?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?xì)湎到y(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(lái)源廣泛、熱值高、清潔無(wú)碳，被譽(yù)為“21世紀(jì)終極能源”。
氫制取來(lái)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(lán)氫和灰氫三種路徑。
其中灰氫指通過(guò)化石燃料燃燒/工業(yè)副產(chǎn)轉(zhuǎn)化而來(lái)的氫能，生產(chǎn)過(guò)程中釋放大量的二氧化碳，無(wú)法實(shí)現(xiàn)零碳生產(chǎn)，因技術(shù)成熟且成本較低，是當(dāng)前主流制氫方式。藍(lán)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(guò)程中的碳排放，實(shí)現(xiàn)低碳制氫，作為過(guò)渡性的技術(shù)手段。
綠氫則是通過(guò)光伏發(fā)電、風(fēng)電及太陽(yáng)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(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，為真正意義上的綠色環(huán)?！傲闾?xì)錃狻薄?/p>
數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院，《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》，鑫欏氫能
從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)來(lái)看，2021年全球9400萬(wàn)氫氣產(chǎn)量主要來(lái)源于化石能源制氫，占比高達(dá)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(dá)62%，低碳排放制氫占比僅0.7%，其中電解水制氫產(chǎn)量?jī)H3.5萬(wàn)噸，占比0.04%。國(guó)內(nèi)制氫結(jié)構(gòu)中，由于我國(guó)天然氣緊缺依賴(lài)進(jìn)口，煤炭資源豐富，我國(guó)氫能生產(chǎn)來(lái)源主要以煤炭為主，2020年我國(guó)煤制氫占比高達(dá)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(guò)光伏、風(fēng)電以及太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)電解水制氫，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)零碳排放，同時(shí)以其大規(guī)模、長(zhǎng)周期、長(zhǎng)距離等儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)有效解決可再生能源消納問(wèn)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(shì)。
氫儲(chǔ)能電站示意圖資料來(lái)源：CNKI
除了在化工領(lǐng)域?qū)覛涮娲猓L(zhǎng)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(kāi)足了馬力
全球積極推進(jìn)氫能發(fā)展，尤其近年來(lái)在碳中和+能源安全雙輪驅(qū)動(dòng)下，都在大力發(fā)展可再生能源制氫。
當(dāng)前包括日本、德國(guó)、美國(guó)、中國(guó)等在內(nèi)的42個(gè)國(guó)家和地區(qū)都已經(jīng)推出氫能政策，36個(gè)國(guó)家和地區(qū)的氫能政策也正在籌備中，各國(guó)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(lái)源：BNEF
其中國(guó)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(bǔ)貼。近年中央頂層設(shè)計(jì)逐步完善，發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》。多地響應(yīng)國(guó)家氫能發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)布本地氫能規(guī)劃，疊加風(fēng)光大基地鼓勵(lì)就地消納，倒逼綠氫項(xiàng)目建設(shè)，已有4個(gè)省級(jí)行政區(qū)、3個(gè)市級(jí)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(guò)直接生產(chǎn)補(bǔ)貼、電價(jià)優(yōu)惠和配套獎(jiǎng)勵(lì)（風(fēng)光指標(biāo)）支持綠氫發(fā)展，國(guó)內(nèi)綠氫招標(biāo)密集落地，2023年行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。
機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)目前規(guī)劃綠氫項(xiàng)目近15GW，其中2023年1-2月開(kāi)標(biāo)項(xiàng)目達(dá)到730MW，預(yù)估全年開(kāi)標(biāo)項(xiàng)目超2GW（對(duì)應(yīng)10萬(wàn)噸），同比翻番。
在俄烏沖突的背景下，歐盟對(duì)氫能尤其是發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用寄予厚望，希望通過(guò)發(fā)展氫能擺脫對(duì)外天然氣依賴(lài)，并設(shè)定了嚴(yán)格的綠氫門(mén)檻以配合后續(xù)碳關(guān)稅的實(shí)施。歐盟在2022年RepowerEU規(guī)劃中明確提出到2030年分別自產(chǎn)、進(jìn)口1000萬(wàn)噸可再生氫。
歐盟對(duì)制氫的排放設(shè)定了嚴(yán)格的門(mén)檻，以配合其未來(lái)碳關(guān)稅的實(shí)施，將推出碳差價(jià)合約（CCfD）以促進(jìn)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(jì)劃2023年下半年開(kāi)始?xì)淠苎a(bǔ)貼項(xiàng)目招標(biāo)（招標(biāo)項(xiàng)目的制氫有固定溢價(jià)）。
在2022年12月，西班牙、葡萄牙與法國(guó)共同公布了約28億歐元的H2Med管道建造計(jì)劃，該管道每年將由西班牙向法國(guó)和葡萄牙輸送200萬(wàn)噸綠氫?？傮w來(lái)看，歐盟綠氫發(fā)展將進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。
美國(guó)的發(fā)展路線(xiàn)同樣明確，給予綠氫豐厚的補(bǔ)貼。美國(guó)的《國(guó)家清潔氫能戰(zhàn)略和路線(xiàn)圖（草案）》對(duì)未來(lái)美國(guó)氫能發(fā)展提出明確規(guī)劃，到2030、2040、2050年美國(guó)清潔氫需求將分別達(dá)到1000、2000、5000萬(wàn)噸/年。同時(shí)，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(jì)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(bǔ)貼優(yōu)惠，有效電解制氫成本將進(jìn)一步下降，刺激綠氫行業(yè)發(fā)展。BIL也通過(guò)近100億美元預(yù)算，通過(guò)扶持不同細(xì)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(yuǎn)
未來(lái)市場(chǎng)空間巨大
綠氫性?xún)r(jià)比提升，主要來(lái)自于電費(fèi)成本下降和碳排放考核的趨嚴(yán)。
目前國(guó)內(nèi)最成熟的電解水制氫技術(shù)為堿性電解，整個(gè)制氫成本主要在于電費(fèi)和設(shè)備折舊，其中電費(fèi)占比70%-90%，折舊占比10%-30%。按照年生產(chǎn)時(shí)間2000小時(shí)，電耗5kwh/標(biāo)方，電價(jià)0.3元/kwh，1000標(biāo)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(biāo)方，電價(jià)0.15元/kwh，對(duì)應(yīng)成本為15元/kg，則基本可與天然氣制氫平價(jià)；若綠氫與風(fēng)光、風(fēng)電耦合，年利用小時(shí)提高至4000小時(shí)以上，則成本有望進(jìn)一步下降至11元/kg以?xún)?nèi)，則基本可以實(shí)現(xiàn)與煤制氫平價(jià)。
同時(shí)，綠氫實(shí)現(xiàn)零排放，若考慮碳價(jià)加持，若碳價(jià)從50元/噸提升至200元/噸，則綠氫成本在16-18元/kg即可實(shí)現(xiàn)制氨制甲醇平價(jià)。
專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，在零碳加持下，預(yù)估綠氫在2025-2027年基本可實(shí)現(xiàn)平價(jià)。
那綠氫帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的市場(chǎng)有多大？
根據(jù)國(guó)際能源署，2021年全球氫氣總產(chǎn)量（含合成氣）約9400萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)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(wàn)噸。伴隨世界各國(guó)減排承諾方案的推進(jìn)，預(yù)計(jì)2030年全球氫氣產(chǎn)量有望突破1.5億噸。
根據(jù)主要國(guó)際能源組織的預(yù)測(cè)，到2050年全球的綠氫產(chǎn)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于藍(lán)氫。IEA預(yù)測(cè)2030年電解水制氫及生物質(zhì)制氫等綠氫產(chǎn)量占比將達(dá)34%，2050年全球綠氫產(chǎn)量將達(dá)3.23億噸，較藍(lán)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(mǎn)足，其中近80%是電解水制氫，屆時(shí)電解水制氫將成為具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的制氫工藝，耦合CCUS的化石能源制氫產(chǎn)量則將滿(mǎn)足16%的氫氣需求。而彭博新能源財(cái)經(jīng)則預(yù)測(cè)2050年全球氫能產(chǎn)量將達(dá)到8億噸，且全為綠氫。
而自2020年“雙碳”目標(biāo)提出以來(lái)，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速，氫能產(chǎn)量由2017年的1915萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2021年的3300萬(wàn)噸，5年CAGR達(dá)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(guó)。并且氫儲(chǔ)能2023年就是產(chǎn)業(yè)化元年，長(zhǎng)周期氫儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)還會(huì)加速綠氫生產(chǎn)。
數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)
04、產(chǎn)業(yè)鏈哪個(gè)環(huán)節(jié)正在受益？
當(dāng)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(guó)內(nèi)90%項(xiàng)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(xiàn)，預(yù)計(jì)未未來(lái)的規(guī)模化集中式電解水制氫以堿性為主。
數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)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(jī)、冷水塔、冷水機(jī)、空氣壓縮機(jī)、堿液箱、原料水箱、補(bǔ)水泵等占成本比重5%。以1000標(biāo)方/h的裝置為例，目前售價(jià)1000萬(wàn)，其中電解槽售價(jià)500萬(wàn)左右。
未來(lái)幾年電解槽設(shè)備招標(biāo)有望期翻番增長(zhǎng)，高峰期10倍空間。根據(jù)高工氫能統(tǒng)計(jì)，2021年國(guó)內(nèi)電解水制氫設(shè)備出貨722MW（含出口，不含研發(fā)樣機(jī)），根據(jù)機(jī)構(gòu)對(duì)各大項(xiàng)目跟蹤，預(yù)估今年國(guó)內(nèi)電解槽招標(biāo)量可達(dá)2GW，對(duì)應(yīng)400臺(tái)1000標(biāo)方堿性電解槽。
若2030年全球到綠氫占比有望達(dá)到30%，則高峰時(shí)期電解槽設(shè)備求需求2.5萬(wàn)臺(tái)左右1000標(biāo)方，按照單線(xiàn)價(jià)格700萬(wàn)，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間1750億，其中國(guó)內(nèi)占三分之一，市場(chǎng)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(chǎng)化企業(yè)）、考克利爾競(jìng)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(biāo)后，隆基、陽(yáng)光等光伏企業(yè)進(jìn)入電解水行業(yè)，2022年大批廠(chǎng)商涌入，1000標(biāo)方產(chǎn)線(xiàn)密集下線(xiàn)。
目前行業(yè)內(nèi)可做及計(jì)劃做堿性電解槽廠(chǎng)商超100家，行業(yè)產(chǎn)能或超10GW。2022年718、競(jìng)立、隆基三家占據(jù)市場(chǎng)近75%份額，三家訂單主要來(lái)自中石化庫(kù)車(chē)52臺(tái)項(xiàng)目，其中競(jìng)立2022年出貨230MW，市占率32%，份額第一。
趨勢(shì)上看，龍頭公司技術(shù)積淀深，性能指標(biāo)領(lǐng)先且產(chǎn)品經(jīng)過(guò)實(shí)地長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行檢驗(yàn)過(guò)，優(yōu)勢(shì)明顯，且從當(dāng)前大項(xiàng)目招標(biāo)看，由于電解槽要求穩(wěn)定運(yùn)行15年以上，業(yè)主方更傾向于與第一梯隊(duì)、第二梯隊(duì)廠(chǎng)商合作。
不過(guò)2023起開(kāi)始，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)會(huì)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(jìn)的企業(yè)；以及依托集團(tuán)內(nèi)部資源（風(fēng)光電站、化工園區(qū)），獲得項(xiàng)目招標(biāo)的公司，同樣具備較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
其中隆基綠能是全球光伏龍頭，已實(shí)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(mǎn)載狀況低至4.3千瓦時(shí)每立方米，Hi1plus產(chǎn)品低至4.1千瓦時(shí)每立方米，可以降低10%以上的直流電耗，大幅降低LCOH，驅(qū)動(dòng)綠氫經(jīng)濟(jì)性提升。隆基氫能2021年實(shí)現(xiàn)500MW產(chǎn)能，2022年實(shí)現(xiàn)1.5GW產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到5-10GW。
陽(yáng)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(yáng)光氫能。目前已建有國(guó)內(nèi)首個(gè)光伏離網(wǎng)制氫及氫儲(chǔ)能發(fā)電實(shí)證平臺(tái)、國(guó)內(nèi)最大的5MW電解水制氫系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)、PEM電解制氫技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，及年產(chǎn)能GW級(jí)制氫設(shè)備工廠(chǎng)。
陽(yáng)光氫能獨(dú)立生產(chǎn)1000標(biāo)方堿性制氫系統(tǒng)、兆瓦級(jí)PEM制氫系統(tǒng)對(duì)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(xiàng)目提供堿性水電解制氫裝置，為寧夏等地項(xiàng)目提供200標(biāo)方PEM制氫裝置。
背靠華電集團(tuán)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(gè)角度切入氫能領(lǐng)域。目前上游制氫端形成了1200標(biāo)方堿性電解槽產(chǎn)品，年產(chǎn)能100套左右。22Q4公司和集團(tuán)企業(yè)簽訂3.4億元達(dá)茂旗項(xiàng)目，計(jì)劃23年完工，需要交付堿性電解槽1000標(biāo)方11臺(tái)，PEM電解槽200標(biāo)方5臺(tái)。公司與下游各大汽車(chē)廠(chǎng)商都在做樣品測(cè)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(chǔ)氫氣瓶，未來(lái)計(jì)劃布局氫氣管道。
此外還有中長(zhǎng)期戰(zhàn)略規(guī)劃智能加氫站的昇輝科技，定位PEM槽檢測(cè)設(shè)備的科威爾，有風(fēng)光制氫項(xiàng)目和參股投資的堿性電解槽產(chǎn)品的億利潔能，制氫、儲(chǔ)氫和加氫站裝備業(yè)務(wù)的蘭石重裝，以及定位儲(chǔ)存裝備、運(yùn)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(lái)的市場(chǎng)紅利。
