机遇已至——解析IEA《氢能的未来》.pdf

证券研究报告 新三板专题报告 机遇已至 解析 IEA氢能的未来 2019 年 7 月 10 日 于栋（分析师） 电话： 020-88836136 邮箱： yu.donggzgzhs 执业编号： A1310518100001 受 G20主办国日本政府邀请，国际能源署于 6 月 14 日发布氢能的重磅报告氢能的未来，该报告详细介绍了氢能的现状以及未来发展的关键，我们将核心观点总结如下： 发展氢能源优势与挑战并存。 氢气的优势在于无污染、高质量密度、可持续发展等，其劣势在于较高的生产成本和运输成本。由于氢气密度低，压缩、转化难度大，处于氢能源产业链中游部分的储运环节就成为制约氢能源大规模应用、急需技术突破的重点，同时上游制氢与下游应用也值得关注。 基于成本优势，天然气和煤炭是氢气制备的主要来源，但水电解制氢碳排放最低。在目前生产的 7000万吨的氢气中， 76%来自天然气，其余 23%几乎全部来自煤炭，极少部分来自水电解。由于天然气和煤炭制氢过程中易产生大量二氧化碳排放，因此发展水电解制氢成为人们关注的重点。在成本方面，采用 天然气制备的氢气价格为 1.5-3 美元 /kg，而采用可再生电力制备的氢气价格为 2.5-6 美元 /kg，氢气成本很大程度上受天然气价格和电价的影响，据估算，当天然气价格为 11 美元 /MBtu时，可再生电价须降至 30-45 美元 /MWh才可与之竞争。制氢方式的选择还取决于各国资源丰富程度、投资约束、对碳排放的接受程度等因素的影响。 氢的储存和运输成本跟不同的技术选择有关，而应当选择哪种储运技术受众多因素影响，如：运送距离、运送数量、储存时间。 短时且少量的氢气储存可以采用将氢转化成氢基燃料的方法，对于这种方法，氢基产品的 最大成本构成是典型的电力，约占 40-70%的生产成本氢基产品，因此降低电力是一个重要的目标，同时提高转换链。另外一种方法是储罐储存，储罐储存氢气可以应用于燃料汽车，有非常广阔的前景，但是安全性能仍待提高。长时且大量的氢气可以被储存到盐穴、油气藏或含水层。目前盐穴应用较广泛，因为它相对成本较低、污染较小。氢的运输主要通过管道、卡车、船只，管道一般用于长距离的运输，卡车和船只用于短距离运输，管道的资本成本非常高，但是边际成本比较低，长距离的氢的运输通过管道运输可以有效降低成本。 氢能源的应用 燃料电池和氢能汽 车是关键，可以通过降低氢的生产成本、储运成本和加氢站基础设施建设成本来实现产业化。 通过增加工厂，燃料电池的各种部件的综合成本可以降低 65%。储罐的成本下降速度会比燃料电池慢， 美国能源部的最终目标是 8美元 /kWh，这意味着对于一个 1800 千瓦的油箱来说，成本可能会降至 16700 美元，而传统柴油卡车拖拉机的全部成本则为 10 万美元至 15 万美元 。 而加氢站有着很强的规模效应 ， 将容量从 50 至 500 kgH/天可能会降低特定成本） 75%。 氢能源的产业化进程中政府起着非常重要的作用。 把握好国际能源署提出的四个近期机会和七个关键建议，我国氢能源产业有机会进入高速发展阶段。 风险提示：政策推进不及预期，技术突破不及预期 相关 报告 1、 科创板燃料电池行业估值适用方法探讨 2、解构燃料电池产业链，海外优势显著，国产加速突围 数据支持：陈 惟 广证恒生 做中国新三板研究极客 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 2 页 共 35 页 新三板专题报告 目录 1.发展氢能源优势与挑战并存 . 5 2.产业链概况：各个环节技术都仍待突破，成本居高难下 . 6 3.氢的供应来源：目前以天然气和煤炭为主，未来电解水发展空间很大 . 7 3.1 天然气制氢占比最大，目前成本最低，排放问题有待解决 . 7 3.1.1 重整制氢为主，天然气出口国成本优势明显 . 7 3.1.2 CCUS 对于今天运行的大型 SMR 机组脱碳至关重要 . 7 3.2 水电解制氢是未来发展趋势，规模扩大可降低成本，解决污染问题 . 8 3.2.1 碱性电解是一项成熟的商业化技术 . 9 3.2.2 PEM 电解槽系统由于成本高，目前应用不广泛 . 9 3.2.3 SOEC 技术是目前最不发达的电解技术 . 9 3.3 煤炭制氢：成本取决于煤炭的可用性和成本 . 13 3.4 生物质制氢：技术复杂，成本极高 . 13 4.不同生产技术选择的成本比较 . 14 5.氢的储存：成本与许多因素有关，需要权衡考虑 . 16 5.1 短时且少量的储存 . 16 5.1.1 将氢转化为氢基燃料和易于储存、运输和使用的原料 . 16 5.1.2 利用特殊材料的储罐储存，安全性是关键 . 18 5.2 长时且大量的储存 . 18 5.2.1 盐穴成本相对较低、污染最小 . 18 5.2.2 油气藏成 本相对盐穴高、污染小 . 18 5.2.3 含水层成本和可行性有待证明 . 19 6.氢的运输和分配：成本与许多因素有关，需要权衡考虑 . 19 6.1 长距离运输 低温液态氢 . 19 6.1.1 管道运输 . 20 6.1.2 船舶运输 . 20 6.1.3 管道和船舶成本对比 . 20 6.2 较长距离运输 高温气态氢 . 20 6.3 短距离运输 液态有机氢载体 . 21 6.3.1 卡车 . 21 6.3.2 管道 . 21 6.3.3 卡车和管道的成本比较 . 21 7.氢的当前和潜在工业用途：重点关注氢能源汽车 . 22 7.1 炼油中的氢：解决排放问题是关键 . 23 7.2 化学工业中的氢：主要用于合成氨和甲醇 . 24 7.3 钢铁生产中的氢：是目前氢的第四大需求来源，到 2030 年需求预计增长 6% . 25 7.4 高温用氢：目前几乎没有专门的氢用于这一应用 . 25 7.5 交通：技术问题仍待突破，成本太高导致难以普及 . 25 7.5.1 燃料电池和内燃机 . 26 7.5.2 加氢站建设 . 27 7.5.3 海事部门 . 27 7.5.4 钢轨 . 28 7.5.5 航空 . 28 7.6 建筑行业未来各种能源和技术很可能共存 . 28 7.7 氢可能成为一种长期存储电力的选择 . 28 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 3 页 共 35 页 新三板专题报告 8.氢气运用于燃料电池的成本竞争力：大规模生产可有效降低成本 . 29 8.1 燃料电池成本和降低成本的潜力 . 29 8.2 储罐成本和降低成本的潜力 . 29 8.3 加油基础设施成本和降低成本的潜力 . 29 9.推动关键价值链发展的相关政策 . 30 9.1 四个近期机会 . 33 9.1.1 使工业集群成为扩大清洁氢使用的神经中枢 . 33 9.1.2 利用现有天然气基础设施（如数万里的天然气管道）促进低碳氢供应，并使其成为最可靠的需求来源 . 33 9.1.3 通过车队、货运和运输走廊扩大氢气运输 . 33 9.1.4 启动氢气贸易的第一条国际运输路线 . 33 风险提示 . 33 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 4 页 共 35 页 新三板专题报告 图表目录 图表 1 氢能源的优势和应用方面的挑战 . 5 图表 2 氢能源的优势和应用方面的挑战 . 5 图表 3 氢能源产业链概况 . 6 图表 4 氢能源产业链概况 . 7 图表 5 用 CCUS 技术的制氢流程 . 8 图表 6 2018 年不同地区天然气的制氢成本对比 . 8 图表 7 不同电解槽技术的技术经济特性 . 10 图表 8 电解槽容量增加对能源的影响和电解槽的平均容量大小 . 11 图表 9 预期能够减少的电解槽的资本支出 . 11 图表 10 未来制氢成本随运作的时间在不同投资成本和不同电力成本条件下的变化 . 12 图表 11 使用电网电力电解氢的成本 . 12 图表 12 长期来看，利用太阳能和风能的制氢成本 . 13 图表 13 中国如今的制氢成本 . 13 图表 14 2030 年预计的运用不同制氢技术的制氢成本 . 14 图表 15 近期用电力发电和天然气发电的成本对比 . 15 图表 16 世界不同地区的氢气成产成本 . 15 图表 17 氢基燃料和电解原料不同途径的产量和损失 . 16 图表 18 利用电解氢生产各种氰基原料的新项目数 . 17 图表 19 长期和近期的电力线路生产成本 . 18 图表 20 氢的运输、分配和储存 . 19 图表 21 用管道和船舶储运氢气的成本以及氢液化和转化的成本 . 20 图表 22 不同氢气运输方法的成本对比（左）和氢气转化的成本（右） . 21 图表 23 2030 年通过管道和船舶运输氢气的总成本随输运公里数变化趋势 . 22 图表 24 2030 年，从澳大利亚运输通过电解生产的氢或氨到日本的成本 . 22 图表 25 2030 年低碳制氢的长期应用潜力排行榜 . 23 图表 26 2018 年制氢成本和炼油的边际利润对比 . 23 图表 27 2030 年，有 CCUS 和没有 CCUS 技术的生产成本对比 . 24 图表 28 2018 年，制氨和制甲醇的氢气需求 . 24 图表 29 当前趋势下对主要化工产品生产的氢气需求 . 25 图表 30 氢气在不同应用领域的成本、需求、机会和挑战 . 25 图表 31 2017-18 年燃料电池汽车的流通数量 . 26 图表 32 2018 年全球加氢站建设和分布情况 . 27 图表 33 作为产能函数的基本氢燃料补给资本成本 . 30 图表 34 政策支持的氢能应用 . 30 图表 35 政府投入氢能和燃料电池的研发费用 . 31 图表 36 从 2018 年开始各国和氢能源相关的政府公告 . 31 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 5 页 共 35 页 新三板专题报告 1.发展氢能源