氫能源行業(yè)市場分析

氫能源行業(yè)市場分析一、氫能：零碳可持續(xù)的理想能源能源安全和節(jié)能減排兩大因素驅(qū)動一、二次能源的革新按能源的基本形態(tài)分類，能源可分為一次能源和二次能源。一次能源，即天然能源，指在自然界現(xiàn)成存在的能源，如煤、石油、天然氣、水能等；二次能源指由一次能源加工轉(zhuǎn)換而成的能源產(chǎn)品，如電力、煤氣、汽油、氫能等。由于人類現(xiàn)階段面臨嚴(yán)峻的能源危機(jī)和環(huán)境問題，一次能源和二次能源領(lǐng)域的革新勢在必行。可再生性是一次能源面臨的重大問題?，F(xiàn)階段，我們應(yīng)用的能源以不可再生的化石能源為主，未來面臨枯竭的危機(jī)，因此開發(fā)風(fēng)電、光伏等可再生能源尤為重要。二次能源的革新是解決碳排放問題的關(guān)鍵。二次能源是聯(lián)系一次能源和能源用戶的中間紐帶，但汽油等能源在燃燒過程中會產(chǎn)生二氧化碳和污染物質(zhì)。解決能源應(yīng)用的碳排放問題，就需要開發(fā)優(yōu)質(zhì)的含能體能源，如鋰電和氫能。氫能是一種優(yōu)勢突出、前景廣闊的二次能源氫能的開發(fā)和應(yīng)用對促進(jìn)節(jié)能減排、保障能源安全具有戰(zhàn)略意義。從應(yīng)用端節(jié)能減排的角度來看，氫能是一種優(yōu)質(zhì)的二次能源，可以作為汽油、柴油等能源的替代，與鋰動力電池形成互補(bǔ)。從供給側(cè)能源安全的角度來看，氫能夠以水為原料制取，儲量豐富，且理論上可循環(huán)制??；同時，使用風(fēng)電、光伏電解水制氫可以解決棄風(fēng)棄光的消納問題，從而進(jìn)一步推動風(fēng)電、光伏等可再生一次能源的應(yīng)用。供需現(xiàn)狀：全球氫氣產(chǎn)能以灰氫為主，下游主要作為化工原料使用目前全球氫氣生產(chǎn)以化石燃料制氫（灰氫）為主，清潔制氫存在替代空間。2021年全球氫氣總產(chǎn)量9400萬噸，其中化石燃料制氫占80%以上，清潔制氫（電解水制氫/化石燃料制氫+CCUS）占比不到1%。目前我國氫氣產(chǎn)能約4100萬噸/年，產(chǎn)量約3300萬噸，制氫規(guī)模全球領(lǐng)先，以化石燃料制氫為主（近80%）。氫作為能源應(yīng)用的普及程度不高，現(xiàn)階段主要作為化工原料使用。2021年，全球氫氣需求超過9400萬噸。我國是全球最大的氫氣消費(fèi)國，需求量約2800萬噸，占全球的30%。分應(yīng)用來看，氫氣在全球范圍內(nèi)和我國均主要用于化工（合成氨/合成甲醇）和煉油，作為能源的應(yīng)用程度不高。我國政策驅(qū)動下，氫能產(chǎn)業(yè)開啟新篇我國國家層面日益重視氫能的戰(zhàn)略重要性，加強(qiáng)氫能布局。2022年3月，國家發(fā)改委、能源局發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，明確了氫能的戰(zhàn)略定位，提出了氫能產(chǎn)業(yè)一系列發(fā)展目標(biāo)。2023年8月，六部委印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023版）》，有望解決氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺乏的長期痛點，推動產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)打通。各地紛紛出臺氫能發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)。從已公布的規(guī)劃目標(biāo)來看，到2025年，我國將累計至少建成加氫站762座，燃料電池車保有量8.8萬輛，氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模接近7000億元。二、氫能的四大應(yīng)用場景氫能應(yīng)用領(lǐng)域短期以工業(yè)為主，長期在交通、電力領(lǐng)域發(fā)展空間廣闊工業(yè)是氫能當(dāng)前的主要應(yīng)用領(lǐng)域，長期占據(jù)可觀份額。現(xiàn)階段全球氫氣主要應(yīng)用于化工和煉油。工業(yè)領(lǐng)域氫氣用量大、用氫技術(shù)成熟，存在綠氫替代灰氫的減碳空間，將成為短期內(nèi)氫能最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。IEA預(yù)計，“凈零排放”情形下，2030年全球工業(yè)用氫需求達(dá)1億噸，占全球用氫規(guī)模的47%；2050年，全球工業(yè)用氫規(guī)模約1.4億噸，占全球用氫規(guī)模的26%。我國化工產(chǎn)業(yè)占全球比重較大，工業(yè)用氫將占據(jù)主要規(guī)模，中國氫能聯(lián)盟預(yù)計，碳中和情景下，2060年我國工業(yè)用氫規(guī)模7,794萬噸，占?xì)淇傂枨罅康?0%。氫能在交通、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用將逐步擴(kuò)展。交通和電力部門是全球碳排放的重要來源。氫能在重載交通工具、長時儲能等領(lǐng)域潛力巨大，但規(guī)?；茝V有賴于技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)鏈降本、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，需要時間發(fā)展。IEA預(yù)計，全球“凈零排放”情形下，2030年全球交通/電力領(lǐng)域氫能需求分別為0.2/0.3億噸；到2050年則大幅增至2.0/1.0億噸，2050年交通將成為全球氫能最大的需求領(lǐng)域。中國氫能聯(lián)盟預(yù)計，碳中和情景下，2060年我國交通/電力用氫規(guī)模分別為4051萬噸/600萬噸。工業(yè)應(yīng)用|傳統(tǒng)工業(yè)存量替代+新技術(shù)擴(kuò)大需求，工業(yè)綠氫應(yīng)用空間廣闊傳統(tǒng)工業(yè)存量替代+新技術(shù)擴(kuò)大需求，我國工業(yè)用氫增長空間廣闊。氫氣作為傳統(tǒng)化工原料，存量需求龐大（據(jù)中國氫能聯(lián)盟，2019年為2810萬噸），可以使用綠氫替代灰氫來減少排放。未來，隨著新技術(shù)的成熟，氫氣可以在鋼鐵行業(yè)逐步取代焦炭作為還原劑和燃料，或在工業(yè)供熱等場景部分替代天然氣等，增量空間大。到2060年，工業(yè)將仍是我國氫氣用量最大的領(lǐng)域。中國氫能聯(lián)盟估計，在2060年碳中和情景下，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)域用氫需求7,794萬噸，占?xì)淇傂枨罅康?0%。合成氨、合成甲醇等傳統(tǒng)化工行業(yè)，綠氫滲透空間龐大。合成氨等傳統(tǒng)化工領(lǐng)域用氫技術(shù)成熟，氫氣需求量大。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2019年我國合成氨/合成甲醇/煉化與煤化工的氫氣需求量分別為1080/910/820萬噸，綠氫替代灰氫的空間廣闊。合成氨已成為現(xiàn)階段綠氫應(yīng)用落地的主力場景。根據(jù)我們不完全統(tǒng)計，2023年上半年國內(nèi)有52個綠氫項目公布了最新進(jìn)展（簽約/開工/投產(chǎn)等），綠氫規(guī)劃年產(chǎn)能共計65.4萬噸。其中，16個項目生產(chǎn)的綠氫將用于合成氨，對應(yīng)綠氫年產(chǎn)能36.4萬噸，占統(tǒng)計項目規(guī)模的56%。以合成氨為代表的化工應(yīng)用，或?qū)⒊蔀榇笠?guī)模制氫項目的首選應(yīng)用場景。交通應(yīng)用|氫燃料電池汽車具有突出的性能優(yōu)勢+降本潛力氫燃料電池汽車有望與純電動汽車形成互補(bǔ)發(fā)展。氫燃料電池汽車具有續(xù)航里程長、低溫性能優(yōu)良、加注迅捷等優(yōu)勢，適用于中長距離和重載運(yùn)輸，有望與純電動汽車互補(bǔ)發(fā)展?，F(xiàn)階段氫燃料電池汽車經(jīng)濟(jì)性有限，降本有望助力燃料電池汽車推廣。根據(jù)研究，2021年我國燃料電池汽車百公里成本924元，遠(yuǎn)高于純電動汽車和燃油汽車，主要原因為折舊成本高昂。未來隨著氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)成熟和規(guī)模降本，燃料電池汽車購置成本和用氫成本有望逐步降低，成本競爭力提升。電力應(yīng)用|氫能在長時儲能、發(fā)電等領(lǐng)域存在應(yīng)用潛力氫能在電力系統(tǒng)中存在應(yīng)用潛力。氫除了作為二次能源直接應(yīng)用外，理論上也可以通過電-氫-電的轉(zhuǎn)化過程，用于電力系統(tǒng)中的儲能和發(fā)電。儲能方面，氫作為能量載體，可用于長時儲能，或替代輸電進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸；發(fā)電方面，氫可以通過燃料電池或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，用于電網(wǎng)平衡（調(diào)峰）、作為分布式電源等。在電力系統(tǒng)長周期調(diào)節(jié)和降低碳排放的需求下，氫能作為長時儲能載體和清潔發(fā)電來源，存在推廣應(yīng)用的潛力。氫能電力系統(tǒng)發(fā)展階段尚早，能量效率是主要瓶頸。按照ALK電解槽工作效率70-80%、PEM燃料電池工作效率45-50%估算，電-氫電兩次轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)化效率僅有31.5-40%；若考慮儲運(yùn)階段的系統(tǒng)損耗，氫能電力系統(tǒng)的實際能量效率可能更低。目前，氫能電力系統(tǒng)發(fā)展階段尚早，各國僅有若干研發(fā)示范項目。氫能要在電力領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，仍需電解槽、燃料電池等技術(shù)進(jìn)步。三、燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈簡介氫燃料電池是氫能應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備氫燃料電池是使用氫氣發(fā)電的裝置。燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，用于將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。氫燃料電池使用氫氣或富氫氣體作為燃料。在氫燃料電池中，氫氣和氧氣在催化劑的作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能和水。氫燃料電池是氫能應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備。氫氣中的化學(xué)能需要轉(zhuǎn)換為電能、熱能等形式應(yīng)用。燃料電池和內(nèi)燃機(jī)是用于轉(zhuǎn)化氫能的兩種裝置：燃料電池將氫氣中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，內(nèi)燃機(jī)則將其轉(zhuǎn)化為動能、熱能，或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能。與內(nèi)燃機(jī)相比，氫燃料電池具有效率高、環(huán)境友好、可靠性強(qiáng)、靈活性高等優(yōu)勢。因此，氫燃料電池是氫能實現(xiàn)應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備。氫燃料電池技術(shù)路線：PEMFC先行，SOFC跟隨技術(shù)路線：PEMFC先行，SOFC跟隨。目前PEMFC是氫燃料電池的主流技術(shù)路線，SOFC次之。PEMFC具有結(jié)構(gòu)緊湊、啟?？?、運(yùn)行溫度低等優(yōu)勢，適宜車載使用，也可以用作分布式發(fā)電；SOFC理論效率高，高溫運(yùn)行可同時提供電力和熱量，是建筑熱電聯(lián)供的優(yōu)選方案。根據(jù)E4tech報告數(shù)據(jù)（2020），PEMFC全球出貨量占比達(dá)78.08%，具有絕對優(yōu)勢，SOFC次之，占比為11.19%。PEMFC系統(tǒng)：由燃料電池電堆和輔助系統(tǒng)構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)由電堆和輔助系統(tǒng)構(gòu)成。電堆是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所。燃料電池與常規(guī)電池工作方式不同，它的活性物質(zhì)（燃料和氧化劑）并非儲存在電池內(nèi)部，而是儲存在外部儲罐中；電堆為電化學(xué)反應(yīng)提供催化劑和反應(yīng)場所。電堆由大量單體電池堆疊而成，每個單體電池由膜電極、雙極板等部件構(gòu)成。輔助系統(tǒng)（BOP）用于為電堆持續(xù)提供反應(yīng)氣體，并使電堆保持反應(yīng)所需的溫濕度，主要設(shè)備包括空壓機(jī)、循環(huán)泵、增濕器和水泵等。PEMFC系統(tǒng)：2025年市場規(guī)模有望達(dá)167-181億元PEMFC系統(tǒng)市場前景廣闊，2025年市場規(guī)模有望超過160億元。Frost&Sullivan預(yù)測，2025年國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)出貨量為7.26GW，市場規(guī)模達(dá)181億元。該機(jī)構(gòu)預(yù)計的2025年出貨量中，車載應(yīng)用6.71GW，其它運(yùn)輸應(yīng)用0.13GW，固定式應(yīng)用0.42GW。由于車載燃料電池均使用PEMFC，船舶和固定式發(fā)電可采用PEMFC、SOFC等路線，我們推算，2025年我國PEMFC系統(tǒng)出貨量范圍在6.71-7.26GW之間（下限為車載應(yīng)用出貨量，上限為全部系統(tǒng)出貨量）；使用出貨量比例粗略估算，2025年國內(nèi)PEMFC系統(tǒng)市場規(guī)模約為167-181億元，2030年P(guān)EMFC系統(tǒng)市場規(guī)模為922-1168億元。PEMFC|電堆：燃料電池系統(tǒng)的“心臟”，2026年國內(nèi)市場有望超百億元電堆是是燃料電池系統(tǒng)的“心臟”，價值量占比最高。電堆是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所，維持著整個燃料電池系統(tǒng)的能量輸出過程，決定了燃料電池的整體性能。在燃料電池系統(tǒng)各組成部分中，電堆價值量占比最高，成本占比達(dá)59%。國內(nèi)電堆市場規(guī)模有望于2026年超百億元。Frost&Sullivan預(yù)計，2022年到2030年中國氫燃料電池電堆出貨量將由1GW增至100GW，市場規(guī)模將由21億元增至662億元。由于該機(jī)構(gòu)的預(yù)測口徑并未區(qū)分技術(shù)路線，我們?nèi)詤⒖几髂甓葰淙剂想姵叵到y(tǒng)分應(yīng)用出貨量占比（下限為車載應(yīng)用出貨量比例；上限為全部系統(tǒng)出貨比例，即100%），粗略估算PEMFC電堆市場規(guī)模：2026年中國PEMFC電堆出貨量約為13-15GW，對應(yīng)的市場規(guī)模131-147億元；2030年國內(nèi)PEMFC電堆市場規(guī)模有望達(dá)522-662億元。PEMFC|膜電極材料-催化劑：主要依賴進(jìn)口，國內(nèi)廠商開始發(fā)力國外催化劑廠商占據(jù)國內(nèi)市場主要份額。催化劑技術(shù)壁壘較高且技術(shù)專利大多掌握在國外企業(yè)手里，因此國內(nèi)催化劑供應(yīng)主要依賴進(jìn)口。根據(jù)36Kr數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)在營的燃料電池車中90%的燃料電池使用進(jìn)口催化劑。國外的催化劑供應(yīng)商主要有日本的田中貴金屬（TKK）、英國的莊信萬豐（JM）、比利時的優(yōu)美科等公司，其中田中貴金屬、莊信萬豐占據(jù)主要市場份額。國內(nèi)部分企業(yè)著手布局催化劑。催化劑成本高、