氢能是实现碳中和的终极方案

发表于：2020-12-08 来源：中金在线

随着碳中和目标的提出，中国未来能源转型发展的方向已经确定。预计到2060年中国经济会达到人均GDP4.8万美元，带来能源需求67.3亿吨标煤，较现在提升38%。如果以目前的能源结构不变，将会产生每年160亿吨二氧化碳的碳排放。

碳排放主要有化石能源贡献，目前中国煤炭消费几乎占到全球的一半，是碳排放的主要来源之一。随着中国能源转型的加快，天然气将逐步替代煤炭，从而减少二氧化碳的排放，实现中国由高碳向低碳的转型。而氢能源的不断加速发展，将最终实现碳中和的重要使命。

从排放来看能源消费中存在一部分能源利用形式难以被电力替代，而因此最终需要另外的能源形式实现碳中和。我们预计到2060年如果不考虑非电领域的能源突破，中国电气化率在70%水平，则仍然有20亿吨标准煤的能源需要完成脱碳。

►天然气替代实现高碳到低碳：1）在提供相同能量的情况下，天然气相比石油和煤炭将减少33%和53%的碳排放；2）天然气可以带来多少替代：我们预计到2030年，天然气占比增长6.9个百分点，天然气消费量约增加4000亿立方米，可减少碳排放约3.7-8.4亿吨。3）天然气的过渡能力：中国天然气供应保障能力增强，未来要实现国产多元化、进口多渠道的供应格局。

►氢能可能是最终解决方案。我们认为要实现能源最终的能源碳中和必须在非电领域推动新的技术发展和应用，目前来看主要有三个解决方案，分别是氢能源、碳捕捉和生物质。但是考虑到生物质资源上的限制，以及碳捕捉对于政策要求，氢能在产业发展，技术迭代上优势更强，因此更有可能是最终解决方案。

图表: 氢能、生物质能与碳捕捉的优劣比较

氢能是实现碳中和的终极方案

资料来源：中金公司研究部

►氢能具备能量密度与可商业化的充能时间。1）氢燃料电池适合对占用空间要求不高的交运场景，例如商用车、航运或者航空，因为高质量能量密度、低体积能量密度，同时其较快的充能速度也有利于商业化应用。2）氢能或可用替代煤用作水泥窑的燃料。3）氢能冶金存在一定可行性。

图表: 几个主要板块的电气化率预期以及预期氢能需求贡献比例（2060年）

氢能是实现碳中和的终极方案

资料来源：中金公司研究部

►氢能发展的3个阶段

2021E-2030E：应用初期，平价起点。我们认为，在这一阶段，燃料电池技术应用得到提速，从终端应用层面带来规模化与成本下降，同时推动能源供给端的运输与加注成本受益规模化与环节效率提升得到快速下降，带来供给与应用环节并行的降本。从氢能源角度，目前天然气/煤气重整+碳捕捉制氢短期内成本优于可再生能源电解水制氢，成本的制约主要来源于运输与加注环节，其中运输受限于高压IV型瓶应用、液氢运输、管路运输的不完善，而加注环节受益于加氢站设备依赖进口CAPEX较高且目前综合运营效率较低。我们认为随着燃料电池终端应用的起量，终端氢价格可由目前的70-80元/kg（含税）下降至2025年的约35-40元/kg（含税），并至2030年下降至约30元/kg（含税）。

2031E-2050E：步入平价，应用领域拓宽，供给与应用规模大幅提升。我们认为，在这一阶段，氢能源的成本受益于富电区域新能源发电的低电价，与逐步完备的中长距离运输/管路，使得加氢成本逐步下降至近20元/kg。同时新能源电解水制氢也将逐步成为氢能供给的主流模式。对于燃料电池车辆，当不考虑柴油针对碳排成本上升时，氢成本下降至20元/kg可直接与柴油平价。此外，此阶段的非交通领域用氢的价格已逐步下降至18-20元/kg（即不考虑加氢站的加注成本），在工业与家庭供暖领域已逐步具备一定经济性基础，我们认为通过初期与天然气的混合使用，以及伴随氢价格的进一步下降，在供暖领域，氢能也将逐步提升应用渗透率。

2051E-2060E：全面平价，碳中和目标驱动其余非电领域渗透率全面提升。我们认为，此阶段受益于新能源发电成本进一步下降，储运规模的大幅提升下应用环节成本的进一步下降，氢加注成本将下降至20元/kg以下，非交通领域氢应用成本将下降至15元/kg以下。应用领域将全面拓展至供热供暖、船舶等非电领域，补足非电领域碳中和的拼图。

图表: 终端加氢成本下降路径与应用阶段

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