碳中和能源变革前夕氢能投资新机遇.docx
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1、目录1、实现碳中和:中国构建人类命运共同体的重要一步32、氢能:中国实现碳中和的必经之路 5我国煤炭消费占比大,发电供热碳排放占比高达61.93%52.1 我国具备大规模制氢潜力,氢气有望替代非电能源需求 83、氢能:道阻且长,行那么将至113.1 多路径开展带动制氢降本11补贴政策促进燃料电池进入产业化133.2 储运本钱有赖于技术提升164、推荐相关个股174.1 亿华通 688339.SH17美锦能源 000723.SZ 195、风险提示20图表1:过去80万年大G氧化碳浓度(PPM)3图表2: 1750-2019年大气中二氧化碳浓度(PPM) 3图表3:重要国际公约内容.3图表4:局部
2、国家或组织碳中和时间表和减排目标4图表5我国分阶段减排目标规划5图表6:全球,我国碳排放量增长情况(百万吨二氧化碳)5图表7:全球煤炭年产量(MTOE百万吨油当量)6图表8:中国2018年一次能源结构 6图表9:全球2018年一次能源结构 6图表10:中国2018年碳排放来源结构 7图表11:世界2018年碳排放来源结构7图表12:北美2018年碳排放来源结构7图表13:欧盟2018年碳排放来源结构 7图表14:全球氢能价值链8图表15:目前主流制氢技术及本钱 8图表16:各类汽车技术特点比照9图表17:美国以及全球氢气产量11图表18:目前制氢本钱以及碳排放强度12图表19:中国光伏和风电装
3、机容量(百万瓦特)13图表20:氢能产业国家政策及法规 14图表21:氢燃料电池汽车本钱结构 15图表22:燃料电池本钱结构15图表23:氢燃料电池电堆本钱结构 15图表24:单位本钱随产量变动情况(美元/千瓦)15图表25:氢能电堆近期市场价格情况 15图表26:新能源汽车推广应用推荐车型目录分布 17图表27:公司燃料电池发动机市场占有率17图表28:亿华通研发投入情况(万元)18图表29:电堆进口采购金额及进口比例(万元)19图表30:膜电极进口采购金额及进口比例(万元)193、氢能:道阻且长,行那么将至目前我国氢能的推广和运用主要受到本钱、配套以及技术的限制: 本钱因素:1 .制氢本钱
4、:目前我国煤制氢本钱约在元每标方,约为9.9元每千 克,而电解水制氢的本钱约在20-40元每千克,从整体上看我国的制氢本钱 依然有下降的空间。2 .用氢本钱:从技术上看,国内运氢瓶技术、氢气压缩、氢气液化能耗的限制 导致目前用氢本钱的过高。随着储氢罐从35MPa到70MPa的更新迭代,运输 本钱未来有望下降30-50o. 燃料电池汽车本钱:跟传统的燃油车或者跟锂电池车比,氢能源车本钱高, 尚没有到达与燃油车的全寿命平价,需要政策补贴的引导和推动。随着燃料 电池汽车投放量的增加,未来将进入快速降本阶段。 设施配套:目前我国氢能产业的开展主要集中在珠三角、长三角、京津冀、华中 地区氢站的建设和配套
5、尚未能满足大范围商业化运营的需求。加氢站的缺乏 导致氢能源车辆使用上的不便。但如果建造加氢站过多,在燃料电池汽车没有大 量普及的情况下,加氢站的运营难以为继。目前主要以氢能公交、氢能重卡等形 式,在城市、产业园区定点建设加氢站,形成小范围区域内的加氢站网络覆盖。 核心技术:我国氢能源车在生产技术上和国际先进水平相比,还存在差距,关键 技术、核心零部件、包括催化剂在内的关键原材料还需要突破。3.1 多路径开展带动制氢降本目前主流制氢方式主要有四种:化石燃料制氢、工业副产物制氢、电解水制氢、 生物质制氢及其他。对标氢能开展较为领先的兴旺国家,美国有99%的氢气制取来源 于化石燃料,其中95%是通过
6、蒸汽甲烷重整(SMR)制得,另外有 通过天然气的局部氧化 制得,只有1%的氢气源于电解。美国每年氢气产量约一千万公吨,其中只有6仪 是通 过专门的氢制取设施制得的。图表17:美国以及全球氢气产量U.S. H2 Production 10 MMT- Percent by SourceU.S. H2 Production 10 MMT- Percent by SourceGlobal H2 Production 70 MMT- Percent by Source Natural Gas SMRCoal Gasification Electrolysis资料来源:美国能源部,煤气化以及SMR将成为解
7、本最低的制氢工艺。由于煤气化、SMR在CCS技术下带来 的大规模经济效益,在所有的可能性中,在可预见的未来将会成为本钱最低的大规模 氢气制取工艺。利用化石能源制氢是本钱最低的途径。根据IEA报告显示,蒸汽甲烷 重整结合碳获取储存YCCS)制氢本钱在1.43至2.27美元每千克,主要取决于天然气 本钱。煤电结合CCS制氢本钱在1. 16至1.63美元每千克,煤、生物质、塑料混合气 化结合CCS制氢成种1.31至2. 06美元每千克,这些工艺的本钱同样取决于给料的价 格。利用核能风能产生的电力制取氢气的本钱在5至6美元每千克。利用零碳排放电力 制取氢气的本钱是利用化石燃料碳中和制氢本钱的2. 5至
8、4倍。图表18:目前制氢本钱以及碳排放强度SMRCoal Gasification Coal/Biomass Gasification Electrolysis w/*后 uw/90% CCSw/90% CCSw/90% CCS Nuclear or Wind9 2g CO/MJ H3资料来源:IEA Roadmap for Hydrogen and Fuel Cell and DOE Base/ine Stud i es我国煤制氢技术成熟,已实现商业化且具有明显本钱优势。目前我国煤制氢本钱 约在元/标方,存在大规模制氢的基础,且我国煤炭资源充足,煤制氢是我国 当前主要的制氢方式。我国煤炭资源
9、主要的格局是西多东少、北富南贫。内蒙古、山 西原煤产量领先,煤价也相对偏低。当煤炭价格为600元时,大规模煤气化生产氢气 的本钱为1.1元/ Nm3。如果在煤资源丰富的地区,当煤炭价格降低至200元/吨时,制 氢气的本钱可能降低为0.34元/ Nm3o但由于煤炭价格下降空间有限,且煤气化制氢 企业已形成较大规模,未来煤制氢降本钱空间较小。然而煤制氢也存在碳排放问题,虽然未来CCS有望解决C02排放问题,但也会增加制氢本钱。此外,化石燃料制氢技术 生产的气体杂质成分多,如果要应用于燃料电池还需要进一步的提纯,增加纯化本钱。250,000210,478. 38装机容量:太阳能光伏:中国OOOOOO
10、OOOOOO CNCNCNCNCNCNCXICNCsICNCNCNOOOOOOOx-CXICMCNCNCNCM装机容量:风力发电机组:中国资料来源:Wind,我国光4生产费用的8右,图表19:中国光伏和风电装机容量(百万瓦特)峰,电解水制氢前景广阔。由于电费占整个水电解制氢 匕水电解制氢本钱的关键在于耗能问题。一方面通过开发PEM及S0EC技术可降低电解过程中的能耗,另一方面依靠光伏和风电的开展低本钱制氢。 当用电价格低于0、50元每千瓦时,电解水制备的氢气本钱才可与汽油相当。目前电价 下,电解水制氢的本钱在20-40元每千克,随着我国光伏及风电的逐渐扩张,电解水 制氢在未来有望到达平价,当电
11、价下降到元每千瓦,电解水制氢本钱可下降 至10-20元每千克。根据国网能源研究院数据,2019年我国光伏系统度电本钱约0. 29- 0. 80元每千瓦时,到2025年度电本钱在0. 22-0.462元每千瓦时。陆上风电度电本钱约 元每千瓦时,且在未来仍有一定的下降空间,预计到2025年度电本钱在 0. 245-0.512元每千瓦时。工业副产氢制氢尽管提纯工艺相对复杂,但具有技术成熟、本钱低、环境相对友 好等优点,有望成为近期高纯氢气的重要来源。工业副产氢制氢指利用含氢工业尾气 为原料制氢的生产方式。工业含氢尾气主要包括焦炉煤气、氯碱副产气、炼厂干气、 合成甲醇及合成氨等,一般用于回炉助燃或化工
12、生产等用途,利用效率低,有较高比 例的富余。目前采用变压吸附技术(PSA)的焦炉煤气制氢、氯碱尾气制氢等装置已经 得到推广应用,氢气提纯本钱仅0.2元每立方米,计入综合本钱后仍具有明显的经济 性优势。3.2 补贴政策促进燃料电池进入产业化中国燃料电池产业目前情况与2011-2012年的锂电池相似,政策自上而下进行扶 持,技术到达产业化条件,开启产业链国产化进程,企业布局脚步加快。随着燃料电 池产业开展逐渐成熟,中国在燃料电池领域的规划纲要和战略定调已经出现苗头,支 持力度逐渐加大,政策从产业规划、开展路线、补贴扶持和税收优惠等全方位支持燃 料电池产业开展。自2020年以来,政府从国家层面不断加
13、快推出氢能产业政策,补足 上层政策短板,在基础研究、产业引导、示范运营以及整车补贴等方面对燃料电池及2020. 3科技部“制造基础技术与关 键零部件”年度工程 申报指南2020, 4国家能源局中华人民共和国能源法(征求城稿)2020. 4财政部、工信关于完善新能源汽部、科技部、车推广应用财政补贴发改委政策的通知财政部、吴弋开展燃料电池部、科技部、汽车示范应用的通发改委、国家知能源局2020. 92020. 10国务院新能源汽车产业发展规划(20212035 年)氢能产业进行全面支持。其中财政部、工信部、科技部、发改委、国家能源局五部委 于9月21日联合发布的关于开展燃料电池汽车示范应用的通知,
14、明确了氢能“十城 千辆”政策的四方面内容:1 .支持方式将采取“以奖代补”方式按照目标完成情况拨付奖金。2 .示范内容上应找准应用场景,完善政策环境,聚焦关键核心技术创新,构建完整 产业链。3 .示范城市群采取地方自愿申报、专家评审方式确定,鼓励打破行政区域限制,申 报截止至11月15日。4 .组织实施上应确定牵头城市,明确任务分工,强化沟通协调,统筹推进示范。图表20:氢能产业国家政策及法规政策内容-GW政策名称将氢能列入2020年重点专项,拟在氢能、太阳能、风能、可再生 能源等技术方向启动14-28个工程,计划安排国拨经费总概算为 6. 06亿元。首部国家级法律将氢能确定为能源。明确补贴延
15、长2年、减缓退坡力度和节奏、支持车电别离、规定 单车补贴和年度规模补贴数量上限等调整外,改动最大的是燃料 电池汽车的补贴政策。针对产业开展现状,五部门将对燃料电池汽车的购置补贴政策, 调整为燃料电池汽车示范应用支持政策,对符合条件的城市群开 展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励, 形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车开展新模式。 攻克氢能储运、加氢站、车载储氢等氢燃料电池汽车应用支 撑技术。提高氢燃料制储运经济性。 因地制宜开展工业副产氢及可再生能源制氢技术应用开展多种形式储运技术示范应用,逐步降低氢燃料储运成本。 健全氢燃料制储运、加注等标准体系。加强氢燃料平安研
16、究, 强化全链条平安监管。 推进加氢基础设施建设。建立完善加氢基础设施的管理规 范。引导企业根据氢燃料供给、消费需求等合理布局加氢基 础设施,提升平安运行水平。资料来源:公开数据整理,氢燃料电池汽车的高本钱主要源自燃料电池的本钱。对于燃料电池而言,用来加 快反响速率的催化剂含有饴金,本钱较高。现阶段氢能源车产量大约为每年1000辆, 这一产量下电池本钱大约为每千瓦180美元,因此制造一个100千瓦电堆本钱约12. 6 万元,再加上储氢罐、动力电池等本钱,一套氢能源车的动力总成价格逼近20万。根 据D0E数据披露,氢燃料电池汽车生产本钱中燃料电池系统本钱占比高达64% ,而燃料 电池本钱中电堆、
17、储氢系统、空气供给系统占前三位,分别为47?(/22%/11 %。目前电 堆本钱中,催化剂占比36%,双极板占比23%,膜电极占比16%,气体扩散层占比13先质子交换膜占比12% o可见催化剂、双极板、膜电极规模化生产可以带动产业降本。 现阶段我国电堆本钱折合约为190美元每千瓦,当量产到达1万台时,电堆本钱可下降 到39美元每千瓦,仅为目前的21%。随着行业进入规模化生产阶段,电堆本钱将进入 快速下滑轨道。图表21:氢燃料电池汽车本钱结构图表22:燃料电池本钱结构3%23%3%燃料电池电池系统电驱动系统 车身资料来源:美国能源部,64%资料来源:美国能源部,图表23:氢燃料电池电堆本钱结构8
18、%8%4%47%11%22%燃料电堆 氧气供给 储氢系统 增湿换热 空气供给控制系统等图表24:单位本钱随产量变动情况(美元/千瓦)13%13%36%12%US$200US$150US$100US$50US$0178系统本钱电堆本钱0.11251050年产量/万套双极板质子交换膜催化剂 气体扩散层膜电极骨架资料来源:美国能源部,资料来源:美国能源部,资料来源:美国能源部,发布企业国鸿氢能氢璞创能雄楮氢瑞按国家规划2020年底实现全国1万台,2025年到达全国运行量10万台进行估算, 21/22/23/24/25年氢能汽车增量分别为0.5/1/2/3/3. 5万辆,预计23年前后将有一批 氢燃料
19、电堆龙头企业突破重围,燃料电池电堆价格在21-23年将呈现价格战热化,低 效产能退出的局面。假设以2025年龙头企业到达万套规模估算,21-23年电堆本钱将以 每年30%的速度下降。当系统本钱从10元每瓦以上迅速下降到3-4元每瓦,燃料电池将 在重卡领域实现全寿命平价。图表25:氢能电堆近期市场价格情况2020年12月2020年12月发布时间 2019年5月 2020年8月 2020年10月 2020年11月资料来源:公开数据整理,价格6000-8000299924991999(元/千瓦)100)100)(200 台)5000-60003000-4000199919991599(2100 台)
20、(2100 台)(战略合作)(2100 台)02000 台)169911990500 台)(10000 台)3.3储运本钱有赖于技术提升按单位重量计算,氢气具有汽油三倍的能量,但是在常温下,按单位体积能量密 度仅为甲烷的30%,同时氢气具有穿透金属材料的能力,带来运营和平安上的约束。 氢气的运输需要通过高压、低温或者化学处理来实现,这也是目前氢能大规模运用的 首要挑战。气态氢气通常利用管状拖挂车或者管道进行运输,而液态氢气那么通过公路运油车 运输。液态氢的航运通常用于跨国大体量运输。取决于运输的距离以及体量,货车适 用于短途小体量的运输,而公路运油车或管道在长途大体量运输上更为经济。根据美 国
21、能源部唾目前必备商业化运用前景的运氢方式主要有一下三种: 管道运输:现有的天然气管道基础设施具有扩大氢气运输的潜力。将氢混合到天 然气管道网络中可能是将纯氢输送到市场的一种选择,利用下游别离和净化技术 从天然气混合物中提取氢。但管道运输需要对多种影响因素进行评估,从而平安 地将氢气混合到现有的天然气管道系统中(例如气态氢气脆化)。理论上,管道可 以处理15% -38 的氢混合燃料,而不需要进行修改或产生重大的不利影响。虽然 氢压缩可用于运输和存储,但这种压缩带来的能量损失高达20% o卡车运输:短途运输通常使用液体罐车拖车或管道拖车。高压钢瓶和管道拖车能 承受2600磅力每平方英寸(psi)的
22、高压,通常用于200英里距离内的氢气运输及 分发;长途运输使用高压管道拖车,压强是正常输送压强的两倍,运输距离可达 600英里;而低温液氢拖车在接近大气压的条件下运行。 其他方式:与卡车相比,用火车、驳船或轮船运输氢气更为经济。通过使用与卡 车相同的管道或液体罐,这些运输方式不受公路上所遇到的限制。第一艘液态氢 运输船于2019年底在日本下水,预计存储能力为1250立方米(不到一般液化天 然气运输船的1%)。预计未来的设计将具有更大的容量。氢通常以气体或液体的形式储存在小型移动和固定应用的容器中。氢储存目前的 选择包括利用压缩或低温系统、化学系统(如氨)、纳米储存和地质储存,主要涉及一 下三种
23、储存技术:1 .压缩储氢技术:目前常用的储氢罐压力为35MPa和70MPa,国际上70MPa车载 储氢技术成熟,已被应用于乘用车并已实现商业化应用;国内目前还普遍使用35MPa 车载储氢罐,2020年7月21日,涉及车载储氢系统的两项国标修改后正式实施,均 将原范围中的工作压力不超过35MPa修改为70MPa,国标的修改实施有望促进70MPa储氢技术在国内的开展和突破,随着储氢罐的更新迭代,运输本钱未来有望下降so- so% O2 .液氢技术:目前国内液氢技术仅用于航天领域。其优势在于储氢密度大,按每 立方米液氢储罐可储存70公斤,但液化过程能耗高,折合每千克氢气耗电约13千瓦 时,且外部侵入
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