券商观点 | 欧洲氢能“落子”：制氢电解槽+输氢管道

 

从制氢端看，欧盟目标到2030年，年产2000万吨绿氢，其中进口1000万吨，内部生产1000万吨，预计将为欧洲本土和进口厂商分别带来的电解槽累计需求量均达90-100GW。根据欧盟制定的绿氢计划，未来欧洲市场将成为中国电解槽厂商的重要出口地之一。从欧洲电解槽厂商竞争格局看，主要龙头已经浮出水面，挪威NEL、英国ITM Power、德国Siemens、法国Mcphy、美国Plug Power等市场份额领先，新起之秀蒂森克虏伯（Nucera）势头强劲。未来中国电解槽竞争格局或趋近欧洲市场，隆基、三一、阳光等电解槽巨头群雄并起。

 

从技术路线来看，性价比是最重要的衡量标准。欧洲电解槽厂商以布局PEM电解槽路线为主，其中ITM Power、Plug Power和Siemens是典型代表；碱性技术路线，以McPhy和Nucera为专长； NEL深耕电解槽产业时间久，对碱性和PEM均有布局，其在自有碱性的基础上，通过收购布局PEM制氢路线。从成本看，欧洲的碱性和PEM电解槽价格相差不大，PEM电解槽价格仅为碱性电解槽的1.5倍；未来碱性和PEM两种路线的发展或将愈发趋近，碱性降低电耗提高综合性价比，PEM提高成熟度降低设备成本，在各自具备优势的场景下共同发展。对国内而言，Nucera制备的方形碱性电解槽性能优于国内，或将成为国内碱槽厂商的技术进步目标；欧洲的PEM发展远成熟于国内，西门子、康明斯等厂商进入中国市场将带来国内PEM从0-1的进步，推动完善PEM核心零部件供应链。

 

从储运端看，管道是欧洲主推的储运技术路线，将带来管材、压缩机等材料和设备投资机会。根据2022年发布的欧洲氢气骨干网络计划（European Hydrogen Backbone），欧洲将建立一条覆盖28个欧盟国家的氢气管道，总长度预计在2030年达到28,000公里，到2040年达到53,000公里，60%由现有的天然气管道改造，40%为新建的纯氢管道。总投资预计为80亿-143亿欧元（642-1,148亿人民币）。其中，管材和压缩机是氢管道投资建设的核心环节，带来材料和设备端机会。

 

从应用端看，石油炼化和合成氨是欧洲氢能应用的主要场景，未来交通领域、建筑领域是增长潜力最大的环节。根据2020年7月欧盟委员会发布《欧盟氢能战略》，乐观情况下，到2050年，氢气需求为2250TWh（6818万吨）；其中，交通运输675TWh（2045万吨）和建筑579TWh（1754万吨）将成为氢气需求量最大的领域。对比国内，目前氢气的主要应用场景为化工行业，即合成氨、合成甲醇和石油炼化，未来交通和氢冶金或成为氢气需求的主要增量市场。

 

风险提示：产业政策不及预期、技术突破及成本下降不及预期。

 

1  氢制取：到2030年目标年产2000万吨绿氢

 

2021年，全球氢气产量为9400万吨，化石能源制氢占比超80%，电解水制氢仅占0.04%。欧洲的氢气产量为1030万吨，蒸汽甲烷重整工艺（SMR）制氢占比超90%，工业副产氢占比接近10%，电解水制氢占比仅0.1%。中国氢气产量为3300万吨，煤制氢占比超60%，工业副产氢占比为20%，天然气制氢占比13%，电解水制氢仅占总产量的3%。

 

 

2020年，欧盟发布《欧盟氢能战略》，计划2025年至2030年，每年可再生氢气产量1000万吨，对应电解槽装机容量40GW。2022年5月，欧盟正式通过“REPowerEU”计划，目标2030年每年可再生氢气产量2000万吨，其中进口1000万吨（需要至少90-100GW装机量），内部生产1000万吨。

 

 

1.1.     预计到2030年，欧洲电解槽累计出货量达95GW

 

据IEA统计，2020年全球电解槽装机量为300MW，欧洲（含欧盟、欧贸联、英国）电解槽装机量达100MW，为全球最高装机量地区。预计到2030年，全球电解槽累计出货量将达270GW，其中，欧洲电解槽累计出货量为95GW。

 

 

据IEA统计，2021年，全球电解槽产能为8GW。从地区分布看，欧洲电解槽产能为3GW、中国电解槽产能为3GW；从技术路线看，碱性电解槽4.8GW、PEM电解槽2GW。预计到2030年，全球电解槽产能65GW。从地区分布看，欧洲电解槽产能19GW、中国电解槽产能23GW；从技术路线看，碱性电解槽42GW（64%）、PEM电解槽14GW（22%）、SOEC电解槽3GW（4%）。

 

 

据国际可再生能源机构统计，2020年，碱性电解槽平均成本为600欧元/kw，PEM为900欧元/kw，AEM为1000欧元/kw，SOE为2130欧元/kw。到2030年，碱性电解槽平均成本将降至400欧元/kw，PEM为500欧元/kw，AEM为300欧元/kw，SOE为520欧元/kw。

 

 

1.2.     群雄并起，共分欧洲电解槽设备市场

 

2022年，EMEA(欧洲、中东、非洲）电解槽出货量287MW。从国家看，出货量最多的是德国、比利时和丹麦；从电解槽厂商看，出货量最多厂商包括挪威NEL、英国ITM Power、德国Siemens、法国Mcphy、美国Plug Power。

 

 

从业务架构看，欧洲主流电解槽厂商中ITM Power专注于电解槽业务，NEL、McPhy、Plug Power在电解槽业务外还布局加氢站或燃料电池业务，蒂森克虏伯业务涉及范围最广，氢能电解槽业务已作为独立子公司Nucera上市。从技术路线看，ITM Power、Plug Power以及Siemens专注PEM电解槽，McPhy和Nucera专注碱性电解槽，NEL在碱性和PEM两条技术路线均有布局。

 

 

 

 

 

2022年，Nucera和NEL电解槽业务营业收入分别为4.07亿元和5.1亿元，其中NEL电解槽业务净利润为-2.2亿元；Plug Power、McPhy、和ITM Power电解槽业务的营业收入分别为2.03亿元、0.9亿元和0.2亿元。

 

 

2 氢储运：天然气管道掺氢及压缩机的应用

 

根据2022年发布的欧洲氢气骨干网络计划（European Hydrogen Backbone），欧洲将建立一条覆盖28个欧盟国家的氢气管道，总长度预计在2030年达到28,000公里，到2040年达到53,000公里，60%由现有的天然气管道改造，40%为新建的纯氢管道。在主干线配备压缩系统下，EHB网络能够充分满足欧洲2050年2250TWh（约合6818万吨，1TWh=3.03万吨）的最大预计氢气需求。

 

 

EHB所需总投资预计为80亿-143亿欧元（约合642-1,148亿人民币），涵盖了为改造旧管道和建设新管道的全部资本成本。假设工作时长为每年5,000小时，则年运营成本在1.6至3.2亿欧元（约合13-26亿人民币）。

 

 

2.1.     纯氢管道建设：欧洲纯氢管道长1,770km，计划建至26,437km

 

目前，全球氢气输送管道超过5,000km，欧洲管道长度达到1,770km，仅次于北美。与天然气管道相比，纯氢气管道在合金元素、钢级、管型、操作压力等方面选材严格，材料需满足高压氢环境下相容性的试验要求。

 

 

2.2.     天然气管道掺氢：管道适度改造下，掺氢量最多可达约5%-20%vol

 

天然气管道掺氢管面临的主要挑战是材料的氢脆问题。欧洲天然气管道通常为钢管材料电焊而成，注入大量纯氢会使金属材料处于高浓度氢气的高压环境下造成其性能的劣化，导致氢脆、气体泄漏等问题。天然气管道掺氢需要对管道进行改造，更换为纤维增强聚合物（FRP）复合材料管道；此外，转化为氢气的天然气管道必须在较低的压力下运行，可以通过增加一层内部涂层来防止氢脆。在对天然气管道进行适度改造的情况下，掺氢量最多可达约5%-20% vol。

 

 

2.3    压缩机在氢气管网中的应用

 

在长距离管道运输的过程中，氢气的能量不断消耗，需要每隔一段距离对氢气进行增压，通常在管线的起点和中途设置增压站，由压缩机提高氢气的输送压力。增压站压缩设备以离心式的大排量压缩机为主（动力式压缩机流量大），小型集输站点或采用隔膜/液驱类等中等排量压缩机。

 

 

在天然气管道掺氢中，压缩机设备的类型和设计需要相应的改变。相较于天然气，氢气的分子量和热值较低，调整的程度取决于管道的氢含量：当混合物中的氢气含量＜10% vol，压缩机可以正常运行；当混合物的氢气含量＜40% vol，压缩机外壳可以继续使用，但叶轮和反馈级和齿轮需要调整；当含氢量＞40% vol，必须更换整个压缩机。在纯氢管道中，往复式压缩机是目前最经济的解决方案。

 

 

 

据IEA统计，2021年，全球对氢气的需求约为9400万吨，其中欧洲的需求量800万吨，炼油厂和合成氨生产是用氢的主要场景，分别占总需求的50.5%和29.5%。据氢能联盟统计，中国的需求量约为2800万吨，合成氨和合成甲醇是用氢的场景，分别占总需求的32%和27%。

 

 

根据2020年7月欧盟委员会发布《欧盟氢能战略》，保守情况下，2030年欧洲对氢气的需求大约为481TWh（约合1457万吨），2050年为780TWh（约合2363万吨）；乐观情况下，2030年需求约为665TWh（约合2015万吨），2050需求为2250TWh（约合6818万吨），达到欧洲总能源需求的24%；其中，交通运输（675TWh，约合2045万吨）和建筑（579TWh，约合1754万吨）将成为2050年氢能需求量最大的领域。

 

 

产业政策不及预期、技术突破及成本下降不及预期。

 

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