2020年全球及中國氫能源市場發展戰略研究及投資建議可行性

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氫能源來源廣泛。作為二次能源，氫不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重整、生物質熱裂解或微生物發酵等途徑制取，還可以來自焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業副產氣，也可以利用電解水制取，特別是與可再生能源發電結合，不僅實現全生命周期綠色清潔，更拓展了可再生能源的利用方式。

目前，氫能源主要來源途徑為化石能源重整、生物質熱裂解、生物發酵、工業副產氣、電解水等。氫能源主要發展優勢為：

（1）氫能源清潔低碳。不論氫燃燒還是通過燃料電池的電化學反應，產物只有水，沒有傳統能源利用所產生的污染物及碳排放。此外，生成的水還可繼續制氫，反復循環使用，真正實現低碳甚至零碳排放，有效緩解溫室效應和環境污染。

（2）氫能源靈活高效。氫熱值高(142.5MJ/kg)，是同質量焦炭、汽油等化石燃料熱值的3-4倍，通過燃料電池可實現綜合轉化效率90%以上。氫能可以成為連接不同能源形式(氣、電、熱等)的橋梁，并與電力系統互補協同，是跨能源網絡協同優化的理想互聯媒介。

（3）氫能源應用廣泛。氫可廣泛應用于能源、交通運輸、工業、建筑等領域。既可以直接為煉化、鋼鐵、冶金等行業提供高效原料、還原劑和高品質的熱源，有效減少碳排放；也可以通過燃料電池技術應用于汽車、軌道交通、船舶等領域，降低長距離高負荷交通對石油和天然氣的依賴；還可應用于分布式發電，為家庭住宅、商業建筑等供電供暖。

（4）氫能源安全可控。氫氣具有燃點低，爆炸區間范圍寬和擴散系數大等特點，長期以來被作為危化品管理。氫氣是已知密度最小的氣體，比重遠低于空氣，擴散系數是汽油的12倍，發生泄漏后極易消散，不容易形成可爆炸氣霧，爆炸下限濃度遠高于汽油和天然氣。因此在開放空間情況下安全可控。氫氣在不同形式受限空間中，如隧道、地下停車場的泄漏擴散規律仍有待研究。

產業發展必要性：

（1）氫氣工業使用歷史悠久。氫氣作為工業氣體已有很長的使用歷史。目前，化石能源重整是全球主流的制氫方法，具各成熟的工藝和完善的國家標準規范，涵蓋材料、設備以及系統技術等內容。電解水制氫技術歷經百年發展，在系統安全、電氣安全、設備安全等方面也已經形成了比較完善的設計標準體系和管理規范，涵蓋氫氣站、系統技術、供配電系統規范等內容。

多種優勢并舉，具備納入我國主流能源體系的基礎條件。綜合以上，我們認為氫能源具有來源廣泛、安全可控、高效靈活、低碳環保的多種優勢，同時產業發展上百年有一定成熟度，具備納入我國主流能源體系的基礎條件。

（2）氫能源符合我國落實碳減排國際責任的戰略方向：

氫能源可幫助改善我國能源結構現狀。我國長期以來能源相對短缺，能源消費量高于生產量，進口依賴度較高?；茉丛谀茉瓷a與消費中所占比例過高，能源轉化效率較低。相比化石能源，氫能源高效環保，可緩解我國能源緊張以及化石燃料燃燒副產品導致的環境污染問題，對于我國節能減排，走低碳環保之路至關重要。

（3）我國碳排放形勢嚴峻，節能低碳為大勢所趨。低碳化轉型發展是中國應對內外部新形勢、新挑戰的共同要求。目前，化石能源燃燒產生的二氧化碳排放是最主要的溫室氣體排放源。國際上看，中國碳排放量在2003年超過歐盟，2006年超過美國，連續多年成為最大碳排放國，這使得中國在國際上承受的碳減排壓力與日俱增。據中金企信國際咨詢公布的2020-2026年中國氫能源市場調研及發展趨勢預測報告統計數據顯示：2018年，我國二氧化碳排放量增長2.3億噸，增量占全球能源相關的二氧化碳排放增長量的41%；排放總量達到92億噸，占全球二氧化碳排放總量的27.8%。從國內來看，在能源資源、生態環境容量等多重約束下，有效加強碳排放管控越來越成為推動高質量發展、推進供給側結構性改革的有力抓手。

（4）國際責任所系，使我國選擇低碳節能發展之路。2016年9月3日，全國人大常委會批準我國加入《巴黎氣候變化協定》，該協定指出，各方將加強對氣候變化威脅的全球應對，在本世紀末把全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在2攝氏度之內，并為把升溫控制在1.5攝氏度之內而努力。全球將盡快實現溫室氣體排放達峰，本世紀下半葉實現溫室氣體凈零排放。作為負責任的大國，走低碳節能發展之路既是我國的責任所系，亦是使命所向，氫能依托自身低碳清潔的特點有望成為我國實現碳減排大戰略的重要抓手。

全球氫能源戰略現狀：

（1）美國：美國最先將氫能納入能源戰略，DOE主導產學研合作。美國是最早將氫能及燃料電池作為能源戰略的國家。早在1920年便提出“氫經濟”的概念，并出臺《1920年氫研究、開發及示范法案》，布什政府提出氫經濟發展藍圖，奧巴馬政府發布《全面能源戰略》，特朗普政府將氫能和燃料電池作為美國優先能源戰略，并開展前沿技術研究。2018年美國宣布10月8日為美國國家氫能與燃料電池紀念日。

美國政府對氫能和燃料電池給予持續支持，近十年的支持規模超過16億美元，并積極為氫能基礎設施的建立和氫燃料的使用制定相關財政支持標準和減免法規。美國氫能計劃的實施以美國能源部(DOE)為主導，將資金集中用于解決氫能產業所面臨的技術難題，保持美國在世界范圍內的領先地位。DOE通過資金的投人與引導，構建了以DOE所屬國家實驗室為主導，大學、研究所及企業為輔的研發體系。美國在氫能及燃料電池領域擁有的專利數僅次于日本，尤其在全球質子交換膜電池、燃料電池系統、車載儲氫三大領域技術專利數量上，兩國的技術占比總和均超過50%。美國液氫產能和燃料電池乘用車保有量全球第一。

截至2018年底，美國在營加氫站42座，計劃2020年建成75座，2025年達到200座，燃料電池乘用車數量達到5899輛。全年固定式燃料電池安裝超過100兆瓦，累計固體式燃料電池安裝超過500兆瓦。

（2）日本：日本高度重視氫產業，立志第一個實現氫能社會。日本高度重視氫能產業的發展，提出“成為全球第一個實現氫能社會的國家”。政府先后發布了《日本復興戰略》《能源戰略計劃》《氫能源基本戰略》《氫能及燃料電池戰略路線圖》，規劃了實現氫能社會戰略的技術路線。2018年，日本召開全球首屆氫能部長級會議，來自全球20多個國家和歐盟的能源部長及政府官員參加會議。未來日本將以2020東京奧運會為契機推廣燃料電池車，打造氫能小鎮。

截止2018年底，日本在營加氫站113座，計劃2020年建成160座，2025年建成320座，2030年達到900座。燃料電池乘用車保有量達到2839輛，計劃保有量2025年20萬輛，2030年80萬輛，2040年實現燃料電池車的普及。

（3）歐洲：政策、資金助力歐洲向氫能社會轉型，氫能有望向建筑、工業、交通等多領域滲透。歐盟將氫能作為能源安全和能源轉型的重要保障。在能源戰略層面提出了《2005歐洲氫能研發與示范戰略》《2020氣候和能源一攬子計劃》《2030氣候和能源框架》《2050低碳經濟戰略》等文件，在能源轉型層面發布了《可再生能源指令》《新電力市場設計指令和規范》等文件。此外，歐盟燃料電池與氫聯合行動計劃項目(FCHJU)對歐洲氫能及燃料電池的研發和推廣提供了大量的資金支持，2014-2020年間預算總額為6.65億歐元。

歐洲如今恰逢能源轉型發展期，發展氫能源在建筑、工業、交通運輸、電力、就業等多領域促進歐洲的發展。其中，到2030年，氫氣可以取代估計的7%的天然氣(按體積計算)，到2040年可以取代32%。它將在2030年和2040年分別覆蓋約250萬戶和超過1100萬戶家庭的供暖需求，此外還包括商業建筑。同時，到2040年，部署超過250萬臺燃料電池將提高能源效率，同時大約有45,000輛燃料電池卡車和公共汽車上路，燃料電池列車也可能取代大約570輛柴油列車；包括煉油廠和制氨廠在內的所有應用都可以實現向三分之一超低碳氫氣生產的轉變；此外，具有較大減排潛力的應用，如直接還原煉鋼，將可以進行大規模的可行性試驗。

①德國：德國是歐洲發展氫能最具代表性的國家。氫能與可再生能源融合發展是德國可持續能源系統和低碳經濟的重要組成部分，政府專門成立了國家氫能與燃料電池技術中心（NOW-GmbH）推進相關領域工作，并在2006年啟動了氫能和燃料電池技術國家發展計劃（NIP），從2007年至216年共計投資14億歐元，資助了超過240家企業/50家科研和教育機構以及公共部門；2017-2019年開展第二階段的工作，計劃投資2.5億歐元。通過FCUJU和NIP項目支持，德國確立了氫能及燃料電池領域的優先地位，可再生能源制氫規模全球第一，燃料電池的供應和制造規模全球第三。

德國長期致力于推廣可再生能源發電制氫技術（PowertoGas），通過氫氣連接天然氣管網，并利用現有成熟的天然氣基礎設施作為巨大的儲能設備。液體有機載體儲氫技術（LOHC）已成功應用于市場，可以實現氫氣在傳統燃料基礎設施中的儲存。德國運營著世界第二大加氫網絡，共有加氫站60座，僅次于日本。全球首列氫燃料電池列車已在德國投入商業運營，續航里程接近1000公里，計劃2021年增加氫燃料電池列車14列。

②英國：盡管英國是最早發現氫氣及制造氫燃料電池車的國家，但相較于歐洲其他國家如德國等，英國政府對氫能及燃料電池的政策支持缺乏整體性，直到2016年英國才出臺了第一個氫能發展整體戰略。2014年，E4tech及元素能源發布了氫能及燃料電池路線圖，其中包括了氫氣供應鏈路線圖（如氫氣的生產及運輸）、終端消費路線圖（如運輸工具）等11個子路線圖。這份路線圖，作為零排放戰略的一部分，旨在加快氫能及燃料電池的發展速度。2017年1月，歐盟的JIVE項目資助了歐洲5個國家部署139輛零排放燃料電池客車，其中56輛在英國。

（4）中國：我國氫能供給基礎雄厚，未來有望在能源、交通、工業多領域應用。中國具有豐富的氫能供給經驗和產業基礎。經過多年的工業積累，中國已是世界上最大的制氫國，初步評估現有工業制氫產能為2500萬噸/年，可為氫能及燃料電池產業化發展初期階段提供低成本的氫源。富集的煤炭資源輔之以二氧化碳捕捉與封存技術(CCS)可提供穩定、大規模、低成本的氫源供給。同時，中國是全球第一大可再生能源發電國，每年僅風電、光伏、水電等可再生能源棄電約1000億千瓦時，可用于電解水制氫約200萬噸，未來隨著可再生能源規模的不斷壯大，可再生能源制氫有望成為中國氫源供給的主要來源。

發展氫能源對于中國戰略意義深遠。氫能在能源、交通、工業、建筑等領域具有廣闊的應用前景，尤其以燃料電池車為代表的交通領域是氫能初期應用的突破口與主要市場。中國汽車銷量已經連續十年居全球第一，其中，新能源汽車銷量占全球總銷量的50%。工業和信息化部已經啟動《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年)》編制工作，將以新能源汽車高質量發展為主線，探索新能源汽車與能源、交通、信啟、通信等深度融合發展的新模式，研究產業化重點向燃料電池車拓展。在工業領域，中國鋼鐵、水泥、化工等產品產量連續多年居世界首位，氫氣可為其提供高品質的燃料和原料。在建筑領域，氫氣通過發電、直接燃燒、熱電聯產等形式為居民住宅或商業區提供電熱水冷多聯供。未來，隨著碳減排壓力的增大與氫氣規?；瘧贸杀镜慕档?，氫能有望在建筑、工業能源領域取得突破性進展。

氫能主要下游應用領域：氫能目前最廣泛應用與交通領域，儲能、軍事等領域具備多種應用場景。作為清潔能源，氫能被列為人類能源危機和環境污染的終極解決方案，其產業化應用也進入高速發展階段。目前，應用最為廣泛的領域為燃料電池汽車領域，豐田、本田、現代等著名車企都推出了各自的燃料電池汽車。隨各國環保要求的不斷提高，氫能利用由最初的燃料電池汽車逐漸向其他交通領域擴展，燃料電池船舶、燃料電池無人機也成為發展重點，德國、美國、日本、韓國等國家均較為重視氫能在交通領域的產業化進程。此外，氫能也可用于家用電站、軍事領域、便攜電器等領域，應用場景較為廣泛，具有較大發展前景。

產業鏈現狀：

（1）上游制造業：我國的制氫工業以引進技術為主，技術相對成熟，與發達國家的差距不大。當前，氫的制取技術主要有三種比較成熟的路線：一是以煤炭、石油、天然氣為代表的化石能源重整制氫；二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副產提純制氫；三是以電解水制氫為代表的可再生能源制氫。其他技術路線，如生物質直接制氫和光解水制氫等目前產收率較低，仍處于實驗和開發階段，尚未達到規模制氫要求。

化石能源重整制氫：煤制氫技術成熟，價格相對較低，是目前主要的化石能源重整制氫方式。煤制氫通過氣化技術將煤炭轉化為合成氣，經過水煤氣變換分離處理來提取高純度的氫氣。煤制氫技術路線可以大規模穩定制氫，成熟高效。原料煤作為最主要的消耗原料，約占煤制氫總成本的50%。以成本最低的煤氣化制氫技術為例，每小時產能54萬方合成氣的裝置，在原料煤（6000大卡，含碳量80%以上）價格600元/噸的情況下，制氫成本約8.85元/千克。結合尚處在探索示范階段的碳補集與封存（CCS）技術以控制化石能源重整制氫的碳排放，按照煤制氫路線單位氫氣生成二氧化碳的平均比例計算，增加CCS后以上設定條件下的沒制氫成本約為15.85元/千克。今后，隨著國內CCS技術的進一步開發，煤制氫此方面成本將下降。

天然氣制氫受制于原料資源，在我國尚未大規模發展。天然氣制氫技術中，國外采取的主流方法為蒸汽重整制氫。天然氣作為原料占制氫成本比重達70%以上，因此天然氣價格是決定此技術路線下制氫價格的重要因素。天然氣制氫平均成本高于煤氣化制氫，再加上中國“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦特點，僅有少數地區可以探索開展。

工業副產提純制氫：工業廢氣等副產供給充足，為氫能發展拓寬來源。工業副產提純制氫包括焦爐煤氣中氫的回收利用、甲醇及合成氨工業、丙烷脫氫（PDH）項目制氫、氯堿廠回收副產氫制氫等。對工業副產中的氫進行提純，不僅可以提高資源利用效率，實現經濟效益，又能起到降低污染、改善環境的效果。

當前工業副產提純制氫的提純成本為0.3-0.6元/千克，加副產氣體成本的綜合制氫成本在10-16元/千克之間。工業副產提純制氫能夠提供百萬噸級氫氣供應，能為氫能產業發展初期提供相對低成本、分布式氫源。

可再生能源制氫：引領制氫行業未來方向，除電解水技術外其他處于起步階段。可再生能源制氫技術路線目前主要是電解水制氫，電解水制氫技術主要有：堿性水電解槽（AE）技術，最為成熟，國內單臺最大產氣量為1,000立方米/小時；質子交換膜水電解槽（PEM）技術能效較高，國內單臺最大產氣量為50立方米/小時；固體氧化物水電解槽（SOE）采用水蒸氣點解，能效最高，但尚處于實驗階段。

--短期長管拖車運氫：氫的輸運按其形態分為氣態運輸、液態運輸和固體運輸，其中氣態和液態是目前的主流運輸方式。

高壓氣態運輸短期長管拖車為主，加壓與運力仍待提高。高壓氣態氫的運輸有長管拖車和管道運輸兩種方式，根據氫氣的輸送距離、客戶分布及使用要求等情況的不同，適用于不同場合。高壓長管拖車目前是國內氫氣近距離運輸隊主要方式，技術相對成熟，發展成長了一批儲運氫相關企業。但當前與國內的技術和效率同國際領先水平存在一定的差距。國內20MPa長管拖車是最普遍的形式，單車運量約為300千克，而國外領先技術采用45MPa纖維纏繞高壓氫瓶長管拖車運輸，單車運量高達700千克。

液態氫運輸在技術成熟地區廣泛運用，我國民用尚處空白。液態氫運輸適合遠距離、運量大的應用場景，采用液氫運輸方式能夠減少車輛運輸頻率，提高加氫站的供應能力。目前美國、日本已大量投入使用液氫罐車作為加氫站運氫的重要方式之一，我國目前尚無民用液氫運輸的實踐，以高壓氣態方式為主。

輸氫管道建設尚有差距，管網結合勢在必行。管道運輸管道運輸運行壓力通常為1.0-4.0MPa，運量大、能耗低、邊際成本低，是實現大規模、長距離氣態氫運輸的重要方式。管網建設一次性投入資金規模巨大，但長期看來是氫氣運輸發展的必然趨勢。截至2019年，美國已有約2600公里的輸氫管道，歐洲已有1598公里，而我國還停留在“百公里級“。輸氫管網建設在初期可以積極探索摻氫天然氣的方法，充分利用現有的能源運輸管道設施。

目前，我國氫能儲運將持續以長管拖車運輸高壓氣態氫為主，以低溫液態氫、管道運輸方式為輔，協同發展。長期來看，車載儲氫技術將采用更高密度和安全性的技術推動高壓氣態氫、液態氫的運輸，氫氣管網建設也將加速布局，實現不同細分市場和區域的協同發展。

加強基礎設施配套加氫：?加氫的基礎設施是燃料電池車應用的重要保障，也是氫能發展利用的關鍵環節。經過氫氣壓縮機增壓的氫氣存儲于高壓儲氫罐，再通過氫氣加注機為氫燃料電池加注氫氣。乘用車在商業運行中氫氣加注時間在3-5分鐘之間。

加氫站的技術路線有站內制氫和外供氫兩種，其中內制加氫站包括電解水制氫、天然氣重整制氫等方式，降低運輸費用的同時也增加了加氫站運營的難度。由于目前國內氫氣按照危險品管理，所以尚未有商用的站內制氫加氫站。外供加氫站則是通過長管拖車、管道輸送氫氣、液氫運輸后，在站內進行加壓、存儲和加注，運輸成本相對更高。

國內加氫站加速建設，國產化加速氫能源成本下降。國內加氫站的建設成本較高，其中設備成本占到70%左右，單個加氫站投資成本在1,000萬元以上，大幅高于傳統加油站的建設成本，且設備的運營與維護、人工費用等都使得加注氫氣的成本較高，在13-18元/千克左右。隨著氫氣加注量的不斷增加以及同加油站、加氣站的合建，單位氫氣的加注成本將呈現下降趨勢。同時，加氫設備亟需國產化，由目前核心設備依賴進口走向自主研發和量產化，將有力推動氫能源使用成本的下降及其普及。

根據規劃，在2020年，中國將建成100座加氫站，日本建成160座加氫站，韓國建成80座加氫站，德國也預計達到100座加氫站的規模。截至2018年底我國加氫站共有23座，占全球加氫站的比例約為6.23%。其中加氫規模在500公斤以上的有9座，手續齊備的商用加氫站僅6座。這距離我國2020年建設100座加氫站的目標還有很大距離，同時也表明，未來加氫站建設進度會急劇增加，相關方面需求巨大，是可見的機會點。近年來，上海、江蘇、廣東、山東等省市發布氫能發展規劃，著力加強對加氫站配套設備和建設運營按建設規模進行補貼。2019年3月，“推動充電、加氫等設施建設”增補進入《政府工作報告》。政策支持將有力推動加氫站建設，進一步明確加氫站審批流程，推動裝備自主化，與燃料電池車協同發展。

質子交換膜電池：燃料電池是實現氫能源大規模普及的重要途徑，在當前的商業應用中，質子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池是三種最主流的燃料電池技術路線。

質子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高等優點，適用于交通和固定式電源領域，成為現階段國內外主流的應用技術。熔融碳酸鹽燃料電池的優點有工作溫度較高，反應速度較快、不需貴金屬催化劑、提高燃料有效利用率等，但也存在高溫條件下液體電解質較難管理，長期腐蝕和滲漏現象嚴重等問題。其中小型電站可應用于通訊、氣象電站和水面艦船、機車等的熱電聯供。固體氧化物燃料電池燃料適應性廣、能量轉換效率高、全固態、零污染、模塊化組裝，常在大型集中供電、中型分電、小型家用電熱聯供領域作為固定電站使用。

國內燃料電池產業鏈未全面布局，核心零部件技術仍待突破。質子交換膜燃料電池使用鉑及其合金作為催化劑，其高昂的成本制約燃料電池的規模量產和商業化推廣，我國尚處實驗研究階段。核心零件質子交換膜對性能要求高，開發生產難度大，現階段主流產品多為美國、日本制造；氣體擴散層極大影響燃料電池成本和性能，主流生產企業分布于日本、加拿大、德國等。其他部件，如金屬雙極板和電堆已在國內實現多企業布局。

我國電燃料電池多指標落后國際水平，技術進步亟待解決。中國的燃料電池技術研發和產業化集中于質子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池兩類。近年來在國家政策和重點項目支持下，燃料電池技術取得了既定的進步，初步掌握了燃料電池電堆與關鍵材料、動力系統與核心部件等核心技術，部分技術指標接近國際先進水平，但仍有許多關鍵技術指標較為落后，且工程化、產業化水平低，總體技術較日本、韓國等技術相對成熟的國家有一定差距。

就質子交換膜燃料電池而言，在燃料電池電堆領域，國內目前先進的水平下，在用額定功率等級為36kW/L，體積功率密度為1.8kW/L，耐久性為5000h，低溫性能為-20℃，應用情況暫處百臺級別；相比之下，國際一流水平的在用額定功率等級和體積功率密度分別為60-80kW/L、3.1kW/L，低溫性能達到-30℃，應用達到數千臺級別，各項指標顯著優于國內水平。

--政策前景：在氫能源發展初期階段，中小企業參與居多。我國對氫能的研究與開發可追溯到20世紀60年代。2000年科技部啟動973基礎研究項目，內容為氫能的規模制備、儲運和燃料電池的相關研究，該項目針對氫能領域的若干科學命題的核心技術開展基礎性研究。2001年-2005年，國家科技部863電動汽車重大專項設立課題，以期在燃料電池、燃料電動發動機以及整車系統方面形成一套擁有自主知識產權的核心技術，最終開發成功燃料電池公交車和燃料電池轎車。早期的氫燃料電池行業發展以民企自發行為居多，資金、技術、人才積累有限。

2011年以來，政府相繼發布《“十三五”戰略性新興企業發展規劃》《能源技術革命創新行動計劃（2016~2030年）》《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012~2020年）》《中國制造2025》等頂層規劃，鼓勵并引導氫能及燃料電池技術研發。2012年，清華大學、同濟大學、中科院大連物理化學研究所、上汽、一汽等發起成立中國燃料電池汽車技術創新戰略聯盟。2016年10月26日，在中國汽車工程學會年會上，國家強國戰略咨詢委員會、清華大學教授歐陽明高作為代表發布了備受關注的節能與新能源汽車技術路線圖，其中燃料電池的規劃如下：

近幾年大央企不斷加入，以與地方政府合作、發展城市氫能源產業為出發點，逐步將氫能源領域發展提上日程。進入2019年，廣東、山西等10個省份將發展氫能寫入政府工作報告，山東、浙江等省份陸續發布本地氫能產業發展規劃。隨著國有企業的進駐與發展，更多的會議和組織開始關注重視氫能源。我們認為，我國氫能的發展已經進入關鍵期，前期基礎的產業化配套能力已經具備，現在需要的是加強氫能在各個領域的規?；瘧?，從而拉伸產業鏈配套能力，提高整個產業的成熟度。