2019年中國煤制氫行業(yè)發(fā)展歷史、產(chǎn)能結(jié)構(gòu)、下游需求、發(fā)展優(yōu)勢及面臨問題分析[圖]

    一、煤制氫行業(yè)發(fā)展歷史

    煤制氫過程分為催化重整制氫與煤氣化制氫。煤氣化制氫是將煤氣化后產(chǎn)生的煤造氣進(jìn)行脫硫凈化后提純；催化重整制氫分為烴類重整和醇類重整，烴類重整是在煤熱解制備焦炭時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)品中提取氫氣，而醇化重整是將煤制備成甲醇后才重整制氫。

煤制氫技術(shù)

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    煤氣化制氫的技術(shù)作為工業(yè)大規(guī)模制氫的首選方式之一，自發(fā)展至今已有約100年的發(fā)展歷史。煤制氫的第一個(gè)發(fā)展拐點(diǎn)發(fā)生于德國的“第一代”煤氣化工藝：當(dāng)時(shí)主要通過以氧氣為氣化劑進(jìn)行連續(xù)操作，使得氣化強(qiáng)度和冷煤氣效率都得到了極大的提高。

    70年代，由于石油危機(jī)的影響，煤氣化技術(shù)再次掀起了新一波的研究高潮，美國、聯(lián)邦德國、英國等國家開始進(jìn)行第二代煤氣化技術(shù)的研究，其中具有代表性的研究主要為Texaco水煤漿純氧加壓氣化技術(shù)、Shell氣流床加壓氣化技術(shù)、GSP粉煤氣化技術(shù)等，其主要技術(shù)進(jìn)步在于加壓技術(shù)和溫度控制，實(shí)現(xiàn)了更精細(xì)的技術(shù)指標(biāo)控制。目前中式、示范工程階段及小規(guī)模實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的各類加壓氣化技術(shù)主要來源于Texaco水煤漿純氧加壓氣化技術(shù)與Shell氣流床加壓氣化技術(shù)。

    第三代煤氣化制氫技術(shù)目前仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，主要包括了催化氣化、等離子體氣化、太陽能氣化等。

煤氣化技術(shù)的演進(jìn)

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    相比于催化重整制氫，煤氣化制氫是目前更加主流的制氫方法，其主要原理是先將煤炭與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，在與水反應(yīng)得到以氫氣和一氧化碳為主的煤氣后，再進(jìn)行脫硫凈化，一氧化碳與水蒸氣繼續(xù)反應(yīng)后生產(chǎn)更多氫氣，最后經(jīng)過分離提純得到一定純度的產(chǎn)品氫。

    從技術(shù)原理看，煤制氫氣的技術(shù)路線已經(jīng)比較成熟，具備商業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。同時(shí)隨著催化劑、升溫速率、恒溫時(shí)間等條件更加精細(xì)化，煤制氫的生產(chǎn)效率將會(huì)進(jìn)一步提高。因此以發(fā)展的角度看，煤制氫技術(shù)線路將會(huì)更加可行。

    二、煤制氫行業(yè)產(chǎn)能結(jié)構(gòu)

    從目前制氫工藝看，與煤制氫氣相關(guān)的主要有兩個(gè)路徑：煤氣化制氫和焦?fàn)t干氣制氫。這些工藝路徑分布在大型煉化廠、以合成氨路線為主的煤化工企業(yè)以及焦炭企業(yè)中，但由于氫氣在這些企業(yè)中都屬于中間環(huán)節(jié)或者副產(chǎn)品，因此目前單獨(dú)的氫氣產(chǎn)品供應(yīng)量還有較大的增長空間。

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國制氫行業(yè)市場全景調(diào)查及投資價(jià)值預(yù)測報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：截至2019年中國每年產(chǎn)氫約2200萬噸，占世界氫產(chǎn)量的三分之一，成為世界第一產(chǎn)氫大國。天然氣目前是制氫的主要來源，全球每年約7000萬噸氫氣產(chǎn)量，天然氣制氫比例75%左右，消耗的天然氣原料氣大約占全球天然氣使用量的6%。煤炭制氫可以占到15%，區(qū)域而言主要是中國煤制氫占比較高，這跟國內(nèi)能源資源稟賦有關(guān)，而從石油或者電解水等其他路線制氫占比不高，預(yù)計(jì)接近10%。

國內(nèi)目前氫氣產(chǎn)能結(jié)構(gòu)

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全球制氫來源分布

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    按照目前中國煤制氫1000萬噸的產(chǎn)能規(guī)模測算，煤制氫總體耗煤量約為7500～9000萬噸左右，占煤炭消費(fèi)總量的比例約為2%上下。中國煤炭產(chǎn)量預(yù)計(jì)37.5億噸，預(yù)計(jì)未來仍可保持年均1億噸以上的產(chǎn)量增量，其中剔除掉傳統(tǒng)的火電等耗煤新增需求，新增產(chǎn)量可保證每年500萬噸以上的制氫需求。

    與煤制氫相比，可再生能源制氫由于成本高，經(jīng)濟(jì)性還遠(yuǎn)沒有競爭力。工業(yè)副產(chǎn)氫雖然純度及品質(zhì)較高，提純收集環(huán)節(jié)的成本也不高，但受制于工業(yè)主產(chǎn)品的裝置規(guī)模，也難成為未來制氫增量的主力。因此，中短期制氫路線的競爭主要在煤炭和天然氣兩種路線上。

不同制氫路線經(jīng)濟(jì)性比較

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煤制氫與天然氣制氫成本比較

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    三、煤制氫行業(yè)下游需求

    1.中短期煉化需求仍占主導(dǎo)

    從全球范圍看，化工依然是氫氣最大的需求行業(yè)。1980年代全球氫氣需求量突破了2000萬噸，基本呈現(xiàn)持續(xù)增長的狀態(tài)，到2018年已經(jīng)達(dá)到7400萬噸的水平。

    結(jié)構(gòu)而言，化工行業(yè)的需求能占到95%左右，其中主要包括煉化和合成氨，在2000年以前，合成氨的需求量大于煉化，而進(jìn)入21世紀(jì)，煉化的需求量開始超過合成氨。這與化工行業(yè)的發(fā)展趨勢基本吻合，早年化工產(chǎn)品以基本原料為主，合成氨主要對(duì)應(yīng)氮肥類等尿素產(chǎn)品。隨著市場對(duì)煉化產(chǎn)品精細(xì)化和品質(zhì)要求的提升，煉化過程加氫的需求增多，導(dǎo)致近幾十年煉化對(duì)氫氣的需求也在增加，逐步超過合成氨的用氫需求。

1975年以來全球純氫產(chǎn)品需求演進(jìn)（百萬噸）

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    展望未來，預(yù)計(jì)氫能源的推廣將逐步貢獻(xiàn)氫氣的增量需求，全球合成氨生產(chǎn)對(duì)氫氣的需求基本達(dá)到天花板區(qū)域，每年保持在3000～3200萬噸，煉化的氫氣需求預(yù)計(jì)在2020年4000萬噸需求的基礎(chǔ)上每年保持100萬噸以內(nèi)的需求增量，未來其他行業(yè)的耗氫增量主要由氫能源車貢獻(xiàn)。

    預(yù)計(jì)2050年氫能在中國能源結(jié)構(gòu)中的消費(fèi)占比大約可以達(dá)到10%左右，細(xì)分下游的需求占比，交通領(lǐng)域耗氫有望達(dá)到45%，化工行業(yè)將占到35%，工業(yè)和建筑領(lǐng)域氫能需求將各占10%。

    從中短期看，國內(nèi)氫能需求還是以化工行業(yè)為主，預(yù)計(jì)合成氨對(duì)氫氣的需求基本已穩(wěn)定，在1000萬噸左右；煉化對(duì)氫氣的需求還有明顯的增長空間。而氫能源車由于處在起步階段，基數(shù)較小，需求量級(jí)還難以達(dá)到百萬噸的級(jí)別。

國內(nèi)目前氫氣需求結(jié)構(gòu)

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    2.燃料電池車耗氫或在2025年后進(jìn)入加速階段

    2019年系統(tǒng)裝機(jī)量128MW（+141%），上海重塑/億華通/清能股份為Top3，份額分別為28%/19%/16%，CR3/5分別為63%/79%，集中度高。

2016-2019年燃料電池系統(tǒng)裝機(jī)量

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2019年燃料電池系統(tǒng)格局

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    2019年燃料電池車產(chǎn)量3018輛（+86%），其中客車產(chǎn)量1135兩個(gè)，占比44%，CR5為92%專用車產(chǎn)量1683輛，占比56%，CR3為70%。2020年中性預(yù)計(jì)產(chǎn)（銷）量5000輛，政策支持力度大的情況下，樂觀預(yù)計(jì)產(chǎn)（銷）量可達(dá)1萬輛。

2015-2020年國內(nèi)燃料電池車產(chǎn)量

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2016-2019年國內(nèi)燃料電池車產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

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    展望下一個(gè)五年，氫能源車有望進(jìn)入量產(chǎn)階段，結(jié)合各地方政府的氫能源規(guī)劃，預(yù)計(jì)2025年全國燃料電池車產(chǎn)量有望達(dá)到4.5～5萬輛，并有乘用車進(jìn)入市場。2025年之后有望開啟商業(yè)化應(yīng)用階段，燃料電池車在2030年有望達(dá)到90～100萬輛的規(guī)模，乘用車規(guī)模也將有顯著增加。

國內(nèi)燃料電池車氫氣需求量預(yù)測（萬噸）

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    從國內(nèi)總體氫氣需求看，合成氨的需求已趨于穩(wěn)定，煉化對(duì)氫氣的需求每年仍可保持3～5%的增長，其余化工和工業(yè)品對(duì)氫氣需求依然保持小幅增長，預(yù)計(jì)2020年國內(nèi)氫氣需求約為2150萬噸左右，2030年可達(dá)到2750萬噸，需求增量中燃料電池車的貢獻(xiàn)接近1/4。

國內(nèi)氫氣需求量預(yù)測（萬噸）

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    展望遠(yuǎn)期，2030年之后預(yù)計(jì)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，氫能的利用和轉(zhuǎn)化也將更上一層樓，或可為更多類型的交通工具提供動(dòng)力來源，氫能需求在2030年之后還有望進(jìn)一步加速。

    四、煤制氫行業(yè)發(fā)展所具備的主要優(yōu)勢

    1.煤制氫路線本身的技術(shù)成熟度

    傳統(tǒng)的煤化工及焦炭企業(yè)有比較穩(wěn)定且成熟的技術(shù)路線制備氫氣，主要解決提純技術(shù)后，氫氣就可以供給燃料電池使用。

    2.中短期較為明顯的經(jīng)濟(jì)性

    作為原料的煤炭來源穩(wěn)定，成本低于其他主要路線，預(yù)計(jì)較天然氣制氫低20%，較電解水制氫低60%，僅高于工業(yè)副產(chǎn)氫。

    3.產(chǎn)業(yè)政策紅利

    煤炭作為中國儲(chǔ)量最為豐富的化石能源，鼓勵(lì)煤炭的清潔高效利用一直是能源體系改革的重要組成部分，煤炭主產(chǎn)區(qū)之一的山西省已經(jīng)作為中國能源革命的試點(diǎn)，將煤炭轉(zhuǎn)化為氫能源，符合煤炭清潔利用的方向。在制氫過程中雖然會(huì)排放二氧化碳等，但集中排放可更高效的進(jìn)行環(huán)保處理，減少了能源最終使用端的二氧化碳排放，也符合未來能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向。

    五、煤制氫行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

    1.煤制氫過程中碳排放的處理

    碳排放一直是煤炭使用和轉(zhuǎn)化過程中的劣勢，環(huán)境稅可能會(huì)增加煤制氫的環(huán)境成本，后續(xù)煤制氫還需要利用好二氧化碳捕獲技術(shù)（CCS）來降低對(duì)環(huán)境的影響。

    2.運(yùn)輸成本可能影響產(chǎn)銷規(guī)模

    由于氫氣單位運(yùn)輸成本和對(duì)安全性的要求較高，在缺乏專用管網(wǎng)的條件下，預(yù)計(jì)只能進(jìn)行區(qū)域銷售，這樣使得煤制氫企業(yè)受制于區(qū)域氫能源需求的限制，進(jìn)而影響公司的產(chǎn)銷規(guī)模。

    3.技術(shù)進(jìn)步可能帶來其他制氫路線顛覆性的成本下降等等

    遠(yuǎn)期看，隨著技術(shù)的進(jìn)步，可能出現(xiàn)可再生能源制氫成本的大幅下降，會(huì)明顯削弱煤制氫的經(jīng)濟(jì)性。