氢能发展,机遇已至(二)氢能产业链分析及前景展望

我国早期氢能政策较少,多为鼓励支持、技术创新等。2019年两会期间,氢能被首次写进《政府工作 告》,全国各地掀起了氢能发展热潮。随后,燃料电池汽车示范应用政策的发布、新能源汽车产业发展规划(2021-2035)的发布以及“双碳”目标的设定,均为氢能产业及氢燃料电池汽车的发展注入动力。

国家层面氢能产业相关政策

今年多省发布“十四五”氢能产业规划。

据不完全统计,今年北京、山东、河北、河南等省份相继出台十四五氢能发展规划或扶持政策,并从产业规模、企业数量、燃料电池汽车、加氢站等方面明确阶段目标。中国氢能联盟预测,2025 年中国氢能产业产值将达到1 万亿元。

各省份十四五氢能产业链相关政策

国际氢能产业进入快速发展期

美国、欧洲、俄罗斯、日本等主要工业化国家和地区均已将氢能纳入国家能源战略规划,氢能产业的商业化步伐不断加快。根据国际氢能委员会最近发布的 告,自今年 2 月以来,全球范围内已经宣布了 131 个大型氢能开发项目,全球项目总数达到 359 个。预计到 2030 年,全球氢能领域的投资将激增至 5000 亿美元。国际氢能委员会预测,到 2050 年,全球氢能产业将创造 3000 万个工作岗位,减少 60 亿吨二氧化碳排放,创造 2.5 万亿美元的市场规模,并在全球能源消费占比达到 18%。该 告特别指出,中国未来有望领跑全球氢能产业发展。预计到 2050 年,氢能在中国能源领域的占比有望达到 10%。

(一)制氢

根据世界能源理事会的定义,“灰氢”是通过化石能源、工业副产等伴有大量二氧化碳(CO2)排放制得的氢;“蓝氢”是在灰氢的基础上,将CO2副产品捕获、利用和封存(CCUS),实现低碳制氢;“绿氢”是通过可再生能源(如风电、水电、太阳能)等方法制氢,生产过程基本不会产生温室气体。目前国际主要使用天然气制氢,我国则以煤制氢为主。目前,全球制氢技术的主流选择是化石能源制氢,主要是由于化石能源制氢的成本较低,其中天然气重整制氢由于清洁性好、效率高、成本相对较低,占到全球48%。我国能源结构为“富煤少气”,煤制氢成本要低于天然气制氢,因而国内煤制氢占比最大(64%),其次为工业副产(21%)。根据中国氢能联盟与石油和化学规划院的统计,2019年我国氢气产能约4100万吨/年、产量约3342万吨/年。

整体而言,据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》估算,2030年我国氢气的年需求量将从3342万吨增加至3715万吨,2060年则增加至1.3亿吨左右。“蓝氢”则成为“灰氢”过渡到“绿氢”的重要阶段。灰氢中工业副产制氢,具有生产成本较低、技术成熟、效率高等优点,预计未来我国PDH扩产将超过3000万吨/年,即使按3000万吨/年测算,预计将带来90万吨/年以上的副产氢潜在增量,增长潜力可观。虽然蓝氢在灰氢的基础上结合CCS技术,成本有所提升,但是依然低于绿氢成本,因此看好蓝氢未来的增长空间。绿氢其经济性受电价的影响较大。如果按照平均工业电价0.6元计算,产氢成本约40-50元/kg,明显偏高。据估算,当电价低于0.3元时,电解水制氢成本与其他工艺路线相当。从增长空间来看,受益于可再生能源成本下降以及碳排放约束,2020-2030年间绿氢比例将从3%上升15%。2050年我国氢气需求量将接近6000万吨,长期来看,绿氢占比有望大幅提升。我们看好灰氢中的工业副产制氢、蓝氢、以及绿氢的未来发展前景。

(二)中游储运:目前仍以高压气态为主,储氢材料突破将助力氢能大发展

氢是所有元素中最轻的,在常温常压下为气态,密度仅为0.0899 kg/m3,是水的万分之一,因此其高密度储存一直是一个世界级难题。储氢问题有待突破,氢能将迎来繁荣发展。

高压气态储氢是目前最常用并且发展比较成熟的储氢技术,其大规模的运输的方式是管道运输。我国目前正不断建设氢气管道工程,中国石油管道工程有限公司中标河北定州至高碑店氢气长输管道项目,拟建设管道全长达 145 公里。这条管道拟建设管径 508毫米,设计运输量 10 万吨/年。未来管道输送氢气压力等级升级和氢气管道规模扩大能降低氢能管道输送成本。

液态储运的储氢密度高,能运送大量氢气,适用长距离运输氢气运。但液体转化成本高,我国油气公司在 LNG 和 LPG 领域有丰富的经验和运输车辆储备,未来伴随成本下降,有望在液态氢气运输上具备竞争力。相对另两种运输方式,固态运输技术难度较大,还有待发展。加氢站是氢能产业发展的重要环节,自 2014 年以来,全球加氢站的数量不断增长,到 2020 年底达到了 553 站。中集集团在氢能源领域布局多年,具有一定的优势。

典型储氢技术

储氢材料种类非常多,主要可分为物理吸附储氢和化学氢化物储氢。其中物理吸附储氢又可分为金属有机框架(MOFs)和纳米结构碳材料,化学氢化物储氢又可分为金属氢化物(包括简单金属氢化物和简单金属氢化物),非金属氰化物(包括硼氢化物和有机氢化物)。

加氢站是氢能产业发展的重要环节,其作用类似加油站给汽油/柴油车加油,加氢站是给氢动力车提供氢气的燃气站。自2014年以来,全球加氢站的数量不断增长,到2020年底达到了553站。

全球加氢站总数量2020年达到553座

多个主要国家对加氢站的建设有部署,希望通过加氢站的建设提高氢能在能源使用中的占比。如日本在《氢能基本战略》提到到2050年要用加氢站逐步替代加油站。

主要国家加氢站规划数量

(三)燃料电池汽车

2050年,氢能源将承担全球18%的能源需求,有望创造超过2.5万亿美元的市场,燃亮电池汽车将占据全球车辆的20-25%。虽然当前整体基数较小,但近年来氢能源汽车都保持了较高的销量和保有量增速,2016年和2019年年复合增长率分别为63%和114%。截止2020年底,我国氢能源汽车保有量为7,352辆。燃料电池具有效率高、污染小、噪声低、充能快等优势。

2020年全球燃料电池出货量1318.7MW,市场规模42亿美元。燃料电池降本空间大,据测算,我们认为2020-2030年每年系统成本下降14%左右。长期来看,燃料电池汽车仍将是燃料电池市场的增长主力。根据预测,2020-2025年全球燃料电池市场年复合增长16.64%,2025年将达到90.5亿美元。可以看出燃料电池和氢能源汽车未来市场发展空间大,看好燃料电池和氢能源汽车发展前景。

燃料电池具有效率高、污染小、噪声低、充能快等优势。

(1)效率高:燃料电池直接把化学能转化成电能,不受卡诺循环的限制,理论效率可达85-90%,目前实际转化效率约为40-60%;

(2)污染小:一般使用氢气作为燃料,不产生温室气体和含硫、氮的污染物;

(3)噪声低:结构简单,不含机械传动部件,工作时噪声低;

(4)充能快:燃料电池汽车加氢与燃油车加油过程类似,仅需5-10分钟,明显快于电动车。

五大类燃料电池对比

全球燃料电池市场潜力大,其中交通运输类燃料电池将成为增长主力。

据E4tech发布的2020燃料电池产业回顾,2020年全球燃料电池出货量1318.7MW,市场规模42亿美元。按用途划分,交通运输类出货量993.5MW,占比75.3%;按种类划分,PEMFC出货量1029.7MW,占比78.1%。长期来看,燃料电池汽车仍将是燃料电池市场的增长主力。根据QYResearch的预测,2020-2025年全球燃料电池市场年复合增长16.64%,2025年将达到90.5亿美元。

燃料电池降本空间大。

未来燃料电池成本下降可以从两方面入手:第一是技术进步和制造工艺提升,第二是规模化效应摊销成本。根据欧阳明高院士在第三届未来能源大会上的预测,2030-2035 年间燃料电池系统成本有望从目前的 5000 元/千瓦下降至约 600 元/千瓦,下降 88%。据此测算,我们认为 2020-2030 年每年系统成本下降 14%左右。

总体而言,燃料电池和氢能源汽车未来市场发展空间大,看好燃料电池和氢能源汽车发展前景。 国家政策支持氢能发展,叠加行业长期发展潜力大。

 

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