高质量发展新背景色系列:开启氢能时代!国内外重点政策盘点!

声明:本文为火石创作原创文章，欢迎个人转发分享。网站、微信官方账号等转载需要授权。

“高质量发展新背景色”系列3，带您了解氢能产业链各环节的发展现状。回顾高质量发展的新背景色系列：

开启氢能时代！国内外重点政策盘点！ 

在“双碳”战略下，我国绿色低碳产业发展分析

01

氢能产业链图谱

氢能作为二次能源，必须从一次能源转化为电力、热能或机械动力，然后运输到用能终端。因此，氢能主产业链可以概括为“氢能制备、氢能储运、氢能加注、氢能转化、氢能使用”等环节。其中，上游制氢、中游储运氢、加氢、下游多元化应用场景主要分布在交通、工业、发电和建筑领域。氢能主要用于工业和交通领域，建筑、发电等领域仍处于探索阶段。

图1：氢能产业链图谱

来源：火石创造绘制

02

氢能产业链各环节概况

1.制氢

就制氢市场规模而言，中国已成为世界上最大的制氢国，总规模保持快速增长。2022年，我国制氢产值达到4833亿元，预计到2026年，我国制氢产值将达到7825亿元。西北和华北地区依托化石能源优势，是制氢生产的主要地区。其中，内蒙古、山东产量超过400万吨，达到最大水平；新疆、陕西、山西产量超过300万吨，而长三角、珠三角产量较少。

从制氢结构来看，我国制氢以化石原料和工业副产氢为主，电解水制氢规模小，可再生能源制氢为主。2022年化石能源制氢、工业副产制氢、电解水制氢的产值分别为3271亿元、1120亿元和435亿元；分别占68% 、23%、9%。根据相关数据，我国中短期氢源仍以化石能生产为主，以工业副产氢为补充，可再生能源绿氢生产比例将逐年上升；到2050年，可再生能源绿氢约占70%、化石能源制氢占20%、生物制氢占10%。

图2：2017-2026年中国制氢产值规模及预测(单位:亿元)

来源:根据公开资料整理火石创造:

图3：2017-2026年中国各种制氢方法的产值规模及预测(单位:1亿元)来源:根据公开资料整理火石创造

从市场竞争格局来看，我国制氢规模市场格局分散。国家能源集团和中石化是中国氢气产量最大的两家企业，占30%。其他大多是中小企业，制氢规模小。企业主要集中在化石能源等灰氢领域，绿色制氢企业布局较少，宝丰能源等绿氢制造企业具有先发优势。宝丰能源是中国第一家实现绿氢大规模生产的企业。目前，已形成世界上最大的3亿标方绿氢/年产能和1.5亿标方绿氢/年产能。计划用新能源制氢代替化石燃料制氢。

从制氢技术的角度来看，质子交换膜、电解槽等核心技术尚未突破，高速制氢设备仍处于研发阶段。目前国内电解水制氢路线以碱性电解槽为主，主要是碱性电解槽技术路线成熟，成本优势明显。目前国内电解水制氢路线以碱性电解槽为主，主要是碱性电解槽技术路线成熟，成本优势明显。由于成本高，PEM电解槽仍需时间进行商业推广，技术优势不明显。水电解槽采用水蒸气电解，在高温环境下工作，能效最高，但仍处于实验室研发阶段。目前，国内外电催化剂、质子交换膜、膜电极、双极板等核心部件技术差距较大，大量依赖国外进口。其中，质子交换膜作为PEM制氢技术的核心材料，占据了国外企业的主导地位，全球市场份额超过90%。国内质子交换膜制造企业面临技术、市场、人才和资本四大障碍，山东东岳集团开发了接近杜邦Nafion性能的产品，阳光电源与中国科学院大连化学物理研究所合作推出SEP50PEM电解槽，功率250kW，是国内PEM电解槽的大规模生产能力。

表1：比较中国制氢的主要技术和优缺点

资料来源:火石创造根据公开资料整理

2.储运氢

在高压气体储运氢方面，由于成本低、使用方便、储存条件容易满足等优点，已成为储运氢的主流方式。目前，我国高端碳纤维技术不成熟，不能大规模生产，复合材料成本高。目前主要采用35MPaII型瓶，因此低成本高压临氢环境中使用的新材料将成为研发的重点。

在低温液体储运氢方面，欧洲、美国、日本等国家和地区的液氢技术发展相对成熟，液氢储运已进入大规模应用阶段。我国液氢技术主要应用于航天领域，民用领域仍处于起步阶段。氢液化系统的核心设备（氢透平膨胀机和低温阀等）仍然依赖于进口，液氢储罐的制造技术和设备与国外也存在一定的差距。因此，如何降低液化和储存成本是低温液体储氢产业化的发展方向。

在固态金属氢化物储存和运输氢方面，由于其安全性和稳定性优势，已成为我国未来发展的重点。目前，我国金属氢化物储存和氢化物的应用仍较少，正处于研发和示范阶段。未来的研究重点将是提高金属氢化物的储存能力，降低材料成本，提高金属氢化物的可循环性。

在管道储运氢方面，管道储运氢可分为纯氢管道运输和现有天然气管道掺氢运输。低压纯氢管适用于大规模、长距离的氢运输。目前，美国和欧洲已分别建成2400公里、氢气管道1500公里，而我国氢气管道里程约400公里，在用管道仅100公里左右。运行管道包括：济源-洛阳氢输送管全长25公里、巴陵-长岭输氢管全长42公里、乌海-银川焦炉煤气输气管道全长216.4km、金陵-扬子氢管全长超过32公里。

表2：三种氢储运比较

来源:根据公开资料整理火石创造:

从关键技术的角度来看，我国氢气储运仍处于发展初期，相关技术和产业标准落后于国外水平。固体储运和化学液体储运模式的发展迫切需要技术突破，产业发展空间巨大。

3.加氢

从市场规模来看，中国加氢站数量居世界第一，具有区域集中的特点。2022年，全球新增加129个加氢站，共建成814个加氢站；中国新建92座，共建成310座，占全球38%，已跃居第一，在营加氢站超过160座。2022年，我国加氢站市场规模达49.4亿元，集成设备(压缩机、氢气储存容器、加氢系统)占加氢站建设的主要成本，市场规模为24.7亿元。氢燃料电池汽车的需求将推动加氢站保持良好增长。预计到2026年，中国加氢站市场规模将达到151.2亿元，集成设备市场规模将达到71.1亿元。

从市场竞争格局来看，国内加氢站市场集中度较高。从加氢站数量来看，主要有中石化、中石油、厚普三家企业。中石化已建成74座，中石油8座，厚普在建加氢站78座。从加氢站设备制造商的角度来看，国富氢能、液空厚普、顺华新能源、海德利森、上海氢枫等五大设备集成商的市场份额占90%。其中，国富氢能市场份额为28.4%，居全国第一。

图4：2017-2022年全球和中国加氢站数量(座)

来源:根据公开资料整理火石创造:

从分布区域来看，我国加氢站主要涉及华北、华东、华南，产业集聚效应明显。其中，在政府的支持下，加氢站布局遥遥领先于其他省市，其次是上海，建设44个。

4.场景应用

(1)交通领域

在交通领域，氢燃料可以实现车辆使用端的零碳排放，主要包括汽车、航空和航运，其中氢燃料电池汽车是交通领域的主要应用场景。

从市场规模来看，整体保持加速增长趋势，市场空间大。2022年，我国氢燃料电池汽车产销分别完成3626辆和3367辆，同比增长127.2%和88.1%。目前，我国氢燃料电池车辆的采购成本远高于燃油车辆和电动车辆，中短期内需要依靠国家补贴。然而，随着技术的进步、生产经验的积累和规模的扩大，燃料电池系统和储氢系统的成本将逐渐下降，氢燃料电池汽车将保持增长趋势。预计到2025年，全国氢燃料汽车拥有量约为5万辆。

图5：2018-2022年中国燃料电池汽车产销数量(车辆)

来源:根据公开资料整理火石创造:

氢燃料电池汽车主要集中在环渤海等东部沿海城市群。2021年8月，京津冀、上海、广东三大城市群成为首批燃料电池汽车示范应用城市群；2021年12月，河北、河南入选第二批城市群，形成目前的“3” 2”全国燃料电池汽车示范，并计划为期四年的示范推广目标。到2025年，京津冀、上海、广东、河北、河南城市群氢燃料汽车分别为5300辆、5000辆、10000辆、7710辆、5000辆。

图6：五大氢燃料电池汽车示范城市群

来源:根据公开资料整理火石创造:

从氢燃料电池的关键技术来看，日本和韩国拥有相对成熟的氢燃料电池汽车技术，已应用于乘用车、商用车、叉车、列车等。目前，我国燃料电池汽车的技术、成本和规模是限制其市场化的主要因素。采购成本仍然很高，没有完全商业化的能力。发展仍然依赖于政府补贴和政策支持。目前国内氢燃料电池车主要用于公交车、重型卡车等商用，乘用车主要用于租赁，占0.1%以下。

(2)工业领域

氢气主要用作工业领域的化工原料。目前，全球约55%的氢需求用于氨合成，25%用于炼油厂加氢生产，10%用于甲醇生产，10%用于其他行业。在钢铁领域，以氢气代替焦炭为还原剂，大大降低碳排放，促进清洁冶金的转型。目前，世界上少数国家发布了氢冶金技术案例，一些国内钢铁企业也发布了氢冶金规划、建设示范项目和生产，但相关示范项目仍处于工业试验阶段，基础设施不完善、相关标准空白、成本高、氢安全等问题仍存在。但在“双碳”目标的背景下，利用氢能进行钢铁冶金是钢铁行业实现深度脱碳目标的必由之路。

(3)建筑领域

在建筑领域，氢气可以替代或掺入天然气燃烧加热，也可以通过氢燃料电池实现热电供应。以北京为例，目前终端居民天然气价格约为2.63元/标准立方米，提供1标准立方米天然气等值热量需要2.82标准立方米氢气。因此，当氢气价格低于10元/公斤时，燃氢加热可以与天然气竞争。目前，小型氢燃料电池热电联供系统已在欧洲、美国和日本实现商业化应用，而我国小型氢燃料电池热电联供系统仍处于试点阶段。当千瓦系统的耗电成本超过2元/千瓦时时，经济上有很大的进步空间。氢能在建筑领域并不经济，但仍然是备用电源的好选择。可选择逐渐从氢与天然气混合氢转向纯氢。

  作者|火石创作 王桃清