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氫能源行業(yè)深度報(bào)告:綠電制綠氫是趨勢(shì),氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展加速

西部證券發(fā)布時(shí)間:2023-05-25 15:38:47  作者:楊敬梅

  一、行業(yè):氫能應(yīng)用場景廣闊,綠氫發(fā)展?jié)摿薮?/strong>

  發(fā)展氫能是達(dá)到全球“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣 泛的二次能源,能幫助可再生能源大規(guī)模消納,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大規(guī)模調(diào)峰和跨季節(jié)、跨地域儲(chǔ) 能,加快推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域的低碳化。目前全球氫能發(fā)展如火如荼,中國國家 發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035 年)》確定了氫 能是未來國家能源體系的重要組成部分,海外對(duì)綠氫的重視程度也越來越高,2020 年歐 盟發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》,旨在推動(dòng)氫能在工業(yè)、交通、發(fā)電等全領(lǐng)域應(yīng)用;同年美國發(fā) 布《氫能計(jì)劃發(fā)展規(guī)劃》,指定多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),期望成為氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的市場領(lǐng)導(dǎo) 者。我們認(rèn)為氫能的開發(fā)和利用有望引發(fā)深刻的能源革命,必須重視氫能行業(yè)的發(fā)展和投 資機(jī)會(huì)。

  1.1 氫能介紹:清潔能源零碳排放,符合雙碳戰(zhàn)略大有可為

  氫能清潔低碳、熱值高、來源多樣、儲(chǔ)運(yùn)靈活,有望成為 21 世紀(jì)的“終極能源”。氫能是 指以氫及其同位素為主體的反應(yīng)中或氫狀態(tài)變化過程中所釋放的能量。與其他燃料不同, 氫能可以利用化石燃料生產(chǎn),也可以利用可再生能源來進(jìn)行生產(chǎn),其燃燒僅生成水,不會(huì) 產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì),而且燃燒產(chǎn)生的熱值較高,能通過能源載體和循環(huán)碳經(jīng)濟(jì)可以實(shí)現(xiàn) 可持續(xù)的氫利用。

  根據(jù)氫能生產(chǎn)來源和生產(chǎn)過程中的碳排放情況,可將氫分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫?;覛涫侵?通過化石燃料燃燒產(chǎn)生的氫氣。藍(lán)氫是指在制氫過程中增加 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)碳捕捉、利用與儲(chǔ)存技術(shù)產(chǎn)生的氫氣。綠氫是利用風(fēng)電、水電、 太陽能、核電等可再生能源制備出的氫氣,制氫過程完全沒有碳排放。

  目前氫能主要以灰氫方式制取,綠氫占比有望快速提升。目前的氫氣主要是灰氫,約占全球氫氣產(chǎn)量的 95%,灰氫在制備過程中會(huì)排放較多的二氧化碳。綠氫在制備過程中完全零 排放且可以與可再生能源耦合,未來占比有望不斷提高,逐步取代灰氫。

  氫能制備方式多種多樣,綠氫主要通過電解水制氫。目前全球制氫主要技術(shù)方式有煤制氫、 天然氣制氫、工業(yè)富產(chǎn)氫等。從全球來看,天然氣制氫占據(jù)主要位置,2021 年份額達(dá) 62%, 煤制氫占 19%,工業(yè)副產(chǎn)氫占比 18%,而電解水制氫僅占 0.04%。從國內(nèi)看,煤制氫是 我國主要的制氫來源,2021 年份額占制氫總量的 64%,工業(yè)副產(chǎn)氫占比 21%,天然氣制 氫占比 14%,而電解水制氫僅占 1.52%。煤制氫技術(shù)較為成熟、產(chǎn)量大且分布廣、排碳量 大,噸煤制氫 0.11~0.13 噸。天然氣制氫耗水量小,氫氣產(chǎn)率高,蒸汽重整制氫較為成熟, 排碳量大,噸天然氣制氫 0.23 噸。工業(yè)副產(chǎn)氫是指在生產(chǎn)化工產(chǎn)品的同時(shí)得到氫氣,主 要有焦?fàn)t煤氣、氯堿化工、輕烴利用、合成氨醇等副產(chǎn)工藝。由于其顯著的減排效果和較 高的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì),噸焦炭制氫 0.017 噸。電解水制氫主要工藝路線為堿性電解、PEM 電 解和 SOEC 電解。其中堿性電解槽技術(shù)最為成熟,生產(chǎn)成本較低;PEM 電解水流程簡單、 能耗較高,啟停速度快能較好配合風(fēng)光的波動(dòng)性,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)初步商用。

  制氫成本是制約氫能源發(fā)展的主要因素?;茉粗茪浼夹g(shù)成熟,成本較低,煤制氫成本 普遍在 10.1-13.4 元/kg,天然氣制氫成本為 13.4-16.8 元/kg,甲醇制氫成本約為 16.8-22.4 元/kg。工業(yè)副產(chǎn)氫具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和減少碳排放優(yōu)勢(shì),但是排放過程中含有腐蝕性氣體會(huì)造 成一定環(huán)境污染,制氫成本約為 11.2-16.8 元/kg。電解水制氫成本目前普遍在 16.8-33.6 元/kg 左右,相比化石能源制氫和副產(chǎn)氫成本較高,主要系消耗電量較大,但整個(gè)工藝過 程簡單無污染。生物制氫原材料成本低,但是氫含量較低,目前應(yīng)用較少。

  現(xiàn)階段電解水制氫成本較高主要是由于電解槽設(shè)備成本較高以及電費(fèi)較高。未來隨著技術(shù) 進(jìn)步,電解槽成本有望進(jìn)一步下降,同時(shí)伴隨風(fēng)能,太陽能發(fā)電技術(shù)的不斷提升,未來電 費(fèi)有望進(jìn)一步下降。綜合來看,電解水制氫是未來制氫的主流路線。

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