氢能源产业链发展分析

氢能源产业链发展分析1.1特点：绿色零排放，或将成为能源终极形式世界能源使用历史人类环保意识增强推动能源利用向着绿色、清洁化的方向发展。氢气利用产物是水，可以真正做到零排放、无污染，被看做是最具应用前景的清洁能源之一，或将成为未来能源使用的终极形式。柴草煤炭石油天然气能源清洁化风电光伏氢能资料来源：前瞻产业研究院整理燃料电池发展迅速，氢能源进入高速发展阶段人类对于氢能的研究已有几百年的历史，但直到近些年，随着燃料电池的迅速发展和推广，氢能作为最适宜的燃料才进入高速发展阶段。氢能源发展历程•卡文迪许从酸和金属反应中制得氢气•剑桥大学WilliamCecil首次提出燃料电池•RudolphJrren发明第一个氢气发动机1950年•英国首次有目的的电解水制氢1766年1839年1818年1874年•凡尔纳在《神秘岛》描绘了水为燃料的小岛，激发无限思考1928年•氢气作为“能量载体”的概念首次被提出1970年•通用汽车首次提出“氢经济”概念，核电电解水1980年•德国提出“HYSOLAR” 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ：太阳能制氢21世纪以来•燃料电池发展迅速，最适宜燃料是氢，氢有望成为未来能源终极形式。资料来源：前瞻产业研究院整理1.2发展阶段：氢能源发展进入市场推广阶段，政府作用居主导根据美国能源署氢能源计划显示，全球氢能源行业的发展大致可划分为技术研究、过渡到市场、基础设施完善和实现产业化四个阶段。目前，行业发展已步入市场推广阶段，政府推动作用仍居主导。美国能源署氢能源计划实现产业化基础设施完善过渡到市场技术研究政府起主导作用商业行为起主导作用20002010202020302040资料来源：前瞻产业研究院整理01氢能源产业链分析1.产业链全景2.上游环节分析3.中游环节分析4.下游环节分析1.1产业链全景：所涉环节和细分领域众多，产业链趋于完善制氢储氢加氢站运营氢能源燃料电池系统下游应用氯碱厂副产氢电解水制氢生物制氢石化资源制氢化工原料制氢碳水化合物石油、水煤气甲醇、乙醇、液氨高压储氢液态储氢储氢材料储氢加氢站氢能源主产业链包括上游氢气制备、中游氢气运输储存、下游加氢站、氢燃料电池及氢能源燃料电池应用等多个环节，产业链总体趋于完善。其中，氢能源燃料电池环节所涉细分领域和公司众多，是重要环节之一。氢能源产业链全景气体循环系统燃料电池检测测试设备电热系统控制部件电堆双极管其他MEA催化剂空气扩散层质子交换膜便携式应用固定式应用氢能源燃料电池汽车乘用车客车专用车中国石化、中国石油、中国华能、中国神华、富瑞特装、国海氢能富瑞特装中材科技中国神华伯肯节能舜华新能源亿华通安思卓新能源氢枫丰田、本田、现代、荣威、北汽、通用上海交大、上海弘枫、美国POCO、日Kyushu武汉理工新源动力VanHool、戴姆勒、丰田、上汽、福田、申通、中通、中植丰田、尼机拉、新青年、东风特汽、贯新新能源贵研铂业、喜马拉雅、新源动力日本东丽、上海河森、台湾碳能东岳集团、美国杜邦、日本旭化成、理工新能源巴拉德雄韬股份新源动力资料来源：前瞻产业研究院整理1.2上游-制氢：中国产氢量世界第一，年产量或将突破2千万吨经过十余年的长足发展，我国氢气年产量已逾千万吨规模，是世界第一大产氢国。2017年，中国氢气产量达到1915万吨，同比增长了1.5%；预计2018年中国氢气产量已将近2000万吨，到2020年或将超2000万吨。2012-2018年中国氢气产量及增速（单位：万吨，%）1600168517641800185019155.3%4.7%2.0%1.5%2.8%0%5%10%05001000150020002500201220132018E20142015中国氢气产量（万吨）20162017同比增速（%）资料来源：前瞻产业研究院整理1.2上游-制氢：天然气制氢是主流方式，电解水制氢占比最小氢能是一种二次能源不可以直接获得，需要通过制备获得。目前，制氢技术主要有传统能源和生物质的热化学重整、水的电解和光解。其中，天然气制氢是现今最主流的形式，但电解水制氢的可提升空间更为广阔。2017年不同制氢方法氢气产量占比结构（单位：%）天然气48%醇类30%煤18%电解水4%资料来源：前瞻产业研究院整理1.2上游-制氢：电解水制氢污染最小，有望成为未来市场主流煤气化制氢和天然气重整制氢的CO₂排放量均较高，对环境不友好，即化石燃料制取氢气不可持续，不能解决能源和环境的根本矛盾。而电解水制氢是可持续和低污染的，有望成为未来氢气制取的主流方式。典型制氢工艺中各类能源的转化效率和温室气体排放量资料来源：华创证券前瞻产业研究院整理制氢工艺原料能源能量密度（MW/km²）能量转化率（%）CO₂排放量（kg/GJ)重整烃类天然气7507669煤炭煤炭75059193生物质太阳能1200.2425核能5002817水力57015电解水潮汐17020风能47018太阳能12010.527光催化水太阳能120427热化学循环水核能5005028煤化物1.2上游-制氢：水电解制氢成本高，煤气化等制氢已有利润空间资料来源：前瞻产业研究院整理1.672.001.9901234目前，主流制氢方法中，煤气化制氢的成本最低，而电解水制氢成本远高于石化燃料。此外，相对于石油售价而言，煤气化制氢和天然气重整制氢已经存在一定的利润空间。主流制氢方法制氢成本对比（单位：美元/千克）65.205煤炭气化水电解天然气制氢甲醇裂解制氢成本（美元/千克）1.2上游-制氢：电价持续走低，助推电解水制氢技术成为主流电解水制氢成本主要来源于固定资产投资、电价、固定生产运维等开支，其中电价占其总成本的7成以上，是造成电解水成本高的主要原因。近年来，电价成本不断走低，有助于电解水制氢成本的大幅下降。电解水制氢成本构成（单位:美元/千克）资料来源：DOE前瞻产业研究院整理项目201120152020固定资产投资0.60.50.4电价1.22.31.4固定生产运维0.20.10.1其他0.10.10.1合计4.1321.3中游-储运：高密度储氢技术难度大，气态储氢是目前主流氢气在常温常压下为气态，密度仅为0.0899kg/m3，是水的万分之一，因此其高密度储存一直是一个世界级难题。目前，储氢方法主要分为低温液态储氢、高压气态储氢和储氢材料储氢三种，并以气态储氢为主。市场典型储氢方式一览氢化物储氢物理储氢吸附储氢金属氢化物络合氢化物有机化合物高压气态碳基材料低温液态多孔聚合物金属骨架化合物氢能固态储氢材料固态储氢材料资料来源：前瞻产业研究院整理1.3中游-储运：气态储氢成本最低，固态储氢发展潜力巨大气态储氢是目前主流，但是固态储氢材料储氢性能卓越，是三种方式中最为理想的储氢方式，也是储氢科研领域的前沿方向之一。未来随着储氢合金使用便利性提升和成本降低，其有望成为未来主流的储氢方式。不同储氢方式对比储氢方式高压气态储氢低温液态储氢固态储氢材料储氢单位质量储氢密度（wt%）>4.5（高压）>5.11.0-2.6单位体积储氢密度（kgH2/m3）26.35（40MPa，20℃）39.75（70MPa，20℃）36.625-40优点应用广泛、简便易行；成本低；充放气速度快；在常温下就可进行储氢密度高、安全性较好体积储氢容量高；无需高压及隔热容器；安全性好，无爆炸危险；可得到高纯氢缺点需要厚重的耐压容器；要消耗较大的氢气压氢气液化成本高，能量损失大，缩功；有氢气泄漏和容器爆破等不安全因素需要极好的绝热装置来隔热技术复杂、投资大、运行成本高关键部件厚重的耐压容器冷却装置，同时配备极好的保温利用稀土等储氢材料做成的金属氢化物储氢装绝热保护层置关键技术氢气压缩技术冷却技术，绝热措施一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气成本较低较高较高资料来源：前瞻产业研究院整理1.3中游-储运-气态储氢：安全隐患普遍存在，轻量化是发展方向高压气态储氢设备大致可分为车用高压储氢容器、高压氢气运输设备、固定式高压氢气储存设备三种，均存在一定的安全隐患。此外，高压气态储氢未来将朝轻量化、高压化、低成本、质量稳定的方向发展。三种高压储氢设备的特点对比类型优点风险应用场景主要公司车用高压储氢罐高压、轻质发生事故破坏力大氢燃料电池汽车京城股份、斯林达安科、中材科技、科泰克高压氢气运输装备点对点大规模运输氢气泄漏氢气长管拖车；氢气管道运输中集安瑞科、双瑞特装、中石化固定式高压氢气储存设备容量大泄漏爆炸伤损惨重加氢站、制氢厂、电厂美国CPI、AP；浙江大学资料来源：前瞻产业研究院整理1.3中游-储运-液态储氢：受限于技术，应用成本很高低温液态储氢在全球的加氢站中有较大范围应用，但在车载系统中的应用不成熟，存有安全隐患；此外，受限于技术，国内液氢应用成本很高。目前，富瑞氢能、中科富海具有一定的液氢储运技术储备和产业化能力。三种液氢相关设备介绍类型氢液化设备核心设备主要公司氦透平膨胀机、低漏率换热器、氦螺杆法液空、Linde；中航压缩机、低温阀门、正仲氢转化器101所、中科富海液氢储运设备液氢泵、液氢储罐、液氢槽车富瑞氢能液氢加氢站设备液氢泵、液氢贮箱中科富海资料来源：前瞻产业研究院整理1.3中游-储运-固态储氢：储氢材料种类繁多，多数处于研究阶段固态储氢材料种类非常多，主要可分为物理吸附储氢和化学氢化物储氢。目前，各种材料基本都处于研究阶段，均存在不同的问题，但要实现固态“高效储氢”技术路线需解决的关键问题是克服吸放氢温度的限制。固体储氢材料分类固态储氢材料物理吸附储氢材料金属有机框架（MOFs）纳米结构（纳米碳管、富勒烯、金属修复碳基BN基材料等）化学氢化物储氢材料金属氢化物简单金属氢化物二元金属氢化物（如MgH2）金属间氢化物（如LaNi5H6）复杂金属氢化物铝氢化物（如NaAlH4）氨基/亚氨基化物（如LiNH2）硼氢化物（如LiBH4）非金属氢化物（NH3BH3、有机物）资料来源：前瞻产业研究院整理1.4下游：氢能源燃料电池应用广阔，未来有望得到普及氢能源的下游应用主要包括直接燃烧（氢内燃机）和燃料电池，且燃料电池技术效率更高，更具发展潜力。目前，以燃料电池技术为基础的氢能源应用已相对广阔，未来将遍及汽车、发电和储能等领域。氢能源主要应用领域资料来源：前瞻产业研究院整理1.4下游-燃料电池：出货量快速增长，市场进入快速增长期近年来，全球燃料电池市场正进入快速增长期。2012-2017年，全球燃料电池累计出货数量37.3万个，出货容量2511MW，年复合增速分别达10%和32%。保守估计2018年全球燃料电池出货容量已突破800MW。2012-2018年全球燃料电池出货情况（单位：MV，万个）1672151853435174.66.76.46.16.37.36700246810100090080070060050040030020010002012201520132014全球燃料电池出货容量（MW）201620172018E全球燃料电池出货数量（万个）资料来源：E4TECH前瞻产业研究院整理1.4下游-燃料电池：亚洲出货数量第一，北美出货容量居首从区域来看，目前，亚洲燃料电池出货数量世界第一，数量占比近8成；而北美在出货容量上具有显著优势，占比接近一半；此外，欧洲在燃料电池市场上也有一定的市场份额。2017年全球燃料电池出货数量和容量区域分布（单位：%）欧洲7.0%北美11.6%亚洲78.2%其他1.1%出货数量欧洲5.8%北美48.6%亚洲45.2%出货容量其他0.3%资料来源：E4TECH前瞻产业研究院整理1.4下游-燃料电池：交通运输电源出货容量最大，是主要应用场景从类型来看，固定式燃料电池出货数量占比第一，市场正在逐步壮大；而交通运输电源的出货容量占比最大，是目前燃料电池的主要应用场景；便携式电源发展相对滞后，未来有望在军用领域异军突起。2017年全球不同类型燃料电池出货数量和容量市场结构（单位：%）固定电源77%便捷电源7%交通运输电源16%出货数量固定电源32%便捷电源1%交通运输电源67%出货容量资料来源：E4TECH前瞻产业研究院整理1.4下游-燃料电池：中国燃料电池出货量加速攀升自2016年以来，在国家政策的大力扶持下，中国燃料电池产业发展迅猛。截至2017年底，我国燃料电池行业整体产能在60MW以上，2017年燃料电池出货量达到45MW，出货量增速进一步提高。2012-2018年中国燃料电池出货情况（单位：MV，%）67913244525.5%31.3%39.1%81.6%90.2%1.3%1.2%5.0%4.3%4.5%6.7%0%20%40%60%80%100%3020100908070605040201220132014中国燃料电池出货容量（MW）20152016同比增速（%）20172018E占全球的比例（%）资料来源：E4TECH前瞻产业研究院整理1.4下游-燃料电池汽车：氢能源汽车渗透率低，仍处市场导入期燃料电池汽车销量快速增长，若假设燃料电池汽车都以氢气为燃料，那么截至2017年，氢能源汽车的渗透率也仅为0.0046%，表明在汽车应用领域氢能源产业化尚处于导入期。2013-2018年全球燃料电池乘用车销量及增速（单位：辆，%）资料来源：势银智库前瞻产业研究院整理3315971123123260381.8%347.2%225.2%41.0%0246010002000300040005000201320162018E20142015全球燃料电池乘用车销量（辆）2017同比增速（%）1.4下游-燃料电池汽车：中国销量下滑，但2019年有回暖预期833050010002018年，中国燃料电池汽车明显下滑，但是产量达1619辆，同比增加了27％，其中，2018年12月生产的车辆多达1153辆，预计这些车辆部分将在2019年实现销售，故销售市场有回暖预期。2017-2018年中国燃料电池汽车产销情况（单位：辆）200016191500127510482017中国燃料电池汽车产量（辆）2018中国燃料电池汽车销量（辆）资料来源：交通部保险数据前瞻产业研究院整理1.4下游-燃料电池汽车：客车销量大幅增加，销量占比超5成客车,421,50.5%2018年客车,116,11.1%目前，国内燃料电池汽车销售主要以货车和客车为主。2018年，燃料电池客车销量大幅增加至421辆，占国内燃料电池汽车销量的50.5%。2017-2018年中国燃料电池汽车细分产品销量结构（单位：辆，%）货车,412,49.5%货车,932,88.9%2017年资料来源：交通部保险数据前瞻产业研究院整理1.4下游-燃料电池汽车：中国燃料电池汽车产业集群初步形成从地域看，中国氢燃料电池汽车产业在全国各地呈现出全面发力的发展特点，但也形成了一定的产业集群。目前，综合实力较强的地区为北部地区和华东地区；同时华中地区、西部地区产业集群实力也日渐凸显。中国氢燃料电池汽车产业集群（一）省份重点城市产业园代表企业辽宁省大连、抚顺、鞍山新宾氢能产业园新源动力、大连氢能源研究院、沐与康氢能北京市//清华大学、亿华通、福田汽车、海德利森、氢璞创能、中国航天集团河北省张家口、霸州张家口创坝产业园亿华通、福田客车、宇通客车山西省大同雄韬氢能大同产业园雄韬股份山东省济南、潍坊、淄博、滨州、聊城陕西省西安河南省郑州、平顶山、新乡中国氢谷东岳、潍柴、大洋电机、中通客车/新青年客车新乡氢能产业园代表宇通客车江苏省如皋、苏州、张家港、盐城、镇江如皋氢能产业园、丹徒氢能产业园南京大学、弗尔赛、百应能源、富瑞特装、氢云新能源研究院、神华集团、苏州竟力资料来源：电动汽车资源网前瞻产业研究院整理1.4下游-燃料电池汽车：中国燃料电池汽车产业集群初步形成尽管中国从事燃料电池汽车生产的企业较多，但因关键材料依赖进口，电池续航能力、电池寿命、温度适应性等也均与国外存在较大差异等因素，从而影响了国内氢燃料电池汽车的稳定生产。中国氢燃料电池汽车产业集群（二）省份重点城市产业园代表企业安徽省六安明天氢能产业园明天氢能上海/嘉定区氢能与燃料电池产业园同济大学、上海燃料电池汽车动力系统、上海重塑、上海神力、上汽集团、东风特汽、上海舜华、上海新源、中科同力湖北省武汉武汉开发区氢燃料电池产业园武汉理工、雄韬股份、众宇动力、氢阳能源浙江省台州台州氢能产业园淳华氢能四川省成都、凉山州/东方电气、成都客车、中植客车、金星清洁能源装备广东省佛山、云浮、东莞、深圳、中山、广州佛山产业转移园、广顺产业园国鸿氢能、大洋电机、飞驰客车、长江汽车、东沣新能源、中石化、鸿基创能、东风特商资料来源：电动汽车资源网前瞻产业研究院整理1.4下游-加氢站：全球加氢站数量达369座，欧洲地区数量最多截至2018年底，全球加氢站数目达到369座，欧洲地区加氢站数量最多。此外，369座加氢站中有273座对外开放，可像传统零售站一样使用；其余站点则为封闭用户群提供服务，比如公共汽车或车队用户。2016-2018年全球加氢站数量分布（单位：座）13915210510111813659687833304080120160201620182017欧洲亚洲北美其他资料来源：H2stations.org前瞻产业研究院整理1.4下游-加氢站：日本加氢站数量全球领先，中国排名第四9660422319171411020406080100从国家的角度来看，目前日本是全球拥有加氢站数量最多的国家，共计96座；德国和美国分别位居第二、第三，但同日本相比差距较大；中国加氢站数量也位居世界前列，排名第四。2018年部分国家加氢站拥有量（单位：座）120日本德国美国英国韩国丹麦中国法国加氢站数量（座）资料来源：H2stations.org前瞻产业研究院整理资料来源：势银智库前瞻产业研究院整理加氢站是燃料电池汽车发展的重要配套设施，也是各个国家的规划建设重点。目前，包括中国、日本、德国、韩国、美国在内的多个国家纷纷出台相应规划以加快加氢站的建设布局，助推氢能源产业快速发展。部分国家加氢站布局计划国家规划内容到2020年，加氢站数量达到100座，燃料电池车辆达到10000辆，氢能轨道交通车辆达到50列；中国到2030年，加氢站数量达到1000座，燃料电池车辆保有量达到200万辆；到2050年，加氢站网络构建完成，燃料电池车辆保有量达到1000万辆。日本在2020年前共完成160个加氢站的建设。到2020年，氢燃料电池汽车预计达到9000辆，2025年达到150000辆，2030年达到韩国630000辆；到2020年，加氢站达到80座，2025年达到210座，2030年达到520座。德国到2019年，德国加氢站数量预计将增加到100座。美国2024年前，丰田联合壳牌计划在美国加州部署建造100座加氢站的计划。1.4下游-加氢站：各国加快加氢站建设布局，助推氢能源产业发展30谢谢！