核心提示：

初期電解水制氫產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵在于氫氣的消納問題。目前的一些氫氣示范項(xiàng)目里的氫氣，主要是在于化工端的應(yīng)用。本文是光大證券研究所的研報(bào)，分析了綠氫在短期、中長(zhǎng)期的消納情況。

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化工領(lǐng)域是氫氣主要應(yīng)用場(chǎng)景

目前氫氣的下游消納主要涵蓋化工、交通、發(fā)電和建筑四個(gè)領(lǐng)域，其中以化工為主要領(lǐng)域。化工行業(yè)對(duì)氫氣的需求最大，主要用于生產(chǎn)氨、甲醇等化學(xué)品、在冶金中充當(dāng)還原劑、改善鋼鐵性能以及在煉油中脫硫、脫氮、加氫等。隨著全球環(huán)保意識(shí)的不斷提高， 氫氣在交通、發(fā)電和建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸增加。

在交通領(lǐng)域，氫氣被用作燃料電池車的能源，可以實(shí)現(xiàn)零排放，因此被認(rèn)為是未來汽車發(fā)展的方向之一。

在發(fā)電領(lǐng)域，氫氣被用作清潔能源的一種，可以通過燃燒或燃料電池的方式發(fā)電。

在建筑領(lǐng)域，氫氣被用于供熱中，可以通過與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生熱能，實(shí)現(xiàn)清潔能源的供暖。

為了響應(yīng)雙碳目標(biāo)，同時(shí)風(fēng)光發(fā)電成本的下降推動(dòng)了綠氫的發(fā)展，綠氫對(duì)灰氫/ 藍(lán)氫的替代是未來勢(shì)在必行的方向。從未來空間來看， 綠氫短期內(nèi)以風(fēng)光基地就地消納為主，主要應(yīng)用場(chǎng)景是合成氨制備化肥、合成甲醇，  中期可以實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)其它區(qū)域化工用灰氫/藍(lán)氫的替代，交通領(lǐng)域、煉油用氫也有替代空間，長(zhǎng)期化工端冶金用氫，以及氫儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)峰中的應(yīng)用有望提供較大增量。

圖1：2020 年中國(guó)氫能消費(fèi)量結(jié)構(gòu)

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短期：  就地消納，以合成氨與甲醇為主

化工領(lǐng)域是目前綠氫應(yīng)用最廣泛、最具經(jīng)濟(jì)性的應(yīng)用場(chǎng)景。在我國(guó)2020年氫氣利用結(jié)構(gòu)中，合成氨和甲醇用氫分別占比 32%和 27%。合成氨是目前綠氫最主要的消納途徑。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2022-2023年新建的綠氫項(xiàng)目中，截至 2023 年 4 月，在建及規(guī)劃綠氫項(xiàng)目超 19GW，其中 58%的綠氫項(xiàng)目為合成氨項(xiàng)目，有超過 80%的產(chǎn)能配套合成氨裝置作為下游用氫場(chǎng)景。綠氫耦合碳捕集制甲醇也是化工領(lǐng)域中具有很大潛力的使用場(chǎng)景，但目前綠氫制甲醇還不具備基本的經(jīng)濟(jì)性。

我國(guó)綠氫的上游生產(chǎn)和下游需求平均空間距離較大。在綠氫生產(chǎn)端， 我國(guó)西北地區(qū)風(fēng)光資源豐富，大型新能源基地主要集中在內(nèi)蒙古、寧夏、新疆、甘肅等地，合成氨、甲醇等化工基地規(guī)劃布局呈現(xiàn)近煤炭、焦?fàn)t氣資源的區(qū)位特征，而合成氨的下游——化肥產(chǎn)業(yè)靠近重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，集中在華東、華北和華中地區(qū)。

綠氫的儲(chǔ)運(yùn)形式和成本會(huì)給產(chǎn)業(yè)鏈造成較大影響。在綠氫及下游的合成氨、甲醇、 肥料等產(chǎn)品中，氫氣的運(yùn)輸成本最高。

//氫氣

氫氣的運(yùn)輸需要管道輸送、壓縮氣體罐車或液態(tài)氫運(yùn)輸罐車等，須滿足低溫高壓的條件，采取特殊的措施。依據(jù)《"雙碳"背景下氫-氨儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性淺析》(吳全，沈鈺新，余磊等，油氣與新能源，2022，34(5))，液氫管道在年全功率利用小時(shí)數(shù) 8400 小時(shí)的樂觀估計(jì)下，運(yùn)輸成本為 0.195 元/kwh/2000km，如果保守估計(jì)利用小時(shí)數(shù)為 4200 小時(shí)，運(yùn)輸成本將達(dá)到 0.390 元/kwh/2000km；

//液氨

液氨運(yùn)輸成本比液氫低很多， 氨氣雖然在常溫下是氣體，但相比氫氣更 易液化，  常溫下僅需 1Mpa 壓強(qiáng)即可液化。據(jù)《"雙碳"背景下氫-氨儲(chǔ)運(yùn)技 術(shù)與經(jīng)濟(jì)性淺析》(吳全，沈鈺新，余磊等，油氣與新能源，2022，34(5))  ， 液氨的管道運(yùn)輸成本為 0.04 元/kwh/2000km。據(jù) IEA 提供的數(shù)據(jù)， 液氨的船運(yùn)成本為 0.06 元/kwh/2000km。

//甲醇

甲醇的運(yùn)輸和液氨相仿，并且常溫下為液體，可以直接罐裝。依據(jù)Mohammed Al-Breiki, Yusuf Bicer 在《Comparative cost assessment of sustainable energy carriers produced from natural gas accounting for boil-off gas and social cost of carbon》  (Energy Reports, Volume 6, 2020, 1897-1909)中的核算，甲醇的船運(yùn)成本為 0.04 元/kwh/2000km，略 低于液氨。

//化肥

化肥常溫下為固體，適用常規(guī)運(yùn)輸方式。目前鐵路運(yùn)輸化肥對(duì)應(yīng)的單噸 成本為 173.7 元/t/2000km，公路運(yùn)輸化肥對(duì)應(yīng)單噸成本為250元/t/2000km ，船運(yùn)單噸成本為80 元/t/2000km。

因此，在氫氣的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破前，直接儲(chǔ)運(yùn)氫氣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈成本明顯升高，綠氫消納的主流將是在內(nèi)蒙古當(dāng)?shù)赝瓿珊铣砂�、化肥以及甲醇的工業(yè)流程，再向國(guó)內(nèi)其它區(qū)域市場(chǎng)流通。

表1：氫氣及下游工業(yè)產(chǎn)品運(yùn)輸成本

國(guó)內(nèi)合成氨應(yīng)用場(chǎng)景主要分為工業(yè)用氨和農(nóng)業(yè)用氨。2021 年農(nóng)業(yè)用氨總占比    80%，工業(yè)用氨占比 20%。內(nèi)蒙古由于近煤炭資源的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，一直是我國(guó)化肥生產(chǎn)大省，  2021 年，內(nèi)蒙古農(nóng)用氮、磷、鉀肥總產(chǎn)量 394.96 萬噸，其中氮肥 約 300 萬噸，按照每噸氮肥需氨氣 0.6 噸、每噸氨氣需氫氣 0.18 噸計(jì)算，內(nèi)蒙古氮肥合成使用場(chǎng)景每年可為綠氫提供的空間為32.4 萬噸。

甲醇方面，內(nèi)蒙古一直是我國(guó)甲醇產(chǎn)量最高的省份，2022年甲醇產(chǎn)量達(dá)1833.9萬噸，按照每噸甲醇消耗氫氣 0.13噸計(jì)算，內(nèi)蒙古當(dāng)?shù)丶状忌�產(chǎn)可為氫氣提供238.4萬噸的替代空間，2022-2023年公布的綠氫項(xiàng)目中，只有約5萬噸綠氫產(chǎn)能有甲醇制備裝備的配套，綠氫在制甲醇領(lǐng)域的替代率還很低。

圖2：內(nèi)蒙古 2016-2021 年氮、磷、鉀肥料生產(chǎn)量(萬噸)

圖3：內(nèi)蒙古 2016-2022 年甲醇生產(chǎn)量(萬噸)

目前內(nèi)蒙古是我國(guó)規(guī)劃綠氫示范項(xiàng)目體量最大的省份。截至 2023年5月，內(nèi)蒙古確定開工的綠氫項(xiàng)目配套電解水制氫產(chǎn)能已超 80萬噸，并且以制氨為主，已經(jīng)超出內(nèi)蒙古當(dāng)?shù)氐�肥產(chǎn)業(yè)的消納空間，而綠色甲醇的替代暫時(shí)還沒有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。后續(xù)綠氫即使能夠較大程度替代合成氨、甲醇生產(chǎn)原材料，產(chǎn)能的增加也會(huì)很快溢出當(dāng)?shù)鼗�工產(chǎn)業(yè)的原材料需求，氫氣的外輸和進(jìn)入其它產(chǎn)業(yè)將會(huì)是必然趨勢(shì)。

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化工領(lǐng)域是氫氣主要應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 合成氨、化肥產(chǎn)業(yè)：

綠氨成本接近平價(jià)，需求穩(wěn)中有升

國(guó)內(nèi)合成氨對(duì)應(yīng)氫氣需求 934 萬噸。2021年國(guó)內(nèi)氨氣總出貨量5189萬噸，按照每噸氨氣消耗氫氣 0.18 噸計(jì)算，對(duì)應(yīng)氫氣需求量為 934 萬噸，可為綠氫提供較大替代空間。

我們按照 0.2 元/wh 電價(jià)計(jì)算，綠氫合成氨  (綠氨)  成本 3269 元/噸，由于近期海外天然氣及能源價(jià)格下降較快，合成氨價(jià)格也快速回落，目前已降至 2746 元/噸，接近歷史底部位置�？紤]合成氨市場(chǎng)波動(dòng)，未來隨著技術(shù)進(jìn)步降本增效，綠氨生產(chǎn)成本有望和市場(chǎng)平價(jià)。

圖4：合成氨價(jià)格指數(shù)  (元/噸)

表2：綠氫、綠氨、綠色甲醇制備成本和市場(chǎng)價(jià)格

時(shí)空差異導(dǎo)致產(chǎn)銷無法完全匹配，“西氣東輸”重塑格局。相比傳統(tǒng)的合成氨企 業(yè)， 綠氨生產(chǎn)成本洼地和下游需求地距離較遠(yuǎn)，  但是由于液氨運(yùn)輸成本較低，我們預(yù)計(jì)后續(xù)合成氨產(chǎn)銷將形成“西氣東輸”的格局。

合成氨的下游分為農(nóng)業(yè)用氨和工業(yè)用氨：

//農(nóng)業(yè)用氨

尿素為主，尿素每噸產(chǎn)量消耗氨氣 0.6 噸，由于能耗高、污染大，2016 年以來我國(guó)大量落后尿素產(chǎn)能被淘汰，產(chǎn)量有下降趨勢(shì)。目前尿素行業(yè)新增投產(chǎn)項(xiàng)目數(shù)量較少，短期內(nèi)難以拉動(dòng)氨氣總需求。此外，尿素工廠一般為一體化工廠，在現(xiàn)有價(jià)格水平下很少進(jìn)行合成氨外采，如果市場(chǎng)沒有新建產(chǎn)能的需求，由于運(yùn)輸成本較高，短期綠氫對(duì)尿素的原材料的替代比例會(huì)較小，但如果未來綠氫價(jià)格下降，并且使用綠氫、綠氨制備尿素得  到政策支持，尿素行業(yè)可以快速對(duì)綠氫的需求提供較大空間。

//工業(yè)用氨

脫硫脫硝行業(yè)對(duì)氨氣的需求基本穩(wěn)定，未來工業(yè)用氨領(lǐng)域的增量集中在丙烯晴和己內(nèi)酰胺，生產(chǎn)每噸丙烯晴和己內(nèi)酰胺消耗的氨氣分別為0.51 和 0.69 噸，目前兩者產(chǎn)能、產(chǎn)量均穩(wěn)步增長(zhǎng)，未來可為氨氣需求的增 長(zhǎng)提供主要?jiǎng)恿Α?/p>

圖5：中國(guó) 2015-2021 年合成氨產(chǎn)量(萬噸)

圖6：2020 年中國(guó)合成氨產(chǎn)能分布

圖7：2020 年合成氨下游用量分布情況

圖8：中國(guó) 2017-2021 年尿素產(chǎn)量(萬噸)

3.2 甲醇：綠氫替代灰氫藍(lán)氫， 需求增量有限

國(guó)內(nèi)甲醇對(duì)應(yīng)氫氣需求 875萬噸。2021年我國(guó)甲醇產(chǎn)量6728萬噸，按照每噸甲醇消耗氫氣0.13噸計(jì)算，對(duì)應(yīng)氫氣需求量為 875 萬噸，和合成氨需求空間接近。但目前基于0.2 元/Wh的電價(jià)，綠氫合成甲醇的成本為3196 元/噸，遠(yuǎn)高于甲醇市場(chǎng)價(jià)格1749 元/噸。

圖9：  甲醇現(xiàn)貨中間價(jià)(元/噸)

甲醇產(chǎn)能的分布更集中于煤炭資源地，主要生產(chǎn)地在西北地區(qū)，和綠氫產(chǎn)能距離更近。甲醇單位距離運(yùn)輸成本低于液氨，在儲(chǔ)運(yùn)上相比液氨有優(yōu)勢(shì)。未來隨著綠氫制甲醇技術(shù)的完善以及能耗雙控政策的跟進(jìn)，綠氫在甲醇制備中的滲透率有望增加。

目前，煤制烯烴是甲醇的最大下游，占下游需求量的一半以上 ，當(dāng)前國(guó)內(nèi)聚烯烴產(chǎn)品偏向中低端，同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，高端聚烯烴產(chǎn)品仍然依賴進(jìn)口，短期內(nèi)一部分產(chǎn)能可能會(huì)被淘汰，且未來幾年烯烴多為油制投產(chǎn)，對(duì)甲醇無明顯的需求帶動(dòng)。此外，甲醛、二甲醚、MTBE 行業(yè)均產(chǎn)能過剩，隨著國(guó)家環(huán)保政策的跟 進(jìn)，未來可能出現(xiàn)產(chǎn)能淘汰的情況。因此甲醇行業(yè)提供的總需求難有較大增長(zhǎng)，對(duì)綠氫的需求主要與綠氫對(duì)灰氫/藍(lán)氫的替代率有關(guān)。

圖10：中國(guó) 2016-2021 年甲醇產(chǎn)量(萬噸)

圖11：2021 年中國(guó)甲醇產(chǎn)能分布

圖12：2021 年甲醇需求量結(jié)構(gòu)

圖13：中國(guó) 2017-2022 年尿素出口量  (萬噸)

3.3 鋼鐵冶金行業(yè)：

多方面條件約束， 長(zhǎng)期綠氫有望滲透

鋼鐵行業(yè)也是具有前景的氫氣下游應(yīng)用，對(duì)還原劑的需求體量非常大。2022年我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量10億噸，如果按照生產(chǎn)每噸鋼鐵需要?dú)錃?90kg計(jì)算 ，鋼鐵行業(yè)最大能為氫氣提供 9000 萬噸替代空間。鋼鐵行業(yè)是實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要產(chǎn) 業(yè)，“十四五”時(shí)期，綠色低碳是鋼鐵行業(yè)的主要目標(biāo)之一，力爭(zhēng)率先實(shí)現(xiàn)碳排 放達(dá)峰。  

目前鋼鐵行業(yè)存在嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩問題，國(guó)務(wù)院于2021年10 月26日發(fā)布《2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，對(duì)鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰、深化行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu) 性改革提出要求。要求鋼鐵行業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)能置換，嚴(yán)禁新增產(chǎn)能，推進(jìn)存量?jī)?yōu)化，淘汰落后產(chǎn)能，發(fā)展降碳技術(shù)。2021 版《鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能置換實(shí)施辦法》在 產(chǎn)能置換比例、產(chǎn)能置換區(qū)域、產(chǎn)能置換設(shè)備、產(chǎn)能核定方式等方面提出新的規(guī) 定，加大去產(chǎn)能力度，鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能優(yōu)化勢(shì)在必行。

國(guó)內(nèi)鋼鐵冶金綠氫應(yīng)用尚且需要時(shí)間。目前我國(guó)鋼鐵冶煉行業(yè)工藝以長(zhǎng)流程高爐 煉鐵為主，未來綠氫的進(jìn)入可能以高爐噴氫、純氫煉鋼進(jìn)行替代，然而這些工藝 的成本還明顯高于傳統(tǒng)方式，并且純氫煉鋼要求的設(shè)備類型和目前的生產(chǎn)線不同，  改造難度大、成本高，鋼鐵企業(yè)屬重資產(chǎn)企業(yè)，在目前產(chǎn)能過剩的背景下積 極性難以被調(diào)動(dòng)，綠氫在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)還需要時(shí)間。

圖14：氫氣在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用(三種工藝示意圖)

3.4 海外市場(chǎng)：

歐盟碳關(guān)稅驅(qū)動(dòng)綠氫快速滲透

我國(guó)目前氫氣下游出口集中在合成氨、尿素。 中國(guó)一直是國(guó)際尿素市場(chǎng)的生產(chǎn)大國(guó)和出口大國(guó)，2020 年出口量占比約5%。我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尿素價(jià)格波動(dòng)較大，2018年和2022年出口量?jī)纱纬霈F(xiàn)較大幅度下降，2018年是因?yàn)榄h(huán)保政策導(dǎo)致產(chǎn)能下降，國(guó)內(nèi)利潤(rùn)較高，產(chǎn)量主要在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)消化；2022 年是全球糧食安全問題受到重視，開始對(duì)化肥進(jìn)行法檢，抑制了我國(guó)糧食的出口。此外，合成氨在我國(guó)通常采用煤炭生產(chǎn)，而國(guó)外則使用天然氣生產(chǎn)，2023年以來，在國(guó)際能源危機(jī)暫告一段落后，歐洲天然氣價(jià)格回落，合成氨生產(chǎn)成本明顯降低，目前國(guó)際市場(chǎng)液氨、尿素的價(jià)格均大幅下降，相比國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有明顯價(jià)格倒掛現(xiàn)象，這將會(huì)再次沖擊我國(guó)尿素的出口份額，可見短期內(nèi)，出口難以對(duì)合成氨、尿素的需求形 成有效拉動(dòng)。

目前歐洲碳價(jià)今年來不斷走高，隨著歐盟將于2023年底逐漸實(shí)行邊境碳關(guān)稅(CBAM)制度，綠氫相對(duì)于灰氫/藍(lán)氫的成本將具有顯著優(yōu)勢(shì)，如前文表 2 所示，算上碳關(guān)稅之后，綠氨/綠色甲醇相比于傳統(tǒng)合成氨和甲醇具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)，而此項(xiàng)成本差異將拉動(dòng)下游綠氨制尿素、化肥等產(chǎn)品的出口。

圖15：歐洲碳指數(shù)成交價(jià)(單位：歐元/噸)

       原文標(biāo)題 : 行業(yè)研究：大量綠氫項(xiàng)目下游如何消納？