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(jié)構(gòu)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?qū)稍偕茉吹囊蕾嚩葘⒅饾u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(guān)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(guān)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(zhì)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(gòu)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(guān)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(lǐng)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现苽涞臍錃猓缑簹饣?、天然氣重整過程得到的氫氣?！八{氫”指的是在灰氫的基礎(chǔ)上，應(yīng)用碳捕集碳封存技術(shù)（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?nèi)外最主要的氫氣來源。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(nèi)，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。“藍氫”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(shù)。制備“綠氫”的技術(shù)主要有電解水制氫、太陽能制氫以及生物質(zhì)制氫。堿性電解水技術(shù)最先規(guī)?；瘧?yīng)用。電解水制氫主要有四種方法，其中堿性電解槽（ALK）制氫技術(shù)最為成熟，具備規(guī)?；a(chǎn)的條件；其次是質(zhì)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(shù)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(zhì)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(nèi)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(shù)的電耗成本分別為73.3%和50.6%，是制約規(guī)模化應(yīng)用的最重要因素之一。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