氢能专题报告：氢洁能源应运而起，中国需求独占鳌头

2024.06.11 氢洁能源应运而起，中国需求独占鳌头 ——氢能专题报告 庞钧文(分析师) 021-38674703 pangjunwen@gtjas.com 登记编号S0880517120001 本报告导读： 工业用氢是绿氢消纳主阵地，减碳叠加降本催化大规模应用；燃料电池应用广泛，核心组件降本可期。 新兴能源 评级：增持 上次评级:增持 细分行业评级 相关报告 新兴能源《供需改善预期与价格底部临近，看好光伏行业边际向上》 2024.05.23 新兴能源《中国需求韧性足，欧美销量待改善》 投资要点： 投资建议：我们认为随着绿氢制取技术成熟，以及风光等可再生能源装机占比提升，电力成本降低。未来氢能及氢基燃料有望在能源体系 中占据举足轻重的地位，目前我国氢能在工业领域应用成熟，叠加碳排要求，绿氢消纳有望从工业端、交通端逐步过渡到氢基燃料应用到航运、储能发电中。氢能应用端受益燃料电池汽车放量及氢基燃料应用、绿氢项目及管道招标，推荐标的潍柴动力、华电重工、隆基绿能阳光电源、冰轮环境、科威尔、中复神鹰。受益标的亿华通、东方电气、美锦能源、吉电股份、大洋电机、昇辉科技、华光环能、石化机械、兰石重装、厚普股份、致远新能、富瑞特装、中集安瑞科、浩通科技。 节能降碳作为发展新质生产力的重要抓手，将在未来两年内在化石、钢铁、建筑、交通等行业重点发力，氢能应用也将在这些领域逐渐起量，预计到2030年全球氢气需求量将达到1.5亿吨。 工业用氢是消纳主阵地，减碳叠加降本催化大规模应用。2023年全国合成氨产量6765万吨，其中约六成用于尿素合成；当电价为0.25 元/kWh以下时，合成氨价格在3000元/吨时，绿氨具备竞争力。甲醇下游应用广泛，超过�成用于制备烯烃；国内外主要以化石燃料制甲醇，成本约为2430元/t，当电价低于0.15元/kWh时，绿色甲醇 制备成本接近煤制甲醇，具有经济效益。全球炼油用氢超4100万吨，其中80%在炼油厂通过化石燃料制氢或工业副产氢的方式自供，导致较高碳排水平，以我国为例，炼油行业占全国碳排放总量 的13%，国内外企业加快“绿电-绿氢-炼化”一体化部署。焦炭炼铁的成本为680元/t，当碳价提升至524元/t或氢价降低至11元/kg时与焦炭炼铁成本持平。 燃料电池应用广泛，核心组件降本可期。燃料电池商用车在高运行里 程下氢气价格低于30元/kg时与其他类型重卡相比具有经济性优势； 随着技术和规模化降本，燃料电池系统及核心零部件降幅已达80%，预计到2025年燃料电池系统和电堆成本将继续下降近50%。建筑领域，燃料电池是微型热电联产合适的路线，SOFC不局限于氢气燃料发电排气温度高更适于热电联供，美日等国SOFC热电联供发展较为成熟，我国处于积极拓展阶段。其他交通领域，国内氢燃料电池飞机主要应用于植保、货运，将受益政策驱动；PEMFC船舶适用于内河/近海中小型船舶，SOFC适用于内河/近海/远洋等中大型船舶。 风险提示：政策落地不及预期，绿氢降本不及预期。 2024.05.21 新兴能源《【国君电新】新能源汽车数据库 20240519》 2024.05.19 新兴能源《【国君电新】动力电池数据库 20240519》 2024.05.19 新兴能源《美国放宽电动车税收抵免部分限制》 2024.05.06 股票研 究 行业专题研 究 证券研究报 告 目录 1.“氢”洁能源应运而起，中国需求独占鳌头3 1.1.氢能具备清洁、方便、能量大及资源多的特点3 1.2.氢能需求旺盛，中国需求占比全球第一4 1.3.节能降碳政策刺激氢能多领域应用5 2.工业用氢是消纳主阵地，降本叠加减碳催化规模应用7 2.1.电价低于0.25元/kWh时绿氨具备竞争力7 2.2.电价低于0.15元/kWh时，绿色甲醇具有经济效益8 2.3.国内外加快绿电绿氢一体化炼化项目布局12 2.4.氢冶金实现钢铁行业绿色低碳转型13 3.燃料电池应用广泛，核心组件降本可期15 3.1.燃料汽车新品覆盖全领域，核心组件降本可期15 3.2.建筑用氢：热电联供优选SOFC19 3.3.氢动力飞机受益政策驱动21 3.4.氢舟首航拉开燃料电池船舶序幕22 4.电力：氢储能度电成本下探至电化学储能成本区间23 5.投资建议26 6.风险提示28 1.“氢”洁能源应运而起，中国需求独占鳌头 1.1.氢能具备清洁、方便、能量大及资源多的特点 氢气相对传统的化石能源质量热值更高、更加清洁。氢能的发展既是满足中国能源需求的必要条件，也是促进中国实现“双碳”目标的有效途径。在 各类能源中，氢气的单位质量热值最高，达到120-140MJ/kgH2。无论是氢能燃烧还是通过燃料电池的电化学反应，其产物中无传统化石能源产生的污染物及碳排放，并且其产物水可再作为制氢原料，形成氢能制备的循环，有望实现真正的碳零排。 表1：氢气相对传统的化石能源比质量热值更高 热值 热值 热值 燃料 燃料 燃料 燃料 化学反应方程式 （MJ/kg） （MJ/kg） （MJ/kg） 氢气 120-140 汽油 44-46 天然气 42-55 煤 CoalO2CO2H2OSOxNOx 甲烷 50-55 柴油 42-46 煤 10-30 天然气 CH42O2CO22H2O 甲醇 22.7 原油 42-47 木材 16 汽油 2C8H1825O216CO218H2O 乙二醇二 液化石油 29 46-51 生物质 17-19 甲醇 2CH3OH3O22CO24H2O 甲醚气 氢气H2O2H2O 数据来源：WorldNuclearAssociation，燃烧化学学报，国泰君安证券研究 图1：氢能具备清洁、方便、能量大及资源多的特点 数据来源：汉兴能源 氢可作为清洁燃料、原料、还原剂，应用于电力无法替代化石燃料的场景，实现终端深度脱碳。在炼铁行业使用氢代替碳作为还原剂和热源用于炼铁， 可从根本上脱碳。除作为还原剂，氢可作为化工原料用于合成氨、甲醇、现代煤化工和炼油等领域。德国将氢能与CCUS（碳捕集、利用与封存）结合，首创了PowertoX（电力多元化转化理念），即通过可再生能源电解水制氢，再将H2与CO2结合制甲烷、甲醇等（PowertoGas）；或将H2应用于供热 （PowertoHeat）、供电（PowertoElectricity）、交通（PowertoMobility）等 领域。 图2：PowertoX系统示意图 数据来源：张智等《中国氢能产业技术发展现状及未来展望》 氢能的灵活性体现在制备和使用时间上，由于氢易于储存，且制氢和用氢无需同时发生，具有灵活调用的优点。可再生能源的快速发展使电力系统将从 “电源侧可调，负荷侧不可控”逐渐演变为“电源负荷均不可控”，加大了电力系统实时平衡供需的难度。由于电力在不转化为其他能量时难以保存，因此需要发电与用电同时发生，属于“刚性”能源，而氢能是一种可以便于储存、来源多样、使用无排放的灵活性能源，因此，氢能可与电力系统互补协同，形成“电力为主、氢能为辅”的可再生能源体系，共同调节电力系统的供需平衡。 1.2.氢能需求旺盛，中国需求占比全球第一 2022年全球氢能需求量9500万吨，中国占比约29%。根据IEA，2022年全球氢能需求量9500万吨，分领域来看，炼化行业需求4100万吨，工业领域需求5300万吨；分地区来看，中国、北美、中东、欧洲分别占比29%、 17%、13%、8%。随着能源转型及减碳进程推进，根据IEA预测，到2030年全球氢气需求量将达到1.5亿吨，并且在电力、交通、合成原料等领域产生新的增量需求。 图3：2022年全球氢能需求量9500万吨，中国占比约29% 数据来源：IEA 氢能源属于清洁能源，未来主要应用于工业、交通、电力和建筑四大领域。 氢能的有效利用既可以减少碳排放，又可以降低对化石能源的依赖，应用场景丰富，包括工业、交通、电力和建筑四大领域。在工业领域，氢能可直接为炼化、钢铁、冶金等行业提供原料、还原剂和高品质的热源，有效减少碳排放。在交通领域，通过燃料电池技术应用于汽车、轨道交通、船舶和航空器等领域，可降低长距离高负荷交通对石油和天然气的依赖。在建筑领域，氢能可用于分布式发电，为家庭住宅、商业建筑等供热供电，或通过天然气掺氢为园区或居民提供供暖。在电力领域，氢储能可作为支撑高比例可再生能源发展，可发挥调峰调频作用，保证电力系统稳定运行。根据中国氢能联盟预测，到2030年氢能需求超3700万吨，到2060年中国氢能需求将超1.3亿吨。 图4：长期预测中国氢能需求超1.3亿吨（单位：万吨） 数据来源：中国氢能联盟，国泰君安证券研究 1.3.节能降碳政策刺激氢能多领域应用 节能降碳行动方案促进氢能在能源、工业、交通等领域应用。2024年5月，国务院颁布《202-2025年节能降碳行动方案》，要求2024年，单位国内生产 总值能源消耗和二氧化碳排放分别降低2.5%左右、3.9%左右，规模以上工业单位增加值能源消耗降低3.5%左右，非化石能源消费占比达到18.9%左右，重点领域和行业节能降碳改造形成节能量约5000万吨标准煤、减排二 氧化碳约1.3亿吨。到2025年，非化石能源消费占比达到20%左右，重点 领域和行业节能降碳改造形成节能量约5000万吨标准煤、减排二氧化碳约 1.3亿吨，尽最大努力完成“十四🖂”节能降碳约束性指标。节能降碳作为发展新质生产力的重要抓手，将在未来两年内在化石、钢铁、建筑、交通等行业重点发力，氢能应用也将在这些领域逐渐起量。 表2：节能降碳行动方案重点提及化石、钢铁、建筑、交通等领域 重点任务具体内容 严格合理控制煤炭消费；优化油气消费结构。合理调控石油消 化石能源消费减量替代行动 费，推广先进生物液体燃料、可持续航空燃料。 非化石能源消费提升行动加大非化石能源开发力度；提升可再生能源消纳能力；大力促 钢铁行业节能降碳行动石化化工行业节能降碳行动 建筑节能降碳行动 交通运输节能降碳行动数据来源：国务院，国泰君安证券研究 进非化石能源消费 加强钢铁产能产量调控；深入调整钢铁产品结构；加快钢铁行业节能降碳改造。 严格石化化工产业政策要求；提加快石化化工行业节能降碳改造；推进石化化工工艺流程再造。 加快建造方式转型。因地制宜推进北方地区清洁取暖，城镇建 筑可再生能源替代率达到8% 推进交通运输装备低碳转型。逐步取消各地新能源汽车购买限制，落实便利新能源汽车通行等支持政策，有序推广新能源中重型货车，发展零排放货运车队。 节能降碳技术中涵盖15项氢能制取及利用技术。2024年5月31日，工信部发布《国家工业节能降碳技术应用指南与案例（2024年版）》，其中，《氢 能制取及利用技术》部分，共遴选出15项技术，涵盖了重载物流长途运输车辆、氢储能发电系统、加氢站和制加氢一体站建设及改造、氢能轨道交通、可再生能源制氢、氢气锅炉、大规模氢储运装置、工业炉窑、生物质合成气制氢、绿色航煤制备、富氢尾气利用等多个应用领域。 表3：节能降碳技术中涵盖15项氢能制取及利用技术 氢能制取及利用技术技术适用范围 大功率重卡车用燃料电池发电系统适用于重载物流长途运输车辆氢燃料分布式发电系统适用于氢储能发电系统 加氢站成套装备适用于加氢站和制加氢一体站建设及改造氢能轨道交通用燃料电池动力系统适用于氢能轨道交通行业 兆瓦级固体聚合物电解质电解水制氢技术适用于可再生能源制氢工艺氢气锅炉低氮燃烧技术适用于氢气锅炉 镁基固态储运氢技术适用于大规模氢储运装置 规模化风光离网直流制氢技术适用于风光等新能源制绿氢工艺绿色醇氢燃料在工业炉窑中的应用适用于工业炉窑 二氧化碳加氢制绿色航煤技术适用于万吨级绿色航煤制备工艺面向轨道交通的制储一体化移动供氢系统适用于轨道交通行业氢能利用 风光制绿氢合成氨技术适用于绿电制绿氢工艺生物质合成气制绿氢技术适用于生物质合成气制氢工艺 生物质气化-费托合成制备绿色航煤技术适用