电解水制氢发展势头强劲
　　全球2021年生产氢气约9000万吨，中国、欧洲与美国是目前全球三个主要的氢能生产国，从产量来看，中国氢能产量居世界第一，2021年年产量达3300万吨；欧洲与美国基本持平，同年产量约1000万吨。2020年以来美国电解水制氢发展势头强劲。
　　2020年美国99%的氢气生产来自化石燃料，其中95%来自SMR的天然气，4%通过煤炭，只有1%的氢是通过电解生产的。
　　截至2022年5月，美国运行和在建的PEM电解水制氢产能超620MW，相对2021年的170MW增长超3倍。
　　据《国家清洁氢能战略和路线图(草案)》，目标是到2030年将清洁氢的产能增加到1000万吨/年，对应电解制氢能力约121GW；到2040年增加到2000万公吨/年；到2050年增加到5000万吨/年。
　　风险提示
　　需求不及预期风险：电价高增或受政策变动影响，导致绿氢经济性不及预期，将影响行业出货及市场规模。
　　行业竞争加剧超预期：若有大量竞争者涌入，产业链各环节公司可能会引发价格战，或将导致公司毛利率下行。
　　原材料价格大幅上涨风险：若原材料继续上涨，电解槽公司无法完全将成本压力传导到下游，可能导致毛利率承压，从而影响盈利。
　　报告使用信息数据更新不及时的风险。
　　

研究报告全文：中泰证券研究所专业领先深度诚信证券研究报告氢能系列报告三美国氢能发展现状和前景2023317中泰证券电新首席分析师曾彪执业证书编号S0740522020001Emailzengbiaoztscomcn中泰证券电新研究员朱柏睿执业证书编号S0740522080002Emailzhubrztscomcn1目录CCONTENTS美国氢能现状分析CONTEN1TS中泰证券研究所专业领先深度诚信21电解水制氢发展势头强劲全球2021年生产氢气约9000万吨中国欧洲与美国是目前全球三个主要的氢能生产国从产量来看中国氢能产量居世界第一2021年年产量达3300万吨欧洲与美国基本持平同年产量约1000万吨2020年以来美国电解水制氢发展势头强劲2020年美国99的氢气生产来自化石燃料其中95来自SMR的天然气4通过煤炭只有1的氢是通过电解生产的图表美国氢气生产结构2020年图表2000-2022美国的风电光伏及电解水制氢的累积安装容量来源BNEFEIAIHSMarkit美国能源部中泰证券研究所31电解水制氢发展势头强劲图表美国PEM电解水制氢及天然气制氢产能分布2022年截至2022年5月美国运行和在建的PEM电解水制氢产能超620MW相对2021年的170MW增长超3倍据国家清洁氢能战略和路线图草案目标是到2030年将清洁氢的产能增加到1000万吨年对应电解制氢能力约121GW到2040年增加到2000万公吨年到2050年增加到5000万吨年图表2021年美国运行和在建PEM电解水制氢产能170MW图表2022年美国运行和在建PEM电解水制氢产能620MW来源美国能源部中泰证券研究所42美国是第二大氢能需求国美国是全球第二大氢能需求国2021年全球氢气需求超过9400万吨其中中国是世界上最大的消费国2021年的需求约为2800万吨同比增长5美国和中东分别为第二大第三大消费国均约为1200万吨分别同比增长8和11欧洲是第四大消费国2021年的需求超过800万吨几乎与2020年的水平相同从消费结构上看2021年美国氢气主要用于石油炼化合成氨与化工工业分别占比5535此外氢气也广泛用于其他终端包括超过5万台燃料电池叉车超过80辆燃料电池巴士超过13万辆燃料电池汽车以及超过500兆瓦的燃料电池固定电站和备用电源图表美国氢气消费结构2021年图表2019-2030年分应用领域国家氢能需求情况来源IEA美国能源部中泰证券研究所5目录CCONTENTS美国氢能发展复盘CONTEN2TS中泰证券研究所专业领先深度诚信61美国氢能发展回顾美国氢能历史发展回顾图表美国氢能政策发展回顾1974年在迈阿密成立了国际氢能协会并召开首次会议石油危机时期美国将氢能作为一种替代能源开始布局技术研发以寻求能源独立20世纪90年代开始开展氢能技术研究美国是全球较早提出氢能发展规划的国家最早的两个氢能政策为1990年的氢研究开发及示范法案和1996年的氢能前景法案政府在氢能关键技术上进行投资2002年至2005年美国氢能产业进入行动阶段政府陆续发布了多个氢能支持政策建成了氢能应用基础设施大力投资氢能和燃料电池项目2006年至2014年受2008年全球金融危机的冲击以及页岩气革命在美国大获成功影响氢能路线图发展计划都被搁置2014年至2020年随着全球气候压力增大及能源转型加速美国能源部把氢能作为推动全球能源转型和应对气候变化的一种可行性技术来大力发展深入氢能生产运输存储和利用方面的技术研发以财政补贴的方式鼓励相关项目的开发发展更多氢气基础设施将氢气应用到多个行业如交通业钢铁制造业氨和液体燃料的生产来源美国能源部北极星储能网中泰证券研究所72近年美国氢能重点政策复盘近年重点政策2020年推出氢能发展规划该规划针对制氢运氢储氢用氢四个流程提出了相关技术指标旨在技术方面降低氢能成本2021年6月推出的氢能计划预计在10年内将清洁氢成本降至1kg2021年11月的基础设施就业法提供95亿美元氢能专款用于清洁氢能中心建设电解制氢研究开发以及清洁氢制取利用2022年的通货膨胀法案提供了氢气生产税补贴和投资税补贴预计将帮助实现灰氢向绿氢的过渡2022年9月国家清洁氢战略路线图明确了2030年2040年和2050年的氢生产目标美国将氢在生产储运及转化应用过程中的成本和性能作为主要目标而非氢能的市场占有率也可以看出联邦政府期望通过技术研发催化出跨越性的技术以实现氢能的经济性和国际竞争力来源美国能源部中泰证券研究所83美国IRA中氢能相关政策梳理通货膨胀法降低制氢成本美国于2022年8月通过了通货膨胀法案提供3690亿补贴用于推动清洁能源部署该法案对氢能提供了长达十年的生产税和投资税补贴根据氢气生产过程中产生的二氧化碳量来发放不同规模的补贴其中绿色氢气能获得税收抵免3kg图表制氢税收减免PTC图表氢投资税收减免ITC图表CCUS税收减免来源美国IRA法案中泰证券研究所9目录CCONTENTS行业发展的催化剂CONTEN3TS中泰证券研究所专业领先深度诚信101政策税收支持下绿氢经济性增强2020年碱性电解水制氢的LCOH为46kgPEM为图表IRA对美国氢气成本的影响假设税收抵免为3kg45kgSOEC为63kg其中电力成本占总LCOH的50以上使用电解法生产氢气的最经济的州35-37kgH2美元是工业电价最低的州如俄克拉荷马州路易斯安那州德克萨斯州和华盛顿州用电解法生产氢气的最昂贵的州8-14kgH2是夏威夷阿拉斯加罗德岛州马萨诸塞州和加利福尼亚州IRA法案表示绿氢能获得最高额补贴为3kg预计生产成本的降低将进一步刺激绿氢的生产和需求考虑补贴后目前在工业电价低的州绿氢可以达到与灰氢蓝氢平价图表美国各州PEM电解水制氢成本kgH2图表美国五州碱性PEMSOEC电解水制氢成本kgH2来源BNEFAnalysisofHydrogenroductionCostsacrosstheUnitedStatesandoverthenext30years中泰证券研究所111政策税收支持下绿氢经济性增强氢气各目标用途有竞争力的成本阈值氢气在部分应用领域中在较高的成本时就开始具有竞争力如叉车商用卡车公共汽车领域考虑IRA法案中的税收抵免后绿氢已在这三类应用场景中具备经济性2021年hydrogenshot提出2030年清洁氢目标成本为1kg该目标达成后催化清洁氢在工业中的使用促进在燃料钢铁能力存储领域的使用据国家清洁氢能战略和路线图草案预计到20302040和2050年美国清洁氢需求将分别达到10002000和5000万吨年图表美国清洁氢潜在需求2030年2040年2050年图表氢气在各应用领域中具有竞争力的成本来源BNEF美国能源部中泰证券研究所122技术发展推动持续降本美国政策主要目标是降低燃料电池和氢气生产交付储存的成本并满足特定应用目标图表氢能生产成本构成性能和耐用性要求电解水制氢的主要成本来自电能和资本成本占比分别为53272030年目标成本氢生产成本1kg氢配送分发成本2kg车载储氢成本9kgHDV氢燃料电池系统成本80美元kW将通过以下途径降低成本1降低电力成本提高效率和利用率2减少80以上的资本成本及减少90以上的运营和维护成本图表降低燃料电池和氢气生产交付储存成本的目标图表氢能生产降本目标来源美国能源部中泰证券研究所133输送改造天然气输送基础设施是快速扩展氢气输送能力的可能方式现有氢能管道概况管道基础设施是目前向大部分市场运输氢气的最具成本效益和能源效率的方式截至2020年12月美国运营1608英里的氢气管道位于石油精炼厂和化工厂等大型氢气用户集中地目前美国几乎所有的氢气管道都在专门的氢基础设施中由氢生产商所有其中90以上的管道位于得克萨斯州路易斯安那州和阿拉巴马州的墨西哥湾沿岸相对较短的氢气管道位于德州路易斯安那州其他地方和其他9个州其中加州有16英里的氢气管道印第安纳州有14英里剩下的7个州每个州都不到10英里相比之下在美国天然气输送管道超过30万英里不包括配电干线未来规划为了进一步扩大氢管道的基础建设美国现阶段研究的方法是1使用纤维增强聚合物管道其成本比钢质管道低202改造部分天然气输送基础设施以输送天然气和氢气的混合物管道状况不一可混合的限度不同目前最大限度为30迄今为止夏威夷天然气公司新泽西天然气公司和SoCalGas是唯一成功展示将氢气掺入天然气传输和或分配管道的美国公用事业图表2020年美国墨西哥湾氢气管道分布来源Pipelinetransportationofhydrogenregulationresearchandpolicy中泰证券研究所144输送推动加氢站及氢走廊建设加氢站及氢走廊根据美国能源部数据2023年3月美国对外运营的加氢站共72个其中16个为私人的此外还有53个站点在规划或建设中现有的和计划中的大多数加氢站都在加利福尼亚州计划中的加氢站中有45个在加州有2个在夏威夷有6个在东北部地区大多数加氢机都是在现有加油站基础上修建的此外联邦公路管理局FHWA正在沿国家系统走廊建立全国性的替代燃料和充电基础设施网络其中对于氢走廊HVD的要求是走廊上的公共加氢站点之间的距离不超过100英里由于加氢站建设滞后美国目前除加州地区已建成数条氢走廊外其余各州规划中氢走廊均处于待定状态美国加氢站建设及氢走廊规划情况见下图图表2002年-2022年美国运营中的加氢站座图表2023年美国所有加氢站现有计划图表2023年美国氢走廊分布80706050403020100222222222222222222222000000000000000000000000000001111111111222234567890123456789012来源美国能源部中泰证券研究所155氢燃料汽车2022年底美国总保有量近15000辆根据中国氢能联盟研究院初步统计截至2022年底全图表2012年-2022年分季度美国氢燃料电池汽车销量辆球主要国家燃料电池汽车总保有量和销量分别为67315辆和17921辆同比增长363和99截至2022年底美国氢燃料汽车总保有量近15000辆2022年全年美国氢燃料汽车销量2707辆同比下降19其中丰田Mirai销量2094辆同比下降20现代Nexo销量408辆同比下降5其他车型销量205辆同比下降27受限于汽车价格整体能源效率加油基础设施车型数量美国燃料电池销量基本在加利福尼亚图表2012年-2022年各年美国氢燃料电池汽车销量辆图表2022年全球主要国家氢燃料电池汽车销量及保有量辆来源TheHydrogenFuelCellPartnership中国氢能研究院中泰证券研究所16目录CCONTENTS相关公司梳理CONTEN4TS中泰证券研究所专业领先深度诚信171预计全球23年电解槽产能翻倍当前碱性是主流美国厂商产能占比约20n据BNEF数据2022年全球电解槽公司产能图表2022-2023年电解槽公司年生产量GW年152GW其中碱性电解水制氢是主导技术约占全球生产能力的75PEM占25PEM电解槽厂家主要以国外厂家为主其中全球排名前20的电解槽生产商中不包括SOEC美国3家入围技术类型均为PEM电解槽合计年产能26GW占全球的17n据BNEF预计2023年电解槽公司产能预计将增加一倍以上至311GW碱性设备将保持领先地位其中美国入围的3家生产商年产能增长至66GW年占全球的21图表2022-2023年美国电解槽公司年生产量GW年来源中泰证券研究所BNEF182PlugPower一体化布局制储运加以及燃料电池公司进行制储运加以及燃料电池的一体化布局涵盖电解槽销售绿氢销售加氢站运营燃料电池销售等公司于2020年收购PEM电解槽公司GinerELX现有电解槽产能为位于美国的1GW产能2021年1月7日韩国SK以15亿美元收购PlugPower99的股份成为PlugPower的最大股东两家公司将成立一家合资企业向韩国及亚洲市场提供氢燃料电池系统加氢站和电解槽公司与沃尔玛亚马逊和其他移动客户签订了多项绿色氢供应协议总销售量接近每天200吨预计2023年底在北美将拥有200TPD的绿氢发电网络2025年公司有望在北美拥有500TPD的绿氢产能到2028年在全球拥有1000TPD绿氢产能公司已经部署了60000多个燃料电池系统和超过185个加氢站2022年公司的电解槽业务在手订单达到2GWIRA法案后公司的5MW集装箱化绿色氢解决方案近期需求巨大在该产品推出后的六个月内订购了30多台图表公司在美国和欧洲的制氢厂图表公司EX-425D1MW电解槽参数来源公司年报公司官网中泰证券研究所193cummins电解槽燃料电池和储氢罐三箭齐发Commuins目前业务涵盖了发动机配电零部件动力系统和新能源等五个部门其中新能源部门核心产品为氢燃料电池四型高压储氢瓶PEM电解槽设备等公司于2019年新能源动力事业部业务包括制氢储氢运输氢燃料电池整体解决方案兆瓦级能源存储解决方案等公司于2019年收购加拿大Hydrogenics公司81的股权扩展PEM电解槽业务其隶属于新能源业务板块公司电解槽产品中碱性电解槽的产氢量较小主要用于电厂里面发电机用氢1MW的项目以上都采用PEM电解槽截至2022年底公司的电解槽业务在手订单达到3亿相对2022Q1末的1亿增加2倍图表公司PEM电解槽参数图表公司碱性电解槽参数来源公司官网中泰证券研究所20