氢能源行业专题报告：“双碳”趋势下的长坡厚雪赛道

（报告出品方/作者：中信建投证券，吕娟）

一、双碳背景下，国内外政策推动氢能发展

1.1 氢能源：实现双碳目标的重要途径

氢气是一种二次能源，其本身具有热值高、能量密度大等特点，且理论上可实现零碳排放。长期以来，氢能在中国一直被认定为高危化工产品，这使得整个氢能产业链在报批建设时存在诸多制约。2020年4月， 国家能源局发布《能源法（征求意见稿）》，将氢能划分成能源范畴，大大提升氢能地位。氢能源的下游应用领域广泛，包括燃料电池汽车、轨交船舶、发电、供暖、化工与冶金等领域，氢能源的广泛应用是 实现双碳目标的重要途径。

1.2 全球推进氢能产业发展

在“碳达峰、碳中和”目标的指引下，可再生能源产业将迎来一波投资浪潮，氢能已经成为国际议程的新焦点。在占全球GDP总量52%的27个国家中，16个国家已制定全面的国家氢能战略，包括中国在内的11个国家正在制定国家 氢能战略。

1.3 国内政策明确支持氢能发展

国家层面对氢能以及燃料电池汽车产 业给予高度重视，并积极引导、支持 其发展。宏观产业政策方面，自“十三五”至 “十四五”，国家连续将新能源汽车 以及燃料电池汽车列入五年科学技术 发展规划中，明确其发展目标、重点 任务以及保障措施等，积极建设“三 纵三横”的研发布局。2022年3月23日，国家发展改革委、国 家能源局联合发布《氢能产业发展中 长期规划（2021-2035年）》，明确了 氢能在我国能源绿色低碳转型中的战 略定位、总体要求和发展目标，将对 我国氢能产业的高质量发展发挥的重 要指导作用。

二、制氢：CCS助力低碳制氢，水解制氢静待突破

2.1 灰氢仍为主要氢源，绿氢比重有望提升

碳排放划分氢气类型：灰氢、蓝氢、绿氢

氢元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，而氢能作为一种二次能源，需要通过制氢技术进行“提取”。根 据氢能生产来源和生产过程中的碳排放情况，人们将氢能分别命名为灰氢、蓝氢、绿氢。

灰氢：使用化石燃料（例如石油、天然气、煤炭等）燃烧制取氢气，并对释放的二氧化碳不做任何处理。目前，市面上绝大多 数氢气是灰氢，约占当今全球氢气产量的95％左右。灰氢的生产成本较低，制氢技术较为简单，而且所需设备、占用场地都较 少，生产规模偏小。

蓝氢：将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制取氢气，同时对释放的二氧化碳进行捕捉与储存（CCS），可实现了低排 放生产。

绿氢：使用可再生能源（例如太阳能、风能、核能等）发电电解或光解制取的氢气，完全没有碳排放。

三种主要制氢方法

我国的制氢工业以引进技术为主，技术相对成熟，与发达国家的差距不大。当前，氢的制取技术主要有三种比较成熟的路线：1）以煤炭、石油、天然气为代表的化石能源重整制氢；2）以焦炉 煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产提纯制氢；3）以电解水制氢为代表的可再生能源制氢。其他技术路线，如生物质直接制氢和光解水制氢等目前产收率较低，仍处于实验和开发阶段，尚未达到规模制氢要求。

氢气制备工艺以化石能源重整为主

2019年全球氢产量11500万吨，主要来自化石能源重整制氢中的天然气制氢，占比达46%。2019年我国氢产量3342万吨，主要来自化石能源重整制氢中的煤制氢，占比达64%。

2.2 化石能源制氢：CCS助力低碳生产

化石能源制氢：煤制氢

化石能源制氢为目前最主要的制氢技术路线，主要包括煤制氢与天然气制氢。煤制氢是工业大规模制氢的首选方式之一，也是我国最主要的制氢方式。其具体工艺过程是煤炭经过高温气化生成合成气（H2+CO）、CO与水蒸气经变换转变为（H2+CO2）、脱除酸性气体 （CO2+SO2）、氢气提纯等工艺环节，可以得到不同纯度的氢气。传统煤气化制氢工艺具有技术成熟、原料成本低、装置规模大等特点，但其设备结构复杂、运转周期相对短、配套装 置多、装置投资成本大，而且气体分离成本高、产氢效率偏低、CO2排放量大。

化石能源制氢：天然气制氢

天然气制氢是北美、中东等地区普遍采用的制氢路线。工业上，由天然气制氢的技术主要有蒸汽转化法、部分氧化法以及天然气催化裂解制氢。蒸汽转化法（SMR）最为常用。甲烷和水蒸气在催化剂以及高温（500~950℃）的条件下发生化学反应：CH4+2H20=4H2+C02， 产物中氢气体积分数可达74%。部分氧化法是由甲烷等烃类与氧气进行不完全氧化生成合成气，需要配置空分装置或变压吸附制氧装置。天然气催化裂解制氢主要则是天然气在催化剂表面发生催化裂解反应生成氢气和碳。（报告来源：未来智库）

化石能源制氢：短期氢气主要来源，投资机会在CCS

煤制氢

煤制氢技术路线可以大规模稳定制氢，成熟高效，价格相对较低，是目前主要的化石能源重整制氢方式。原料煤作为 最主要的消耗原料，约占煤制氢总成本的50%。以成本最低的煤气化制氢技术为例，每小时产能54万方合成气的装置，在原料煤(6000大卡，含碳量80%以上）价格 600 元/吨的情况下，制氢成本约8.85元/千克。结合尚处在探索示范阶段的碳捕获与封存技术（CCS）以控制化石能源重整制氢的碳排放，按照煤制氢路线单位氢气 生成二氧化碳的平均比例计算，增加CCS后以上设定条件下的制氢成本约为15.85 元/千克。今后，随着国内CCS技术 的进一步开发，煤制氢成本有望下降。

天然气制氢

与煤制氢装置相比，天然气制氢投资低、CO2排放量小、耗水量小、氢气产率高，是化石原料制氢路线中理想的制氢 方式。然而，我国化石资源禀赋特点是“富煤、缺油、少气”，原油与天然气对外依存度高，在此能源供给现状的大背景下， 采用天然气制氢存在气源供应无法保障、天然气价格高企的现实问题 。但从长远来看，由于我国非常规天然气资源（页岩气、煤层气、可燃冰等）十分丰富，随着未来非常规天然气开采技 术进步、开采成本降低，必将迎来天然气大发展的时期，届时采用天然气制氢预计要比煤制氢更具优势。

三、储氢端：产业链瓶颈环节，期待技术突破

3.1 储运：高压储氢为主导，多条技术路线并进

氢的储存主要包括四种形式

氢的储存要求安全、高效、低成本、便捷，主要技术指标有容量、加注便捷性、耐久性等。当前，氢的储存主要由气态储氢、液态储氢、固体储氢和有机液体储氢四种形式：

(1)气态储氢，是将氢气压缩到一个耐高压的容器里进行储存的方式。储运工具主要包括高压长管拖车和管道运输;

(2)低温液态储氢，是将氢气冷冻至零下252.72℃以变为液体加注到绝热容器中进行储运，储运工具主要为液氢槽罐车;

(3)固态储氢，是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式进行氢储运， 对储运工具并无特殊要求;

(4)有机液体储氢，是通过加氢反应将氢气固定到芳香族有机化合物并形成稳定的氢有机化合物液体，最终以液体槽罐 车进行储运。

高压气态储氢占主导

高压气态储氢是现阶段的主要储氢方式，其容器结构简单、充放氢速度快，是目前最常用且发展成熟的技术。根据材质的不同，高压储氢瓶分为纯钢制金属瓶（I型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（II型）、金属内胆纤维缠绕瓶（III型） 和塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型）4种。I型瓶、Ⅱ型瓶技术成熟且成本低，但储氢密度低、安全性能差，且钢材质重量 较高，难以满足车载储氢密度要求，主要用于加氢站等固定式场景；Ⅲ型、Ⅳ型瓶由内胆、碳纤维强化树脂层及玻璃 纤维强化树脂层组成，明显减少了气瓶质量，提高了单位质量储氢密度，因此车载储氢瓶大多使用Ⅲ、Ⅳ型两种容器。工业领域，20MPa钢制氢瓶已广泛应用，且与45MPa钢制氢瓶、98MPa钢带缠绕式压力容器组合应用于加氢站。车载领域，70MPa Ⅳ型瓶已广泛应用于海外车载领域，我国燃料电池商用车载储氢方式以35MPa Ⅲ型瓶为主，70MPa Ⅲ型瓶也已小批量应用。

3.2 加氢站：建设提速，规模化、国产化助力降本

加氢站建设是氢能源战略的关键一环

加氢基础设施是氢能利用和发展的中枢环节，是为燃料电池车充装燃料的专门场所。不同来源的氢气经氢气压缩机增 压后，储存在高压储罐内，再通过氢气加注机为氢燃料电池车加注氢气。在商业运行模式下，乘用车氢气加注时间一 般控制在3-5分钟。加氢站的技术路线有站内制氢和外供氢两种。其中，站内制氢加氢站包括电解水制氢、天然气重整制氢等方式，降低 运输费用的同时也增加了加氢站运营的难度。外供氢加氢站则是通过长管拖车、管道输送氢气、液氢运输后，在站内 进行加压、存储和加注，运输成本相对更高。

我国加氢站建设数量逐年提高

与高速发展的氢能制储运、燃料电池产业对应，国内加氢站建设需求量也在激增，其建设进程随着中石化、中石油等 能源央企的入局持续加速。据香橙会，截至2021年7月1日，中国累计建成146座加氢站(不含3座已拆除加氢站)，其中 有136座已投入运营，待运营的有10座，另有71座在建中、117座规划中。预计2021年底将累计建成加氢站超200座。据GGII预测，2035年我国加氢站数量将突破2000座，交通加氢设施初现规模。

中国加氢站建设增长势头强劲

截至2021年12月31日，国内已建成加氢站共计181座，在建/拟建加氢站共计229座，增长势头强劲。从现有加氢站区域保有量来看，广东省加氢站38座，居于全国首位。山东、江苏、湖北等地加氢站保有量均超10座。2020年以来建成的加氢站主要分布在广东、山东、湖北、河北、北京等5省和直辖市。

四、应用端：交通先行，工业、电力与建筑领域并进

4.1 燃料电池系统具批量生产能力，核心零部件依赖进口

燃料电池的概念及技术

氢燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。氢燃料电池由阴极、阳极以及夹在电极之间的电解质膜组成，当氢气通过电池阳极时，涂在电极上的阳极催化剂将氢 气分解为H+离子和电子，其中H+离子透过中央的电解质薄膜到达阴极，并与空气中的氧气、外界回路的电子通过阴 极催化剂反应生成纯水。电子在通过外界回路时产生电子流，从而进行负载工作。氢燃料电池的反应过程中不涉及燃烧，能量转换率可高达60-80%，实际的使用效率是普通内燃机的2-3倍。

燃料电池分为五种类型，质子交换膜燃料电池为主流

目前，燃料电池技术主要有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池。从商业应用上来看，质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是最主 要的三种技术路线。质子交换膜燃料电池由于其工作温度低、启动快、比功率高等优点，非常适合应用于交通和固定式电源领域，逐步成为现阶段国 内外主流应用技术。固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，常用在大型集中供电、中型分 电和小型家用热电联供领域作为固定电站。

4.2 工业、交通、电力、建筑四大下游应用领域

氢能源的有效利用既可以减少碳排放，又可以降低对化石能源的依赖，应用场景丰富。

工业领域的“绿氢转型”

在炼化、钢铁、冶金等工业领域，实现“绿氢转型”可以大幅减少工业部门的碳排放。目前，工业部门的碳排放约占全部能源二 氧化碳排放的31%，特别是钢铁、化工石化、水泥石灰、铝等四大行业的排放虽约占工业总排放量的四分之三。目前灰氢用于甲醇生产、氨生产以及氢冶金领域，绿氢可以在不改变设备或技术的情况下取代大部分灰氢，消除生产灰氢导致的 二氧化碳排放。目前，瑞典、德国部分钢铁公司已开展了纯氢冶金示范，目前处于示范阶段。未来，氢气作为新工业原料，还可通过合成航空燃 料、合成氨作为运输用燃料等方式，在钢铁、航空、船运等难以脱碳行业中发挥重要作用。

交通运输领域：氢能应用市场发展的突破口

在氢能应用体系中，交通运输领域为氢能下游应用市场发展的突破口。氢燃料电池汽车（FCV）因其具有良好的环境相容性、能量转换效率高、续航里程长、加注燃料时间短等特点，被视 为很有前景的清洁能源汽车；在能源的获取上，氢气的制取来源多样，可克服传统能源有限的约束。其中，氢燃料电池商用车（包括客车、物流车、重卡）将率先实现产业化的应用与运行，除了政策的激励效应外，大 功率、长续航的氢燃料电池商用车在全生命周期层面经济性更强，预计将在2030年前取得与纯电动车型相当的全生命 周期经济性。

电力领域：氢储能有望成为电网的“稳定器”

当前我国光伏、风电等可再生能源迅猛发展，但其具有波动性、随机性、发电设备的低抗扰性和弱支撑性等特点，给 电网带来高效消纳、安全运行和机制体制三大挑战。氢储能具备大规模、长周期优势，可实现可再生能源电力时间、空间转移，将成为拓展电能利用、应对可再生能源随 机波动的最佳方式之一。2021年4月，国家能源局印发《2021年能源工作指导意见》，提出以需求为导向，探索开展氢储能及其他创新储能技 术的研究和示范应用。氢能作为储能载体，将成为未来可再生能源发展的有力保证。

建筑领域：助力建筑供热领域碳减排

热电联供应用模式：利用氢燃料电池为建筑、社区等供热，并作为备用电源，与电力、热力等能源品种实现互联互补， 提高能源利用效率。如日本自2009年开始推广家用燃料电池热电联供系统，普通家庭40%~60%的能源消耗可由此系统 供给，商业化应用推广较为成功。天然气掺氢供暖供电：在加拿大、美国和西欧等主要供暖市场，将一定比例的氢气混合到天然气管网中，对锅炉和煤 气灶等最终使用设备几乎没有影响。2022年1月，国家电投荆门绿动电厂成功实现15%掺氢燃烧改造和运行，成为全球 首个在天然气商业机组中进行掺氢燃烧的联合循环、热电联供示范项目。（报告来源：未来智库）

五、相关设备企业分析

冰轮环境：深耕压缩机领域，氢能压缩机已实现进口替代

冰轮环境以制冷压缩机起家，掌握“全压力、宽温区、多工质”核心技术，服务于冷链物流、中央空调、工业余热利 用及城市集中供热；“双碳”背景下，冰轮环境积极布局了CCUS（碳捕获、利用与封存）和氢能两大新领域。氢能布局方面，目前公司已搭建氢能技术研发孵化平台，且在氢能压缩机产品方面布局完整，已覆盖氢液化、氢储运、 加氢站和燃料电池全产业链，技术达到国际先进水平；氢能客户方面，公司已与国富氢能、东德实业、重塑科技等企 业实现战略合作，率先实现进口替代。

厚普股份：围绕加氢站建设一体化布局

厚普股份的主营业务涵盖天然气/氢能加注设备的研发、生产和集成等，目前以天然气、氢能、航空装备、电子信息四 大产品为发展主线。厚普股份具备加氢站建设的EPC总包、设备集成、技术服务等覆盖整个产业链的能力。在公司建设的加氢站中，加氢 机（包括加氢枪，质量流量计）和站控系统均为公司自研自制产品，最大自制率约30%-35%。公司自主研发活塞式氢气压缩机目前已通过了1,000小时的连续运行测试，预计量产后可提高最大自制率至60%-70%。

大元泵业：国内屏蔽泵龙头，已批量销售燃料电池高压液冷泵

大元泵业为国内屏蔽泵龙头企业，主要产品包括民用水泵(小型潜水电泵、井用潜水电泵、陆上泵等)、家庭用屏蔽泵 (热水循环屏蔽泵等)及工业用屏蔽泵。燃料电池高压液冷泵的主流产品与技术提供商。公司目前客户资源丰富，已与60余家下游燃料电池系统客户建立合作 关系，包括上海捷氢、北京亿华通、潍柴动力、博世动力、康明斯、未势能源科技、国鸿氢能等，在手订单呈快速增 长态势。

报告节选：

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