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        綠氫:“21世紀終極能源”的必然路徑 前期核心設備市場就超1700億
        來源:全景財經作者:全小景2023-04-03 22:45
        (原標題:綠氫:“21世紀終極能源”的必然路徑 前期核心設備市場就超1700億丨黃金眼)

        ?再生能源脫網與工業脫碳的完美結合——綠氫,正在普及的路上。

        01、什么是綠氫?

        能源系統本質上為碳氫系統,氫比例越高,能源越干凈、熱值越高,因此從高碳燃料向低碳燃料轉變,最終答案指向完全不含碳的氫能,而氫氣來源廣泛、熱值高、清潔無碳,被譽為“21世紀終極能源”。

        氫制取來源包括化石能源制氫、工業副產氣制氫、電解水制氫、其他可再生能源制氫等方式,根據制氫工藝和二氧化碳排放量的不同,可劃分為灰氫、藍氫和灰氫三種路徑。

        其中灰氫指通過化石燃料燃燒/工業副產轉化而來的氫能,生產過程中釋放大量的二氧化碳,無法實現零碳生產,因技術成熟且成本較低,是當前主流制氫方式。藍氫是在灰氫的基礎上利用碳捕捉封存技術(CCUS)減少生產過程中的碳排放,實現低碳制氫,作為過渡性的技術手段。

        綠氫則是通過光伏發電、風電及太陽能等可再生能源電解水制氫或生物質等其他環保方式制氫,在制備過程中不會產生二氧化碳,為真正意義上的綠色環?!傲闾細錃狻?。

        數據來源:中國氫能聯盟研究院,《中國氫能產業發展報告2020》,鑫欏氫能

        從產量結構來看,2021年全球9400萬氫氣產量主要來源于化石能源制氫,占比高達81%,其中煤制氫占全球產量的19%;天然氣制氫全球占比高達62%,低碳排放制氫占比僅0.7%,其中電解水制氫產量僅3.5萬噸,占比0.04%。國內制氫結構中,由于我國天然氣緊缺依賴進口,煤炭資源豐富,我國氫能生產來源主要以煤炭為主,2020年我國煤制氫占比高達62%,天然氣制氫占比19%,工業副產氫占比18%,電解水制氫占比也僅有1%。

        綠氫由于是通過光伏、風電以及太陽能等可再生能源發電實現電解水制氫,生產過程實現零碳排放,同時以其大規模、長周期、長距離等儲能優勢有效解決可再生能源消納問題,以及綠氫制氫的純度也更高,因此綠氫逐步取代灰氫幾乎是必然趨勢。

        氫儲能電站示意圖資料來源:CNKI

        除了在化工領域對灰氫替代外,長期增量空間還有交通領域、天然氣加氫、煉鋼用氫,助力工業、交通領域的減碳,是全球第四次能源革命的重要載體。

        02、全球都在綠氫賽道上開足了馬力

        全球積極推進氫能發展,尤其近年來在碳中和+能源安全雙輪驅動下,都在大力發展可再生能源制氫。

        當前包括日本、德國、美國、中國等在內的42個國家和地區都已經推出氫能政策,36個國家和地區的氫能政策也正在籌備中,各國在氫能政策中均著重提出要加速布局可再生能源電解制備綠氫。

        資料來源:BNEF

        其中國內已經明確在非化工區制氫松綁,并發布電解制氫補貼。近年中央頂層設計逐步完善,發布《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》。多地響應國家氫能發展戰略發布本地氫能規劃,疊加風光大基地鼓勵就地消納,倒逼綠氫項目建設,已有4個省級行政區、3個市級行政區發布關于新能源制氫制度松綁的相關政策,并通過直接生產補貼、電價優惠和配套獎勵(風光指標)支持綠氫發展,國內綠氫招標密集落地,2023年行業進入快速發展期。

        機構統計目前規劃綠氫項目近15GW,其中2023年1-2月開標項目達到730MW,預估全年開標項目超2GW(對應10萬噸),同比翻番。

        在俄烏沖突的背景下,歐盟對氫能尤其是發電領域的應用寄予厚望,希望通過發展氫能擺脫對外天然氣依賴,并設定了嚴格的綠氫門檻以配合后續碳關稅的實施。歐盟在2022年RepowerEU規劃中明確提出到2030年分別自產、進口1000萬噸可再生氫。

        歐盟對制氫的排放設定了嚴格的門檻,以配合其未來碳關稅的實施,將推出碳差價合約(CCfD)以促進綠氫在工業領域應用,并擬成立歐洲氫能銀行;歐盟創新基金承諾出資8億歐元計劃2023年下半年開始氫能補貼項目招標(招標項目的制氫有固定溢價)。

        在2022年12月,西班牙、葡萄牙與法國共同公布了約28億歐元的H2Med管道建造計劃,該管道每年將由西班牙向法國和葡萄牙輸送200萬噸綠氫??傮w來看,歐盟綠氫發展將進入實質階段。

        美國的發展路線同樣明確,給予綠氫豐厚的補貼。美國的《國家清潔氫能戰略和路線圖(草案)》對未來美國氫能發展提出明確規劃,到2030、2040、2050年美國清潔氫需求將分別達到1000、2000、5000萬噸/年。同時,推出《通脹削減法案》(IRA)和《兩黨基礎設施法》(BIL)等政策工具,從經濟性角度刺激綠氫產業的發展。

        IRA根據制氫碳排放水平,給予不同程度稅收補貼優惠,有效電解制氫成本將進一步下降,刺激綠氫行業發展。BIL也通過近100億美元預算,通過扶持不同細分環節,構建完整的氫能產業鏈。

        03、綠氫替代并不遙遠

        未來市場空間巨大

        綠氫性價比提升,主要來自于電費成本下降和碳排放考核的趨嚴。

        目前國內最成熟的電解水制氫技術為堿性電解,整個制氫成本主要在于電費和設備折舊,其中電費占比70%-90%,折舊占比10%-30%。按照年生產時間2000小時,電耗5kwh/標方,電價0.3元/kwh,1000標方的電解槽制氫成本為25元/kg。目前煤制氫成本9-10元/kg,天然氣制氫成本15元/kg,差距還有些大。

        理想情況下,按照電耗4kwh/標方,電價0.15元/kwh,對應成本為15元/kg,則基本可與天然氣制氫平價;若綠氫與風光、風電耦合,年利用小時提高至4000小時以上,則成本有望進一步下降至11元/kg以內,則基本可以實現與煤制氫平價。

        同時,綠氫實現零排放,若考慮碳價加持,若碳價從50元/噸提升至200元/噸,則綠氫成本在16-18元/kg即可實現制氨制甲醇平價。

        專業機構預測,在零碳加持下,預估綠氫在2025-2027年基本可實現平價。

        那綠氫帶動產業鏈發展的市場有多大?

        根據國際能源署,2021年全球氫氣總產量(含合成氣)約9400萬噸,同比增長5.5%,占全球終端能源比重約2.5%,其中每年純氫制備產量約為7000萬噸。伴隨世界各國減排承諾方案的推進,預計2030年全球氫氣產量有望突破1.5億噸。

        根據主要國際能源組織的預測,到2050年全球的綠氫產量將遠遠高于藍氫。IEA預測2030年電解水制氫及生物質制氫等綠氫產量占比將達34%,2050年全球綠氫產量將達3.23億噸,較藍氫產量高58%。

        至2060年,幾乎全部的氫氣需求都將由低排放技術滿足,其中近80%是電解水制氫,屆時電解水制氫將成為具有成本競爭力的制氫工藝,耦合CCUS的化石能源制氫產量則將滿足16%的氫氣需求。而彭博新能源財經則預測2050年全球氫能產量將達到8億噸,且全為綠氫。

        而自2020年“雙碳”目標提出以來,我國氫能產業發展加速,氫能產量由2017年的1915萬噸增長至2021年的3300萬噸,5年CAGR達14.6%,2021年32%的同比增速更是創下新高,目前已是第一大制氫國。并且氫儲能2023年就是產業化元年,長周期氫儲能項目建設還會加速綠氫生產。

        數據來源:中國煤炭工業協會

        04、產業鏈哪個環節正在受益?

        當前,綠氫生產技術主要有堿性電解(ALK)、質子交換膜電解(PEM)、陰離子交換膜電解(AEM)以及固體氧化物電解(SOEC)四種。其中堿性制氫技術成本最低,國內90%項目采用該技術,海外此前以PEM為主,近兩年為降本也逐步轉至堿性路線,預計未未來的規?;惺诫娊馑茪湟詨A性為主。

        數據來源:中國石化官網

        堿性電解水制氫設備由四大部分構成,其中電解槽又是最核心的設備。

        全套水電解制氫裝置主要設備有:前端電器設備(變壓器、整流柜、PLC程控柜、儀表柜、配電柜等),占成本比重20%;核心設備電解槽,占成本比重50%-60%;固液分離裝置,占成本比重15%;后端干燥純化系統,占成本比重10%;其他輔助系統如純水機、冷水塔、冷水機、空氣壓縮機、堿液箱、原料水箱、補水泵等占成本比重5%。以1000標方/h的裝置為例,目前售價1000萬,其中電解槽售價500萬左右。

        未來幾年電解槽設備招標有望期翻番增長,高峰期10倍空間。根據高工氫能統計,2021年國內電解水制氫設備出貨722MW(含出口,不含研發樣機),根據機構對各大項目跟蹤,預估今年國內電解槽招標量可達2GW,對應400臺1000標方堿性電解槽。

        若2030年全球到綠氫占比有望達到30%,則高峰時期電解槽設備求需求2.5萬臺左右1000標方,按照單線價格700萬,對應市場空間1750億,其中國內占三分之一,市場空間近600億。

        此前電解水制氫行業規模還小,主要由718所(派瑞氫能為中船718所下屬市場化企業)、考克利爾競立和天津市大陸制氫設備三家占據絕大部分份額。2021年提出雙碳目標后,隆基、陽光等光伏企業進入電解水行業,2022年大批廠商涌入,1000標方產線密集下線。

        目前行業內可做及計劃做堿性電解槽廠商超100家,行業產能或超10GW。2022年718、競立、隆基三家占據市場近75%份額,三家訂單主要來自中石化庫車52臺項目,其中競立2022年出貨230MW,市占率32%,份額第一。

        趨勢上看,龍頭公司技術積淀深,性能指標領先且產品經過實地長時間運行檢驗過,優勢明顯,且從當前大項目招標看,由于電解槽要求穩定運行15年以上,業主方更傾向于與第一梯隊、第二梯隊廠商合作。

        不過2023起開始,價格競爭會有所加劇,傳統業務協同效應明顯,可提供資源支持,技術研發激進的企業;以及依托集團內部資源(風光電站、化工園區),獲得項目招標的公司,同樣具備較強的發展潛力。

        其中隆基綠能是全球光伏龍頭,已實現組件一體化布局。公司在氫能領域研發的核心航道是降低制氫的單位電耗,2月推出世界領先的制氫裝基備系列產品隆基ALKHi1,直流電耗滿載狀況低至4.3千瓦時每立方米,Hi1plus產品低至4.1千瓦時每立方米,可以降低10%以上的直流電耗,大幅降低LCOH,驅動綠氫經濟性提升。隆基氫能2021年實現500MW產能,2022年實現1.5GW產能,預計2025年達到5-10GW。

        陽光電源則是全球逆變器龍頭,從光伏制氫入局氫能,成立全資子公司陽光氫能。目前已建有國內首個光伏離網制氫及氫儲能發電實證平臺、國內最大的5MW電解水制氫系統測試平臺、PEM電解制氫技術聯合實驗室,及年產能GW級制氫設備工廠。

        陽光氫能獨立生產1000標方堿性制氫系統、兆瓦級PEM制氫系統對應的電解槽,可以提供包括制氫電源、電解槽、智慧氫能管理系統在內的成套系統解決方案。2022年,為內蒙古綜合能源站項目提供堿性水電解制氫裝置,為寧夏等地項目提供200標方PEM制氫裝置。

        背靠華電集團的華電重工,公司規劃從上游制氫端和下游應用環節兩個角度切入氫能領域。目前上游制氫端形成了1200標方堿性電解槽產品,年產能100套左右。22Q4公司和集團企業簽訂3.4億元達茂旗項目,計劃23年完工,需要交付堿性電解槽1000標方11臺,PEM電解槽200標方5臺。公司與下游各大汽車廠商都在做樣品測試,與捷氫有合作,和布拉德也形成戰略合作。子公司河南華電在研發儲氫氣瓶,未來計劃布局氫氣管道。

        此外還有中長期戰略規劃智能加氫站的昇輝科技,定位PEM槽檢測設備的科威爾,有風光制氫項目和參股投資的堿性電解槽產品的億利潔能,制氫、儲氫和加氫站裝備業務的蘭石重裝,以及定位儲存裝備、運輸裝備、加氫裝備的中集安瑞科,均能一定程度享受綠氫浪潮帶來的市場紅利。

        責任編輯: 高蕊琦
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