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氢能行业:工业绿氢加速落地,成本下行路径明确

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。国际可再生能源机构预计,在实现1.5°目标情境下到2050年氢能产量达到6.14亿吨/年,在总能源消耗中的占比达到12%。

氢能产业链全景

氧能源主产业链包括上游氢气制备,中游氢气运输储存、下游加气站、氢燃料电池氢能源燃料电池应用等多个环节,产业链总体趋于完善。其中,氢能源燃料电池环节所涉细分领域和公司众多,是重要环节之一。

现阶段制氢路径主要包括化石能源制氢、可再生能源电解水制氢(以下称为“绿氢”)、化工过程副产制氢三种,其中绿氢被认为是最具潜力的氢能供应方式。

全球绿氢政策

欧盟:为氢能战略提供联合融资支持。

氢能战略为绿氢产业指明发展路径。明确的发展战略是推动产融规模化融合的前提。2020年7月,《欧盟氢能战略》(EU Hydrogen Strategy)发布,提出到2050年氢能占欧盟能源消费的比重将由现阶段的不足2%提高到13%~14%,分3个阶段推进绿氢发展,逐步降低绿氢成本。

2020年12月,22个欧盟国家和挪威发起了欧洲价值链共同利益重点工程支持计划(Important Projects of Common European Interest,IPCEIs),用于支持绿氢全产业链的各类项目,形成跨国绿氢网络,拟到2040年建成长达3.97万km、连接21个欧洲国家的氢气运输网络,69%的氢气运输网络由天然气管网改造而成。

德国:公共政策全面支持绿氢发展

德国绿氢产量约占全球总产量的20%。2020年德国发布《国家氢能战略》,为绿氢的“制储输用”制定了协调一致的行动框架,将绿氢确定为低碳工业原料,要求完善绿氢制储输用的高质量基础设施,拓宽进口渠道。2021年,德国通过绿氢供给的电量达到55TWh。预计到2030年,绿氢供电量将再翻一番,达到90TWh~110TWh,工业制氢电解槽容量总和将达5GW.

在资金方面,德国政府提出氢能专项投资框架,计划到2026年向氢产业投入123.6亿欧元;此外,德国设立了国家氢能基金,计划为氢能提供90亿欧元资金支持。在财税政策方面,德国《可再生能源法(2021)》首次提出支持绿氢的生产和工业使用,减免用于绿氢制取的可再生能源附加费,减免幅度可达85%甚至100%。

德国预计到2050年进口绿氢将达到4500万t,因此推出了“绿色氢潜能地图”项目,对非洲地区30多个国家的绿氢生产和出口潜力进行评估,通过积极的对外投资,逐步开展与非洲国家的绿氢贸易。

美国:新激励政策有望为绿氢产业加速

美国氢能产业起步于20世纪末,2020年11月,美国能源部发布最新《氢能计划》(Hydrogen Program Plan),提出未来10年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架及2030年美国氢能发展的技术和经济指标。同年,美国能源部启动了“为地球奋斗氢能计划”(Hydrogen Earth Shot),旨在10年内将绿氢的成本降低至1美元/kg,降幅达80%;将氢需求提升至目前水平的5倍?[8]。2021年,美国燃料电池和氢能协会发布《美国氢能经济路线图》,提出通过公共激励措施来解决市场推广初期面临的障碍。

为推动绿氢市场发展,2021年11月,美国总统拜登签署《基础设施投资和就业法案》(Infrastructure Investment & Jobs Act ,IIJA),授权拨款95亿美元用于清洁氢的研发、示范项目建设等,其中80亿美元用于区域清洁氢枢纽建设,并将继续对清洁能源和储能项目提供投资税收抵免和生产税收抵免。2021年5月,美国财政部发布了“绿皮书”,提出为燃料电池厂提供投资成本30%的投资税收抵免;对天然气管道改造和储氢项目提供税收减免等。此外,美国财政部和国税局于2021年1月发布系统化的碳捕获与封存激励政策,即45Q条款最终法规 1,将利好蓝氢生产,或将撬动数十亿美元私人资本投入蓝氢产能中[9]。

韩国:政府投资与各项补贴政策全面带动氢经济

2019年1月,韩国政府发布《氢经济发展路线图》( Hydrogen Economy Roadmap )。2021年11月,韩国贸易、工业和能源部再次发布国家氢能目标,提出到2050年氢进口代替原油进口、氢能覆盖大型工业用能的发展目标。根据路线图规划,到2040年,韩国氢需求量可达526万t/a,建立海外制氢基地,通过进口满足绿氢需求,国内制氢成本下降到3000韩元/kg(约合人民币16元/kg)以下。2020年2月,韩国颁布全世界首部《促进氢经济和氢安全管理法》,围绕氢定价机制、氢能基础设施以及氢全产业链的安全管理提出了系统的法律框架。

日本:绿色创新基金推动氢能产业长期发展

日本政府将氢定义为零碳能源。2021年7月,日本经济产业省联合相关部门更新了“支持2050年实现碳中和目标的绿色增长战略”(以下简称“绿色增长战略”)。根据绿色增长战略安排,氢有望助力发电、运输和工业各领域实现脱碳。

中国:氢能产业中长期规划推进氢能商业化

目前,我国出台氢能政策多达20余项。《“十四五”工业绿色发展规划》中提到,单位工业增加值二氧化碳排放降低18%,推动生产过程清洁化,鼓励氢能发展;《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中提到,到2025年燃料电池汽车保有量5万辆,部署建设一批加氢站,可再生能源制氢量达到10-20万吨/年。健全绿色低碳标准体系,这对氢能商业化应用发展起到了推动作用。

经济性提升是绿氢产业化的主要驱动力

碱性电解槽成本下行路径:

电解槽设备大型化、模块化: ① 改进设备构造与核心材料、产品标准化以降低设备成本;②系统模块化,多槽对应一套提纯分离系统,以降低整体系统成本; ③ 电解槽大型化,制氢量提升,将降低单位绿氢折旧成本。

降低电耗: ① 电解槽结构与核心材料的迭代(高电流密度大尺寸电极)。

用电成本下降: ① 可再生发电产能持续释放,绿电发电成本持续下降;②示范项目推广离网绿电制氢,以降低用电成本。

设备方面:

与传统化石能源制氢(灰氢、蓝氢)相比,无论是碱性电解槽还是PEM电解槽仍然有很大的成本下降空间。PEM电解槽更是比碱性电解槽贵超过50-60%以上,给这些非化石能源制氢技术的市场渗透造成了很大的障碍。当考虑到经济规模,自动化,零部件供应商增加,大规模市场需求,能源存储的大量部署应用等这些因素,碱性电解槽和PEM电解槽都被认为还有很大的成本下降空间。其中,电解槽的设备折旧和电费两部分合计达到成本的90%以上。根据业内反馈,在研发方向方面,未来,随着材料和部件制备、系统集成等技术的突破,绿氢制备技术将朝着延长运行寿命、提升单体功率、降低安全风险和成本等方向发展。

电力成本方面:

可再生能源发电成本下降。预计到2035年,光伏与风电的新增装机发电成本预计将低于0.3元/kWh。预计到2050年,新增光伏和风电发电成本将降至约0.13元/kWh和0.25元/kWh,风能和太阳能将成为最廉价和最丰富的电力来源。可再生能源电解水制氢成本将低至11.63元/kgH2。

电耗方面:

运行负荷和电解水制氢效率降低绿氢成本。以碱性电解水制氢为例,运行负荷分别为1000h、3500h、6000h和8000h时,平准化氢气成本分别为58.53元/kgH2、42.72元/kgH2、40.08元/kgH2、39.06元/kgH2。电解水制氢电耗从当5kWh/Nm3降低至4kWh/Nm3时,平准化氢气成本可降低约20%。

碱性电解槽设备供给端格局

2022年全球碱性电解槽市场出货量约为1GW,国内出货量近750MW。中国电解槽设备集中度较高,CR3达到80%,派瑞氢能(718所子公司)、考科利尔竟立、隆基氢能排名前三。国内电解槽设备有三类参与者,第一类为718所、竟立、天津大陆等老牌电解槽企业,其技术积淀以及产品得到长期了验证;第二类为隆基氢能、阳光电源等光伏龙头企业,资金技术实力雄厚,光伏业务与电解槽制氢业务高度协同;第三类为华电重工、瑞麟科技、华光环能等新兴势力,切入电解水制氢市场,在行业发展前期抢占市场份额。

中船718研究所:2008年,718所成立全资子公司派瑞氢能,开展电解水设备相关业务。2022年,中船718所举办全球首台套单体产氢量2000Nm3/h水电解制氢装备发布仪式,派瑞氢能成为北京冬奥会绿氢制氢装置唯一供应商。派瑞氢能拥有碱性电解槽产能350台,PEM电解槽产能120台,合计产能约1.5GW。

考克利尔竞立:公司核心团队来自718研究所,参与国家973重大科研项目“大规模非并网风电规模化制氢”。2019年,比利时John Cockerill集团承接苏州竞立制氢设备有限公司全部人员和知识产权,成立考科利尔竟立,加大研发,扩大碱性电解槽产能。2021年,公司分别下线国际首台套1200Nm3/h和1300Nm3/h的电解水制氢设备。公司现有产能约1GW,预计2023年将扩充至1.5GW。

隆基绿能:2023年2月,隆基氢能推出ALK Hi1系列产品,在直流电耗满载状况下可低至4.3kwh/Nm3,同时推出ALK Hi1 plus 产品,直流电耗满载状况下低至4.1kwh/Nm3,在2500A/m2电流密度下,更可低至4.0kwh/Nm3。隆基氢能2022年作为新进入者,产能快速扩张,22年产能达1.5GW,23年产能将进一步扩张至2.5GW,25年规划5-10GW。

阳光电源:对碱性电解槽、PEM电解槽均有布局,二者单机功率分别可达1000Nm3/h、200Nm3/h,2022年底,配备阳光氢能200Nm?/h?PEM电解槽的长江电力绿电绿氢示范项目产氢成功。

华电重工:电解水制氢设备领域,公司1200Nm3/h碱性电解水制氢装置与气体扩散层产品已成功下线。此外,公司持续加大PEM电解设备研发投入,双技术路 线并行发展。华电集团为公司控股股东,依托华电集团,公司与内蒙古华电氢能签署《内蒙古华电包头市达茂旗20万千瓦新能源制氢工程示范项目PC总承包 合同制氢站部分》。同时收购通用氢能51%股权,在PEM原材料端有一定布局。

       原文标题 : 行业报告 | 氢能行业:工业绿氢加速落地,成本下行路径明确

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