原标题：制氢电解槽和输氢管道：欧洲氢能下一步的着力点
制氢电解槽和输氢管道：欧洲氢能下一步的着力点
（报告作者：国泰君安产业研究中心陈磊、肖洁、鲍雁辛）
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。
3. 氢应用：交通和建筑最具增长潜力
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。
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精选报告来源： 文库-远瞻智库
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