2021年氫氣產業現狀,“3+2”示範城市政策帶動氫能源車銷量回暖

2021年氫氣產業現狀,“3+2”示範城市政策帶動氫能源車銷量回暖

一、氫氣產業概述

氫氣不僅是重要的工業原料和還原劑,也是燃料電池的必要燃料。預計隨著燃料電池的推廣和普及,燃料電池汽車進入成熟市場,氫的消耗量也會以驚人的速度增加。

1、製取方式

目前工業制氫的方法主要有以下四種:一是採用化石燃料製取氫氣;二是從化工副產物中提取氫氣;三是採用採用來自生物的甲醇甲烷製取氫氣,四是利用太陽能、風能等自然能量進行水的電解。從大規模製氫的可行性來看,焦爐氣制氫利用煉焦的副產物,天然氣制氫利用化石燃料,雖然按照方法論其二者均適用於大規模製氫,但是受限於原料供應;甲醇裂解制氫具有投資低、建成快、無汙染等特點,並且甲醇作為原料可以更為靈活,但甲醇裂解制氫法難以進行大規模的制氫。從經濟性角度看,焦爐氣制氫和天然氣制氫成本更低,因為原料價格更低。非民用天然氣價格目前正在逐步市場化。

主要制氫方法比較和優劣勢情況

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資料來源:公開資料整理

2、儲存方式

目前主要儲氫技術包括物理儲氫、化學儲氫及吸附儲氫三大類別。其中物理儲氫技術的高壓氣態儲氫技術為目前發展最為成熟、應用最廣泛的技術。液態儲氫為未來重要發展方向,但目前技術主要應用於航天領域,國內民用受政策限制。高壓儲氫主要利用氣瓶作為儲存容器,對於儲氣瓶,全球呈現出從I型儲氫瓶到IV型儲氫瓶的技術發展趨勢。目前車用高壓儲氫瓶的國際主流技術透過以鋁合金/塑膠作為內膽,外層則用碳纖維進行包覆(即III型、IV型瓶),提升氫瓶的結構強度並儘可能減輕整體質量。

各類別儲氫瓶/罐分類及基本特點

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二、氫氣政策背景

氫燃料電池汽車國補政策全面落地,“3+2”的全國燃料電池汽車示範格局正式形成,氫燃料電池汽車大規模商業運營開始。2021年9月,我國首批三個燃料電池汽車示範城市群落地,分別由北京市、上海市和廣東省佛山市牽頭,2021年12月,河南、河北兩大城市群相繼獲批,全國5個燃料電池汽車示範應用城市群共涵蓋47座城市,跨地域開展氫燃料電池汽車推廣,“國家+地方”兩級配套補貼力度大。

氫燃料電池汽車3+2示範城市政策城市分佈

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資料來源:華經產業研究院整理

三、氫氣產業鏈整體簡析

1、燃料電池產業鏈

氫氣是燃料電池的最主要原料之一,也是理想的清潔能源。氫氣產業鏈豐富,上游制氫環節有電解水制氫、化石燃料制氫等;中游為儲氫環節,主要包括液氨儲氫、高壓儲氫等;下游主要應用於電力、供熱以及燃料等行業。目前氫氣主要需求來源燃料電池,作為燃料電池最為關鍵的上游原材料,目前氫氣整體需求隨著氫能政策推動大幅度增長。

燃料電池產業鏈簡圖

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資料來源:華經產業研究院整理

2、上游端

當前國內外氫氣主要是在石化化工行業得到較為廣泛的生產和利用,氫氣作為中間原料,用於生產多種化工產品。資料顯示,2020年,全球利用天然氣(甲烷)生產純氫的產量佔比達到43.8%,僅13.4%的氫氣是透過煤炭生產的。

2020年全球氫氣產量來源佔比分佈情況

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燃料電池成本是限制燃料電池汽車行業發展速度的主要因素,當前燃料電池汽車產業鏈各個環節成本構成如下:氫氣製備:1)當前氫氣製備成本在20-30元/kg水平。2)氫氣運輸成本平均在2元+/kg(200公里以內)。氫氣加註:1)當前1個加氫站建設成本為1000-1500萬/個(500kg/d水平)。2)國內氫氣銷售價格為70元左右/kg。

氫氣製備及運輸成本結構佔比情況

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3、下游端

加氫站作為給燃料電池汽車提供氫氣的基礎設施,隨著燃料電池汽車保有量的不斷增加以及中石化、中石油等能源央企的入局持續加速,國內加氫站數量明顯增加。根據資料顯示,2020年中國加氫站數量上升至118座,其中,已投入運營101座,待運營17座。截止2021年底,我國加氫站已建成218座。整體來看。我國加氫站數量增長增速較快,帶動高壓儲氫需求持續上升。

2017-2021年中國加氫站數量及增長率

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隨著“雙碳政策推進”,我國氫能源車產量銷量增長迅速。2016-2019年產量CAGR達到65%。2020受疫情影響略有滑坡,2021年銷量達1586輛,同比2020年增長35%左右,近五年整體呈產銷量上升趨勢。從2022年前兩個月氫能源汽車產銷量而言,根據中汽協分別達到了355輛和370輛,行業或將迎來爆發期。就氫能源汽車格局而言,目前行業整體市場集中較高,上汽大通、宇通客車等五家企業佔比銷量超7成。

2016-2022年中國燃料電池汽車產銷情況

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四、氫氣發展現狀分析

1、氫氣產量

氫氣屬於可持續發展的清潔能源,整體需求持續增長,根據資料,我國氫氣產量自2014年開始逐年增長,截至2020年到2050萬噸,其中62%的氫氣來源於煤質氫,要想氫能源行業整體發展,受限於氫氣產量整體有限,加之氫氣運輸和儲存成本太高,氫能源應用整體仍處於初步發展階段。

2014-2020年中國氫氣產量變動及來源情況

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資料來源:中國煤炭加工利用協會,公開資料整理,華經產業研究院整理

2、市場價格

氫能發電目前成本較高,根據資料,近日氫氣價格有所下降,至每立方米2.55元左右,氫氣每千克約11.2立方米,經燃料電池可以產生約15度電,則在不考慮補貼狀況下度電成本仍高達1.9元,整體成本仍較高,尚不具備經濟性。

2019-2022年中國氫氣價格走勢圖

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資料來源:公開資料整理

相關報告:華經產業研究院釋出的《2021-2026年中國氫氣行業市場供需格局及投資規劃建議報告》;

3、進出口

就氫氣進出口情況而言,我國作為全球最大的氫生產國,氫氣出口量遠遠大於進口量。根據海關總署資料顯示,截止2020年底,中國氫氣出口數量8560千克,較2019年增長3197千克;氫氣進口數量318千克,較2019年增長271千克。

2014-2020年中國氫氣進出口量變動情況

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資料來源:海關總署,華經產業研究院整理

4、技術發展

氫能源作為技術密集型行業,有著極高的技術要求。早期,國內氫能源相關技術專利的研發較為緩慢,專利年申請量不足百件。自2015年開始,國內氫能源專利申請數量迅速攀升。到2020年,我國氫能源技術專利申請數量為269件。

2010-2020年中國氫能源相關專利申請量變動

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資料來源:公開資料整理

五、氫氣競爭格局

就我國氫能源整體競爭格局而言,中國石化和國家能源集團是國內氫氣產量最大的兩家企業,2020年,國家能源集團年生產400萬噸的氫氣,佔總體產量的16%;中國石化氫氣年生產量達350萬噸,佔全國氫氣產量的14%。國家能源集團和中國石化兩家企業的市場份額佔據三成,其他氫氣生產企業數量多,氫氣生產規模相對較小,市場競爭格局較為分散。隨著其他大型央企進入氫能源行業,未來氫能源行業的市場集中度有望提升。

2020年中國氫能源行業市場份額佔比情況

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六、氫能整體發展趨勢

1、央企佈局

2021年7月份,根據國資委在國新辦新聞釋出會的表示,已有超過三分之一的中央企業在佈局包括制氫、儲氫、加氫、用氫等全產業鏈,均取得了一批技術研發和示範應用的成果。如中國石化和中國石油重點佈局氫能儲運零售終端建設和運營領域,國家能源集團和中船重工重點佈局氫能產業鏈及氫能裝備,國家電投、東方電氣和中船重工將重心放在氫燃料電池及其核心部件,東風集團、一汽集團、中國中車和寶武集團則聚焦終端應用燃料電池汽車、列車、氫冶金。

2、PEM技術發展廣闊

根據電解質系統的差別,可將電解水制氫分為鹼性電解水(ALK)、質子交換膜(PEM)電解水和固體氧化物電解水(SOEC)3種。PEM電解水制氫系統裝置成本高出ALK電解系統裝置成本的6-7倍。2020年,可再生能源(陸上風電、光伏和水電)電解水制氫,ALK平準化成本約23-28元/kg,採用PEM電解水制氫技術成本約為ALK的1.4倍。

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