近期，國聯(lián)證券發(fā)布氫能行業(yè)系列深度報告。以下為《綠氫風正帆懸平價在望》報告的要點內容。本篇報告重點探究了綠氫在深度脫碳領域發(fā)揮的作用，以及綠氫的降本路徑。

中國承諾“雙碳”目標，推動綠氫在脫碳領域規(guī)模化應用：隨著我國“3060雙碳”目標的提出，全社會生產資料將向著低碳化及凈零排放方向發(fā)展，綠氫作為連接可再生能源與終端應用場景的綠色二次能源，將在工業(yè)、建筑、交通等領域扮演深度脫碳的重要角色。根據(jù)氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，在碳中和情形下，預計到2060年我國氫氣的年需求量將由目前的0.37億噸增至1.3億噸左右，在終端能源消費中的占比由目前的5%提升至20%，工業(yè)及交通將是主要增量領域。

到2030年可再生綠氫或將實現(xiàn)與灰氫平價：從當前綠氫產業(yè)發(fā)展階段來看，整體處于產業(yè)導入階段，制約綠氫產業(yè)規(guī)模化發(fā)展的核心因素在于制氫成本。通過對可再生電解水綠氫全生命周期成本的拆解及預測，到2030年國內一些可再生資源優(yōu)勢區(qū)域，其綠氫成本將實現(xiàn)與灰氫（10元/kg左右）平價，到2040年則基本實現(xiàn)平價。

綠氫的大規(guī)模應用或將在2035-2040年實現(xiàn)：通過綠氫在各脫碳應用領域的成本競爭力分析，近5年綠氫將率先在供熱和重卡行業(yè)得以應用；到2030年，部分可再生能源資源稟賦優(yōu)勢區(qū)域，綠氫成本可下探至與灰氫平價的水平，氫能在重型運輸領域可實現(xiàn)價格競爭力；到2035年后，綠氫或將作為極具競爭力的能源在主流工業(yè)領域和交通領域大規(guī)模推廣應用。

以下為本報告第四章《氫能脫碳核心制約——平價綠氫何時到來？》一章的主要內容，轉發(fā)供參考。

一、可再生能源電解水制氫是氫脫碳路線成立的重要組成

目前，氫的制取主要有三種較為成熟的技術路線：一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫；二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產氣制氫，三是電解水制氫。從供應結構來看，化石能源制氫是我國獲取廉價及穩(wěn)定供應氫氣的最主要來源，其次為工業(yè)副產氫，而電解水制氫占比極小。

從各制氫路線的特點來看，傳統(tǒng)制氫工業(yè)中以煤炭、天然氣等化石能源為原料，制氫過程產生CO2排放，制得氫氣中普遍含有硫、磷等有害雜質，對提純及碳捕獲有著較高的要求。焦爐煤氣、氯堿尾氣等工業(yè)副產提純制氫，能夠避免尾氣中的氫氣浪費，實現(xiàn)氫氣的高效利用，但從長遠看無法作為大規(guī)模集中化的氫能供應來看；電解水制氫純度等級高，雜質氣體少，考慮減排效益，與可再生能源結合電解水制“綠氫”被認為是實現(xiàn)氫脫碳的最佳途徑。

堿性電解與PEM電解將是未來電解水主流工藝路線電解槽是利用可再生能源生產綠氫的關鍵設備。目前電解水制氫主要有堿性電解、質子交換膜（PEM）電解、固體氧化物（SOEC）電解這三種技術路線，根據(jù)各自技術特點以及商業(yè)化應用程度，堿性電解水制氫路線及PEM電解水制氫將是未來與可再生能源結合的主流電解水制氫工藝路線。

堿性電解。該技術已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用，國內關鍵設備主要性能指標均接近國際先進水平，設備成本低，單槽電解制氫量較大，易適用于電網(wǎng)電解制氫。PEM電解。該技術國內較國際先進水平差距較大，體現(xiàn)在技術成熟度、裝置規(guī)模、使用壽命、經(jīng)濟性等方面，國外已有通過多模塊集成實現(xiàn)百兆瓦級PEM電解水制氫系統(tǒng)應用的項目案例。其運行靈活性和反應效率較高，能夠以最低功率保持待機模式，與波動性和隨機性較大的風電和光伏具有良好的匹配性。SOEC電解。該技術的電耗低于堿性和PEM電解技術，但尚未廣泛商業(yè)化，國內僅在實驗室規(guī)模上完成驗證示范。由于SOEC電解水制氫需要高溫環(huán)境，其較為適合產生高溫、高壓蒸汽的光熱發(fā)電等系統(tǒng)。目前來看，堿性電解槽成本較低，經(jīng)濟性較好，市場份額較PEM電解槽高一些。不過隨著燃料電池技術的不斷成熟，質子交換膜國產化的不斷加速突破，長期來看，PEM電解槽的成本和市場份額將逐漸提高，與堿性電解槽接近持平，并根據(jù)各自與可再生能源電力系統(tǒng)的適配性應用在光伏、風電領域。

“灰氫”+CCUS技術近中期將幫助“綠氫”實現(xiàn)過度雖然可再生能源電解水制氫是我國實現(xiàn)氫脫碳的終極之路，但從中國的國情來看，由于規(guī)模化、低成本的可再生能源電解水制氫產業(yè)尚未形成，因此已有規(guī)?；a業(yè)化的煤制氫路線仍將長期存在，但是需要疊加CCUS技術（碳捕集和封存利用）將“灰氫”變?yōu)椤八{氫”，補充氫能的供應，“灰氫”+CCUS技術近中期將幫助“綠氫”實現(xiàn)過度。發(fā)展CCUS面臨的最大挑戰(zhàn)是綜合成本相對過高。

二、2030年可再生綠氫或將實現(xiàn)與灰氫平價低成本可再生氫的實現(xiàn)路徑對于氫氣未來能不能實現(xiàn)平價應用至關重要。目前，通過可再生能源發(fā)電制取“綠氫”主要面臨成本高的問題。一方面，當前階段以風電光伏為代表的可再生能源發(fā)電成本還比較高；另一方面，電解槽的能耗和初始投資成本較高，規(guī)模還較小。因此，未來提高“綠氫”經(jīng)濟性的有效途徑將主要依靠可再生能源發(fā)電成本的下降，電解槽能耗和投資成本的下降以及碳稅等政策的引導。

電解氫成本主要受電力成本、電解槽投資成本影響。電解氫成本主要由3部分組成：1）電力成本。依靠風電、光伏等可再生能源產生的電力，將水電解成氫氣和氧氣。2）投資成本（CAPEX）。主要為電解槽系統(tǒng)成本。3）運維成本（OPEX）。因此，綠氫全生命周期成本（LCOH）=電力成本+投資成本（capex）+運行成本（opex）。

以歐洲100MW規(guī)模綠氫電解裝置為例，從該綠氫制備的全生命周期成本來看，可再生電力成本占據(jù)綠氫全生命周期成本的56%，電解槽系統(tǒng)投資成本占據(jù)38%。因此，電價水平以及電解槽系統(tǒng)初始投資成本的高低直接影響最終綠氫成本，同時影響綠氫在各應用領域脫碳的節(jié)奏和進度。

為了探究可再生能源電解水制氫何時能夠實現(xiàn)與灰氫平價，我們對綠氫全生命周期成本進行拆解及預測（僅對成熟度水平較高的堿性電解水制氫進行成本拆解預測），對電力成本、CAPEX、OPEX關鍵影響因素做出如下假設：（1）電力成本可再生能源平準化度電成本（LCOE）。隨著投資成本的下降以及技術的不斷進步，未來可再生能源將成為一次能源消費中的主體，可再生能源平準化度電成本將大幅下降，參考Hrdrogen council、IRENA、中國氫能聯(lián)盟以及發(fā)改委能源所的預測，以2020年為基準年，預計可再生能源的綜合度電成本（包含光伏、風電）到2030年將下降30%，到2050年將下降60%。而部分光伏、風電資源優(yōu)質地區(qū)，其度電成本的降幅將明顯快于平均水平，以光伏為例，參考中國光伏行業(yè)協(xié)會給出的數(shù)據(jù)，2020年國內部分光伏利用小時數(shù)為1800h的地區(qū)，光伏度電成本已降低至0.2元/KWh，且未來仍有進一步下降空間。電解效率。參考IRENA及IEA等權威機構數(shù)據(jù)，2020年國內電解水制氫能耗約為55kwh/kg-H2（對應65.7%的轉換效率），未來隨著電解槽工藝的不斷優(yōu)化，特別是改進交換膜、催化劑及系統(tǒng)集成，能效將進一步提高，預計到2050年國內電解效率可以提升至46kwh/kg-H2。

（2）CAPEX電解槽初始投資成本。影響電解槽投資成本的主要因素為電解槽制氫規(guī)模，包括電解槽電堆規(guī)模及電解槽系統(tǒng)規(guī)模：1）電堆規(guī)模化降本。當前單位電解槽電堆普遍為兆瓦級規(guī)模（目前全球最大的單一電堆電解槽是位于日本福島的10MW電堆），根據(jù)IRENA權威機構數(shù)據(jù)，當電堆規(guī)模由1MW分別提升至10MW、100MW時，相應電解槽系統(tǒng)成本可分別降低35%-45%、60%-70%；2）系統(tǒng)裝機量規(guī)模化降本。當前全球電解槽系統(tǒng)規(guī)模約為20GWh，按照IRENA機構給出的能源方案中，保守情況下，到2030年全球電解槽規(guī)模將提升至100GWh，屆時電解槽系統(tǒng)成本將降低40%，樂觀情況下，到2030年全球電解槽規(guī)模將提升至270GWh，屆時電解槽系統(tǒng)成本將降低55%，到2050年，全球電解槽系統(tǒng)規(guī)模將進入TW時代，假設系統(tǒng)規(guī)模達到1.7TWh，系統(tǒng)成本相較于目前將降低70。因此，綜合IRENA對電解槽規(guī)?；当绢A期，另補充Hydrogen Council的權威預測，電解槽系統(tǒng)成本隨著技術進步及規(guī)?；?030年將降低60-80%，隨后因電解槽系統(tǒng)規(guī)模化因素的成本學習曲線率下降，系統(tǒng)成本降幅趨緩，但仍隨著技術的進步不斷下降。資金成本（WACC）。目前的加權平均資金成本假設為10%，戶要考慮目前有關電解水制綠氫項目的相對風險較高。假設2050年的加權平均資金成本為6%，與目前投資可再生電力水平相當。滿載小時數(shù)（設備利用小時數(shù)）。滿載小時數(shù)是指年度滿負荷工作時間，由于可再生能源發(fā)電側存在波動性，因此依靠可再生能源電解水制氫的工作負荷將主要取決于風電、光伏等可再生能源自身發(fā)電負荷的提升。參考IRENA機構預測，假設2020年滿載負荷為3000小時/年，到2050年提升至4000小時/年。

（3）OPEX固定運維。假設電解槽固定運維成本為電解槽初始投資成本的2%/年。

到2030年國內綠氫成本可實現(xiàn)與灰氫平價通過對可再生電解水綠氫全生命周期成本的拆解及預測，到2030年，隨著可再生能源LCOE以及電解槽系統(tǒng)成本的快速下降，綠氫成本將從2020年的30.8元/kg快速降至16.9元/kg。而2020年國內部分光伏利用小時數(shù)為1800h的地區(qū)，光伏度電成本已降低至0.2元/KWh，我們認為國內這些可再生資源優(yōu)勢區(qū)域，其度電成本到2030年將領先于行業(yè)平均水平達到0.1-0.15元/KWh，相應的綠氫成本將率先實現(xiàn)與灰氫平價。

綠氫的大規(guī)模應用或將在2035-2040年實現(xiàn)

在碳中和目標下，綠氫將在工業(yè)、交通、建筑等碳排領域扮演重要深度脫碳角色。通過綠氫在各脫碳應用領域的成本競爭力分析，近5年綠氫將率先在供熱和重卡行業(yè)得以應用，天然氣管網(wǎng)中通過天然氣摻氫用于建筑供熱，這將是綠氫推廣的首次商業(yè)應用。此外，由于政府和民眾在氫氣基礎設施建設方面的支持，綠氫最早可能于2025年在為重型車輛（如區(qū)域列車和重卡）提供動力方面具備競爭力。

到2030年，部分可再生能源資源稟賦優(yōu)勢區(qū)域，綠氫成本可下探至與灰氫平價的水平，即達到10-12元/kg，這意味著氫燃料可以取代柴油，也就標志著氫能在重型運輸領域極具價格競爭力的轉折。

到2035年后，綠氫或將作為極具競爭力的能源在主流工業(yè)領域和交通領域大規(guī)模推廣應用。