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1、氢能源行业深度报告：“氢能时代”大幕拉开1、氢能时代”大幕拉开1.1 氢能是第三次能源变革的重要媒介全球能源行业正经历着以低碳化、无碳化、低污染为方向的第三次能源变革，随着全球能源需求不断增加，全球电气化趋势明显，未来以可再生能源增长幅度最大的电力能源结构将持续变化，进一步形成以石油、天然气、煤炭、可再生能源为主的多元化能源结构。1.2 投资总结：“政策扶持”&“技术进步”双引擎驱动氢能产业发展2019年氢能源首次写入政府工作报告，将氢能纳入中国能源体系之中，我国真正开启氢能大发展元年，按照白皮书路线规划，预计到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%,氢气需求量接近6000万吨，年经济
2、产值超过10万亿元，全国加氢站达到IOoOO座以上，燃料电池汽车年产量达到520万辆。氢能产业链分为制氢、储运、加氢站、氢燃料电池应用等多个环节。与锂电池产业链相比，氢能源与燃料电池产业链更长，复杂度更高，理论经济价值含量更大。从氢能实际应用来看，氢燃料电池汽车是氢能高效利用的最有效途径，当前氢能产业链已初具雏形，且燃料电池系统性能已满足商业化需求，但燃料电池汽车的大规模商业化应用依然受经济性及实用性制约。因此，产业发展初期的政策扶持显得尤为重要，政策扶持下产业进入规模化-降本-开拓市场的良性内循环，此外,持续的技术进步也将反哺解决各环节核心技术的成本制约，进一步提升商业化竞争力。从经济性及技
3、术进步角度来看，各环节都将分阶段发展满足商业化需求：制氢产业：短期优先选用工业副产氢，中期采用化石能源制氢结合碳捕捉技术，长期采用可再生能源电解水制氢；氢能储运：将按照“低压到高压”“气态到多相态的技术发展方向，逐步提升氢气的储存和运输能力；燃料电池系统：将持续围绕功率、性能、寿命、成本四大要素而发展。具体应用集中在交通领域，从商用车切入、乘用车跟进。2、氢能是中国构建多元化能源体系关键一环2.1氢能开发利用是能源清洁化的大势所趋氢能大储量、零污染、高效率氢（H）是宇宙储量最丰富的元素，它构成了宇宙质量的75%,在地球上排第三，大储量保证其作为能源供给的充足性。氢元素主要以水的形式存在，原料非
4、常容易获取。此外，氢气的供能方式主要是和氧气反应生成水释放化学能，其产物除了水无其他中间产物，整个供能过程无浪费、零污染。氢能源生产和使用形成可循环闭环，实现可持续发展1970年通用汽车首次提出“氢经济”的概念。近年来，随着燃料电池的迅速发展，氢能作为最适宜的燃料也随之进入一个高速发展阶段。氢能来自于水用，使用后的产物仍为水，由此形成一个可循环闭环系统，具有可持续性。氢气比能量高，易于实现轻量化和高续航氢气是常见燃料中热值最高的(142KJg),约是石油的3倍，煤炭的4.5倍。这意味着消耗相同质量的石油、煤炭和氢气，氢气所提供的能量最大，这一特性是满足汽车、航空航天等实现轻量化的重要因素之一。
5、现阶段来看，氢气作为能量载体的最大竞争对手是锂电池。目前电池市场发展已经很成熟,然而氢能具备电池所不能比拟的优势，氢气的比能量远远超过电池，并且没有工作温度限制(电池工作温度范围在-20C60C)。2.2能源短缺和环境恶化，加速推动全球氢能开发脱碳加氢和清洁高效是百年来能源科技进步的趋势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:lo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
6、预见未来能源利用形式中，氢能的占比将会继续提高。氢虽然主要用作化工基础原料，但在能源转型过程中，其更重要的是作为一种清洁能源和良好的能源载体，具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点。氢能能够帮助工业、建筑、交通等主要终端应用领域实现低碳化，包括作为燃料电池汽车应用于交通运输领域，作为储能介质支持大规模可再生能源的整合和发电，应用于分布式发电或热电联产为建筑提供电和热，为工业领域直接提供清洁的能源等。目前全球用氢量约1.15亿吨，其中约61%用于炼油和生产化肥等，39%用于生产甲醇和其他化学品以及燃料等。预计2050年氢能将承担全球18%的能源需求，氢能产业将创造3000万个工作岗位，
7、减少60亿吨CO2排放，创造2.5万亿美元的市场价值。日本、美国、欧洲等主要工业国家均将氢能列入国家能源发展战略，氢能产业的发展已初具规模，但发展重点有所不同。日本政府大力推进氢能全产业链发展，致力实现“氢能社为解决过度依赖进口化石能源、核电重启困难以及国内可再生能源禀赋一般等问题，日本政府高度重视氢能产业的发展。日本经济产业省（METl）2019年提出了氢能与燃料电池战略路线图，其目标是：第一阶段创造需求，到2025年加速推广和普及氢能交通、民用市场；第二阶段解决供应问题，到2030年实现氢燃料发电和通过扩大氢能进口解决大规模供给;到2040年，建立起零碳排放的供氢体系，使氢加入传统的“电、
8、热系统构建全新的二次能源结构。截至2018年底，日本建有加氢站113座，氢燃料车2839辆，家用氢燃料电池22万台。美国重点开展燃料电池研究和布局加氢站建设2014年美国颁布的全面能源战略确定了氢能在交通转型中的引领作用，并规划20302040年将全面实现氢能源经济。美国能源部2019年提出了国家氢能发展路线图。目前美国氢能重点发展领域一是开展燃料电池系统研发，各级政府均提供大量资金资助科研机构进行氢能和燃料电池关键零件研发工作。二是布局建设加氢站，如美国加州每年计划拨款2000万美元用于加氢站建设,直到加州至少有100座加氢站;到2025年建立200座加氢站。截至2018年底，美国建有加氢站
9、42座，氢燃料车5899辆。德国重视氢能交通工具的开发和氢能与可再生能源的协同发展德国是欧洲氢能发展较快的国家，已在通信基站、加氢站、燃料电池车、氢能列车、氢源建设等方面有所应用。德国联邦交通和数字基础设施部等正在编制国家氢能发展战略，目标是将氢能与大力发展可再生能源战略相结合，大力推进低碳转型发展。其重点发展领域一是开发零排放氢能交通工具，如清洁巴士、氢能列车等(德国铁路电气化程度较低，约59%的火车未实现电气化，德国政府试图使用燃料电池火车来解决环境和电气化程度低的问题)；二是投资可再生能源绿色制氢工艺及设施建设。2019年上半年部分德国企业在德国发起了GETH2倡议，目标是利用氢能促进能
10、源转型。合作企业计划在德国埃姆斯兰地区建立氢能基础设施，将该地区的能源、工业、运输和供热部门联系起来，建造105兆瓦的电制氢(PowertoGas)设施，利用风能生产“绿色氢气”，并利用现有基础设施运输、储存及应用氢气。截至2018年底，德国建有加氢站60座，氢燃料车500辆。韩国氢能发展目标是氢能产业与传统制造业结合促进经济增长韩国政府发展氢能的目标是通过发展氢经济减少对石油进口的依赖，同时将氢技术与汽车、航运和石油化工等传统制造业联系起来，为钢铁生产、石油化工和机械工程等传统行业带来新的投资和就业机会，形成新的经济增长点。韩国政府2019年初发布氢能发展路线图2040,计划到2040年，氢
11、气供应量达到526万吨，累计生产氢燃料电池汽车620万辆（含出口330万辆），建设1200座。截至2018年底，韩国建有加氢站14座，氢燃料车300辆。2.3 中国减排任务艰巨，发展清洁能源迫在眉睫中国承诺到2060年实现“碳中和”，减排任务艰巨应对气候变化要求我国持续大规模开发可再生能源根据既定的能源战略，未来我国将构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系，显著特征之一是大幅提高可再生能源在一次能源消耗中的占比。为应对全球气候变化，履行巴黎协议中碳减排目标，据国家可再生能源中心测算，我国既定能源政策仍需降低化石能源使用占比来达成气候变化低于2的目标。根据中国可再生能源展望2018的预测，2020
12、-2030年间，中国将迎来光伏与风电大规模建设高峰。其中，新增光伏装机容量约80-160GW/年，新增风电装机约70-140GW/年。到2050年，从我国一次能源需求来看，非化石能源的总体比例将达到70%,风能和太阳能成为我国能源系统的绝对主力,在可再生能源中的占比将分别达到44%和27%。得益于未来产业经济结构调整，能效水平的大幅提升和工业与交通领域的电气化提升，2050年的我国终端能源需求总量得到控制，化石能源消费大幅缩减，电力消费显著上升。2.4 氢&电耦合是构建我国现代能源体系的重要途径氢&电耦合体系可突破可再生能源发展的限制目前，我国能源发展逐步从总量扩张向提质增效转变，能源效率、能
13、源结构、能源安全已成为影响我国能源高质量发展的三大关键所在。相比其他转型方式，氢能与电能结合将成为构建现代能源体系的重要途径。电能是多种能源间灵活高效转化的关键媒介，能量转换效率通常在90%以上。电气化水平的提升，有利于提升能源利用效率、降低化石能源在终端能耗中的占比，并缓解我国能源资源与负荷中心逆向分布的问题。据国网能源研究院预测，到2050年电力在我国终端能源消费的比重将增长至47%,超出全球平均水平。氢能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。更为重要的是，氢能可实现不连续生产和大规模储存，这将显著增加电力网络的灵活性。在可再生能源
14、方面，目前光伏与风电行业均已处于平价前夕，平价后行业发展将由政策驱动转变为消纳驱动，电网消纳能力将成为制约行业发展的首要因素。与基于化石能源的电能和石油制品生产方式相比，可再生能源具有明显的分布和不稳定生产的特征，且区别于电网与石油网络相互独立的特征，氢能与电能的深度耦合恰能支撑更高份额的可再生能源电力的发展，主要表现为两点：1）氢能可满足可再生能源规模化、长周期储能需求；2）氢能可作为燃料，通过燃料电池为交通和工业领域提供电能、热能，有效降低化石能源的使用，继续提升电力在能源系统中的比重。据中国氢能联盟预测，2050年氢能将在我国能源体系中的占比达到10%。同时，可再生能源制氢与氢储运、氢应
15、用技术的不断进步，有望使部分优势地区的可再生能源摆脱电网设施及消纳条件的限制。通过大规模开发风、光等可再生能源电站，以较低的发电成本就地制氢，通过氢能储运网络实现可再生能源高效、低成本的区域输送调配，而丰富的氢能应用场景和电、氢深度耦合体系将有力支持大规模氢气的消纳。届时，氢能有望成为我国重要的出口能源重构世界能源格局。这为突破可再生能源发展瓶颈提供了新的思路和空间。电氢耦合将成为现代能源体系的重要特征，电氢能源体系将为开发我国丰富的可再生能源提供可靠的载体并培育适合的产业生态，可再生能源有望突破现阶段各种约束，迎来巨大的发展空间。此外，将氢气应用于储能领域，可以同时兼顾以下优势：1）具备更低
16、的储能成本：固定式储能电池成本比储氢容器成本大约高10倍，单车在储能优势下降到35倍（燃料电池的效率导致储能量比车在动力电池高一倍，同时,储氢体积能量密度低需要更高压力）；2）与储电的互补性：相比动力电池的高频调节，氢储能属于低频调节，两者互补性强；3）灵活的制运储方式：长管拖车经济运输半径300公里以内；1千公里以上可长途输电-当地制氢，或天然气管道掺氢等。中国氢能应用市场潜力巨大。氢能在能源、交通、工业、建筑等领域具有广阔的应用前景，尤其以燃料电池车为代表的交通领域是氢能初期应用的突破口与主要市场。中国汽车销量已连续十年居全球第一，其中新能源汽车销量占全球总销量的50%o工信部在新发布的新能源汽车产业发展规划2021-2035年中，将以新能源汽车高质量发展为主线，探索新能源汽车与能源、交通、信息通信等深度融合发展的新模式，重点向燃料电池车拓展。在工业领域，中国
