摘要

當前，我國綠色電力蓬勃發(fā)展，同時也伴生著過剩風光電問題。利用上不了網的綠電制成氫氣，然后將氫氣就地轉化為氨與甲醇，進而衍生出一條新的產業(yè)鏈。綠氫制取氨和甲醇，對存量市場沖擊有多大，抑或說綠氫市場制成氨或甲醇就地消納的空間有多大，本文將進行詳細分析。

1.中國可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀

氫儲能起初指通過電解水的方式，利用低谷富余的電能制氫；在用電高峰將氫經燃料電池轉換對缺口進行補充，即電?氫?電（Power-to-Power，P2P）過程。由于電-氫轉化效率約為60-80 %，而氫-電轉化效率更低，對于電能的總利用率不到三成。后提出進行電-氫的單向轉化，稱為P2G（Power-to-Gas）。由于氫氣存在爆炸限范圍寬、存儲蒸發(fā)量大、缺乏配套設施等問題，氫就地轉化為氨與甲醇再進行儲運等措施被重視，即P2X（Power-to-X）。

氫氣的主要來源有煤制氫、天然氣制氫、工業(yè)副產氫及電解水制氫。中國在煤制氫方面有天然的成本優(yōu)勢；天然氣制氫相較前者有較低的碳排放，可作為邁向氫能的短期替代；電解水制氫，特別是綠電解水制氫成為實現(xiàn)“碳中和”的關鍵。

圖 1：各年風、光電裝機總量

資料來源：國家能源局，國家統(tǒng)計局，香橙會研究院整理

風光易受環(huán)境影響，存在間歇、波動和隨機等特點，電力輸出不連續(xù)，容易沖擊電網。隨著可再生能源發(fā)展規(guī)模的擴大，如何抑制波動，提升可再生能源的消納能力成為關鍵難點。

自2018年國家發(fā)改委和能源局印發(fā)《清潔能源消納行動計劃（2018-2020年）》以來，棄風棄光率連年下降，取得顯著成效，至2022年風電利用率達到96 %，光伏利用率超過98 %。然而隨著全年發(fā)電量的穩(wěn)定增長，棄電總量逐年增多，如何消納這部分資源使得氫儲能備受關注。

圖 2：各年棄電量

資料來源：國家能源局，國家統(tǒng)計局，香橙會研究院整理

氫氣理化性質上的諸多缺點促使人們將其轉化為其他化工產品再加以利用。氨和甲醇是七種基本化學品之二，對人類社會進步和經濟發(fā)展起著不可替代的作用。同體積下，液氨所含氫比液氫多60 %，且其體積能量密度相對較高，是液氫的1.5倍。氨儲運基礎設施較為完善，成本更低，在常溫下加壓即可液化，不易蒸發(fā)，在儲存及運輸中的損耗量都較低。

相較于氫和氨，甲醇的一個顯著優(yōu)勢在于常溫下為液體，存儲、運輸方式接近石油。甲醇的生產端技術，即煙道廢氣中富集或其他化工過程聯(lián)產CO2均相對成熟。在民用消費側，可在已建成的加油站基礎上適當擴建，降低設備建設的成本。

表 1：氫、氨、甲醇物性及儲運成本對比

資料來源：公開數據，香橙會研究院整理

2. 不同工藝制氫對比

2022年，中國國內氫氣總消耗量約為3540萬噸，其中煤制氫約占氫氣總消耗量的56.5 %；天然氣制氫和工業(yè)副產氫分占21.2 %和20.1 %；剩余部分包含電解水制氫等占比不到2.2%。

原料以上海地區(qū)為基準，天然氣到廠價格為2.5元/m3，煤炭450元/t，氧氣外購0.5元/m3，3.5 MPa蒸汽100元/t，水4元/m3，電0.8元/（kW·h）。經計算得天然氣制氫成本為1.15元/m3，煤制氫成本為0.88元/m3，而電解水制氫成本約3.5元/m3，是天然氣的3倍，煤炭的4倍。電解水制氫成本中80 %的費用由用電產生，假設用電成本降至0.15元/（kW·h），則綠氫可以與灰/藍氫達到平價。

圖 3：2022年中國氫氣來源與消費結構示意圖

資料來源：氫界，香橙會研究院整理

3. 國內市場現(xiàn)狀

3.1氨

氨作為重要的基礎化工產品，是生產農業(yè)化肥、工業(yè)炸藥等的主要原料之一，在國民經濟中占據重要地位。自2015年起，政府出臺《合成氨工業(yè)污染防治技術政策》，鼓勵合成氨企業(yè)調整原料來源、更新生產工藝，推動形成上下游一體的產業(yè)體系，實現(xiàn)企業(yè)多元化發(fā)展。

圖 4：氨產能、產量及年均增長率

數據來源：國家統(tǒng)計局，中國氮肥工業(yè)協(xié)會，香橙會研究院整理

此后中國合成氨產量逐年下降，由2015年合成氨總產量5791.4萬噸降至2018年4587.05萬噸。至2018年，隨著市場集中度提升、產能置換工作基本完成等，合成氨市場產能過剩現(xiàn)象基本緩解。至2022年合成氨產量爬坡到5249.88萬噸。

圖 5：2022年合成氨下游產品分布

數據來源：卓創(chuàng)資訊，香橙會研究院整理

目前，我國國內合成氨下游消費量主要由農業(yè)消費和工業(yè)消費兩方面組成。農業(yè)用氨主要用于肥料生產，產品有尿素、磷肥等。工業(yè)用氨類別有在脫硫脫硝過程做還原劑、生產丙烯晴和己內酰胺等。自2016年起，氮肥產量連續(xù)三年下降，至2018年年產量為3457.12萬噸。2022年農業(yè)用氨消耗占合成氨總產量的7成，相較上一年占比略有減少。氨下游消費量總體上呈現(xiàn)出“減肥增化”的轉型趨勢，氮肥產量的下降顯著降低農業(yè)用氨的比重；工業(yè)用氨增長明顯，合成氨在車用尿素和電廠脫硫脫硝領域的消費量增長最快；其次，在己內酰胺、三聚氰胺、脲醛樹脂等化工新材料方面的發(fā)展也拉動了合成氨消費量的增長，近5年年均增速超過10 %。氮肥行業(yè)在中國農業(yè)生產中占有重要基礎地位，需求具有一定剛性。合成氨產業(yè)受氮肥領域波動的影響較大，月平均價呈現(xiàn)周期性重復，從長期來看工業(yè)用氨更穩(wěn)定，能有效消減合成氨價格的驟升驟降。

圖 6：合成氨表觀消費量及年均價格

數據來源：中國海關，國家統(tǒng)計局，香橙會研究院整理

中國氨進口總量在2015年之后不斷抬升，在2020年達到115.4萬噸進口峰值。2022年進口總量23.15萬噸，相較于2021年降幅達71.4 %，出口總量躍升至23.8萬噸，與進口量持平。中國向氨出口國轉變，一定程度上緩和了國內供需壓力。

中國氨進口主要來自于東南亞以及中東地區(qū)，從印度尼西亞、沙特阿拉伯、馬來西亞進口數量位列前三，2022年分別為13.54、5.52、3.28萬噸，占比分別為58.5 %、23.9 %、14.2 %。中國氨出口目的地有印度、土耳其等國家。自海關總署將氯化銨、尿素、硝酸銨等29個商品列入目錄以來，氮肥間接轉變?yōu)橐园睉B(tài)氮形式的出口，印度由原來中國的尿素進口大國逐步擴展為合成氨進口大國。

圖 7：合成氨進出口量

數據來源：中國海關，香橙會研究院整理

圖 8：2022年中國氨進口來源地

資料來源：中國海關，香橙會研究院整理

圖 9：2022年中國氨出口目的地

資料來源：中國海關，香橙會研究院整理

3.2甲醇

近年來，隨著碳一化學的發(fā)展，由甲醇出發(fā)合成乙二醇、乙醛、乙醇等工藝路線日益受到關注。

圖10：甲醇主要用途

資料來源：公開資料，香橙會研究院整理

甲醇下游化工產品仍以甲醇制烯烴為主，2022年占比達到53.36 %。近年隨著國產技術的迅速發(fā)展，烯烴已經成為近五年推動甲醇消費增長的最大動力，2017-2021年MTO（甲醇制烯烴）年復合增長率接近15 %。但行業(yè)預計未來幾年增速將放緩。

圖 11：2022年甲醇下游產品分布

資料來源：WIND，香橙會研究院整理

甲醇制醋酸行業(yè)與烯烴相類似，占比為6.21 %。在經歷了前幾年的高價格高盈利之后，醋酸行業(yè)2022年供需趨于平衡，價格和盈利能力雙下滑。甲醇傳統(tǒng)下游行業(yè)中，MTBE（甲基叔丁醚）行業(yè)由于打開國外市場，部分企業(yè)選擇出口套利，2022年盈利上升明顯。

在新興領域，醇制燃料、有機硅、甲醇制氫、BDO（1,4-丁二醇）等行業(yè)值得關注，尤其是甲醇制氫領域，得益于部分煉化裝置加氫需求增加以及清潔能源政策的推廣，其在甲醇年總消費中占比已達到4.82 %。2022年能源價格普遍高位，醇制燃料的經濟性凸顯，占比達4.6 %。此外，作為鋰電池電解液的主要原料之一的碳酸二甲酯以及作為可降解塑料上游的BDO未來都有較大產能，預估拉帶動甲醇消費增長5 %到8 %。

圖 12：甲醇產能、產量及年均增長率

資料來源：公開數據，香橙會研究院整理

2014年甲醇產能突增23 %以來，近8年產能增長平穩(wěn)，至2022年全國有效產能9947萬噸，相較2021年同比增長2.82 %。2022年甲醇產量超8100萬噸，同比增長2.54 %，產能利用率由2015年58.5 %，上升到2022年82 %。

從甲醇進出口數據來看，我國甲醇年進口數量遠大于出口數量，呈波動上升態(tài)勢。2022年我國甲醇進口數量為1219.3萬噸，較2021年增加了8.9 %；甲醇年出口數量為17.28萬噸，較上一年減少56 %。

中國主要從阿曼、伊朗、沙特阿拉伯、阿聯(lián)酋等國家進口甲醇，2022年甲醇進口量分別為379.6、212.0和173.4萬噸，分別占比為31.1 %、17.4 %和14.2 %。中國甲醇出口目的地主要是東亞、東南亞國家，2022年向印度尼西亞、越南、韓國分別出口5.88、4.45和3.90萬噸甲醇，占全年總出口量的34.1 %、25.7 %和22.6 %。

圖 13：甲醇進出口量

資料來源：中國海關，香橙會研究院整理

圖 14：2022年中國甲醇進口來源地

資料來源：中國海關，香橙會研究院整理

圖 15：2022年中國甲醇出口目的地

資料來源：中國海關，香橙會研究院整理

我國甲醇產能主要分布于西北、華北、華東等地區(qū)，而我國甲醇進口主要在東部沿海城市。目前我國甲醇消費市場不斷擴大，是國際甲醇銷售的主要目標市場，且貨源地天然氣制甲醇工藝優(yōu)勢明顯，外部貨源涌入我國市場的趨勢難以在短期內扭轉，進口甲醇規(guī)模將繼續(xù)維持高位。

圖 16：甲醇表觀消費量及年均價格

資料來源：公開數據，香橙會研究院整理

2022年甲醇表觀消費量達9300萬噸，同比增長3.5 %，且近幾年來甲醇消費量始終保持增長，從全國甲醇價格走勢看，甲醇市場整體呈現(xiàn)穩(wěn)中向好，年均價格在1500-3000元/噸范圍內波動。

國家實施能源資源安全戰(zhàn)略為甲醇燃料提供了發(fā)展空間。我國在甲醇領域的嘗試，為能源替代提供了有效途徑。未來若可再生甲醇技術可靠、經濟可行，將成為一種綠色低碳可循環(huán)的能源供給，是保障能源安全、減少碳排放、實現(xiàn)碳達峰的有效途徑之一。

4. 全球氨、甲醇現(xiàn)狀及未來發(fā)展

歐盟：

歐洲化石能源保有量少，需要大量進口。據歐盟委員會數據，歐盟消費的天然氣中有約90 %需要進口，2021年歐盟天然氣進口主要來自俄羅斯、挪威等地，其中從俄羅斯進口的天然氣占45.3 %，約1550億立方米。歐洲合成氨和合成甲醇工藝流程中，氫氣來源多為天然氣制氫，而2022年天然氣價格飆升500 %，直接影響歐洲化工行業(yè)，氨和甲醇產能不斷萎縮，間接導致化肥等產量下滑，產業(yè)鏈向外轉移，歐洲不得不進口氨和氮肥來彌補農業(yè)用氮等缺口。

美國：

得益于頁巖革命的成功，美國液化天然氣產業(yè)以驚人的速度迅速發(fā)展。2020年美國的液化天然氣生產能力達到6910萬噸/年，僅次于澳大利亞和卡塔爾。而21年12月美國天然氣出口量大幅提升至770萬噸左右，躍升至全球第一。

美國天然氣的價格長期較低，有利于氨和甲醇產能的擴大。相較于2012年，2021年美國氨產能幾乎翻倍，僅次于中國和俄羅斯。然而，截至2021年，作為農業(yè)大國的美國仍需進口約15 %的氨來滿足其國內氮肥需求。隨著天然氣制氨工廠的興建，預計在3-5年內，美國氨行業(yè)有望實現(xiàn)自給，并逐步轉向出口。甲醇產能在2014年頁巖氣革命成功后就掀起了擴張熱潮，2014-2015年產能增速接近100%。2021年美國由甲醇凈進口國轉變?yōu)閮舫隹趪�，同時不斷建設新裝置，年均產能增速超過10 %。甲醇在美國國內的應用以燃油添加劑、制烯烴以及醋酸產業(yè)為主，出口目的地主要有韓國、日本、歐洲等地。

俄羅斯：

俄羅斯作為世界化石能源最為豐富的國家之一，天然氣探明儲量37.4萬億立方米，位居全球第一。俄羅斯設計充分利用天然氣資源，結合CCS技術進行藍氫的生產，在本國國內市場推廣氫能，于2024年達成氫出口量20萬噸作為第一階段的目標。

作為氨生產大國，2021年俄羅斯合成氨出口量約為1700萬噸，是歐洲和中亞等地氮肥的主要供應源，甲醇出口量占全球總出口量的10 %，主要銷往歐洲。俄烏沖突爆發(fā)以來，受到歐美國家對其經濟的多項制裁，俄羅斯化工品的海外出口一落千丈。而俄羅斯出口的甲醇由于港口和貨輪方面的限制，間接地被拒于歐盟門外。

中東：

天然氣與石油高度集中于中東地區(qū)，是中東國家經濟發(fā)展的重要基礎。而單一的能源也成為了他們不容忽視的風險，一些依賴化石燃料出口的中東國家意識到了可再生能源的潛力，開始借鑒先發(fā)國家的經驗，大力投資風光項目。盡管當前新能源在中東地區(qū)總發(fā)電量占比不到1%，但中東各國不斷押注可再生能源，阿聯(lián)酋、沙特阿拉伯、卡塔爾、阿曼、科威特等國預計將投資1823億美元，到2025年達到57 GW的裝機。

伊朗作為歐佩克第五大產油國與全球第三大天然氣產國，擁有龐大的化石能源儲量。受限于伊朗自身的經濟和化工發(fā)展水平，氨和甲醇下游需求量較低，以對外出口為主。氨等產品瞄準印度、非洲市場，而甲醇出口目的地主要為中國。

南美洲：

隨著美國在甲醇和氨行業(yè)的產能不斷擴大，南美洲向美國輸出產品的空間不斷被擠占，近年來已逐漸退出美國市場，轉向出口到中國市場。特立尼達和多巴哥、委內瑞拉等國為其中的代表，資源豐富但工業(yè)基礎薄弱，化石能源及衍生產品是其外匯的主要支柱。

非洲：

迄今為止，非洲已發(fā)現(xiàn)超過5000億立方米的天然氣，蘊藏的鈷、錳和鉑儲量占全球儲量的30%以上。然而，受限于“脫碳”要求，非洲化石能源，主要是煤炭和石油的利用受到極大限制，這直接導致非洲有接近6億人缺乏能源供應。非洲不得不在經濟和科技實力都不足的情況下嘗試實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

此外，非洲工業(yè)基礎薄弱，氨、甲醇及其衍生物如氮肥、醋酸等大量需要進口，此外部分國家還需大量進口糧食。而俄烏沖突的爆發(fā)，俄羅斯和烏克蘭出口雙降，極大的惡化了非洲糧食供給情況，未來相對較長的時間內，非洲的糧食危機難以緩解。

5. 綠氫

截至2022年，中國綠氫應用占比不到1%，主要因素來自成本。隨著“碳中和”目標的逐漸迫近，碳稅的征收會逐漸提升上游廠商通過煤或天然氣制氫的成本，同時隨科技的發(fā)展，電解水制氫的成本有望進一步降低，進而逐漸替代原本的灰氫和藍氫。

短期而言，綠氫的發(fā)展將以建立產業(yè)示范園區(qū)為主，例如中石化新疆庫車綠氫示范項目和伊犁州伊寧市綠色氫能創(chuàng)新應用工程項目。通過項目逐步拓展上下游產業(yè)鏈，為減碳脫碳提供解決方案，尋找可行且可復制的商業(yè)模式。

對于中期而言，待成本達到平價，在政策、市場的支持下，綠氫將會逐漸替代灰氫，主要應用領域為合成氨和合成甲醇的制備以及部分石油化工產品的加工。當前工藝氫氣利用率不高，因煤制氫氣等流程須經脫硫、銅洗等工序，氫氣利用率約為85%，而電解水所制得氫氣較純，氫氣利用率可進一步提高。而2022年中國灰氫合成氨約為4300萬噸，理論計算需氫氣760萬噸，計算氫氣利用率后，合成氨總灰氫消耗量為900萬噸；同理，合成甲醇中綠氫對灰氫替代需求最多約850萬噸；中國合成氨進出口總體保持平衡，綠氫替代空間不大，合成甲醇年均缺口1200萬噸，若全部用綠氫制甲醇替代，綠氫需求約170萬噸。

以上加總，在合成氨、甲醇領域，我國綠氫替代空間1920萬噸。當然隨著液氨、綠色甲醇作為新型能源載體、以及新型燃料后，綠氫替代空間進一步打開。

       原文標題 : 深度研究：綠氫消納制氨和甲醇市場空間有多大？