华福低碳研究氢能专题报告（一）：制氢篇：时机已到，绿氢迎来产业化拐点

时机已到，绿氢迎来产业化拐点华福低碳研究氢能专题报告（一）：制氢篇证券分析师：汪磊执业证书编号：S0210523030001研究助理：陈若西证券研究报告|行业专题报告公用事业行业评级强于大市（维持评级）2023年4月25日请务必阅读报告末页的重要声明 投资要点➢氢能是实现深度脱碳的终极选择。氢能能够实现真正的零碳排放，并且能够帮助风光等可再生能源实现大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能，是我国实现低碳转型的重要载体。近年来氢能的能源属性已经得到政府认可，多重利好政策下发助力氢能发展，由于氢能在我国低碳转型的过程中扮演着多重重要角色，预计其消费需求将持续增长，其中化工和交通领域对于氢能的需求快速增长。➢破局在即，绿氢制取迎来产业化拐点。化石能源和工业副产制氢为主流制氢方式，在全球及我国氢能制取中占比合计95%以上，而电解水制氢受限于技术难度大以及制氢成本高，尚未实现大规模推广应用。电解水制氢的成本构成中电费占比约80%，工业用电价格变动对于制氢成本影响显著。未来随着风电、光伏等可再生能源LCOE持续下降，绿氢制取成本有望明显下降。➢电解槽供需两旺，光储龙头和设备厂商加速布局。电解槽是电解水制氢系统中的核心设备，2023年Q1中国已公开招标的制氢项目电解槽需求量约835MW，已经超过2022年全年电解槽出货量。中国电解槽竞争格局相对集中，CR3厂商2022年电解槽出货量占比约80%，然而，随着近年来越来越多的厂商进军电解槽行业，行业竞争将不断加剧，预计具备技术、资金和渠道优势的厂商将更加受益于电解槽市场增长。➢投资建议：化工集团、能源集团强力布局制氢项目，电解槽行业高速增长，设备环节有望最先兑现利润，重点关注制氢+火电灵活性改造双逻辑的华光环能，建议关注双良节能、华电重工、昇辉科技。➢风险提示：项目推进不及预期；政策支持力度不及预期；制氢技术发展不及预期；市场竞争加剧；研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。2 ◼氢能是实现深度脱碳的终极选择◼破局在即，绿氢制取迎来产业化拐点◼电解槽供需两旺，光储龙头和设备厂商加速布局◼投资建议◼风险提示目录3 氢能是真正清洁零碳的能源•氢能来源丰富且能够实现真正的零碳排放。氢能是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量，它来源丰富、绿色低碳且下游应用广泛；由于氢燃烧的产物是水，因此氢能能够实现真正的零碳排放，是世界上最干净的能源。与其他能源类型相比，氢能还具有燃烧热值高、无地域和时间限制、储运形式多样等多种优点；但与此同时，受能源属性和技术手段限制，氢能也存在着生产储存难、易燃易爆、运输成本高、扩散系数大等问题。4图表：氢能的特点来源：中国氢能联盟，国际能源网，华福证券研究所优点存在的问题供应量充足氢是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，是二次能源生产难度大氢在地球上主要以化合态的形式出现，将其与其他物质分离的难度较大零碳排放氢燃烧的产物是水，且能够重复利用，能够实现真正的零碳排放储存难度大氢在恒定温度的状态下为气态，且密度仅为空气的四分之一，极其容易挥发燃烧热值高氢的燃烧热值是汽油的3倍，酒精的3.9倍以及焦炭的4.5倍易燃易爆氢气的燃点较低，爆炸极限宽，当氢气浓度为4.1%-74.2%时，遇火即爆无地域和时间限制与风、光等能源相比，氢的制取无需受限于地域和时间运输成本高受氢气属性影响，氢气的运输难度大且成本高储运形式多样具有气、液、固三种储运形式扩散系数大氢气的扩散系数约为6.11*10−5平米/秒，远高于天然气、汽油蒸汽等能源 氢能是我国实现低碳转型的重要载体•我国具有富煤贫油少气的资源特征，实现低碳转型需大力发展可再生能源。2022年我国原油和天然气进口量分别达到了5.08亿吨和1.09亿吨，对外依存度分别高达71.2%和40.2%。在此背景下，大力发展以风电、光伏为代表的可再生能源成为了我国打破对外能源依赖的重要途径。2018年至2022年，我国风电和光伏装机占比由18.87%增长至29.62%，可再生能源逐渐成为我国电力结构的重要组成部分。•氢能可参与解决可再生能源的消纳与波动问题。风电、光伏等可再生电源具有间歇性、波动性等问题，而氢能能帮助此类可再生能源实现大规模消纳，并实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能，是我国实现低碳转型的重要载体之一。5图表：中国原油和天然气进口体量庞大来源：国家统计局，中国石油和化学工业联合会，氢能技术情报，华福证券研究所4.625.105.425.135.080.90 0.97 1.02 1.21 1.09 024620182019202020212022中国原油进口量（亿吨）中国天然气进口量（亿吨）图表：氢气发电示意图 氢能的能源属性已经受到政策重视•利好政策相继下发，大力支持氢能发展。近年来随着我国风光建设加速，氢能可以与电相互转换、帮助可再生能源消纳的作用得到高度重视。2019年3月，氢能首次被写入《政府工作报告》；2022年3月，国家发展和改革委员会发布《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体；2023年4月，国家能源局发布《2023年能源工作指导意见》，提出要加快攻关新型储能关键技术和绿氢制储运用技术，推动储能和氢能规模化应用。6图表：氢能相关政策要点梳理来源：国家发改委，工信部，财政部，国家能源局，华福证券研究所政策名称机构发布时间氢能相关要点《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年）》国家发改委2022.32025年初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系；2030年形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源至制氢及供应体系；2035年形成氢能产业体系，可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升《”十四五“可再生能源发展规划》国家发改委、国家能源局2022.6推动可再生能源规模化制氢利用，开展规模化可再生能源制氢示范；推进化工、煤矿、交通等重点领域绿氢替代《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》工信部、财政部2022.8加快制氢、氢燃料电池电堆等技术装备研发应用，加强氢燃料电池关键零部件以及长距离高管道输氢技术攻关《2023年能源工作指导意见》国家能源局2023.4加快攻关新型储能关键技术和绿氢制储运用技术，推动储能和氢能规模化应用 氢能在各行业脱碳路径中扮演多重角色•氢能是实现绿色低碳转型的重要载体，在各行业脱碳路径中扮演多重角色。根据Hydrogen Council统计，氢能能够实现能源体系从骨干到终端应用的脱碳，其在能源转型中发挥的作用包括实现可再生能源大规模集成和发电、允许跨地域和跨季节能源分配、为能源系统的弹性提供缓冲以及助力工业、交通、建筑、电力系统等多个行业实现脱碳，是我国实现绿色低碳转型的重要载体。7图表：氢能在能源低碳转型中发挥多种作用来源：Hydrogen Council，RMI –Energy.Transformed，华福证券研究所图表：氢能在各行业脱碳路径中可承担的角色助力构建可再生能源体系终端应用脱碳实现可再生能源大规模集成和可再生能源发电允许跨地域和跨季节的能源分配为能源系统的弹性提供缓冲交通运输脱碳化工业用能源脱碳化建筑热力和能源脱碳化为工业提供清洁原料1234567交通建筑电力系统重工业钢铁水泥化工轻型路面交通重型路面交通船运航空各脱碳路径电力氢能氢基燃料生物质碳捕集技术尚不成熟热源仅限短途仅限短途成本较高还原铁可能热源热源原料长途重型运输仅限短途仅限短途氨合成燃料热源主要作为原料生物航空燃油生物质能供热灵活性服务氢能相关扮演较小角色扮演一定角色扮演主要角色不扮演角色 欧盟碳边境调节机制倒逼绿氢替代•氢能被纳入欧盟碳边境调节机制覆盖行业，绿氢发展进入快车道。4月18日欧盟议会支持欧盟碳市场改革（EU ETS）方案并通过欧盟碳边境调节机制（CBAM），同意对进口钢铁、水泥、铝、化肥、电力和氢气征收二氧化碳成本。根据CBAM协议，中国向欧盟出口产品时，2023年10月起需要报告产品碳排放信息但无需缴费，2026年1月1日起则需要支付碳关税。从行业覆盖来看，由于氢能纳入CBAM法案意味着氢能中仅有制取过程完全无碳排放的绿氢能免征关税，因此该法案通过有望倒逼我国绿氢消费占比提升并逐步替代灰氢。8图表：欧盟碳边境调节机制发展关键节点来源：European Parliament，《可持续发展经济导刊》，华福证券研究所2019年7月欧盟首次提出在进出口贸易中增加碳边境税2020年10月欧盟向欧洲议会环境委员会提交CBAM草案2021年3月欧洲议会首次表决通过CBAM草案2022年12月欧洲议会议员与理事会达成协议，建成CBAM，涵盖钢铁、水泥、铝、化肥和电力行业2023年2月欧洲议会环境、公共卫生和食品安全委员会正式通过CBAM协议2023年4月欧盟议会正式通过CBAM规则图表：欧盟碳边境调节机制主要内容内容具体细则过渡期2023.10-2025.12六大行业的进口商无需缴纳相应费用，但需要提交进口产品的进口量、进口国、产品所含碳排放以及间接碳排放、产品在原产国支付的碳价实施期2026.1六大行业的进口商需要为其进口产品支付碳价征收碳关税的行业钢铁、水泥、铝、化肥、电力、氢气欧盟会考虑是否扩大行业范围征收范围直接排放初步适用于直接排放，过渡期结束后可能考虑扩大至间接排放 氢能需求持续增长，化工和交通是其消费的重要突破口•零碳背景下氢能需求有望达到1.0~1.3亿吨。在双碳战略目标下，随着我国能源结构逐步向清洁化和低碳化转型，化石燃料在终端能源需求中的占比将逐渐下降，而以氢能为代表的清洁燃料消费占比将持续提升。根据中国氢能联盟的预测，以2060年实现碳中和为目标，届时我国各行业氢能需求合计将增长至1.0~1.3亿吨左右。•化工和交通为氢能消费的重要突破口。从各行业能源消费结构来看，化工原料、道路交通等行业对于氢能的需求增长较快，零碳情境下氢能在上述行业的终端能源消费中占比有望达到40-80%，进而成为其主要电源类型，但由于一般工业、船运、航空等高碳排行业对化石能源依赖度较深，预计届时氢能还无法实现大规模的能源替代。9图表：零碳情境下我国氢能需求有望达到1.0~1.3亿吨来源：中国氢能联盟，华福证券研究所3302040608010012020212060百万吨化工重型道路交通船运轻型道路交通钢铁航空其他工业电力100-130图表：零碳情境下氢能在化工和交通等行业消费占比较高 ◼氢能是实现深度脱碳的终极选择◼破局在即，绿氢制取迎来产业化拐点◼电解槽供需两旺，光储龙头和设备厂商加速布局◼投资建议◼风险提示目录10 氢能产业链包括制氢、储运氢、加氢和用氢•氢能产业链包括制氢到用氢一系列环节，我国在技术、材料、装备等环节与国外先进水平仍有一定差距。从氢气制备到使用过程来看，氢能产业链可分为制氢、储运氢、加氢和用氢四个环节。根据清华大学的研究，我国氢能相关技术已取得长足发展，但在氢气的制取、储运、应用等环节仍存在关键技术未被突破，与国外先进水平相比还有一定差距。11图表：氢能产业链以及我国技术发展与国外对比情况制氢储运氢加氢站用氢生物质燃料制氢光伏制氢电解水制氢煤制氢甲烷制氢工业副产制氢ALKPEMAEM/SOEC高压储氢液态储氢有机液体储氢固态储氢气态加氢站液态加氢站燃料电池技术工业原料领先于国际水平接近国际水平明显落后于国际水平国内外均处于研发与试验阶段来源：清华大学，华福证券研究所 氢气制取可根据碳排放强度分为三种方式•化石能源和工业副产制氢为主流制氢方式。根据制取过程的碳排放强度，氢被分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢是指通过化石燃料燃烧产生的氢气，在生产过程中会有大量二氧化碳排放；蓝氢主要为天然气重整得到，并使用CCUS技术固碳以降低碳排放，但当前因固碳成本较高也难以普及；绿氢主要通过可再生能源制造，以电解水制氢为代表，制氢过程无碳排放，未来有望替代灰氢成为主要氢气来源。12图表：三种制氢技术路线对比资料来源：中国氢能联盟，煤化客，华福证券研究所制氢方