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      氫能源行業深度報告:氫能源有望開啟下一個萬億級市場

      2020-06-19
      氫能源行業深度報告:氫能源有望開啟下一個萬億級市場

      氫能源來源廣泛,低碳環保,符合我國碳減排大戰略,同時有利于解決我國能源安 全問題,有望進入我國主流能源體系。我們認為 2050 年左右率先產業化的氫燃料電池 汽車領域有望產生上萬億的市場空間,隨著應用領域的拓展,氫能相關產業成長空間廣 闊。我們認為產業鏈上下游中,核心零部件國產化各細分領域龍頭Z優先受益,推薦關 注雪人股份、貴研鉑業、富瑞特裝、東岳集團;其次上下游配套為傳統公司帶來新業務 擴張彈性,推薦關注厚普股份、深冷股份、北方稀土、瀚藍環境,Z后,我們認為長期 來看,電堆及系統也將走出具有長期競爭力的公司,推薦關注電堆及系統生產商濰柴動 力、東方電氣、大洋電機、騰龍股份、美錦能源、雄韜股份。
      1.氫能源是安邦利民的戰略性能源
      1.1氫能源環保高效,有望納入主流能源體系
      氫能源來源廣泛。作為二次能源,氫不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重 整、生物質熱裂解或微生物發酵等途徑制取,還可以來自焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業 副產氣,也可以利用電解水制取,特別是與可再生能源發電結合,不僅實現全生命周期綠 色清潔,更拓展了可再生能源的利用方式。
      氫能源清潔低碳。不論氫燃燒還是通過燃料電池的電化學反應,產物只有水,沒有傳 統能源利用所產生的污染物及碳排放。此外,生成的水還可繼續制氫,反復循環使用,真 正實現低碳甚至零碳排放,有效緩解溫室效應和環境污染。

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      氫能源靈活高效。氫熱值高(142.5MJ/kg),是同質量焦炭、汽油等化石燃料熱值的 3-4 倍,通過燃料電池可實現綜合轉化效率90%以上。氫能可以成為連接不同能源形式(氣、電、 熱等)的橋梁,并與電力系統互補協同,是跨能源網絡協同優化的理想互聯媒介。
      氫能源應用廣泛。氫可廣泛應用于能源、交通運輸、工業、建筑等領域。既可以直接 為煉化、鋼鐵、冶金等行業提供高效原料、還原劑和高品質的熱源,有效減少碳排放;也 可以通過燃料電池技術應用于汽車、軌道交通、船舶等領域,降低長距離高負荷交通對石 油和天然氣的依賴;還可應用于分布式發電,為家庭住宅、商業建筑等供電供暖。
      氫能源安全可控。氫氣具有燃點低,爆炸區間范圍寬和擴散系數大等特點,長期以來 被作為?;饭芾?。氫氣是已知密度Z小的氣體,比重遠低于空氣,擴散系數是汽油的12 倍,發生泄漏后極易消散,不容易形成可爆炸氣霧,爆炸下限濃度遠高于汽油和天然氣。 因此在開放空間情況下安全可控。氫氣在不同形式受限空間中,如隧道、地下停車場的泄 漏擴散規律仍有待研究。
      氫氣工業使用歷史悠久。氫氣作為工業氣體已有很長的使用歷史。目前,化石能源重 整是全球主流的制氫方法,具各成熟的工藝和完善的國家標準規范,涵蓋材料、設備以及 系統技術等內容。電解水制氫技術歷經百年發展,在系統安全、電氣安全、設備安全等方 面也已經形成了比較完善的設計標準體系和管理規范,涵蓋氫氣站、系統技術、供配電系 統規范等內容。
      多種優勢并舉,具備納入我國主流能源體系的基礎條件。綜合以上,我們認為氫能源 具有來源廣泛、安全可控、高效靈活、低碳環保的多種優勢,同時產業發展上百年有一定 成熟度,具備納入我國主流能源體系的基礎條件。
      1.2氫能源符合我國落實碳減排國際責任的戰略方向
      氫能源可幫助改善我國能源結構現狀。我國長期以來能源相對短缺,能源消費量高于 生產量,進口依賴度較高?;茉丛谀茉瓷a與消費中所占比例過高,能源轉化效率較 低。相比化石能源,氫能源高效環保,可緩解我國能源緊張以及化石燃料燃燒副產品導致 的環境污染問題,對于我國節能減排,走低碳環保之路至關重要。
      我國碳排放形勢嚴峻,節能低碳為大勢所趨。低碳化轉型發展是中國應對內外部新形 勢、新挑戰的共同要求。目前,化石能源燃燒產生的二氧化碳排放是Z主要的溫室氣體排 放源。國際上看,中國碳排放量在2003年超過歐盟,2006年超過美國,連續多年成為Z 大碳排放國,這使得中國在國際上承受的碳減排壓力與日俱增。2018年,我國二氧化碳排 放量增長2.3億噸,增量占全球能源相關的二氧化碳排放增長量的 41%;排放總量達到92 億噸,占全球二氧化碳排放總量的 27.8%。從國內來看,在能源資源、生態環境容量等多 重約束下,有效加強碳排放管控越來越成為推動高質量發展、推進供給側結構性改革的有 力抓手。
      國際責任所系,使我國選擇低碳節能發展之路。2015 年,習近平總書記在巴黎氣候大會 上代表中國政府向國際社會承諾:中國將在 2030年左右二氧化碳排放達峰并力爭盡早達峰。 2016年9月3日,全國人大常委會批準我國加入《巴黎氣候變化協定》,該協定指出,各 方將加強對氣候變化威脅的全球應對,在本世紀末把全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在 2 攝氏度之內,并為把升溫控制在 1.5 攝氏度之內而努力。全球將盡快實現溫室氣體 排放達峰,本世紀下半葉實現溫室氣體凈零排放。作為負責任的大國,走低碳節能發展之 路既是我國的責任所系,亦是使命所向,氫能依托自身低碳清潔的特點有望成為我國實現 碳減排大戰略的重要抓手。
      1.3重視氫能源戰略地位,各國爭相發展氫能源
      美國將氫能納入能源戰略,DOE主導產學研合作。美國是Z早將氫能及燃料電池 作為能源戰略的國家。早在 1920 年便提出“氫經濟”的概念,并出臺《1920 年氫研究、 開發及示范法案》,布什政府提出氫經濟發展藍圖,奧巴馬政府發布《全面能源戰略》, 特朗普政府將氫能和燃料電池作為美國優先能源戰略,并開展前沿技術研究。2018年美國 宣布10月8日為美國國家氫能與燃料電池紀念日。
      美國政府對氫能和燃料電池給予持續支持,近十年的支持規模超過16億美元,并積極 為氫能基礎設施的建立和氫燃料的使用制定相關財政支持標準和減免法規。美國氫能計劃 的實施以美國能源部(DOE)為主導,將資金集中用于解決氫能產業所面臨的技術難題,保持 美國在世界范圍內的領先地位。DOE 通過資金的投人與引導,構建了以 DOE 所屬國家實 驗室為主導,大學、研究所及企業為輔的研發體系。美國在氫能及燃料電池領域擁有的專 利數僅次于日本,尤其在全球質子交換膜電池、燃料電池系統、車載儲氫三大領域技術專 利數量上,兩國的技術占比總和均超過 50%。美國液氫產能和燃料電池乘用車保有量全球 。
      截至2018年底,美國在營加氫站42座,計劃2020年建成75座,2025年達到200 座,燃料電池乘用車數量達到 5899 輛。全年固定式燃料電池安裝超過 100 兆瓦,累計固 體式燃料電池安裝超過500 兆瓦。
      日本高度重視氫產業,立志實現氫能社會。日本高度重視氫能產業的發展,提 出“成為全球實現氫能社會的國家”。政府先后發布了《日本復興戰略》《能源戰 略計劃》《氫能源基本戰略》《氫能及燃料電池戰略路線圖》,規劃了實現氫能社會戰略 的技術路線。2018 年,日本召開全球首屆氫能部長級會議,來自全球 20 多個國家和歐盟 的能源部長及政府官員參加會議。未來日本將以2020 東京奧運會為契機推廣燃料電池車, 打造氫能小鎮。
      日本過去 30年累計投入數千億日元用于研發推廣,在氫能和燃料電池技術擁有專利數 。在過去的30年里,日本政府先后投入數千億日元用于氫能及燃料電池技術的研 究和推廣,并對加氫基礎設施建設和終端應用進行補貼。日本氫能和燃料電池技術擁有專 利數世界,已實現燃料電池車和家用熱電聯供系統的大規模商業化推廣。2014年量產 的豐田 Mirai 燃料電池車電堆輸出功率達到 114 千瓦,能在零下 30 攝氏度的低溫地 帶啟動行駛,一次加注氫氣Z快只需3 分鐘,續航超過500干米,用戶體驗與傳統汽車無 差別,已實現累計銷量約7000輛,占全球燃料電池乘用車總銷量的70%以上。儲能領域, EneFarm家用燃料電池項目累計部署27.4萬套,成本94萬日元,相比2019年下降69%。 2017年,日本在神戶港口島建造了氫燃料1兆瓦燃氣輪機,是世界上在城市地區使用 氫燃料的熱電聯產系統。為解決氫源供給問題,日本經濟產業省下屬的新能源與產業技術 聯合開發發機構(NEDO)出資 300 億日元支持網內企業探索在文萊和澳大利亞利用化石能 源重整制氫并液化海運至本土。
      截止 2018 年底,日本在營加氫站 113 座,計劃 2020 年建成 160 座,2025 年建成 320座,2030年達到900座。燃料電池乘用車保有量達到2839輛,計劃保有量 2025年 20萬輛,2030年80萬輛,2040年實現燃料電池車的普及。
      政策、資金助力歐洲向氫能社會轉型,氫能有望向建筑、工業、交通等多領域滲透。歐盟將氫能作為能源安全和能源轉型的重要保障。在能源戰略層面提出了《2005 歐洲氫能 研發與示范戰略》《2020 氣候和能源一攬子計劃》《2030氣候和能源框架》《2050低碳 經濟戰略》等文件,在能源轉型層面發布了《可再生能源指令》《新電力市場設計指令和 規范》等文件。此外,歐盟燃料電池與氫聯合行動計劃項目(FCHJU)對歐洲氫能及燃料電池 的研發和推廣提供了大量的資金支持,2014-2020年間預算總額為6.65億歐元。
      歐洲如今恰逢能源轉型發展期,發展氫能源在建筑、工業、交通運輸、電力、就業等 多領域促進歐洲的發展。其中,到 2030 年,氫氣可以取代估計的 7%的天然氣(按體積計算),到 2040年可以取代32%。它將在2030年和2040年分別覆蓋約250萬戶和超過1100 萬戶家庭的供暖需求,此外還包括商業建筑。同時,到 2040 年,部署超過 250 萬臺燃料 電池將提高能源效率,同時大約有45,000 輛燃料電池卡車和公共汽車上路,燃料電池列車 也可能取代大約 570 輛柴油列車;包括煉油廠和制氨廠在內的所有應用都可以實現向三分 之一超低碳氫氣生產的轉變;此外,具有較大減排潛力的應用,如直接還原煉鋼,將可以 進行大規模的可行性試驗。
      德國是歐洲發展氫能代表性的國家。氫能與可再生能源融合發展是德國可持續能 源系統和低碳經濟的重要組成部分,政府專門成立了國家氫能與燃料電池技術中心 (NOW-GmbH)推進相關領域工作,并在 2006 年啟動了氫能和燃料電池技術國家發展 計劃(NIP),從 2007年至216年共計投資14億歐元,資助了超過240家企業/50家科 研和教育機構以及公共部門;2017-2019 年開展第二階段的工作,計劃投資 2.5 億歐元。 通過FCUJU和 NIP項目支持,德國確立了氫能及燃料電池領域的優先地位,可再生能源制 氫規模全球,燃料電池的供應和制造規模全球第三。
      德國長期致力于推廣可再生能源發電制氫技術(PowertoGas),通過氫氣連接天然氣 管網,并利用現有成熟的天然氣基礎設施作為巨大的儲能設備。液體有機載體儲氫技術 (LOHC)已成功應用于市場,可以實現氫氣在傳統燃料基礎設施中的儲存。德國運營著世 界第二大加氫網絡,共有加氫站60座,僅次于日本。全球首列氫燃料電池列車已在德國投 入商業運營,續航里程接近 1000公里,計劃2021年增加氫燃料電池列車14列。
      盡管英國是Z早發現氫氣及制造氫燃料電池車的國家,但相較于歐洲其他國家如德國 等,英國政府對氫能及燃料電池的政策支持缺乏整體性,直到 2016年英國才出臺了個 氫能發展整體戰略。2014 年,E4tech 及元素能源發布了氫能及燃料電池路線圖,其中包括了氫氣供應鏈路線圖(如氫氣的生產及運輸)、終端消費路線圖(如運輸工具)等 11個 子路線圖。這份路線圖,作為零排放戰略的一部分,旨在加快氫能及燃料電池的發展速度。 2017年1月,歐盟的JIVE 項目資助了歐洲5個國家部署139輛零排放燃料電池客車,其 中56輛在英國。


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