報(bào)告出品方：國泰君安

以下為報(bào)告原文節(jié)選

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1. 多能互補(bǔ)，“氫”裝上陣

1.1. 能源危機(jī)疊加碳排壓力促進(jìn)“氫”潔能源發(fā)展

化石能源主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)給可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；茉慈缑禾?、石油、天然氣，在全球能源消耗中占比高達(dá) 80%以上。然而根據(jù)美國能源信息署（EIA）的報(bào)道，全球煤炭、原油以及天然氣的探明儲(chǔ)量增長逐漸放緩，不可再生能源加速枯竭。2020 年，世界的煤炭儲(chǔ)量估計(jì)值為 10,440 億噸，同比增長 0.43%；原油儲(chǔ)量估計(jì)值為 16,619 億桶，同比增長 0.16%，天然氣儲(chǔ)量估計(jì)值為2,054,000億立方米，同比增長1.12%。隨著不可再生能源的消耗，未來全球?qū)稍偕茉吹囊蕾嚩葘⒅饾u上升。

化石能源是溫室氣體排放的主要來源。根據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)，2022年與能源相關(guān)的二氧化碳排放量達(dá)到了 368 億噸，同比增長 0.9%。其中煤、石油的碳排放分別達(dá)到了 155 億噸，112 億噸，同比增長 1.6%與 2.5%。拉長時(shí)間維度來看，全球溫室氣體排放量自 1970 年以來增長了 90%，其中 70%是由于化石能源的使用導(dǎo)致的。減少不可再生能源的使用對于控制溫室氣體排放有著至關(guān)重要的作用。

1.2. 氫能相對于化石能源更加清潔和高效

氫能相對于化石能源儲(chǔ)量更大，熱值更高，更加清潔。氫氣的單位質(zhì)量熱值約為 120-140MJ/kg，為原油、汽油的 3 倍左右，煤的 4 倍左右，是比化石能源更加高效的燃料。此外清潔也是氫能的優(yōu)勢之一，氫氣燃燒只生成水，不會(huì)對環(huán)境造成負(fù)面的影響。而傳統(tǒng)的固體燃料如煤、焦炭等，即使在完全燃燒的條件下，除了排放大量二氧化碳外，還會(huì)產(chǎn)生如NOx，SO2 等有毒氣體。來源豐富、綠色低碳、更加高效的氫能對構(gòu)建清潔高效的能源體系、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，具有重要意義。

1.3. 需求激增，氫能行業(yè)發(fā)展迅速

產(chǎn)量、需求齊升，氫能行業(yè)加速發(fā)展。氫能的發(fā)展已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)之一，氫能的需求也不斷增長。根據(jù) IEA 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年全球氫氣產(chǎn)量達(dá)到 9,400 萬噸，預(yù)計(jì) 2050 年，全球的氫氣需求量將達(dá)到 2.54 億噸，增長空間巨大。而中國是世界主要的氫氣需求國以及氫氣生產(chǎn)國，根據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2017-2022 年中國氫氣產(chǎn)量逐年增長，在2022 年氫氣產(chǎn)量達(dá)到了 4004 萬噸，預(yù)計(jì) 2060 年需求量達(dá)到 1.3 億噸，占全球需求量的 51.2%。

2. 氫能產(chǎn)業(yè)鏈：上游制氫、中游儲(chǔ)運(yùn)、下游用氫

完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈包含了上游氫氣的制備、中游氫氣的儲(chǔ)運(yùn)以及下游氫氣的使用。根據(jù)制備的源頭不同，制氫環(huán)節(jié)可分為“灰氫”、“藍(lán)氫”、“綠氫”。中游氫氣的儲(chǔ)存根據(jù)氫存在的相態(tài)可以分為高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液氫、固體材料儲(chǔ)氫；根據(jù)儲(chǔ)氫方式的不同可將運(yùn)氫分為長管拖車運(yùn)氫、管網(wǎng)運(yùn)氫等。在下游，氫氣可用于交通（氫燃料電池車）、工業(yè)、建筑等不同領(lǐng)域。

2.1. 制氫：灰氫占據(jù)主導(dǎo)，綠氫成本優(yōu)勢顯現(xiàn)

氫氣按照制取過程的碳排放可分為“灰氫”、“藍(lán)氫”、“綠氫”。灰氫”是指以化石能源為原料制備的氫氣，例如煤氣化、天然氣重整過程得到的氫氣?！八{(lán)氫”指的是在灰氫的基礎(chǔ)上，應(yīng)用碳捕集碳封存技術(shù)（CCS、CCUS）制備的氫氣。“綠氫”是利用可再生能源生產(chǎn)制備的氫氣。制氫環(huán)節(jié)的成本一定程度上決定了下游用氫產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。

“灰氫”是國內(nèi)外最主要的氫氣來源。根據(jù) IEA 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年全球氫氣總產(chǎn)量為 9,400 萬噸，其中，天然氣制氫占比 55%，煤制氫占比 17%，工業(yè)副產(chǎn)氫占比 16%。而國內(nèi)，根據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤制氫是最主要的制氫途徑，2020 年煤制氫產(chǎn)量占總量的 63%，而工業(yè)副產(chǎn)氫、天然氣制氫分別占比 22%，13，僅有 2%的氫氣來源于電解水。

煤制氫和天然氣制氫的原材料成本占 75%以上。原材料的價(jià)格波動(dòng)對制氫成本影響較大?！八{(lán)氫”是“灰氫”向“綠氫”過渡的產(chǎn)物，以煤炭價(jià)格 800 元/噸，天然氣價(jià)格 3 元/Nm3 為基準(zhǔn)計(jì)算，在考慮碳封存及碳稅的影響，煤制氫和天然氣制氫的成本分別從 10.8/14.7 元/kg 上漲至15.6/17.0 元/kg。

電解水制氫是目前最成熟的綠色制氫技術(shù)。制備“綠氫”的技術(shù)主要有電解水制氫、太陽能制氫以及生物質(zhì)制氫。

堿性電解水技術(shù)最先規(guī)?；瘧?yīng)用。電解水制氫主要有四種方法，其中堿性電解槽（ALK）制氫技術(shù)最為成熟，具備規(guī)?；a(chǎn)的條件；其次是質(zhì)子交換膜電解槽（PEM）制氫 PEM，目前成本較高；固體氧化物電解槽（SOEC）制氫技術(shù)目前尚處于示范初期，陰離子膜電解槽（AEM）制氫處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。根據(jù) IEA 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年堿性電解制氫的裝機(jī)容量占比例接近 70%，其次是質(zhì)子交換膜電解制氫，占比 25%，SOEC以及 AEM 在目前裝機(jī)容量中比例很小。同時(shí) IEA 預(yù)計(jì)堿性電解制氫的占比會(huì)在 2022-2027 年內(nèi)保持在約 60%，到 2030 年時(shí)堿性電解氫氣和PEM 電解制氫的總裝機(jī)容量可能會(huì)平分秋色。

隨電價(jià)降低，綠氫競爭力提升。堿性電解槽和 PEM 技術(shù)的電耗成本分別為 73.3%和 50.6%，是制約規(guī)?；瘧?yīng)用的最重要因素之一。隨著電價(jià)降低，綠氫制備的成本下降趨勢明顯，當(dāng)電價(jià)低于 0.25 元/kWh 時(shí)，制氫成本降至 16.11 元/kgH2，低于藍(lán)氫成本。當(dāng)電價(jià)進(jìn)一步低至 0.15 元/kWh 時(shí)，制氫成本為 10.73 元/kgH2 和較灰氫具備成本優(yōu)勢。隨著可再生能源的規(guī)?；?，電價(jià)成本有望達(dá)到競爭平衡點(diǎn)。

預(yù)計(jì) 2030 年底全球電解水制氫裝機(jī)達(dá)到 134GW。根據(jù) IEA數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，電解水的裝機(jī)容量正在迅速上升，2021 年底已達(dá)到 510MW，同比上升70%。到 2030 年底，全球電解水制氫的裝機(jī)容量有望達(dá)到 134GW。電解水制氫有望成為未來主流制氫方式之一。

2.2. 儲(chǔ)運(yùn)：多路徑并駕齊驅(qū)

長、短距離輸氫相結(jié)合，助力氫能終端消費(fèi)。作為氫能產(chǎn)業(yè)鏈的中游，氫氣的儲(chǔ)運(yùn)聯(lián)通了上游供應(yīng)端的制氫以及下游需求端的用氫。與風(fēng)光等可再生資源類似，我國的氫能資源也呈現(xiàn)了逆向分布，即氫資源呈現(xiàn)“西富東貧，北多南少”的局面。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的西北地區(qū)的氫氣產(chǎn)能位居全國之首，占總產(chǎn)能的 26.3%。然而需求大多集中在我國的東部地區(qū)。目前氫氣主要的儲(chǔ)運(yùn)方式包括長管拖車、槽罐拖車以及管道輸運(yùn)等方式。其中，長管拖車和槽罐拖車的儲(chǔ)運(yùn)成本高、運(yùn)輸半徑一般低于 300km，而管道輸氫具有規(guī)模大、成本低的特點(diǎn)，是未來長距離輸氫的主要方式。

高壓氣態(tài)儲(chǔ)存技術(shù)最為成熟。氫氣的儲(chǔ)存技術(shù)主要分為高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫以及固態(tài)儲(chǔ)氫。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫具有成本較低、能耗低、易脫氫和工作條件較寬等特點(diǎn)，是發(fā)展最成熟、最常用的儲(chǔ)氫技術(shù)。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫通過高壓壓縮方式儲(chǔ)存氣態(tài)氫，主要采用 4 種儲(chǔ)氫瓶：純鋼制金屬瓶（I 型）、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶（II 型）、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶（III 型）及塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（IV 型）。早期的 I 型和 II 型瓶的儲(chǔ)氫壓力低，難以滿足車載儲(chǔ)氫的需求。為了提高運(yùn)氫量，如今儲(chǔ)氫瓶工作壓力進(jìn)一步提高到了 30~45 MPa，甚至 70MPa。目前，在國內(nèi)應(yīng)用較多的是 III 型儲(chǔ)氫瓶，III 型瓶采用了金屬襯里，并且對瓶身進(jìn)行了全瓶身的纖維與樹脂復(fù)合材料的包裹。而 IV 型瓶則在輕量化上做出了較大的改進(jìn)，襯里為高分子材料制成，瓶身由纖維樹脂復(fù)合材料全包裹，瓶壁更薄。Ⅳ型瓶相對于 III 型瓶安全性更好，且重量更輕，制造成本只有 III 型瓶的63.5%。未來Ⅳ型瓶將會(huì)成為氫燃料電池車的首選儲(chǔ)氫瓶。

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