再生能源脫網(wǎng)與工業(yè)脫碳的完美結(jié)合——綠氫，正在普及的路上。
01 什么是綠氫?
能源系統(tǒng)本質(zhì)上為碳氫系統(tǒng)，氫比例越高，能源越干凈、熱值越高，因此從高碳燃料向低碳燃料轉(zhuǎn)變，最終答案指向完全不含碳的氫能，而氫氣來源廣泛、熱值高、清潔無碳，被譽為“21世紀終極能源”。
氫制取來源包括化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫、電解水制氫、其他可再生能源制氫等方式，根據(jù)制氫工藝和二氧化碳排放量的不同，可劃分為灰氫、藍氫和灰氫三種路徑。
其中灰氫指通過化石燃料燃燒/工業(yè)副產(chǎn)轉(zhuǎn)化而來的氫能，生產(chǎn)過程中釋放大量的二氧化碳，無法實現(xiàn)零碳生產(chǎn)，因技術(shù)成熟且成本較低，是當前主流制氫方式。藍氫是在灰氫的基礎(chǔ)上利用碳捕捉封存技術(shù)(CCUS)減少生產(chǎn)過程中的碳排放，實現(xiàn)低碳制氫，作為過渡性的技術(shù)手段。
綠氫則是通過光伏發(fā)電、風電及太陽能等可再生能源電解水制氫或生物質(zhì)等其他環(huán)保方式制氫，在制備過程中不會產(chǎn)生二氧化碳，為真正意義上的綠色環(huán)保“零碳氫氣”。
數(shù)據(jù)來源：中國氫能聯(lián)盟研究院，《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》，鑫欏氫能
從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)來看，2021年全球9400萬氫氣產(chǎn)量主要來源于化石能源制氫，占比高達81%，其中煤制氫占全球產(chǎn)量的19%;天然氣制氫全球占比高達62%，低碳排放制氫占比僅0.7%，其中電解水制氫產(chǎn)量僅3.5萬噸，占比0.04%。國內(nèi)制氫結(jié)構(gòu)中，由于我國天然氣緊缺依賴進口，煤炭資源豐富，我國氫能生產(chǎn)來源主要以煤炭為主，2020年我國煤制氫占比高達62%，天然氣制氫占比19%，工業(yè)副產(chǎn)氫占比18%，電解水制氫占比也僅有1%。
綠氫由于是通過光伏、風電以及太陽能等可再生能源發(fā)電實現(xiàn)電解水制氫，生產(chǎn)過程實現(xiàn)零碳排放，同時以其大規(guī)模、長周期、長距離等儲能優(yōu)勢有效解決可再生能源消納問題，以及綠氫制氫的純度也更高，因此綠氫逐步取代灰氫幾乎是必然趨勢。
氫儲能電站示意圖資料來源：CNKI
除了在化工領(lǐng)域?qū)覛涮娲?，長期增量空間還有交通領(lǐng)域、天然氣加氫、煉鋼用氫，助力工業(yè)、交通領(lǐng)域的減碳，是全球第四次能源革命的重要載體。
02 全球都在綠氫賽道上開足了馬力
全球積極推進氫能發(fā)展，尤其近年來在碳中和+能源安全雙輪驅(qū)動下，都在大力發(fā)展可再生能源制氫。
當前包括日本、德國、美國、中國等在內(nèi)的42個國家和地區(qū)都已經(jīng)推出氫能政策，36個國家和地區(qū)的氫能政策也正在籌備中，各國在氫能政策中均著重提出要加速布局可再生能源電解制備綠氫。
資料來源：BNEF
其中國內(nèi)已經(jīng)明確在非化工區(qū)制氫松綁，并發(fā)布電解制氫補貼。近年中央頂層設(shè)計逐步完善，發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》。多地響應(yīng)國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)布本地氫能規(guī)劃，疊加風光大基地鼓勵就地消納，倒逼綠氫項目建設(shè)，已有4個省級行政區(qū)、3個市級行政區(qū)發(fā)布關(guān)于新能源制氫制度松綁的相關(guān)政策，并通過直接生產(chǎn)補貼、電價優(yōu)惠和配套獎勵(風光指標)支持綠氫發(fā)展，國內(nèi)綠氫招標密集落地，2023年行業(yè)進入快速發(fā)展期。
機構(gòu)統(tǒng)計目前規(guī)劃綠氫項目近15GW，其中2023年1-2月開標項目達到730MW，預(yù)估全年開標項目超2GW(對應(yīng)10萬噸)，同比翻番。
在俄烏沖突的背景下，歐盟對氫能尤其是發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用寄予厚望，希望通過發(fā)展氫能擺脫對外天然氣依賴，并設(shè)定了嚴格的綠氫門檻以配合后續(xù)碳關(guān)稅的實施。歐盟在2022年RepowerEU規(guī)劃中明確提出到2030年分別自產(chǎn)、進口1000萬噸可再生氫。
歐盟對制氫的排放設(shè)定了嚴格的門檻，以配合其未來碳關(guān)稅的實施，將推出碳差價合約(CCfD)以促進綠氫在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，并擬成立歐洲氫能銀行;歐盟創(chuàng)新基金承諾出資8億歐元計劃2023年下半年開始氫能補貼項目招標(招標項目的制氫有固定溢價)。
在2022年12月，西班牙、葡萄牙與法國共同公布了約28億歐元的H2Med管道建造計劃，該管道每年將由西班牙向法國和葡萄牙輸送200萬噸綠氫?？傮w來看，歐盟綠氫發(fā)展將進入實質(zhì)階段。
美國的發(fā)展路線同樣明確，給予綠氫豐厚的補貼。美國的《國家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖(草案)》對未來美國氫能發(fā)展提出明確規(guī)劃，到2030、2040、2050年美國清潔氫需求將分別達到1000、2000、5000萬噸/年。同時，推出《通脹削減法案》(IRA)和《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法》(BIL)等政策工具，從經(jīng)濟性角度刺激綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
IRA根據(jù)制氫碳排放水平，給予不同程度稅收補貼優(yōu)惠，有效電解制氫成本將進一步下降，刺激綠氫行業(yè)發(fā)展。BIL也通過近100億美元預(yù)算，通過扶持不同細分環(huán)節(jié)，構(gòu)建完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。
03 綠氫替代并不遙遠未來市場空間巨大
綠氫性價比提升，主要來自于電費成本下降和碳排放考核的趨嚴。
目前國內(nèi)最成熟的電解水制氫技術(shù)為堿性電解，整個制氫成本主要在于電費和設(shè)備折舊，其中電費占比70%-90%，折舊占比10%-30%。按照年生產(chǎn)時間2000小時，電耗5kwh/標方，電價0.3元/kwh，1000標方的電解槽制氫成本為25元/kg。目前煤制氫成本9-10元/kg，天然氣制氫成本15元/kg，差距還有些大。
理想情況下，按照電耗4kwh/標方，電價0.15元/kwh，對應(yīng)成本為15元/kg，則基本可與天然氣制氫平價;若綠氫與風光、風電耦合，年利用小時提高至4000小時以上，則成本有望進一步下降至11元/kg以內(nèi)，則基本可以實現(xiàn)與煤制氫平價。
同時，綠氫實現(xiàn)零排放，若考慮碳價加持，若碳價從50元/噸提升至200元/噸，則綠氫成本在16-18元/kg即可實現(xiàn)制氨制甲醇平價。
專業(yè)機構(gòu)預(yù)測，在零碳加持下，預(yù)估綠氫在2025-2027年基本可實現(xiàn)平價。
那綠氫帶動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的市場有多大?
根據(jù)國際能源署，2021年全球氫氣總產(chǎn)量(含合成氣)約9400萬噸，同比增長5.5%，占全球終端能源比重約2.5%，其中每年純氫制備產(chǎn)量約為7000萬噸。伴隨世界各國減排承諾方案的推進，預(yù)計2030年全球氫氣產(chǎn)量有望突破1.5億噸。
根據(jù)主要國際能源組織的預(yù)測，到2050年全球的綠氫產(chǎn)量將遠遠高于藍氫。IEA預(yù)測2030年電解水制氫及生物質(zhì)制氫等綠氫產(chǎn)量占比將達34%，2050年全球綠氫產(chǎn)量將達3.23億噸，較藍氫產(chǎn)量高58%。
至2060年，幾乎全部的氫氣需求都將由低排放技術(shù)滿足，其中近80%是電解水制氫，屆時電解水制氫將成為具有成本競爭力的制氫工藝，耦合CCUS的化石能源制氫產(chǎn)量則將滿足16%的氫氣需求。而彭博新能源財經(jīng)則預(yù)測2050年全球氫能產(chǎn)量將達到8億噸，且全為綠氫。
而自2020年“雙碳”目標提出以來，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速，氫能產(chǎn)量由2017年的1915萬噸增長至2021年的3300萬噸，5年CAGR達14.6%，2021年32%的同比增速更是創(chuàng)下新高，目前已是第一大制氫國。并且氫儲能2023年就是產(chǎn)業(yè)化元年，長周期氫儲能項目建設(shè)還會加速綠氫生產(chǎn)。
數(shù)據(jù)來源：中國煤炭工業(yè)協(xié)會
04 產(chǎn)業(yè)鏈哪個環(huán)節(jié)正在受益?
當前，綠氫生產(chǎn)技術(shù)主要有堿性電解(ALK)、質(zhì)子交換膜電解(PEM)、陰離子交換膜電解(AEM)以及固體氧化物電解(SOEC)四種。其中堿性制氫技術(shù)成本最低，國內(nèi)90%項目采用該技術(shù)，海外此前以PEM為主，近兩年為降本也逐步轉(zhuǎn)至堿性路線，預(yù)計未未來的規(guī)?；惺诫娊馑茪湟詨A性為主。
數(shù)據(jù)來源：中國石化官網(wǎng)
堿性電解水制氫設(shè)備由四大部分構(gòu)成，其中電解槽又是最核心的設(shè)備。
全套水電解制氫裝置主要設(shè)備有：前端電器設(shè)備(變壓器、整流柜、PLC程控柜、儀表柜、配電柜等)，占成本比重20%;核心設(shè)備電解槽，占成本比重50%-60%;固液分離裝置，占成本比重15%;后端干燥純化系統(tǒng)，占成本比重10%;其他輔助系統(tǒng)如純水機、冷水塔、冷水機、空氣壓縮機、堿液箱、原料水箱、補水泵等占成本比重5%。以1000標方/h的裝置為例，目前售價1000萬，其中電解槽售價500萬左右。
未來幾年電解槽設(shè)備招標有望期翻番增長，高峰期10倍空間。根據(jù)高工氫能統(tǒng)計，2021年國內(nèi)電解水制氫設(shè)備出貨722MW(含出口，不含研發(fā)樣機)，根據(jù)機構(gòu)對各大項目跟蹤，預(yù)估今年國內(nèi)電解槽招標量可達2GW，對應(yīng)400臺1000標方堿性電解槽。
若2030年全球到綠氫占比有望達到30%，則高峰時期電解槽設(shè)備求需求2.5萬臺左右1000標方，按照單線價格700萬，對應(yīng)市場空間1750億，其中國內(nèi)占三分之一，市場空間近600億。
此前電解水制氫行業(yè)規(guī)模還小，主要由718所(派瑞氫能為中船718所下屬市場化企業(yè))、考克利爾競立和天津市大陸制氫設(shè)備三家占據(jù)絕大部分份額。2021年提出雙碳目標后，隆基、陽光等光伏企業(yè)進入電解水行業(yè)，2022年大批廠商涌入，1000標方產(chǎn)線密集下線。
目前行業(yè)內(nèi)可做及計劃做堿性電解槽廠商超100家，行業(yè)產(chǎn)能或超10GW。2022年718、競立、隆基三家占據(jù)市場近75%份額，三家訂單主要來自中石化庫車52臺項目，其中競立2022年出貨230MW，市占率32%，份額第一。
趨勢上看，龍頭公司技術(shù)積淀深，性能指標領(lǐng)先且產(chǎn)品經(jīng)過實地長時間運行檢驗過，優(yōu)勢明顯，且從當前大項目招標看，由于電解槽要求穩(wěn)定運行15年以上，業(yè)主方更傾向于與第一梯隊、第二梯隊廠商合作。
不過2023起開始，價格競爭會有所加劇，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)協(xié)同效應(yīng)明顯，可提供資源支持，技術(shù)研發(fā)激進的企業(yè);以及依托集團內(nèi)部資源(風光電站、化工園區(qū))，獲得項目招標的公司，同樣具備較強的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
其中隆基綠能是全球光伏龍頭，已實現(xiàn)組件一體化布局。公司在氫能領(lǐng)域研發(fā)的核心航道是降低制氫的單位電耗，2月推出世界領(lǐng)先的制氫裝基備系列產(chǎn)品隆基ALKHi1，直流電耗滿載狀況低至4.3千瓦時每立方米，Hi1plus產(chǎn)品低至4.1千瓦時每立方米，可以降低10%以上的直流電耗，大幅降低LCOH，驅(qū)動綠氫經(jīng)濟性提升。隆基氫能2021年實現(xiàn)500MW產(chǎn)能，2022年實現(xiàn)1.5GW產(chǎn)能，預(yù)計2025年達到5-10GW。
陽光電源則是全球逆變器龍頭，從光伏制氫入局氫能，成立全資子公司陽光氫能。目前已建有國內(nèi)首個光伏離網(wǎng)制氫及氫儲能發(fā)電實證平臺、國內(nèi)最大的5MW電解水制氫系統(tǒng)測試平臺、PEM電解制氫技術(shù)聯(lián)合實驗室，及年產(chǎn)能GW級制氫設(shè)備工廠。
陽光氫能獨立生產(chǎn)1000標方堿性制氫系統(tǒng)、兆瓦級PEM制氫系統(tǒng)對應(yīng)的電解槽，可以提供包括制氫電源、電解槽、智慧氫能管理系統(tǒng)在內(nèi)的成套系統(tǒng)解決方案。2022年，為內(nèi)蒙古綜合能源站項目提供堿性水電解制氫裝置，為寧夏等地項目提供200標方PEM制氫裝置。
背靠華電集團的華電重工，公司規(guī)劃從上游制氫端和下游應(yīng)用環(huán)節(jié)兩個角度切入氫能領(lǐng)域。目前上游制氫端形成了1200標方堿性電解槽產(chǎn)品，年產(chǎn)能100套左右。22Q4公司和集團企業(yè)簽訂3.4億元達茂旗項目，計劃23年完工，需要交付堿性電解槽1000標方11臺，PEM電解槽200標方5臺。公司與下游各大汽車廠商都在做樣品測試，與捷氫有合作，和布拉德也形成戰(zhàn)略合作。子公司河南華電在研發(fā)儲氫氣瓶，未來計劃布局氫氣管道。
此外還有中長期戰(zhàn)略規(guī)劃智能加氫站的昇輝科技，定位PEM槽檢測設(shè)備的科威爾，有風光制氫項目和參股投資的堿性電解槽產(chǎn)品的億利潔能，制氫、儲氫和加氫站裝備業(yè)務(wù)的蘭石重裝，以及定位儲存裝備、運輸裝備、加氫裝備的中集安瑞科，均能一定程度享受綠氫浪潮帶來的市場紅利。
來源：全景財經(jīng)
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