电新行业氢能系列报告（三）：美国氢能发展现状和前景-230317（24页）.pdf

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1、1中 泰 证 券 研 究 所 专 业 领 先 深 度 诚 信证券研究报告2 0 2 3.3.1 7氢能系列报告（氢能系列报告（三）三）美国氢能美国氢能发展现状和前景发展现状和前景中泰证券电新首席分析师中泰证券电新首席分析师 曾彪曾彪执业证书编号：执业证书编号：S0740522020001Email：中泰证券电新研究员中泰证券电新研究员 朱柏睿朱柏睿执业证书编号：执业证书编号：S0740522080002Email：2CONTENTSCONTENTS目录目录C CCONTENTSCONTENTS专 业 领 先 深 度 诚 信专 业 领 先 深 度 诚 信中 泰 证 券 研 究 所中 泰 证 券

2、研 究 所1美国氢能现状分析fYaVeUaYaVbUeUfV6MaO8OnPpPoMtQfQoOsRkPoPzQaQnPnOMYtPvMwMoOsQ31.电解水制氢发展势头强劲电解水制氢发展势头强劲全球2021年生产氢气约9000万吨，中国、欧洲与美国是目前全球三个主要的氢能生产国，从产量来看，中国氢能产量居世界第一，2021年年产量达3300万吨；欧洲与美国基本持平，同年产量约1000万吨。2020年以来美国电解水制氢发展势头强劲。2020年美国99%的氢气生产来自化石燃料，其中95%来自SMR的天然气，4%通过煤炭，只有1%的氢是通过电解生产的。来源：BNEF，EIA，IHS Markit

3、，美国能源部，中泰证券研究所图表：美国氢气生产结构（图表：美国氢气生产结构（2020年）年）图表：图表：2000-2022美国的风电、光伏及电解水制氢的累积安装容量美国的风电、光伏及电解水制氢的累积安装容量41.电解水制氢发展势头强劲电解水制氢发展势头强劲截至2022年5月，美国运行和在建的PEM电解水制氢产能超620MW，相对2021年的170MW增长超3倍。据国家清洁氢能战略和路线图(草案)，目标是到目标是到2030年将年将清洁氢的产能增加到清洁氢的产能增加到1000万吨万吨/年，对应电解制氢能力约年，对应电解制氢能力约121GW；到到2040年增加到年增加到2000万公吨万公吨/年；年；

4、到2050年增加到5000万吨/年。来源：美国能源部，中泰证券研究所图表：美国图表：美国PEM电解水制氢及天然气制氢产能分布（电解水制氢及天然气制氢产能分布（2022年）年）图表：图表：2021年美国运行和在建年美国运行和在建PEM电解水制氢产能电解水制氢产能170MW图表：图表：2022年美国运行和在建年美国运行和在建PEM电解水制氢产能电解水制氢产能620MW52.美国美国是第二大氢能需求国是第二大氢能需求国图表：美国氢气消费结构（图表：美国氢气消费结构（2021年）年）来源：IEA，美国能源部，中泰证券研究所图表：图表：2019-2030年分应用领域年分应用领域/国家氢能需求情况国家氢能

5、需求情况美国是全球第二大氢能需求国美国是全球第二大氢能需求国。2021年全球氢气需求超过9400万吨，其中中国是世界上最大的消费国，2021年的需求约为2800万吨，同比增长5%；美国和中东分别为第二大、第三大消费国，均约为美国和中东分别为第二大、第三大消费国，均约为1200万吨万吨，分别同比增长8%和11%。欧洲是第四大消费国，2021年的需求超过800万吨，几乎与2020年的水平相同。从消费结构上看，从消费结构上看，2021年美国氢气主要用于石油炼化、合成氨与化工工业，分别占比年美国氢气主要用于石油炼化、合成氨与化工工业，分别占比55%、35%。此外，氢气也广泛用于其他终端，包括超过5万台

6、燃料电池叉车、超过80辆燃料电池巴士、超过1.3万辆燃料电池汽车以及超过500兆瓦的燃料电池固定电站和备用电源。6CONTENTSCONTENTS目录目录C CCONTENTSCONTENTS专 业 领 先 深 度 诚 信专 业 领 先 深 度 诚 信中 泰 证 券 研 究 所中 泰 证 券 研 究 所2美国氢能发展复盘7美国氢能历史发展回顾：美国氢能历史发展回顾：1974年在迈阿密成立了国际氢能协会并召开首次会议。石油危机时期，美国将氢能作为一种替代能源开始布局技术研发，以寻求能源独立。20世纪90年代开始开展氢能技术研究，美国是全球较早提出氢能发展规划的国家，最早的两个氢能政策为1990年

7、的氢研究，开发及示范法案和1996年的氢能前景法案，政政府在氢能关键技术上进行投资府在氢能关键技术上进行投资。2002年至年至2005年，美国氢能产业进入行动阶段年，美国氢能产业进入行动阶段。政府陆续发布了多个氢能支持政策，建成了氢能应用基础设施，大力投资氢能和燃料电池项目。2006年至2014年，受2008年全球金融危机的冲击，以及页岩气革命在美国大获成功影响，氢能路线图、发展计划都被搁置。2014年至2020年，随着全球气候压力增大及能源转型加速，美国能源部把氢能作为推动全球能源转型和应对气候变化的美国能源部把氢能作为推动全球能源转型和应对气候变化的一种可行性技术来大力发展一种可行性技术来

8、大力发展。深入氢能生产，运输，存储和利用方面的技术研发，以财政补贴的方式鼓励相关项目的开发。发展更多氢气基础设施，将氢气应用到多个行业如交通业，钢铁制造业，氨和液体燃料的生产。1.美国氢能发展回顾美国氢能发展回顾来源：美国能源部，北极星储能网，中泰证券研究所图表：美国氢能政策发展回顾图表：美国氢能政策发展回顾8来源：美国能源部，中泰证券研究所2.近年美国氢能重点政策复盘近年美国氢能重点政策复盘 近年重点政策：近年重点政策：2020年推出氢能发展规划氢能发展规划，该规划针对制氢，运氢，储氢，用氢四个流程提出了相关技术指标。旨在技术方面降低氢能成本.2021年6月推出的氢能计划氢能计划，预计在预计

9、在10年内将清洁氢年内将清洁氢成本降至成本降至$1/kg。2021年11月的基础设施就业法基础设施就业法提供95亿美元氢能专款，用于清洁氢能中心建设、电解制氢研究开发以及清洁氢制取利用。2022年的通货膨胀法案通货膨胀法案提供了氢气生产税补贴和投资税补贴。预计将帮助实现灰氢向绿氢的过渡。2022年年9月国家清洁氢战略路线图月国家清洁氢战略路线图明确了2030年，2040年和2050年的氢生产目标。美国将氢在生产、储运及转化应用过程中的成本和性能作为主要目标，而非氢能的市场占有率，也可以看出联邦政府期望通过技术研发催化出跨越性的技术，以实现氢能的经济性和国际竞争力。9 通货膨胀法降低制氢成本：通

10、货膨胀法降低制氢成本：美国于2022年8月通过了通货膨胀法案，提供$3690亿补贴用于推动清洁能源部署。该法案对氢能提供了长达十年的生产税和投资税补贴，根据氢气生产过程中产生的二氧化碳量来发放不同规模的补贴。其中绿色氢气能获得税收抵免$3/kg。3.美国美国IRA中氢能相关政策中氢能相关政策梳理梳理来源：美国IRA法案、中泰证券研究所图表：制氢税收减免（图表：制氢税收减免（PTC)PTC)图表：氢投资税收减免（图表：氢投资税收减免（ITC)ITC)图表：图表：CCUSCCUS税收减免税收减免10CONTENTSCONTENTS目录目录C CCONTENTSCONTENTS专 业 领 先 深 度

11、 诚 信专 业 领 先 深 度 诚 信中 泰 证 券 研 究 所中 泰 证 券 研 究 所3行业发展的催化剂112020年，碱性电解水制氢的LCOH为$4.6/kg，PEM为$4.5/kg，SOEC为$6.3/kg。其中电力成本占总LCOH的50%以上。使用电解法生产氢气的最经济的州（3.5-3.7/kg H2美元）是工业电价最低的州，如俄克拉荷马州、路易斯安那州、德克萨斯州和华盛顿州；用电解法生产氢气的最昂贵的州（$8-14/kgH2）是夏威夷、阿拉斯加、罗德岛州、马萨诸塞州和加利福尼亚州。IRA法案表示绿氢能获得最高额补贴为$3/kg，预计生产成本的降低将进一步刺激绿氢的生产和需求。考虑补

12、贴后，目前考虑补贴后，目前在工业电价低的州，绿氢可以达到与灰氢、蓝氢平价。在工业电价低的州，绿氢可以达到与灰氢、蓝氢平价。来源：BNEF，Analysis of Hydrogen roduction Costs across the United States and over the next 30 years，中泰证券研究所1.政策税收支持下，政策税收支持下，绿氢经济性增强绿氢经济性增强图表：图表：IRAIRA对美国氢气成本的影响对美国氢气成本的影响（假设税收抵免为（假设税收抵免为$3/kg$3/kg）图表：美国各州图表：美国各州PEMPEM电解水制氢成本（电解水制氢成本（$/kgH2)$

13、/kgH2)图表：美国五州碱性、图表：美国五州碱性、PEMPEM、SOECSOEC电解水制氢成本（电解水制氢成本（$/kgH2)$/kgH2)12氢气各目标用途有竞争力的成本阈值氢气各目标用途有竞争力的成本阈值：氢气在部分应用领域中，在较高的成本时就开始具有竞争力，如叉车、商用卡车、公共汽车领域。考虑IRA法案中的税收抵免后，绿氢已在这三类应用场景中具备经济性。2021年hydrogen shot提出，2030年清洁氢目标成本为$1/kg，该目标达成后，催化清洁氢在工业中的使用，促进在燃料、钢铁、能力存储领域的使用。据国家清洁氢能战略和路线图(草案)预计，到2030、2040和2050年美国清

14、洁氢需求将分别达到1000、2000和5000万吨/年。来源：BNEF，美国能源部，中泰证券研究所1.政策税收支持下，政策税收支持下，绿氢经济性增强绿氢经济性增强图表：图表：美国清洁氢潜在美国清洁氢潜在需求需求（20302030年，年，20402040年，年，20502050年）年）图表：图表：氢气氢气在各应用领域中在各应用领域中具有竞争力的成本具有竞争力的成本13美国政策主要目标是降低燃料电池和氢气生产、交付、储存的成本，并满足特定应用目标性能和耐用性要求。电解水制氢的主要成本来自电能和资本成本，占比分别为电解水制氢的主要成本来自电能和资本成本，占比分别为53%、27%。2030年目标成本氢

15、生产成本$1/kg，氢配送分发成本$2/kg，车载储氢成本$9/kg，HDV氢燃料电池系统成本80美元/kW。将通过以下途径降低成本：1）降低电力成本，提高效率和利用率；2）减少80%以上的资本成本，及减少90%以上的运营和维护成本。2.技术发展推动持续技术发展推动持续降降本本来源：美国能源部，中泰证券研究所图表：图表：降低燃料电池和氢气生产、交付、储存成本的降低燃料电池和氢气生产、交付、储存成本的目标目标图表：图表：氢能生产降本目标氢能生产降本目标图表：图表：氢能生产成本构成氢能生产成本构成143.输送：输送：改造天然气输送改造天然气输送基础设施基础设施是快速扩展氢气输送能力的可能是快速扩展

16、氢气输送能力的可能方式方式来源：Pipeline transportation of hydrogen:regulation,research and policy，中泰证券研究所现有氢能管道概况：现有氢能管道概况：管道基础设施是目前向大部分市场运输氢气的最具成本效益和能源效率的方式。截至截至2020年年12月，美国运营月，美国运营1608英里的氢气管道英里的氢气管道，位于石油精炼厂和化工厂等大型氢气用户集中地。目前美国几乎所有的氢气管道都在专门的氢基础设施中，由氢生产商所有。其中90%以上的管道位于得克萨斯州、路易斯安那州和阿拉巴马州的墨西哥湾沿岸。相对较短的氢气管道位于德州、路易斯安那州其

17、他地方和其他9个州。其中，加州有16英里的氢气管道，印第安纳州有14英里，剩下的7个州每个州都不到10英里。相比之下，在美国天然气输送管道超过30万英里（不包括配电干线）。未来规划：未来规划：为了进一步扩大氢管道的基础建设，美国现阶段研究的方法是：1）使用纤维增强聚合物管道，其成本比钢质管道低20%；2）改造部分天然气输送基础设施以输送天然气和氢气的混合物，管道状况不一，可混合的限度不同，目前最大限度为30%。迄今为止，夏威夷天然气公司、新泽西天然气公司和SoCalGas是唯一成功展示将氢气掺入天然气传输和/或分配管道的美国公用事业。图表：图表：2020年美国墨西哥湾氢气管道分布年美国墨西哥湾

18、氢气管道分布154.输送：输送：推动推动加氢站及氢走廊建设加氢站及氢走廊建设来源：美国能源部，中泰证券研究所加氢站及氢走廊：加氢站及氢走廊：根据美国能源部数据，2023年年3月，美国对外运营的加氢站共月，美国对外运营的加氢站共72个个，其中16个为私人的。此外还此外还有有53个站点在规划或建设中个站点在规划或建设中。现有的和计划中的大多数加氢站都在加利福尼亚州。计划中的加氢站中，有45个在加州，有2个在夏威夷，有6个在东北部地区，大多数加氢机都是在现有加油站基础上修建的。此外，联邦公路管理局（FHWA）正在沿国家系统走廊建立全国性的替代燃料和充电基础设施网络，其中对于氢走廊（HVD）的要求是走

19、廊上的公共加氢站点之间的距离不超过100英里，由于加氢站建设滞后，美国目前除加州地区已建成数条氢走廊外，其余各州规划中氢走廊均处于待定状态。美国加氢站建设及氢走廊规划情况见下图。01020304050607080200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019202020212022图表：图表：2002年年-2022年美国运营中的加氢站（年美国运营中的加氢站（座）座）图表：图表：2023年美国所有加氢站（现有年美国所有加氢站（现有+计划）计划）图表：图表：2023年美国氢走廊分布年美国氢走廊分布16

20、5.氢燃料汽车：氢燃料汽车：2022年底美国总保有量近年底美国总保有量近15000辆辆根据中国氢能联盟研究院初步统计，截至2022年底，全球主要国家燃料电池汽车总保有量和销量分别为67,315辆和17,921辆，同比增长36.3%和9.9%。截至截至2022年底美国年底美国氢燃料汽车总保有量近氢燃料汽车总保有量近15000辆。辆。2022年全年美国氢燃料汽车销量年全年美国氢燃料汽车销量2707辆，同比下降辆，同比下降19%；其中丰田Mirai销量2094辆，同比下降20%，现代 Nexo销量408辆，同比下降5%，其他车型销量205辆，同比下降27%。受限于汽车价格、整体能源效率、加油基础设施

21、，车型数量，美国燃料电池销量基本在加利福尼亚。来源：The Hydrogen Fuel Cell Partnership，中国氢能研究院，中泰证券研究所图表：图表：2012年年-2022年分季度美国氢燃料电池汽车销量（年分季度美国氢燃料电池汽车销量（辆）辆）图表：图表：2012年年-2022年年各年美国氢燃料电池汽车销量（各年美国氢燃料电池汽车销量（辆）辆）图表：图表：2022年全球主要国家氢燃料电池汽车销量及保有量（年全球主要国家氢燃料电池汽车销量及保有量（辆）辆）17CONTENTSCONTENTS目录目录C CCONTENTSCONTENTS专 业 领 先 深 度 诚 信专 业 领 先

22、深 度 诚 信中 泰 证 券 研 究 所中 泰 证 券 研 究 所4相关公司梳理18n 据BNEF数据，2022年全球电解槽公司产能15.2GW。其中，碱性电解水制氢是主导技术，约占全球生产能力的75%；PEM占25%，PEM电解槽厂家主要以国外厂家为主。其中全球排其中全球排名前名前20的电解槽生产商中（不包括的电解槽生产商中（不包括SOEC）美）美国国3家入围，技术家入围，技术类型均为类型均为PEM电解槽，合计年电解槽，合计年产能产能2.6GW，占全球的，占全球的17%。n 据BNEF预计，2023年电解槽公司产能预计将增加一倍以上至31.1GW，碱性设备将保持领先地位。其中美国入围的其中美

23、国入围的3家生产商年产能增长至家生产商年产能增长至6.6GW/年，占全球的年，占全球的21%。来源：BNEF，中泰证券研究所1.预计全球预计全球23年电解槽产能翻倍，当前碱性是主流，美国厂商年电解槽产能翻倍，当前碱性是主流，美国厂商产能占比约产能占比约20%图表：图表：2022-20232022-2023年电解槽公司年电解槽公司年生产量（年生产量（GW/GW/年）年）图表：图表：2022-20232022-2023年美国电解槽公司年生产量（年美国电解槽公司年生产量（GW/GW/年）年）19来源：公司年报，公司官网，中泰证券研究所2.Plug Power：一体化布局一体化布局制、储、运、加、以及

24、燃料电池制、储、运、加、以及燃料电池图表：公司图表：公司EX-425DEX-425D1MW1MW电解槽电解槽参数参数公司进行制、储、运、加、以及燃料电池的一体化布局，涵盖电解槽销售、绿氢销售、加氢站运营、燃料电池销售等。公司于2020年收购PEM电解槽公司Giner ELX，现有电解槽产能为现有电解槽产能为位于美国的位于美国的 1GW产能产能。2021年1月7日，韩国SK以15亿美元收购Plug Power 9.9%的股份，成为Plug Power的最大股东，两家公司将成立一家合资企业，向韩国及亚洲市场提供氢燃料电池系统、加氢站和电解槽。公司与沃尔玛、亚马逊和其他移动客户签订了多项绿色氢供应协

25、议，总销售量接近每天200吨。预计2023年底在北美将拥有200TPD的绿氢发电网络，2025年公司有望在北美拥有500TPD的绿氢产能，到2028年在全球拥有1000TPD绿氢产能。公司已经部署了 60,000 多个燃料电池系统和超过 185 个加氢站。2022年公司的电解槽业务年公司的电解槽业务在手订单达到在手订单达到2GW。IRA法案后，公司的5MW集装箱化绿色氢解决方案近期需求巨大，在该产品推出后的六个月内订购了30多台。图表：公司在美国和欧洲的制氢厂图表：公司在美国和欧洲的制氢厂20来源：公司官网，中泰证券研究所3.cummins：电解槽、燃料电池和储氢罐三箭齐发电解槽、燃料电池和储

26、氢罐三箭齐发Commuins目前业务涵盖了发动机、配电、零部件、动力系统和新能源等五个部门，其中新能源部门核心产品为氢燃料电池、氢燃料电池、四型高压储氢瓶、四型高压储氢瓶、PEMPEM电解槽电解槽设备设备等。公司于2019年新能源动力事业部，业务包括制氢、储氢、运输、氢燃料电池、整体解决方案、兆瓦级能源存储解决方案等公司于2019年收购加拿大Hydrogenics公司81%的股权，扩展PEM电解槽业务，其隶属于新能源业务板块；公司电解槽产品中，碱性电解槽的产氢量较小，主要用于电厂里面发电机用氢；1MW的项目以上都采用PEM电解槽。截至截至2022年底公司的电解槽业务年底公司的电解槽业务在手订单

27、达到在手订单达到$3亿，相对亿，相对2022Q1末的末的$1亿增加亿增加2倍倍图表：公司图表：公司PEMPEM电解槽电解槽参数参数图表：公司图表：公司碱性电解槽碱性电解槽参数参数21来源：公司官网，中泰证券研究所3.cummins：电解槽、燃料电池和储氢罐三箭齐发电解槽、燃料电池和储氢罐三箭齐发产能情况：在西班牙与Iberdrola合作，年产能约为500MW，并可扩展至每年超过1GW；在中国与中石化合作1GW产能，预计将于2023年开始运行，初始装机容量为500MW，直到2028年达到1GW。预计将在美国明尼苏达州弗里德利开设新工厂，产能500MW/年，预计增长至1GW/年。合作对象合作对象合

28、作项目合作项目规划规划Iberdrola，Spain质子交换膜（PEM）电解槽进行系统组装和测试，年产能约为500MW，并可扩展至每年超过1GWLinde，New York质子交换膜（PEM）电解槽提供35MWPEM电解槽系统中国石化质子交换膜（PEM）双方按50:50出资共同成立公司，进行本地化产品开发Atura Power，Niagara FallsPEM预计达到20MWUS 地区扩张HyLYZER-500HyLYZER-5000满足小型和大型制氢项目的 1.25MW 至 200MW 以上的电力需求中心,目前产能500MW，将产能扩张到1GW Belgium 扩张质子交换膜（PEM）电解槽

29、在IPCEI的支持下，将产能扩张至1GWVarennes质子交换膜电解水制氢系统提供90MW质子交换膜电解水制氢系统，该项目是康明斯迄今为止宣布的最大电解槽项目22来源：公司官网，中泰证券研究所4.Ohmium：制造标准化模块化：制造标准化模块化PEM电解槽电解槽图表：公司产品图表：公司产品指标指标图表：可通过模块化系统设计，从图表：可通过模块化系统设计，从MWMW扩展到扩展到GWGWn 公司制造标准化模块化PEM电解槽，可生产高压高纯度氢气。单个电解槽可以堆叠起来，以显著降低安装和维护成本，同时实现部署尺寸的无限配置。2021年8月公司在印度启动2GW绿氢电解槽超级工厂，初始制造能力约为0.

30、5GW/年，计划扩展到2GW/年。n 公司与多家企业合作，如2022年6月Hero Future Energies与公司开合作，在印度、欧洲和英国建立1GW的绿色氢生产能力，HFE拥有开发太阳能、风能和混合电池储能系统项目的经验；2022年8月公司与壳牌宣布就绿色氢能解决方案展开合作；2022年11月公司与Amp Energy India Private合作部署400MW的绿氢项目。23风险提示风险提示n需求不及预期风险需求不及预期风险：电价高增或受政策变动影响，导致绿氢经济性不及预期，将影响行业出货及市场规模。n行业竞争加剧超预期行业竞争加剧超预期：若有大量竞争者涌入，产业链各环节公司可能会

31、引发价格战，或将导致公司毛利率下行。n原材料价格大幅上涨风险：原材料价格大幅上涨风险：若原材料继续上涨，电解槽公司无法完全将成本压力传导到下游，可能导致毛利率承压，从而影响盈利。n报告使用信息数据更新不及时的风险报告使用信息数据更新不及时的风险。24重要声明重要声明n 中泰证券股份有限公司（以下简称“本公司”）具有中国证券监督管理委员会许可的证券投资咨询业务资格。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。n 本报告基于本公司及其研究人员认为可信的公开资料或实地调研资料，反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响。本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性，且本报

32、告中的资料、意见、预测均反映报告初次公开发布时的判断，可能会随时调整。本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告所载的资料、工具、意见、信息及推测只提供给客户作参考之用，不构成任何投资、法律、会计或税务的最终操作建议，本公司不就报告中的内容对最终操作建议做出任何担保。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户，不构成客户私人咨询建议。n 市场有风险，投资需谨慎。在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。n 投资者应注意，在法律允许的情况下，本公司及其本公司的关联机构可能会持有报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易，并可能为这些公司正在提供或争取提供投资银行、财务顾问和金融产品等各种金融服务。本公司及其本公司的关联机构或个人可能在本报告公开发布之前已经使用或了解其中的信息。n 本报告版权归“中泰证券股份有限公司”所有。事先未经本公司书面授权，任何机构和个人，不得对本报告进行任何形式的翻版、发布、复制、转载、刊登、篡改，且不得对本报告进行有悖原意的删节或修改。