什么是氫能？中國氫能的發展現狀如何？產業鏈一覽

1、什么是氫能?

(一)氫能是現代能源體系中不可或缺的一環

氫能是實現深度脫碳的有力抓手。氫是一種來源廣泛、清潔無碳同時應用場景十分豐富的二次能源。氫能的熱值高達 120MJ/kg，是同質量標準煤和石油等化石燃料的 2-4 倍。氫氣在各種物理和化學變化過程中釋放的能量，可以用作儲能、發電和各種交通工具的燃料。氫能正在成為全球深度脫碳完成能源體系變革的重要一環。

氫能產業鏈為制備、儲運和加注，作為能源載體用于交通、電力、工業和建筑等領域。氫能產業鏈主要包括氫氣的制備、儲運、加注和應用四個環節。在交通領域，氫能和燃料電池規劃主要用于重卡、貨車等高耗油商用車，該運用能夠有效減少我國在交通運輸領域的石油耗量，和鋰電池汽車實現互補。在電力領域，氫能能夠通過可再生能源電力制取，起到大規模儲能和調峰，有效解決新能源電力的消納問題，實現不同種類的能源跨地域和跨時空調節的作用。同時氫氣作為可再生能源高效利用的載體，能夠引導可再生能源電力運用于工業和建筑等領域，從而幫助這些碳排放量較高的應用的深度脫碳。

2、中國氫能的發展現狀如何?

頂層設計落地，氫能有望實現加速發展?！笆濉币詠?，國家多次下發了相關文件支持氫能和燃料電池的發展。2022年3月22日，國家正式下發《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》?！兑巹潯穼ξ覈鴼淠馨l展進行了規劃。2025年目標為實現燃料電池車輛保有量約5萬輛，并配套部署建設一批加氫站?？稍偕茉粗茪淞窟_到10-20萬噸/年，成為新增氫能消費的重要組成部分，實現二氧化碳減排100-200萬噸/年。

氫能產量穩步增長，未來將成我國終端能源重要組成部分。截至2021年末，中國已經實現了氫氣產能約為4000萬噸/年，產量約為3300萬噸/年。根據中國氫能聯盟的預測，到2050年氫能占我國終端能源體系的占比至少將達10%，需求量將超過6000萬噸，能夠實現二氧化碳排放量降低約7億噸。氫能會是我國能源體系的重要組成部分。

(二)綠電制氫是有望實現氫能的大規模運用

目前制氫方式多以化石能源為主，綠氫占比低。按照氫氣的來源進行分類，可以將氫氣分為“灰氫”、“藍氫”和“綠氫”?！盎覛洹笔侵甘褂没剂现迫錃獠⑶也粫︶尫诺亩趸甲魅魏翁幚?，制備原料多是煤炭、天然氣等傳統化石能源和工業副氣。 “藍氫”是指使用化石燃料制取氫氣，但同時對釋放的二氧化碳進行補集和封存。主要原材料與“灰氫”原料相似，不過增加了CCUS即碳捕捉工序?！熬G氫”則是指使用可再生能演發電電解或是光解制取的氫氣。其中，原料主要是水，電解的電力來源是光伏、風電等清潔能源。到2020年，中國制成的氫氣來源和占比分別為煤炭64%，工業副產21%，天然氣14%，電解水1%。并且在電解水當中使用綠電的比例要更低。

制氫技術路線多樣，綠電制氫經濟性有待提升。通過對不同技術路線制備氫氣的方式進行對比可以看出，使用傳統化石能源制備氫氣的技術均比較成熟，成本相對低廉，不過碳排放量也相對較高，沒有實現減碳的目標。也有部分原材料為化石能源同時碳排放量很少的制備氫氣的方法，不過成本也十分昂貴。

使用電解水制氫的路徑包括堿性電解水(AEL)、質子交換膜電解水(PEMEL)和固體氧化物電解水(SOEL)。其中，SOEL能量轉換效率高，但目前尚未達到商業化應用階段。AEL和PEMEL技術相對成熟，但是在成本和轉化效率有比較大的差異。AEL設備購置成本低，但是運行中需要有腐蝕性的堿液循環，對電力波動性的響應速度較慢，也直接導致了更低的制氫效率。PEMEL 使用質子交換膜替代傳統的堿性電解質溶液，設備投資成本更高，不過運行電流密度顯著提高，能量轉化效率也有明顯的提升。使用AEL方法制備氫氣的能量轉化效率比PEMEL會低10%，成本則是少了近40元/kg

電費是電解水制氫的主要成本。分別對AEL技術制氫和PEMEL制氫方法的成本進行拆分可以看出，電費的占比都達到了75%以上，由此可見電費是決定電解水制氫成本的關鍵因素。此外，PEMEL因為技術相對不成熟，設備成本占比較高，達到了16.19%。

可再生能源電力度電成本持續下降，綠電制氫經濟性顯現。根據能源研究所測算，到2050年以風電、光伏為代表的可再生能源發電方式的度電成本都會出現大幅下降。以光伏發電為例，其度電成本在分別將在2035年和2050年降低至0.2元/度和0.13元/度。在綠電價格持續下降的情況，綠電制氫的成本也隨之出現了比較大的下滑。根據張軒等人的測算，在0.2元/度的電價成本和5000小時的設備利用時間下，制氫成本將低至20元/kg。該成本線也是氫燃料電池該氫能應用大規模發展的經濟性前提。

綠電制氫仍以示范項目為主，尚未實現商業化。目前在全國包括遼寧、河北、吉林等地都開展了光伏、風電等綠電制氫的示范性項目，為日后綠電制氫的商業化運用奠定基礎。

(三)綠電制氫投資方向電解槽和質子交換膜是綠電制氫亟待關注的投資方向。

電解槽是電解水制氫中的核心設備，根據我們的測算，在2025年國內預計仍在商業化和規?；捌诘目稍偕茉粗茪洚a量達到20萬噸。在其中AEL技術占比85%，PEMEL 技術占比15%的情況下，AEL電解槽的市場空間將達15.19億元，PEMEL電解槽的市場空間將達17.75億元，整個可再生能源制氫的設備市場空間將達43.71億元。并且在技術進一步進步，綠電制氫成本持續下降的情況下，設備的市場空間還將擴大。

質子交換膜國產化正在路上。目前商用化的質子交換膜目前仍由杜邦等外國企業生產為主，其高昂的售價本也是阻礙 PEMEL 技術推廣的主要因素。不過，目前已經有國內企業正在建設相對中低端的質子交換膜產品，國產化箭在弦上。

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