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“氢”风徐来——华西证券氢能产业研究·开篇

   日期:2023-09-16 14:44:26     来源:网络整理    作者:本站编辑    浏览:35    评论:0    

“氢”风徐来

——华西证券氢能产业研究·开篇

氢是宇宙中分布最为广泛的物质,具有能量密度高、燃烧后零碳排放等特点,因此“氢能”也是全球公认的清洁能源终极解决方案。2022年3月,国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,以“双碳”目标为总体方向,明确了氢能在国家能源体系中的战略地位。

华西证券长期跟踪并关注国家能源战略及发展方向,尤其是能源领域的前瞻性技术布局。以本篇为引领,我们将陆续推出氢能及其他能源领域的系列研究报告,欢迎读者关注。

(一)氢能产业概述

1. 制氢
根据氢的生产来源,可分为“灰氢、蓝氢、绿氢”。
灰氢主要是指化石燃料制氢、工业副产物制氢等传统制氢方法。其中,煤与天然气重整等化石能源制氢是现今工业制氢的主流,原料价格相对低廉,但氢气制备过程中会排放大量CO2和污染物。工业副产氢则集中分布于化工、冶金等领域,其中煤气化制氢规模较大,技术相对成熟,且成本低廉,但仍然面临污染大、制氢纯度低等瓶颈。氯碱副产制氢因其经济、操作简单、纯度高等特点,拥有较好的应用潜能,但也存在产氢量小且产能分散的问题。[i]
蓝氢主要是指是利用化石燃料制氢,同时配合碳捕捉和碳封存技术,碳排放强度相对较低但捕集成本较高。
绿氢主要是指电解水制氢和生物质制氢。此外,太阳能分解水制氢、生物质制氢、核能制氢及海水制氢等多种新兴方式也在快速发展中。近年来世界各国对电解水制氢、生物质制氢及核能制氢等工艺进行了大量研究,绿色制氢方法正朝着多样化方向发展,各种新型制氢技术蔚然成风,在推动全球氢能资源的利用中扮演着重要的角色,不同绿色制氢技术在适用条件、应用效果及成本投入等方面不尽相同。
2. 氢储运
氢能产业链中,氢的存储与输送是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁,深刻影响着氢能发展节奏及进度。由于氢气在常温常压状态下物理密度极低(仅为空气的1/14),同时具有单位体积储能密度低、易燃易爆等特点,因此导致氢能的储存和输送难度较大。发展安全、高效、低成本的氢气储存及运输技术是氢能大规模商业化发展的前提。
目前氢气储存的主要方式包括:高压气态储氢、低温液态储氢、有机氢化物储氢和固体储氢;氢气输送的主要方式包括:点供(包括气氢拖车、液氢槽罐车等)以及管输(管道运输氢气)。
根据中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019版)》我国氢能储运技术路线展望:将按照“低压到高压”“气态到多相态”的方向发展,由此逐步提高氢气储存和输送的能力。氢能市场发展前期,氢气用量及运输半径相对较小,此时高压气态运输的转换成本较低,更具性价比;氢能市场发展中期,氢气需求半径将逐步提升,将以气态和低温液态为主;氢能市场发展远期,高密度、高安全储氢将成为现实,完备的氢能管网也将建成,同时出台固态、有机液态等储运标准及管道输配标准作为配套。[ii]
3. 氢能应用
氢能目前主要应用于工业领域,包括合成氨、合成甲醇、石油炼制、半导体工业及食品加工工业等。随着国家双碳政策的实施,氢能在能源领域的应用正在迅速拓展,主要表现在交通运输领域、工业领域、发电领域和建筑领域
燃料电池汽车是交通领域主要应用场景,未来有望实现高速增长。2020年由于受到疫情等因素影响,我国燃料电池汽车产销量从2019年的2737辆下降到1182辆,但2021年再次回升,全年销量共计1586辆,2022年我国氢燃料电池汽车累计销量完成3367辆,同比增长112.3%。中商产业研究院预测,2023年我国氢燃料电池汽车销量将达4230辆。[iii]
在工业领域,氢不仅作为工业燃料,也可以作为工业原料帮助工业减碳发展。在氢冶金、合成燃料、工业燃料等的带动下,2060年工业部门氢需求量将达到7,794万吨,接近交通领域的两倍。例如,在钢铁领域,2020年国内钢铁行业碳排放总量约18亿吨,占全国碳排放总量的15%左右。按照2030年减碳30%目标,需减排5.4亿吨,面临巨大挑战。氢冶金是钢铁行业实现“双碳”目标的革命性技术,绿氢有望逐渐成为化工生产常规原料。就化工行业而言,氢气是合成氨、合成甲醇、石油精炼和煤化工行业中的重要原料。目前,工业用氢主要依赖化石能源制取。随着可再生能源发电价格持续下降,到2030年国内部分地区有望实现绿氢平价,绿氢将进入工业领域,逐渐成为化工生产常规原料。

(二)氢能产业发展格局

1. 国内发展格局
在国家政策及市场的共同推动下,氢燃料电池行业近年来快速发展,燃料电池领域的新进入者不断增加,各方力量纷纷在氢燃料电池产业链内加快布局,并加大产品研发投入和市场推广力度。例如,头部整车企业不断加快在氢燃料电池汽车产业的研发投入和市场推广,部分传统发动机或电机生产企业通过技术授权、合资及战略合作、股权投资等方式不断推进和国际领先燃料电池企业的合作,一些新兴氢燃料电池系统及电堆厂商也不断在研发、市场和产业链合作等方面发力,行业市场竞争日趋激烈。
据高工产业研究院统计,2019-2021年,我国燃料电池系统市场集中度呈先下降后上升的态势,2021年,我国燃料电池系统前三大厂商市场占有率为63%,较上年度上升18个百分点;前五大厂商市场占有率为74%,较上年度上升6个百分点,集中度回升至2019年水平。
2021 年,我国燃料电池系统销量前五名企业为亿华通、海卓动力、国鸿氢能、上燃动力以及潍柴动力。据工信部统计,2022年上半年,我国氢燃料电池系统装机量市场占比前五的企业分别为国鸿氢能、亿华通、重塑科技、国电投和东方电气。其中,国鸿氢能以30%的市场占比遥遥领先,紧随其后的亿华通市场占比为24%,两家企业占比合计超过一半。
氢燃料电池系统装机量市场亦高度集中,前五大厂商市场占有率为72%。综合近几年的市场占有率来看,除亿华通长期处于领先地位以外,其他企业的市占率变化较大,行业的竞争格局尚未明朗。
2. 国际发展格局
能源结构加速已成为全球关注焦点之一,作为清洁能源的终极解决方案,各主要经济体已纷纷将氢能作为国家能源战略加速推动。
欧、美、日等主要经济体布局的领域包括:氢燃料电池产业布局、推动关键技术研发、持续开拓应用场景等。致力于通过燃料电池推动氢能落地应用,力争在“能源革命”中抢先先机。
日本在氢能研究及应用领域率先起步,高度重视建强产业链条,其工业化程度高,能源需求量大,一直致力于从技术和政策层面支持“氢能社会”。日本氢能领域专利储备全球第一,是产业技术的掌握者,其氢燃料电池商业化在全球领先,已广泛应用于民用固定式热电联产发电系统、工业生产及交通领域。
韩国则属于后来居上,重点聚焦于汽车应用,是全球第七大碳排放国,也是经合组织(OECD)温室气体排放增长最快国家之一。为减少对化石能源的过度依赖,韩国后发快进,对氢能和氢燃料电池产业展开全面布局积极重塑世界燃料电池版图,着力构建以汽车应用为引领的氢生态系统。
美国市场较为成熟,具有技术领先性。美国是最早将燃料电池纳入能源战略的国家,自1990年起就沿袭政策评估、商业化预测、方案制定、技术研发、示范推广的路线推动燃料电池产业发展。目前,美国拥有200多家企业和高校、15个国家实验室参与氢燃料电池技术研发,有400多个项目正在推进,技术指标引领全球。美国杜邦(Du Pont)、戈尔(Gore)等本土企业几乎垄断全球质子交换膜供应。
欧洲则采取了区隔竞争策略,力图实现差异化发展。欧洲将氢能作为能源安全和能源转型的重要保障,长期致力于优化氢技术研究和创新活动,加速商业化进程。燃料电池作为“节能转换器”成为欧洲实现能源系统脱碳、创造安全可持续能源供应的关键。
加拿大在氢能领域处于价值链高位,燃料电池技术已应用到全球80%以上的场景,全球约一半的燃料电池公交车由加拿大技术提供动力。New Flyer Industries、Ballard Power Systems、Hydro genics等多家加拿大企业均在全球燃料电池价值链占有一席之地。2003年起,加拿大政府相继提出“氢能村计划”“氢能公路计划”和“温哥华氢燃料电池车计划”,旨在通过政府补贴刺激需求增长,加快发展氢供应链,提升燃料电池技术性能。2020年《加拿大氢能战略》出台,将国家氢能产业发展分为3个阶段,希望由成熟的应用市场延伸至新兴领域,实现交通、电力基本由氢能替代。

(三)氢能产业发展前景

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》估算,2030年我国氢气年需求量将达3715万吨,在终端能源消费中占比约5%;2050年,氢气年需求量将达6000万吨,氢能在中国终端能源体系中的占比将达到10%,产值将达到1万亿元,氢能成为终端能源体系的消费主体;2060年增加至1.3亿吨左右,可再生能源制氢占比70%,终端能源消费占比为20%。[iv]
我国可再生能源装机居全球第一,我国电解水制氢能力每年可达到9亿立方米,制氢成本降至25元/kg。随着可再生能源大规模推广,制氢成本有望持续下降。预计到2025年,可再生能源制氢成本将在目前的水平上降低35-50%,2050年,降幅可达60%。
进入“十四五”以来,在国家多项政策的有力支持下,氢能产业正在成为能源企业及社会资本布局和投资的重点。目前,包含国家电投、国家能源集团、中国石油、中国石化、中国海油在内的超过三分之一的央企已开始在氢能领域布局,范围覆盖“制—储—输—用”全产业链,并在技术研发和示范应用方面获得一定成果。

(四)结  语

华西证券长期跟踪并关注国家能源战略及发展方向,尤其是能源领域的前瞻性技术布局,在氢能的制、储、输、用各环节均遴选了优秀的企业进行深入的实地考察与调研,并与领先的研究机构建立了合作机制。
以本篇为引领,我们将陆续推出氢能及其他能源领域的系列研究报告,分享行业专家的观点与优秀企业、项目的实践情况。欢迎各位持续关注。

引用

[i] 《盘点!十大绿色制氢关键技术》https://mp.weixin.qq.com/s/Fx3mguz8dNaEveEMPD9snQ

[ii] 《氢能储运的不同形式及相关成本分析》https://mp.weixin.qq.com/s/sbuvNRbqO-SqLMVg9f-cGw

[iii] 《2023年中国氢燃料电池汽车销量及竞争格局预测分析》https://www.163.com/dy/article/IBKBCOQB051481OF.html

[iv] 《专家观点 | 中国氢能产业现状与未来》https://mp.weixin.qq.com/s/HE6vMmdlVi4QklsLz6jdig

朝华西拾

 
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