(报告出品方/作者:民生证券,邓永康)

1.政策引导日臻完善,自上而下同频共振

氢能产业链长,产值大。中国氢能联盟数据显示,到2025年我国氢能产业产值将达1万亿元,氢气需求量将接近6000万吨,实现二氧化碳减排约7亿吨。

国家政策有序加码,引导氢能产业健康发展。2019年两会期间,氢能被首次写入《政府工作报告》,之后工信部、国务院、发改委等多部门陆续发布支持、规范氢能产业的发展政策,“十四五”规划中更是提到要加速氢能产业发展。当前我国氢能产业发展政策框架呈现以下特点:1)发文的政府部门和机构较多;2)相关政策文件逐渐全方位覆盖氢能产业,系统性和严谨性日趋改善;3)内容以政府规划指导、财政补贴、技术标准为主;4)与双碳目标并轨,能源转型趋势下,氢能有望成为下一个新能源风口。

政策涉及面广:燃料电池车、加氢站等基础设施建设、氢能源技术路线等主要内容。

强调技术创新:引导部分环节攻克核心技术、关键零部件等对进口的依赖,产业配套能力不足等问题。

向基础设施建设倾斜:鼓励布局加氢站等基础设施,同时地方政府积极响应落实,有助于氢能产业发展形成良性循环。

重视安全标准体系建设。

2020年10月27日,由工信部指导、中国汽车工程学会编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》发布,提出到2025年氢燃料电池汽车保有量达10万辆左右,到2030-2035年,保有量达100万辆左右。2020年11月2日,国务院办公厅发布了《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》支持有条件的地区开展燃料电池汽车商业化示范运行。

储运方面,开展工业副产氢及可再生能源制氢技术应用;开展高压气态、深冷气态、低温液态及固态等多种形式储运技术示范应用,探索建设氢燃料运输管道基础设施方面,建立完善加氢基础设施的管理规范。引导企业根据氢燃料供给、消费需求等合理布局加氢基础设施。

2020年燃料电池汽车保有量为1万辆,销量为1177辆;预计2020-2025年年销量增速均值为56%,2025年年销量为3.7万辆;预计2025-2035年年销量增速均值为20%,2035年年销量为20.6万辆。

2.制氢:四条路线齐头并进,绿氢占比有望提升

中国是世界第一大产氢国,2019年全年氢气产量约为2000万吨,当前下游主要为工业原料;中国在合成氨、合成甲醇、炼焦、炼油、氯碱、轻烃利用等传统石油化工行业中有成熟的经验。

传统制氢工业中以煤、天然气等化石能源为原料,称为“灰氢”。制氢过程产生二氧化碳排放,制得氢气中普遍含有硫、磷等杂质,对提纯及碳捕获有较高要求。

焦炉煤气、氯碱尾气等工业副产提纯制氢,能够避免尾气中的氢气浪费,实现氢气的高效利用,但从长远看无法作为大规模集中化的氢能供应来源。

电解水制氢称为“绿氢”。纯度等级高,杂质气体少,易与可再生能源结合,被认为是未来最具发展潜力的绿色氢能供应方式。

主要制氢技术路线:高温裂解制氢、天然气自热重整制氢、天然气部分氧化制氢、绝热转话制氢、天然气水蒸气重整制氢。

碱性电解:设备成本较低,单槽电解制氢产量较大;已经实现大规模工业应用,国内关键设备主要性能指标均接近国际先进水平。

质子交换膜(PEM)电解:运行灵活性和反应效率较高,能够以最低功率保持待机模式,与波动性和随机性较大的风电和光伏具有良好的匹配性;国内较国际先进水平差距较大,体现在技术成熟度、装置规模、使用寿命、经济性等方面。

固体氧化物(SOEC)电解:电耗低于碱性和PEM电解技术,但尚未广泛商业化,国内仅在实验室规模上完成验证示范。

3.氢的储运:高压气态&液态各有应用

目前,氢的储存主要有气态储氢、液态储氢和固体储氢三种方式。高压气态储氢已得到广泛应用,低温液态储氢在航天等领域得到应用,有机液态储氢和固态储氢尚处于示范阶段。

气态储氢是目前应用最广泛的方式。气态储氢来看,高压气态储氢具有充放氢速度快、容器结构简单等优点,是现阶段主要的储氢方式,分为高压氢瓶和高压容器两大类。其中钢质氢瓶和钢质压力容器技术最为成熟,成本较低,而碳纤维缠绕高压氢瓶的开发应用,实现了高压气态储氢由固定式应用向车载储氢应用的转变。

液态储氢适用距离较远场景,但仍有局限性。液态储氢具有储氢密度高等优势,可分为低温液态储氢和有机液体储氢,总体来看,通过低温液态储氢将氢气冷却至-253°C,储氢密度可达70.6kg/m3,但液氢装置一次性投资较大,液化过程中能耗较高,储存过程中有一定的蒸发损失,其蒸发率与储氢罐容积有关,大储罐的蒸发率远低于小储罐。国内液氢已在航天工程中成功使用,但受制于设备和标准的缺失,且投资高,能耗大,目前仍有局限性。

固态储氢具有多方面优势,但尚少规模化应用。固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体,通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储。固态储氢具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好、放氢纯度高等优势,其体积储氢密度高于液氢,但还需解决吸放氢温度偏高、循环性能较差等问题,且技术复杂,投资成本较高,目前尚鲜有规模化应用。(报告来源:未来智库)

氢的输运方式也分为气态输运、液态输运和固体输运三种方式。

气态输运来看,长管拖车和管道运输各有利弊。气态输运分为长管拖车和管道输运,高压长管拖车是氢气近距离输运的重要方式,技术较为成熟,管道输运是实现氢气大规模、长距离运输的重要方式,具有输氢量大、能耗小和成本低等优势,但建造管道投资较大。

液氢输运通常适用于距离较远、运输量较大的场合。在长距离环境下,采用液氢储运能够减少车辆运输频次,提高加氢站单站供应能力。日本、美国已将液氢罐车作为加氢站运氢的重要方式之一。

固态运输方面,将低压高密度固态储罐仅作为随车输氢容器使用,加热介质和装置固定放置于充氢和用氢现场,可以同步实现氢的快速充装及其高密度高安全输运,提高单车运氢量和运氢安全性。根据我国氢能行业规划来看,我国氢能示范应用主要围绕工业副产氢和可再生能源制氢产地附近(小于200 公里)布局,氢能储运以高压气态方式为主。

前期,车载储氢将以70MPa 气态方式为主,辅以低温液氢和固态储氢,氢的输运将以45MPa 长管拖车、低温液氢、管道(示范)输运等方式,因地制宜,协同发展。

中期(2030 年),车载储氢将以气态、低温液态为主,多种储氢技术相互协同,氢的输运将以高压、液态氢罐和管道输运相结合,针对不同细分市场和区域同步发展。

远期(2050 年),氢气管网将密布于城市、乡村,车载储氢将采用更高储氢密度、更高安全性的储氢技术。

加氢基础设施分类

根据氢气来源,加氢站可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站。外供氢加氢站通过长管拖车、液氢槽车或者管道输运氢气至加氢站后,在站内进行压缩、存储、加注等操作。站内制氢加氢站是在加氢站内配备了制氢系统,制得的氢气经纯化、压缩后进行存储、加注。站内制氢可以省去较高的氢气运输费用,但是增加了加氢站系统复杂程度和运营水平,目前我国仍以外供加氢站为主。

根据氢气储存相态不同,加氢站有气氢加氢站和液氢加氢站两种。根据《全球氢能产业发展的现状与趋势》,目前全球加氢站中,约30% 以上为液氢储运加氢站,主要分布在美国和日本。相比气氢储运加氢站,液氢储运加氢站占地面积小,同时液氢储存量更大,适宜大规模加氢需求。

4.燃料电池:将于商用车最先落地,降本空间大

电解质的类型决定了燃料电池的工作温度、电极上所采用的催化剂以及发生反应的化学物质。根据电解质的不同,燃料电池可以分为六类:质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)。

早期燃料电池的应用主要集中在潜艇、航天等特殊领域。在民用领域,燃料电池的应用主要包括固定式电源、交通运输和便携式电源三大类领域。交通领域应用的商业化进程加速。

根据GGII数据,目前燃料电池系统产业链已初步完成自主化,其中燃料电池系统、电堆、空压机、车载氢系统等可实现大规模量产,带来了成本降低。关键零部件国产“玩家”迅速崛起,现阶段国产化替代预计对电堆降本的贡献超过50%。

膜电极方面,国内头部“玩家”产品的整体性能较进口产品提升35%,成本下降30%,同比成本下降50%,将实现替代。

石墨双极板方面,国内双极板以石墨为主,单组石墨双极板的成本已降至150元以内,预计未来国产双极板的轻薄化可节约材料成本60%,而提高石墨CNC切割利用率,可以再节约材料成本的45%。

离心式空压机方面,50kW级的进口离心式空气轴承空压机价格在几十万元,目前国产化后价格已降至5万元以内。目前,我国的催化剂、扩散层用碳纸、质子交换膜等应用基础研究的样品测试已达到国际水平,有望在未来实现量产,进一步降低成本。

报告节选:

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(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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