沿着氢能源应该布局哪些化工股？_33页_2mb.pdf

证券分析师 刘永来 投资咨询资格编号 ： S1060520070002 邮箱： 证券研究报告 沿着氢能源应该布局哪些化工股？ 2021年 12月 22日 请务必阅读正文后免责条款 行业评级 石油石化 强于大市（维持） 基础化工 强于大市（维持） 双碳战略背景下氢能源将迎来加速发展期： 2030年中国碳达峰之后，为满足 2060年碳中和的要求，预计每年需要减排约 3亿吨二氧化 碳。因此除了装置节能改造、光伏风电、 CCUS等手段之外，在能源领域用低碳能源和无碳的氢气代替传统的化石能源成为推动双碳 战略的选项之一。氢能源是涉及化工、物流、燃料电池、机械装备和汽车的新兴产业，本报告主要分析了产业现状和发展趋势，并 从制氢 储运 加注 /应用三个环节梳理了相关的上市公司，给机构投资者作为参考。 对标欧美，加速布局，前景广阔： 美国、欧洲、日本和韩国是全球氢能源产业的领先国家 /地区，这些国家布局时间较早，产业发展 成熟，技术水平领先，出现了以空气化工、法国液空和林德等为首的国际气体巨头，上述国际巨头的氢能布局广泛分布在多个国家， 在中国的布局近年来在加速。我们国家的氢能源行业刚刚起步，需要对标国际巨头，加速赶超，自从 2006年 国家中长期科学和技 术发展规划纲要 (2006-2020年 ) 提出将“氢能及燃料池技术”作为未来能源技术发展方向之一以来，中国已经发布了多项氢能源相 关的政策，目前政策体系和标准规范正在逐步形成并完善。氢能源目前市场基数较小，叠加政策推广等因素，未来氢能源的成长空 间将十分巨大，国内外机构对我国氢能源的消费量预测基本在 6000万吨 -1.6亿吨区间（ 2050年）。 化工细分行业将从制氢 储运 加注 /应用三个环节中受益： 制氢方面，当前阶段化工副产氢是最合适的氢气来源，长期来看低 成本和低碳排放是基本的制氢要求，可再生能源电解水是制氢终极的路线，目前国内也开始布局，制氢成本的降低有利于促进氢能 源产业规模的扩大；氢气储运方面当前以高压储罐和长管汽车运输为主，预计未来将形成高压和低温存储并存，多种运输方式并存 的局面；加注和应用方面，加氢站投资主体众多，产业发展速度较快，两桶油正在凭借其制氢 储运体系以及现有的加油站资源布 局加氢站，预计将成为最大的玩家。 投资建议： 在政策的助力下，氢能源行业迎来快速发展期，我们建议关注技术壁垒高、已产业化 /产业化在即的产业链环节以及主业 清晰的上市公司，具体来看我们建议把握以下投资主线： 1）拥有制氢成本优势的化工副产氢公司（滨化股份、卫星石化、东华能源、 金发科技、华塑股份、诚志股份、巨正源）或者具有发展前景的可再生能源电解水制氢（中国石化、宝丰能源），此外氢气的净化 提纯技术和耗材有望受益（昊华科技、建龙微纳）； 2）储运环节关注氢能源一体化的两桶油以及布局氢能源的独立气体公司（金宏 气体、凯美特气）和天然气公司（新奥股份），此外纤维增强高压储罐需求有望快速增长，建议碳纤维和布局芳纶相关企业（光威 复材、泰和新材、中化国际）； 3）加氢站投资主体众多，未来预计大型能源企业将凭借其加油站的资源成为这个行业最大的玩家 （中国石化、中国石油），此外建议关注布局区域加氢业务的企业（东华能源、鸿达兴业和华昌化工）以及加氢站建设技术（新奥 股份）； 4）燃料电池核心材料质子交换膜国产化加速（东岳集团、东材科技、昊华科技、巨化股份），国产专用密封胶正在进行技 术开发，建议关注布局质子交换膜和密封胶的相关企业。 风险提示： 市场需求风险；技术开发不及预期；成本下降不及预期；项目建设进度不及预期；安全风险。 投资要点 2 目录 CO N T E NT S 1：国内外现状及远景：对标欧美、加速布局，前景广阔 3 2：制氢、储运和加注现状及如何布局相关的化工股 3：投资建议和风险提示 2.1：制氢：成本、安全性和碳排放是主要的考虑因素 2.2：储运：高压和低温远期将并存，关注碳纤维增强高压储罐 2.3：加注： 加氢站建设加速推进，未来两桶油将成为最大的玩家 氢能源是涉及化工、物流、燃料电池、机械装备和汽车的新兴产业 氢能源在全球和中国的兴起主要的推动因 素是碳达峰和碳中和的需求， 2030年中国 碳达峰之后，为满足 2060年碳中和的要求， 预计每年需要减排约 3亿吨二氧化碳。因 此除了装置节能改造、光伏风电、 CCUS等 手段之外，在能源领域用低碳能源和无碳 的氢气代替传统的化石能源成为推动双碳 战略的选项之一。 在政策的刺激下，目前国内氢能源产业已 经开始加速发展，氢能源产业链较长，主 要分为上游的氢气生产、净化、储运和氢 气的加注，中游的燃料电池以及相关零部 件的生产，下游的氢能源汽车的生产制造 和运营。 目前中国的氢气生产及其能源应用已经有 了一定的基础，具体来看制氢（包括净化） 技术成熟，但是在双碳战略和氢能源车推 广的要求下，制氢成本和制氢中的碳排放 有待降低；储运主要针对化工用户，针对 加氢站的储运产业刚刚起步；加氢站呈零 星点状分布，有待进一步建设；燃料电池 关键材料和零部件与国外差距较大，但国 内企业在奋起直追；氢能源汽车以公交车 和短程试运营车为主，乘用车较少，但长 期增长空间值得期待。 资料来源： CNKI，平安证券研究所 4 煤制氢 氯碱副产 天然气制氢 甲醇制氢 电解水制氢 乙烷裂解 丙烷脱氢 净化 储运 加氢站 燃料电池 电堆 系统辅件 客车 轿车 货车 固定电源 膜 电 极 端 板 双 极 板 密 封 圈 气 体 扩 散 层 空 压 机 氢 循 环 系 统 增 湿 器 DC /D C 氢能源产业链简图 氢能与锂电可以互补，未来氢能在发电和供热等领域有潜在应用 氢能源汽车是未来氢能利用的最主要方向，跟锂电 池驱动的汽车相比，氢燃料电池汽车具有非常明显 的优点： a. 无污染：氢燃料电池的电化学反应产物只有水。不 产生任何对环境有污染的物质。 b. 高效率：燃料电池的发电效率可以达到 50%以上，还 有进一步提升的空间，这是由燃料电池的转换性质 决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热 能和机械能（发电机）的中间变换。 c. 续航里程优秀：以丰田 Mirai为例，最大功续航里程 可达 550km以上。 d. 加注氢气时间短： 3-5分钟即可完成氢燃料的加注， 而加注形式也和汽油车加油类似。 氢燃料电池汽车和采用锂电池的纯电动汽车都是新 能源汽车的重要技术路线。从技术特点及发展趋势 看，纯电动汽车更适用于城市、短途、乘用车等领 域，而氢燃料电池汽车更适用于长途、大型、商用 车等领域。我们认为氢燃料电池汽车将与纯电动汽 车长期并存互补，共同满足交通运输和人们的出行 需要。 此外，未来的氢气应用场景中还可能包括氢气发电、 燃料电池热电联产、氢气热泵、氢气冶金、天然气 掺氢等方式，上述领域技术在发展过程中（有些技 术问题需要解决，比如氢气对金属的腐蚀、冶金引 起氢脆风险的控制等等），但产业化阶段还处于早 期。 资料来源： Elsevier，平安证券研究所 5 氢能源产业结构示意图 国际氢能的发展：美欧日韩早于中国布局氢能源 资料来源： 中国氢能产业发展报告 2020 、平安证券研究所 6 国家 /地区 发达国家的主要氢能源布局 美国 自 1990年起美国推动氢能产业发展，过去十年中美国能源部对氢能和燃料电池的资助每年约有 1亿至 2.8亿美元，自 2017年以来 每年约有 1.5亿美元。 美国计划 2020年到 2022年，实现氢能在小型乘用车、叉车、分布式电源、家用热电联产、碳捕捉等领域应用。 到 2050年，氢气将占据美国能源需求 14的比例 。截至 2020年 6月，美国氢燃料电池乘用车累计销量 (含租赁 )达到 8413辆，氢燃料电池叉车超过 3万辆，普拉格能源 ( Plug Power)基本垄断了全球氢燃料电池叉车的市场。美国加 州处于领头羊地位，其氢燃料电池乘用车市场份额约 98%，在运营的氢燃料电池大巴 42辆，在运营加氢站 42座。 氢能基础设施方面，目前美国的加氢站数量次于日本和德国，位居世界第三，加氢站利用率高，平均每座加氢站服务的汽车数量约 130辆，计划 2025年加氢站达到 200座、 2030年达到 1000座。北美 2019年燃料电池的出货量达到 384.1MW，约 8600套，其固定式燃料电池系统的装机量位于全球第一，主要是工业级 100kW以上的机组。 欧洲 欧盟先后制定了 2005欧洲氢能研发与示范战略 2020气候和能源揽子计划 2030气候和能源框架 2050低碳经济战略 等氢能相关战略。 预计到 2028年，电解制氢成本降低至 2-3欧元 /公斤 (约 16.5-24.8元 /公斤 )，加氢站规模建设增加至 400-1000座，轻型商用车 25万辆，重型车辆 800-2000辆，工业用氢中无 碳氢占 2040%。 法国政府还将支持在 2035年实现飞机的碳中和，并在未来三年投入 15亿欧元 (约 124亿元人民币 )用于研发。荷兰非常重视清洁能源的发展。 2020年 4月，荷兰正式发布国家 氢能战略。荷兰计划到 2025年，建成 50个加氢站、投放 1.5万辆燃料电池汽车和 3000辆重型汽车 ;到 2030年投放 30万辆燃料电池汽车。 2030年后， 海上风能将成为荷兰生 产绿氢的关键来源 。 韩国 2018年发布 创新发展战略投资计划 ，将氢能产业列为三大战略投资方向之一。 2019年发布 氢经济发展路线图 ，提出在 2030年进入氢能社会，率先成为世界氢经 济领导者。根据该路线图，政府计划到 2040年氢燃料电池汽车累计产量增至 620万辆，加氢站增至 1200个，燃料电池产能扩大至 15GW， 氢气价格约为 3000韩元 /kg(约 17.6元 /公斤 )。韩国计划五年内投资 26万亿韩元 (约 152亿元人民币 )，加大氢燃料电池汽车的推广普及。 2019年得益于政府的补贴和政策激励，现代 NEXO氢燃料电池乘用车全年销量 4987辆，超过丰田 Mirai，位居世界第一。 截至 2019年底，韩国燃料电池发电装机规模为 408MW，全球占比约 40%，超过日本 (245MW)和美国 (382MW)。韩国政府对外与沙特、挪威、澳大利亚、新西兰签署合作 协议共同开发制氢项目，确定安山、蔚山、完州与全州作为“氢经济示范城市”试点，每个城市选定一个 10平方公里的氢能示范区域，在住宅和交通领域率先采用氢能技 术。 日本 2017年 12月，日本公布了 基本氢能战略 ，意在创造一个“氢能社会”，该战略的主要目的是实现氢燃料与其他燃料的 成本平价 ，建设加氢站在汽车 (包括卡车和叉车 ) 和发电领域实现氢能对传统能源的替代，发展家庭热电联供燃料电池系统。 2018年 3月丰田汽车、日产汽车、本田汽车、 JXTG日本石油能源、出光兴产等共计 11家公司联合 成立 Japan H2 mobility(JHyM)，促进加氢站的部署。 2019年丰田的氢燃 料电池乘用车 Mirai的销量超过 2400辆，主要销往美国加州。截至 2019年底，日本在运营的氢燃料电池乘用车超过 3500辆，氢燃料电池大巴达 22辆。 2019年 3月，日本政府公布 氢能利用进度表 ，明确至 2030年氢能应用的关键目标。截至 2019年底，日本共有加氢站约 130座，每座加氢站服务车辆约 30辆，丰田、本 田等企业主导推动日本氢燃料电池汽车的发展。 为保证本土的氢能供应，日本正在推进日本文莱天然气制氢、日本 -澳大利亚褐煤制氢的海外船舶输氢项目，并于 2020年 2月完成福岛 10MW级制氢装置的试运营，这是全 球目前最大的光伏制氢装置。 国际三大气体巨头不断投资中国氢能源市场 资料来源：公司公告、平安证券研究所 7 公司 国际三大气体巨头在中国的氢能源布局 空气 化 工 作为世界上最大的氢气供应商之一，其每天氢气产能 500万公斤，拥有 50多项加氢站专利技术，目前已运行超过 200个加氢站项目，加氢站业务分布在全球 20多个国家。 参与了 2008年北京奥运会（国内第一座加氢站， 2006年投运）、 2010年广州亚运会和 2011年深圳大运会的多个氢能示范项目。 2018年 3月，空气产品与国家能源投资集团有限公司旗下的神华新能源有限责任公司签署协议，将为其在江苏如皋新建的加氢站提供两台最先进的加氢机。 2018年 9月，空气产 品与中科富海签署合作协议，于广东省中山市建设我国首座商业化液氢加氢站。 2019年 3月，空气产品与嘉化能源和三江化工签署氢能综合项目三方合作协议，利用嘉化能源 和三江化工的工业副产氢，投资建设液氢项目。 2019年 7月，由空气产品提供整体工程设计、设备和安装调试服务的山东省首座固定式加氢站建成。 2019年 8月，与诚志股份签 署了 框架协议 ，双方拟携手推动氢气体和煤气化项目的综合合发；同年 7月，其还与山西潞安化工签署了山西潞安空气产品氢能源公司合资协议； 2020年 5月空气化工拟斥资 1800万美元在山东淄博恒台县氢能综合利用项目，该项目将利用东岳集团的富余氯碱氢和空气化工领域的纯化技术，制备高纯度氢气，并在淄博投 资运营加氢站。 液空 液化空气在中国的氢能项目最早可追溯至“长征五号”航天项目。 2008年，蓝星（海南）航天化工有限公司和蓝星（西昌）航天化工有限公司引进液化空气的冷箱设备和指定 配套的德国凯撒公司的压缩机，为“长征五号”提供液氢燃料。 2018年 11月，厚普股份（ 300471.SZ）与液化空气全资子公司 ALAT签订合作协议，合资成立液空厚普氢能源装备有限公司，液空厚普将在成都设立产品开发和氢能产业基础 设施生产中心，助力加氢机及其核心零部件国产化，形成自主知识产权，并向全国和全球范围输出加氢机设备。 2019年 1月，液化空气与山东省国资委旗下兖矿集团签订合作框架协议。根据协议，兖矿集团将通过煤制氢提供氢气来源，而液化空气将提供加氢站设备和运营服务，双方将 合作共建山东省加氢站网络，打造完整的氢能产业链，推动山东氢能和氢燃料电池车解决方案。 2019年 11月，液化空气和中国石化签署合作备忘录。液化空气将参股中国石化新成立的氢能公司，共同推动氢能和燃料电池汽车整体解决方案在中国的推广和应用。同年同月， 液化空气和中国石化在中国发展氢能的第一个落地项目 西上海油氢合建站和安智油氢合建站 2019年 11月于上海建成。 2019年 11月，液化空气与众泰汽车签订合作协议，将对双方合作研发的燃料电池金属板电堆进行产业化，并率先应用于众泰 E200FCV车型。 林德 林德集团在中国的氢能项目最早可追溯至上海第一座加氢站 安亭加氢站。该加氢站于 2007年 11月由林德集团与壳牌、舜华新能源、同济大学合作建成，为上海世博会氢能 示范项目，日加氢能力为 500kg，加注压力为 35MPa，可同时为 3辆燃料电池公交车和 20辆燃料电池乘用车提供氢气燃料。 2017年 7月，林德（ 10）联合上海舜华新能源系统有限公司（ 38 51）、上海鉴鑫投资有限公司（ 29）、上海士码新能源汽车科技有限公司（ 12 50）、上海驿动汽 车服务有限公司（ 10）等四家主体，共同出资组建上海驿蓝能源科技有限公司。 2019年 6月，上海驿蓝投建的上海化工区加氢站建成。该加氢站总投资额为 5500万元，日加 氢能力为 1920kg，并同时具备 35MPa和 70MPa两种加注压力，以及长管管束加注和站用储氢罐加注两种加注模式。 2018年 1月，携手长城汽车，引入中国市场第一套液氢泵系统，助力长城汽车布局液氢加氢站； 2018年 10月，在林德集团的引荐下，长城入股德国加氢站运营商 H2M，成为继 林德、液空、戴勒姆、壳牌、道达尔和奥地利能源集团（ OMV）之后的第七位股东，占比 5。 2018年 11月，与中电国际子公司中电智慧综合能源有限公司签署“绿氢”战略合作意向书， 2020年 7月，林德集团与中电国际子公司北京绿色氢技术发展有限公司签署谅解备 忘录，双方将合作开展“绿氢”项目，为 2022年北京张家口冬奥会提供“绿氢”交通解决方案，其中林德集团提供制氢、储运、加注等成套解决方案。 2019年 11月，与宝武集团新建全资子公司宝武清洁能源有限公司签署液氢领域战略合作协议，共同投资液氢生产装置和基础设施 2020年 7月，林德集团成为宝武吴淞氢能产业 园首批入驻企业等。 2020年 7月，与中国海洋石油旗下子公司中海油能源发展股份有限公司签署合作意向书，林德将为其提供储运和加注等方面的技术支持。 2020年 8月，林德集团成员比欧西（中国）投资有限公司与淄博市能源集团签约氢能源综合利用合作项目，该项目涵盖制氢、液化、储运、加注和氢能设备制造等环节。 中国氢能源的政策体系和标准规范正在逐步形成 自从 2006年 国家中长期科学和技术发展规划纲 要 (2006-2020年 ) 提出将“氢能及燃料池技术” 作为未来能源技术发展方向之一以来，截止 2021 年年底，据不完全统计中国已经发布了至少 35项 氢能源相关的政策；此外接近 30个省份出台了省 级相关的氢能源规划，制氢、储运和燃料电池的 相关标准也日渐成熟。在政策的助力下，中国的 氢能源预计将迎来快速发展期。 当前的政策的方向主要包括：完善氢能源管理的 标准（例如是否从危化品转为能源进行管理）、 鼓励低成本制氢、推进高安全低成本储运体系的 建立、提高关键设备和材料国产化等方面去入手。 不过值得注意的是，政策的鼓励固然是好事，但 需要警惕投资主体多样化所导致的投资过热，目 前氢能源在中国处于起步阶段，不顾市场实际需 求盲目“大跃进”对行业的健康发展有害无利。 产业链环节 政策体系 技术装备 标准规范 氢气制取 推动氢气市场体系建设， 因地制宜给予电解水制氢 电价政策优惠 加大二氧化碳捕捉与封存 技术、电解水技术核心装 备的研发 破解制氢需在化工区内生 产的限制 氢气储运 积极研究液氢民用，鼓励 开展天然气掺氢输运示范 加大储氢材料研究，提升 高压气态储氢罐、液氢罐 的装备自主化水平 近期推动形成完整的氢气 储输标准（包括 45MPa气 态运输、 IV型瓶组），尤 其是液氢和管道输送标准； 中长期推动形成氢气燃料 标准：固态、有机液态等 储运标准；管道输配标准 加氢基础设 施 明确加氢站主管部门加强 规划管理，财政、金融扶 持力度；氢气仍作为危化 品进行管理，未来有望按 照能源进行管理； 提升压缩机、储氢容器加 氢机等核心装备的自主化 水平 完善加氢站规划建设和验 收标准 燃料电池 加强基础研发，引导提升 关键环节自主创新能力 ; 完善不同应用场景的政策 体系 提高功率电流密度和比功 率 ;提升膜电极、双极板、 空压机、氢气循环泵等关 键部件的自主化水平 建立关键部件、电堆和电 池系统的测试与耐久性快 速评价标准 中国氢能源产业政策体系要点和方向 资料来源：发改委、 中国氢能源及燃料电池产业白皮书 、平安证券研究所 现状：氢气的化工应用较为成熟，但氢气的能源应用正在兴起 目前我国氢气主要是合成氨、炼油和甲醇企业在生产，用途也主要集中在上述领域，由于多数是化工企业内部使用，所以在统计上不是很透 明，有 2500万吨和 3400万吨两种说法，从原料角度来说主要来自化石能源制氢和工业副产氢（主要是丙烷脱氢、氯碱和乙烷裂解）。根据莫 尼塔的统计，中国 2017年氢气的消费量超过 2500万 t，基本全部用于工业其中生产合成氨用氢占比为 37%、甲醇用氢占比为 19%、炼油用氢 占比为 9%、直接燃烧占比为 16%。传统产氢和用氢行业积累了丰富的氢气生产储运和利用经验，给氢能相关技术标准的建立和完善奠定了基 础。 资料来源：莫尼塔、清华大学、中国标准化研究院、平安证券研究所 目前我国的氢气消费结构 9 我国氢气的主要来源统计 合成氨 37% 甲醇 19% 炼油 9% 直接燃烧 16% 其他 19% 制氢原料及方式 全球 国内统计口径 1 国内统计口径 2 化石能源制氢 煤制氢 18% 43% 62% 天然气重整制氢 48% 16% 19% 石油制氢 30% 13% 合并 18% 工业副产 丙烷脱氢、氯碱、焦炉煤气 微量 28% 电解水 4% 微量 1% 其他方式 微量 微量 微量 氢气市场需求：目前权威机构预测处于 0.6-1.6亿吨区间（ 2050年） 资料来源：氢能联盟、平安证券研究所 我国氢能源行业的发展目标 10 我国氢气需求量展望（万吨） 领域 指标 2050年目标 能源体系 氢能占终端能源消费的比例 10% 氢能需求量 6000万吨 温室气体减排量 7亿吨 氢气供应 电解水制氢占比 70% 电解槽系统装机量 500GW 加氢站数量 1.2万座 加氢站平均建设成本（不含土地） 800万元 氢能源目前市场基数较小，叠加政策推广等因素，未来氢能源的成长空间将十分巨大，目前国内外机构对我国氢能源的消费量预测基 本在 6000万吨 -1.6亿吨区间（ 2050年），一般来讲较为保守的预测是 6000万吨左右，其中工业领域的应用（合成氨、炼油和冶金等） 约占 40-60%，交通领域的应用（燃料电池商用车、乘用车和渡船等）约占 30-50%；电力和建筑的应用（燃料电池热电联产、商用热泵 等）约占 3-10%，因为氢作为能源使用还处于产业化的早期，因此上述的预测仅供参考，本报告中除特殊说明，我们采用 2050年 6000万 吨的需求量预测作为各项分析的基础。 0% 1% 1% 2% 2% 3% 3% 4% 4% 5% 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 氢气需求量（左轴） 同比（右轴） 供应体系有待时间进行完善：成本、安全性和碳排放将是关键因素 2025年 2035年 2050年 制氢 路径 工业副产氢提纯为主 低碳排放制氢 零碳排放制氢 可再生能源电解水制氢试点 运营 可再生能源电解水制氢半集中 化制氢为主 可再生能源电解水制氢集中化制 氢为主 CCUS技术实现产业化 工业副产提纯，化石能源制氢+CCUS为辅 工业副产氢提升利用效率 储运 路径 高压气瓶运输为主 液氢运输作为主动脉 液氢储运 +高压气瓶储运 +管道储 运 +有机液体储运等各种路径并 行 液氢运输试点推广 高压气瓶储运作为毛细血管 加注 模式 合建站为主 加氢站及其他基础设施多元化、 网络化发展 形成多元化、网络化的氢能基础 设施体系 在站制氢一体站试点运营 中国氢能供应体系发展路径 2025E 2035E 2050E 氢需求总量 (万吨 ) 3000 4000 6000 产业产值 (万亿元 ) 1 5 12 氢气终端销售价格 (元 /kg） 40 30 20 加氧站数量 (座 ) 200 2000 12000 道路运输领域 氢燃料电池汽车保有量（万辆） 10 100 3000 氢燃料电池客车渗透率 5% 25% 40% 氢燃料电池物流车渗透率 5% 10% 氢燃料电池重卡渗透率 0% 15% 75% 氢燃料电池乘用车渗透率 1% 2% 12% 非道路运输领域 积极探索氢然料电池重型工程机械、轨道交通、船舶、无人机等领域 储能领域 波动性可再生能源发电规模 1000GW 4000GW 氢能作为季节性储能方案，将可再生能源与能消费终端有效连接，保障可再生能源平稳 可持续大规模的开发利用 工业、建筑领域 围绕钢铁、石化、化工行业“三点“及天然气掺氢提供高品位“一线”，实现工业部门 的深度脱碳 围绕微型燃料电池热电联供系统、天然气管道掺氢两大应用场景，逐步在居民和工商业 用户中推广 中国氢能应用体系阶段性目标 中国氢能源供应体系预计在未来 30年发生较为显著的演化，而成本、安全性和碳排放将是影响这种演化的主要因素，从制氢路线上来 说，当前最适合氢能源汽车的制氢路线是化工副产氢（低成本副产品、较高的纯度和净化成本、供应稳定、碳排放较少），而远期来 看将逐渐过渡到可再生能源电解水制氢为主；必要时化石能源制氢结合 CCUS也是可选择的路线之一（未来可能出现 CCUS商业化之后把 该部分成本考虑进去）；储运方面预计从当前的高压储罐过渡到液氢和高压储罐并行，管道和固态储氢作为补充（当然以液氨等化工 品作为储氢材料也在讨论）；加氢站方面，从当前的合建站零星分布过渡到多元化网络化的氢能基础设施体系。 资料来源：氢能联盟、 中国氢能产业发展报告 2020 、平安证券研究所 目录 CO N T E NT S 1：国内外现状及远景：对标欧美、加速布局，前景广阔 1 2 2：制氢、储运和加注现状及如何布局相关的化工股 3：投资建议和风险提示 2.1：制氢：成本、安全性和碳排放是主要的考虑因素 2.2：储运：高压和低温远期将并存，关注碳纤维增强高压储罐 2.3：加注： 加氢站建设加速推进，未来两桶油将成为最大的玩家 氢气生产的原料成本约占氢气零售价格的一半，因此低成本的制氢原料 对于氢能源车的经济性具有十分重要的意义，当前全球和中国的氢气主 要以煤炭和天然气为主，制氢价格高且波动大。 氢能产业初期，氯碱工业、丙烷脱氢和炼焦副产的氢气是氢能源汽车的 最佳的氢气来源，副产的氢气成本较低，经过提纯后可用于氢燃料电 池，且目前副产氢以低附加值利用为主，企业有动力转换应用场景。 化石燃料制氢工艺中，煤制氢和天然气制氢的经济性远好于其他制氢路 线，尤其是在煤炭资源丰富的中国。但是碳排放已经成为影响煤制氢经 济性的重要因素，如果采用煤制氢 +CCUS的方式，则煤制氢将不再具有 经济性。 制氢成本直接影响氢气供应总成本，降成本是大势所趋 全球和中国制氢路线份额 中国氢能供应成本拆分 氢气生产原材料 50% 氢气生产 -其他 20% 加氢站 -其他固定 资产 8% 加氢站 -压缩机 6% 加氢站 -储气罐 4% 加氢站 -可变成本 2% 加氢站 -维 护费 10% 天然气 48% 醇类 30% 煤炭 18% 电解水 4% 煤制氢 62% 天然气制氢 19% 烃、醇类 18% 电解水等 1% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 中国主要制氢路线的成本区间估算（元 /kg） 资料来源： CNKI、氢能联盟、 中国氢能产业发展报告 2020 、平安证券研究所 化工副产氢是短期最合适的燃料电池用氢来源 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 中国 工业副产氢制氢综合成本（元 /Nm3） 轻烃利用 7% 氯碱 7% 焦炉煤气 60% 合成氨合成甲醇 26% 化工副产氢是短期最合适的燃料电池用氢来源，国内焦炉煤气回收、氯碱、 PDH 和乙烷裂解行业可提供充足氢气资源，据不完全统计 目前中国化工副产氢规模达到 450万吨以上，可以供接近 100万辆氢燃料电池公交车使用。跟煤炭天然气直接制氢相比，具有碳排放低 的优点；目前副产氢的主要利用方式是生产盐酸和双氧水等低附加值产品，或者直接当做燃料气烧掉，价值没有得到很好的利用，如 果转换为氢能源的应用场景，长期来看可以给企业带来额外的收益；尤其值得一提的是， PDH和乙烷裂解等集中分布在沿海发达地 区，与氢能源重点发展地区相匹配，是当前阶段最为理想的氢气来源。 中国 化工副产氢的主要来源 资料来源： CNKI、氢能联盟、 中国氢能产业发展报告 2020 、平安证券研究所 碳排放成为制氢路线选择的“紧箍咒” 资源供应 成本效益 能源效率 碳排放 煤制氢 天然气制氢 甲醇制氢 工业副产氢 可再生能源制氢 煤电制氢 生产过程中的单位碳排放（ kg CO2/kgH2） 煤制氢 传统煤气化 19 传统煤气化 +CCUS 2 天然气制氢 SMR 9.5 SMR+CCUS 1 电解水制氢 电网电力 38-45 水电风电 1 光伏电力 3 不同制氢路线的单位碳排放对比不同制氢路线的关键因素对比（五星代表优势最明显） 在双碳战略下，制氢路线远期来看不适宜选择高碳排放的技术，从制氢的碳排放强度角度来看，电网电制氢高达 40公斤左右二氧化碳 /公斤氢；其他路径碳强度为：煤制氢（ 19）、天然气制氢（ 9.5）；相对来说煤制氢加碳捕捉与贮存（ 2）、天然气制氢 +CCUS（小 于 1）、可再生能源电解水制氢的碳排放较小。碳排放强度是制氢路线的边界条件，在此因素的限制下，预计可再生能源电解水制氢 是远期的主流制氢路线。 资料来源： CNKI、氢能联盟、 中国氢能产业发展报告 2020 、平安证券研究所 长期来看电解水制氢是终极路线，但目前成本不占优势 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 碱性电解 PEM电解 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 生物制氢等其他技术 可再生能源电解制氢 工业副产氢 化石能源制氢 中国制氢技术相对占比的中长期展望 电解水制氢成本随用电成本的变化（元 /kg） 利用可再生能源电解水制氢从碳排放角度看是一条终极路线，尤其是在弃风弃光比较严重的西北地区，可以同时解决光伏风电的利用 率问题和发展氢能的问题。但当前的成本的问题依然没有解决，且只有个别企业在进行试点布局，其中燕山石化已经建成投产 2000Nm/h电解水制氢及氢气提纯设施，这是中国石化首套质子交换膜 (PEM)制氢示范站，配套建立了可实时监控高纯氢质量的在线分 析检测设施，氢气纯度达 99.999%，电池氢产品已成功销往北京市 4座服务冬奥的加氢站及北京市场。而煤化工龙头宝丰能源近期拟以 自有资金 10亿元在宁夏宁东设立全资子公司，通过太阳能发电制取绿氢用于化工生产，实现新能源替代化石能源，减少煤炭消耗和二 氧化碳排放。 资料来源： CNKI、氢能联盟、 中国氢能产业发展报告 2020 、平安证券研究所 电解水制氢：预计未来将出现碱性电解和 PEM电解并行的格局 水电解制氢是指水分子在直 流电作用下被解离生成氧气 和氢气，分别从电解槽阳极 和阴极析出。根据电解槽隔 膜材料的不同，通常将水电 解制氢分为碱性水电解 （ AE）、质子交换膜（ PEM） 水电解以及高温固体氧化物 水电解（ SOEC）。 碱性水电解制氢技术成熟， 投资、运行成本低，但存在 碱液流失、腐蚀、能耗高等 问题。 水电解槽制氢设备开发是国 内外碱性水电解制氢研究热 点，跟碱性电解相比，技术 优势比较明显，但是成本高 是限制其应用的主要原因， 近年来 PEM核心材料和部件的 成本有所下降，预计未来成 本的下降将提升 PEM电解水的 市场份额（预计 2050年能达 到 40%）。 目前 SOEC制氢技术仍处于实 验阶段，距离大规模产业化 的时间还比较久。 项目 碱性电解 PEM电解 SOEC电解 技术成熟度 大规模应用 小规模应用 尚未商业化 运行温度 70-90C 70-80C 600-1000C 电流密度 0.2-0.4A/cm2 1.0-2.0A/cm2 1.0-10.0A/cm2 单台装置制氢 规模 0.5-1000Nm3/h 0.01-500Nm3/h / 电解槽能耗 4.5-5.5kWh/Nm3 3.8-5.0kWh/Nm3 2.6-3.6kWh/Nm3 系统转化效率 60-75% 70-90% 85-100% 系统寿命 已达 10-20年 已达 10-20年 / 启停速度 热启停：分钟级 冷启停： 60分钟 热启停：秒级 冷启停： 5分神 启停慢 动态响应能力 较强 强 较弱 电源质量需求 稳定电源 稳定或波动电源 稳定电源 负荷调节范围 15-100%额定负荷 0-160%额定负荷 / 系统运维 有腐蚀液体 ， 后期运维复杂 ， 运维 成本高 无腐蚀性液体 ， 运维简单 ， 运维成本低 目前以技术硏究为主 ， 尚 无运维需求 占地面积 较大 较小 / 电解槽价格 2000-3000元 /kW（ 国产 ） 6000-8000元 /kW（ 进口 ） 7000-12000元 /kW / 特点 技术成熟 、 成本低 、 易于实现大规 模应用 ， 但实际电能消耗较大 、 需 要稳定电源 占地面积小 、 间歇性电源适 应性高 、 易于实现与可再生 能源结合 ， 但设备成本较高 高温电解能耗低 、 可采用 非贵金属催化剂 ， 但存在 电极材科稳定性问题 、 需 要额外加热 与可再生能源 的结合 适用于稳定电源的装机规模较大的 电力系统 适配波动性较大的可再生能 源发电系统 适用于产生高温 、 高压蒸 汽的光热发电系统 电解水制氢不同工艺路线对比 资料来源： CNKI、氢能联盟、 中国氢能产业发展报告 2020 、平安证券研究所 质子交换膜：电解水制氢和燃料电池的关键材料，国产化进行中 不论是在 PEM电解水装置中还在在燃料电池电堆中，质子交换膜都是核心的部件，目前水电解制氢所用质子交换膜多为全氟磺酸膜， 制备工艺复杂，长期被美国和日本企业垄断，其中杜邦 Nafion系列膜具有低电子阻抗、高质子传导性、良好的化学稳定性、机械稳 定性、防气体渗透性等优点，是目前电解制氢选用最多的质子交换膜（主要使用 Nafion 117、 Nafion 115、 Nafion 212和 Nafion 211系列）。虽然德日和国内也有不少在研和送样测试产品，但从工程应用角度考虑，暂时还无法替代杜邦的产品。 质子交换膜类型 优点 缺点 国内主要生产企业 全氟磺酸膜 机械强度高，化学稳 定性好，在湿度 大的 条件下导电率高；低 温时电流密 度大，质 子传导电阻小 高温时膜易发生化 学降解，质子传导 性变差； 单体合成 困难，成本高；用 于甲醇燃料电池时 易发生甲醇渗透。 杜邦公司： Nafion系列膜 部分氟化聚合物 膜 工作效率高；单电池 寿命提高；成本低 氧溶解度低 Ballad公司： BAM3G膜 新型非氟聚合物 膜 电化学性能与 Nafion 相似；环境污染 小； 成本低 化学稳定性较差； 很难同时满足高质 子传导性 和良好机 械性能 DAIS公司：磺化苯乙烯 - 丁二烯 /苯乙烯嵌段共聚 物膜 复合膜 可改善全氟磺酸膜导 电率低及阻醇性 差等 缺点，赋予特殊功能 制备工艺有待完善 戈尔公司：多空聚四氟 乙烯基地与 Nafion树脂结 合膜 氟化钙 硫酸 氢氟酸 全氟磺酸离子交换膜 全氟乙烯基醚单体PTFE 氯仿 R22 四氟乙烯 三氧化硫 六氟环氧丙烷 四氟乙烯 全氟磺酸质子交换膜的生产流程 质子交换膜的不同种类的对比 资料来源： CNKI、平安证券研究所 PSA和沸石分子筛是氢气净化的主要技术 /耗材 不论是化石燃料制氢还是化工副产氢，一般都需要 PSA工艺（变压吸附）对氢气进行提纯，以天然气制氢为例，天然气经加压脱硫后 与水蒸汽混合进入特殊转化炉，在催化剂的作用下裂解重整，生成含有氢、二氧化碳、一氧化碳等组份的转化气，转化气回收热量 后，经变换将一氧化碳转化为氢气，变换气再通过 PSA提纯得到氢气， PSA尾气返回转化炉燃烧回收热量。 PSA技术的国内龙头是昊华 科技，在变压吸附（ PSA）领域可以有工艺技术工程设计、技术转让、相关变压吸附成套装置（包括专有配套的阀门等）和工程总承 包的能力，昊华科技是全球三大 PSA 技术服务供应商之一。在 PSA常用的分子筛包括沸石分子筛，而上市公司建龙微纳是该系列分子 筛的主要生产厂家之一。 沸石分子筛在 PSA制氢中的应用 化石燃料制氢常见的工艺流程 资料来源： Ngkntk.co.jp、 Alfa Laval、 平安证券研究所 随着氢气成本的降低，非化工应用场景的经济性将逐渐凸显 氢气终端供应价格 实现路径 现状 30-80元 /kg 2025 40元 /kg 工业副产氢 20元 /kg+20MPa以上高压气氢储运 10元 /kg+大型化化合建站 10元 /kg 可再生能源发电 0.3元 /kWh+制储加一体站 10元 /kg 2030 35元 /kg 可再生能源发电 0.25元 /kWh+电解水制氢系统成本 1500 元 /kW CCUS0.3元 /kgC02 气氢储运 50MPa+液化效率 10 KWh/kg 2050 20元 /kg 集中化制氢：可再生能源发电 0.15元 /kWh