氢能是最易推广的终极能源，已是全球多数经济体的重要国家战略。相较化石能源，高能量密度及零碳排奠定氢能是化石能源发展的未来。相较于核能，氢能更易推广，全球已进入氢能的竞争中：1）中国：氢能发展旨在构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现碳达峰碳中和目标，回溯过去17~21年氢气产量年复合增速达14.6%；2）日本：氢能发展为立足产业优势，拓宽应用场景，增厚壁垒。日本以丰田、本田为代表的车企已完成了氢燃料汽车的研发销售，并拥有全球排名第一的氢能技术的专利数；3）美国：自冷战时期开始布局氢能，石油危机期间加速推广，但页岩油革命完成后，美国放缓对氢能产业的推动。直至2022年的《国家清洁氢能战略和路线图（草案）》，把降本作为氢能发展的三大战略方向之一；4）德国：以解决能源安全出发来布局氢能，2020年成立欧洲清洁氢联盟，2021年发布《德国氢行动计划2021—2025》，旨在解决氢经济的技术障碍，特别是在降低大量生产和运输氢成本的方向。
　　氢能的需求空间源自二次能源的替代，市场超万亿。氢能较难从自然界中直接获取，通常是通过其它能源转发而来的，属于典型的二次能源，替代需求方面：1）对比电能，需求源自电气化程度较低的领域以及储能，燃料电池汽车与锂电池比较优势在于更宽的温度使用条件，高纬度地区的氢燃料汽车市场空间可达0.6万亿元；2）对比化工品：氢气具有与焦炭类似的化学性质，全球首例百万吨级氢冶金示范项目已在国内完成投产，测算钢铁行业需求市场超千亿元；3）对比其它燃料：氢气可掺烧发电，从源头端减碳，测算掺氢燃烧市场空间超千亿元。
　　制氢是国内最具优势的产业链环节。1）中国具有领先全球的氢源储备，是目前全球最大的氢气生产国，此外煤制氢、工业富产氢、电解水，对应的煤炭、焦炭、合成氨产量以及风光发电装机量均为全球第一，具备充足氢源；2）焦化工艺产生副产氢，相较于石油化工及煤化工，可实现物料平衡后的氢气外溢，类似于“氢矿”，且焦炉煤气制氢具备明显成本优势；3）电解水制氢技术可以作为电-氢系统的桥梁，中国氢能规划表示2025年绿氢的量达10~20万吨每年，“十四五”时期将迎高速发展。
　　投资建议：氢能作为终极能源，2022年美日德等国均以开启氢能的新规划，中国也发布氢能产业中长期规划，相较而言，中国不仅是全球氢能产量之最，亦是全球氢源储备之最。在氢能的推广中，中国的能源化工企业有望完成蜕变走向世界，推荐：1）拥有大量“氢矿”资源的：中国旭阳集团。2）布局绿电业务：宝丰能源。3）PDH工业副产氢：金能科技。4）长期规划涉及制氢业务：兖矿能源。受益标的：美锦能源。
　　风险提示。1）全球经济下行带来的替代需求下降；2）氢能推广不及预期。
　　

研究报告全文：股票研究TableindustryInfo能源TableMainInfoTableTitle评级TableInvest增持20230111上次评级增持氢能绿色能源的终极答案TablesubIndustry细分行业评级行氢能系列专题报告业翟堃分析师薛阳分析师邓铖琦研究助理专021-38675862010-83939812010-83939825zhaikungtjascomxueyang023985gtjascomdengchengqi024452gtjasco题证书编号S0880517100004S0880521070003S0880121050056研m本报告导读究氢能是最易推广的终极能源需求源自二次能源的替代空间超万亿制氢是国内最相关报告TableDocReport具优势的产业链环节中国的能源化工企业有望依托氢能转型走向世界能源短期利空落地盈利增长确定摘要20230108TableSummary氢能是最易推广的终极能源已是全球多数经济体的重要国家战略相较能源2023年国内需求恢复仍是主基调化石能源高能量密度及零碳排奠定氢能是化石能源发展的未来相较于20230105核能氢能更易推广全球已进入氢能的竞争中1中国氢能发展旨在能源盈利仍将增长焦煤迎布局良机构建清洁低碳安全高效的能源体系实现碳达峰碳中和目标回溯过去20230102能源美国寒潮来临炼厂及原油生产产能1721年氢气产量年复合增速达1462日本氢能发展为立足产业优关停势拓宽应用场景增厚壁垒日本以丰田本田为代表的车企已完成了20221226氢燃料汽车的研发销售并拥有全球排名第一的氢能技术的专利数3美能源短期不悲观中期应乐观国自冷战时期开始布局氢能石油危机期间加速推广但页岩油革命完20221224证成后美国放缓对氢能产业的推动直至2022年的国家清洁氢能战略和券路线图草案把降本作为氢能发展的三大战略方向之一4德国以解决能源安全出发来布局氢能2020年成立欧洲清洁氢联盟2021年发布研德国氢行动计划20212025旨在解决氢经济的技术障碍特别是在究降低大量生产和运输氢成本的方向报氢能的需求空间源自二次能源的替代市场超万亿氢能较难从自然界中告直接获取通常是通过其它能源转发而来的属于典型的二次能源替代需求方面1对比电能需求源自电气化程度较低的领域以及储能燃料电池汽车与锂电池比较优势在于更宽的温度使用条件高纬度地区的氢燃料汽车市场空间可达06万亿元2对比化工品氢气具有与焦炭类似的化学性质全球首例百万吨级氢冶金示范项目已在国内完成投产测算钢铁行业需求市场超千亿元3对比其它燃料氢气可掺烧发电从源头端减碳测算掺氢燃烧市场空间超千亿元制氢是国内最具优势的产业链环节1中国具有领先全球的氢源储备是目前全球最大的氢气生产国此外煤制氢工业富产氢电解水对应的煤炭焦炭合成氨产量以及风光发电装机量均为全球第一具备充足氢源2焦化工艺产生副产氢相较于石油化工及煤化工可实现物料平衡后的氢气外溢类似于氢矿且焦炉煤气制氢具备明显成本优势3电解水制氢技术可以作为电-氢系统的桥梁中国氢能规划表示2025年绿氢的量达1020万吨每年十四五时期将迎高速发展投资建议氢能作为终极能源2022年美日德等国均以开启氢能的新规划中国也发布氢能产业中长期规划相较而言中国不仅是全球氢能产量之最亦是全球氢源储备之最在氢能的推广中中国的能源化工企业有望完成蜕变走向世界推荐1拥有大量氢矿资源的中国旭阳集团2布局绿电业务宝丰能源3PDH工业副产氢金能科技长期规划涉及制氢业务兖矿能源受益标的美锦能源风险提示1全球经济下行带来的替代需求下降2氢能推广不及预期请务必阅读正文之后的免责条款部分行业专题研究目录1氢能更容易推广的终极能源311氢能是化学能的终极答案312发展氢能已是全球多数经济体的重要国家战略42氢能的需求空间源自二次能源的替代721氢能为二次能源722氢能VS电能需求源自电气化程度较低的领域以及储能723氢能VS化工品还原属性均有替代的可能1024氢能VS其它燃料减碳及高放热量是主要优势123制氢是国内最具优势的产业链环节1231中国具有领先全球的氢源储备1232氢矿能源化工产线的质变1433电解水制氢绿色能源的最后一环164投资建议185风险提示18请务必阅读正文之后的免责条款部分2of19行业专题研究1氢能更容易推广的终极能源11氢能是化学能的终极答案人类用能是源自太阳馈赠的化学能化石能源和生物质能木材使用的本质是可类比为人类对太阳向地球充能时形成不同电池的使用从时间维度来看生物质能主要为充电千年以内的电池化石能源为充电亿年以上的电池而光伏和风能则可理解为即时充电的太阳能电池从纯化维度来看经过地表以上高温高压环境深加工出来的是天然气相当于同一型号电池形成的石油相当于以一类电池为主配套其它电池形成的电池组电池组煤炭相当于不同类型电池搭配的电池组获取和储运的难易是制约能源更迭的因素更多的使用场景更高效更清洁是刺激能源推广的因素纵观能源消费历史1在19世纪中叶人类的社会生产力还相对较低木材几乎是人类所利用的唯一能源而木材使用的普及是因为其容易获取且易于储藏2第一次工业革命期间煤炭逐渐走进主流能源其一人类对能源动力有了更高的需求同样重量的煤炭所产生的的热量远高于木材其二蒸汽机的发明打破了马驮煤炭的窘境其三人类对钢铁消费量的增加也加大了对煤炭的需求320世纪以来石油和天然气逐渐被推广且在二战以后成为主流的能源其一石油化工能产出比煤化工更多样更廉价的化学品其二石油相较于煤炭具有更高的能量密度在小型运输工具中完全占据主导地位其三液体比固体更难储运的问题在生产力提升后也迎刃而解而天然气作为石油生产的伴生产品在发现之初因为储运问题难以解决通常直接排放而在管道运输以及液化运输普及后消费占比不断提升图118世纪以来人类能源消费不断发生更替变化数据来源EIAAnnualEnergyReview2011publishedSeptember2012化学能中氢能是终极能源答案从木材到煤炭到石油再到天然气实质上也是从固态液态气态的过程或者说从复杂混合物到相对纯净物的过程而以上两个过程分别对应着储运的由易到难以及能量密度清洁程度的由低到高其中化石能源的能量密度主要取决于氢元素含量占比主因从微观化学键氧化断裂重组放能的过程中H-HC-HC-C键除了高能量密度外氢气氧化放能后的产物为水分子是不存在任何污染的相比主流化石能源最高的能量密度以及无污染无碳排放请务必阅读正文之后的免责条款部分3of19行业专题研究的放能过程氢能是化石能源发展的未来图2常见化学键键能对比图3氢元素位于元素周期表的左上角数据来源CNKI数据来源CNKIEncyclopaediaBritannica氢能是更容易推广的终极能源氢能与传统化石能源及生物质能相比已经是化学能使用的极致且地球上贮存的多数化学能实质由太阳能转化而来即在太阳放能-地球获能-人类用能这个链条中最为极致的能源虽然科研工作者跳出这个链条追寻太阳的能量来源并对核能有了一定的技术突破而核聚变形式的核能可获得突破化学能数个数量级能量密度的能源但核聚变形式的核能因为使用条件的苛刻目前仍处于研发阶段而核裂变虽全球多有使用但原料的放射线以及安全事故的隐患也在一定程度上限制了其推广表1核能相较于化学能在能量密度方面有数量级级别的优势反应方式释放能量1个铀235原子发生裂变200MeV2个氘原子聚合成氦3原子325MeV2个氘原子聚合成氚原子40MeV1个氘原子与1个氚原子聚合成氦4原子176MeV1个碳原子燃烧生成二氧化碳41eV数据来源CNKI国泰君安证券研究12发展氢能已是全球多数经济体的重要国家战略氢能对于中国构建清洁低碳安全高效的能源体系实现碳达峰碳中和目标具有重要意义中国政府给予氢能较多的政策支持在中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见文件中提出要求统筹推进氢能制储输用全链条发展推动加氢站建设推进可再生能源制氢等低碳前沿技术攻关加强氢能生产储存应用关键技术研发示范和规模化应用且在氢能产业发展中长期规划2021-2035年中明确了氢的能源属性是未来国家能源体系的组成部分并制定了阶段目标到2025年基本掌握核心技术和制造工艺燃料电池车辆保有量约5万辆部署建设一批加氢站可再生能源制氢量达到10-20万吨年实现二氧化碳减排100-200万吨年展望十四五氢能将在中国政府下的鼓励下继续发展回溯十三五中请务必阅读正文之后的免责条款部分4of19行业专题研究国自身的庞大的化工煤炭生产体系具备提供大量氢源的基础2017至2021年中国氢气产量也从1915万吨提升至3300万吨年复合增长率达146图417年至今国内氢气产量持续提升图5中国氢气未来需求量将保持高速增长万吨3300350035140001303032300025003012000250021002200259690191510000200020800015001415572610001010600033423715500554000002017201820192020202120000产量万吨yoy20202030E2040E2050E2060E数据来源中国煤炭工业协会国泰君安证券研究数据来源中商情报网国泰君安证券研究日本氢能发展为立足产业优势拓宽应用场景增厚壁垒日本布局规划氢能源较早得益于先进的高端装备制造业日本已打通了氢能源全产业链并拥有全球排名第一的氢能技术的专利数以丰田本田为代表的车企也完成了氢燃料汽车的研发有效拓宽了应用场景日本政府也在2014年明确了建设氢能社会的目标同年丰田推出第一代Mirai氢燃料汽车此外日本政府于2017年底发布的氢能源基本战略将氢能目标进行了具体的细化图620112020年日本申请的氢能相关专利数全球领先图7丰田第二代Mirai氢燃料汽车图40000346243500030000250002123520000136501500011215820510000236650000日本中国大陆美国韩国德国英国数据来源日经中文网国泰君安证券研究数据来源丰田官方网站美国氢能发展以储备技术为主兼顾减排美国自冷战时期就开始在军用领域研究氢能的应用以及高能燃料衍生品的研发7090年代全球笼罩在石油危机的阴云下美国政府也加紧了氢能相关技术的研发并于2002年发布国家氢能路线图使美国成为全球第一个完成氢能顶层设计的国家把氢能作为多能源并行发展的支点来应对自身的能源安全而21世纪前十年的页岩油革命让美国完成了能源领域的进化由净进口国转为净出口国能源安全问题的解决也就搁置了国家对氢能产业发展的推动虽然氢能产业发展有所停滞但美国能源部依然每年为氢能和燃料电池提供数亿美元的资金使其保持技术的领先2022年9月美国发布了国家清洁氢能战略和路线图草案把降本作为氢能发展的三大战略方向之一并支出到20302040和2050年美国清洁氢需求将分别达到10002000和5000万吨年请务必阅读正文之后的免责条款部分5of19行业专题研究表2美国氢能发展计划时期总体目标1在更多的州和地区建立可靠的和技术中立的脱碳目标2将新的氢解决方案引入市场重点关注早期采用州最具吸引力2020年的部分3扩展成孰的应用2022年通过这些行动实现成本降低和性能改进总氢需求达1200万吨并在2022年售出3万辆燃料电池汽车氢需求达到1300万吨15万辆轻型和重型燃料电池汽车售出计2023年划125万辆正在运行的材料处理燃料电池汽车以及1000个加氢站其中近10的加氢站专门用于在美国运行的中型和重型汽2025年车2026年氢需求达到1700万吨售出120万辆燃料电池汽车30万辆现场材料处理燃料电池汽车以及4300个在美国运营的加氢站每年2030年吸引近80亿美元的投资2030年后美国的氢应用将在更大范围内展开超越了传统的早期2030年后采用州和地区氢气的利用率迅速提高吸引了更多的投资并打开了出口机会2050年后2050年氢需求达到1300万吨数据来源美国能源部国泰君安证券研究德国氢能发展旨在加速能源减碳及转型德国氢能与美国发展较为类似以解决能源安全出发2004年以来德国政府就制定和实施了相关政策和项目有针对性地支持氢能技术研发和示范而与美国不同的是美国在21世纪的前十年完成了页岩油革命德国在同期虽然推动了国内绿色能源的发展但因为以光伏风电为主的能源的稳定性相对化石能源较差德国仍然面临着能源安全的挑战为此德国联合欧洲其他经济体于2020年成立欧洲清洁氢联盟共同解决氢能发展可能遇到的问题同年德国联邦政府发布国家氢能战略且于2021年发布德国氢行动计划20212025旨在解决氢经济的技术障碍特别是降低大量生产和运输氢的成本预计到2030年德国工业应用中的氢气需求量将从2019年的55TWh增加至约110TWh氢能发电形成5GW机组且于2035年有望再增加5GW装机请务必阅读正文之后的免责条款部分6of19行业专题研究图820212023年德国政府对氢能战略的基金分配情况图9德国工业应用中氢能的需求量及2030年展望Twh数据来源HydrogenActionPlanGermany20212025数据来源BMWI2氢能的需求空间源自二次能源的替代21氢能为二次能源氢能为二次能源氢原子虽然占地球中所有原子量的17是地球中含量最多的元素之一但地球和地球大气层中的游离氢很少氢原子在地球中主要储存在水分子中而氢能的主要储存形式为游离态的氢气氢能较难从自然界中直接获取通常是通过其它能源转发而来的属于典型的二次能源图10一次能源和二次能源的关系数据来源E2Genergytogether国泰君安证券研究氢能的需求空间源于对其他二次能源的替代氢能由一次能源转化而来而能源的转化有效率的损耗因此通常而言氢能为传统化石能源及其他一次能源的下游而不是互为替代关系而与氢能同属于二次能源的电能热能化工品及合成燃料是氢能未来发展主要的需求空间22氢能VS电能需求源自电气化程度较低的领域以及储能电能为普及度最高的二次能源第二次工业革命后开启了电气化时代电能因其便于输送高效无污染迅速普及历经百余年的发展人请务必阅读正文之后的免责条款部分7of19行业专题研究类社会已经完成了电气化所需的基础设施建设所有的一次能源都可以通过发电装置转化为电能电能是适用范围最广的二次能源而且全球电气化率仍在持续提升电能即发即用的特点以及在长距离无线传输领域技术不成熟导致交通领域电气化程度较低且电气化首先也在有固定运输场景的火车有轨电车领域完成而无固定运输场景的乘用车商用车领域则是在依托储能领域一定技术突破后才进行了初步的电气化但是航运船运航空以及军用领域的运输是电气化较难以触及的盲区图1120002021年全球电能消耗占一次能源的比重持续图12中国新能源汽车占汽车产量比重持续提升提升艾焦尔800020400060001530002000400010100020005000002018-092018-122019-032021-032021-062021-092021-122018-032018-062019-062019-092019-122020-032020-062020-092020-122022-032022-062022-092000200220042006200820152017201920212001200320052007200920102011201220132014201620182020全球一次能源消耗量全球电能消耗量电能占一次能源比重新能源汽车万辆汽车万辆数据来源bp国泰君安证券研究数据来源wind国泰君安证券研究储能电池的推广给予了氢能在交通领域的需求空间为了应对在非固定场景电能的使用及推广由化学能转化为电能的小型发电装置电池开始了研发制造伴随锂电池这类能量密度较高的电池的有效推广电能从小功率移动电器的应用拓展到较大功率乘用车领域而锂电池是储能装置而不是能源本身锂电池可以拓宽电能的应用场景但不能改变电能的来源对减碳没有实质性的帮助且锂电池对锂矿资源需求的提升也致使锂电池的成本有所提升氢能作为二次能源可在燃料电池的放电装置中对锂电池体系有效补充且氢能虽为二次能源但主要来源于工业副产氢而不是电解水制氢能够有效减碳表3锂电池与氢燃料电池的对比锂电池氢燃料电池能量密度100300WhKg约1000WhKg循环次数10005000次通过加氢可实现持续放电能量密度与安全性较难同时兼安全性高压氢罐系统的泄露风险容使用温度冬季低温性能差冬季低温无影响催化剂铂资源稀缺性强且关键原料锂矿石资源具备稀缺性非常昂贵电池成本5001000元kwh约5000元kw使用成本百公里乘用车16度电832百公里乘用车消耗氢气1Kg2050元基础设施充电桩及配套费用百万元级别加氢站及配套千万元级别环保减碳碳排放转移至上游有效减碳请务必阅读正文之后的免责条款部分8of19行业专题研究推广程度完全商业化商业推广初期长期规划已定放权地方政政策持续补贴推动商业化府摸索发展道路数据来源CNKI国泰君安证券研究燃料电池汽车与锂电池比较优势在于更宽的温度使用条件高纬度地区的氢燃料汽车空间可达06万亿元较多研究表明低温下特别是当温度下降到-20度甚至更低时锂离子电池的能量和功率会明显降低这限制了电动汽车在高寒高纬度地区的应用而氢燃料电池使用温度甚至可以在零下30度甚至拥有比燃油车更宽泛的使用温度因此对于高纬度地区来说氢燃料汽车是未来个人交通领域减碳的主方向且全球有超千万人口生活在北纬60N以上的高纬度地区而以上地区主要有冰岛加拿大俄罗斯等国家上述国家人均汽车拥有量约05若按50替换为氢燃料汽车以及普及后每辆25万元人民币计算则空间为06万亿元人民币北京冬奥会期间首次实现奥运赛场氢燃料汽车规模化应用2022年北京冬奥会期间为全面践行绿色办奥理念张家口核心赛区全部使用氢能车辆共710辆首次实现奥运史上氢燃料电池汽车规模化示范应用助力北京冬奥会成为首个实现碳中和的奥运赛事图13锂电池在低温下有明显衰减图1460N纬度以上的高纬度地区也有超千万人生活数据来源ScientificResearch数据来源Weforum氢燃料电池汽车高昂的成本使其过去三年的普及率低于锂电池汽车对于同款车型氢电版价格远超纯电版例如长安深蓝SL032022款中的705纯电版的指导价为2219万元而730氢电版的指导价为6999万元且对于有较多专利储备的日本车厂丰田来说氢电系列的Mirai车报价748万起也远高于同属中型车的凯美瑞和亚洲龙而在锂电池汽车商业化推广的过程中其规模效应和政策补贴也带来了成本的下降因此在2019年时氢燃料电池汽车还能占据新能源车的024而2022年已降至005燃料电池汽车尚处导入期降本空间足尽管燃料电池汽车在新能源汽车的占比有所下降但燃料电池汽车产销量的仍然高速增长2022年111月燃料电池汽车产量达2973辆同比1591此外燃料电池汽车的高成本主要源自动力系统的成本以及后期使用而动力系统是可以通过规模化实现快速降本的而配套设施的建设在特定路线的场景下能请务必阅读正文之后的免责条款部分9of19行业专题研究成本最优化例如公共交通系统园区重卡系统均能使配套建设成本最低图15氢燃料汽车占新能源汽车销量比重仍然较低图162022年111月燃料电池汽车产量为达2973辆02380250350028332973017830000200250001160125177701500082200016191272119915000100004800471000530005050000000产量销量数据来源wind中国汽车工业协会国泰君安证券研究数据来源中国汽车工业协会国泰君安证券研究相较电能氢能具备的可储存的性质也能优化电源结构可再生能源尤其是光伏和风能的利用是推进低碳化的必经之路但风光资源的供电功率稳定性较低因此提升风电光伏使用占比的过程中需要配套相应的储能系统而通过电解水制氢此后再利用氢能发电系统就能实现由不稳定的风光发电向稳定的以氢为燃料的无污染火电转化氢气作为燃料发电的燃气轮机的正在被开发中日本三菱重工拥有丰富的氢能发电技术储备以100氢气作为原料的40MW级燃气轮机将于2023年验证且立志于到2025年实现商业化此外更大型的400MW级燃气轮机的燃烧测试也已成功进行原料类型为氢气和天然气各占一半目标是2030年实现100氢气燃烧的商业化图17三菱重工交付的燃气轮机数据来源JAPANGOV23氢能VS化工品还原属性均有替代的可能二次能源合成化工品中焦炭是最广泛使用的产品之一焦炭做为煤焦钢行业的中游是目前钢铁行业不可或缺的原材料其在高炉炼铁的工艺中主要起到提供热值还原剂支撑骨架等作用而作为高耗能产业之一钢铁生产占全球温室其它排放量的8长流程炼钢工艺是难以实请务必阅读正文之后的免责条款部分10of19行业专题研究现电气化的因此在减碳过程中找寻焦炭的低碳替代品是唯一可行的减碳方案氢气具有与焦炭类似的化学性质亦可在钢铁领域实现应用氢气是常见的还原性气体此外氢气在被氧化的过程中同样可以释放能量虽然氢气无法作为骨架支撑铁水但氢气可以作为喷吹煤的替代物来实现减碳这为氢能在钢铁领域的应用提供了理论基础全球首例百万吨级氢冶金示范项目已在国内完成投产河钢集团120万吨氢冶金示范工程一期于2022年12月全线贯通据集团测算与同等生产规模的传统高炉转炉长流程工艺相比集团氢冶金示范工程一期每年可减少CO2排放80万吨减排比例达到70以上同时SO2NOx烟粉尘排放分别减少3070和80以上且生产每吨直接还原铁可捕集二氧化碳约125千克图18河钢集团张宣科技120万吨氢冶金示范工程现场数据来源河钢集团网站氢气在炼钢领域的应用空间超过千亿元规模假设喷吹煤在钢铁生产过程中全部被氢气取代则吨钢需要约20千克氢气而全球2021年粗钢产量为195亿吨即使按15元千克氢气的单价计算则市场规模有5850亿元人民币若技术进步后氢能还能部分取代焦炭那么市场规模将突破万亿元人民币图19钢铁行业中吨钢喷吹煤使用量在约147kg图202021年全球粗钢产量达195亿吨160143514529146714742500801951140200060120401500100201000800060500-20400-4020201220132014201520162017201820192020202102018201920202021全球粗钢产量百万吨yoy数据来源Mysteel国泰君安证券研究全球钢铁协会国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分11of19行业专题研究24氢能VS其它燃料减碳及高放热量是主要优势氢气掺烧发电源头端减碳氢气与天然气同为气体而天然气经过多年的应用已经具备完善的管道运输系统和充裕的发电机组因此天然气掺氢技术将能使氢气共用天然气的基础设施美国通用技术德国西门子和日本三菱电力等行业巨头均致力于在燃气轮机中氢燃烧的研究其中通用技术公司已将5氢气混合物作为燃料用于485MW联合循环机组发电且三菱重工的高砂氢园区内已为大型燃气轮机提供30的掺氢燃烧并预计于2025年实现100的氢燃烧天然气掺氢燃烧市场空间超千亿元人民币2021年全球天然气发电量达6519太瓦时假设伴随技术突破全球平均天然气掺氢燃烧达20若按照氢气2元标方计算市场规模达35千亿元人民币图212021年全球天然气发电量达65185Twh651857000010060000805000060400004030000202000010000-20--40201020112012201320142015201620172018201920202021全球天然气发电量Twhyoy数据来源bp国泰君安证券研究3制氢是国内最具优势的产业链环节31中国具有领先全球的氢源储备氢能的产业链主要涉及制储运加四大环节1制氢由于氢能是二次能源需经转化而来常规制氢方法包括化石能源转化制氢工业副产制氢电解水制氢等在获得氢气后再根据不同的下游需求进行提纯2储氢主要有高压气态储氢低温液态储氢固态储氢和有机液体储氢等四大类其中燃料电池汽车的储氢方式主要为高压气态储氢3运氢主要以钢瓶运氢车等形式运输已用规模提升后主要发展管道运输4加氢主要为加氢站中国是目前全球最大的氢气生产国据氢能产业发展中长期规划2021-2035年我国是世界上最大的制氢国年制氢产量约3300万吨达到工业氢气质量标准约1200万吨此外可再生能源装机量全球第一在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力请务必阅读正文之后的免责条款部分12of19行业专题研究图222021年中国氢气产量占全球29全球领先图23中国氢气主要通过煤制氢获取11827329019836213790127中国美国中东欧洲印度其它地区煤制氢天然气制氢工业富产氢电解水制氢数据来源EIA国泰君安证券研究数据来源中国煤炭工业协会国泰君安证券研究中国氢气制备主要以煤制氢为主各类氢源潜力巨大氢气可通过多种工艺路线制备主要包括化石能源制氢主要为煤气化制氢以及石油天然气重组制氢中国具有全球最大的煤炭产量煤制氢潜力巨大图242021年中国煤炭产量占全球近一半1556506810中国印度印尼美国澳大利亚俄罗斯其它数据来源bp国泰君安证券研究电解水制氢电力来源主要包括火电水电风电光电以及核电等其中可再生能源是理想的电力来源鉴于中国部分地区新能源装机与电网仍存在不匹配的情况仍有弃风弃光的现象利用弃电来作为电解水制氢的原料有望降低氢成本中国拥有全球最大的风电光伏产能具备充足的绿氢制备所需可再生能源的发电机组图252021年中国风电装机量全球第一占比40图262021年中国光伏装机量全球第一占比361630364016112823中国欧盟含英国美国其它中国欧盟含英国美国其它数据来源bp国泰君安证券研究数据来源bp国泰君安证券研究工业副产氢主要为焦化工艺合成氨PDH氯碱化工等其中中国焦炭合成氨产量全球第一且中国自2016年以来化工行业资本开支不断提升规模巨大的化工行业将提供充裕的工业副产氢请务必阅读正文之后的免责条款部分13of19行业专题研究图272021年中国焦炭氨氯碱产能均为全球第一图282021年化工行业资本开支为近10年新高亿元8070100007080006045600050403340003020002001020122013201420152016201720182019202020210氯碱产能占比焦炭产能占比合成氨产能占比CS石油石化CS基础化工数据来源CNKI国泰君安证券研究数据来源bp国泰君安证券研究32氢矿能源化工产线的质变涉及工业副产氢的化工产线理论上可作为氢矿矿是指可从中提取有用组分或其本身具有某种可被利用的性能的矿物集合体而诸如焦炭石油催化裂化等能够产生氢气的产线理论上均可称为氢矿石油工业的副产氢主要用于后续产业链较少外溢石油工业是将原油经过分离获得燃料及初级石油化工品然后通过裂化裂解获得碳3碳4化合物而由于剔除燃料油之外石油以氢碳比较低的不饱和芳烃为主而该类初级原料是需要通过加氢催化等实现向低碳烯烃烷烃等转化因此石油化工业即使有环节产生了工业副产氢但后续的环节也会消耗氢气而且整体来看石油化工业是需要额外补充氢气的虽然整个石化产业链环节难有氢气外溢但作为产业链某一节点是会有多余副产氢的例如金能科技的PDH项目为公司带来了额外的氢源图29石油化工产线中常见的加氢催化反应数据来源EncyclopaediaBritannica煤化工中的煤制氢类似于石油化工业氢气较难外溢氢气多为煤气化的产物后续主要参与合成氨线路以及合成气制甲醇线路且煤炭的氢碳比小于甲醇理论上氢气较难外溢不过双碳趋势下未来煤炭消费量的将趋于平缓或下降华东煤炭龙头兖矿能源在关于讨论审议公司发展战略纲要的议案中表示力争5-10年氢气供应能力超过10万吨年亦开启了布局氢能之路请务必阅读正文之后的免责条款部分14of191163612行业专题研究焦化工艺产生副产氢而后续炼钢工艺不消耗副产氢理论上氢气可外溢焦化工艺是用焦煤高温干馏制备焦炭而焦炭的碳氢比是高于焦煤的且干馏环境下隔绝氧气因此焦化反应后氢均以氢气的形式离散在焦炉煤气中而传统焦炭炼钢的工艺中也不涉及到氢气的应用在焦化反应中氢气多用于燃料以及制甲醇的原料等对于整个产业链的物料平衡来说氢气是富裕的焦化产业链具有制氢的天然成本优势每立方氢气的成本仅为0710元焦化产业链是用焦煤炼焦的产业链在焦煤高温干馏后主要有气液固三相产物固态是常见的焦炭液态是煤焦油气态成分则是焦炉煤气其中焦炉煤气通常作为动力源重新回到焦炉提供热源作为工业副产物焦炉煤气的成产成本较低而焦炉煤气一般为富氢尾气氢气含量约60焦炉煤气只需经过简单的物理分离就可制得氢气焦炉煤气制氢的平均成本在0710元立方米是常见制氢法包含化石能源制氢电解水制氢中最具成本优势的方法图30焦炉煤气制氢成本在主流工艺中最低数据来源国泰君安证券研究拥有焦化产能的公司可看做为拥有氢矿的公司中国最大的独立焦化企业中国旭阳集团已规划在建氢气产能合计854亿立方米预计2024年能完全投产河北旭阳1000kg天氢能项目预计2021年投产该项目位于定州毗邻雄安新区及张家口冬奥会区域需求端有保障旭阳中燃85亿方年项目预计2023年底投产届时集团氢气年产能为76万吨表4公司在建氢能项目一览定州园区氢能项目一期氢气纯化及充清水河县360万吨年焦化及制项目装系统氢综合利用项目区位定州市呼和浩特市建设单位河北旭阳旭阳中燃规模与内容一套焦炉尾气氢气纯化系统氢综合利用项目产品高纯氢高纯氢产能1000kg天85亿立方年项目投资03亿48亿请务必阅读正文之后的免责条款部分15of19行业专题研究投产时间2020年2021年2023年12月数据来源公司公告国泰君安证券研究美锦能源作为国内独立焦化龙头之一已完成包括制氢整车生产等氢能源领域的全面布局据公司副总裁焦炉煤气制氢是目前大规模低成本获得氢气最可行的途径之一公司在制氢方面拥有得天独厚的优势根据公司现有上千万吨年焦炭产能粗略计算可从焦炉煤气中提取氢气96万吨年可供约9100辆氢燃料电池重卡使用预计减碳1095万吨33电解水制氢绿色能源的最后一环电解水制氢技术可以作为电-氢系统的桥梁在电力供应过剩且传输通道不畅时使用多余可再生能源制氢进而起到储能调峰的作用配合可再生能源的高比例发展以绿电为能源电解水制氢可获得绿氢从而完成零碳用能推广氢气的主要原因为通过氢气替代化石能源完成降碳减缓全球变暖的情况而由于氢气为二次能源因此通过化石能源以及工业副产制氢被称为灰氢及蓝氢并不能做到零碳图31绿氢是零碳氢气数据来源EncyclopaediaBritannica中国氢能规划表示2025年绿氢的量达1020万吨每年十四五将迎高速发展据中国氢能产业发展中长期规划2021-2035年到2025年可再生能源制氢量达到10-20万吨年成为新增氢能消费的重要组成部分实现二氧化碳减排100-200万吨年而当前电解水制氢的产量仅占总产量约1即33万吨则2023至2025的三年时间里电解水制氢的产能需要提升36倍高耗能的煤化工企业已开始布局绿氢业务对于煤化工企业来说限制其未来发展的除了新项目的资本金外还需要得到能耗指标以及环评的批复而布局绿氢业务可以有效降低产线的碳排放新建化工项目的能耗指标相对更容易获得请务必阅读正文之后的免责条款部分16of19行业专题研究宝丰能源作为煤化工龙头之一致力于扩大煤制烯烃的产能以及精细化工产线的纵向一体化而能耗指标是公司需要面临的挑战之一得益于其产业园所在的宁夏和内蒙地区也拥有充裕的风光资源宝丰能源内蒙古一期项目通过风光制氢一体化配套项目补入绿氢绿氧即用绿氢替代原料煤补入甲醇合成项目装置可减少工艺系统二氧化碳的排放量同时将副产的氧气作为气化用氧替代燃料煤补充到气化装置中降低空分装置能耗其2021年4月投产的电解水制氢示范项目单位制氢成本仅149元千克相当于每立方133元通过低成本的绿电以及EPC总包及优质成本管控能力低于常规电解水制氢项目表5投产制氢项目单位成本一览序号项目名称投产时间单位制氢成本项目规模宁夏宝丰能源光伏发电电12021年1491元kg光伏发电装机容量200兆瓦制氢能力2万标准立方米小时解水制氢示范项目2新疆库车光伏发电绿氢2022年1295元kg光伏发电装机容量300兆瓦制氢能力28万标准立方米小时风力发电装机容量562兆瓦每年产量313吨氢气预设目3河北建投风电制氢项目2022年30元kg标数据来源中国知网我国新能源风光发电制氢动态成本测算国泰君安证券研究电解水制氢降本潜力大度电成本及装置成本均有下降空间电解水的成本主要由变动成本与固定成本构成变动成本主要为制氢的用电成本固定成本主要为电解装置成本以风电电源质子交换膜PEM装置为例每立方氢气需要约45度电度电电解水装置约07元占固定成本50则若风电度电成本按0185元测算则每立方氢气成本为223元如果按照2025年风电成本降至01元电解水装置成本降为05元其他固定成本降为04元那么彼时度电成本135元已相较石脑油制氢天然气制氢等具备一定优势但仍不及煤制氢及化工复产氢图321220年绿电平准化度电成本持续下降度美元图33电解水装置总系统成本预计不断下降元kw91460161000002078990150147080672001501180000100105508008010007006600000540005716508346350070060060064453006005005200037770000040032012201320142015201620172018201920200201720182019202020212022202320242025E平准化度电成本光伏住宅中国平准化度电成本加权平均陆上风电中国ALK电解装置PEM电解装置数据来源wind国泰君安证券研究数据来源中国知网我国新能源风光发电制氢动态成本测算国泰君安证券研究请务必阅读正文之后的免责条款部分17of19行业专题研究4投资建议氢能作为终极能源2022年美国日本德国等均以开启氢能的未来发展计划中国也于同年发布了氢能产业发展中长期规划2021-2035年与其他国家相比中国不仅具有全球氢能产量最大的国家亦具有领先全球的氢源储备在氢能的发展中中国的能源化工企业有望依托氢能业务走向世界推荐1拥有大量氢矿资源的中国旭阳集团2布局绿电业务宝丰能源3PDH工业副产氢金能科技4长期规划涉及制氢业务兖矿能源受益标的美锦能源表6主要推荐上市公司估值表EPS元PE公司简称代码投资评级2021A2022E2023E2021A2022E2023E中国旭阳集团1907HK061085116564029增持宝丰能源600989SH09709613213113396增持兖矿能源600188SH3347557911074745增持金能科技603113SH111128151857463增持美锦能源000723SZ06061067155152139无数据来源wind国泰君安证券研究注1收盘价截至2023年1月11日2美锦能源2223年EPS数据源自wind一致预期5风险提示全球经济下行带来的替代需求下降为对抗通胀2022年美联储正式开启货币紧缩周期如果加息过快导致经济衰退则将在需求端对全球能源价格带来负面影响而氢能的成本劣势将被暴露从而影响氢能的替代需求氢能推广不及预期全球主要经济体均在2022年开启了氢能的未来规划预计均将大力推广氢能的应用倘若不可抗力出现氢能推广不及预期则包括上游制氢领域的公司在内全产业链公司可能均会受到影响请务必阅读正文之后的免责条款部分18of19行业专题研究本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格分析师声明作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力保证报告所采用的数据均来自合规渠道分析逻辑基于作者的职业理解本报告清晰准确地反映了作者的研究观点力求独立客观和公正结论不受任何第三方的授意或影响特此声明免责声明本报告仅供国泰君安证券股份有限公司以下简称本公司的客户使用本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户本报告仅在相关法律许可的情况下发放并仅为提供信息而发放概不构成任何广告本报告的信息来源于已公开的资料本公司对该等信息的准确性完整性或可靠性不作任何保证本报告所载的资料意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断本报告所指的证券或投资标的的价格价值及投资收入可升可跌过往表现不应作为日后的表现依据在不同时期本公司可发出与本报告所载资料意见及推测不一致的报告本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态同时本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改投资者应当自行关注相应的更新或修改本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户不构成客户私人咨询建议在任何情况下本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议在任何情况下本公司本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利不与投资者分享投资收益也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任投资者务必注意其据此做出的任何投资决策与本公司本公司员工或者关联机构无关本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域部门或关联机构之间的信息流动因此投资者应注意在法律许可的情况下本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行财务顾问或者金融产品等相关服务在法律许可的情况下本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事市场有风险投资需谨慎投资者不应将本报告作为作出投资决策的唯一参考因素亦不应认为本报告可以取代自己的判断在决定投资前如有需要投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策本报告版权仅为本公司所有未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版复制发表或引用如征得本公司同意进行引用刊发的需在允许的范围内使用并注明出处为国泰君安证券研究且不得对本报告进行任何有悖原意的引用删节和修改若本公司以外的其他机构以下简称该机构发送本报告则由该机构独自为此发送行为负责通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议本公司本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任评级说明评级说明1投资建议的比较标准增持相对沪深300指数涨幅15以上投资评级分为股票评级和行业评级以报告发布后的12个月内的市场表现为谨慎增持相对沪深300指数涨幅介于515之间比较标准报告发布日后的12个月内的股票投资评级公司股价或行业指数的涨跌幅相对同中性相对沪深300指数涨幅介于-55期的沪深300指数涨跌幅为基准减持相对沪深300指数下跌5以上2投资建议的评级标准增持明显强于沪深300指数报告发布日后的12个月内的公司股价或行业指数的涨跌幅相对同期的沪深行业投资评级中性基本与沪深300指数持平300指数的涨跌幅减持明显弱于沪深300指数国泰君安证券研究所上海深圳北京地址上海市静安区新闸路669号博华广深圳市福田区益田路6003号荣超商北京市西城区金融大街甲9号金融场20层务中心B栋层街中心南楼18层邮编200041518026100032电话0213867666607552397688801083939888E-mailgtjaresearchgtjascom请务必阅读正文之后的免责条款部分19of19