1.氢能“绿色低碳+能源安全”的战略选择
氢能，绿色低碳、来源丰富，应用广泛，对构建清洁低碳、安全高效的能源体系，具有重要意义，已成为全球加快低碳、绿色转型，培育经济新增长点的战略选择。发展氢能的主要驱动力可以归结为：1.减轻“温室效应”，呵护人类家园是核心驱动力；2.构建安全能源体系的重要选择；3.氢能产业链环节众多，是潜在经济新增长点。
1.1减轻“温室效应”呵护人类家园是核心驱动力
2015年，《巴黎协定》在联合国气候变化大会上达成。由于温室效应，全球各地极端天气频发，世界面对气候变化和自然灾害加剧的压力持续增大。《巴黎协定》因此设定了主要目标：到本世纪末把全球平均气温升幅较工业化前的水平控制在2℃之内，并为把温升控制在1.5℃之内而努力；全球将尽快实现温室气体排放达到峰值，以促进温室气体排放实现回落，并在本世纪下半叶实现温室气体的净零排放。由此，国际社会开启了绿色减排新规划、新征程。根据国际能源署和氢能联盟预测，限制2℃的温升，需将与能源相关的CO2排放量减少60%，由2015年的340亿吨，调整到2030年的260亿吨，到2050年降低到130亿吨。2020年9月，我国在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”2021年1月，美国重返《巴黎协定》，然后积极推动气候变化治理，发布一揽子应对气候变化政策，包括《清洁能源革命与环境正义计划》、《关于应对国内外气候危机的行政命令》和《通胀削减法案》等，期望到2050年实现零碳排放。2021年7月，欧盟着手制定“Fitfor55”计划，核心目标是“2030温室气体排放量较1990至少减少55%”。控制地球温度上升幅度，减轻“温室效应”，减少温室气体排放，实现碳中和，呵护地球生态，守护人类家园已经成为国际社会普遍共识。
减碳目标时间紧，任务重。中国科学院院士于贵瑞团队预测：在2100年大气升温控制在1.5℃目标下的2030年和2050年全球温室气体年排放量需要分别控制在约275亿吨和70亿吨CO2当量以内。然而以目前的排放情况估算，2030年温室气体排放总量将在520亿—580亿吨CO2当量区间。单就CO2来说，预计排放量将于2025年达峰，其峰值约为420亿吨/年，即在历史发展模式下基本不可实现1.5℃的控温目标。要实现全球1.5℃控温目标，2030年和2050年的全球CO2年净排放量需要分别控制在203亿吨和-5亿吨CO2以内，并且至2100年应达到每年从大气中净固定102亿吨CO2状态。
能源领域是碳排放大户，能源领域减碳对“碳中和碳达峰”意义重大。我国是世界能源生产大国和消费大国，能源碳排放占全国碳排放总量的80%左右。传统燃料所产生的碳排放系数高，排碳严重。
1.2构建安全能源体系的重要选择
氢能来源丰富，电解水，化石能源重整制氢，工业副产物制氢均可以制氢。在当前全球地缘日渐复杂、局部地区爆发冲突频发的背景下，能源安全重要性日益提升，各国也将重新布局能源生产与消费。氢能来源广泛，可以摆脱自热禀赋限制，助力掌控能源自主性。氢能源技术革命与产业化的受重视程度加速提升。
1.3氢能产业链环节众多潜在经济新增长点
氢能产业链涉及环节众多，已成为全球培育经济新增长点的战略选择。氢能产业链总体可分为制取、储存、运输和应用等4个环节。其中，制氢方式主要分为：电解水制氢；煤，天然气等化石燃料重整制氢；氯碱尾气、焦炉煤气等工业副产物制氢。储运方式主要有：压缩气体储运、低温液化储运、有机液态储运、固态吸附储运。氢能的下游应用领域十分广阔，包括工业应用、交通运输、发电发热等。交通领域中氢燃料电池汽车是行业的焦点，发展前景广阔。从培育经济增长点角度看，氢能产业链条长，涉及领域众多，氢能产业的发展必将带动产业链上下游零部件、原材料、设备等厂商发展，为经济增长提供强劲动力。
2.政策氢能战略地位逐步提升
全球氢能政策逐渐加码，推动氢能进一步迅速发展。在“碳中和+能源安全”的战略目标下，为此中国乃至全球都推出了氢能战略政策，加速氢能发展。
2.1中国：顶层设计逐步完善辅助完整产业链的形成
我国氢能源相关政策顶层设计逐步完善，辅助完整产业链的形成。2019年，氢能首次被写入《政府工作报告》，此后氢能逐步受到重视，相关支持政策加速出台，国家专门出台《氢能产业发展中长期规划》，并且氢能作为前沿科技和新兴产业被写进国家“十四五”规划。国家正全面推动氢能发展，重点围绕可再生能源制氢、电氢耦合、燃料电池等领域，推动“制储输用”全链条发展。
2.2海外：氢能政策逐渐加码产业步入发展快车道
海外欧美日等地，均出台国家级氢能发展战略，对氢能均寄予厚望，雄心勃勃，氢能产业链即将迎来变革，步入发展快车道。美国：制定《国家清洁氢战略和路线图》，确定近、中、长期行动。规划2030/2040/2050年美国绿氢年产能分别达到1000/2000/5000万吨。2024-2028年实现电解水制氢成本2美元/kg，2029-2036年实现制氢成本1美元/kg。此外，《通胀削减法案》也为绿氢生产提供税收抵免，支持绿氢发展。日本：提高氢能发展目标。日本《第六次能源基本计划》中，将2030年氢/氨发电占比从第五期计划设定的0%提高到本次设定的1%。2030/2050年实现氢气年供应量300/2000万吨。2030年实现制氢成本从目前的100日元/Nm3降至30日元/Nm3。欧盟：目标明确，将氢能源整合到欧盟的综合能源系统。规划至2030年安装40GW可再生能源电解槽，可再生能源制氢年产量1000万吨；2030~2050年，可再生能源制氢技术将逐渐成熟，其大规模部署将可以使所有脱碳难度系数高的工业领域使用氢能代替。德国将投入90亿欧元用于氢能源市场推广和相关国际合作。
3.市场空间广阔交通领域增速可期
氢能的应用场景主要包括交通、工业、发电、燃烧发热等方向。根据国际能源署数据，本世纪前20年，氢气需求增长了50%。2020年，氢气需求约90Mt，其中大多数需求源自石油精炼、化工、钢铁等领域：石油精炼：作为原料、还原剂、以及能量来源，约40Mt需求，占比44%；化工：生产氨气和甲醇，约45Mt需求，总需求50%，其中3/4用来生产氨气，1/4用来生产甲醇；钢铁：在直接还原法生产钢铁过程中，消耗约5Mt氢气，占总需求6%。其他：在交通运输，发电等领域占比极少，像交通运输领域需求少于20kt，占比仅为0.02%。未来有很大的发展空间。这些比例自从2000以来，除了DRI生产中用氢比例稍有增加外，其他的几乎没有发生变化。
当前清洁氢占比极小，发展空间广阔。根据IEA数据，2020年近1%的氢气源自化石燃料重整，可以算是清洁氢；2021年，清洁氢多了一个来源途径—电解水制氢，约占0.04%。根据IEA和HydrogenCouncil等组织机构预测，2050年清洁氢2需求约660Mt，占全球最终能量需求的22%。假设2050年，电解水制氢比例提升至10%，则电解水制氢产量2021-2050CAGR=29%，增速非常可观。
3.1交通领域：氢燃料电池汽车前景清晰增速可期
以燃料电池车为代表的交通领域是氢能初期应用的突破口，也是政策支持的重点，商业化应用前景也较为清晰。基于锂电池的电动汽车是当前的主流，但存在废旧电池回收、续航里程短、充电速度慢等问题，这也为发展氢燃料汽车提供了空间。随着氢燃料电池汽车技术不断成熟、成本逐渐下降，氢燃料电池汽车将逐步占有一定市场。燃料电池汽车推广持续提升，增速可期。根据中国氢能联盟统计，2022年底，中国燃料电池汽车保有量约1.3万辆，同比增长39%；全球主要国家燃料电池汽车总保有量达到6.7万辆，同比增长36.3%。根据中、外氢燃料电池汽车相关政策规划，我们预计，2025/2030国内燃料电池汽车保有量为5/37.1万辆，年销量为2.2/10万辆，渗透率为0.08%/0.33%；2025/2030全球燃料电池汽车保有量为17/94万辆，年销量为5.2/25万辆，渗透率为0.06%/0.28%。预计2023/2030，燃料电池汽车用氢气需求为62/474万吨，2023-2030CAGR=34%。
3.2工业：氢直接还原铁减碳显著2030年有望推广应用
钢铁行业不仅是能耗大户，也是碳排放大户。我国钢铁行业的能耗约占全国总能耗的15%，其中，70%的能耗集中在炼铁工序；碳排放量约占全国碳排放量的18%，是我国碳排放量最大的制造业行业。氢能可以从本质上改变炼铁工艺高排放的缺点。用氢直接还原氧化铁，产物是水，二氧化碳的排放量为零，减碳效果显著，也是确定性非常高的氢应用场景。
4.产业链条不断完善助力氢能步入“快速发展期”
氢能发展的挑战主要是经济性问题，随着技术迭代，“制储运加”氢等环节的成本大幅降低，产业链条不断完善，助力氢能步入“快速发展期”。
4.1制氢：绿氢是重点降本可期
绿氢是未来产业的重点发展方向。氢能产业发展初衷是零碳或低碳排放，我国当前电网以火电为主，当前电网电解水制氢生命周期CO2排放量是煤制氢的1.7倍。虽然灰氢、蓝氢成本较低，但将会逐渐被基于可再生能源的绿氢所替代。
在技术层面，电解水制氢主要有4种：碱性水解、质子交换膜水解，固体聚合物阴离子交换膜水解、固体氧化物水解。AWE：商业化早，成熟度高，寿命长；可使用非贵金属电催化剂，因而成本低，但产气中含碱液、水蒸气等，需经辅助设备除去；另一方面，AWE难以快速启动、无法快速调节制氢的速度，因而与可再生能源发电的适配性较差。PEM：电流密度高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载，与风电、光伏发电具有良好的匹配性。随着技术进步，以及PEM电解槽的逐步推广应用，其成本有望快速下降，是未来的重要发展方向。AEM和SOE目前处于实验室研发和初步示范阶段，短期不会大规模应用。
电解水制氢成本主要在于电价和设备成本。电解水制氢成本组成包括3个部分：电解设备成本、电价和其他运营成本。电力占绝大部分份额。未来随着钙钛矿等低成本光伏发电技术的发展，电力成本有望大幅降低，制氢成本也有望随之下降与当前煤制氢、工业副产物制氢成本相当。由于AEM和SOE还未广泛商业应用，所以在此我们仅讨论AWE和PEM电解水制氢成本。
AWE：在单位设备成本0.85万元/Nm3/h，电价0.3元/kWh等假设前提下，测算得AWE制氢成本为1.8元/Nm3，其中电费成本为1.5元/Nm3，占比84%。AWE制氢技术经过几十年的发展，比较成熟，未来的降本路径主要会依靠电价的下降。在电价为0.2元/kWh，相应制氢成本可降为1.3元/Nm3。
PEM：在单位设备成本3万元/Nm3/h，电价0.3元/kWh等假设前提下，测算得PEM制氢成本为2.2元/Nm3，其中电费和设备成本分别约占68%，23%。虽然当前成本较高，但响应速度快，适配性更强。随着技术进步，未来PEM会减少贵金属催化剂用量，而且，钙钛矿等低成本光伏发电技术正逐步商业化，未来，PEM电解水设备成本和电价均会降低。在它们成本分别为1万元/Nm3/h，0.1元/kWh的情况下，PEM制氢成本可达0.9元/Nm3，与煤制氢成本相当。
4.2储运：短距储运有保障长距输运已启动建设
氢气储运技术的发展对实现氢能大规模应用起重要支撑作用。储氢的挑战在于：氢气易燃、易爆，在空气中的体积浓度在4%～75.6%之间时，遇火源就会爆炸。同时，氢气分子“简单小巧”—由2质子和2电子组成，容易泄露，钻进分子间隙，和钢材发生“氢脆”现象，导致储运装置材料力学性能下降、塑性下降，出现开裂或损伤的情况。储氢方式多样，高压气态储氢比较成熟。氢能储存主要有高压气态储运、低温液态储运、有机液态储运、固氢储运等方式。目前高压气态储运技术比较成熟，应用比较广泛，可以用在燃料电池汽车上，满足中长里程需求。
从运输方面来看，主要有车载运输和管道运输。车载运输：短距离成本优势明显。目前，中国氢能产业处于发展初期，运输距离短、氢气需求量小，车载运输足以满足目前发展需求。管道运输：远距离成本优势明显。初期投资成本高。今年4月，中国石化主导的、我国首个纯氢长输管道项目已经启动。此外，以现有的天然气输运管网为基础，进行天然气掺氢运输，也是潜在可能途径。
4.3加氢：高速发展布局持续完善
加氢站高速发展，布局持续完善。2022年，中国和全球加氢站数量分别为330个，814个，同比增速分别为29%，19%。根据中国氢能联盟数据，我国加氢站已累计覆盖28个省。广东佛山新建加氢站8座，累计建成运营35座，位居全国首位；山东省共建成30座，位于全国第二。船舶、火车用加氢站开展试点应用。我国30兆帕加氢站技术已基本实现自主化贯通，70兆帕加氢站加氢机处于示范验证阶段。
5.氢燃料电池汽车降本预测“氢油平价”即将到来
成本是影响氢燃料电池汽车推广的重要因素。中大型商用车是有望率先推广的方向，所以我们选取4.5吨物流车、49吨重卡和12m公交车为代表，分析它们的经济性。
本文采用行业内常用的“全寿命周期拥有成本”模型来评估它们的经济性。全寿命周期拥有成本=购车成本+能源成本+维保成本-车辆报废残值。
不考虑购车补贴的情况下，电动汽车TCO最低，氢燃料电池汽车TCO最高。对于重卡和大型客运车来说，BEV续航里程较短，两者标称续航里程分别约为315km，200km，而且补能时间长，这限制了它们的应用场景；而FCEV续航里程可达1000km，无里程忧虑；对于物流车来说，若有冷藏运输需求，制冷机也需消耗电力，纯电汽车带电量无法满足营运需求，所以氢燃料电池汽车可以在这些领域占据一定市场。FCEV成本高，所以需要补贴来提高其经济性，以推广使用。然而，即使考虑补贴，对于重卡和大型客运车来说，氢燃料电池汽车成本仍高于电车和油车。所以需要采取其他措施来降低氢燃料电池汽车成本。
在氢燃料电池成本中，购车成本和燃氢成本占绝大部分比例，降低它们成本是提高氢燃料电池汽车的有效途径。FCEV与油车的TCO相当时，有望迎来大规模应用。以柴油为燃料的4.5吨物流车、49吨重卡和12米公交车的单位TCO分别为1.3元/km，4.3元/km，3.9元/km。对于4.5吨物流车，FCEV购车成本降到40万元，燃氢成本降到33.6万元时，可以达到“氢油平价”，即补贴前每公里TCO，FCEV和柴油汽车相同，为1.3元/km。对于49吨重卡，补贴前FCEV的TCO受燃氢成本影响较大，当燃氢成本降到205.8万元时，可以达到“氢油平价”点—4.3元/km以下。对于12米公交车，补贴前的FCEV的购车成本降到140万元，燃氢成本降到117.6万元时，FCEV补贴前每公里TCO可以达到“氢油平价”点—3.9元/km以下。
燃料电池系统成本、储氢系统成本、单位里程耗氢量、氢气价格是影响氢燃料电池汽车的重要因素，我们参考《节能与新能源汽车技术路线图2.0》等资料给出的氢燃料电池汽车相关的“里程碑指标和路线图”，对三款典型FCEV成本演变进行了预测。
在不考虑补贴的情况下，预计2024年，“4.5吨物流车”可以实现“氢油平价”，“49吨重卡”预计将于2025年实现“氢油平价”。在有购车补贴的情况下，从经济性角度来说，当前“4.5吨物流车”已经实现“氢油平价”；2024年，“49吨重卡”和“12米公交车”可以实现“氢油平价”。
6.投资分析
6.1制氢环节
6.1.1隆基绿能
“绿电+绿氢”是实现碳中和的重要方案，隆基早有布局，逐渐提速。2021年，隆基绿能正式成立了隆基氢能，致力于成为全球领先的大型绿氢装备与方案提供商。2021年10月，隆基首台碱性水电解槽下线。标志着公司已经初步具备订单交付能力，也标志着公司向“全球领先的氢能装备技术公司”的愿景，迈出了重要一步。电解水制氢装备产能约500MW，规划未来五年内产能达到5-10GW，有10倍增长。2022年5月，作为大型绿氢装备与方案供应商，成功入围中石化首个万吨级绿氢示范项目。隆基的碱水制氢系统已实现并达到了世界领先水平：4台1000Nm3/h电解槽对应1台气液分离装备，系统制氢能力达到4000Nm3/h，单台纯化能力达到8000Nm3/h，系统电耗无论实证数据还是设计水平均创造了领先性。2022年产能约为1.5GW。2023年2月，隆基发布全新一代碱性电解水制氢设备ALKHi1系列产品，最低4kWh/Nm3，大幅领先于现有的行业商业化水平。它可以降低10%以上的直流电耗，在不同场景下的制氢LCOH将大幅降低。制氢直流电耗每降低0.1kwh/Nm3，可以使制氢LCOH降低1.8%-2.2%，相当于降低了制氢设备初始投资的10%到25%。
6.1.2阳光电源
公司AWE和PEM双线发展，均有示范项目落地。2019年10月，阳光电源携手中科院大连化物所成立“PEM电解制氢技术联合实验室”。实验室将以大功率PEM电解制氢装备的研究开发为核心，研发过程中产出的科研成果，优先以阳光电源的产业基地为转化出口。2021年3月，发布全国最大功率PEM电解槽—250kW。该款电解槽尺寸小、重量轻，更适宜应用于对土地面积或部署空间敏感的场景，适用多种制氢应用模式，适配风光储网能量接入。安全可靠，直流电耗低，寿命长达10年。响应速度快，能实现5分钟内冷启动、10秒内热启动、输入功率秒级响应。2022年，1000Nm3/h碱性电解水制氢系统荣获国际认证，200Nm3/hPEM制氢系统交付。
6.1.3华电重工
传统业务：公司主要业务为工程总承包以及核心高端装备研发，涵盖物料输送工程、热能工程、高端钢结构工程等方面。氢能业务：积极布局与开拓。2022年，自主研发的1200Nm3/h碱性电解槽和气体扩散层产品顺利下线；为加快推进氢能业务关键技术研究及核心装备开发，投资并控股通用氢能51%股权相关工作。目前在手项目有：内蒙古华电包头市达茂旗20万千瓦新能源制氢项目，合同总金额3.4亿。2023年3月，大股东华电科工与金山股份共同出资建设25MW风电离网制氢一体化项目，项目总投资2.8亿，预计年产绿氢1230吨，其中华电科工投资占比30%。
6.1.4华光环能
传统业务：公司重点发展能源和环保两大产业，主要从事：燃煤、燃气、地热、余热等各类热电企业投资、建设、运营。氢能业务：2022年，公司能成功研制开发了一套产氢量30Nm3/h碱性电解水制氢中试示范工程设备。该设备的单位能耗为4.3kWh/Nm3H2，制氢系统能效值81%，能效等级为1级。2023年3月，成功研发并下线产氢量1500Nm3/h的碱性电解槽。已具备500Nm3/h以下、500-1000Nm3/h，1000-2000Nm3/h，多个系列碱性电解水制氢系统制造技术。已有10000m2电解槽水制氢设备制造场地，并同步推进新制造基地建设。
6.1.5昇辉科技
传统业务：高低压成套设备、LED照明设备及安装。氢能业务：在氢能产业的核心环节进行投资与布局。参股设立电解水制氢装备公司盛氢制氢，1000Nm3/h碱性电解设备已下线。依托公司现有电气主业，自主生产氢能相关领域电气设备，包括电源柜、控制器、AC/DC等电气设备。?成立氢能源汽车物流运营平台子公司，通过搭建运营平台推动应用规模的扩大，带动产业链上游燃料电池零部件及整车的发展。参股国鸿氢能、飞驰汽车、鸿基创能三家氢能头部企业，形成从燃料电池核心零部件到氢燃料电池系统，再到氢能源整车的产业链布局。
6.2储氢：看好核心材料龙头
中复神鹰：公司高性能碳纤维产品在国内碳/碳复材的市场占有率约60%、储氢气瓶的国内市场占有率达80%。
光威复材：公司T700S级碳纤维产品已经成熟应用于35MPa储氢瓶；T800S级碳纤维目前在参与客户70MPaⅣ型瓶的研制和验证。
中材科技：公司现在具备3万只储氢瓶年产能,计划2023年产能提升至5万只,十四五末期形成20万只产能；战略目标是成为全球的氢能储运装备领域的综合市占率第一的领军企业。
6.3用氢：看好掌握核心科技及一体化布局完整的龙头
亿华通：2021年底，亿华通研发的240kW氢燃料电池发动机“G20+”正式首发，是首款额定功率超过200kW的单系统车用燃料电池发动机，质量功率密度达810W/kg。已研发有80kW、120kW、240kW等多种燃料电池发动机，可以满足公交、冷链物流、重型卡车等商用车和乘用车等领域的应用。截止2022年底，公司燃料电池系统已安装于工信部新能源汽车目录中的121款燃料电池汽车上，位居行业前列。今年6月，布局上游制氢领域，成立氢能科技公司，发布公司首套PEM电解水制氢产品。
美锦能源：2017年，公司正式启动氢能产业，目前已完成氢能较为完整的产业链布局。2022年2月，美锦能源旗下飞驰科技生产的三款氢燃料电池汽车在中国北端—漠河，顺利通过了为期两个多月的极寒试验。2022年6月，参股的膜电极行业头部企业——鸿基创能佛山子公司投产了高性能膜电极及PEM电解水制氢项目，将总产能提升至1000万片。2023年5月，控股子公司飞驰科技与第三方合作，已成功研制出全国首台低压储氢燃料电池公交车。目前该样车正在进行性能和可靠性测试。
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