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產(chǎn)業(yè)解析 | 氫能產(chǎn)業(yè)解析與發(fā)展趨勢
來源：高新院 achie.org 日期：2022-02-18 點擊：次
作為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)重要綠色能源發(fā)展的方向之一，國內(nèi)氫能發(fā)展熱度日益高漲。統(tǒng)計信息顯示，目前全國已有20多個省份40多個地級市發(fā)布氫能規(guī)劃，其規(guī)劃產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過萬億元；眾多央企和上市公司也競相布局氫能發(fā)展。與此同時，作為新興產(chǎn)業(yè)，氫能面臨制儲運加等環(huán)節(jié)核心技術(shù)欠缺和成本較高、標(biāo)準(zhǔn)體系不成熟、產(chǎn)業(yè)鏈和配套設(shè)施不完善等問題，需要從完善政策、明確標(biāo)準(zhǔn)、突破關(guān)鍵核心技術(shù)與重要設(shè)備材料自主創(chuàng)新研發(fā)、引導(dǎo)資本投入等方面不斷發(fā)力解決。
我國氫能產(chǎn)業(yè)概況
1、政策驅(qū)動效應(yīng)凸顯，重點區(qū)域示范疊加央企入場加速推動氫能產(chǎn)業(yè)
“十三五”時期是氫能產(chǎn)業(yè)起步加速期，國家層面相繼出臺了多項戰(zhàn)略規(guī)劃與政策，包括《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030年）》等，明確了氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)、路徑與保障舉措。2020年，《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，以及《新時代的中國能源發(fā)展》白皮書等相繼發(fā)布，產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向更精準(zhǔn)、更強調(diào)發(fā)揮市場作用。此外，隨著國家燃料電池汽車示范城市群項目啟動，加之各省都在“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要中明確氫能發(fā)展建設(shè)，由此氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將全面提速。
2017年以來，我國氫能已逐步建立起制儲運加用等重點環(huán)節(jié)較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，初步具備了規(guī)模化發(fā)展的基礎(chǔ)。京津冀、長三角、珠三角、成渝、山東及環(huán)武漢等地區(qū)先發(fā)優(yōu)勢明顯，示范帶動作用和對優(yōu)勢企業(yè)的吸引力不斷增強，集聚效應(yīng)初步顯現(xiàn)。我國能源中央企業(yè)紛紛布局氫能業(yè)務(wù)，依托自身技術(shù)基礎(chǔ)和資源優(yōu)勢，積極創(chuàng)新發(fā)展模式，推動與地方政府及相關(guān)企業(yè)在氫能領(lǐng)域開展戰(zhàn)略合作，迅速成為我國氫能產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的重要力量。《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》顯示，我國氫氣年產(chǎn)能約4100萬噸，產(chǎn)量約3342萬噸，是世界第一產(chǎn)氫國。
2、技術(shù)自主創(chuàng)新取得突破，進口替代成效顯著
氫氣制儲運加環(huán)節(jié)：制氫方面，我國大型煤制氫、天然氣制氫技術(shù)及裝備世界領(lǐng)先；堿性電解槽技術(shù)并跑國際先進水平；質(zhì)子交換膜電解槽（PEM）技術(shù)進步較大，但仍跟跑國際先進水平；固體氧化物電解池（SOEC）技術(shù)處于實驗驗證階段。車載儲氫容器方面，我國三型瓶技術(shù)成熟并實現(xiàn)全國產(chǎn)化，四型瓶初步具備量產(chǎn)水平。儲運方面，我國仍以20MPa壓縮氫氣運輸為主，液氫、固態(tài)儲氫、50MPa壓縮氣體運輸技術(shù)及裝備取得顯著進步，但與國際一流水平差距明顯；98MPa固定儲氫容器和45MPa（含以上）固定儲氫瓶組性能指標(biāo)基本達到國際先進水平。加氫站技術(shù)及裝備方面，45MPa隔膜式和液驅(qū)式氫氣壓縮機已具備產(chǎn)業(yè)化能力；90MPa氫氣壓縮機核心技術(shù)取得突破；加氫機整機開發(fā)實現(xiàn)國產(chǎn)化，但閥門、流量計等關(guān)鍵部件仍依賴進口。
燃料電池及零部件環(huán)節(jié)：關(guān)鍵材料方面，近幾年技術(shù)有所突破，但整體水平對比世界先進仍有較大差距，產(chǎn)品對外依賴度較大。質(zhì)子交換膜和氣體擴散層（碳紙）技術(shù)水平顯著提升，但產(chǎn)業(yè)化仍有待突破；催化劑已實現(xiàn)量產(chǎn)，但仍跟跑國際先進水平。核心零部件方面，膜電極、空壓機、雙極板等國產(chǎn)化進展迅速，正在快速縮小與國際先進水平的差距，2020年成本同比降幅達30%以上；電堆與系統(tǒng)集成技術(shù)水平與國際并跑，并向高功率、高集成、低成本方向發(fā)展。氫氣循環(huán)泵總體處于跟跑狀態(tài)，但國內(nèi)企業(yè)積極推動技術(shù)攻關(guān)，已取得一定進展。固體氧化物燃料電池（SOFC）方面，我國擁有全球最大的陶瓷電解質(zhì)膜片供應(yīng)商，5kW級SOFC電堆及系統(tǒng)已開發(fā)成功。
3、終端應(yīng)用場景趨于豐富，推廣已具規(guī)模
交通運輸領(lǐng)域：城市公交和物流車仍是目前最主要的燃料電池終端產(chǎn)品，續(xù)航能力在300-500公里；國內(nèi)已有企業(yè)陸續(xù)推出燃料電池乘用車、重卡、應(yīng)急電源車等。燃料電池船舶方面，我國已推出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的船用燃料電池系統(tǒng)。我國逐漸探索出一條以商用車為主的中國特色燃料電池汽車推廣路徑。2016-2019年，我國燃料電池汽車產(chǎn)銷量穩(wěn)步上升；2020年受疫情影響產(chǎn)銷量同比有所下降，前11個月產(chǎn)銷量分別為935輛和948輛。截至目前，我國燃料電池汽車保有量約7200輛，以中型貨車和大中型客車為主，累計運營里程接近1億公里；上海、深圳和佛山投放車輛均超過千輛。
冷熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域：2021年上半年以來，國內(nèi)對氫能在熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域的探索，已經(jīng)開始向示范應(yīng)用階段邁進，東方電氣、高成綠能、鏵德氫能等多家公司都已成功交付了燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)示范項目。由東方電氣集團有限公司旗下全資子公司東方電氣（成都）氫燃料電池科技有限公司自主研制的100kW級商用氫燃料電池冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，發(fā)電效率大于52%，熱電聯(lián)產(chǎn)總效率超過90%，支持離網(wǎng)并網(wǎng)、孤島運行和黑啟動，同時對外提供65℃熱水。
相比于此，國內(nèi)更多公司均在進行小功率的熱電聯(lián)產(chǎn)嘗試。由浙江高成綠能科技有限公司（“高成綠能”）自主研發(fā)生產(chǎn)的20kW燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)成功交付到嘉興紅船基地“零碳”智慧園區(qū)。該系統(tǒng)是一種基于燃料電池開發(fā)的新型零排放熱電聯(lián)供電站系統(tǒng)，包含電解水制氫模塊、儲氫模塊、燃料電池發(fā)電模塊、余熱回收模塊、直流配電模塊和控制模塊，可大規(guī)模應(yīng)用于儲能側(cè)，用作循環(huán)發(fā)電電源和調(diào)峰電源，并為用戶提供熱水或暖氣。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈解析
氫能在全球能源轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)碳中和過程中，承擔(dān)著不可替代的重要角色。從目前全球能源發(fā)展?fàn)顩r看，未來化石能源、新能源及氫電二次能源互聯(lián)互動的格局，將成為一種長期狀態(tài)。以氫能為基礎(chǔ)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋以下幾方面。
上游產(chǎn)業(yè)：氫氣的生產(chǎn)與供應(yīng)，涉及氫氣制取（包括化石燃料制取、工業(yè)副產(chǎn)、可再生能源電解水等）、氫氣儲運（包括儲氫瓶、管道運氫、液氫槽車等）、加氫站建造與運營。
中游產(chǎn)業(yè)：燃料電池及核心零部件，涉及燃料電池核心零部件（包括雙極板、膜電極、質(zhì)子交換膜、氣體擴散層、催化劑等）、電堆、系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。
下游產(chǎn)業(yè)：燃料電池及氫氣的應(yīng)用，主要涉及燃料電池新能源汽車、不間斷電源（UPS）、工業(yè)及建筑領(lǐng)域用氫等，以及貫穿其中的材料、設(shè)備及服務(wù)等內(nèi)容。氫能產(chǎn)業(yè)鏈中，制氫技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施如加氫站建設(shè)、燃料電池研發(fā)與制造，是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)與核心。
氫能產(chǎn)業(yè)特征
從全球格局看：技術(shù)儲備方面，日本專利第一，是產(chǎn)業(yè)技術(shù)的掌握者。我國雖然基礎(chǔ)研究領(lǐng)跑，但是應(yīng)用技術(shù)不足，產(chǎn)業(yè)鏈的核心掌控能力不強。全球主要國家的氫能戰(zhàn)略側(cè)重點各有不同，日韓重應(yīng)用，歐洲推基建，我國以能源轉(zhuǎn)型、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)為核心，側(cè)重科技創(chuàng)新和下游應(yīng)用的推動。
從國內(nèi)發(fā)展階段看：政策方向已由燃料電池車購置補貼、下游市場，向基礎(chǔ)設(shè)施、關(guān)鍵零部件、運營服務(wù)等供給端傾斜，如氫能汽車的十城千輛示范行動，強調(diào)技術(shù)攻關(guān)區(qū)域合作和示范應(yīng)用；發(fā)展基礎(chǔ)方面，作為世界最大產(chǎn)氫國、商用車最大應(yīng)用地，裝備和儲氫材料的制造基礎(chǔ)雄厚，已經(jīng)成立了產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，具備產(chǎn)業(yè)化加速基礎(chǔ)；區(qū)域布局方面，環(huán)渤海創(chuàng)新發(fā)力，重點做綠氫制備及關(guān)鍵零部件及技術(shù)研發(fā)，長三角領(lǐng)跑燃料電池車的研發(fā)和示范，珠三角加氫網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最成熟、氫能和燃料電池示范顯著，川渝地區(qū)是可再生能源及電池電堆研發(fā)的重要地區(qū)，中部地區(qū)重點突破電池重要零部件及客車的大規(guī)模示范。
從市場前景看：供給方面，氫能在全球未來的能源供給體系中約占18%，在我國未來終端能源體系中占比達10%，氫能供給結(jié)構(gòu)將從以化石能源的非低碳氫逐步過渡到以可再生能源為主的清潔氫；需求方面，我國規(guī)劃到2025年，燃料電池汽車保有量達到10萬輛；到2035年，燃料電池車將達到130萬輛，下游相關(guān)產(chǎn)品的市場也將打開。到2050年，氫氣需求量將接近6000萬噸，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%；到2060年，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20%。
氫能產(chǎn)業(yè)競爭格局
近幾年，全球氣候異常，促使實現(xiàn)碳中和成為全世界最緊迫的任務(wù)之一。歐盟、日本和韓國及其他110多個國家和地區(qū)，已承諾到2050年實現(xiàn)碳中和。我國承諾到2060年實現(xiàn)碳中和。
先進國家地區(qū)相繼更新氫能戰(zhàn)略。2020年7月，“歐盟氫戰(zhàn)略”出臺，計劃未來10年內(nèi)向氫能產(chǎn)業(yè)投入5750億歐元。2020年12月，美國能源部發(fā)布《氫能項目計劃》，將協(xié)同所有能源部門致力于氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)研發(fā)，并加大示范和部署力度，以期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化，到2050年，美國本土氫能需求將增至4100萬噸/年，占未來能源消費總量的14%。2021年10月，韓國政府公布了旨在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的“氫能領(lǐng)先國家愿景”，爭取到2030年構(gòu)建產(chǎn)能達100萬噸的清潔氫能生產(chǎn)體系，并將清潔氫能比重升至50%，主導(dǎo)全球氫能源市場；2050年達到500萬噸，并將氫氣自給率升至50%。
主要國家在氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)儲備上各有不同。在產(chǎn)業(yè)鏈上游制氫環(huán)節(jié)，日本和美國專利申請趨勢較接近，2000年后專利數(shù)量開始上升，2005年日本專利數(shù)量達到最高點，之后緩慢下降，近5年下降明顯，美國在2010年專利數(shù)量開始下降;我國制氫技術(shù)專利申請較晚，2005年以后才逐漸有所增長，2010年后突飛猛進，2016年后專利數(shù)量超過美日韓德4個國家之和;相比之下，德國和韓國制氫專利數(shù)量變化一直比較平穩(wěn)，且數(shù)量偏少。在儲運氫技術(shù)方面，上述5個國家1980年以來的趨勢與制氫大致相同，日本在儲運氫技術(shù)上投入研發(fā)較早。在下游的主要應(yīng)用質(zhì)子交換膜燃料電池方面，日本自20世紀(jì)70年代開始申請專利，2000年后迅速增長，2004年達到最高點1480項，此后開始緩慢下降，其他4個國家在質(zhì)子交換膜技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量變化不大，我國近5年雖有所增長，但年度最大申請數(shù)量未超過500項。
我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向
在我國，圍繞氫能產(chǎn)業(yè)上下游重點環(huán)節(jié)，以及全產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)突破與關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化替代，是未來產(chǎn)業(yè)布局的重要方向。
一是綠氫成為未來制氫重點。在技術(shù)進步、政策指引和行業(yè)企業(yè)社會責(zé)任意識的多重作用下，綠氫制備的固定和非固定成本均有望下降，使綠氫能趕超灰氫的經(jīng)濟優(yōu)勢。預(yù)計到2030年，我國綠氫市場規(guī)模將增長近30倍，綠氫的占比也將從2019年的1%提高到2030年的10%。綠氫的增長主要來自于交通領(lǐng)域，源于氫燃料電池車的大面積推廣使用，其次是工業(yè)領(lǐng)域和能源領(lǐng)域。
二是降成本、強性能、擴應(yīng)用，成為產(chǎn)業(yè)與技術(shù)目標(biāo)。通過加強基礎(chǔ)技術(shù)、應(yīng)用研發(fā)，示范項目驗證，制定相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，降低全產(chǎn)業(yè)鏈成本、消除行業(yè)發(fā)展壁壘、聚合多種氫能供應(yīng)、挖掘氫能新應(yīng)用、開發(fā)氫能綜合應(yīng)用系統(tǒng)，是產(chǎn)業(yè)與技術(shù)未來主要方向。
三是“需求+資本”推拉成為產(chǎn)業(yè)技術(shù)加速發(fā)展的引擎，政府積極引導(dǎo)、包含大型央企在內(nèi)的各類社會資本進入儲運加氫、燃料電池等高技術(shù)含量、資本密集的環(huán)節(jié)，將推動各項關(guān)鍵尖端技術(shù)的噴涌。
