃料电池核心材料产品气体扩散层、质子交换膜及催化剂的 生产配方、生产工艺、核心技术。 2022年4月,华电集团四川分公司与东方锅炉、东方氢能联手,推动国内首套100kW氢燃料电池冷热电三联供系统示范应 用;7月,华电集团发电运营有限公司与山西美锦能源签订合作协议,双方将积极发展风光氢等新能源产业,推动氢能 产业链延长、价值链提升、供应链融通。

华光环能

公司在选择氢能业务方向时考虑公司自身装备制造的优势,选择在上游制氢环节切入,主攻碱性水电解槽制氢技术、装 备及系统集成。在与现有业务协同方面: 1)制作制氢设备所需的原材料、吊装设备及场地可充分利用公司装备制造的已有资源,且公司研发人员经验丰富、制造人员技术娴 熟,能快速熟悉新领域并与大连理工研发人员高效配合; 2)公司投资新设华光碳中和技术发展有限公司,将通过开展碳减排技术梳理、外部合作及技术引进并孵化输出等,带动公司装备制 造和工程板块的产业输出,未来公司将积极探索现有业务与氢能等新能源的协同发力的可能性。 2022年11月,华光环能表示,公司实现了碱性水电解槽制氢技术、装备及系统集成的成功落地,历时70天完成了30m/h 制氢设备及系统的研发和生产,设备已发往成都进行中试试验。

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