1 Ta ble _F irst Table_First|Table_ReportType 证 券 研 究 报 告 行 业 深 度 研 究 Tabl e_First|Tabl e_Summar y 绿氢 风正帆悬，平价在望 氢能 行业 系列 深度 报告 二 投资要点： 本篇 系列 报告 重点探究绿氢在深度脱碳领域发挥的作用 ， 以及绿氢 的降本路径 中国承诺 “双碳 ”目标，推动绿氢 在脱碳领域规模化应用 随着 我国 “3060双碳 ”目标的提出，全社会生产资料将向着低碳化及净零排 放方向发展，绿氢作为连接可再生能源与终端应用场景的绿色二次能源， 将在工业、建筑、交通等领域扮演深度脱碳的重要角色。 根据氢能联盟数 据， 在碳中和情形下， 预计到 2060年 我国氢气的年需求量将由目前的 0.37 亿吨增至 1.3亿吨左右，在终端能源消费中的占比由目前的 5%提升至 20%， 工业及交通将是主要增量领域 。 到 2030年可再生绿氢或将实现与灰氢平价 从当前绿氢产业发展阶段来看，整体处于产业导入阶段，制约绿氢产业规 模化发展的核心因素在于制氢成本。通过对可再生电解水绿氢全生命周期 成本的拆解及预测，到 2030年国内一些可再生资源优势区域，其绿氢成本 将实现与灰氢 （ 10元 /kg左右） 平价，到 2040年则基本 实现平价。 绿氢的大规模应用或将在 2035-2040年实现 通过绿氢在各脱碳应用领域的成本竞争力分析，近 5年绿氢将率先在供热和 重卡行业得以应用；到 2030年，部分可再生能源资源禀赋优势区域，绿氢 成本可下探至与灰氢平价的水平，氢能在重型运输领域可实现价格竞争力； 到 2035年后，绿氢或将作为极具竞争力的能源在主流工业领域和交通领域 大规模推广应用。 投资建议 结合绿氢成本预测及其在各脱碳应用领域的成本竞争力分析，从不同时间 周期维度来看： 1）短期（ 2020年 -2025年） ，绿氢产业链各环节都处于技术储备及降本突 破阶段，产业尚不具备规模化经济能力，因此 关注短期政策主推的方向 ， 包括氢燃料电池重卡及燃料电池堆； 2）中期（ 2025年 -2035年） ，绿氢成本已大幅降低，部分资源优势区可以 实现平价，交通领域中重卡已具备规模化应用的基础 ， 继续关注燃料电池 车及电堆 ；工业领域中具备用 氢基础且较早转型布局绿氢的龙头公司将因 碳成本的提高而受益 ， 关注提前布局绿氢产业的企业 ； 3）长期（ 2035年 -2050年） ，氢能各产业链环节的成本、技术都将得到大 幅改善，各环节进入规模化应用阶段，投资角度除了近中期已关注的方向， 重点关注贯穿氢能产业链的关键设备 ，包括储氢罐、压缩机等，将伴随绿 氢的规模化应用而得到数量级增长。 标的建议关注燃料电池龙头 亿华通 、已打通光伏制氢的 宝丰能源 、布局氢 能炼钢的 河钢股份 、储氢罐的 中集安瑞科 、以及压缩机设备的 汉钟精机 。 风险提示 可再生能源成本下降不及预期；氢能应用技术发展不及预期；相关政策不 及预期 Tabl e_First|Tabl e_R eportD ate 2021 年 06 月 07 日 Tabl e_First|Tabl e_Rati ng 投资建议： 中性 上次建议： 中性 Tabl e_First|Tabl e_Author 吴程浩 分析师 执业证书编号： S0590518070002 电话： 0510-85613163 邮箱： Tabl e_First|Tabl e_C hart 一年内行业相对大盘走势 数据来源： Wind Tabl e_First|Tabl e_Contacter Tabl e_First|Tabl e_Rel ateRepor t 相关报告 1、 “氢 ”洁世界， “能 ”创未来 氢能行业深度报 告系列一 2020.11.24 请务必阅读报告末页的重要声明 2 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 正文目录 1 投资聚焦 . 4 2 脱碳是推动氢能发展第一驱动力 . 5 2.1 碳中和推动生产资料向无碳化趋势发展 . 5 2.2 中国承诺 “双碳目标 ”，减排时间紧、任务重 . 6 2.3 绿氢将可再生能源整合至终端实现深度脱碳 . 9 3 绿氢助力交通、工业、建筑领域深度脱碳 . 10 3.1 交通运输领域的氢脱碳 . 10 3.2 工业领域的氢脱碳 . 14 3.3 建筑领域的氢脱碳 . 20 4 氢能脱碳核心制约 平价绿氢何时到来？ . 24 4.1 可再生能源电解水制氢是氢脱碳路线成立的重要组成 . 24 4.2 2030 年可再生绿氢或将实现与灰氢平价 . 26 5 投资建议 . 30 6 风险提示 . 32 图表目录 图表 1：全球平均气温已升高达 1 . 5 图表 2：全球能源体系转型过程 . 5 图表 3：我国一次能源消费量（亿吨标准煤） . 6 图表 4：我国一次能源消费结构（ %） . 6 图表 5：全球前五大碳排国排量（百万吨 CO2） . 6 图表 6：全球前五大碳排国 排放占比（ %） . 6 图表 7：我国二氧化碳排放结构（ 2020 年） . 7 图表 8：主要国家的碳排放达峰时间和承诺实现碳中和时间 . 7 图表 9： 2050 年能源需求的情景分析 . 8 图表 10： 2050 年 CO2排放情景分析 . 8 图表 11： 2 及 1.5 目标导向下 CO2排放结构（亿吨） . 8 图表 12：氢能将可再生能源整合至终端使用 . 9 图表 13：我国氢能需求预测（万吨） . 10 图表 14：氢燃料电池汽车结构图 . 10 图表 15：氢燃料电池反应原理 . 10 图表 16：不同制氢途径燃料电池乘用车全生命周期温室气体排放对比 . 11 图表 17：不同制氢途径燃料电池公交车全生命周期温室气体排放对比 . 11 图表 18：我国商用车温室气体排放位居道路运输领域首位 . 11 图表 19：我国汽柴油表观消费量及 CO2排放量合计 . 11 图表 20：国内 FCEV 与 BEV 销量情况（辆） . 12 图表 21： FCEV 与 BEV 对比 . 12 图表 22： FCEV、 BEV、 ICE 燃油经济性对比 . 12 图表 23：氢能与燃料电池汽车路线图 . 13 图表 24：交通运输市场的划分 . 14 图表 25：中国氢气生产与消费（ 2020 年） . 15 图表 26：合成氨产业链 . 15 图表 27：国内合成氨及尿素历史产量情况（万吨） . 16 图表 28：国内甲醇产能及产量情况（万吨） . 17 图表 29：国内甲醇生产工 艺结构（ 2018 年） . 17 3 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 图表 30：钢铁冶炼工艺流程图 . 17 图表 31：中国粗钢产量占全球一半水平（万吨） . 17 图表 32：绿氢炼钢工艺能实现钢铁生产深度脱碳 . 18 图表 33：瑞典钢铁 HYBRIT 项目流程示意图 . 19 图表 34：德国萨尔茨吉特钢铁 SALCOS 项目设想图 . 19 图表 35：工业中 40%二氧化碳排放来源于燃料燃烧供热（ Gt CO2） . 20 图表 36：多数国家冬季取暖依靠的是燃烧天然气 . 20 图表 37： HCNG 技 术路线图 . 21 图表 38：天然气与氢基本参数对比（标准大气压下） . 21 图表 39：埃姆兰岛 HCNG 家用实地测试项目 . 22 图表 40：各国 /地区天然 气管道内掺氢比例设定 . 22 图表 41：中国天然气消费量（亿立方米） . 23 图表 42：中国天然气消费结构（ 2018 年） . 23 图表 43： HCNG 价格敏感性分析（按体积计价） . 23 图表 44：三种较为成熟的制氢技术路线对比 . 24 图表 45：不同制氢技术经 济性与碳排放 . 24 图表 46：国内电解水制氢主要技术路线的性能特点对比 . 25 图表 47： CCUS 技术成本（元 /kg-CO2） . 26 图表 48：碱性电解绿氢成本结构 . 27 图表 49：碱性电解绿氢全生命周期成本拆解 . 27 图表 50：碱性电解绿氢全生命周期成本预测（元 /kg） . 28 图表 51：绿氢成本与灰氢成本对比 . 29 图表 52：绿氢在终端应用价格竞争力 . 30 图表 53：氢能产业链重点上市公司（以 2021 年 6 月 4 日收盘测算市值、估值） . 31 4 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 1 投资聚焦 研究背景 “30-60 双碳目标 ”的提出为绿氢在 深度脱碳 领域提供了广阔的市场应用空间 ，但 从当前绿氢产业发展阶段来看，整体处于产业导入阶段，制约绿氢产业规模化发展的 核心因素在于制氢成本。在本篇报告中， 我们建立了绿氢的全生命周期生产 成本模型 （ LCOH） ， 并对绿氢降本路径进行预测及分析 。 创新之处 目前市场对于绿氢成本的研究相对简单且较少， 因此我们系统性地 建立了绿氢的 全生命周期成本模型，通过对绿氢成本核心要素（包括电力成本、电解槽初始投资成 本 CAPEX、固定运维成本 OPEX）进行拆解及预测，分析了可再生能源电解水制绿 氢何时能与灰氢实现平价，并分析了绿氢在各脱碳应用领域的成本竞争力。 核心结论 1）到 2030 年国内绿氢成本可实现与灰氢平价。 到 2030 年，绿氢成本将从 2020 年的 30.8 元 /kg 快速降至 16.9 元 /kg。而国内部分可再生资源优势区域，其度电成本 到 2030 年将领先于行业平均水平达到 0.1-0.15 元 /KWh，相应的绿氢成本将率先实 现与灰氢平价。 2）绿氢的大规模应用或将在 2035-2040 年实现。 近 5 年绿氢将率先在供热和重 卡行业得以应用；到 2030 年，绿氢成本可下探至 10-12 元 /kg，氢能在重型运输领域 极已具价格竞争力； 2035 年后，绿氢或将作为极具竞争力的能源在主流工业领域和 交通领域大规模推广应用。 5 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 2 脱碳是 推动 氢能 发展 第一驱动力 2.1 碳中和推动 生产资料 向无碳化趋势发展 从工业革命开始，人类活动便前所未有地撼动了地球的自然平衡。碳循环体系首 当其冲，碳源和碳汇的平衡不再，引发了世界对全球变暖、海平面上升等后果的思考。 当前全球人类活动估计造成了全球升温高于工业化前水平约 1.0 ，根据巴黎协定要 求，上升幅度须控制在 2 以内，并努力限制在 1.5 以内。全球变暖超过 2 ， 大 概率将对人类和生态系统造成严重、普遍和不可逆转影响。若能将升温 控制在 1.5 以内，将更有助于降低 极端气候灾害出现 的风险，对于处于热带的发展中国家、岛屿 国家及其他脆弱国家和地区来说尤其重要。 图表 1：全球平均气温已升高达 1 来源： IPCC 纵观能源的发展历史，从最初使用固态的木柴、煤炭，到液态的石油，直至气态 的天然气，不难看出其 H/C 比提高的趋势和固 -液 -气形式的渐变过程。木柴的氢碳比 在 1:310 之间，煤为 1:1，石油为 2:1，天然气为 4:1。在 18 世纪中叶至今，氢碳比 上升超过 6 倍。每一次能源的 “脱碳 ”都会推动人类社会的进步和文明程度的提高，可 以预见未来随着碳中和的进行，氢在能源中的占比将会继续提高。 图表 2：全球能源体系转型过程 来源： CNKI 6 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 2.2 中国承诺 “双碳目标 ”，减排 时间 紧 、 任务重 高碳模式长期以来是中国能源结构的重要特征。 国家统计局数据显示，近几十年 来，中国的能源生产、消费集中在化石燃料上。 2019 年我国煤炭消费占全部一次能 源消费量的 57.7%，煤炭消费达 28 亿吨标准煤，虽然煤炭在一次能源消费中的占比 自 2010 年以来逐年降低，但 其消费量绝对值依然维持在峰值附近 ，这主要受我国多 煤少油缺气的客观 能源 分布 以及 工业化进程以来产业结构的布局所影响，形成长期以 来以煤炭为首的高碳能源结构特征。 图表 3：我国一次能源消费量（亿吨标准煤） 图表 4：我国一次能源消费结构（ %） 来源：国家统计局，国联证券研究所 来源：国家统计局，国联证券研究所 高碳生产经济模式下，中国碳排量位居全球首位。 中国从 2005年起就超越美国， 成为全球第一大碳排放国家，在全球总量中的占比超过两成。美国能源信息署（ EIA） 的公布的数据显示， 2018 年全球碳排放总量达 362.28 亿吨。其中前五大碳排放国家 为中国、美国、印度、俄罗斯、日本，在全球总排放量中的占比分别为 29.7%、 14.6%、 6.4%、 5.0%、 3.4%。中国独占全球近三成份额，这一状态从 2011 年起延续至今。 图表 5： 全球前五大碳排国排量（百万吨 CO2） 图表 6： 全球前五大碳排国排放占比（ %） 来源： IEA，国联证券研究所 来源： IEA，国联证券研究所 7 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 碳排放结构上看， 电力 及 工业是我国主要碳排放终端。 根据清华气候院 数据 ， 2020 年我国 二氧化碳总排放量 113.5 亿吨，其中与能源相关排放 100.3 亿吨，占比 88.4%；工业过程排放 13.2 亿吨，占比 11.6%。 其中： 1） 能源相关排放主要包括化 石燃料燃烧及电力 /热力使用， 分别从供给端及需求端对其拆解，根据清华气候研究 院数据，供给端煤炭、石油、天然气排放占比分别为 76.6%、 17%、 6.4%，需求端 （不计间接排放）电力、工业、建筑、交通排放占比分别为 40.5%、 37.6%、 10.0%、 9.9%。 2） 工业过程排放主要集中于非金属矿物制品 （主要为水泥） 、金属冶炼、化 工 ， 根据 2014 年中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告数据，非金属矿 物制品、金属冶炼、化工业排放占比分别为 68.8%、 20.5%、 10.7%。 图表 7： 我国二氧化碳排放结构 （ 2020 年） 来源： 清华气研院，国联证券研 究所 面对日益严峻的气候危机挑战，习近平主席宣布中国在 2030 年前碳达峰（排放 达到峰值）、 2060 年碳中和（净零排放）的目标。相较于欧洲和日韩等发达国家，中 国所宣布的碳中和实现时点晚 10 年，但欧美发达国家从碳排放达峰到承诺的碳中和 所用时间比中国长（多在 40-60 年之间），而中国从碳达峰到碳中和之间只有三十年 的时间，因此任务会更加紧迫，也会面临着更大的挑战。 图表 8：主要国家的碳排放达峰时间和承诺实现碳中和时间 国家 碳达峰时间 承诺碳中和时间 英国 20 世纪 70 年代初达到峰值后，较长时间处于平台期，目前排放相对于峰值水平下降约 40% 2050 德国 20 世纪 70 年代末达到峰值后，较长时间处于平台期，目前排放相对于峰值水平下降约 35% 2050 美国 2007 年达到峰值后，呈缓慢下降趋势，目前相对于峰值水平下降约 20% 2050 日本 2013 年排放水平达到历史最高水平 2050 韩国 尚未达到峰值 2050 中国 2030 年之前 2060 来源： ECIU， IEA， EU，国联证券研究所 2060 年碳中和目标位于 2 情景和 1.5 目标情景之间。 预计我国减排分为三个 阶段， 2020-2030 年属于峰值平台期， 2030-2035 年逐步减排， 2035 年之后加速减 排。基于清华气候院对于我国不同情境下 CO2排放路径的研究， 2030 年前碳达峰目 标对应于强化政策情景， 2060 年碳中和目标位于 2 情景和 1.5 目标情景之间。当 前由于能源和经济体系惯性，难以迅速实现 2 和 1.5 情景的减排路径。预计 2030 8 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 年前碳达峰后，再加速向 2060 年碳中和目标逼近。 由于 2 和 1.5 情景分别对应 于全球 2070 年、 2050 年左右碳中和，则 2060 年碳中和路径将位于 2 路径和 1.5 路径 之间： 政策情景 （落实并延续 2030 年 NDC 目标的政策情景） ：一次能源消费到 2050 年前趋于稳定，约 62 亿 tce。 CO2排放 2030 年左右达峰， 2050 年下 降到约 90 亿 tCO2； 强化政策情景 （ “自下而上 ”强化 2030 年前 NDC 情景，不断加大减排力度） ： 一次能源消费到 2050 年约 56 亿 tce。 CO2 排放 2030 年前达峰， 2050 年 下降 到约 62 亿 tCO2； 2 情景 （ 2050年实现与 2 目 标相契合的减排情景） ：一次能源消费到 2050 年约 52 亿 tce。 CO2排放 2025 年左右达峰， 2050 年下降到约 29 亿 tCO2， 再加上 CCS 和森林碳汇，净排放约 20 亿吨； 1.5 情 景 （ 2050 年实现 CO2 净零碳排放，其他温室气体深度减排） ：一次 能源消费到 2050 年约 50 亿 tce 。 2025 年前达峰， 2050 年下降到约 12 亿 tCO2，再加上 CCS 和森林碳汇，基本实现 CO2零排放。 图表 9： 2050 年能源需求的情景分析 图表 10： 2050 年 CO2排放情景分析 来源：清华气研院 来源：清华气研院 碳排结构上，针对能源环节 （工业、电力、交通、建筑） 的减排对实现碳中和目 标的关键，其中： 1）在 2 目标导向下， 到 2050 年，能源相关 CO2排放 29.2 亿吨， 工业过程 4.7 亿吨， CCS 5.1 亿吨， 碳汇 7.0 亿吨， CO2净排放 21.8 亿吨，比峰值 年份下降 80%。当前能源相关 CO2排放主要来自工业部门和电力部门，各占约 40%。 不计 CCS 和碳汇，仍分别占 41%和 28%。 2）在 1.5 目标导向下， 到 2050 年，全 部 CO2 实现净零排放，电力系统实现负排放。不计 CCS 和碳汇，能源相关 CO2排 放仍有 14.7 亿吨，工业和电力各占 31%和 49%。 图表 11： 2 及 1.5 目标导向下 CO2排放结构（亿吨） 2 目标导向 1.5 目标导向 （亿吨） 2020 2030E 2050E 2020 2030E 2050E 能源消费 CO2排放 100.3 104.6 29.2 100.3 104.5 14.7 工业过程 CO2排放 13.2 9.4 4.7 13.2 8.8 2.5 9 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 CCS/BECCS 0 0 -5.1 0 -0.3 -8.8 碳汇 -5.8 -6.1 -7 -7.2 -9.1 -7.8 CO2净排放量 107.7 107.9 21.8 106.3 103.9 0.6 来源：清华气研院，国联证券研究所 2.3 绿氢 将可再生能源整合至终端实现 深度脱碳 碳中和的世界将高度依靠电力供能，电力将成为整个能源系统的支柱 ，尤其是风 能和太阳能为代表的可再生能源电力 。 参考清华大学气研院给出的低碳发展战略，在 2050 年 2 及 1.5 目标下，我国电力占终端能源总消费比重将由目前的 25%分别 提升至 55%及 68%，意味着以 2060 年实现碳中和目标，我国电力消费比重将在 2050 年超过 60%。然而，在某些行业（如交通运输行业、工业和需要高位热能的应用）， 要想实现深度 脱碳化，仅靠电气化可能难以做到， 这一挑战可通过产自可再生能源的 氢气加以解决，这将使大量可再生能源从电力部门引向终端使 用部门。 图表 12：氢能将可再生能源整合至终端使用 来源： IRENA Hydrogen from Renewable Power 2018，国联证券研究所 氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的能源，与电能同属 二次能源，更容易耦合电能、热能、燃料等多种能源并与电能一起建立互联互通的现 代能源网络，可以促进电力与建筑、交通运输和工业之间的互连。 以往氢气主要产自 化石原料，在低碳能源占据主要地位的未来，氢气可通过可再生能源来制取，从技术 上能将大量可再生能源电力转移到很难实现脱碳化的领域： 工业领域： 目前在若干工业产业（合成氨、甲醇、钢铁冶炼 等）中广泛使用的通 过化石燃料生产的氢气，从技术层面上而言可通过可再生能源制氢来替代。 此外，氢 能凭借灵活性强的特点，可以成为间歇性工业领域的中高级热能低碳解决方案。 交通运输领域： 氢燃料电池汽车作为纯电动汽车的电动化补充解决方案，以绿氢 作为燃料， 为人们提供 与传统燃油车驾驶性能相媲美的 低碳出行选择 （可行驶里程、 燃料加注 时间、低温性能） 。 而在目前纯电动应用受限的领域中（例如卡车、火车、 10 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 游轮、航空等），氢燃料电池方案可以完美胜任。 建筑 领域： 通过 天然气管网 掺氢可实现 氢能 在建筑领域的深度脱碳，当前我国天 然气管道输送技术成熟，中低比例的天然气掺氢已具备实践基础。 3 绿氢助力 交通、工业、建筑领域 深度 脱碳 根据权威机构中国氢能联盟预测， 在 2060 年碳中和目标下， 到 2030 年，我国 氢气的年需求量将达到 3715 万吨，在终端能源消费中占比约为 5%。到 2060 年，我 国氢气的年需求量将增至 1.3 亿吨左右，在终端能源消费中的占比约为 20%。其中， 工业领域用氢占比仍然最大，占总需求量的 60%，其次分别为交通运输领域、新工业 原料、工业燃料等。 图表 13：我国氢能需求预测（万吨） 来源：中国氢能联盟 3.1 交通运输领域的 氢 脱碳 氢 燃料电池汽车 是 氢能在 交通运输领域 脱碳的主要 途径 氢燃料电池汽车 （ FCEV， Fuel Cell Electric Vehicle） 是全球汽车动力系统转型 升级的重要方向，被认为是未来汽车产业技术竞争的制高点之一，也是我国 新能源汽 车发展战略的重要组成部分。 图表 14： 氢燃料电池汽车结构图 图表 15： 氢燃料电池反应原理 11 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 来源： 网络搜集， 国联证券研究所 来源： 网络搜集， 国联证券研究所 从反应原理看，氢燃料电池是将氢气与氧气从化学能转为电能的发电装置，排放 物仅为水和余热，目前氢燃料电池效率达到 50%，若实现热电联供理论效率可达 90%。 因此，氢燃料电池汽车能够实现车辆运行阶段的 “零排放 ”、全生命周期 “低排放 ”，是 氢能在交通运输领域脱碳的主要途径。 可再生能源制氢 是 补全 FCEV 生命周期零排放的关键。 参考世界氢能与燃料 电池汽车产业发展报告 2018对于燃料电池汽车全生命周期温室气体排放分析：在 可再生能源比较丰富的地区，利用风电及光伏电解水制氢驱动燃料电池汽车将带来节 能和减排优势，可使燃料电池汽车实现生命周期 （ WtWWell to Wheel） 的零温 室气体排放和零化石能源消耗。但就目前氢气供给结构而言， 国内的氢气主要由化学 重整制氢及副产物制氢，制氢阶段依然伴随大量温室气体排放， 可再生能源电解水制 氢因成本问题尚 无法支撑氢燃料电池 进入交通运输领域实现真正意义上的零排放。 图表 16：不同制氢途径燃料电池乘用车全生命周期 温室气体排放对比 图表 17：不同制氢途径燃料电池公交车全生命周期 温室气体排放对比 来源：世界氢能与燃料电池汽车产业发展报告 2018，国联证券研究所 来源：世界氢能与燃料电池汽车产业发展报告 2018，国联证券研究所 图表 18：我国商用车温室气体排放位居道路运输领 域首位 图表 19：我国汽柴油表观消费量及 CO2排放量合计 来源：生态环境部，国联证券研究所 来源： wind，国联证券研究所 注：柴油排放系数： 3.095kg-CO2/kg；汽油排放系数： 2.925kg-CO2/kg 12 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 商用车排放占比高，是交运领域重要的减排对象。 在碳排放（ CO、 HC）以及污 染物排放（ NOx、 PM）中，由于发动机结构与燃烧方式的不同，商用车（绝大多数 搭载柴油机）的碳排放水平明显高于乘用车，商用车合计占比达到 77.3%，是交运领 域碳排放首要减排对象。从我国汽柴油表观消费量以及 CO2 排放情况来看，我国的 交运行业减排工作已取得明显进展，但碳排放水平依然处于较高位置，仅靠节能减排 或者尾气回收显然无法完成碳中和目标。 FCEV 是 BEV 在深度脱碳环节的有效补充 ， 且 将 率先在重卡领域得到应用 围绕 氢燃料电池 汽车与纯电动车的争论已经存在数十年，且随着全球各大整车厂 商将电动化发展重心转向 纯电动汽车 ，是否应该发展 氢燃料电池汽车 的质疑声也越来 越大，相比较 纯电动汽车 而言， 氢燃料电池汽车 发展缓慢的原因主要 有 以下几点： （ 1） 氢燃料电池汽车 购车成本远高于 纯电动汽车 ，是纯电动汽车 1.5-2 倍 ； （ 2） 初始加氢 成本高 ， 当前加氢站加氢成本在 50-80 元 /kg； （ 3） 加氢站等基础设施匮乏 。 与密集 的加油站及充电桩相比，现有加氢站数量明显不足。 图表 20：国内 FCEV 与 BEV 销量情况（辆） 图表 21： FCEV 与 BEV 对比 来源：中国汽车工业协会，国联证券研究所 来源： 重塑股份招股书， 国联证券研究所 为对比氢燃料电池汽车燃油经济性，我们选取了市场典型在售的氢燃料电池汽车、 纯电动汽车、传统燃油车，包含乘用车及重卡商用车。通过对比，氢燃料电池汽车由 于加氢成本过高，其能源使用成本明显高于燃油车及纯电动汽车，为使氢燃料电池汽 车具备与燃油车相近的燃油经济性，其终端加氢成本需至少降到 40 元 /kg 以内，假 设以当前储运及加注成本计算（ 25 元 /kg），制氢成本 至少 需降到 15 元 /kg 以下 。 图表 22： FCEV、 BEV、 ICE 燃油经济性对比 交通工具类型 燃料 百公里能耗 能源单价 能源使用成本 （元 /km) 燃油车 乘用车 汽油 6-8L 6.5 元 /L（ 92#） 39-52 重卡 柴油 30-40L 6.2 元 /L（ 0#） 186-248 氢燃料电池车 乘用车 氢气 0.8-1kg 50-80 元 /kg（终端） 40-80 重卡 氢气 10-15kg 50-80 元 /kg（终端） 500-1200 13 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 纯电动车 乘用车 电 15-20kwh 1 元 /kwh（商业电） 15-20 重卡 电 200-400kwh 1 元 /kwh（商业电） 200-400 来源：国联证券研究所 测算 注： 能耗数据及能源单价数据参考汽车之家， 不考虑碳税及 CCUS 成本 氢燃料电池车 更适用于重型商用车领域 。 由于锂电池本身的电能充放特点， 纯 电 动汽车 适合于较短距离行驶的小型和轻型车辆。但 锂电池 相对氢燃料电池 能量密度较 低，在商用车领域采用锂电设备，将提高车辆自重，降低 重卡等重型商用车长途运输 的经济适用性。此外，续航和充电时长方面 也会限制重型商用车的运输效率。相比之 下，燃料电池车能量密度高，加注燃料便捷、续航里程较高，更加适用于长途、大型、 商用车领域，未来有望与纯电动汽车形成互补并存的格局。 根据规划，到 2035 年我国氢燃料电池车保有量将达 100 万辆。 根据节能与新 能源汽车技术路线图 2.0规划，我国将发展氢燃料电池商用车作为整个氢能燃料电 池行业的突破口，以客车和城市物流车为切入领域，重点在可再生能源制氢和工业副 产氢丰富的区域推广中大型客车、物流车，逐步推广至载重量大、长距离的中重卡、 牵引车、港口拖车及乘用车等。到 2035 年，实现氢 燃料电池汽车的大规模推广应用， 燃料电池汽车保有量达到 100 万辆左右，完全掌握燃料电池核心关键技术，建立完 备的燃料电池材料、部件、系统的制造与生产产业链。 图表 23：氢能与燃料电池汽车路线图 来源：节能与新能源汽车技术路线图 2.0，国联证券研究所 除了公路运输之外，更长远来看，氢气还有可能促进铁路运输、船运和航空领域 的脱碳化： 在铁路领域 ，阿尔斯通 (Alstom) 制造的首批氢动力列车正在德国北部进行部署， 用于商业服务，以取代非电气化线路上的柴油列车。这使得系统供应商可避免建造新 架空电线带来的高额资本支出。还有其他几个国家（包括英国、荷兰和奥地利）也计 划在未来几年内实施类似部署。 在船运领域 ，燃料电池船只在各个部分（渡轮、穿梭客船等）正处于示范阶段。 监管方面的推动也创造了更快速的发展机会。氢燃料电池还可用于取代目前通常以柴 油或燃料油为基础的船载和陆上电源供应，以消除港口的污染物排放（如 NOX、 SOX 和颗粒物），同时避免港口电气连接的昂贵安装成本。对于长距离船舶运输，液 化氢 14 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 现在被认为是一个潜在的选择，以达到国际海事组织设立的目标：到 2050 年减少 50% 的温室气体 (GHG) 排放量（ UNFCCC， 2018 年）。 在航空领域 ，小型螺旋桨驱动支线飞机目前正在考虑使用基于燃料电池的电力推 进方式，并进行了示范（例如德国 HY4 演示项目）。此外，氢燃料电池还可用于若干 与车载电源相关的潜在应用，这些应用可能在 2020 年至 2050 年之间展开部署。对 于喷气式飞机而言，其可以通过使用可作为混入式燃料的电子燃料补充航空生物燃料， 以实现脱碳化。这取决于经济性能的提高（目前生产电子燃料的成本远高于 其打算取 代的化石燃料），航空领域还需要进一步的技术进步、示范和严格的测试。 图表 24：交通运输市场的划分 来源： Hydrogen council，国联证券研究所 3.2 工业领域的 氢 脱碳 以氢气为原料的工业领域应用已具备数十年的发展历史， 从国内 氢气消费结构来 看， 90%以上氢气用于工业原料 。 但 从国内 氢气生产来源来看，约 77%氢气来源于化 石 原料 （化学重整） ，包括天然气、石油、煤炭 ，制氢过程带来了大量的二氧化碳排 放 。 因此，短期内，对于已有氢气使用经验及基础的部门，通过变换氢气供应结构有 望成为工业领域氢脱碳的早期市场，因为其能够立即产生规模效应，从而迅速降低氢 气成本并实现碳减排；从长远来看，通过可再生能源电解水制 成的绿氢，或将 促进工 业的深度脱碳化。 综上， 氢可以通过以下两种途径来实现 工业领域 原料脱碳： 1）现有用于原料的氢可以通过低碳途径来获取，包括 CCS 技术下的天然气制 取、可再生能源电解水制取； 2）氢可以取代工业领域部分化石原料。譬如氢可以取代在炼铁过程中作为还原 剂的焦炭，还可以 直接燃烧获得高位热能取代化石燃料燃烧 。 15 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 图表 25：中国氢气生产与消费 （ 2020 年） 来源：中国氢能联盟 现有氢供应的脱碳化 （ 1） 合成氨 现代化学工业中，合成氨是化肥工业（尿素）和基本有机化工（甲醇等）的主要 原料，其中尿素占合成氨接近 70%的消费量。 国内合成氨工艺以煤化工路线为主，碳排放来自于煤气化制氢过程。 按照上游原 料的不同， 合成氨 主要分为以煤炭为原料的煤气化工业路线，及以天然气为原料的天 然气重整工艺 路线 （ SMR） 。 受国内 “富煤缺气 ”的资源条件影响，国内近 80%的合成 氨为煤化工路线 。在煤制合成氨工艺流程中，碳排放来自两个部分，一个是外部耗能 所带来的间接排放（燃料燃烧、电力供应），另一个是在煤气化之后，为了调节后期 生产所需气体达到合适的比例，需进行转化处理，将多余的 CO 转化成 CO2，再通过 低温甲醇洗环节分离出来。据合成氨企业碳排放核算案例分析 （安明， 2017 年） ， 生产每吨合成氨消耗约 1.53 吨标准煤，产生碳排放约 5.94 吨，其中工艺流程贡献 4.71 吨碳排放，外部耗能间接排放 1.23 吨。 图表 26：合成氨产业链 来源：国联证券研究所 相比于煤化工路线，天然气路线碳排放量 减半 但依然无法实现 “零排放 ”。 IPCC 给出的天然气制氨的过程排放量为 2.10 吨 CO2/吨氨，叠加 1.0 吨 CO2/吨氨 公用工 16 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 程排放 ，总排放量 3.10 吨 CO2/吨氨。在碳中和框架下，虽然通过天然气路线可以实 现相较于煤化工路线一半的二氧化碳减排，但依然无法实现零排放，且天然气作为我 国紧缺资源，也无法支撑合成氨工业大面积转向天然气路线。 可再生能源制氢是合成氨行业可行的脱碳解决方案。 2019 年 国内合成氨产量为 4700 万吨，按 80%的 煤化工及 20%的 天然气路线 占比， 在仅考虑工艺流程碳排放情 况下， 对应 2019 年合成氨二氧化碳排放量在 1.97 亿吨，占国内碳排放总量的 1.73%。 若以可再生能源电解水制取的氢气替代传统煤气化或天然气重整制氢，则每年合成氨 制备可减少相应的碳排放量。 假设未来合成氨 年 产量保持 5000 万吨 水平 ，按照 1 吨 合成氨耗 0.18 吨氢气计算，合成氨板块对于氢气一年的需求量约为 900 万吨左右。 绿氢制合成氨的氢气成本需低于 10 元 /kg 实现与灰氢平价 。 当前国内煤气化制 氢成本普遍 低于 10 元 /kg（不考虑 CCUS 成本） ，天然气重整制氢成本在 10-20 元 /kg （不考虑 CCUS 成本） ， 目前光伏和风电制氢平均成本 在 2530 元 /kg 水平 ，因此发 展绿氢制合成氨首要解决的是制氢成本。 图表 27： 国内 合成氨 及 尿素历史产量情况（万吨） 来源： wind， 国联证券研究所 （ 2）甲醇 甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂， 其 下游应用广泛。 按照上游原料 的不同 ，甲醇的制备工艺主要包括天然气制甲醇、煤制甲醇和焦炉气制甲醇，目前国 内主要以煤制甲醇为主，占比高达 76%， 焦炉气制甲醇和天然气甲醇分别占比 17%、 7%。 从工艺路线上，甲醇与合成氨相似，两者都采用煤气化或天然气重整技术，碳排 放体现在合成气制备过程中。 参考国内煤化工企业环评报告以及 IPCC 给出的碳排放 因子数据， 煤头路线单吨甲醇的 CO2排放量约为 3.91 吨 （过程排放 2.13 吨 CO2/吨 甲醇、工程排放 1.78 吨 CO2/吨甲醇） ，气头路线单吨甲醇的 CO2排放量约为 1.59 吨 （过程排放 0.67 吨 CO2/吨甲醇、工程排放 0.92 吨 CO2/吨甲醇）。因此， 2019 年仅 煤头及气头路线甲醇的 CO2排放量已达约 1.9 亿吨，与合成氨排碳放量水平相当。 因此，同样可使用绿氢来平衡煤制甲醇或天然气制甲醇过程的氢碳比， 以此 减少 17 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 二氧化碳 排放，其绿氢盈亏平衡点同样需要达到与灰氢平价的水平。 图表 28：国内甲醇产能及产量情况（万吨） 图表 29： 国内甲醇生产工艺结构（ 2018 年） 来源： wind， 国联证券研究所 来源： 百川资讯， 国联证券研究所 新应用领域的 氢能 脱碳化 （ 1）氢气炼钢 中国钢铁生产以长流程为主，高炉是主要的碳排放环节。 钢铁是我国工业化进程 中最重要的支柱形产业之一。 当前， 我国 炼钢企业大多 使用 铁矿石为铁源、 炼焦煤作 为碳源 的长流程高炉生产技术 ，通过焦炭燃烧提供还原反应所需要的热量并产生还原 剂一氧化碳（ CO），在高温下利用一氧化碳将铁矿石中的氧发生反应生成 CO2，将铁 矿石还原得到铁，这个过程带来了大量的二氧化碳排放， 其吨钢二氧化碳排放量在 2.17-2.2 吨之间。 相对应的，短流程则以废钢作为铁元素来源，经 “电炉 -轧制 ”流程生 产钢材，其吨钢二氧化碳排放量在 0.2-0.6 吨之间。据世界钢