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氢能源行业深度报告:氢能源有望开启下一个万亿级市场

2020-06-19
氢能源行业深度报告:氢能源有望开启下一个万亿级市场

氢能源来源广泛,低碳环保,符合我国碳减排大战略,同时有利于解决我国能源安 全问题,有望进入我国主流能源体系。我们认为 2050 年左右率先产业化的氢燃料电池 汽车领域有望产生上万亿的市场空间,随着应用领域的拓展,氢能相关产业成长空间广 阔。我们认为产业链上下游中,核心零部件国产化各细分领域龙头最优先受益,推荐关 注雪人股份、贵研铂业、富瑞特装、东岳集团;其次上下游配套为传统公司带来新业务 扩张弹性,推荐关注厚普股份、深冷股份、北方稀土、瀚蓝环境,最后,我们认为长期 来看,电堆及系统也将走出具有长期竞争力的公司,推荐关注电堆及系统生产商潍柴动 力、东方电气、大洋电机、腾龙股份、美锦能源、雄韬股份。
1.氢能源是安邦利民的战略性能源
1.1氢能源环保高效,有望纳入主流能源体系
氢能源来源广泛。作为二次能源,氢不仅可以通过煤炭、石油、天然气等化石能源重 整、生物质热裂解或微生物发酵等途径制取,还可以来自焦化、氯碱、钢铁、冶金等工业 副产气,也可以利用电解水制取,特别是与可再生能源发电结合,不仅实现全生命周期绿 色清洁,更拓展了可再生能源的利用方式。
氢能源清洁低碳。不论氢燃烧还是通过燃料电池的电化学反应,产物只有水,没有传 统能源利用所产生的污染物及碳排放。此外,生成的水还可继续制氢,反复循环使用,真 正实现低碳甚至零碳排放,有效缓解温室效应和环境污染。

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氢能源灵活高效。氢热值高(142.5MJ/kg),是同质量焦炭、汽油等化石燃料热值的 3-4 倍,通过燃料电池可实现综合转化效率90%以上。氢能可以成为连接不同能源形式(气、电、 热等)的桥梁,并与电力系统互补协同,是跨能源网络协同优化的理想互联媒介。
氢能源应用广泛。氢可广泛应用于能源、交通运输、工业、建筑等领域。既可以直接 为炼化、钢铁、冶金等行业提供高效原料、还原剂和高品质的热源,有效减少碳排放;也 可以通过燃料电池技术应用于汽车、轨道交通、船舶等领域,降低长距离高负荷交通对石 油和天然气的依赖;还可应用于分布式发电,为家庭住宅、商业建筑等供电供暖。
氢能源安全可控。氢气具有燃点低,爆炸区间范围宽和扩散系数大等特点,长期以来 被作为危化品管理。氢气是已知密度最小的气体,比重远低于空气,扩散系数是汽油的12 倍,发生泄漏后极易消散,不容易形成可爆炸气雾,爆炸下限浓度远高于汽油和天然气。 因此在开放空间情况下安全可控。氢气在不同形式受限空间中,如隧道、地下停车场的泄 漏扩散规律仍有待研究。
氢气工业使用历史悠久。氢气作为工业气体已有很长的使用历史。目前,化石能源重 整是全球主流的制氢方法,具各成熟的工艺和完善的国家标准规范,涵盖材料、设备以及 系统技术等内容。电解水制氢技术历经百年发展,在系统安全、电气安全、设备安全等方 面也已经形成了比较完善的设计标准体系和管理规范,涵盖氢气站、系统技术、供配电系 统规范等内容。
多种优势并举,具备纳入我国主流能源体系的基础条件。综合以上,我们认为氢能源 具有来源广泛、安全可控、高效灵活、低碳环保的多种优势,同时产业发展上百年有一定 成熟度,具备纳入我国主流能源体系的基础条件。
1.2氢能源符合我国落实碳减排国际责任的战略方向
氢能源可帮助改善我国能源结构现状。我国长期以来能源相对短缺,能源消费量高于 生产量,进口依赖度较高。化石能源在能源生产与消费中所占比例过高,能源转化效率较 低。相比化石能源,氢能源高效环保,可缓解我国能源紧张以及化石燃料燃烧副产品导致 的环境污染问题,对于我国节能减排,走低碳环保之路至关重要。
我国碳排放形势严峻,节能低碳为大势所趋。低碳化转型发展是中国应对内外部新形 势、新挑战的共同要求。目前,化石能源燃烧产生的二氧化碳排放是最主要的温室气体排 放源。国际上看,中国碳排放量在2003年超过欧盟,2006年超过美国,连续多年成为最 大碳排放国,这使得中国在国际上承受的碳减排压力与日俱增。2018年,我国二氧化碳排 放量增长2.3亿吨,增量占全球能源相关的二氧化碳排放增长量的 41%;排放总量达到92 亿吨,占全球二氧化碳排放总量的 27.8%。从国内来看,在能源资源、生态环境容量等多 重约束下,有效加强碳排放管控越来越成为推动高质量发展、推进供给侧结构性改革的有 力抓手。
国际责任所系,使我国选择低碳节能发展之路。2015 年,习近平总书记在巴黎气候大会 上代表中国政府向国际社会承诺:中国将在 2030年左右二氧化碳排放达峰并力争尽早达峰。 2016年9月3日,全国人大常委会批准我国加入《巴黎气候变化协定》,该协定指出,各 方将加强对气候变化威胁的全球应对,在本世纪末把全球平均气温较工业化前水平升高控制在 2 摄氏度之内,并为把升温控制在 1.5 摄氏度之内而努力。全球将尽快实现温室气体 排放达峰,本世纪下半叶实现温室气体净零排放。作为负责任的大国,走低碳节能发展之 路既是我国的责任所系,亦是使命所向,氢能依托自身低碳清洁的特点有望成为我国实现 碳减排大战略的重要抓手。
1.3重视氢能源战略地位,各国争相发展氢能源
美国将氢能纳入能源战略,DOE主导产学研合作。美国是最早将氢能及燃料电池 作为能源战略的国家。早在 1920 年便提出“氢经济”的概念,并出台《1920 年氢研究、 开发及示范法案》,布什政府提出氢经济发展蓝图,奥巴马政府发布《全面能源战略》, 特朗普政府将氢能和燃料电池作为美国优先能源战略,并开展前沿技术研究。2018年美国 宣布10月8日为美国国家氢能与燃料电池纪念日。
美国政府对氢能和燃料电池给予持续支持,近十年的支持规模超过16亿美元,并积极 为氢能基础设施的建立和氢燃料的使用制定相关财政支持标准和减免法规。美国氢能计划 的实施以美国能源部(DOE)为主导,将资金集中用于解决氢能产业所面临的技术难题,保持 美国在世界范围内的领先地位。DOE 通过资金的投人与引导,构建了以 DOE 所属国家实 验室为主导,大学、研究所及企业为辅的研发体系。美国在氢能及燃料电池领域拥有的专 利数仅次于日本,尤其在全球质子交换膜电池、燃料电池系统、车载储氢三大领域技术专 利数量上,两国的技术占比总和均超过 50%。美国液氢产能和燃料电池乘用车保有量全球 。
截至2018年底,美国在营加氢站42座,计划2020年建成75座,2025年达到200 座,燃料电池乘用车数量达到 5899 辆。全年固定式燃料电池安装超过 100 兆瓦,累计固 体式燃料电池安装超过500 兆瓦。
日本高度重视氢产业,立志实现氢能社会。日本高度重视氢能产业的发展,提 出“成为全球实现氢能社会的国家”。政府先后发布了《日本复兴战略》《能源战 略计划》《氢能源基本战略》《氢能及燃料电池战略路线图》,规划了实现氢能社会战略 的技术路线。2018 年,日本召开全球首届氢能部长级会议,来自全球 20 多个国家和欧盟 的能源部长及政府官员参加会议。未来日本将以2020 东京奥运会为契机推广燃料电池车, 打造氢能小镇。
日本过去 30年累计投入数千亿日元用于研发推广,在氢能和燃料电池技术拥有专利数 。在过去的30年里,日本政府先后投入数千亿日元用于氢能及燃料电池技术的研 究和推广,并对加氢基础设施建设和终端应用进行补贴。日本氢能和燃料电池技术拥有专 利数世界,已实现燃料电池车和家用热电联供系统的大规模商业化推广。2014年量产 的丰田 Mirai 燃料电池车电堆输出功率达到 114 千瓦,能在零下 30 摄氏度的低温地 带启动行驶,一次加注氢气最快只需3 分钟,续航超过500干米,用户体验与传统汽车无 差别,已实现累计销量约7000辆,占全球燃料电池乘用车总销量的70%以上。储能领域, EneFarm家用燃料电池项目累计部署27.4万套,成本94万日元,相比2019年下降69%。 2017年,日本在神户港口岛建造了氢燃料1兆瓦燃气轮机,是世界上在城市地区使用 氢燃料的热电联产系统。为解决氢源供给问题,日本经济产业省下属的新能源与产业技术 联合开发发机构(NEDO)出资 300 亿日元支持网内企业探索在文莱和澳大利亚利用化石能 源重整制氢并液化海运至本土。
截止 2018 年底,日本在营加氢站 113 座,计划 2020 年建成 160 座,2025 年建成 320座,2030年达到900座。燃料电池乘用车保有量达到2839辆,计划保有量 2025年 20万辆,2030年80万辆,2040年实现燃料电池车的普及。
政策、资金助力欧洲向氢能社会转型,氢能有望向建筑、工业、交通等多领域渗透。欧盟将氢能作为能源安全和能源转型的重要保障。在能源战略层面提出了《2005 欧洲氢能 研发与示范战略》《2020 气候和能源一揽子计划》《2030气候和能源框架》《2050低碳 经济战略》等文件,在能源转型层面发布了《可再生能源指令》《新电力市场设计指令和 规范》等文件。此外,欧盟燃料电池与氢联合行动计划项目(FCHJU)对欧洲氢能及燃料电池 的研发和推广提供了大量的资金支持,2014-2020年间预算总额为6.65亿欧元。
欧洲如今恰逢能源转型发展期,发展氢能源在建筑、工业、交通运输、电力、就业等 多领域促进欧洲的发展。其中,到 2030 年,氢气可以取代估计的 7%的天然气(按体积计算),到 2040年可以取代32%。它将在2030年和2040年分别覆盖约250万户和超过1100 万户家庭的供暖需求,此外还包括商业建筑。同时,到 2040 年,部署超过 250 万台燃料 电池将提高能源效率,同时大约有45,000 辆燃料电池卡车和公共汽车上路,燃料电池列车 也可能取代大约 570 辆柴油列车;包括炼油厂和制氨厂在内的所有应用都可以实现向三分 之一超低碳氢气生产的转变;此外,具有较大减排潜力的应用,如直接还原炼钢,将可以 进行大规模的可行性试验。
德国是欧洲发展氢能代表性的国家。氢能与可再生能源融合发展是德国可持续能 源系统和低碳经济的重要组成部分,政府专门成立了国家氢能与燃料电池技术中心 (NOW-GmbH)推进相关领域工作,并在 2006 年启动了氢能和燃料电池技术国家发展 计划(NIP),从 2007年至216年共计投资14亿欧元,资助了超过240家企业/50家科 研和教育机构以及公共部门;2017-2019 年开展第二阶段的工作,计划投资 2.5 亿欧元。 通过FCUJU和 NIP项目支持,德国确立了氢能及燃料电池领域的优先地位,可再生能源制 氢规模全球,燃料电池的供应和制造规模全球第三。
德国长期致力于推广可再生能源发电制氢技术(PowertoGas),通过氢气连接天然气 管网,并利用现有成熟的天然气基础设施作为巨大的储能设备。液体有机载体储氢技术 (LOHC)已成功应用于市场,可以实现氢气在传统燃料基础设施中的储存。德国运营着世 界第二大加氢网络,共有加氢站60座,仅次于日本。全球首列氢燃料电池列车已在德国投 入商业运营,续航里程接近 1000公里,计划2021年增加氢燃料电池列车14列。
尽管英国是最早发现氢气及制造氢燃料电池车的国家,但相较于欧洲其他国家如德国 等,英国政府对氢能及燃料电池的政策支持缺乏整体性,直到 2016年英国才出台了个 氢能发展整体战略。2014 年,E4tech 及元素能源发布了氢能及燃料电池路线图,其中包括了氢气供应链路线图(如氢气的生产及运输)、终端消费路线图(如运输工具)等 11个 子路线图。这份路线图,作为零排放战略的一部分,旨在加快氢能及燃料电池的发展速度。 2017年1月,欧盟的JIVE 项目资助了欧洲5个国家部署139辆零排放燃料电池客车,其 中56辆在英国。


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