1、 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 能源轉型產業報告 2023 年 12 月 21 日 氫能氫能及燃料電池及燃料電池 氫能氫能產業發展研究報告產業發展研究報告 氫能作為一種清潔的二次能源，在全球能源低碳轉型的大背景下，必將成為氫能作為一種清潔的二次能源，在全球能源低碳轉型的大背景下，必將成為我國能源結構的重要組成部分和新型電力系統的有力補充。我國能源結構的重要組成部分和新型電力系統的有力補充。然而，受制于氫的理化性質，氫能在制取、輸運、分銷等環節，仍有諸多瓶頸，高昂的終端使用成本限制了氫能的規?；瘧?。然而，氫能不僅可以作為交通領域的綠色燃料，在鋼鐵冶金、石油化工等領域均有廣泛

2、應用前景。我國作為氫產銷的全球第一大國，化石燃料制氫的綠氫替代具有廣闊的市場空間。通過管道供應工業綠氫需求，有望打破氫能規?；l展瓶頸。本報告通過分析工業、交通、能源等領域的氫能潛在應用場景，搭建了我國本報告通過分析工業、交通、能源等領域的氫能潛在應用場景，搭建了我國未來綠氫需求預測的分析框架，基于過往行業數據，預測了我國綠氫潛在需未來綠氫需求預測的分析框架，基于過往行業數據，預測了我國綠氫潛在需求規模。求規模?；趫蟾嫜芯糠中袠I預測，隨著綠氫在化工工藝中逐步替代化石燃料制氫，其需求將隨著綠氫滲透率的提高而快速增長，研究預計，綠色氮肥和綠色甲醇行業綠氫需求在 2030 年分別可達到 17 萬和

3、 13 萬噸。在冶金和石油煉化行業，2030 年將分別產生 22 萬和 16 萬噸綠氫需求。在交通和能源領域，綠氫需求到 2030 年分別可達 75 萬和 140 萬噸?；谝陨闲枨箢A測，我國綠氫終端需求總量，在 2030 年有望達到約 285 萬噸，能夠支撐氫能長輸管道及電解制氫設備產業長期發展。隨著我國可再生能源和新型電力系統的不斷發展，對電解制氫設備波動適應隨著我國可再生能源和新型電力系統的不斷發展，對電解制氫設備波動適應性的要求也將越來越高。性的要求也將越來越高。PEM 制氫設備具有更好的調節性能，但其較高初始投資阻礙了其大規模推廣，需要通過自主化打破國外技術壁壘，降本增量，以推動大規

4、模應用。風險提示：風險提示：氫能產業政策不及預期，制氫及儲運技術發展不及預期，制氫成本下降不及預期，商業模式形成不及預期，綠氫未來實際需求與本預測不一致。作者作者 分析師分析師 于夕朦于夕朦 執業證書編號：S1070520030003 郵箱： 聯系人聯系人 雷靈龍雷靈龍 執業證書編號：S1070122120005 郵箱： 相關研究相關研究 1、熔鹽儲能發展及其安全問題淺析行業/公司名稱（選填）2023-12-04 2、我國電力金融市場研究建議報告能源轉型產業報告2023-11-22 3、老舊風場“以大代小”技改市場分析與政策建議2023-11-21 能源轉型產業報告 P.2 請仔細閱讀本報告末

5、頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 內容目錄內容目錄 1.氫能產業是能源革命下的必然選擇.4 1.1 發展氫能是踐行雙碳戰略的重要手段.5 1.2 氫能是保障能源安全的重要手段.6 1.3 發展氫能已成為發達經濟體的共識.7 2.長鏈條多環節制約氫能產業發展.8 2.1 綠電電解水是當前綠氫獲取的必由之路.9 專題 1 國內堿性電解制氫項目規?；厔菝黠@.10 專題 2 國內部分兆瓦級 PEM 電解制氫項目.11 2.2 儲運效率仍是瓶頸.11 專題 3 我國管道輸氫現狀.12 2.3 氫能應用前景廣泛，工業應用是重要方向.13 2.4 經濟性仍是規?；瘧玫淖罱K裁判員.13 3.我國氫能潛在需求

6、預測.15 3.1 工業應用.15 3.1.1 合成氨.16 3.1.2 合成甲醇.18 3.1.3 綠氫冶金.21 3.1.4 石油煉化.23 3.2 交通運輸.25 專題 4 船舶對綠色燃料的需求.26 3.3 能源替代.27 專題 5 氫能與新型電力系統.28 3.4 總需求預測.29 3.5 承載能力.29 4.機遇與挑戰.30 風險提示.31 圖表目錄圖表目錄 圖表 1：2018 年中國能流圖.4 圖表 2：煤化工產業鏈圖譜.5 圖表 3：新型電力系統各環節矛盾.5 圖表 4：我國油氣進口量及對外依存度 單位：萬噸.6 圖表 5：美國削減通脹法案和歐洲凈零工業法案.7 圖表 6：20

7、20 年我國氫氣產銷情況.8 圖表 7：氫能產業鏈條.8 圖表 8：四種電解制氫技術路線.9 圖表 9：國產 PEM 制氫系統.9 圖表 10：國產堿性電解水制氫系統.9 圖表 11：2018-2023H1 中國電解槽總需求情況.10 圖表 12：國內部分兆瓦級 PEM 電解制氫項目.11 圖表 13：氫在不同溫度壓力下的密度.11 圖表 14：代表性儲氫材料的特性.12 oXhVaXvZiVpWbWsUoYkX7N8Q9PpNoOmOmPkPpOmOiNtRrM6MnMnNxNoPuNNZrRtN能源轉型產業報告 P.3 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表 15：不同能源

8、車輛能耗及使用成本對比.13 圖表 16：不同能源車輛能耗及使用成本對比.14 圖表 17：制氫成本電價敏感性分析.15 圖表 18：新技術的 S 型增長曲線.15 圖表 19：氨在全球的應用.16 圖表 20：天然氣合成氨與綠氨的工藝及溫度變化范圍對比.16 圖表 21：全球氮肥用量 單位：kg/公頃.17 圖表 22：2023-2050 我國合成氨需求量預測 單位：萬噸 每頃氮肥用量 kg.17 圖表 23：2023-2050 我國合成氨綠氫需求預測（不含燃料用途）單位：萬噸.18 圖表 24：全球甲醇供給和需求平衡 2017-2022E.18 圖表 25：IRENA 對未來全球甲醇需求的

9、預測.19 圖表 26：我國甲醇消費格局.20 圖表 27：2023-2050 年我國甲醇總產量及可再生甲醇產量預測.20 圖表 28：鋼鐵冶煉工藝的長短流程.21 圖表 29：綠氫冶金與傳統高爐工藝對比.21 圖表 30：2023-2050 我國未來鋼鐵產量預測 單位：萬噸.22 圖表 31：2023-2050 我國鋼鐵綠氫需求潛力及滲透率假設 單位：萬噸.23 圖表 32：渣油加氫工藝流程.24 圖表 33：2023-2050 我國煉化行業綠氫需求潛力及滲透率假設 單位：萬噸.24 圖表 34：2018 年至 2022 年柴油、航空煤油、船用燃料油使用量 單位：萬噸.25 圖表 35：20

10、23-2050 我國交通領域綠氫需求潛力及滲透率假設 單位：萬噸.26 圖表 36：2023-2050 我國能源領域綠氫需求潛力及滲透率假設 單位：萬噸.27 圖表 37：風光發電出力特性與負荷需求差異 單位：MW.28 圖表 38：基于假設的我國 2023-2050 綠氫總需求預測.29 能源轉型產業報告 P.4 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 1.氫能產業是能源革命下的必然選擇氫能產業是能源革命下的必然選擇 我國生態環境問題，本質上是高碳的能源結構和高耗能、高碳的產業結構問題我國生態環境問題，本質上是高碳的能源結構和高耗能、高碳的產業結構問題。實現碳達峰、碳中和，是以習近

11、平同志為核心的黨中央統籌國內國際兩個大局作出的重大戰略決策，是著力解決資源環境約束突出問題、實現中華民族永續發展的必然選擇，是構建人類命運共同體的莊嚴承諾。二氧化碳和常規污染物的排放具有同源性，大部分都來自化石能源的燃燒和利用。做好碳達峰、碳中和工作，有利于推動總量減排、源頭減排、結構減排，實現減污與降碳、改善環境質量與應對氣候變化協同增效。從我國能流圖中能夠看到，我國目前的能源結構中，一次能源側仍以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主。而要實現雙碳目標，除了要大力發展可再生能源，改變整個能源供給的結構，也必然會在能源加工、下游應用等各環節帶來巨大變革。也就是要在整個能源結構上，實現根本性的轉變。

12、圖表1：2018 年中國能流圖 1孫文文,何國慶.基于能流圖和碳流圖的我國能源結構轉型分析及展望J.分布式能源,2022,7(04):10-17.DOI:10.16513/j.2096-2185.DE.2207402.資料來源：孫文文等基于能流圖和碳流圖的我國能源結構轉型分析及展望 電力系統難以獨自承擔能源結構的重大變革，難以滿足產業和經濟發展對燃料和生產原電力系統難以獨自承擔能源結構的重大變革，難以滿足產業和經濟發展對燃料和生產原料的需求。料的需求。原油經過裂解(裂化)、重整和分離，可提供炔烴、烯烴、芳香烴及合成氣等基礎化工原料。從這些基礎原料可以制得各種基本有機原料如甲醇、甲醛、乙醇、乙醛

13、、醋酸、異丙醇、丙酮、苯酚等，應用生產生活的各個方面。煤炭也可通過煤制天然氣、煤制油、煤制烯烴、煤制醇醚、煤經焦碳制電石、煤制合成氨等煤化工工藝提供一系列化工和工業產品。根據中國煤炭工業協會發布的2022 煤炭行業發展年度報告，2022 年我國現有煤制油、煤制氣、煤(甲醇)制烯烴、煤制乙二醇產能分別達到 931 萬噸、61.25 億立方米、1672 萬噸、1155 萬噸。而根據中國氮肥工業協會 2021 年的年度工作報告，2020年我國合成氨和尿素產能分別為 6676 萬噸和 6634 萬噸，甲醇總產能到達 9141 萬噸/能源轉型產業報告 P.5 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁

14、聲明 年，原料均為煤炭、天然氣等化石能源，其中 75%以上為煤炭。這些工業需求及交通物流領域的燃料需求，都難以簡單地實現電氣替代。圖表2：煤化工產業鏈圖譜 資料來源：iFinD 智能投研 1.1 發展氫能是踐行雙碳戰略的重要手段發展氫能是踐行雙碳戰略的重要手段 在能源清潔低碳轉型的大背景下，電力系統在整個能源結構中的地位愈加凸顯，也對新型電力系統提出了更高要求。圖表3：新型電力系統各環節矛盾 資料來源：長城證券產業金融研究院整理 在發電側，國內電力供需錯配問題難以解決。我國可再生能源并網規模和比例持續攀升，根據中電聯的數據，截至 2022 年 12 月底，風電光伏裝機占比達到 30%，但是發電

15、量占比僅為 14%?？稍偕茉窗l電出力隨機性、波動性大，導致電力平衡難度增加，電力供需錯配問題加劇。高比例的可再生能源并網將導致電力供給與負荷之間出現明顯的跨時和季節性不匹配的特性，有效解決該問題的辦法是將可再生能源所發電力轉化為其它能源轉型產業報告 P.6 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 能量介質進行大規模儲存，在適當時機再重新發電并入電網。在網側也就是電力系統部分，電網的外送能力不能滿足新能源發電項目的外送需求。具體表現為，在中東部的分布式新能源資源總量不足以支撐當地負荷需求，而西部、北部的富集新能源仍需要跨區外送，需要通過大電網、大平臺才能實現高比例新能源的消納，依托大

16、電網才能保障能源電力供應的安全。而在用戶側，當前電動汽車充電并沒有完全實現預期的調峰充電，為電網提供調蓄，而往往由于用戶使用習慣集中在特定時段，反而增加了電網調峰的壓力。最后，在儲能領域，日益增長的可再生能源并網發電規模，對儲能產生了巨大且迫切的需求，然而，當前的儲能技術在經濟性、儲能功率、儲能時長、系統壽命、安全性等指標上離實現雙碳目標的需求仍有很大距離。在能源低碳轉型的背景下，氫能作為一種清潔能源和良好的能源載體，一方面，可以在一定程度上替代終端能源消費中的化石能源，滿足我國長期經濟發展的能源需求；另一方面，可以作為大規模應用的長時儲能介質，可以促進風光消納，滿足電網儲能需求，進而助力構建

17、可再生能源占比逐漸提高的新型電力系統。氫能將成為未來我國能源體系的重要組成部分，對于構建清潔低碳的能源體系，保障國家能源安全具有十分重要的意義。1.2 氫能是保障能源安全的重要手段氫能是保障能源安全的重要手段 能源是工業的糧食，是國民經濟的命脈，更是國民經濟發展的重要物質基礎。能源安全是關系國家經濟社會發展的全局性、戰略性問題，對國家繁榮穩定、人民生活改善、社會長治久安等至關重要。自改革開放以來，我國經濟快速增長帶動能源生產和消費需求持續攀升，目前我國已成為全球第一大能源生產國和消費國，我國能源需求未來還將進一步增長，能源安全愈發成為攸關國家經濟發展的重大戰略。所謂能源安全是指一個國家或地區可

18、以持續、穩定、及時、足量和經濟地獲得所需能源資源的狀態或能力。能源安全所追求的是以坐地的經濟代價獲取所需的能源。當前，世界正處于百年未有之大變局中，國際地緣政治沖突加劇、全球經濟低迷、氣候治理壓力空前，疊加過去幾年新冠疫情的影響，使得我國所面臨的能源形勢日益復雜，不確定性使得我國所面臨的能源形勢日益復雜，不確定性和不穩定性顯著增加，能源安全面臨嚴峻的挑戰。和不穩定性顯著增加，能源安全面臨嚴峻的挑戰。圖表4：我國油氣進口量及對外依存度 單位：萬噸 資料來源：中國油氣產業發展分析與展望報告藍皮書（2022-2023），長城證券產業金融研究院整理 我國能源資源稟賦具有富煤、貧油、少氣的特點，受到國內

19、資源稟賦制約，國內能源供給難以滿足需求，中國保障能源供應特別是油氣資源供應嚴重依賴于國際油氣市場，這也導致我國油氣資源對外依存度居高不下，國際油氣市場的穩定，對中國的能源安全、經濟安全乃至國家安全的影響會越來越大。一方面，當前全球地緣政治緊張、大國博弈能源轉型產業報告 P.7 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 加劇加之新冠疫情肆虐、自然災害頻發，導致我國油氣資源供給不確定性較大；另一方面，全球對油氣資源的需求持續增加，油氣大宗商品國際交易遵循“東方交易、西方定價、美元計價、期貨基準”的格局，我國在油氣資源國際交易中缺乏定價權，油氣資源價格不確定較大。油氣資源供給及價格的不確定性

20、嚴重威脅了我國能源安全，制約我國經濟長期可持續發展。氫可以高效便捷的由可再生能源發電后通過水電解制取，我國作為當前全球可再生能源發電第一大國，發展氫能不但可以保障可再生能源的有效利用，還能保障我國能源領域燃料及工業原料等需求的供給安全。1.3 發展氫能已成為發達經濟體的共識發展氫能已成為發達經濟體的共識 本世紀初開始美國、歐盟、日本等國家和地區已陸續將發展氫能產業及燃料電池發電技術上升為國家戰略，并結合自身稟賦特征與產業現狀，制訂氫能產業發展規劃，對氫能產業予以補貼，支持關鍵技術的研發，大力推動氫能及燃料電池的產業化發展。美國是最早將氫能列入能源戰略的國家；歐盟早期則通過清潔能源立法，支持氫能

21、與燃料電池的發展，將氫能視為能源安全及能源轉型的重要保障；日本同樣高度重視氫能的發展，并提出建設“氫能社會”的愿景目標，希望通過氫能和燃料電池技術的開發應用，實現能源獨立。綜合來看，全球氫能相關技術日益成熟，氫能工業初具規模，氫能基礎設施建設及相關產業正加速發展。2022 年 8 月 16 日美國削減通脹法案簽署生效，計劃在未來十年內通過執行 15%的企業最低稅率、處方藥價格改革、增強稅收執行力度等方式增加約 7400 億美元的財政收入，其中用于能源安全及氣候轉型投資共 3690 億美元。2023 年 3 月 16 日，歐盟委員會也發布凈零工業法案和關鍵原材料法案提案，旨在確保歐盟在全球綠色工

22、業技術方面處于領先地位，同時也回應了美國削減通脹法案引領的綠色投資競爭。凈零工業法案旨在促進歐盟清潔能源領域的制造和生產，目標到 2030 年，歐盟整體戰略凈零技術制造能力接近或達到歐盟部署需求的至少 40%。圖表5：美國削減通脹法案和歐洲凈零工業法案 美國削減通脹法案 歐洲凈零工業法案 包含全球首個清潔氫稅收抵免政策。清潔氫氣生產商可獲得的稅收抵免規模取決于每個項目的生命周期溫室氣體（GHG）排放量，此外還取決于工作人員的工資標準。法案中的抵免額度可能會為美國清潔氫項目增加約 130 億美元的資金。法案中合格清潔氫氣 的基本稅收抵免率被設定為0.60 美元/公斤，并根據所生產的氫氣的生命周期

23、排放量（以二氧化碳當量（CO2e）計算）進行滑動。每公斤氫氣的生命周期二氧化碳當量排放量低于 0.45 公斤時將獲得 100%的抵免，0.45-1.5公斤二氧化碳當量/公斤時將獲得 33.4%的抵免，1.5-2.5 公斤二氧化碳當量/公斤和 2.5-4 公斤二氧化碳當量/公斤的抵免則分別為 25%和 20%。新法案中的工資要求將是稅收抵免規模測算的最重要的部分，若能遵守對工作人員特定工資要求，可將稅收抵免的規模乘以 5 倍。此外，氫氣生命周期的排放量是從 井到門 計算的。采用碳捕集與封存(CCS)技術的化石燃料制氫項目（通常稱為藍氫項目）將難以受益于生產稅收抵免政策?？紤]到上游甲烷排放和工廠運

24、行時所用電力的范圍二排放，即使該工廠采用了 CCS 技術，每千克藍氫的生命周期排放將保持在三千克二法案涉及光伏和光熱、陸上風能和海上可再生能源、電池和儲能、熱泵和地熱能、電解槽和燃料電池、生物甲烷等。其在氫能領域的目標是在 2030 年至少達到 100GW 氫氣的電解槽總裝機容量。REPowerEU 計劃預計到 2030 年將生產1000 萬噸國內可再生氫氣，并進一步進口 1000 萬噸可再生氫氣。為了確保歐盟的技術領先地位轉化為商業領先地位，在歐盟委員會和歐洲清潔氫氣聯盟的電解槽聯合宣言的支持下，歐盟電解槽制造商應進一步提高產能，以便到 2030 年，正在部署的電解槽總裝機容量至少達到 10

25、0GW。隨上述法案誕生的歐洲氫能銀行計劃，擬建立完整的氫能價值鏈，以進一步推動歐洲氫能源發展速度。歐洲氫能銀行將促進和支持歐盟內部可再生氫的生產和吸收，以及從國際合作伙伴向歐洲消費者進口。最終助力歐盟實現到2050 年碳中和的目標。歐盟將于今年秋季在創新基金下，啟動首批可再生氫能試點拍賣，專項預算為 8 億歐元，這將是氫能銀行的第一個金融工具。能源轉型產業報告 P.8 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 美國削減通脹法案 歐洲凈零工業法案 氧化碳以上。因此，藍氫生產設施最多只能獲得每千克 0.60美元的抵免額度。資料來源：Inflation Reduction Act,Net-Z

26、ero Industry Act，長城證券產業金融研究院 2.長鏈條多環節制約氫能產業發展長鏈條多環節制約氫能產業發展 從我國氫的生產和消費構成上看，根據中國氫能聯盟的數據，截至 2020 年，我國氫氣消費需求為 3342 萬噸，其中，66%作為原料用于化工合成，其中 32%用于合成氨、27%用于合成甲醇。但傳統制氫主要依靠煤和天然氣等碳基化石能源，產生大量碳排放。圖表6：2020 年我國氫氣產銷情況 資料來源：中國氫能聯盟2020中國氫能源及燃料電池產業發展報告，長城證券產業金融研究院整理 圖表7：氫能產業鏈條 資料來源：長城證券產業金融研究院整理 氫能以往作為一種化工產品，其產業鏈很長，主

27、要包括“制-儲-運-加-用”五個環節，即上游制氫，中游氫儲運、加氫站，以及下游多元化的應用場景，如上圖所示。氫能每個環節的技術路徑多種多樣，需要滿足具體的應用場景需求。但總的來看，較長的產業鏈條和氫自身特性，導致當前氫能在制取、儲運、分銷等多個環節都遇到了發展瓶頸。能源轉型產業報告 P.9 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 2.1 綠電電解水是當前綠氫獲取的必由之路綠電電解水是當前綠氫獲取的必由之路 氫能來源多樣，不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重整、生物質熱裂解，或微生物發酵等途徑制取，還可以來自焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業副產氣，也可以利用電解水制取。當前制氫原料主

28、要以石油、天然氣、煤炭等化石資源為主,較之于其他制氫方法,化石能源重整制氫工藝更為成熟,原料價格相對低廉,但會排放大量的溫室氣體,污染環境。根據中國氫能聯盟，我國當前制氫仍以煤炭為主，占比為 64%，天然氣次之，占比為 14%，與“富煤貧油少氣”的能源稟賦特征相符。在當前技術水平下，唯有水電解制氫與可再生能源發電結合，才可實現全生命周期綠色清潔，并拓展可再生能源的利用方式。電解水制氫其基本原理是在直流電的作用下，通過電化學過程將水分子解離為氫氣與氧氣，分別在陰、陽兩極析出。根據技術及結構原理差異，可分為堿水電解（ALK）、質子交換膜純水電解（PEM）、陰離子交換膜水電解（AEM）、固體氧化物水

29、電解（SOEC）等方案，前三種反應溫度約在 7090 攝氏度，SOEC 需要在 700-800 攝氏度的高溫下進行反應。其中堿水電解（ALK）、質子交換膜（PEM）電解制氫均已實現商業化應用，AEM和 SOEC 尚處在實驗室開發階段。圖表8：四種電解制氫技術路線 資料來源：IRENA,長城證券產業金融研究院整理 經過幾十年發展，目前國內堿性水電解技術成熟度較高，同時沒有貴金屬作為設備生產原料，因此單價相對較低。相對于堿性水電解，PEM 水電解擁有效率高、無堿液、體積小、安全可靠、動態響應好等優點，但由于質子交換膜等核心零部件仍依賴進口，其成本仍是 ALK 的約 5 至 6 倍，國內尚未實現大功

30、率規?；瘧?。當前國內可再生能源制氫示范應用項目及主流企業核心產品仍基本以堿性電解槽為主。圖表9：國產 PEM 制氫系統 圖表10：國產堿性電解水制氫系統 能源轉型產業報告 P.10 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：國氫科技，長城證券產業金融研究院 資料來源：派瑞氫能，長城證券產業金融研究院 專題專題 1 國內堿性電解制氫項目規?；厔菝黠@國內堿性電解制氫項目規?；厔菝黠@ 根據氫促會等協會及媒體發布的行業數據，2021 年中國電解水制氫設備市場規模超過9億元人民幣，出貨量超過 350MW，2022 年估計全年中國堿性電解水制氫設備的出貨量約 780MW，電解槽總出

31、貨量在 800MW 左右，在 2021 年基礎上實現翻番。據能景氫研統計，我國制氫電解槽需求規模從 2018 年至 2022 年的年復合增長率高達 63%，2023年上半年電解槽需求達到了約 920MW，招標量再創新高，已超過 2022 年全年招標量。圖表11：2018-2023H1 中國電解槽總需求情況 資料來源：能景氫研，長城證券產業金融研究院整理 電解制氫設備需求高速增長的背后，是一系列以中國石化新疆庫車綠氫示范項目為代表的綠電制氫項目先后規劃和開工建設。于此同時，市場的規?；枨笠泊偈顾娊庵茪湓O備不斷往大型化發展。短短幾年間，堿性電解水制氫設備就從單臺制氫能力 500Nm3/h發展到

32、 1000Nm3/h，2022 年多個廠家先后發布了 1300、1500 乃至 2000Nm3/h 的堿性制氫設備，規?；l展趨勢明顯。能源轉型產業報告 P.11 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 專題專題 2 國內國內部分兆瓦級部分兆瓦級 PEM 電解制氫項目電解制氫項目 圖表12：國內部分兆瓦級 PEM 電解制氫項目 項目名稱 業主 規模 項目狀態 項目地點 長春綠動 國電投大安風光制氫綠氫合成氨一體化示范項目 吉電股份 10000Nm3/h(約 50MW)已招標 吉林大安 吉電股份中韓示范區項目 吉電股份 400Nm3/h(約 2MW)已建成 吉林長春 國電投白城兆瓦級

33、PEM 電解制氫系統裝備項目 吉電股份 200Nm3/h(約 1MW)已建成 吉林白城 康明斯恩澤 三峽烏蘭察布“源網荷儲一體化”關鍵技術研究與示范“制儲運加”氫能綜合示范項目 三峽新能源 500Nm3/h(約 2.5MW)已建成 內蒙古烏蘭察布 中石化中原油田兆瓦級可再生電力電解水制氫示范項目 中石化 500Nm3/h(約 2.5MW)已建成 河南濮陽 陽光氫能 寧夏京能寧東發電有限責任公司 寧夏京能寧東發電有限責任公司 200Nm3/h(約 1MW)已建成 寧夏靈武 長江電力“中國三峽綠電綠氫示范站”科研示范項目 長江電力 200Nm3/h(約 1MW)已建成 湖北宜昌 國網安徽公司“兆瓦

34、級制氫綜合利用關鍵技術研究與示范”項目 國網安徽公司 200Nm3/h(約 1MW)已建成 安徽六安 青海華電德令哈西出口 500 萬千瓦光氫儲一體化示范基地一期 中國華電集團有限公司青海分公司 600Nm3/h(約 3MW)已建成 青海德令哈 中國石化石科院 燕山石化國產化兆瓦級質子交換膜（PEM）電解水制氫裝置 燕山石化 200Nm3/h（約 1MW）已建成 北京 資料來源：索比氫能，長城證券產業金融研究院 2.2 儲運效率仍是瓶頸儲運效率仍是瓶頸 氫的儲運技術主要包括高壓氣態儲運、低溫液態儲運、管道輸送、有機液體儲運和金屬氫化物儲運等，可分為物理儲運方式和化學儲運方式兩種路徑。高壓氣態儲

35、運、低溫液態儲運、管道輸送，儲運過程未發生化學反應過程，為物理儲運方式。而氨及甲醇儲運、有機液體儲運和金屬氫化物儲運在儲存運輸中需要通過化學反應將氫氣轉化為其他化合物進行運輸，為化學儲運方式。物理儲氫方式和目前天然氣的主要儲運輪廓類似，主要有長管拖車運輸、液氫運輸及管道運輸三種。這是由于兩者同樣作為可燃氣體，從下圖中可以看到，提高其密度的兩種思路是提高壓力或者降低溫度。然而，氫氣的密度很低，在標準狀態下僅有 0.0899 kg/m3，僅有天然氣的約 1/8，即使將氫氣壓縮至 20MPa 密度也僅有 14.5kg/m3，在-253的低溫下轉變為液體后密度也只有 70kg/m3,導致氫的儲存、液化

36、和運輸成本遠高于天然氣。圖表13：氫在不同溫度壓力下的密度 能源轉型產業報告 P.12 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：Hydrogen and methane testing field at the ILK，長城證券產業金融研究院整理 而以氨、甲醇、有機液體及金屬氫化物等儲氫載體化合物，儲運過程必須要經過載體的轉化和逆轉化過程。下圖給出了不同化合物的總重量氫含量、在環境條件下產生或釋放氫氣的吉布斯自由能變化（G）、在 1 個大氣壓下平衡氫可以釋放的溫度（稱為熱力學溫度）以及實際或實驗施加以產生或解吸氫氣的溫度（稱為動力學溫度）的值。從圖中可以看到，轉化反應溫度和

37、儲氫密度，是限制儲氫材料發展的主要因素。當前綠氫除向氨、甲醇等載體的轉化及儲運技術較為完善外，大部分儲氫材料仍處于實驗室研發或示范應用的階段。圖表14：代表性儲氫材料的特性 資料來源：Teng He 等Hydrogen carriers，長城證券產業金融研究院整理 綜合來看，在當前技術水平下，若想實現綠氫的大規模低成本運輸，只有采用管道輸送較為可行。專題專題 3 我國管道輸氫現狀我國管道輸氫現狀 根據蔣慶梅等人在國內外氫氣長輸管道發展現狀及分析中的研究，國內已建成氫氣輸送管道總里程超過 100km。其中 2015 年建成的濟源-洛陽氫氣管道總里程 25km，設計壓力 4.0MPa，管徑 D50

38、8mm，設計輸量 10 萬噸，鋼管材質為 L245 鋼管，是目前已建管徑最大、壓力最高、輸量最高的氫氣管道；巴陵-長嶺氫氣提純及輸送管線 2014 年建成，總里程 42km，設計壓力 4.0MPa，最大管徑 D457mm，年內部討論資料，嚴禁非能源轉型產業報告 P.13 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 授權使用 3 輸量 4.4 萬噸；金陵-揚子氫氣管道總里程超過 32km，最大年輸量達 4 萬噸，設計壓力 4.0MPa，管徑 D325mm，鋼管材質為 20#石油裂化鋼管。劉自亮等在氫氣管道與天然氣管道的對比分析研究中指出，國內關于氫氣管道的標準有 GB/T34542氫氣儲存

39、輸送系統、GB50177氫氣站設計規范、GB4962氫氣使用安全技術規程等，其中 GB50177 適用于加氫站及廠區內部的氫氣管道設計，GB4962 適用于氫氣生產后地面作業場所，兩項標準均不適用氫氣長輸管道；GB/T34542適用于工作壓力不大于 140MPa，環境溫度不低于-40且不高于 65的氫氣儲存系統、氫氣輸送系統、氫氣壓縮系統、氫氣充裝系統及其組合系統。GB/T34542氫氣存儲輸送系統系列標準中共包含 8 個部分，其中的第 1、第 2 和第 3 部分已經發布實施。中國標協標準氫氣輸送管道完整性管理規范中提到，國外氫氣輸送管道總里程超過2600 公里，其中美國輸氫管道規模最大，僅在

40、墨西哥灣沿岸就建有全球最大的氫氣供應管網，全長超過 900 公里，連接 22 個化工企業，輸氫量達到 150 萬 Nm3/h。歐洲也已建成超過 1500 公里的輸氫管道，管道運行壓力一般在 5.0MPa 以下，管徑從 D100mm到 D500mm 不等。2.3 氫能應用前景廣泛，工業應用是重要方向氫能應用前景廣泛，工業應用是重要方向 氫能在交通、工業、建筑和電力等諸多領域均有廣闊應用前景。在交通領域，公路長途運輸、鐵路、航空及航運將綠氫及綠氫合成的氨與甲醇視為減少碳排放的重要燃料之一。工業領域是目前我國氫能應用占比最大的領域，也是未來綠氫發展的重要方向。氫能除了具有能源燃料屬性外，還是重要的工

41、業原料。氫氣可代替焦炭和天然氣作為還原劑，可以消除煉鐵和煉鋼過程中的絕大部分碳排放。利用可再生能源電力電解水制氫，然后合成氨、甲醇等化工產品，有利于化工領域大幅度降碳減排。建筑領域需要消耗大量的電能和熱能，已與交通領域、工業領域并列為我國三大“耗能大戶”。跟據光明日報，利用氫燃料電池純發電效率僅約為 50%，而通過熱電聯產方式的綜合效率可達 85%氫燃料電池在為建筑發電的同時，余熱可回收用于供暖和熱水。氫在碳中和后期，還可以作為天然氣在烹飪、供熱等民用領域的綠色替代。在電力領域，因可再生能源具有不穩定性，氫能可成為一種新型的儲能形式。在用電低谷期，利用富余的可再生能源電力電解水制取氫氣，可以節

42、省大量儲能系統投資，同時實現了可再生能源的有效消納利用。此外，從清潔低碳角度看，雖然大規模電氣化是我國多個領域實現降碳的有力抓手，仍有部分行業是難以通過直接電氣化實現降碳的，最為困難的行業包括鋼鐵、化工、公路運輸、航運和航空等。氫能具有能源燃料和工業原料雙重屬性，可以在上述難以深度脫碳的領域發揮重要作用，作為電氣化脫碳的有效補充。2.4 經濟性仍是規?；瘧玫淖罱K裁判員經濟性仍是規?；瘧玫淖罱K裁判員 作為交通能源的氫能源，利用燃料電池作為供能的方式。與汽油機、柴油機等其他的常規能源利用形式相比，是否具有能源價格上得經濟性是到未來氫能發展得關鍵技術經濟指標。燃料電池可以達到 45%50%的燃料

43、效率，以及與動力電池組合的混動模式的動力總成，使得氫能源車與常規燃料汽車相比，有比較明顯的能效優勢。圖表15：不同能源車輛能耗及使用成本對比 能源轉型產業報告 P.14 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 燃料消耗 氫轎車 柴油車 汽油車 混合動力 電動車 豐田 Mirai，美國環保部評估綜合工況能耗；本田 Clarity，美國環保部評估綜合工況能耗；豐田凱美瑞，工信部公布綜合油耗；比亞迪宋 PLUS，工信部公布綜合油耗；比亞迪宋 PLUS，工信部綜合工況油耗，純電動工況；kg H L 柴油 L 汽油 L 汽油 kWh 電力 燃料零售單價/元 60.00 8.04 8.31 8.

44、31 1.20 燃料消耗/（L 每百公里）6.00 7.70 4.50 15.9 燃料消耗/（kg每百公里）1.00 5.04 5.66 3.30 單位費用/（元每百公里）60.00 48.24 63.99 37.4 19.08 資料來源：黃宣旭等中國規?；瘹淠芄湹慕洕苑治?，工信部，長城證券產業金融研究院 氫氣如果作為戰略能源，則需要在能源最終價格上有經濟性，這樣才能夠擺脫持續的補貼，成為可以市場運作的能源形式。氫能可以是直接獲得的一次能源，也是可以直接消費的二次能源。因此，我們能源當量價格比較時，將氫能價格與二次能源價格進行縱向與橫向的對比，以分析其經濟性條件。下表列出了一些二次能源的

45、熱值，根據當前市場價格，便可計算出每 MJ 熱值的燃料價格。從表中可以看到，市場上的氫氣價格遠高于同熱值的天然氣和汽油，這是由于氫氣供應鏈的成本遠高于車用汽油和天然氣。目前國內 20MPa 高壓氣氫的供應鏈，100km 距離的運輸成本約 6-8 元/kg；作為能源氫，在加氫站得分銷成本大約 10-15 元/kg，兩者合計可達 15-25 元/kg，大幅抬高了氫的終端使用成本。圖表16：不同能源車輛能耗及使用成本對比 燃料種類 甲醇 LNG CNG 壓縮氫氣 汽油 柴油 鋰離子 電池 熱值(MJ/kg)19.9 48.6 48.6 120 43.4 42.8 0.4-1 終端價格（元/kg）2.

46、0-4.0 4.5-8.4 5.3-6 50-60 6.0-9.5 5.5-8.5 1-1.5 元/kWh 單位熱值價格（元/MJ）0.1-0.2 0.09-0.17 0.11-0.12 0.4-0.5 0.14-0.22 0.13-0.20 0.28-0.42 資料來源：IRENA創新展望 可再生甲醇，長城證券產業金融研究院 而在生產環節，影響綠氫制取成本的主要因素，還是是電費。在年制氫 2000 小時，工業用電價格為 0.5 元/kwh；水費為 5 元/t 的情況下，用電成本占據制氫總成本的 88%。降低電解制氫用低成本仍是綠氫發展的重要目標。能源轉型產業報告 P.15 請仔細閱讀本報告末

47、頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表17：制氫成本電價敏感性分析 資料來源：長城證券產業金融研究院整理 3.我國氫能潛在需求預測我國氫能潛在需求預測 本節通過構建模型對需求側氫能市場規模進行預測，按照氫能的應用領域，本節分別從工業領域、交通領域、能源領域三個方面展開預測。預測的時間區間為 2023 年至 2050年。在模型中，我們會按新技術滲透的 S 型曲線預測綠氫的滲透率。S 型曲線：是指每一種或每一類技術處于導入期時技術進步比較緩慢，一旦進入成長期就會呈現指數型增長，隨著技術進入成熟期就走向曲線頂端，會出現增長率放緩、動力缺乏的問題。而這個時候，會有新的技術在下方蓬勃發展，新技術的影響力會

48、逐漸增強，形成新的 S 型曲線并最終超越傳統技術。因此，新舊技術的轉換更迭共同推動技術不斷進步。圖表18：新技術的 S 型增長曲線 資料來源：長城證券產業金融研究院整理 3.1 工業應用工業應用 綠氫未來在工業領域的應用場景，主要包括氫冶金、合成氨、合成甲醇及石油煉化等領能源轉型產業報告 P.16 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 域。除氫冶金外，均為現有氫工業應用的綠色替代。3.1.1 合成氨合成氨 氨是一種基本的工業化學品，是最便宜的化合氮形式，并且是 75%以上含氮產品中使用的原料。氨主要用于生產肥料，如尿素和硝酸銨。氨是一種具有特殊刺激性氣味的無色氣體，主要通過純氮氣和

49、氫氣在適當催化劑存在下在壓力下進行高溫反應而產生。通過該過程生產的氨被稱為合成氨。氨也是煤焦化過程中的副產品，但這種氨被稱為副產品氨，其產量遠低于合成氨。合成氨用途較為廣泛，除用于生產氮肥和復合肥料以外，還是無機和有機化學工業的重要基礎原料。根據 IRENA，全球每年生產約 1.83 億噸氨，幾乎所有氨都來自化石燃料：天然氣（72%），煤炭（22%），石腦油和重質燃料油。氨整個生命周期的二氧化碳排放量每年達 5 億噸，約占化工行業總排放量的 15-20%，占全球溫室氣體排放量的 1%?；鄙a的大量二氧化碳儲存在尿素肥料的現場生產中（每噸氨原料約對應 1.3 噸 CO2）。當肥料在田間施用

50、時，這種 CO2 會釋放出來。圖表19：氨在全球的應用 資料來源：IRENAInnovation Outlook Ammonia 2022,長城證券產業金融研究院整理 不同原料的合成氨工藝路線略有差異，但目前主流的合成氨工藝均基于 Haber Bosch 工藝，即氮氣和氫氣在高溫高壓和鐵基催化劑存在下直接合成氨，化學反應式為 N2+3H22NH3。除制氫原料不同外，大部分合成氨工藝都主要包括原料氣制備、原料氣凈化、CO變換、氨合成、尾氣回收等工序。其能耗主要由原料氣消耗、燃料氣消耗、煤炭消耗、蒸汽消耗和電力消耗組成。在全球降碳減排的大背景下，綠氫替代成為合成氨行業的主流趨勢。電解水制氫合成氨系

51、統技術途徑包括間接合成路線和直接合成路線兩大類。直接合成路線受限于反應速率低、器件不成熟等技術障礙，難以大規模工業化生產。目前，被普遍認可的間接合成路線的工業級電解水制氫合成氨系統工藝由電解水制氫工段、壓縮緩沖工段、化工合成氨工段串聯構成。近幾十年來氨化肥需求在糧食需求增長的推動下一直在穩步上升。IRENA 預測在全球升溫 1.5情景中，主要未來氨的需求增長主要來自船舶動力的零碳替代。其預計氨到2050年將有 19700 萬噸的新需求，以及氨作為氫載體的國際貿易，到 2050 年將有 12700 萬噸的新需求。圖表20：天然氣合成氨與綠氨的工藝及溫度變化范圍對比 能源轉型產業報告 P.17 請

52、仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：Progress in green ammonia production as potential carbon-free fuel,長城證券產業金融研究院整理 具體到我國，我國的合成氨下游主要應用為尿素等氮肥生產，每年約有 70%的合成氨用于生產各種氮肥。根據中國統計年鑒，2021 年我國合成氨產量為 5189 萬噸，氮肥使用量為 3797 萬噸。然而，我國單位耕地的氮肥使用量超過 200 千克每公頃，大約是發達國家氮肥使用強度的 3 倍，造成了大量的資源浪費，和土地污染。因此，國家在“十四五”推進農業農村現代化規劃中也明確指出，要持

53、續推進化肥農藥減量增效。因此，隨著我國農業技術的發展和推廣，和農業從業者知識水平的提高，氮肥使用效率將會逐步提高，氮肥和氮肥用合成氨需求將持續減少。圖表21：全球氮肥用量 單位：kg/公頃 資料來源：Our World in Data,長城證券產業金融研究院整理 基于以上現狀，我們認為未來用于化肥生產的合成氨需求將持續減少，由2023 年的 5900萬噸，在 2030 年降至約 5500 萬噸，在 2050 年降至約 4800 萬噸。相應的，綠氫在合成氨工藝中將逐步替代化石燃料制氫，其需求潛力將隨著綠氫滲透率的提高，在 2030年達到 17 萬噸，在 2050 年達到 520 萬噸。圖表22：

54、2023-2050 我國合成氨需求量預測 單位：萬噸 每頃氮肥用量 kg 能源轉型產業報告 P.18 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：長城證券產業金融研究院整理 圖表23：2023-2050 我國合成氨綠氫需求預測（不含燃料用途）單位：萬噸 資料來源：長城證券產業金融研究院整理 3.1.2 合成甲醇合成甲醇 甲醇是化學工業中的重要產品，主要用于生產甲醛、乙酸和塑料等其他化學品。根據IRENA 統計，全球甲醇的年產量約為 9800 萬噸，幾乎全部由化石燃料（天然氣或煤炭）生產。當前甲醇生產和使用生命周期內的二氧化碳排放量約為每年 3 億噸，約占全球化工行業總排放量的

55、10。過去十年，甲醇的產量幾乎翻了一番，其中很大一部分來自我國的煤制甲醇。按照當前趨勢，如果僅依靠化石燃料生產甲醇，其產量到 2050 年可能會增至 5 億噸，每年排放 15 億噸二氧化碳。甲醇當前幾乎完全由化石燃料生產。但是，甲醇也可以由其他含碳原料制成，例如生物質、沼氣、廢物流和 CO2（例如從煙道氣或通過空氣直接碳捕獲（DAC）獲得的二氧化碳）?？稍偕状伎煞譃閮煞N：由生物質生產的生物甲醇，以及通過 CCUS 獲得的 CO2與綠氫進行生產的綠色甲醇。為了符合可再生能源標準，用于生產甲醇的所有原料和能源都必須來自可再生能源（例如生物質、太陽能、風能、水能、地熱能等）。圖表24：全球甲醇供給

56、和需求平衡 2017-2022E 0501001502002503000100020003000400050006000700020182020202220242026202820302032203420362038204020422044204620482050合成氨產量氮肥消費量每頃氮肥用量0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%020040060080010001200氫氣需求量綠氫需求量綠氫滲透率能源轉型產業報告 P.19 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：MMSA,長城證券產業金融研究院整理

57、產自化石燃料或可再生資源的甲醇都具有相同的化學結構，因此，原則上，可再生甲醇可以取代目前任何用途的化石基甲醇，例如作為生產各種化學品、材料、塑料和產品的原料，以及作為運輸、航運、烹飪、取暖和發電的燃料。此外，可再生的綠色甲醇可以直接或通過甲醇衍生物取代大多數由化石燃料制成的碳氫化合物和石油化工產品，形成一個每年數億噸甚至可能數十億噸甲醇的潛在市場。到 2025 年，IRENA 預測全球甲醇年產量將從目前的 1 億噸增長到 1.2 億噸，到 2050 年達到 5 億噸。到 2028 年，預計甲醇產能的大部分增長將發生在中國，更具體地說，需求主要來自甲醇制烯烴（MTO），而汽油調和產品、甲醛、醋酸

58、和甲基叔丁基醚（MTBE）的需求量較小。因此，化工部門將繼續在甲醇需求不斷增長的大環境下發揮重要作用。然而，展望未來，甲醇產量的增加將逐步轉向再生甲醇。預計到 2050 年，每年將生產2.5 億噸綠色甲醇和 1.35 億噸生物甲醇。IRENA 認為這是一條雄心勃勃而又切合實際的轉型之路，它建立在可再生能源和穩步提高能源效率的基礎之上。具體到我國，據隆眾資訊監測顯示，截至 2022 年底，我國甲醇總產能達到 9947 萬噸，規模在 50 萬噸/年及以上的產能占比超七成。我國 2022 年全年甲醇產量超 8100 萬噸，產能利用率超八成，進口量穩步增加到 1220 萬噸左右，出口量比前年同期減少約

59、 18 萬噸，表觀消費量首次超過 9300 萬噸，但比前年同期增速有所放緩。圖表25：IRENA 對未來全球甲醇需求的預測 資料來源：IRENA創新展望 可再生甲醇，長城證券產業金融研究院整理 能源轉型產業報告 P.20 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表26：我國甲醇消費格局 資料來源：中國石化雜志2023年我國甲醇總產能有望破億噸，長城證券產業金融研究院整理 由于甲醇是多種化工產品的前驅體，隨著我國經濟發展和人民生活水平的提高，我們認為我國甲醇需求將持續增長。但當前我國甲醇需求全球占比 60%以上的現狀難以持續，預計到 2050 年，我國甲醇需求占比將逐步下降至全球 4

60、0%?；谏鲜霈F狀及假設，我們預測我國甲醇產量在到 2030 年將達到 9500 萬噸至1 億噸，到 2050 年達到1.8 億噸?？紤]到糧食對于我國的重要戰略意義，未來我國生物質甲醇產能潛力有限，遠期甲醇需求將主要由綠色甲醇提供。至 2030 年綠色甲醇需求約 84 萬噸，相應綠氫需求約 13 萬噸；至 2050 年綠色甲醇需求約 1 億噸，相應綠氫需求 1550 萬噸。圖表27：2023-2050 年我國甲醇總產量及可再生甲醇產量預測 資料來源：長城證券產業金融研究院整理 0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%030006

61、000900012000150001800021000甲醇產量可再生甲醇產量可再生甲醇滲透率能源轉型產業報告 P.21 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 3.1.3 綠氫冶金綠氫冶金 根據國家能源局，鋼鐵產業是我國 31 個制造業門類中碳排放量最大的行業，約占到總排放量的 15%。因此，鋼鐵產業的降碳工作對于我國順利實現碳達峰、碳中和目標將產生重要影響。從產量上看，中國粗鋼產量大，而且依然在保持增長。2020 年，中國粗鋼產量 10.53 億噸，同比增長 5.2%，占全球粗鋼產量一半以上。而降低粗鋼產量是最簡單直接的減碳手段。圖表28：鋼鐵冶煉工藝的長短流程 資料來源：冶控集團

62、，長城證券產業金融研究院整理 鋼鐵冶煉工藝流程主要分為兩種：長流程煉鋼流程：煉焦（焦炭）高爐燒結（鐵礦石）高爐鐵水轉爐出鋼澆筑 短流程煉鋼流程：補爐裝廢鋼料熔化氧化還原出鋼 從冶煉方式來看，根據 MySteel 統計，國內鋼鐵冶煉以長流程占主導，能源以煤為主，短流程煉鋼僅占 10%，而美國短流程煉鋼比例能達到 70%，這導致我國噸鋼碳排放處于較高水平。當前長流程煉鋼的技術已經接近熱力學極限，其碳排放已經接近技術最小值。因此，如果不調整長短流程煉鋼的比例，或者沒有顛覆性技術出現，就很難大幅降低碳排放。相比世界其他國家，我國電爐鋼比例低，MySteel 數據顯示，以 2021 年為例，中國電爐鋼比

63、為 10.7%，世界各國平均電爐鋼比為 26.3%。結合我國碳達峰碳中和的任務來看，未來高爐-轉爐置換電爐以及高爐配置轉爐依舊是鋼廠煉鋼的重要發展方向。圖表29：綠氫冶金與傳統高爐工藝對比 能源轉型產業報告 P.22 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：HYBRIT，長城證券產業金融研究院整理 而綠氫冶金的應用場景，則是在長流程煉鋼，即由鐵礦石冶煉鋼鐵的高爐煉鋼過程。右圖展示了傳統高爐煉鋼與氫能煉鋼的工藝流程。通過綠氫直接還原鐵礦石，替代焦炭，加上綠電的使用，可以將生產每噸粗鋼約 2 噸的二氧化碳排放，降至接近零。2022 年工業和信息化部、發展改革委、生態環境部發布的

64、三部委關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見中明確，到 2025 年要實現以下目標：氫冶金、低碳冶金、潔凈鋼冶煉、薄帶鑄軋、無頭軋制等先進工藝技術取得突破進展。鋼鐵工業利用廢鋼資源量達到 3 億噸以上，電爐鋼產量占粗鋼總產量比例提升至 15%以上。因此，未來隨著我國工業化進程不斷加快，鋼鐵積蓄量也在持續上升，折舊廢鋼不斷增加。我國廢鋼資源量總體呈現增長?；谝陨箱撹F產業發展的趨勢，和我國產業發展趨勢，我們對我國未來鋼鐵常量做出了如下圖所示的初步預測?？偟膩砜?，隨著我國城市化率的持續提高，鋼鐵需求將持續縮減，預計至 2030 年由當前的 9.8 億噸，下降至 8-8.5 億噸，至 2050 年下降

65、至 6 至 6.3億噸。同時，鋼鐵生產中廢鋼短流程的占比逐漸提高，在 2050 年增長至約 4 億噸。而剩余長流程煉鋼工藝，則是綠氫冶金的應用場景。圖表30：2023-2050 我國未來鋼鐵產量預測 單位：萬噸 能源轉型產業報告 P.23 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：長城證券產業金融研究院 考慮新技術應用的 S 型滲透率曲線，鋼鐵行業氫氣需求將有如下圖的潛力，即在 2030年產生 22 萬噸綠氫需求，在 2050 年產生 460 萬噸綠氫需求。圖表31：2023-2050 我國鋼鐵綠氫需求潛力及滲透率假設 單位：萬噸 資料來源：長城證券產業金融研究院 3.1.4

66、 石油煉化石油煉化 根據中國石化報，2010 年至今，我國煉油能力增長 50%以上，2021 年達到 9.1 億噸/年。隨著煉油能力不斷攀升，結構性產能過剩問題愈加突出：一是全國煉油廠開工率比較低，雖然從 2015 年的 66%增長為 2021 年的 78%左右，但距發達國家 90左右的水平還有一定差距；二是煉油規模偏小，全國平均煉油規模為 458 萬噸/年，遠低于世界平均水平 812 萬噸/年；三是成品油和基礎化工品過剩，但高端化工品嚴重短缺。在解決結構性產能過剩、高端化工品生產能力不足問題的過程中，需統籌考慮低碳發展需求。當前，我國每年在石油煉制與基礎化學品生產過程中的碳排放量近 6 億噸

67、，占全國碳排放020000400006000080000100000120000鋼鐵產量廢鋼用量0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%01002003004005002023 2026 2029 2032 2035 2038 2041 2044 2047 2050氫氣需求長流程氫冶金滲透率能源轉型產業報告 P.24 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 總量近 6，碳減排對于煉油行業來說是一項現實且緊迫的任務。另一方面，世界范圍內原油資源正在逐步趨于重質化，目前增產的石油主要是重質原油及重質合成油。煉油企業正面臨著原料重質化和劣質化，產品輕質和清潔化，煉制過程清

68、潔化和低碳化的壓力。提升重油轉化加工水平，對重油進行高效深度轉化是煉油企業提升競爭力的關鍵。當下，用氫成本已成為煉化企業僅次于原油的第二大成本要素，然而，當前石油煉化的制氫裝置均采用化石燃料制氫，其成本高昂、能耗巨大，且碳排放量大。因此，石油煉化的綠氫替代，是石油煉化行業脫碳增效的必由之路。根據國家統計局數據，2020 年，我國煉油產量 3.3 億噸，煉油用氫 820 萬噸，平均煉油用氫量約為 2.5%。隨著雙碳戰略的推進，我們預測我國成品油需求將在 2030 年達峰約4 億噸后逐步減少，在 2030 年降低至約 2.5 億噸。而石油煉化的綠氫需求將隨著綠氫對化石燃料制氫的替代快速增長，到 2

69、030 年達到約 16 萬噸，到 2050 年達到約 440 萬噸。圖表32：渣油加氫工藝流程 資料來源：沸騰床渣油加氫技術及設備介紹，長城證券產業金融研究院 圖表33：2023-2050 我國煉化行業綠氫需求潛力及滲透率假設 單位：萬噸 能源轉型產業報告 P.25 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：HESC，長城證券產業金融研究院 3.2 交通運輸交通運輸 在交通領域，我們認為相較于乘用車，重卡、船舶、航空業等大功率長續航的應用場景，才將是綠氫及其衍生物更為確定的潛在需求。這是我們基于電-氫-電的轉化損耗，和當前電動汽車的高滲透率做出的判斷。在交通領域，只有重卡、船

70、舶、航空業等大功率長續航的應用場景由于電池的能量密度限制，不利于電氣化的推廣，恰恰成為降碳背景下氫能替代的機遇。當前重卡、船舶及航空業分別采用柴油、航空煤油、船用燃料油作為能源（交通用天然氣放在第三節另作論述），根據中國統計年鑒，我國 2018 年至 2022 年的上述成品油使用量如下：圖表34：2018 年至 2022 年柴油、航空煤油、船用燃料油使用量 單位：萬噸 0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%020040060080010001200氫氣需求量綠氫需求量綠氫滲透率0300060009000120001500018

71、000201520162017201820192020煤油柴油燃料油能源轉型產業報告 P.26 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：國家統計局，長城證券產業金融研究院 在未來，我們認為，隨著經濟發展，居民航空出行、航空貨運、進出口船運需求將繼續保持增長，而公路運輸需求將隨著總人口達峰和產業轉型升級而降低，其能源需求可以分別折合為煤油、柴油、燃料油的需求量。然而，在大功率長續航的交通應用場景中，氫能的最終應用形式具有較高不確定性。與氫氣相比，氨和甲醇在較溫和的條件下運輸和儲存，因此作為運輸燃料的成本較低。在考慮綠氫滲透率后，我們分別計算了綠氫在交通領域應用載體分別為氫、甲

72、醇和氨的綠氫需求量，如下圖：可以從圖中看到，由于氨較低的熱值，其作為氫能載體的需求量更高。在交通領域需求為直接用氫時，到 2030 年綠氫需求可達 75 萬噸，到 2050 年可達 2800 萬噸。圖表35：2023-2050 我國交通領域綠氫需求潛力及滲透率假設 單位：萬噸 資料來源：HESC，長城證券產業金融研究院 專題專題 4 船舶對綠色燃料的需求船舶對綠色燃料的需求 與氫氣相比，氨和甲醇在較溫和的條件下運輸和儲存，因此作為運輸燃料的成本較低。海上運輸行業對于氨和甲醇的興趣在不斷增加。根據 IRENA 的報告，航運部門當前約占全球所有溫室氣體排放的 3%，占運輸部門相關溫室氣體排放的 9

73、%。海上運輸在國際貿易的占比為 80-90。船舶使用的傳統船用燃料是柴油船用燃料，其硫含量相對較高。即使國際海事組織(International Maritime Organization)制定了新的法規，將船用燃料中的硫含量限制從 3.5降低至 0.5，船舶仍將向大氣中排放大量的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和細顆粒物（PM）。此外，隨著全球排放控制區(ECA)的進一步擴大，其更加嚴格的排放限制要求使用硫含量極低的燃料油或船用柴油，這相比傳統的重質燃料油要昂貴得多。由于這些產品的生產成本極高，航運業一直在尋找替代品，而氨和甲醇是他們的主要選擇。從技術成熟度上，甲醇更勝一籌。根據中國能

74、源報，2020 年，IMO 已批準甲醇作為船用燃料使用，目前已在國外得到實際使用，包括馬士基、中遠海運、達飛輪船等在內的多家全球航運巨頭選擇綠色甲醇作為替代燃料，其中馬士基訂造 19 艘，達飛輪船訂造 120.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%0100020003000400050002023202420252026202720282029203020312032203320342035203620372038203920402041204220432044204520462047204820492050全部以氨為載體制氨用氫全部以甲醇為載體制甲醇用

75、氫直接用氫氫能滲透率能源轉型產業報告 P.27 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 艘，中遠海運訂造 12 艘。截至 2022 年全球已有 17 艘甲醇燃料動力船舶投入使用，其中雙燃料 14 艘，單一甲醇燃料船舶 3 艘。2022 年 10 月，甲醇動力船舶訂單量已超過了 LNG 船。而氨燃料的有效利用仍然十分具有挑戰性，與常規的碳氫燃料相比，純氨的層流燃燒速度和熱值均比較低，而且點火所需要的能量較高，可燃性極限范圍較窄，使得純氨的燃燒更加困難。因此，目前船用氨發動機還在開發中，尚未完全商業應用，而 IMO 也尚未正式批準氨作為船用燃料使用。而從成本和碳排放角度，氨卻具有顯著優勢

76、。甲醇和甲烷燃燒排放CO2,要實現完全的零碳排放，必須進行 CO2 捕獲，特別是船舶等移動場景，無論是燃燒前捕獲還是燃燒后捕獲，成本都非常高。而生物甲醇則可能無法充分擴大規模以滿足海洋需求，因為只有少量的可用生物質可以負擔得起地加工用于燃料應用，而進一步擴產將大大增加成本。雖然二氧化碳排放可以在船舶發動機燃燒后捕獲，也可以在燃料重整期間捕獲，但這需要在船舶上增加額外的 CO2 碳儲存能力。因此，碳氫燃料很難實現國際海事組織制定的到2050 年減少 50%的減排目標。最后，甲醇比氨更安全。目前，在我國甲醇和氨都按危險化學品管理，氨的安全性雖強于氫氣，但其毒性較強，使其在重大危險源辨識等領域較甲醇

77、管理更嚴。IMO 尚未批準氨作為船用燃料，亦有安全方面的考慮。另一方面，氨燃料的辛烷值較高，抗爆性能較好，因此可以增加發動機的壓縮比以提高輸出功率，也部分降低了其危險性?？偟膩砜?，甲醇相較于氨，能量密度更高，對燃料存儲空間和溫度要求更小，發動機技術成熟，且安全性更高，使當前甲醇在船用燃料領域應用較為領先。但氨在碳減排領域的低成本優勢，使其在船用燃料領域仍然是非常重要的選擇。而中國船級社也分別發布了船舶應用氨燃料指南和船舶應用甲醇乙醇燃料指南，為我國船用綠色燃料未來發展提供了基礎。3.3 能源替代能源替代 在能源領域，氫氣的應用場景主要為天然氣替代，以及居民供暖用能在電氣化之外的補充。根據中國統

78、計年鑒，我國 2020 年交通運輸業消耗天然氣 354 億立方米、制造業消耗天然氣 1509 億立方米、電力熱力燃氣生產消耗 611 天然氣億立方米，合計消耗天然氣 2474 億立方米，折合 2.97 億標準煤。同時，2020 年居民用煤和燃氣合計約 1.2 億噸標準煤?？紤]到居民供暖和烹飪的安全性和經濟性，我們認為此類需求未來的降碳路徑將以電氣化為主，氫能的滲透率較低。綠氫在能源領域的主要領域將是天然氣的工商業替代。因此，我們預計在能源領域，氫能的需求在 2030 年將達到 140 萬噸，在 2050 年達到 4000萬噸。圖表36：2023-2050 我國能源領域綠氫需求潛力及滲透率假設

79、單位：萬噸 能源轉型產業報告 P.28 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 資料來源：HESC，長城證券產業金融研究院 專題專題 5 氫能與新型電力系統氫能與新型電力系統 PEM 電解制氫設備由于其較強的波動響應能力，近些年來越來越多的被用于電網調度服務中，實現類似儲能的電網調節功能。一方面為電網提供調峰調頻服務，獲取服務費用，一方面提高谷電利用率，也降低了用電成本，顯著降低了制氫的綜合成本。圖表37：風光發電出力特性與負荷需求差異 單位：MW 資料來源：多時間尺度下地區電網新能源出力特性及源荷相關性分析，長城證券產業金融研究院 在電力系統中，負荷的變化是不可避免的，尤其是在高峰

80、期，負荷波動較大。調峰調頻服務，簡稱調峰調頻，是指通過靈活調整電力供應與需求之間的平衡關系，以適應電力系統負荷變化的一種服務。為了電力供應的穩定性和可靠性，調峰調頻服務成為了必不可少的一項工作。同時，通過合理的調峰調頻服務，可以提高電力系統的運行效率，減少能源的浪費，從而降低電力供應的成本。2023 年，云南、貴州、山東等省份陸續發布有關參與電力輔助服務市場的交易規則，山0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%020004000天然氣替代氫氣需求居民供熱替代氫氣需求交通、制造、電熱力天然氣應用替代滲透率民用供熱替代滲透率能源轉型產業報告 P.29 請仔

81、細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 東在全國率先發布電力爬坡輔助服務市場運行機制，豐富了我國電力輔助服務交易品種。在電力市場改革的大背景下，憑借 PEM 電解制氫設備優異的負荷調節能力，可以以分布式制氫的形式，參與到電力系統輔助服務市場中。3.4 總需求預測總需求預測 基于以上三方面的需求預測，即可得到 2023 年至 2050 年我國綠氫終端需求總量，在2030 年有望達到約 285 萬噸，在 2050 年有望達到約 9800 萬噸。圖表38：基于假設的我國 2023-2050 綠氫總需求預測 資料來源：長城證券產業金融研究院整理 3.5 承載能力承載能力 2021 年 10 月

82、26 日，國務院印發的2030 年前碳達峰行動方案中明確指出：到 2030年，風電、太陽能發電總裝機容量達到 12 億千瓦以上。到 2025 年，新型儲能裝機容量達到 3000 萬千瓦以上。到 2030 年，抽水蓄能電站裝機容量達到 1.2 億千瓦左右，省級電網基本具備 5%以上的尖峰負荷響應能力。而根據國家能源局，截至 2022 年 12 月底，我國可再生能源裝機總量就已達到 12.13 億千瓦，當年新增風光裝機超過 1.2 億千瓦。預計 2030 年我國可再生能源裝機總量（風、光、水）有望超過 18 億千瓦。其中只要有 5%用于制氫，即可提供 1800 萬 Nm3/h 的氫氣產能，年平均制

83、氫 2000 小時，即可生產 325 萬噸氫氣，滿足前述預測中 2030 年 285萬噸綠氫的需求。而根據中電聯的數據，我國 2022 年棄風率約 3.8%、棄光率約 2.4%，預計2023年棄風率可達7.7%、棄光率5.9%，僅棄風棄光即可滿足2030年的綠氫需求。另一方面，1800 萬 Nm3/h 產能對應約 18000 臺 1000Nm3/h 制氫電解槽總需求，即到2030 年 90GW 的累計裝機，年復合增長率高達 77.6%，當前制氫電解槽需求高增長的良好勢頭有望長期持續。能源轉型產業報告 P.30 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 4.機遇與挑戰機遇與挑戰 隨著雙碳

84、戰略推進，低碳氫需求將長期保持高增長。隨著雙碳戰略推進，低碳氫需求將長期保持高增長。在工業、交通、能源等各領域深度脫碳需求的持續釋放和排放政策持續收緊的背景下，我們認為低碳氫需求將長期保持高增長。氫在工業深度脫碳領域和大功率長續航交通領域需求具有較高確定性。氫在工業深度脫碳領域和大功率長續航交通領域需求具有較高確定性。我們認為，作為化工原料，綠氫替代灰氫；以及由于電池能量密度的物理局限性，在大功率長續航交通領域氫能替代化石燃料具有較高確定性。綠電電解制氫將是當前技術水平下綠氫的主要獲取方式，電解制氫設備需求將長期保持綠電電解制氫將是當前技術水平下綠氫的主要獲取方式，電解制氫設備需求將長期保持高

85、增長。高增長?？紤]化石燃料制氫+CCUS 等路徑的技術成熟度、經濟性和產業鏈條長度，我們認為綠電電解制氫將是當前技術水平下綠氫較為經濟的獲取方式，因此，相對應的，作為電解制氫的關鍵裝備電解槽，其需求有望長期保持高速增長。綠氫獲取成本高，需要持續降低綠電成本、電解制氫設備成本等成本項，同時不斷完善綠氫獲取成本高，需要持續降低綠電成本、電解制氫設備成本等成本項，同時不斷完善碳配額等相關政策，對化石燃料外部性進行合理計價。碳配額等相關政策，對化石燃料外部性進行合理計價。當前綠電制氫的成本 70%以上是電費，且當前用電執行的是大工業用電電價，導致其成本相較化石燃料制氫不具有經濟性。同時，當前碳交易即綠

86、證等政策尚未全面施行，導致化石燃料排放未能充分計價。綠氫需要通過多環節發力，降低終端使用成本。氫能乘用車發展不及預期，受到電動汽車挑戰。氫能乘用車發展不及預期，受到電動汽車挑戰。當前電動乘用車先發優勢明顯，基礎設施完善，而氫能乘用車相關法律法規即配套基礎設施尚不完善，購置和使用成本較高，給氫能乘用車發展帶來較大挑戰。堿性電解水制氫設備調節能力差，難以承擔電網調峰蓄能職責，堿性電解水制氫設備調節能力差，難以承擔電網調峰蓄能職責，PEM制氫設備調節能力制氫設備調節能力強，未來將是技術角度的更優選擇，但自主降本之路任重道遠。強，未來將是技術角度的更優選擇，但自主降本之路任重道遠。風光氫耦合和新型電力

87、系統對制氫設備快速響應能力提出了更高要求，堿性電解水制氫設備較難完全滿足。PEM制氫設備調節性能好，但其較高初始投資阻礙了其大規模推廣，需要通過自主化打破國外技術壁壘，降本增量，以推動大規模應用。能源轉型產業報告 P.31 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 風險提示風險提示 氫能產業政策不及預期，制氫及儲運技術發展不及預期，制氫成本下降不及預期，商業模式形成不及預期，綠氫未來實際需求與本預測不一致。能源轉型產業報告 P.32 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 免責聲明免責聲明 長城證券股份有限公司（以下簡稱長城證券）具備中國證監會批準的證券投資咨詢業務資格。本報

88、告由長城證券向專業投資者客戶及風險承受能力為穩健型、積極型、激進型的普通投資者客戶（以下統稱客戶）提供，除非另有說明，所有本報告的版權屬于長城證券。未經長城證券事先書面授權許可，任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制和發布，亦不得作為訴訟、仲裁、傳媒及任何單位或個人引用的證明或依據，不得用于未經允許的其它任何用途。如引用、刊發，需注明出處為長城證券研究院，且不得對本報告進行有悖原意的引用、刪節和修改。本報告是基于本公司認為可靠的已公開信息，但本公司不保證信息的準確性或完整性。本報告所載的資料、工具、意見及推測只提供給客戶作參考之用，并非作為或被視為出售或購買證券或其他投資標的的邀請或向他人作出

89、邀請。在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。長城證券在法律允許的情況下可參與、投資或持有本報告涉及的證券或進行證券交易，或向本報告涉及的公司提供或爭取提供包括投資銀行業務在內的服務或業務支持。長城證券可能與本報告涉及的公司之間存在業務關系，并無需事先或在獲得業務關系后通知客戶。長城證券版權所有并保留一切權利。特別聲明特別聲明 證券期貨投資者適當性管理辦法、證券經營機構投資者適當性管理實施指引（試行）已于 2017 年7 月 1 日 起正式實施。因本研究報告涉及股票相關內容，僅面向長

90、城證券客戶中的專業投資者及風險承受能力為穩健型、積極型、激進型的普通投資者。若您并非上述類型的投資者，請取消閱讀，請勿收藏、接收或使用本研究報告中的任何信息。因此受限于訪問權限的設置，若給您造成不便，煩請見諒！感謝您給予的理解與配合。分析師聲明分析師聲明 本報告署名分析師在此聲明：本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格或相當的專業勝任能力，在執業過程中恪守獨立誠信、勤勉盡職、謹慎客觀、公平公正的原則，獨立、客觀地出具本報告。本報告反映了本人的研究觀點，不曾因，不因，也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接接收到任何形式的報酬。投資評級說明投資評級說明 公司評級公司評級 行業

91、評級行業評級 買入 預期未來 6 個月內股價相對行業指數漲幅 15%以上 強于大市 預期未來 6 個月內行業整體表現戰勝市場 增持 預期未來 6 個月內股價相對行業指數漲幅介于 5%15%之間 中性 預期未來 6 個月內行業整體表現與市場同步 持有 預期未來 6 個月內股價相對行業指數漲幅介于-5%5%之間 弱于大市 預期未來 6 個月內行業整體表現弱于市場 賣出 預期未來 6 個月內股價相對行業指數跌幅 5%以上 行業指中信一級行業，市場指滬深 300 指數 長城證券產業金融研究院長城證券產業金融研究院 北京北京 地址：北京市西城區西直門外大街 112 號陽光大廈 8 層 郵編：100044 傳真：86-10-88366686 深圳深圳 地址：深圳市福田區福田街道金田路?2026 號能源大廈南塔樓?16 層 郵編：518033 傳真：86-755-83516207 上海上海 地址：上海市浦東新區世博館路?200 號?A 座?8 層 郵編：200126 傳真：021-31829681