氫能產業鏈圖譜及發展情況分析
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氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源,可以作為汽油、柴油等能源的替代,與鋰動力電池形成互補。與汽油、柴油相比,氫的燃燒或電化學產物只有水,不存在碳排放和污染物;同時,氫具有更高的質量能量密度。隨著碳中和、能源轉型逐漸成為全球共識,氫能產業正在成為世界各主要經濟體競相發展的新興產業。
01
全球能源發展形勢
隨著“碳達峰”“碳中和”目標的提出和世界能源消費結構向清潔、低碳和多元化轉型,清潔能源將主導世界能源需求增長。根據BP世界能源展望,到2040年,全球天然氣和可再生能源需求占比將超過54%,可再生能源增長將超400%。

圖1能源需求發展趨勢
來源:《BP世界能源展望》
我國是能源消費大國,其中煤炭消費量巨大,但隨著我國能源戰略轉型升級步伐加快,陸上風電、太陽能光伏、水電等綠色能源將成為我國能源消費的主要力量。煤炭發電占比將從2018年的66.40%下降到2050年的5.70%,太陽能光伏發電和風能發電,分別從2018年的2.50%、5.10%增長到2050年的30.10%、30.50%。而氫能作為理想的清潔二次能源,成為推動我國能源轉型的一種可行技術路線,逐漸成為我國能源領域的熱點話題,并被寄予厚望。

圖2我國化石燃料發電占比趨勢圖
來源:火石創造根據公開資料整理
與煤炭、石油、天然氣等傳統能源和太陽能等可再生能源相比,氫具有來源多樣、清潔低碳、靈活高效、應用場景豐富等特點,可用于儲能、發電、各種交通工具用燃料、家用燃料等。
表1氫能與其他能源比較情況表

來源:火石創造根據公開資料整理
因此,氫能被認為是推動傳統化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規模發展的理想互聯媒介,也是實現交通運輸、工業等領域大規模深度脫碳的最佳選擇。
02
氫能產業發展情況
從全球來看,早在20世紀70年代,日本和美國就開始探索氫能和燃料電池技術。近年來,受傳統化石能源價格波動以及氣候壓力增大影響,各國加大了低碳和綠色轉型發展的步伐,發展氫能成為世界各主要國家的共識。目前氫經濟的全球布局已經初步展開,全球直接支持氫能發展的國家約為50個,2019年,歐盟、韓國、日本、美國等紛紛制定、更新氫能發展路線,進一步加快氫經濟全球布局步伐。

圖3全球主要國家和地區氫能發展里程碑事件
來源:火石創造根據公開資料整理
從國內來看,我國已將碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局,將氫能規劃為未來國家能源體系的重要組成部分、用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體、戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。2022年3月,國家發改委、國家能源局聯合出臺《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》,不僅明確了氫是未來國家能源體系的組成部分,而且明確了氫能是發展戰略性新興產業的重點方向,是構建綠色低碳產業體系、打造產業轉型升級的新增長點。自《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》發布以來,各地方政府已累計發布70余項相關配套政策,構建了涵蓋科技創新、應用示范、基礎設施、產業布局等各環節的綜合氫能發展體系。截至2022年年底,我國規劃在建或已運營的氫能產業園約有60個,分布在中國超60%的省份中。
表2我國氫能產業園匯總

來源:火石創造根據公開資料整理
03氫能產業鏈情況

圖4氫能產業鏈圖譜
來源:火石創造根據公開資料繪制
(一)氫能產業鏈上游
氫能產業鏈上游主要為制氫。主要有化石燃料制氫、工業副產氫、電解水制氫、光解水制氫和生物質制氫五種制氫方式。國外主要制氫方式為天然氣重整制氫,我國主要利用工業制氫,現有工業制氫產能約2500萬T/A,其中煤制氫產能約1000萬T/A,約占總量的40%,占比最大,成本最低,約為10-13元/公斤。其次是工業副產氫約800萬T/A,制氫成本約為10-16元/公斤。而電解水制氫的成本約為30-40元/公斤。對比五種制氫方式優缺點,隨著電解水制氫成本的持續下降,未來電解水制氫成為各國瞄準的方向和攻關重點。
表3制氫方式優缺點及成本

來源:火石創造根據公開資料整理
(二)氫能產業鏈中游
氫能產業中游主要包括儲運氫和加氫站建設。儲運氫環節,主要有高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、固體儲氫和有機液體儲氫等方式。日本、美國和歐洲國家儲運氫產業化水平較高,氣氫儲運達70MPa,并且可以實現長距離液氫儲運;我國氣氫儲運大部分停留在35MPa水平,液氫尚不能實現路上運輸。此外,美國、歐洲已分別建成2600km、1500km的輸氫管道,中國僅100km。儲運氫環節成為我國氫能產業亟待攻克的環節。
表4儲運氫環節各儲存方法優缺點及成本

來源:火石創造根據公開資料整理
在加氫站建設方面。截止到2021年底,日本擁有全球最多的加氫站,達159座。美國的加氫站數量逐年提升,到2030年將超過韓國、日本、中國數量的總和。我國計劃到2030年建設1500座加氫站,加氫站數量正穩步提升。未來,美國和亞洲將成為加氫站數量領先的國家和地區。

圖5全球主要國家加氫站建設情況氣泡圖
來源:火石創造根據公開資料整理
(三)氫能產業鏈下游
氫能產業鏈下游包括燃料電池以及終端應用,其中燃料電池是核心也是最具發展潛力的環節。在燃料電池環節,日本、美國、韓國均已研發出氫燃料電池車輛并投放市場,我國氫燃料電池領域整體處于成長上升階段,與發達國家技術水平有一定差距,特別是燃料電池電堆和核心零部件、關鍵材料等核心技術,與發達國家相比相對落后,一些關鍵零部件和材料仍依賴進口。
表5國內外燃料電池系統技術指標對比

來源:火石創造根據公開資料整理
在終端應用環節,氫能應用領域廣泛,交通領域是氫能應用的主要發力點。目前,我國燃料電池車產業處于導入期,國產燃料電池乘用車制造成本約在150萬人民幣左右,而國外燃料電池乘用車售價已經降至5.5-6萬美元。按照市區工況百公里電耗15-18千瓦時和油耗6-10升汽油測算,燃料電池乘用車成本需控制在30元/公斤和45元/公斤方具有競爭力。
除交通領域外,氫能還可應用于家庭供電、氫能煉鋼等領域。日本和德國在家庭供電方面發展勢頭良好。日本、德國、瑞典等還在探索“氫能煉鋼”項目示范。我國在交通領域的應用探索不斷向前,已經基本掌握了燃料電池車的核心技術,具備進行大規模示范運行的條件。但其他應用領域還與國際水平存在較大差距,在熱電聯供、天然氣與氫氣摻燒、加氣站摻氫供應等領域有較大發展空間。
表6國內外主要燃料電池乘用車比較

來源:火石創造根據公開資料整理
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作者|火石創造 何鑫
原文標題 : 氫能產業鏈圖譜及發展情況分析
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