精彩收藏 · 2021年12月30日 0

氢能系列之二:制氢环节看两头

一、氢能需求预测

对氢气的产销预测有点出乎我的意料!

根据中国氢能联盟的预测,在2030年碳达峰愿景下,我国氢气的年需求量预期为3,715万吨,在终端能源消费中占比约为5%;在2060年碳中和愿景下,我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右,在终端能源消费中占比约为20%。2020年我国氢气产能已达到3342万吨(全球产能约7000万吨),2030年预期需求量才3715万吨。看这个数据,2020-2030年10年间几乎原地踏步没有增长。

又查了一份国际氢能委员会2017年发布的 《氢能源未来发展趋势调研报告》,预计到2050年氢能源需求量将是目前的10倍。与中国氢能联盟预测3倍的口径差距很大(中国市场至少是世界平均水平吧)。

大家近期都在吹的氢能,预期就这么点?这个数据应该是有问题的。

在这里先抛块砖,有靠谱信息的雪友麻烦提供一下。

二、制氢环节看什么

氢能的发展主要受三个大因素制约,一是制氢成本高,现有制氢依赖化石能源,可再生能源制氢效率低成本高;二是关键技术及核心材料待突破,如燃料电池催化剂、质子交换膜、碳纸等均需进口;三是产业配套不完善,如加氢站建设成本高,数量少。

因此,解决制氢成本成为氢能发展的首要环节。

氢能源按生产来源划分,可以分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。“灰氢”是指利用化石燃料石油、天然气和煤制取氢气,制氢成本较低但碳排放量大;“蓝氢”是指使用化石燃料制氢的同时,配合碳捕捉和碳封存技术,碳排放强度相对较低但捕集成本较高;“绿氢”是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源电解制氢,制氢过程完全没有碳排放,但成本较高。

氢能系列之二:制氢环节看两头

目前,我国氢气主要来自灰氢。从来源看,我国的氢源结构目前仍是以煤为主,来自煤制氢的氢气占比约 62%、天然气制氢占 19%,工业副产占 18%,电解水制氢仅占 1%。

氢能系列之二:制氢环节看两头

我国目前氢能产业仍处于初期阶段,氢气主要以“灰氢”为主,目前化石能源制氢与工业副产制氢产生的都是“灰氢”,在生产过程中会有大量的CO2排放,电解水制氢为“绿氢”占比很少。

氢能系列之二:制氢环节看两头

因此,初期阶段都是灰氢,比拼的是制氢综合成本。

到了中期阶段,当碳捕捉、利用与储存(CCUS)技术与化石能源制氢和工业副产制氢结合时,冲抵碳排放,此时产生的氢气是“蓝氢”,这一阶段的氢气相对干净,但仍不是最终的理想状态。

最终阶段的氢气是“绿氢”,这类氢气是通过使用可再生能源(例如太阳能、风能、核能等)制造的氢气,在碳中和大背景下,绿氢将是最符合制氢发展的方向。

蓝氢怎么发展如何实现现在是很模糊的,因此制氢环节就看两头:一头在灰氢中找最有可能出业绩的标的;另一头盯未来,找绿氢中技术实力最强的企业或铲子公司。

三、灰氢,规模及成本优势,选工业副产制氢龙头

目前氢能基本全部用于工业领域,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 10%、直接燃烧占比为 15%、其他领域占比为 19%。

氢能系列之二:制氢环节看两头

工业副产氢是利用工业产品副产物,与其他方法相比,工业副产氢纯化制取高纯氢气,几乎无需额外资本及化石原料的投入,既节约成本,又能实现对工业废气的处理和回收利用,基于需求侧产业的发展和产业链的完善,优先使用副产氢,能实现资源综合利用。

从成本上看,在几种制氢方式中,化石能源(石油、煤、天然气)制氢成本虽低,但制氢过程碳排放巨大;我国工业副产氢资源丰富,制氢成本与化石能源相当,但碳排放方面有明显优势。工业副产氢气纯化制氢不仅能提高资源有效利用率和经济效益,同时在碳排放量方面相对于现阶段电解水和化石能源制氢具有相对优势。

氢能系列之二:制氢环节看两头

工业副产制氢主要可以分为焦炉气制氢、氯碱副产品制氢、丙烷脱氢和乙烷裂解等几种方式。

中国是全球最大的焦炭生产国,每吨焦炭可产生焦炉煤气约 350-450 m3,焦炉煤气中约含50-60%的氢气,可副产氢气760万吨左右,占工业副产氢总量的90%以上,焦炉煤气副产氢是未来我国工业副产氢最大的供给来源。考虑到“十四五”期间,我国焦化行业仍将进一步化解过剩产能,未来难有焦炭扩产带来的潜在增量。

从竞争格局上看,氯碱制氢、丙烷脱氢有多家规模企业;焦炉气制氢成规模的就一家美锦能源。

氢能系列之二:制氢环节看两头

综合考虑,美锦能源确实占据比较好位置。

四、绿氢,发展方向,关注设备企业及绿电运营商

氢能产业发展初衷是零碳或低碳排放,电解水制氢具有绿色环保、生产灵活、纯度高(通常在 99.7%以上)以及副产高价值氧气等特点,但其单位能耗约在 4-5千瓦时/立方氢,制取成本受电价的影响很大,电价占到总成本的 70%以上。若采用现有电力生产,制氢成本约为 30-40元/公斤,根本不具有商业商业价值,但可再生能源(太阳能、风能、核能等新能源)制取真正的“绿氢”将是主要趋势,也是实现碳中和的重要途径之一。

目前电解水绿氢占比仅1%,从增长空间来看,受益于可再生能源成本下降以及碳排放约束,2020-2030年间绿氢比例将从1%上升15%。未来,可再生能源发电制氢的潜力很大。一方面作为全周期零碳排放技术,随着可再生能源发电平价上网,电解水制氢成本将持续下降,尤其是近期局部区域弃风、弃光、弃水及弃核制氢的经济性较为突出;另一方面当波动性可再生能源在电源结构中占到较高比重时,单纯依靠短周期(小时级)储能(电化学储能)将无法满足电力系统稳定运行需要,利于氢能实现日间、月度乃至季节性储能将是可再生能源调峰的主要手段。

水电解槽是水电解制氢过程的主要装置,水电解槽的电解电压、电流密度、工作温度和压力对产氢量有明显的影响,它的部件如电极、电解质的改进研究是近年来的研究重点。目前,电解水制氢技术主要有碱性水电解槽(AE)、质子交换膜水电解槽(PEM)和固体氧化物水电解槽(SOE)。其中,碱性电解槽技术最为成熟,生产成本较低,国内单台最大产气量为 1000立方米/小时;质子交换膜电解槽流程简单,能效较高,国内单台最大产气量为 50立方米/小时,但因使用贵金属电催化剂等材料,成本偏高;固体氧化物水电解槽釆用水蒸气电解,高温环境下工作,能效最高,但尚处于实验室研发阶段。

氢能系列之二:制氢环节看两头

绿氢生产有两个机会点,一是以电解槽为核心的水电解制氢设备企业;二是绿电运营商,新能源运营商用绿电生产绿氢将产生更多效益。

彭博新能源财经预测:2021年中国电解槽市场将翻一番,到2022年将翻四倍,预计中国将占全球电解槽装机容量的60%-63%。国际能源署预测,到2030年,电解槽市场规模将增长超过1000倍。

制氢设备国内几大生产企业包括:苏州竞立、天津大陆,中电丰业、中国船舶重工集团的718研究所、山东赛克赛斯(均未上市),上市公司中这几家值得关注:

1、隆基股份:2021 年 3 月,隆基股份联合朱雀投资成立了氢能子公司,新设子公司注册资本 3 亿元。10月 16日,隆基氢能首台碱性水电解槽下线,公司当天宣布今年将具备 500MW 的能力,未来五年内产能将达到 5-10GW。

2、阳光电源:2021年3月18日,阳光电源发布了国内首款、最大功率SEP50 PEM制氢电解槽;6月18日,阳光电源在合肥成立阳光氢能科技有限公司。

3、滨化股份:持有天津大陆51%股份,为控股股东。天津大陆成立于1994年,长期从事制氢设备和气体纯化设备开发、设计、制造,是我国水电解制氢设备的专业厂家,可生产 0.1Nm3/h~1000Nm3/h 的电解水制氢设备。

五、风险提示

氢能跟锂电、太阳能、风电相比,产业链成熟度还很低。

如产业链龙头美锦能源今年股价已上涨3倍,但业绩贡献主要是煤焦炭涨价所致并不是来自氢能板块,其新增的焦炉煤气制氢项目还在在建工程中,别看2021业绩爆棚,2022年业绩其实是堪忧的;隆基股份、阳光电源的制氢设备刚研发出来也还未形成规模收入,好在隆基是光伏硅片+组件龙头、阳光电源是光伏+储能PCS龙头,基本盘很好。

氢能前景可期,作为题材会反复活跃,在氢能产业链逐渐成熟过程中,最终会诞生多只牛股,这个板块还是值得长期追踪关注的。