碳中和推动，能源结构转型：万亿蓝海市场，氢能未来可期
（报告出品方/分析师：光大证券 赵乃迪 蔡嘉豪）
1、 碳中和推动能源转型，氢能或成万亿蓝海市场
1.1、 氢能：清洁低碳的绿色能源
氢能作为一种清洁低碳、热值高、来源多样、储运灵活的绿色能源，被誉为 21 世纪的“终极能源”。
1）清洁低碳：与传统的化石燃料不同，氢气和氧气可 以通过燃烧产生热能，也可以通过燃料电池转化成电能；而在氢转化成电和热的 过程中，只产生水，并不产生温室气体或细粉尘。
2）热值高：其热值可达到 120MJ/kg，是同质量化石燃料的 3 倍。3）来源多样：氢可以通过化石燃料、 电解水、核能、光催化等多种方式制取。4）储运灵活：氢可以以气态、液态或 固态的金属氢化物等形态出现，能适应不同场景的要求。
根据氢能生产来源和生产过程中的碳排放情况，可将氢分为灰氢、蓝氢、绿 氢。
灰氢是指通过化石燃料燃烧产生的氢气。蓝氢是指在制氢过程中增加 CCUS （Carbon Capture，Utilization and Storage）碳捕捉、利用与储存技术产 生的氢气。
绿氢是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源制备出的氢气， 制氢过程完全没有碳排放。
根据 2020 年中国氢能联盟发布的《低碳氢、清洁氢 与可再生氢标准与评价》，制取单位氢气温室气体排放量≤14.51kgCO2eq/kgH2 的氢气为低碳氢，制取单位氢气温室气体排放量≤4.9kgCO2eq/kgH2的氢气为 清洁氢，可再生氢在温室气体排放量≤4.9kgCO2eq/kgH2的基础上同时要求制 氢能源为可再生能源。即可再生氢、清洁氢与通俗意义上的“绿氢”相当，低碳 氢与“蓝氢”相当。
氢能产业链所涉及的环节和应用场景众多，发展空间广阔。
氢能产业链包括 上游氢能制取、中游氢能储存运输、下游交通领域&储能领域&工业领域应用等。其中上游制氢包括化石能源制氢、电解水制氢、工业副产氢等；储运环节分为液 氢储运、高压储运、固态储运、有机液态储运。氢能的下游利用领域广阔，包括 交通运输、储能、工业应用等。其中交通领域是氢能行业发展初期的重要突破口， 氢能燃料电池车发展前景可期。
1.2、 政策体系逐渐明朗，氢能产业发展迎来新格局
国家政策陆续出台，引导氢能产业健康发展。氢能及燃料电池的发展关系到 我国能源发展战略、生态文明建设以及战略性新兴产业布局。
2019 年氢能源首 次被写入《政府工作报告》，政府工作任务中明确将推动充电、加氢等设施建设。
2021 年国务院在《“十四五”规划及 2035 年远景目标纲要》中提到，在包括 氢能与储能在内的前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计 划。
2021 年底，《“十四五”工业绿色发展规划》出台，对加快氢能技术创新 和基础设施建设、开展可再生能源电解制氢、鼓励氢能等替代能源在化工领域的 应用、开展绿氢装备基础研究等方面做出规划。国家对发展氢能持积极态度，相 关政策密集出台，氢能产业链有望迎来高速发展期。
各省市政策目标明确，“十四五”期间加码燃料电池汽车和加氢站布局。
地 方政府对于氢能产业布局具有较高的积极性，自 2020 年以来，已有北京、上海、 广东、浙江等 16 个省市先后制定了氢燃料电池汽车产业相关政策和规划，对加 氢站的规划建设、氢燃料电池汽车的推广应用、核心产业链的布局等都进行了详 细布局。
1.3、 碳中和推动需求增长，氢能有望迎来万亿级市场空间
根据中国氢能联盟的预测，在 2030 年碳达峰情景下，我国氢气的年需求量 将达到 3715 万吨，在终端能源消费需求量中占比约为 5%，到 2050 年氢气需 求量将达到 9690 万吨，2030-2050 年均复合增长率为 4.9%。
在 2060 年碳中和 情景下，我国氢气的年需求量将增至 1.3 亿吨左右，在终端能源消费需求量中占 比约为 20%，2030-2060 氢气需求量年均复合增长率为 4.3%。
氢能产业快速发展，市场空间广阔。
氢能作为一种来源广泛的二次能源，是 推动传统能源顺利过渡到可再生能源的最佳互联媒介，能够促进工业、建筑、交 通运输等产业大规模实现脱碳，是我国实现“双碳”目标的必经之路。我们对氢能供应端市场规模进行测算。
核心假设：
1）2030 年及以后煤制氢和天然气制氢 增加 CCUS 技术成本。
2）电解水制氢以碱性电解水制氢成本为准，且随着可再 生能源发电成本下降，电解水制氢成本下降；工业副产氢以焦炉煤气制氢成本为 准。
3）可再生能源制氢降本空间较大，根据中国氢能联盟预测，2025 年，可再 生能源电解水制氢成本有望降低至 25 元/kg 氢气，彼时将具备与天然气制氢进 行竞争的条件；2030 年，可再生能源电解水制氢成本将低至 15 元/kg 氢气。
4） 根据中国氢能联盟对中国氢气供给结构的预测，可再生能源制氢占比不断提升， 2020 年、2030 年、2050 年的占比分别为 3%、15%、70%。
5）目前行业仍处 于发展初期；至 2030 年，氢能产业有望快速发展，行业成本不断下降，利润率 有望提升；至 2050 年，氢能产业发展成熟，行业规模不断扩大，行业竞争激烈 利润率下滑，因此假设 2020/2030/2050 年利润率分别为 10%/15%/8%。
综合来看，短期内由于绿氢、蓝氢的占比提升，制氢成本在 2020-2030 年 有一定程度上的增长，但随着可再生能源制氢的发展，到 2050 年我国平均制氢 成本有望达到 12.37 元/kg，氢能供应端市场规模达到 13027 亿元，制氢端市场 规模可观，2020-2050 年均复合增长率为 3.9%。
2、 短中期化石能源制氢和工业副产氢将成为我国氢气供给的主要来源
2.1、 制氢路径差异大，化石能源制氢仍占主导地位
全球范围内化石能源制氢仍占主导地位，天然气制氢占比较高。氢的制取有 多种方式，其中主要包括化石能源制氢、工业副产氢和电解水制氢。2020 年， 全球 9000 万吨的氢需求量几乎完全由化石能源制氢满足，其中天然气制氢占氢 生产量的 59%。
根据 IEA 数据，化石能源制氢的主导地位使氢生产在 2020 年造 成近 9 亿吨二氧化碳直接排放，占全球能源和工业二氧化碳排放量的 2.5%。我国为世界第一制氢大国，煤制氢是首要制氢方式。
根据中国氢能联盟与石 油和化学规划院的统计，2019 年我国氢气产能约 4100 万吨/年，产量约 3342 万吨，为世界第一制氢大国。其中，煤制氢是最主要的制氢方式，产量达到 2124 万吨，占比约 64%。其次为工业副产氢和天然气制氢，产量分别为 708 万吨和 460 万吨。电解水制氢产量约 50 万吨，占比 1%。
制氢路径差异大，短中期化石能源制氢和工业副产氢将成为我国氢气供给的主要来源。
不同制氢路径主要在能效、碳排放、经济性方面存在较大差异。这几种制氢方式中，天然气制氢由于我国天然气资源紧缺、对外依存度较高以及定价 等问题发展受限；煤制氢技术发展成熟，但污染物和碳排放强度高；电解水制氢 基本可以实现零碳排放，但目前产量小。
成本方面，目前煤制氢和工业副产氢的 成本较低，根据 2020 年中国氢能产业发展报告，在煤价为 200-1000 元/吨时， 煤制氢成本约为 6.77-12.14 元/kg；天然气价格为 1-5 元/Nm³时，天然气制氢 成本为 7.5-24.3 元/kg；电解水制氢成本较高，电价为 0.6 元/kwh 时，电解水 制氢成本达到 40 元/kg。
因此在电解水制氢发展初期，化石能源制氢和化工工 业副产氢将成为我国氢气供给的主要来源。
2.2、 化石能源制氢：利用 CCUS 技术生产“蓝氢”是未来发展趋势
化石能源制氢指的是煤炭、天然气、石油等制取氢气，其中煤制氢和天然气 制氢的应用最广泛。煤制氢是目前我国工业大规模制氢的首选。煤炭与气化剂混合后在高温高压 条件下进行反应生成混合气体，通过后续工艺提纯除杂后，可获得高纯氢气。
煤制氢历史悠久，由于其技术路线成熟稳定、制备成本较低，是我国各类制氢工艺 路线中最具经济性和应用最广泛的路径，2019 年我国煤制氢产量达到 2124 万 吨，占我国氢气总产量的 64%，是目前工业大规模制氢的首选方式。
天然气制氢主要通过 SMR(Steam Methane Reformer)甲烷蒸汽重整，在高温及催化剂存 在的条件下，使甲烷与水蒸气发生反应生成合成气，广泛应用于生产炼厂氢气、 纯氢、合成气和合成氨原料。
2019 年我国利用天然气制氢产量为 460 万吨，占 我国氢气总产量 14%。现阶段煤制氢成本低于天然气制
