浅谈我国氢能产业链现状与发展趋势

作者：杨安澜，CFA、FRM，陈浩川邮箱：research@fecr.com.cn 浅谈我国氢能产业链现状与发展趋势 相关研究报告： 1.《双碳“1+N”政策体系再完善，积极应对气候变化——2022年三季度中国绿色产业发展运行报告》，2022.11.03 2.《大规模开发、高水平消纳，可再生能源迎来明确发展路线——2022年6月中国绿色产业发展运行报告》，2022.07.22 3.《中国氢能源行业发展概述》， 2022.01.19 摘要 氢能被国际社会誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源，氢能科技创新和产业发展持续得到各国青睐。美国、日本等发达国家纷纷将氢能上升为国家战略。我国氢能产业仍处于发展初期，为引导氢能产业健康有序发展，2022年3月23日，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，部署了推动氢能产业高质量发展的重要举措以及产业发展的各阶段目标。 氢能低碳环保，燃烧的产物只有水，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，助力我国实现“双碳”目标。另外，氢能在我国能源安全中也将扮演重要角色，可减少我国对于石油、天然气的进口依赖，将能源安全的主动权掌握在自己手中。同时，氢能也是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。 氢能产业链分别为上游制氢、中游储运以及下游用氢。上游制氢工艺目前大部分还是通过化石能源作为原料制取的“灰氢”，但随着清洁能源发电规模的提高以及技术的进步，通过电解水制取的“绿氢”将是未来主流的工艺方式。氢的储运根据使用场景的不同，形成以长管拖车为主，液氢槽罐车、管道运输为辅的多元化运输体系。下游最主要的应用领域是氢能源汽车以及与之配套的加氢站等基础设施，目前还处于快速发展阶段。 受顶层设计、政策利好驱动，氢能产业正稳步发展。预计未来10年内将形成完整氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。氢能最终将纳入我国终端能源体系，对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。 氢能被国际社会誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源，氢能科技创新和产业发展持续得到各国青睐。美国、日本等发达国家纷纷将氢能上升为国家战略，抢占产业发展先机和制高点。我国氢能产业仍处于发展初期，为引导氢能产业健康有序发展，2022年3月23日，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021- 2035年）》（以下简称“《规划》”），部署了推动氢能产业高质量发展的重要举措以及产业发展的各阶段目标。 一、氢能技术的特点与战略定位 氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。国际可再生能源机构预计，在实现1.5o目标情境下到2050年氢能产量达到6.14亿吨/年，在总能源消耗中的占比达到12%。 （一）低碳环保，促进实现“双碳目标” 氢气在氧气中的燃烧化学方程式为：2H2+O2=2H2O，与其他化石能源的燃烧不同，氢气燃烧不生成二氧化碳、二氧化硫等温室气体，燃烧产物只有水，是世界上最清洁的能源之一。 目前，我国每年的二氧化碳排放量在全球位列第一，2020年为98.93亿吨，2021年为105.23亿吨，2022年的碳排量预计下降0.9%，但也处于超过100亿吨的高排放水平，高于位列二、三、四位国家碳排放量的总和。“双碳”目标的提出，意味着我国进入了高质量绿色发展的新阶段，但我国的能源消费结构还较为依赖化石能源，原煤在能源消费结构中占比依然超过50%，其他化石能源诸如石油、天然气也分别占有较大的比重，为实现“双碳”目标，如果没有核心技术的创新，这个目标将难以实现。在我国当今的工业体系、生产模式下，通过“拉闸限电”等模式来减排是不现实的。 氢能或将承担这一历史使命，氢能可以帮助人类脱碳、固碳，甚至实现负碳。对于终端用能来说，可以把氢作为主要能源，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，通过氢电互补体系实现工业用能领域二氧化碳排放量的减少。在交通等方面，以氢能代替柴油、汽油等能源，也可以实现减排甚至“零排”，对于促进实现“双碳”目标具有重要作用。 （二）热值高、存在范围广泛，安全性高，未来在我国能源安全中或扮演重要角色 氢气的热值为143kj/g，约为甲烷（天然气主要成分）的2.4倍，汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，是除核能以外热值最高的燃料。并且氢元素存在广泛，作为元素周期表排名第一位的元素，是宇宙中最丰富的元素，总质量占所有元素综合的75%之多，氢元素在自然界多大多以水的方式存在，取之不尽，用之不竭。 除此之外，氢气的安全性也相对较高。首先氢气本身无毒无味，也不具有放射性，吸入少量氢,对人体没有任何危害，甚至对人体有益。其次氢气相对也不易爆炸，氢气在开放的大气中，很容易快速逃逸，而不像汽油蒸汽挥发后滞留在空气中不易疏散，相对较为安全。 我国因受“富煤、贫油、少气”的资源禀赋限制，高度依赖石油、天然气的进口。目前全球贸易摩擦越演越烈、俄乌冲突持续升级，在地缘政治与能源供应风险骤增的背景下，能源安全的重要性被提到了一个新的高度，因此，必须抓紧推动能源转型，尽快实现技术突破，减少对外部能源以及传统能源的依赖，“先立后破”，将能源安全的主动权掌握在自己手中，才能够在动荡的国际形势下独善其身，确保国民经济平稳运行，未来，氢能或将是国家能源体系中的重要组成部分。 （三）科技含量高，是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向 理论上来说，液氢是氢能利用的最佳形态，它密度高，是标准状态下氢气密度的850倍，是70MPa高压氢气 1.8倍。并且液氢易于点火，燃烧稳定且效率高，液氢的临界压力低，它高于热容量，适合作为推力室中的再生冷却器，各种动力循环方案适用，有利于发动机方案的优化和可靠性设计。但液氢的形成要求-253℃的低温，这对制备、储存、运输等各个环节要求极其严苛。液氢的储存和运输一直是制约氢能源大规模应用的瓶颈。之前，国内液氢主要用于航天等尖端领域，很难进入民用领域，较难形成大规模商业化。 未来，氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向，突破氢能核心技术和关键材料瓶颈，加速产业升级壮大，可实现产业链良性循环和创新发展。 二、我国氢能产业链现状 （一）氢能产业链概况 我国目前是世界上最大的制氢国，年制氢产量约3300万吨，其中，达到工业氢气质量标准的约1200万吨。另外，我国可再生能源装机量全球位列第一，在低碳清洁的氢能供给上具有巨大潜力。 3,500 产量（万吨） 增速（%） 2,500 2,100 2,200 1,800 1,850 1,915 3,300 35% 3,000 2,500 2,000 30% 25% 20% 1,50015% 1,00010% 5005% 00% 2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年 图2.1.1：我国历年氢能产量与增速 资料来源：中国煤炭工业协会，远东资信整理 目前，国内氢能产业呈现积极发展态势，已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用。全产业链规模以上工业企业超过300家，集中分布在长三角、粤港澳大湾区、京津冀等区域。 氢能产业链分别为上游制氢企业、中游储运商以及下游用氢企业，包括加氢站的建设运营商，氢能源汽车是目前我国氢能应用最主要的领域，或也是未来氢能产业最重要的应用发展方向。2022年11月16日，第二届氢能国际(中国·南海)主题峰会在线上举行。在会上发布了2022全球氢能企业TOP100榜单，评分方式主要采用定性分析和定量分析相结合的方法进行研究，最终评选出国外50家氢能、国内50家氢能企业进入“2022全球氢能企业TOP100”榜单。 表2.1.2：入围2022全球氢能企业TOP100的中国企业 序号 企业名称 序号 企业名称 1 北京亿华通科技股份有限公司 26 江苏神通阀门股份有限公司 2 厚普清洁能源股份有限公司 27 湖南凯美特气体股份有限公司 3 丰电科技集团股份有限公司 28 佛燃能源集团股份有限公司 4 滨化集团股份有限公司 29 湖南恒光科技股份有限公司 5 冰轮环境技术股份有限公司 30 宁夏宝丰能源集团股份有限公司 6 东方电气股份有限公司 31 宝泰隆新材料股份有限公司 7 杭氧集团股份有限公司 32 隆基绿能科技股份有限公司 8 杭州中泰深冷技术股份有限公司 33 金能科技股份有限公司 9 昊华化工科技集团股份有限公司 34 洛阳建龙微纳新材料股份有限公司 10 吉林电力股份有限公司 35 江苏国富氢能技术装备有限公司 11 江苏华昌化工股份有限公司 36 上海重塑能源科技有限公司 12 江苏龙蟠科技股份有限公司 37 上海舜华新能源系统有限公司 13 山西美锦能源股份有限公司 38 上海治臻新能源装备有限公司 14 深圳市英威腾电气股份有限公司 39 爱德曼氢能源装备有限公司 15 潍柴动力股份有限公司 40 国家电投集团氢能科技发展有限公司 16 卫星化学股份有限公司 41 上海捷氢科技股份有限公司 17 无锡先导智能装备股份有限公司 42 上海氢枫能源技术有限公司 18 长城汽车股份有限公司 43 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 19 浙江嘉化能源化工股份有限公司 44 上海氢晨新能源科技有限公司 20 中材科技股份有限公司 45 广东国鸿氢能科技有限公司 21 中国石油化工股份有限公司 46 新源动力股份有限公司 22 中集安瑞科控股有限公司 47 广东华特气体股份有限公司 23 中山大洋电机股份有限公司 48 国家能源集团国华投资(氢能公司) 24 航锦科技股份有限公司 49 江苏清能新能源技术股份有限公司 25 诚志股份有限公司 50 上海济平新能源科技有限公司 资料来源：公开新闻，远东资信整理 （二）上游：化石能源制氢方式为主 目前氢气的生产方式主要分为三种，分别为化石燃料制氢、工业副产制氢和电解水制氢。化石燃料制氢主要是以煤炭为还原剂水蒸气为氧化剂，在高温下将碳转化为CO和H2为主的合成气，然后经过煤气净化、CO转化以及H2提纯等主要生产环节，最终生成氢气。工业副产制氢是指在生产过程中，利用富含氢气的终端废弃物或副产物作为原材料，采用变压吸附法（PSA）回收提纯制取氢气。电解水制氢，顾名思义是通过对加入电解液的水通电，分解成为氢气和氧气。 根据生产工艺的不同，可以把氢气分为“灰氢”“蓝氢”“绿氢”，灰氢指的是以化石能源为原料，通过燃烧或重整等方式制取的氢气，灰氢制取成本相对较低，但在整个工艺流程中碳排放量较高，不利于“双碳”目标的实现。蓝氢是指在生产过程中使用了碳捕集、利用与封存（CCUS）等先进技术制成的氢气，该技术可捕获温室气体，能够减少生产过程中的碳排放量。绿氢则是通过清洁能源发电，电解水制成的氢气。电解水制氢的技术装备简单，工艺流程也较为稳定，在生产过程中几乎没有碳排放，但是缺点是成本较高，单位成本约为灰氢的4-5倍，这也是目前电解水制氢发展的最大瓶颈。 目前全球主流的制氢方式是甲烷水蒸气催化重整工艺（SMR），SMR是指在一定的反应条件下,使用催化剂促使甲烷的C-H键断裂,并重新组合生成新的化学键过程，具有工艺简单、成熟等优点,但我国因资源禀赋的特点，仍以煤制氢的方式为主，相较于SMR工艺排放的二氧化碳更多，而电解水低碳环保的制氢方式我国和全球其他国家占比都不到1%。 全球中国 62% 59% 19% 19% 21% 18% 1%1% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 煤制氢天然气制氢工业副产制氢其他（电解水制氢） 图2.2.1：全球与我国制氢结构 资料来源：IEA、中国煤炭工业协会，远东资信整理 （三）储运：长管拖车为主，液氢槽罐车、管道运输为辅多种方式齐头并进 根据氢的存在形态不同，储存主要也分为三种方式，分别为气态储氢、液态储氢和固态储氢。气态储存是目前最为常见的储存方式，具有成本低、充放速