氫能

9氫能發展趨勢
10不同國家氫能政策

氫能是什么

氫氣——世界上密度最小的氣體，熱值大概是140MJ/kg，比煤炭、汽油等傳統燃料高2倍以上。氫氣燃燒或以氫氣為燃料燃料發電的產物是水，節能環保，不產生任何有害地球發展的廢物燃料，能夠真正實現無碳排、無污染氫氣燃燒過程無碳排放、無污染物產生。另外，氫氣安全性好，氫氣在發生泄露后極易擴散，爆炸下限濃度高于汽油和天然氣；另外氫在整個宇宙中占據宇宙質量的75%，含量最高，地球上豐富的水資源中蘊含著大量可供開發的氫能。所以氫能是既高效又清潔的新型能源形式。

根據中國氫能聯盟的預測，在2030年碳達峰愿景下，我國氫氣的年需求量預期達到3，715萬噸，在終端能源消費中占比約為5%；可再生氫產量約為500萬噸，部署電解槽裝機約80GW。在2060年碳中和愿景下，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費中占比約為20%。其中，工業領域用氫占比仍然最大，約7，794萬噸，占氫總需求量60%；交通運輸領域用氫4，051萬噸，建筑領域用氫585萬噸，發電與電網平衡用氫600萬噸。

氫能特點

根據中國氫能聯盟白皮書，氫具有以下的特點:

制氫方式多樣，作為可再生的二次能源，氫可以來源于化石能源重整、生物質熱裂解、微生物發酵、工業副產以及電解水等多種途徑，考慮到風電、光伏、水電等可再生能源發電具有不穩定性，氫作為一種儲能手段，不僅能夠與之互補，實現調峰，拓展了可再生能源的利用方式。氫能靈活且高效。氫熱值達到143MJ/kg，是同質量焦炭、汽油等化石燃料的3-4倍，通過燃料電池可實現綜合轉化效率90%以上，利用過程中能量損耗小。同時氫能可應用于多個領域，包括發電(分布式供電供暖)、交通(結合燃料電池應用于汽車、軌道交通、船舶等領域，具有長續航歷程、加注速度快等優勢)、冶煉(作為高效的還原劑和熱源，減少碳排放)、建筑等。

氫能是一種清潔能源，無論是燃燒還是電化學反應，產物只有水，沒有傳統能源利用所產生的的污染物及二氧化碳，真正實現低碳或零碳排放，滿足未來能源發展低碳環保的要求。

氫氣是易燃易爆氣體，其燃點為574°C，爆炸極限廣至4%~75%，安全問題極為重要。因此氫氣的儲運具有一定難度，但也是保證氫氣安全且經濟化應用的關鍵。

氫儲能主要適用于長時間、跨區域的儲能場景。首先在儲能時長上，氫儲能基本沒有剛性的儲存容量限制，可根據需要滿足數天、數月乃至更長時間的儲能需求，從而平滑可再生能源季節性的波動。此外，氫能在空間上的轉移也更為靈活，氫氣的運輸不受輸配電網絡的限制，可實現能量跨區域、長距離、不定向的轉移。最后，氫能的應用范圍也更為廣泛，可根據不同領域的需求轉換為電能、熱能、化學能等

氫儲能與電化學儲能的互補性強于競爭性。在能量密度、儲能時長上具有較大優勢，在能量轉換效率、響應速度等方面則相對較差

氫能產業鏈

《氫能及燃料電池行業系列報告(一)之氫能篇：氫風徐來海闊天空》顯示：氫能主產業鏈可概括為“氫氣制取、氫氣儲運、氫氣使用”三個環節:制氫方面，目前，中國氫氣供給結構中約近80%來源于煤制氫或焦爐煤氣副產氫，電解水等清潔氫源占比較低。根據中國氫能聯盟對未來中國氫氣供給結構的預測，中短期來看，中國氫氣來源仍以化石能源制氫為主，以工業副產氫作為補充，可再生能源制氫的占比將逐年升高。到2050年，約70%左右的氫由可再生能源制取，20%由化石能源制取，10%由生物制氫等其他技術供給。

儲運方面，儲氫技術分為兩個方向物理儲氫和化學儲氫。物理儲氫主要包括常溫高壓氣態儲氫、低溫液化儲氫、低溫高壓儲氫和多孔材料吸附儲氫；化學儲氫主要包括金屬氫化物儲氫和有機液體儲氫。其中低溫高壓儲氫、多孔材料儲氫、金屬氧化物儲氫和有機溶液儲氫尚處于研發階段。

氫氣下游應用方面，主要氫能燃料電池汽車將是主要應用場景，當前由于成本等原因商用車和重卡將是應用主流；在工業領域，氫氣是重要的化工原料，合成氨、合成甲醇、原油提煉等，均離不開氫氣。除了交通行業和工業，氫氣在其他行業也有巨大的應用潛力。在電力行業，氫能發電，可以用作備用電源、分布式電源、為電網調峰。在建筑行業，一方面，天然氣摻氫用作家用燃料，可以降低燃氣使用碳排放強度；另一方面，氫驅動的燃料電池熱電聯供系統，為建筑物供電供熱，綜合能源利用效率超過80%。在醫療領域，氫氣也被證實有去除氧化基、治療氧化損傷等療效。在食品工業，也常常用氫氣實現油脂氫化，以提高油脂的使用價值。

制氫

氫氣制取方式繁多，可再生電力電解水制氫為低碳路徑下的終極目標。①根據原材料的不同，氫氣制取主要分為化石燃料制氫、工業副產氫和電解水制氫三大類，其中工業副產氫難以滿足大規模集中供應；②對于化石能源和電解水制氫，根據碳排放量的不同，又劃分為灰氫、藍氫和綠氫三大類，其中藍氫通過CCS(碳捕捉)技術降低化石燃料制氫的碳排放量，而綠氫采用可再生電力電解水制取，不僅可有效降低制取過程中的碳排放量，而且原材料可再生，符合可持續發展性。

制氫公司

寶豐能源：公司總投資14億元建設全球最大規模的太陽能電解水制氫儲能及綜合應用示范項目，主要包括新建20，000Nm3/h堿性電解槽電解水制氫裝置(合計年產氫氣1.6億Nm3/年)及配套公輔設施，制取綠氫用于化工生產。

美錦能源：公司采用焦爐煤氣制氫，可實現低成本高效大規模制氫。

東華能源：公司目前擁有PDH產能198萬噸/年，副產5.6萬噸/年氫氣。預計到2030年，公司將形成年產超900萬噸PDH、800萬噸PP、氫氣產能45萬噸

中國石化：公司氫氣年產能力超390萬噸，占全國氫氣產量的11%左右

中國旭陽集團：公司現運營焦化規模1210萬噸/年，預計2025年達到3000萬噸/年，2030年達到6000萬噸/年；旭陽集團現有氫資源26.6億方/年，預計2025年氫資源超過65億方/年，2030年氫資源超過130億方/年。

華昌化工：公司二期項目可生產合成氣(氫氣、一氧化碳)，裝置合成氣生產能力總計為110000立方/小時，在氫氣制取方面，每年可生產氫氣達20萬噸

鴻達興業：公司目前擁有100萬噸氯堿產能，副產氫氣可達2.5萬噸/年。

金能科技：公司建設90萬噸/年丙烷脫氫與8×6萬噸/年綠色炭黑循環利用項目、6.5億立方/年清潔氫能源項目，公司每年可副產氫氣4.1萬噸。

衛星化學：公司全資子公司浙江衛星能源已建成年產90萬噸丙烷脫氫制丙烯裝置，可副產氫氣3萬噸/年。

濱化股份：公司與北京億華通共同出資設立了山東濱華氫能源有限公司，主要業務方向是為氫燃料電池汽車加氫站提供氫氣，目前公司副產氫氣1.7萬噸/年。

儲氫

根據氫能物理特性與儲存行為特點，可將儲氫方式分為壓縮氣態儲氫、低溫液態儲氫、液氨/甲醇儲氫、吸附儲氫(氫化物/液體有機氫載體(LOHC)等

1)壓縮氣態儲氫：將氫氣壓縮于高壓容器中，儲氫密度與儲存壓力、儲存容器類型相關，當前技術發展成熟、廣泛應用于車用氫能領域，但國內關鍵零部件扔依賴進口，儲氫密度較國外低。優點是技術成熟、充放氫速率可調；缺點是體積儲氫密度低、容器耐壓要求高

2)低溫液態儲氫：低溫(20K)條件下對氫氣進行液化；國外約70%使用液氫運輸，安全運輸問題驗證充分；國內民用技術處于起步階段，與國外先進水平存在差距。優點是體積儲氫密度高、液態氫純度高；缺點是液化過程能耗高、容器絕熱性能要求高、成本高

3)液氨/甲醇儲氫：利用液氨、甲醇等液體材料在特定條件下與氫氣反應生成穩定化合物，并通過改變反應條件實現氫的釋放；技術距離商業化大規模使用尚遠；國內處于攻克研發階段；優點是儲氫密度高、安全性較好、儲運方便；缺點是涉及化學反應、技術操作復雜、含雜質氣體、往返效率相對較低

4)氫化物/LOHC吸附儲氫：利用金屬合金、碳質材料、有機液體材料、金屬框架等對氫的吸附儲氫和釋放的可逆反應實現；技術大多處于研發試驗階段；國內技術水平與國際先進水平存在較大差距；優點是安全性高、儲存壓力低、運輸方便缺點是普遍存在價格高、壽命短或者儲存、釋放條件苛刻等問題

加氫站

現有的加氫站主要分為站內制氫供氫加氫站和外供氫加氫站兩類，工作流程略有不同。

站內制加氫站:氫站內有制氫設備，可自行生產氫氣，經過壓縮后實現對外加氣。站內制氫加氫站可分為天然氣重整站和水電解制氫站。這類加氫站對大規模加氫站是很好的補充，氫氣價格取決于維護成本、電價和燃料價格，基礎設施成本取決于裝置生產能力。

外供加氫站:借鑒了天然氣子母站的工作原理，從站外工廠(母站氫源)送至加氫站(子站)，經過二次加壓完成對外加氣。外供氫加氫站可分為高壓氫氣站、液氫站和復產氫源站三種，其中高壓氫氣站適合小規模加氫站，氫氣運輸成本偏高，基礎設施成本較低。液氫站方面，由于我國對液氫管制嚴格，目前國內沒有液氫加氫站，短時間內難以普遍應用。

氫能燃料電池

氫能燃料電池是一種通過非燃燒方式直接將燃料的化學能轉化為電能的裝置。工作時其借助電極將進入負極的氫(含氫燃料)和進入正極的氧發生非燃燒的電化學反應，氫在負極上的催化劑(鉑)的作用下分解成正離子H⁺和電子e^-。H⁺進入電解液中穿過質子交換膜，而e^-則沿外部電路移向正極(陰極)產生電流。在正極上，空氣中的氧同電解液中的H⁺吸收抵達正極上的電子e^-形成水。燃料電池發出的電，經逆變器、控制器等裝置給電動機供電，再經傳動系統、驅動橋等帶動車輪轉動，即可驅動車輛行駛。

氫能應用領域

交通運輸領域：氫燃料電池汽車，交通運輸業排放占全球碳排放量的1/3。燃料電池車具有零排放、續航里程長等特點，是交運行業減碳的最佳選擇

建筑領域：分布式熱-電聯供系統，氫氣供燃料電池發電，燃料電池發電產生熱量用于供暖與熱水供應

儲能領域：氫儲能參與電網輔助，氫儲能系統耦合風光等可再生能源參與電網削峰填谷、調峰調頻等作用

工業領域：氫能煉鋼，利用氫氣的高還原性，代替焦炭作為高爐還原劑，以避免鋼鐵生產中的碳排放

氫能發展趨勢

(1)可再生能源制氫將成為主流：由于氫能下游應用場景的大幅擴充，制氫領域將會快速發展。而可再生能源電解水制氫在整個過程中的無碳化，未來從平價上網還將發展到低于煤電上網電價，確定了其在雙碳背景下未來的主導地位。

(2)交通領域氫電協同，燃料電池或成商用車及非道路運輸減排之選：由于鋰電池本身的電能充放特點，電動汽車在中短距離運輸中適用性較高。相比之下，燃料電池車能量密度高，加注燃料便捷、續航里程較高，更加適用于長途、大型、商用車領域，可有效解決商用貨車污染排放大等問題。未來有望形成燃料電池汽車與純電動汽車互補并存的格局。

(3)氫能應用場景多點開花，能源、工業領域是主要催化劑：碳中和大背景下，氫能在我國能源轉型中的作用和定位主要包括:實現大規模、高效可再生能源消納；在不同行業和地區間進行能量分配；充當能源緩沖載體，提高能源系統韌性；降低交通運輸過程中的碳排放；降低工業用能領域的碳排放；代替焦炭用于冶金工業降低碳排放；降低建筑采暖的碳排放等。