电力设备与新能源行业：电氢耦合多能联结，寻找能源三角平衡-20220508-长城证券-27页_2mb

电力设备与新能源行业电氢耦合分析报告总结

核心内容

本报告聚焦于电氢耦合技术在推动能源转型中的作用，分析了氢能的发展前景、技术路线及市场现状，并提出了相关投资建议。

主要观点

• 能源不可能三角：能源安全、绿色与廉价三者难以同时实现，但通过电氢耦合，可有效提升“环境可持续性”和“能源安全性”，同时改善“能源公平性”。
• 氢气需求增长：中国和全球氢气需求将显著增长，尤其是可再生能源制氢在2060年将占据主导地位，氢在终端能源消费中的占比将提升至20%。
• 电解槽技术路线：主要包括ALK/AWE、PEM、SOEC和AEM四种，其中ALK/AWE技术成熟、成本低，而PEM技术具有高效率和快速响应能力，但成本较高，核心部件依赖进口。
• 电氢耦合的必要性：由于风光能源的波动性，电氢耦合技术能够实现多能联结，有效解决电力系统稳定性、可再生能源消纳和新能源高效利用的问题。
• 投资建议：建议关注电解槽设备制造商和氢能应用项目，特别是ALK/AWE技术路线在国内具备显著成本优势，有望成为市场主导。

关键信息

1. 能源不可能三角

• 定义：能源的安全、绿色和廉价三个要素难以同时达到。
• 评价框架：包括能源安全性、能源公平性和环境可持续性。
• 中国现状：2021年能源不可能三角指数为BBDb，排名全球第51位，但过去十年持续改善。
• 未来趋势：随着可再生能源发展，能源三角有望逐步平衡。

2. 氢气供需

• 氢气生产：我国2021年氢气产量超3000万吨，其中煤制氢占比最大（63.6%）。
• 氢气需求：目前主要用于化工领域，未来将扩展至交通、储能、分布式发电等领域。
• 可再生氢：2060年将占总需求的70%以上，成为重要的绿色能源载体。
• 电解水制氢：成本受电价和电解槽设备影响较大，预计2030年可再生氢成本将与传统制氢持平。

3. 电解槽技术对比

• 技术路线：
  • ALK/AWE：技术成熟，成本低，但动态响应差。
  • PEM：效率高，响应快，但成本高，依赖进口核心部件。
  • SOEC：效率高，但尚处于实验阶段。
  • AEM：当前技术仍不成熟。
• 成本分析：
  • ALK/AWE：设备成本约1500-2000元/kW，制氢成本可降至20元/kg。
  • PEM：设备成本较高，约5000-6000元/kW，但随着技术进步，成本有望下降。
• 经济性对比：ALK/AWE在成本上具有明显优势，适合大规模应用；PEM技术虽有优势，但目前仍受限于成本和核心技术。

4. 项目及公司

国外代表性项目

• 德国美因茨风电制氢项目：连接四个风电场，采用PEM电解槽，实现氢气与天然气管网的结合。
• 日本福岛FH2R项目：全球最大光伏制氢项目，年制氢能力达1200标方。
• 英国Hydrogen Mini Grid项目：展示PEM电解槽在调峰方面的应用。
• 法国MYRTE项目：采用高压储氢技术，提升夜间供电稳定性。
• 加拿大PEM电网调峰项目：与当地电网公司合作，实现电网调节。

国内代表性项目

• 兰州液态太阳燃料示范项目：结合光伏、电解水和二氧化碳加氢，实现绿色甲醇生产。
• 六安国家电网兆瓦级PEM制氢项目：国内首个兆瓦级氢能储能调峰项目。
• 张家口可再生能源制氢工厂：全球首个离并网风光耦合制氢项目，制氢能力达17吨/天。
• 浙江大陈岛氢能项目：实现100%新能源制氢和零碳供能。
• 白城分布式发电制氢项目：采用ALK和PEM电解槽，实现风光资源的高效利用。

国内外主要公司

• 国外公司：
  • NEL Hydrogen Electrolyzer：碱式电解槽技术领先，目标实现1.5美元/kg的绿氢成本。
  • Cummins：具备ALK和PEM电解槽技术，与中石化合作。
  • Siemens Energy：提供兆瓦级PEM电解槽，参与冬奥会制氢项目。
  • ITM Power：全球最大PEM电解槽制造商，具备1GW产能。
  • Uhde Chlorine Engineers：转型为大型水电解供应商，具备太阳能和风能制氢能力。
• 国内公司：
  • 考科利尔竞立：国内最大碱式电解槽制造商，产品覆盖多个规格，国内市场占有率超50%。
  • 中船派瑞氢能：具备ALK和PEM技术，承担冬奥会制氢项目。
  • 阳光氢能科技：阳光电源全资子公司，具备碱式电解槽生产能力。
  • 隆基氢能：具备500MW产能，实现碱式电解槽产品销售。
  • 天津大陆制氢设备：专注于碱式电解槽设备，具备0.1-1000Nm³/h生产能力。
  • 山东赛克赛斯：具备PEM电解槽研发经验，2021年实现兆瓦级产品开发。

5. 投资建议

• 行业前景：氢能将在终端能源体系中占比显著提升，电氢耦合技术将成为未来能源系统的重要组成部分。
• 市场增长：电解槽市场增长迅速，预计2025年国内市场规模将超2GW，年化增长率超55%。
• 技术发展：ALK/AWE技术在国内具备成本优势，适合大规模应用；PEM技术虽有潜力，但需解决成本和核心部件国产化问题。
• 建议关注：电解槽设备制造商和氢能应用场景项目，尤其是具备ALK/AWE技术的国内企业。

6. 风险提示

• 政策风险：碳达峰碳中和相关鼓励政策实施不达预期。
• 项目进度风险：国内氢能示范项目进度不及预期。
• 成本风险：可再生能源电力成本下降不及预期。
• 技术风险：电解槽技术进步和关键部件国产化不及预期。

图表目录

• 图1：能源不可能三角指数评价框架
• 图2：我国能源消费结构
• 图3：全国终端能源消费总量测算
• 图4：全国风光发电装机及发电量变化
• 图5：全国发电量构成测算
• 图6：新型电力系统面临的“五大变化”
• 图7：新型电力系统需应对的“三大挑战”
• 图8：多种储能技术路线对比
• 图9：Power to X模型
• 图10：氢能价值链及场景
• 图11：中国氢气生产情况
• 图12：全球氢气生产情况
• 图13：我国2020年氢的应用与需求情况
• 图14：全球氢的应用与需求情况
• 图15：2050年我国氢的应用与需求情况
• 图16：承诺减排情景与2050年净零排放情景全球氢的应用与需求情况
• 图17：2020年全球分区域电解槽装机容量
• 图18：2020年全球分类型电解槽装机容量
• 图19：近年全球电解槽装机增长情况（分区域）
• 图20：近年全球电解槽装机增长情况（分类型）
• 图21：2030年前每年新增电解槽装机容量
• 图22：国内市场水电解制氢电解槽装机容量需求测算
• 图23：碱性水溶液电解槽系统典型布置
• 图24：质子交换膜电解槽系统典型布置
• 图25：不同电价及电解槽成本情景下可再生氢成本下降趋势
• 图26：分体式碱性水溶液电解槽系统
• 图27：质子交换膜电解槽系统
• 图28：碱式水溶液电解槽制氢成本测算
• 图29：质子交换膜电解槽制氢成本测算
• 图30：ALK/AWE电解槽系统成本拆分
• 图31：PEM电解槽系统成本拆分

表格目录

• 表1：中国低碳氢、清洁氢及可再生氢标准
• 表2：不同原料及工艺制备氢气目前经济性与碳排放强度参考
• 表3：不同技术路线电解槽对比
• 表4：电解槽设备及系统成本对比

投资评级

• 投资评级：强于大市（维持）
• 分析师：马晓明、于夕滕
• 报告日期：2022年05月08日