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趋势洞察 | 氢储运将引爆新一轮氢能产业爆发式增长

发布时间:2024-01-25 16:43:20

  1. 氢能源产业链或将爆发,细分行业龙头迎来发展良机
  2. 氢能和燃料电池产业爆发前夜,如何突破瓶颈?
  3. 氢能源的发展前景

一、氢能源产业链或将爆发,细分行业龙头迎来发展良机

新能源 汽车 被“续航技术和充电技术”两座大山压着,行业发展受到限制,而氢燃料 汽车 有效解决这两个问题,成为各国最有可能普遍推行的能源出行方案。

实际上,能源结构调整势在必行,世界各国都非常重视环境问题,以低碳化、无碳化及低污染作为能源政策的目标。而氢能源是一种能量密度高并且无污染的理想清洁能源,能够减少温室气体和细颗粒物的排放,各国纷纷将氢能源作为未来新能源的战略方向,2020年已有20个国家或联盟制定了《国家氢能战略》。

氢燃料 汽车 是氢能源应用的一个行业案例,氢能产业链还包括上游制氢、中游储运以及下游加氢站等多个环节。目前在国内能源结构中,化石能源能占到80%以上,但国内制氢端氢能供给约占全球份额的三分之一,下游可开发潜力非常大。作为清洁能源最理想的能源方案,氢能源产业链大概率将站上投资风口。

上游“制氢”资源丰富

制氢是氢能产业链上游,制氢手段多样,但主要通过化石能源获取,目前全球平均氢气有48%来源于天然气、30%来自于副产氢,18%来源于煤炭,而中国的氢能源结构恰恰相反,由于资源禀赋以煤炭为主,煤制氢占比62%,天然气制氢占19%。制氢的方法不同,获取成本也不同。

我国的煤炭资源丰富,煤制氢技术是目前主流的制氢技术之一,其技术路径是煤炭通过气化转化成合成气,再经水煤气变化分离处理,提取高纯度的氢气,其获取成本比其他化石能源要低,成本在0.9-1.2元/每立方。煤制氢相关的企业比如国家能源集团以及中国石化(600028)等。

目前市场较低成本的为焦炉煤气制氢,焦炉煤气制氢是炼焦的副产品,其装置具有自动化程度高,操作简单及节能降耗等优点,获取成本仅在0.7-1元/每立方,远低于其他制氢方式。而我国是全球最大的焦炭生产国,国内焦炭产量占据了全球六成份额,制氢资源丰富,这方面的龙头企业包括美锦能源(000723)及中国旭阳(01907)。

而国内因缺乏天然气资源,大部分都依赖进口,天然气制氢份额并不高。天然气制氢主要分为蒸汽重整制氢、绝热制氢、部分氧化制氢、高温裂解制氢和自热重整制氢。目前国内外主流制氢方式是蒸汽重整制氢,制氢成本相对较高,在1.3-1.5元/每立方,高于煤制氢的成本水平。

电解水制氢是在由电极、电解质与隔膜组成的电解槽中,在电解质水溶液中通入电流,水电解后,在阴极产生氢气,在阳极产生氧气,主要成本为电费,但由于耗电量大,成本高昂,在所有制氢工艺中较高,达到3元/每立方。近几年来,风电及光伏等新能源崛起,为该工艺带来了成本下降,主要上市标的为上海电力(02727)及节能风电(601016)。

从目前主流的制氢工艺看,煤制氢和焦炉煤气制氢是成本相对较低,且资源储量较大,最有效的制氢方式。而各国都在加大对氢能源的政策支持及资本投入力度,2021年国内多个省份出台氢能产业规划,为上游制氢企业带来快速发展良机,利好煤炭龙头及焦炭龙头的氢能布局。

中国旭阳是全球最大的独立焦炭生产商及供货商,规模优势明显,该公司充分利用焦化产业副产品氢气资源,开拓制氢业务。该公司近期动作频繁,如携手河北定州市及内蒙古呼和浩特市打造氢能产业基地,目前定州园区氢能项目一期氢气纯化及充装系统产能为1.2万立方米/天,2020年7月已投产。

中下游的“发展瓶颈”

储运氢技术是制约氢能源发展的主要障碍之一,氢的储存方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固态储氢。而我国目前储存氢能的方式有高压气态储氢和低温液态储氢两种,有机液态储氢和固态储氢尚处于示范阶段,目前主流的为高压气态储运氢技术,技术相对成熟。

智通 财经 app了解到,高压气态储氢具有成本低、能耗低及充放速度快的特点,但储氢量较小,储氢重量仅为瓶重的1%,主要分为三种,车用储氢罐、运输储氢罐、固定式储氢设备。由于氢能源车发展,车用储氢罐为主要的方式,70mpa碳纤维缠绕Ⅳ型瓶是国际主流技术。

而国内而言,技术相对落后,35mpa碳纤维缠绕Ⅲ型瓶是主要的储氢方式,但35mpa储氢气瓶技术已基本成熟,70mpa逐步应用及推广,有望实现和国际接轨。该领域的参与标的包括中材 科技 (002080),拥有几十种规格35mpa氢气瓶,沈阳斯林达储氢瓶年产能为70万只,生产的70mpa氢瓶已通过型式试验。

值得一提的是,固态储氢是有望成为未来主流储氢的方式,该方式利用过渡金属或合金与氢反应,以金属氢化物形式吸附氢,然后加热氢化物释放氢,这种储氢方式适应氢燃料电池 汽车 发展,是最具发展潜力的一种储氢方式。2020年12月份,潍柴 汽车 (02338)公告将定增130亿元,募资投向中有20亿元用于燃料电池(包括固态电池)项目。

加氢站缺乏也是制约氢能源发展的主要障碍之一,截止2019年底,全球加氢站数量仅为450座,国内的不足100座。加氢站是燃料电池 汽车 充装燃料的场所,根据其站内氢气储存相态不同,分为气氢加氢站和液氢加氢站,全球约有3成是液氢加氢站,国内的主要为高压储氢加氢站。

从政策上看,国家鼓励加氢站假设,2014年就出台了加氢站建设补贴方案,2019年,推动加氢设施建设首次写入政府工作报告,此外,在大力发展新能源 汽车 的同时,也在加大对氢基础设施建设,如四部委发布的《关于进一步完善新能源 汽车 推广应用财政补贴政策的通知》,就有提到提出地方补贴需支持加氢基础设施。

从标的上看,布局加氢站的企业包括嘉化能源(600273)、美锦能源(000723)以及雄韬股份(002733)等。其中美锦能源控股云浮锦鸿60%的股权和国鸿氢能9.09%的股权,布局氢能和燃料电池全产业链,雄韬股份持有雄众氢能30%的股权,目前雄众氢能已建成武汉汉南加氢站。

氢燃料电池是氢能源最有效的利用方式,主要为目前交通工具动力系统为燃油燃烧驱动,是环境污染的主要原因之一,而电动系统因续航及充电时间得不到有效解决,发展受到限制,氢燃料系统则有效解决燃油机及纯电动 汽车 的痛点。实际上,氢燃料电池是一种非燃烧过程的能量转换装置,而非储能装置。

氢燃料电池通过电化学反应将空气的化学能转化为电能,结构单元主要由膜电极组件和双极板构成,其中膜电极组件反应发生的场所。氢燃料电池属于氢能源应用一环,也产生了相应的产业链链条,上游包括氢气和膜电极及双极板等零部件,中游主要为发动机系统及电堆,下游主要为整车企业。

科创板上市公司亿华通(688339)是在资本市场上唯一一家纯氢燃料电池核心部件的上市企业,该公司主要产品为燃料电池发动机,2019年全国燃料电池 汽车 销量2737辆,而亿华通燃料电池发动机销量498套,市占率达到18.2%,远高于排第二的国鸿氢能。亿华通开启了行业资本化先例,氢能源产业链资本化已然成为趋势。

此外,制氢龙头企业也在积极布局产业链,如2020年12月,中国旭阳成立定州旭阳氢能有限公司,积极 探索 园区在氢能源存储、运输和燃料相关电池领域的布局发展。定州旭阳氢能公司或将成为中国旭阳在氢能产业链上最重要的运营载体,而规模及成本优势下,通过与政府合作模式,中下游的布局有望加速,并率先占领市场份额。

二、氢能和燃料电池产业爆发前夜,如何突破瓶颈?

氢能和燃料电池技术正加速改变着世界能源格局。

“全球能源转型、汽车转型共同聚焦于低碳化、绿色化,氢能是实现这两大领域转型的重要支撑。”中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟15日在2020氢能产业发展创新峰会上表示,“当前全球主要汽车公司基本上都制定了发展燃料电池汽车的时间表和路线图。越来越多的国家把氢能作为更重要的未来替代性能源,制定氢能源、氢产业、氢经济、氢社会发展的时间表和路线图。我们离氢的全面应用越来越近。”

百人会副理事长兼秘书长张永伟

随着氢能的安全使用问题及燃料电池的技术和成本瓶颈已逐步取得突破,氢能产业发展开始进入示范运营阶段,并开展商业化探索。此次与会的专家学者一致认为,发展氢能和燃料电池产业是我国应对能源安全、实现可持续发展的必要途径和重要历史机遇。

氢能发展迎来大好时机

在政府的系列产业政策支持下,我国氢能产业正在进入快速发展期。

2019年3月,氢能源首次写入《政府工作报告》,明确将推动加氢等设施建设。

2020年4月,国家能源局发布《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》,氢能被列入能源范畴。

6月,氢能先后被写入《2020年国民经济和社会发展计划》、《2020年能源工作指导意见》。

9月,财政部、工信部、科技部等五部委联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,目标利用4年时间,打造国内氢能产业链,让整个产业链趋于完整,将燃料电池汽车购置补贴政策调整为燃料电池汽车示范应用支持政策,以形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模式。

10月,国务院常务会议通过了《新能源汽车产业发展规划》,明确指出要加强充换电、加氢等基础设施建设,加快形成快充为主的高速公路和城乡公共充电网络。完善氢燃料电池汽车的能源补给基础设施建设,促进氢燃料电池汽车发展。

由此可见,政策正在为氢能和燃料电池产业的加速发展带来强力支撑。

国家电投集团氢能科技发展有限公司总经理张银广

国家电投集团氢能科技发展有限公司总经理张银广预测,我国氢能产业发展拐点将出现在2025年,2025-2035年将成为国内氢能产业的高速发展期,2035年之后将会进入规模化应用的阶段。

今年9月22日,中国在第七十五届联合国大会提出,将提高应对气候变化国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳(co2)排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。在工信部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中看来,发展氢能要置于实现2030年前co2排量达峰和2060年碳中和的大目标之中,响应《巴黎协定》我国政府的承诺目标。

工信部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中

“能源的供应侧中可再生能源不能低于80%,能源的需求侧电动化率不低于80%,才有可能实现2060年碳中和的目标。”北京清华工业开发研究院副院长朱德权表示,2025年,可再生能源生产成本将全面低于化石能源,具有经济性。生产侧的经济性和需求侧的经济性也决定了氢能源汽车进入了可持续发展阶段,也就是进入了高速增长的时刻。”

北京清华工业开发研究院副院长朱德权

百人会常务副秘书长刘小诗在发布《中国氢能产业发展报告2020》时预判,从长期愿景来看,到2050年,预计氢能会占终端能源消费比例达10%,氢燃料电池汽车保有量3000万辆,氢气需求量6000万吨,进入氢能社会。

百人会常务副秘书长刘小诗

“绿氢”方向,合理布局

在氢能产业链中,制氢是源头。李毅中在会上提出,“灰氢不可取、蓝氢方可用、废氢可回收、绿氢是方向”,落实氢源首先要有一个合理务实的规划设计和标准,明确方向,防止盲目。

氢能受到了全球主要国家的重视,多数发达国家都发布了氢能愿景和发展规划。我国相关省市、企业和机构也积极行动,纷纷出台发展氢能的方案,提出的远景各有特色。但是,“对氢源研究还不够,难以形成全国性的整体概念”,李毅中呼吁需要调研编制规划指导,抓试点示范,不要一下子铺开。”他透露,五部委已经在制定这项规划。

他建议,相关部门组织、调研,根据氢气的不同应用场景和市场需求,从能源总体规划的视角提出阶段性布局和工艺路线的指导意见,并制定标准规范。此外,还应抓紧进行二氧化碳捕集、封存和利用的产业化研发。这是灰氢变成蓝氢、由不可取变成可取的关键,这个难题没有解决之前,不宜新建化石能源制氢工厂。

发展“绿氢”,降成本是关键。刘小诗指出,氢能作为一种二次能源,是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想媒介,我国现在传统能源结构亟待调整。长期来看,要走零碳、低碳的绿氢路线,经济性有待于进一步提升,关键在于降低电费,也就是用电成本。

在当前技术条件下,电费降到3毛钱每千瓦时,电解水的制氢成本能够降到每公斤20元以下。这样电解水之情的经济性有望提升。储运环节也存在较大降本空间,国内的液氢的生产及运输实现民用化后,储运成本将大幅下降。未来随着可再生能源电价进一步下降,制氢、规模化液氢储运等技术成熟,氢气到站价格会大幅度下降。我国再生能源氢气比较丰富,将来“绿氢”具备成本优势。

构建自主产业链

我国的能源特点是富煤、贫油、少气,每年需要大量进口石油和天然气,为实现低碳减排,提高能源安全,需大力发展可再生能源,利用风能、太阳能和水力发电,选择氢做能源载体,电解水制氢,消除可再生能源发展的天花板,为实现2030年碳排放达峰值,2060年实现碳中和保驾护航。

中国工程院士衣宝廉建议,发展沿海地区海上风电,电解水制氢,用输氢管线将所制氢气运输到加氢站供燃料电池汽车加氢用,同时建氢液化工厂,将液化氢作为能源商品应用,氢供应能力的发展会促进燃料电池,特别是燃料电池车的快速增长。

对燃料电池,首先要建立关键材料与部件的自主产业链,国内优秀的研究结果很多,但很少进行放大工艺研究,制出的样片也很少在电堆中使用和装车运行,因此要建立产品开发联盟,电催化剂、电堆关键零部件等由研发单位一起进行开发、考核及批量生产,只有通过装车运行的材料,才是可信的,才能提高市场占有率,代替进口。另外,在联合攻关时,指标要以国际最先进的产品为目标。

电堆是燃料电池的核心部件,其组装工艺是决定电堆一致性的关键,衣宝廉建议,要创新性的改进电堆组装工艺,大幅度提高电堆中单电池电压的一致性,制定关键材料与部件的国家标准,成立第三方的中立的检测机构,对关键材料与部件、电堆、电池系统和整车进行检测、验证,确保结果的可信性与可靠性。

“氢能产业正处于大规模爆发前夜,十四五时期成为产业链构建关键时期。”张银广表示,“我们和国外的差距在于技术和装备的成熟度,下一步,应通过示范城市群,构建商业模式,让自主技术和装备快速成熟起来。”

优化政策环境

我国氢能产业虽然热度很高,但仍存在很多发展瓶颈,张银广呼吁国家在政策层面去破除制约,增加政策引导。

“氢气管理还是按照化工危险品来管理,同时相关审批没有固定的机构,一定程度上制约了产业发展。”张银广建议“从环保角度、解除能源安全角度政府能给产业长期的引导政策,而不是示范期和示范城市来推广,但是政府推动的应用规模终归是有限的,氢能产业应当探索出商业化模式,从而快速发展。”

张银广判断,2020-2025年是氢能产业进步期,国内氢能发展相关技术、产品逐步成熟,产业链趋于完整,氢能应用场景以重型运输车和物流车为主,主要方向为氢能交通。在加氢基础设施建设上,希望国家能全面规划供给网络,而不是分散式由企业来牵头建设。“大西北廉价氢能如何运输,希望国家出台战略规划。与此同时,通过社会化资本,从较长的生命周期来考虑,构建大的应用场景,让产业具备商业化能力,是我们正在探索的路径。”当生产成本、购买成本下降到一定程度,多个氢能应用场景的市场空间将会梯次打开。

刘小诗在百人会《中国氢能产业发展报告2020》中也对产业政策提出了建言:一是针对氢能标准体系不完善的现象,建立健全氢安全基础研究体系,二是针对各地发展氢能经济的规划同质化现象,鼓励基础好的地区加速建立示范运营区,鼓励模式创新,探索多能互补模式,因地制宜,避免低水平重复建设。三是针对产业链薄弱环节给予政策激励。如加大基础设施建设,出台和落实电解水制氢的电价优惠措施等。四是把握电动汽车与氢燃料电池车错位互补原则,进行有效资源配置,防止顾此失彼。

从氢的产、储、运、加、用等全产业链出发,依托地方政府、企业、科研院所、平台等多主体,逐步打造“基础设施配套完善,运营模式成熟、创新成果丰富、资金保障充足、示范效果明显、生态效应显著”的氢能产业商业生态圈。

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

三、氢能源的发展前景

我国当前的氢源主要来自工业副产氢、煤制氢和天然气制氢。为了实现“3060”碳目标,绿氢的发展尤为重要。目前,绿氢多为电解水制氢,风电与光伏是关键。西北地区在光伏、风电的装机容量上具有较大优势。其中,内蒙古在光伏、风电的建设上遥遥领先。

风能/光能为绿氢制取的关键

我国当前的氢源主要来自工业副产氢、煤制氢和天然气制氢。为了实现“3060”碳目标,绿氢的发展尤为重要。根据《低碳氢、清洁氢与可再生能源氢的标准与评价》,清洁氢是指生产过程中所产生的温室气体排放值低于4.90kgco2e/kgh2的氢气。

其中,可再生氢与清洁氢相当于通俗意义上的“绿氢”。目前,绿氢多为电解水制氢,其中以可再生能源来制取氢气能够达到绿色、低碳排放的要求。

为推进氢能技术发展及产业化,国家重点研发计划启动实施“可再生能源与氢能技术”重点专项。2018-2021年共计11项制氢技术相关重点专项部署任务,其中超过三分之一的项目部署涉及可再生能源,主要为风电与光伏。可以看出,发展绿氢,风电与光伏是关键。

西北地区具有氢气制取优势

我国太阳能光伏行业虽起步较晚,但发展迅速,在国家及各地区的政策驱动下,太阳能光伏发电在我国呈现爆发式增长。据国家能源局统计数据显示,2020年我国光伏发电累计装机容量为2.53亿千瓦。从全国分布来看,我国光伏装机容量主要集中在西北、华北和华东地区。

我国风电也在稳步发展,2015-2020年我国风力发电装机容量持续上升。2020年,我国风力发电累计装机容量达到2.81亿千瓦,同比增长33.81%。在全国风电装机容量分布中,以内蒙古为主的西北地区具有丰富的风力资源,风电装机建设较为领先。

从光伏、风电整体的建设来看,西北地区在光伏、风电的装机容量上具有较大优势。其中,内蒙古在光伏、风电的建设上遥遥领先。对于制取绿氢来说,西北地区具有丰富的光能和风能,为氢气的制取提供了良好的基础。近年来,多数风/光电解水项目在内蒙古、新疆等地开展,西北地区相较而言具有较大的氢气制取优势。

—— 更多行业相关数据请参考前瞻产业研究院《中国氢能源行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》