氢能源行业专题研究：上下游并进，“氢”装上阵

（报告出品：国泰君安证券）

1. 多能互补，“氢”装上阵

1.1. 能源危机叠加碳排压力促进“氢”洁能源发展

化石能源主导的能源结构给可持续发展带来了严峻的挑战。化石能源如 煤炭、石油、天然气，在全球能源消耗中占比高达 80%以上。然而根据 美国能源信息署（EIA）的报道，全球煤炭、原油以及天然气的探明储量 增长逐渐放缓，不可再生能源加速枯竭。2020 年，世界的煤炭储量估计 值为 10,440 亿吨，同比增长 0.43%；原油储量估计值为 16,619 亿桶，同 比增长 0.16%，天然气储量估计值为2,054,000亿立方米，同比增长1.12%。随着不可再生能源的消耗，未来全球对可再生能源的依赖度将逐渐上升。

化石能源是温室气体排放的主要来源。根据IEA统计，2022年与能源相 关的二氧化碳排放量达到了 368 亿吨，同比增长 0.9%。其中煤、石油的 碳排放分别达到了 155 亿吨，112 亿吨，同比增长 1.6%与 2.5%。拉长时 间维度来看，全球温室气体排放量自 1970 年以来增长了 90%，其中 70% 是由于化石能源的使用导致的。减少不可再生能源的使用对于控制温室 气体排放有着至关重要的作用。

1.2. 氢能相对于化石能源更加清洁和高效

氢能相对于化石能源储量更大，热值更高，更加清洁。氢气的单位质量 热值约为 120-140MJ/kg，为原油、汽油的 3 倍左右，煤的 4 倍左右，是 比化石能源更加高效的燃料。此外清洁也是氢能的优势之一，氢气燃烧 只生成水，不会对环境造成负面的影响。而传统的固体燃料如煤、焦炭 等，即使在完全燃烧的条件下，除了排放大量二氧化碳外，还会产生如 NOx，SO2 等有毒气体。来源丰富、绿色低碳、更加高效的氢能对构建清 洁高效的能源体系、实现碳达峰碳中和目标，具有重要意义。

1.3. 需求激增，氢能行业发展迅速

产量、需求齐升，氢能行业加速发展。氢能的发展已成为全球关注的焦 点之一，氢能的需求也不断增长。根据 IEA 的数据统计，2021 年全球氢 气产量达到 9,400 万吨，预计 2050 年，全球的氢气需求量将达到 2.54 亿 吨，增长空间巨大。而中国是世界主要的氢气需求国以及氢气生产国， 根据中国煤炭工业协会数据，2017-2022 年中国氢气产量逐年增长，在 2022 年氢气产量达到了 4004 万吨，预计 2060 年需求量达到 1.3 亿吨， 占全球需求量的 51.2%。

2. 氢能产业链：上游制氢、中游储运、下游用氢

完整的氢能产业链包含了上游氢气的制备、中游氢气的储运以及下游氢 气的使用。根据制备的源头不同，制氢环节可分为“灰氢”、“蓝氢”、“绿 氢”。中游氢气的储存根据氢存在的相态可以分为高压气态储氢、液氢、 固体材料储氢；根据储氢方式的不同可将运氢分为长管拖车运氢、管网 运氢等。在下游，氢气可用于交通（氢燃料电池车）、工业、建筑等不同 领域。

2.1. 制氢：灰氢占据主导，绿氢成本优势显现

氢气按照制取过程的碳排放可分为“灰氢”、“蓝氢”、“绿氢”。灰氢”是 指以化石能源为原料制备的氢气，例如煤气化、天然气重整过程得到的 氢气。“蓝氢”指的是在灰氢的基础上，应用碳捕集碳封存技术（CCS、 CCUS）制备的氢气。“绿氢”是利用可再生能源生产制备的氢气。制氢 环节的成本一定程度上决定了下游用氢产业的经济性。

“灰氢”是国内外最主要的氢气来源。根据 IEA 数据统计，2021 年全球 氢气总产量为 9,400 万吨，其中，天然气制氢占比 55%，煤制氢占比 17%， 工业副产氢占比 16%。而国内，根据中国氢能联盟数据统计，煤制氢是 最主要的制氢途径，2020 年煤制氢产量占总量的 63%，而工业副产氢、 天然气制氢分别占比 22%，13，仅有 2%的氢气来源于电解水。

煤制氢和天然气制氢的原材料成本占 75%以上。原材料的价格波动对制 氢成本影响较大。“蓝氢”是“灰氢”向“绿氢”过渡的产物，以煤炭价 格 800 元/吨，天然气价格 3 元/Nm3 为基准计算，在考虑碳封存及碳税 的影响，煤制氢和天然气制氢的成本分别从 10.8/14.7 元/kg 上涨至 15.6/17.0 元/kg。

电解水制氢是目前最成熟的绿色制氢技术。制备“绿氢”的技术主要有 电解水制氢、太阳能制氢以及生物质制氢。

碱性电解水技术最先规模化应用。电解水制氢主要有四种方法，其中碱 性电解槽（ALK）制氢技术最为成熟，具备规模化生产的条件；其次是 质子交换膜电解槽（PEM）制氢 PEM，目前成本较高；固体氧化物电解 槽（SOEC）制氢技术目前尚处于示范初期，阴离子膜电解槽（AEM）制 氢处于实验室研究阶段。根据 IEA 数据统计，2021 年碱性电解制氢的装 机容量占比例接近 70%，其次是质子交换膜电解制氢，占比 25%，SOEC 以及 AEM 在目前装机容量中比例很小。同时 IEA 预计碱性电解制氢的 占比会在 2022-2027 年内保持在约 60%，到 2030 年时碱性电解氢气和 PEM 电解制氢的总装机容量可能会平分秋色。

随电价降低，绿氢竞争力提升。碱性电解槽和 PEM 技术的电耗成本分 别为 73.3%和 50.6%，是制约规模化应用的最重要因素之一。随着电价 降低，绿氢制备的成本下降趋势明显，当电价低于 0.25 元/kWh 时，制 氢成本降至 16.11 元/kgH2，低于蓝氢成本。当电价进一步低至 0.15 元 /kWh 时，制氢成本为 10.73 元/kgH2 和较灰氢具备成本优势。随着可再 生能源的规模化，电价成本有望达到竞争平衡点。

预计 2030 年底全球电解水制氢装机达到 134GW。根据 IEA数据统计， 电解水的装机容量正在迅速上升，2021 年底已达到 510MW，同比上升 70%。到 2030 年底，全球电解水制氢的装机容量有望达到 134GW。电 解水制氢有望成为未来主流制氢方式之一。

2.2. 储运：多路径并驾齐驱

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