2023中国氢能行业蓝皮书-CIC灼识咨询-202312.pdf

中国氢能行业蓝皮书 灼识咨询是一家知名咨询公司。其服务包括IPO行业咨询、商业尽职调查、战略咨询、专家网络服务等。其咨询团队长期追踪物流、互联网、消费品、大数据、高科技、能源电力、供应链、人工智能、金融服务、医疗、教育、文娱、环境和楼宇科技、化工、工业、制造业、农业等方面最新的市场趋势，并拥有上述行业最相关且有见地的市场信息。 灼识咨询通过运用各种资源进行一手研究和二手研究。一手研究包括访谈行业专家和业内人士。二手研究包括分析各种公开发布的数据资源，数据来源包括中华人民共和国国家统计局、上市公司公告等。灼识咨询使用内部数据分析模型对所收集的信息和数据进行分析，通过对使用各类研究方法收集的数据进行参考比对，以确保分析的准确性。 所有统计数据真实可靠，并是基于截至本报告发布日的可用信息。 若您希望获取CIC灼识咨询的详细资料、与灼识建立媒体/市场合作，或加入灼识行业交流群，欢迎扫码、致电021-23560288或致函marketing@cninsights.com。 氢能产业布局成为未来低碳经济转型重点发展方向，投资主线关注产业链重点环节与商业化突破口，具备商业化前景与技术壁垒的标的公司具有可投资性 氢能行业股权融资规模稳步上升，早期阶段投资活跃，热门赛道与产业链各板块均有分布，市场信心逐步提振 •2022年至今氢能行业股权融资集中于早期轮次，同时产业链中游燃料电池相关标的成为氢能行业焦点•随着亿华通港交所上市成为首个A+H氢能源概念股、国氢科技B轮融资45亿元创下纪录并成为估值130亿元的独角兽企业，氢能行业市场信心逐步恢复，预期2023年氢能行业股权融资整体呈现较为乐观态势 •2019年以来，氢能行业股权融资金额逐年上升，虽然2022年股权融资数量有所回落，目前2023年前三季度股权融资数量表现良好，预计2023年相较2022年有所提升 氢能是指利用氢气作为媒介的能源形式，具有来源广泛、绿色低排、产储稳定、能量密度高等优势，是实现双碳目标的一种关键工具，有助于推动我国构建更清洁、更可持续的能源体系 双碳背景下各国家地区积极谋划氢能产业战略布局，目前中国氢产量居世界首位，但在发展质量上尚存在提升空间，为此各地政府围绕宏观规划纷纷设立氢能发展目标规划，有望进一步提升我国氢能产业的发展水平 氢能行业产业链长，且参与方众多；上游氢能制备储运技术进步与氢能基础设施完善以及下游政策扶持带来的交通运输方面的需求增长是中游产业的基础 目前中国氢能行业市场规模已超五千亿元人民币，预计到2027年中国氢能行业规模接近全球一半，中国氢能行业的发展很大程度上立足政府的扶持和推动，包括宏观层面的氢能发展规划以及执行层面的财政补贴 在双碳政策引领下，氢能行业正受到国央企、金融机构以及其他民企的广泛关注，未来，随着氢能在能源结构占比不断提升，我国氢能行业将朝着技术国产化、制氢清洁化和用氢多元化的方向发展 氢能行业未来发展趋势 •在双碳目标的推动下，中国能源产业将逐渐迎来重大转型。由于氢能具有能量密度高、全环节低碳排甚至零排放的优势，其在我国能源结构中的占比预计将持续上升。这一趋势将推动中国能源结构朝着更清洁、更可持续的方向发展，最终实现双碳目标 央企积极布局氢能领域 •中国正在积极推进电解槽、燃料电池电堆等关键技术的国产化和自主创新，自主技术将能够有效降低氢能产业成本，更好地满足国内需求，并有望使中国氢能企业在国际竞争中占据有利地位 金融机构、投资基金等纷纷参与氢能布局 •未来，绿色低排电解水制氢技术将逐步成熟完善，并引领全球氢能源产业的发展。这一趋势将推动氢能源的成本下降，推动其在多个领域应用落地 •除目前大热的燃料电池汽车之外，氢气作为能源储存将在中国能源行业中迅速崭露头角。这一趋势将有助于解决可再生能源波动性的问题，实现能源供应的可持续性和可靠性，推动中国能源储存行业呈现快速增长的趋势。 根据制取及碳排放量不同，制氢可分为绿氢、蓝氢、灰氢三种，现阶段由于我国煤炭资源丰富，灰氢成本低，灰氢是主要的氢气制取方式，但灰氢碳排放较高，未来低碳零碳的蓝氢和绿氢将会成为重点发展的制氢方式 2022年中国年氢气产量3,781万吨，占全球37.1%，与全球制氢结构相比中国凭借丰富的煤炭储量目前以煤制氢为主，未来随着“双碳”政策的实施以及对清洁能源的需求增加中国将持续增加更加清洁的制氢方式比例 绿氢可有效降低碳排放，推动可持续发展。中国政府致力于应对气候变化，通过大力发展绿氢技术，实现能源转型，提升能源结构的环保可持续性，同时促进新能源产业发展，推动经济转型升级 电解水制氢主要技术路径包括ALK、PEM、AEM和SOEC四种；其中，ALK和PEM已进入商业化阶段，且ALK占据市场主流，而SOEC和AEM仍处于实验室阶段 工作原理 应用情况 电极反应•正极：4OH-= 2H2 电极反应•正极：2H2 O+O2+4e-•负极：4H2O+4e-= 2H2+4OH- O = 4H-+O2+4e-•负极：4H++4e-= 2H2 商业化阶段 •ALK和PEM电解水制氢技术已经进入商业化阶段•中国碱性电解槽设备最具经济性，在电解水制氢市场占据主流 关键分析 关键分析 •技术成熟，成本低，易于实现规模化应用•实际电耗高，需要稳定的供电 •占地面积小，对间歇性供电的适应性强，易于与可再生能源整合•设备成本高 电极反应 电极反应 •正极：4OH-=2H2O+O2+4e-•负极：4H2O+4e-=2H2+4OH- 实验室阶段 •SOEC与AEM有很大的潜力，但技术不够成熟，只有少数公司和设备制造商参与其中•目前两种技术路线主要集中在欧洲 关键分析 关键分析 •高电流密度，快速响应，寿命长且价格低的材料，并且无需贵金属•尚处于发展初始阶段，性能远低于PEM •高温电解槽能耗低并且使用非贵金属催化剂•电极材料的稳定性存在问题，需要额外加热 ALK和PEM两种主要电解水制氢路径中，ALK技术成熟、运行成本低，系统组成相对复杂；而PEM技术路径系统相对简单，但其设备及贵金属催化剂成本远高于ALK技术 •碱性电解水制氢设备系统相对复杂，主要包括电解槽、压力调节阀、碱液过滤器、碱液循环泵、碱液制备及贮存装置、氢气纯化装置以及气体检测装置等模块组成 电解水制氢产业链上游为电解槽设备的零部件，中游主要是ALK和PEM两种电解水制氢技术所需的制氢系统设备及原料，下游应用则涵盖了交通、工业以及建筑等领域 电解槽是电解水制氢的核心设备，随着电解槽核心组件和关键技术的不断进步，电解水制氢技术将得到更广泛应用，预计至2030年中国电解槽出货量有望超过35GW，并于2050年突破350GW 电解槽的定义与分类 •定义：电解槽是电解水制氢的核心设备，亦是电解反应发生的主要场所；电解槽通常由若干个电解小室组成，每个电解小室又由电极、隔膜和电解质构成。 根据固定折旧、电耗、原料以及人工运维等成本测算，ALK电解槽相较于PEM电解槽更具经济优势。其中，电解槽的单槽设备价格是ALK电解槽相较于PEM电解槽的主要成本优势所在 •ALK电解槽成本相较于PEM电解槽具有明显优势。单槽设备价格为主要因素；ALK单槽设备价格在2021年为1,700元/KW，而PEM则为6,700元/KW。其优势之大足以弥补甚至忽略原先ALK电解槽设备电耗大所带来的电力成本问题以及其他劣势成本项的计入•随着氢能行业的发展，当氢气需求达到一定水平，并且在可再生能源发电占比上升以及光伏电站投资成本的持续下降，可以通过延长电解槽工作时间以摊薄其折旧成本，电耗成本也将有较大幅度下调，ALK电解槽依然保持经济性成本特点的优势 核心假设: 可再生能源与电价的协同效应足够有效减少碱性设备电耗，同时规模化的生产能够降低从原材料到加工再到生产所有环节的金额花费 •根据电能来源的不同，可将可再生能源制氢技术分为并网型制氢、离网型制氢两种。目前并网制氢商业化落地较为成熟•ALK电解槽更适用于并网制氢。电网可以作为稳定电源弥补ALK设备无法适配可再生能源波动性的劣势 当前高压气态存储是主流氢气存储方式，因其便捷性和稳定性而受青睐，未来随着对低温液态存储和有机液态存储方式的安全性提升以及用氢成本的降低，将丰富氢气的存储方式，拓展氢能在各个领域的应用场景 高压气态存储： 低温液态存储： 高压气态储氢是当前应用最为广泛也最为成熟的储氢技术，它是指在氢气临界温度以上，通过高压压缩方式存储气态氢 固态存储： 目前主流的高压气瓶运输方式更适用于中短途和小规模的氢气运输需求，通过发展有机和低温液态储氢方式，有望实现相对低成本的长距离氢气运输，长期来看，管道运输有望成为长距离和大规模氢气运输的最佳模式 目前中国以固定式加氢站为主，气体加压式为加氢站主流加注方式，我国加氢站虽然发展较晚，但发展迅速，并进一步带动氢气使用成本的下降，从而促进未来中国终端用氢更加经济、便捷与高效 燃料电池有多种分类方式，按电解质类别划分是最主流的一种方式，可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池 燃料电池技术路线主要分为五种，目前AFC技术的发展已非常成熟，PEMFC和PAFC技术近几年发展迅速已进入商业化阶段，MCFC技术也结束了工业试验，而SOFC技术起步最晚，尚处在工业示范阶段 燃料电池的基本工作原理是电解水的逆反应，即把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。 保守预测 乐观预测 •到2025年，中国燃料电池汽车销量达到1.7万辆，对应的燃料电池汽车保有量约5.0万辆；•到2027年，中国燃料电池汽车销量达到3.7万辆 •到2025年，中国燃料电池汽车销量达到4.6万辆，对应的燃料电池燃料电池汽车保有量超过10万辆；•到2027年，中国燃料电池汽车销量达到5.6万辆 假设前提 假设前提 •受示范城市群自2020年陆续出台相关产业政策，并于2021年逐步实施、加氢成本及燃料电池系统成本下降等因素的驱动，燃料电池汽车的产销量取得了快速增长。未来随着下游燃料电池应用大规模爆发引起对燃料电池系统需求提高，技术水平进步带来平均装机功率的提高，预计2022年至2027年我国燃料电池系统市场规模有望迎来快速增长•此外，随着燃料电池技术进步，系统额定功率和装机功率不断提升，燃料电池系统也将拥有支撑客车以外的重载长途运输载具的能力 关键分析 燃料电池电堆是燃料电池系统的核心，直接决定系统最终的性能表现，其核心零部件主要包括双极板和膜电极，而膜电极则由催化剂、质子交换膜以及气体扩散层组成 燃料电池电堆是发生电化学反应场所，是燃料电池系统的核心。燃料电池电堆由端板、绝缘板、集流板以及多个单电池等组成，每个单电池又主要由双极板和膜电极组成。 定义 电堆工作原理 电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。 目前主流膜电极采用CMM技术，其让催化剂的利用率更高，有效提高膜电极导电性和使用寿命；第三代有序化膜电极技术通过有序化物质的结构，进一步延长膜电极寿命、提升燃料电池性能，但目前尚处于研发阶段 膜电极的生产过程主要分为混浆、涂布、压合三个核心环节，而每个核心环节通常有三种工艺路线，国内外不同公司在膜电极生产工艺路线方面也有不同的选择 双极板存在三种技术路线，其中石墨双极板技术发展最为成熟、应用最为广泛，但更具性能和成本优势的金属双极板技术成为当前发展热点，而复合双极板技术多处于研究阶段，暂时难以商业化应用 2022年我国燃料电池电堆出货量达732.1MW，在燃料电池电堆能量密度持续提升、电堆朝着大功率化发展趋势下，保守/乐观预计到2027年，中国燃料电池电堆出货量将达到7.8GW/11.6GW 保守预测 乐观预测 •到2025年，中国