氫能源行業(yè)專題研究：上下游并進“氫”裝上陣

氫能源行業(yè)專題研究：上下游并進，“氫”裝上陣1.多能互補，“氫”裝上陣1.1.能源危機疊加碳排壓力促進“氫”潔能源發(fā)展化石能源主導的能源結構給可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)?；茉慈缑禾?、石油、天然氣，在全球能源消耗中占比高達80%以上。然而根據(jù)美國能源信息署（EIA）的報道，全球煤炭、原油以及天然氣的探明儲量增長逐漸放緩，不可再生能源加速枯竭。2020年，世界的煤炭儲量估計值為10,440億噸，同比增長0.43%；原油儲量估計值為16,619億桶，同比增長0.16%，天然氣儲量估計值為2,054,000億立方米，同比增長1.12%。隨著不可再生能源的消耗，未來全球對可再生能源的依賴度將逐漸上升?；茉词菧厥覛怏w排放的主要來源。根據(jù)IEA統(tǒng)計，2022年與能源相關的二氧化碳排放量達到了368億噸，同比增長0.9%。其中煤、石油的碳排放分別達到了155億噸，112億噸，同比增長1.6%與2.5%。拉長時間維度來看，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量更大，熱值更高，更加清潔。氫氣的單位質量熱值約為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，不會對環(huán)境造成負面的影響。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建清潔高效的能源體系、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標，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)展已成為全球關注的焦點之一，氫能的需求也不斷增長。根據(jù)IEA的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年全球氫氣產(chǎn)量達到9,400萬噸，預計2050年，全球的氫氣需求量將達到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)量達到了4004萬噸，預計2060年需求量達到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、中游儲運、下游用氫完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈包含了上游氫氣的制備、中游氫氣的儲運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”、“藍氫”、“綠氫”。中游氫氣的儲存根據(jù)氫存在的相態(tài)可以分為高壓氣態(tài)儲氫、液氫、固體材料儲氫；根據(jù)儲氫方式的不同可將運氫分為長管拖車運氫、管網(wǎng)運氫等。在下游，氫氣可用于交通（氫燃料電池車）、工業(yè)、建筑等不同領域。2.1.制氫：灰氫占據(jù)主導，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”、“藍氫”、“綠氫”?；覛洹笔侵敢曰茉礊樵现苽涞臍錃?，例如煤氣化、天然氣重整過程得到的氫氣。“藍氫”指的是在灰氫的基礎上，應用碳捕集碳封存技術（CCS、CCUS）制備的氫氣?！熬G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)濟性?！盎覛洹笔菄鴥韧庾钪饕臍錃鈦碓?。根據(jù)IEA數(shù)據(jù)統(tǒng)計，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，根據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)統(tǒng)計，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。原材料的價格波動對制氫成本影響較大?！八{氫”是“灰氫”向“綠氫”過渡的產(chǎn)物，以煤炭價格800元/噸，天然氣價格3元/Nm3

為基準計算，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。制備“綠氫”的技術主要有電解水制氫、太陽能制氫以及生物質制氫。堿性電解水技術最先規(guī)?；瘧?。電解水制氫主要有四種方法，其中堿性電解槽（ALK）制氫技術最為成熟，具備規(guī)模化生產(chǎn)的條件；其次是質子交換膜電解槽（PEM）制氫PEM，目前成本較高；固體氧化物電解槽（SOEC）制氫技術目前尚處于示范初期，陰離子膜電解槽（AEM）制氫處于實驗室研究階段。根據(jù)IEA數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年堿性電解制氫的裝機容量占比例接近70%，其次是質子交換膜電解制氫，占比25%，SOEC以及AEM在目前裝機容量中比例很小。同時IEA預計堿性電解制氫的占比會在2022-2027年內保持在約60%，到2030年時堿性電解氫氣和PEM電解制氫的總裝機容量可能會平分秋色。隨電價降低，綠氫競爭力提升。堿性電解槽和PEM技術的電耗成本分別為73.3%和50.6%，是制約規(guī)?；瘧玫淖钪匾蛩刂?。隨著電價降低，綠氫制備的成本下降趨勢明顯，當電價低于0.25元/kWh時，制氫成本降至16.11元/kgH2，低于藍氫成本。當電價進一步低至0.15元/kWh時，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)?；?，電價成本有望達到競爭平衡點。預計2030年底全球電解水制氫裝機達到134GW。根據(jù)IEA數(shù)據(jù)統(tǒng)計，電解水的裝機