氢能源行业深度报告：绿电制绿氢是趋势，氢能产业链发展加速

　　3)甲醇制氢成本测算——单位成本约 23 元/kg，考虑碳捕集 28 元/kg

　　甲醇制氢的主要影响因素为甲醇的价格。当甲醇价格为 2.5 元/ kg 时，甲醇制氢的成本约 为 23 元/kg，此时甲醇成本约占总成本的 69%。甲醇制氢成本测算的关键假设如下： 1. 制氢规模：假设制氢装置规模为 2600m³/h。 2. 总投资：建设总投资共 4680 万元，折旧年限 20 年，残值率 5%，年修理费 3%，采用 线性折旧。 3. 甲醇成本：假设甲醇不含税价格 2.5 元/kg，假设每立方米氢气所需甲醇为 0.58kg，对 应每千克氢气生产需要甲醇成本 16.24 元。 4. 其他原料成本：假设除盐水价格 0.04 元/kg，电价 0.5 元/度，冷却水价格为 0.003 元 /kg;假设每立方米氢气所需除盐水 0.375kg，电 0.7 度。 5. 人工费用：10 人，每人每年工资费用 12 万元。

　　经测算：在甲醇价格为 2.5 元/kg 的情况下，甲醇制氢成本约为 23.48 元/kg，此时甲醇成 本约占总成本 69%。甲醇价格区间为 1.5-4 元/kg 时，甲醇制氢成本变化区间 16.99-33.23 元/kg。CCUS 碳捕集成本为 375 元/吨，制备 1kg 氢气对应约 11.675kg 二氧化碳排放， 增加成本 4.38 元/kg;考虑 CCUS 碳捕集成本后，成本变化区间为 21.37-37.61 元/kg。

　　4)工业副产氢成本测算——单位成本约 9-22 元/kg

　　工业副产氢成本主要包括生产成本和提纯成本，各类副产氢综合成本介于 9-22 元/kg 之 间。焦炉煤气制氢在工业副产氢中具备成本优势，单位制氢成本约 9-15 元/kg，由于其显 著的减排效果和较高的经济性优势，在电解水绿氢成本达到或接近平价以前，副产氢是过 渡阶段的较优途径。

　　5)电解水制氢——成本约 21 元/千克，电价降至 0.15 元/度时与灰氢平价

　　电解水制氢的主要影响因素为电价成本，年运行小时数及电耗。目前主流的电解水制氢路 径是碱性电解水(ALK)以及质子交换膜纯水电解制氢(PEM)两种技术路径。我们对比 ALK 与 PEM 两种技术路径下的制氢成本： ①ALK：在假设年运行小时数为 5000h，电价为 0.3 元/度，电耗为 5Kwh/Nm³ 时，电解 水制氢成本为 21.07 元/kg，其中电费成本为 16.80 元/kg，占比达 80%。 ②PEM：在假设年运行小时数为 8000h，电价为 0.3 元/度，电耗为 4.8Kwh/Nm³时，电解 水制氢成本为 21.34 元/kg，其中电费成本为 16.13 元/kg，占比达 76%。

　　2.2 中游：氢能储运

　　主流高压气态储氢安全隐患大，固态储氢或成为未来技术热点。从技术路线上看，氢能储 运主要有四种形式：高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢和有机液体储氢。目前最常 用的是高压气态储氢，即利用高压将氢气压缩到高压容器中，其技术成熟度最高，氢气压 缩能耗低，另外氢气储存多采用钢瓶，结构简单、充放气速度快，但存在较大的安全隐患; 低温液态储供模式下，液氢体积能量密度大，因此储运简单安全、运输成本低，但把氢气 液化耗能较大，液化 1kg 的氢气需要耗电 4-10 千瓦时，且液氢的存储容器需要具有抗冻、 抗压以及严格绝热的特性，因此综合成本较高，目前主要用于航天航空领域。固态储氢是 利用储氢材料与氢气反应生成稳定化合物，相比于高压气态和低温液态两种储氢方式，具 有操作容易、运输方便、成本低、安全性高等明显优势，长期来看发展潜力最大。有机液 体储氢是通过不饱和液体有机物的可逆加氢和脱氢反应来实现储氢，目前仍有较多的技术 难题尚未攻克，导致费用较高、氢气纯度不够，但是有机液体储氢能够在常温下运输，安 全性较高，并且可以利用现有加油站设施进行加注，在未来极具应用前景。

　　2.3 下游需求：化工需求为主，工业及交通领域需求潜力巨大

　　全球能源结构转型加快，氢能成为重点关注对象。受全球气候变暖、保障能源安全、保护 生态环境等方面因素的影响，全球能源结构持续向低碳化转型。随着《巴黎气候协定》的 签署，二氧化碳减排计划的实施更为紧迫。氢能以其清洁无污染、来源广、可再生、可储 存等优势，成为化石能源的重要替代品，是许多国家能源转型的战略选择，全球已有超过 20 个国家或联盟发布或制定了《国家氢能战略》。据国际氢能委员会预测, 2050 年全球能 源消费结构中，氢能占比有望达 18%，同时还将创造 3000 万个工作岗位，减少 60 亿吨 二氧化碳排放量，产值达 2.5 亿美元。

　　全球氢能市场前景可观，规模有望持续增长。全球氢能需求自 2000 年以来强劲增长，2020 年全球氢气需求大约为 9000 万吨。根据预测，到 2030 年，全球氢气产量将从 2021 年的 9400 万吨增长至 1.43 亿吨，并于 2050 年突破 6.6 亿吨。其中我国氢气产量预计在 2030 年达到 4361 万吨，占世界总产量的 30%。

　　氢能需求主要集中于精炼环节和工业用途。2020 年精炼环节消耗 3,840 万吨的氢气作 为原料，并且氢气也满足一部分燃料需求。在工业合成领域，2020 年氢气消耗量超 3000 万吨，大部分作为原料使用。据 IEA 的预测，2050 年燃料电池、能源发电和合成燃料的 需求将成为未来氢能应用的重要领域，氢能消耗将分别占到全球氢能总需求的 23.2%， 19.2%和 14.2%，精炼环节和工业合成领域，在 2050 年将下滑至 5.9%、21.9%，氢能其 它领域的应用仍有较大发展潜力。

　　传统合成氨、甲醇等化工产品利用煤气化产生的氢气合成，而煤气制氢过程碳排放约 14kg.CO2/kg.H2,通过利用风力、太阳能等可再生能源电解水，能够实现零碳排放制氢， 推动化工行业脱碳生产。 《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》明 确提出，要发展“以气代煤”燃料格局，增加富氢原料比重，合理开发利用缘氢，推进炼 化、煤化工与“绿电”、“绿氢“等产业耦合示范。

　　到 2050 年含钢铁、化工的工业领域氢能消费总量将超过 1.6 亿吨标准煤。工业领域氢能 消费增量主要源自钢铁行业。根据中国氢能联盟预测，到 2030 年钢铁领域氢能消费量将 超过 5000 万吨标准煤，到 2050 年进一步增加到 7600 万吨标准煤，将占钢铁领域能源消 费总量的 34%。

　　氢建筑应用仍处于导入阶段，未来存在较大市场空间。氢能建筑，是近年发展起来的一种绿色建筑新理念。它以氢能完全或部分替代市政电网、天然气等传统能源，满足建筑对冷、 热、电、生活热水等各种能源的需求，在提高建筑用电可靠性的同时，还有助于优化国内 的能源结构、降低电网整体投资和减少问题气体排放。 目前全球建筑供热和电力需求约占全球能源需求的 1/3。全球多个国家积极探索氢能在建 筑领域应用，利用氢气通过发电、直接燃烧、热电联产(CHP)等形式为居民住宅或商业 区提供电热水冷多联供。如氢可与天然气混合(氢气掺混比例为 0~20%)，通过基于燃气 轮机或燃料电池的 CHP 技术，利用现有建筑和能源网络基础设施提供灵活性和连续性的 热能、电力供应，从而取代化石燃料 CHP。此外，100% 的纯氢可通过氢锅炉用于建筑 供热，但氢气价格需低至 1.5~3.0 美元/kg 时，才能与天然气锅炉和电动热泵竞争。而对 于分布式供暖，氢能是少数几种可以与天然气竞争的低碳替代品，随着制氢成本和氢锅炉、 燃料电池成本的下降，以及氢气利用现有天然气管道输送能力的提升，预计到 2030 年， CHP 中氢锅炉与氢燃料电池的成本为 900~2000 美元/(户·年)，建筑热电联供的氢能 需求量为 3 万~ 9 万 t/年。