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| 氫能產業發展研究 |
| 來源：元熙財經 時間：2021/4/29 |
一、氫能概述
氫氣有兩個屬性。一是化學屬性，氫氣作為化工原料得到廣泛應用，如用于合成氨、合成甲醇、煉油、煤炭深加工等，目前全球91%、我國95%的氫氣用做工業原料。二是能源屬性，氫氣具有熱值高(單位質量的熱值約為煤炭的4倍、汽油的3.1倍、天然氣的2.6倍)、終端利用無污染、便于大規模儲存、可與多種能源便捷轉換等優點，被國際能源署譽為“未來能源架構的核心”，可應用于動力、電力、家庭用能等多個領域。隨著化石能源資源緊缺、氣候變暖等問題加劇，以及氫能產業各環節技術的日漸成熟，氫能利用將越來越廣泛。
二、氫能發展現狀
(一)制氫
制氫環節主要包括電解水制氫、煤制氫、天然氣制氫、生物質制氫、光解制氫、熱化學制氫、工業副產氫等方式。
電解水制氫是未來重要發展方向。電解水制氫具有制取過程無污染物和溫室氣體排放、氫氣純度高等優勢。從制取成本看，化石能源制氫約10元/kg，工業副產氫約21元/kg，電解水制氫約30元/kg。受成本因素影響，目前全球約96%的氫氣來源于化石能源制氫和工業副產氫，僅有約4%的氫氣來源于電解水。2018年，中國年氫氣產量約2100萬噸，占全球總產量的比例超過30%，是世界第一大氫氣生產國，其中電解水制氫僅占約5%。隨著可再生能源規模化發展和能源互聯網建設日趨完善，電解水制氫已逐步成為各國能源科技創新和產業支持的焦點。
電價是制約電制氫發展的關鍵。目前電價占電制氫總成本比重約為85%，按電制氫電價約0.4～0.6元/kWh計算，我國電制氫成本約30～40元/kg。當電價降低到0.1元/kWh時，電制氫成本可下降至10元/kg，與化石能源制氫價格相當。目前各地發展氫能產業，其中氫氣主要來源于化石能源制氫和工業副產氫。
(二)儲氫
根據狀態，儲氫可分為高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、有機液態儲氫、固態儲氫。
高壓氣態儲氫是我國目前應用最廣泛的氫氣存儲形式，其中35MPa儲氫瓶已批量化應用，70MPa儲氫瓶也步入產業化推廣階段。低溫液態儲氫被認為是前景較好的氫氣大規模存儲發展方向之一，但目前我國液氫僅用于航天和軍事領域，與國外70%左右氫氣采用液氫運輸相比差距較大，且成本是美國等技術壟斷國的20倍以上。
(三)運氫
運氫主要方式包括氣氫拖車、液氫槽車、管道運輸。
目前國外以液氫槽車和管道運輸為主，國內絕大部分采用氣氫拖車運輸并建有少量氫氣管道。國內氣氫拖車運輸發展非常成熟，設計制造技術已達到國際先進水平;液氫槽車運輸在我國僅應用于航天領域，尚不允許民用領域開展液氫公路運輸，但長期來看液氫槽車將取代氣氫拖車成為主要運氫方式;管道運輸仍處于試點示范階段，我國氫氣管道里程僅約400km，占比不到全球總規模的8%，最具代表性的大口徑氫氣管道有濟源-洛陽(25km)、巴陵-長嶺(43km)等。受運輸技術及成本限制，短期內氫能消納以就近消納為主，難以實現遠距離運輸消納。
(四)用氫
目前我國生產的氫氣95%作為化工行業的原材料應用于傳統工業領域，其余5%用于以氫燃料電池為核心的能源網絡。其中，氫能主要有動力、電力、家庭三個應用方向。
1.動力領域應用現狀
動力方面，氫氣可用于汽車、飛機、輪船、火箭等領域，其中目前最主要、前景最廣闊的應用場景是氫燃料電池車。
氫能汽車包括氫燃料內燃機車、氫燃料電池車兩種。氫燃料電池車能量轉化效率可達60%～80%，而氫燃料內燃機車能量轉化效率僅30%左右，所以業界將氫燃料電池車作為氫能汽車主要發展方向。相比于純電動汽車，氫燃料電池汽車具有續航里程長、燃料加注快(3到5分鐘)、低溫性能好、回收無污染等優勢，在遠距離、載重大、點對點的商用車領域具有良好的應用前景。目前氫燃料電池汽車成本明顯高于燃油和純電動車型，燃油車百公里油費約為50元，純電動汽車百公里電費約為6元(家用充電)～15元(商用充電)，氫燃料電池車燃料費用約100元(百公里耗氫量為1.5kg，氫氣價格70元/kg)。在氫氣加注方面，我國具備設計建造35MPa加氫站的能力，而國際主流的70MPa加氫站及其關鍵設備領域在國內仍處于示范驗證階段。截至2019年底，累計在運加氫站共52座，在建/擬建加氫站72座，到2030年將建成1000座加氫站。目前，加氫站氫氣加注成本對政府補貼依賴較大。
2.電力領域應用現狀
與其他儲能技術相比，氫儲能主要優勢是環保性能好，但其投資成本遠超抽水蓄能、電化學儲能、壓縮空氣儲能，且響應速度慢、效率低，如果制氫電價為0.1元/kWh，則氫儲能能源成本將下降到0.5元/kWh左右，低于電化學儲能能源成本。
3.家庭領域應用現狀
主要用途是家用燃料電池熱電聯供系統。該方面外國企業技術優勢明顯，國內企業技術水平尚不具備商業化條件。
4.國內氫燃料電池現狀
氫能應用的核心技術和產品是氫燃料電池。國內氫燃料電池與國際先進水平還存在一定差距，主要表現為使用壽命較短，車用氫燃料電池壽命一般為2000～3000小時，國際領先水平可達到5000小時，另外氫燃料電池關鍵零部件質子交換膜目前僅有美國、日本、德國等發達國家具備商業化供應能力，催化劑等核心材料也主要依賴進口。
三、初步認識
一是氫氣能量密度高，環保性能好，是能源低碳轉型的重要方向。近年來，全球氣候變化和化石能源枯竭問題日益突出，作為一種綠色高效的二次能源，氫能具有熱值高、無污染、可儲存、與可再生能源便捷轉換等優點，在交通、工業、建筑等領域具有廣闊的應用前景，有望在終端能源消費領域替代石油、天然氣等化石能源，有利于保障國家能源安全。
二是國內氫能產業取得了一些突破，但仍有大量關鍵技術、零部件依賴國外。在全球氫能產業發展提速背景下，國內企業持續進行自主研發，但與國際先進水平仍存在明顯差距，制氫及氫燃料電池中的催化劑和質子交換膜、儲氫環節的液氫加工技術、運氫環節的長距離輸送技術和用氫環節的加氫站內關鍵材料制備技術都掌握在加、美、日、韓、德、法等國家手中，進口依賴高，議價能力差，制約我國氫能產業發展。此外，我國加氫站等基礎設施總量不足以支撐氫燃料電池汽車大規模使用，技術和基礎設施的雙重掣肘導致氫能全產業鏈成本高。
三是全球范圍內正掀起氫能產業發展熱潮，將極大推動氫能產業發展。在全球加速能源低碳化轉型背景下，發達國家結合自身資源稟賦和產業技術現狀，逐步明確氫能源在國家能源體系中的定位，加速引導氫能產業健康發展，全球將迎來“氫能社會”發展熱潮。目前我國正處于氫能產業培育期，地方政府投資熱情高漲，但國家層面缺乏頂層設計，尚未明確氫能在國家能源戰略層面的重要定位，且部分補貼門檻高、落地困難，大量標準尚為空白或已經過時，近期國家相關部委正在組織制定氫能產業規劃和氫燃料電池車發展指導意見，將有效推動氫能產業發展。
四是國內傳統石化能源企業紛紛布局氫能業務。目前，我國氫能產業處在培育期，預計2021年將進入快速發展期。在具體路線圖和詳細專項規劃尚未出臺的情況下，國家能源集團、中石油、中石化、國電投等大型傳統化石能源企業從加強新能源發電消納、工業副產氫價值利用等角度出發，超前謀劃、搶抓市場機遇，紛紛布局氫氣管道、加氫站、油氫電綜合智慧能源站等業務，氫能產業已呈現群雄逐鹿態勢。
五是氫能尚不具備應用于儲能領域的條件。目前氫儲能系統效率僅為電化學儲能的50%左右、抽水蓄能的60%左右。未來隨著單項技術的突破和研發體系的構建、配套基礎設施的加速建設，技術國產化和量產化程度將不斷提高，氫儲能系統效率有望提升，但超過電化學儲能和抽水蓄能系統效率的難度較大。
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