本文來自格隆匯專欄：國君策略陳顯順，作者：陳顯順 韓其成 黃維馳
摘要
氣候與環境推動全球能源革命，氫能成為實現脱碳的高效二次能源。在減少碳排放、能源安全高效、促進經濟增長等因素的驅動下，氫能作為極富成長空間的新型能源已受到全球各國重視，包括美國、歐盟、日韓等主要經濟體，對於氫能源的發展規劃相對成熟。國內方面，截止2021年年底，已經發布了至少35項氫能源相關的政策，接近30個省份出台了氫能源規劃，制氫、儲運和燃料電池的相關標準也日漸成熟。當前產業政策的方向主要包括：完善氫能源管理的標準、鼓勵低成本制氫、推進高安全低成本儲運體系的建立、提高關鍵設備和材料國產化等。
庖丁解牛：從產業鏈視角聚焦加氫站。氫能源產業鏈較長，主要分為：1）上游的氫氣製備；2）中游的氫氣儲運和加註；3）下游的燃料電池及氫能源汽車的生產製造和運營。加氫站是氫能利用過程中重要的一環，合理佈局建設加氫站，可以促進燃料電池汽車以及氫能產業迅速發展。加氫站建設技術路線根據氫氣來源可分為：外供氫加氫站和內製氫加氫站；按加註壓力分，可分為35MPa、70MPa ；按照是否可移動分，可分為固定式、撬裝式、移動式；按照儲氫方式，則可分為氣氫、液氫、固態儲氫和其他類別。
穩增長髮力，加氫站成為能源新基建重要一環，千億空間逐步打開。加氫站的投資額大約是普通加油站的3倍左右，其中設備購置的費用大約佔總投資額的40-60%左右，而且主要依賴進口。高昂的投資額和相對漫長的回收期是制約加氫站建設的重要原因。目前加氫站處於產業發展的前期，補貼力度較大，隨着技術進步和規模效應，加氫站的建設成本有望進一步下降。若2025年建成1000座加氫站，每個加氫站建設成本以1200-2200萬元計算，2025年中國加氫站的市場規模約120-218億元，在2050年帶動規模有望突破千億。
投資主線：關注設備材料與施工運營領域。1）設備材料領域，重點在於壓縮、儲氫和加註環節。①壓縮機是將氫源加壓注入儲氣系統的核心裝置，受益標的包括雪人股份、冰輪環境；②儲氫罐是加氫站儲氣系統的容器，受益標的為京城股份、中材科技、巨化股份等；③加氫設備受益標的厚普股份。2）施工建設領域，一體化運營優勢凸顯，看好加氫站核心裝備提供商。具體來看，涉及加氫站建設、設計、運營等環節，主要公司包括：華電重工、隧道股份等。
風險提示：1）加氫站建設核心技術發展受到制約；2）氫能產業政策不及預期等。
1
氫能源：能源轉型的重要路徑
1.1.氣候與環境推動全球能源革命
氣候與環境是能源革命的驅動因素。起源於20世紀70年代的環境議題開啟了對傳統能源的轉型訴求，特別是全球氣候變暖的事實，促發了世界各國摒棄具有“高碳排放”化石能源的政策意向。尤其是，工業化帶來酸雨、霧霾等嚴重污染環境的現象層出不窮，而造成這一現象的主要原因，與大量使用煤炭等化石能源有着密切關聯。更為嚴重的是，化石能源燃燒過程中釋放出大量二氧化碳等温室氣體，這成為當前全球氣候變暖的主要成因，海平面上升、糧食歉收等負面影響已更頻繁地威脅到全人類的基本生存。儘管1992年《聯合國氣候變化框架公約》的締結並未為全球碳排放設定具體目標，但卻從制度的高度統一了世界各國加強能源轉型的共識。而1997年《京都議定書》率先要求發達國家進行温室氣體減排，則正式邁出了全球“碳減排”的關鍵一步。當前，包括美國、中國等大國在內的國家都做出了積極的氣候變化迴應，向一個低碳經濟和新能源發展的目標前進，已成為全球不可改變的事實。
中國的碳排放目標堅定，政策和措施明確。在2020年9月22日舉行的第七十五屆聯合國大會一般性辯論上，習主席提出應對氣候變化《巴黎協定》代表了全球綠色低碳轉型的大方向，是保護地球家園需要採取的最低限度行動，各國必須邁出決定性步伐。中國將提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭於2030年前達到峯值，努力爭取2060年前實現碳中和。2020年四季度以來，關於碳達峯、碳中和的政策和措施紛至沓來，引發全社會關注。
1.2. 氫能是實現脱碳的高效二次能源
氫能作為一種清潔、高效、可持續的二次能源，是構建未來以可再生能源為主的多元能源結構的重要載體，其開發和利用技術也成為了新一輪世界能源技術變革的重要方向。氫元素（H）是全球分佈比例最大的元素，主要以化合態的形式存在，通常的單質形態是氫氣（H2）。對於氫能源，其主要優勢在於：
來源豐富：氫能為二次能源，可通過化石燃料重整製備、工業副產物製備、高温降解制備、水電解制備等，製取途徑眾多。
清潔無碳：氫燃燒或電化學反應的產物只有水，可實現零污染零碳排放。同時，通過可再生能源產生的綠氫，可以實現從制氣到放能全鏈條的零碳排放。
高熱值：根據中國氫能聯盟研究院數據，氫氣的高熱值為140.4MJ/kg，低熱值為120.0MJ/kg，是同質量焦炭、汽油等化石燃料熱值的2-4倍。
應用場景豐富：氫能可作為燃料應用於工業領域（合成氨、煉油和冶金等）、交通領域（燃料電池商用車、乘用車、軌道交通和渡船等）、電力（家庭住宅和商業住宅等）和建築（燃料電池熱電聯產、商用熱泵等）。
市場空間廣闊：氫能源目前市場基數較小，疊加政策推廣等因素，未來氫能源的成長空間將十分巨大，目前國內外機構對我國氫能源的消費量預測在6000萬噸-1.6億噸區間（2050年）。
根據國際氫能委員會（Hydrogen Council）預測，到2050年，氫能將減少60億噸二氧化碳排放，創造3000萬個工作崗位，創造2.5萬億美元產值，在全球能源中所佔比重有望達到18%。因此，現階段我國大力發展氫能刻不容緩。此外，我國當前各個環節的技術競爭力現狀、成本現狀和競爭性技術路線擴張等因素共同導致了氫能燃料電池產業鏈發展的相對滯後，亟需相關政策支持。
1.3. 全球視野：美歐日規劃相對成熟
國際主要經濟體對氫能源發展均規劃佈局。在減少碳排放、能源安全高效、促進經濟增長等因素的驅動下，氫能作為極富成長空間的新型能源已受到主要國家政府的重視，包括美國、歐盟、日韓和中國等主要經濟體，均發佈了對未來氫能應用的規劃引導氫能產業高速、健康發展。各國的資源稟賦、財政實力、地緣環境、產業基礎等方面的差異，也導致各國對氫能的發展方向、規劃目標、產業模式、支持方式不同。目前全球主要的氫能發展模式包括：1）以美國為代表的將氫能作為戰略儲備能源方向，優先重視基礎技術研發，緩推商業化應用（部分區域推進速度快）；2）以歐盟為代表的將氫能作為深度脱碳和能源轉型的重要工具；3）以日本和韓國為代表的將氫能作為新興產業制高點，戰略定位高，實際推進目標相對激進；4）以澳大利亞和加拿大為代表的將氫能作為未來重要的出口資源。
1.4. 國內催化：政策陸續推出，助力氫能高速發展
國內持續性推出支持政策，助力氫能高速發展。中國政府對發展氫能持積極態度，近期支持政策出台頻率更加密集，支持力度不斷增加。自從2006年《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》提出將“氫能及燃料池技術”作為未來能源技術發展方向之一以來，截止2021年年底，據不完全統計中國已經發布了至少35項氫能源相關的政策；此外接近30個省份出台了氫能源規劃，制氫、儲運和燃料電池的相關標準也日漸成熟。當前的政策的方向主要包括：完善氫能源管理的標準、鼓勵低成本制氫、推進高安全低成本儲運體系的建立、提高關鍵設備和材料國產化等方面。
國家燃料電池城市羣政策推出實施。2020年9月16日，財政部、工信部、科技部和發改委、國家能源局五部門發佈《關於開展燃料電池汽車示範應用的通知（財建〔2020〕394號）》，對燃料電池汽車的購置補貼政策，調整為燃料電池汽車示範應用支持政策，對符合條件的城市羣開展燃料電池汽車關鍵核心技術產業化攻關和示範應用給予獎勵，形成佈局合理、各有側重、協同推進的燃料電池汽車發展新模式。2021年8月31日，京津冀、上海、廣東為代表的中國首批燃料電池汽車示範城市羣率先獲批。中國獨特的城市羣發展模式，在內部信息共享交流、地方政府扶持等方面更有利於氫能領域的發展。地方政策目標規劃積極跟進，助力產業鏈標準體系建設。省域地區也陸續推出了促進氫能發展的政策文件。據不完全統計，已有北京、河北、廣東、山東、浙江、北京、上海、重慶等多個省市在其“十四五”規劃中明確提出要發展氫能產業。
2
庖丁解牛：從產業鏈視角聚焦加氫站
2.1. 氫能源產業鏈廣闊
目前國內氫能源產業已經開始加速發展，氫能源產業鏈較長，主要分為：1）上游的氫氣製備；2）中游的氫氣儲運和氫氣加註；3）下游的燃料電池及氫能源汽車的生產製造和運營。具體到細分產業鏈來看：
制氫：化石原料制氫成本較低，為當前制氫的主要方法。共有三種氫源路徑：灰氫（化石能源制氫）、藍氫（化石能源制氫+碳捕集；工業副產氫）和綠氫（電解水制氫）。我國煤制氫佔比高達43%，天然氣及石油制氫僅佔29%，而全球制氫方式中，煤制氫佔比僅為18%，天然氣佔比達到48%。由於化石燃料制氫碳排放大，灰氫長期不可取；工業副產宜因地制宜；綠氫目前受制於電費成本高。因此，在短期內化石燃料製備是氫氣的主要來源。
未來以“藍氫”過渡，向“綠氫”發展。化石能源制氫和工業副產製氫成本較低，純度有限，未來降本空間較小。電解水制氫成本偏高，主要因為設備成本和用電成本較高，隨着可再生能源度電成本降低，電解水制氫降本的空間較大，或於2030年實現經濟性。所以，未來的氫能製取將以“藍氫”為過渡及局域應用，積極向“綠氫”發展。綠氫是未來方向，正催生出新“藍海”。
儲氫：當前以高壓儲罐為主，遠期低温儲存的份額將逐漸提升。儲氫方式眾多，主要包括高壓氣氫、低温液氫、固體儲氫、有機化合物儲氫等。（1）高壓氣態儲氫：氣態儲氫具有技術成熟、充放氫速度快、容器結構簡單、發展成熟等優點，為現階段主要的儲氫方式，同時存在體積儲氫密度低、容器耐壓要求高的缺點。（2）低温液態儲氫：低温液態儲氫將氫氣冷卻至-253℃，存於低温絕熱液氫罐中，其密度可達70.6kg/m³，因而具有儲氫密度高的特點，液態氫的純度也較高。低温液態儲氫為理想的儲氫方式，但是存在兩大技術難題：①液氫儲存容器的絕熱問題；②氫液化能耗高，工程實際中氫液化消耗的能量達到了總氫能的30%。（3）有機液體儲氫：有機液體儲氫的儲氫密度高、安全性好、儲運方便，但是技術操作複雜，目前還處於攻克研發階段，距離商業化大規模使用尚遠。（4）固態儲氫：固態儲氫利用金屬合金等對氫的吸附和釋放可逆反應實現，具有安全性高、儲存壓力低、放氫純度高、運輸方便的特點，但是存在成本高、壽命短等劣勢，目前大多處於研發試驗階段。目前，我國車載儲氫系統主要以35MPa氣氫為主，70MPa車載儲氫系統尚處於示範階段，車載液氫和深冷高壓技術處於研發階段。
運氫：目前以長管拖車為主，液氫槽罐車預計將成為遠期主要方式。與氫氣的儲存類似，氫氣的運輸也包括氣態、低温液態、有機液體、固態幾種方式。目前燃料電池車數量較少，氫氣需求量不大，適合短距離運輸的氣態長管拖車是目前主要運氫方式；而管道運輸當前面臨負荷率較低和前期投資大的問題難以大規模推廣，天然氣管道摻氫輸送為較好的折中方案。長期來看，伴隨着技術突破和成本降低，儲氫密度大、適合長距離運輸的液氫槽罐車有望成為主流運氫方式。
加氫站：加氫站增速較快，國內基礎設施完善迅速。截至2020年12月底，中國累計建成118座加氫站，到2025年加氫站數量超過1000座，2030-2035年加氫站數量超過5000座。規模的提升，成本的降低，反過來將降低氫氣供應成本，從而進一步提升產業規模。此外，根據氫能聯盟的預測，中國加氫站將於2050年達到1.2萬座。加氫設備的國產化突破與規模化生產，加氫站建設成本將大幅下降，至2050年單座加氫站的平均建設成本將為800萬元。中國未來加氫基礎設施的市場規模在2030~2050年間突破千億規模。
燃料電池：國產電堆仍有瑕疵，未來發展前景可期。車用燃料電池堆是由數百個單電池通過串聯形成的一個發電單元。燃料電池系統是以燃料電池堆為基本單元，增加必要的輔助零部件構成的一套完整的發電系統。當前電堆國產化率約50%。金屬板電堆功率密度達到3.1kW/L，和豐田Mirai2014版電堆功率類似；國內新一代石墨板功率密度較高者達到3kW/L以上，相對巴拉德9ssl電堆1.7kW/L有大幅提升。國產電堆的短板主要在可靠性和壽命方面。2025年為商用車燃料電池系統性能持續提升、系統成本持續下降、可靠性大幅提升、實現大規模推廣應用的時間節點。2030-2035年為商用車燃料電池系統全面達到產業化要求的關鍵節點。
氫能源車：氫燃料電池用於氫能源車，前景可期。氫燃料電池性能優異，將率先應用於客車、物流車、重卡等交通運輸領域。與目前技術較為成熟的鋰離子電池相比，氫燃料電池可靠性高，使用壽命長，能量密度大，但成本較高。氫燃料電池主要應用於交通運輸領域，根據《中國氫能產業發展報吿2020》預計，客車、物流車、重卡等車型將在2030年取得與春年動車型相當的全生命週期積極性。到2025年氫燃料電池汽車保有量或將達到10萬輛，到2035年保有量達100萬輛，到2050年保有量達5000萬輛。此外，《路線圖》也預計到2025年，氫能及燃料電池汽車推廣應用取得進展，保有量5-10萬輛，到2030年，實現氫能及燃料電池的大規模應用，汽車規模80-100萬輛。技術水平、成本控制同步進步。氫能源目前的成本高於其他新型能源。這些高昂成本主要來自於儲運氫端而非制氫端。因此儘管制氫端的電解水制氫成本較高，且技術突破的路徑較長，但傳統化石燃料制氫的整體成本仍然並不高，這體現在氫氣的出廠價和終端消費價的巨大差異，導致這一差異的主要瓶頸就在於儲運氫的高成本。短期主要通過增加長管拖車數量或運輸氫氣的瓶組壓力降低20%以上的公路運輸成本，中長期通過液氫槽車把運輸和加註環節的成本降低50-70%，通過氫氣輸配管道，將氫氣單位運輸成本降低80%以上。在儲運氫端，未來技術攻關和降本增效的空間很大。因此，氫能源基建是加快氫能發展步伐、提高其經濟效益的重要環節，應被重點關注。
2.2. 技術路徑上，加氫站兩大工作類型
加氫站是氫能利用過程中重要的一環。合理佈局建設加氫站，可以促進燃料電池汽車以及氫能產業迅速發展。加氫站建設技術路線根據氫氣來源可分為：外供氫加氫站和內製氫加氫站。按加註壓力分，可分為35 MPa， 70MPa ；按照是否可移動分，可分為固定式、撬裝式、移動式；按照儲氫方式分，則可分為氣氫、液氫、固態儲氫和其他類別。
外供氫加氫站：站內無制氫裝置，氫氣通過長管拖車、液氫槽車或者氫氣管道由制氫廠運輸至加氫站，由氫氣壓縮機壓縮並輸送入高壓儲氫瓶內存儲，最終通過氫氣加氣機加註到氫能源燃料電池汽車中使用。根據氫氣存儲方式的不同，又可進一步分為高壓氣氫站和液氫站，全球約30%為液氫儲運加氫站，主要分佈在美國和日本，中國現階段全部為高壓氣氫站。相比氣氫儲運，液氫儲運加氫站佔地面積更小，存儲量更大，但是建設難度也相對更大，適合大規模加氫需求。
內製氫加氫站：在站內建有制氫系統，制氫技術包括電解水制氫、天然氣重整制氫、可再生能源制氫等，站內製備的氫氣一般需經純化、乾燥後再進行壓縮、存儲及加註等步驟。其中，電解水制氫和天然氣重整制氫技術由於設備便於安裝、自動化程度較高，且天然氣重整技術可依託天然氣基礎設施建設發展，因而在站內製氫加氫站中應用最多，歐洲內製氫加氫站主要採用這兩種制氫方式。
3
能源新基建，落子加氫站
3.1. 穩增長髮力，加氫站成為能源新基建重要一環
發力穩增長，能源新基建成為重要一環。2021年中央經濟工作會議指出，當前經濟面臨需求收縮、供給衝擊、預期轉弱三重壓力，堅持穩字當頭，強化政策發力。隨着穩增長主線逐漸清晰，地產投資下行消費修復緩慢，基建投資是必選動作。作為氫能產業上、下游的橋樑，加氫站的建設得到了各方關注，在國家氫能發展路線的基礎上，各地陸續推出加氫站建設規劃。根據中國氫能聯盟的預計，到2050年，氫能在中國能源利用體系中的佔比有望超過10%，需求量接近6000萬噸，而交通領域作為氫能消費的重要突破口，用氫量將達到2458萬噸，約佔該領域總用能量的19%（樂觀情景達到4178萬噸/年，佔交通領域整體用能的28%）。當前，全球燃料電池汽車發展全面加速，預計到2030年，中國的燃料電池汽車保有量將超過全球其他國家，達到100萬輛。燃料電池汽車的廣泛採用，與氫能基礎設施建設的發展緊密相關。
3.2. 時空分佈：加氫站數量大力推進
截至2019年底，全球累計建成加氫站432座。其中，以70MPa高壓氣態加氫站為主，佔比超過70%；液氫加氫站主要分佈在美國、德國和日本，佔比不到5%；固定式加氫站佔比超過80%。《碳中和背景下煤炭制氫的低碳發展》，美國、日本和韓國2030 年分別規劃加氫站5600 座，1200 座和900 座。根據前瞻產業研究院數據，截至2021年3月末，我國加氫站共建成131座，其中108座在運營。此外，還有65座正在建設，122座在規劃建設中。從區域分佈上來看，廣東省已運營、已建成、在建及擬建的加氫站共61座，上海44座。根據由工業和信息化部指導、中國汽車工程學會修訂編制的《節能與新能源汽車技術路線圖》，到2025年，我國加氫站的建設目標為至少1000座，氫燃料成本下滑至40元/kg，到2035年加氫站的建設目標為至少5000座，氫燃料成本下滑至25元/kg。
3.3. 補貼激勵，打開千億空間
氫加註方面，目前一座加註能力500kg/d的固定式加氫站投資規模在大約需要700～1200萬元（不含土地成本），相當於傳統加油站的3倍，除建設成本外，設備維護、運營、人工等運營成本也同樣較高。保證加氫站的盈虧平衡的前提下，加氫站的終端售價還需在氫氣到站價的基礎上增加約14元／kg的運營成本。
一個加氫站總投資額約為1200-2180萬元，加氫站市場規模2025年或將達200億，2050年將超千億。加氫站的投資額大約是普通加油站的3倍左右，其中設備購置的費用大約佔總投資額的40-60%左右，而且主要依賴進口。高昂的投資額和相對漫長的回收期是制約加氫站建設的重要原因。目前加氫站處於產業發展的前期，補貼力度較大，隨着技術進步和規模效應，加氫站的建設成本有望進一步下降。若2025年建成1000座加氫站，每個加氫站建設成本以1200-2200萬元計算，則2025年中國加氫站的市場規模約120-218億元。根據《中國氫能產業發展報吿》，中國加氫站在2050年將超萬座，若以平均單個加氫站800萬元的投資額計算，則2050年中國加氫站市場規模將突破千億。築巢引鳳，氫燃料電池汽車的市場空間劍指萬億。2025年處於百億規模，2030年達到千億規模，2050年將增至萬億級市場規模。2025年，氫燃料電池汽車保有量中，客車、物流車、重卡佔比分別為50％、35％、10％，市場規模超過800億元。2030年，氫燃料電池客車、物流車、重卡在氫燃料電池汽車保有量的佔比分別達到25％、40％、25％，累計規模達到7500億元。2050年，氫燃料電池汽車總保有量達到3000萬輛，累計規模達到10萬億元水平。
4
投資主線：關注設備材料與施工建設領域
重點把握設備與施建領域，加氫站設備材料與施工建設兩條主線尋找投資機會。加氫站的建設是一項系統工程，需要應用設備、建設實施全產業鏈的協調配合。從產業鏈各環節角度出發,各細分行業的競爭要素拆解如下：
設備與材料：加氫站的成本主要包括建站成本和運營成本，其中重點在壓縮、儲氫和加註環節；
施工建設：涉及加氫站建設、設計、運營等環節。
以外供氫加氫站為例，加氫站的主要設備主要包括：卸氫系統、壓縮系統、儲氫系統、加氫系統、氮氣系統、放散系統和技防系統等。加氫站的成本主要包括建站成本和運營成本，其中壓縮系統和儲氫系統佔加氫站總建設成本的比重較高。
4.1.設備材料：重點在於壓縮、儲氫和加註環節
氫氣壓縮機：將氫源加壓注入儲氣系統的核心裝置，輸出壓力和氣體封閉性能是其最重要的性能指標。全球範圍內來看，各種類型的壓縮機都有使用。隔膜式壓縮機輸出壓力極限可超過100MPa，密封性能非常好，是加氫站氫氣壓縮系統的最佳選擇，但技術難度遠高於常規壓縮機。國內壓縮機受益標的包括：雪人股份、冰輪環境。儲氫罐：加氫站儲氣系統的儲氫容器，儲氣壓力是其主要技術指標。目前加氫站高壓儲氫罐主要採用碳纖維複合材料或纖維全纏繞鋁合金製成的新型輕質耐壓內膽, 外加可吸收衝擊的堅固殼體，容器壁複合材料複雜的製備和成型工藝是儲氫罐製造的主要技術壁壘。受益標的：1）氣態儲氫：京城股份、中材科技、巨化股份；2）固態儲氫：科力遠、安泰科技、廈門鎢業；3）液態儲氫：富瑞特裝、深冷股份。氫氣加註機：為燃料電池汽車加註氫燃料的核心設備，加註壓力是其主要參數。氫氣加註機的加註壓力高於20MPa 標準的天然氣加註設備，但其主要結構和工作原理與天然氣加註機並無較大區別，相較於氫氣壓縮機和高壓儲氫罐而言技術難度較小，未來的發展方向在於加註系統智能化和安全性的提高。國產加氫設備受益標的：厚普股份。
4.2. 施工建設：一體化運營優勢凸顯看好加氫站核心裝備提供商。具體來看，涉及加氫站建設、設計、運營等環節，主要公司包括：華電重工、隧道股份。
華電重工：成立氫能事業部，推進氫燃料電池關鍵技術研發完成電解槽首台套示範。氫能定位技術開發/裝備製造/工程總包/投資/運營為一體的能源服務商。聯合開發具有國內領先水平的鹼性制氫並聯電解槽和大型PEM電解槽，並依託項目進行首套示範。與南方科技大學圍繞氫燃料電池核心材料/核心部件及裝置的開發生產與應用進行合作，成立專家工作站，推進氫能與燃料電池的商業化進程。編制包頭市氫能產業規劃，簽訂2個氣體擴散層供貨合同。
隧道股份：旗下上海能建設計全球規模最大等級最高的氫燃料電池車加氫站，參與國家首部加氫站標準制定。公司服務46座加氫站，市佔率國內領先。
風險提示
1）加氫站建設核心技術發展受到制約；2）氫能產業政策不及預期等。
