氫能產(chǎn)業(yè)鏈圖譜
氫能作為二次能源，必須從一次能源轉(zhuǎn)換得到，再運(yùn)輸至用能終端，轉(zhuǎn)化為電力、熱能或機(jī)械動力。因此，氫能主產(chǎn)業(yè)鏈可概括為“氫能制取、氫能儲運(yùn)、氫能加注、氫能源能量轉(zhuǎn)化、氫能使用”等環(huán)節(jié)。其中，上游制氫、中游儲運(yùn)氫和加氫、下游多元化應(yīng)用場景，主要分布于交通、工業(yè)、發(fā)電以及建筑領(lǐng)域。氫能源主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域和交通領(lǐng)域中，建筑、發(fā)電等領(lǐng)域仍然處于探索階段。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)概況
從制氫市場規(guī)模來看，中國已成為全球最大的制氫國，總規(guī)模保持快速增長。2022年中國制氫產(chǎn)值規(guī)模達(dá)到4833億元，隨著國家對制氫產(chǎn)業(yè)的不斷支持及投入，預(yù)計(jì)到2026年我國制氫產(chǎn)值規(guī)模將達(dá)到7825億元。依托化石能源資源優(yōu)勢，西北和華北地區(qū)是制氫生產(chǎn)主要區(qū)域。其中，內(nèi)蒙和山東產(chǎn)量超過400萬噸，達(dá)到最大;新疆、陜西和山西產(chǎn)量超過300萬噸，而長三角、珠三角制氫產(chǎn)量較少。
從制氫結(jié)構(gòu)來看，我國制氫以化石原料和工業(yè)副產(chǎn)氫為主，電解水制氫規(guī)模小，可再生能源制氫將成主導(dǎo)。2022年化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫、電解水制氫的產(chǎn)值規(guī)模分別為3271億元、1120億元、435億元;占比分別為68% 、23%、9%。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，中短期中國氫氣來源仍以化石能源制氫為主，以工業(yè)副產(chǎn)氫作為補(bǔ)充，可再生能源綠氫制取占比將逐年升高;到2050年，由可再生能源綠氫約占70%、化石能源制氫占20%、生物制氫等占10%。
從市場競爭格局來看，我國制氫規(guī)模市場格局分散，國家能源集團(tuán)和中國石化是國內(nèi)氫氣產(chǎn)量最大的兩家企業(yè)，合計(jì)占比30%，其他多為中小企業(yè)，制氫規(guī)模小。企業(yè)主要集中在化石能源等灰氫領(lǐng)域，綠色制氫領(lǐng)域企業(yè)布局較少，寶豐能源等綠氫制造企業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢。寶豐能源是我國首家實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)綠氫的企業(yè)，目前已形成全球最大的3億標(biāo)方綠氫/年、1.5億標(biāo)方綠氫/年產(chǎn)能，計(jì)劃將通過以新能源制氫代替化石燃料制氫。
從制氫技術(shù)來看，質(zhì)子交換膜、電解槽等核心技術(shù)尚未突破，高速率制氫設(shè)備還在研發(fā)階段。目前國內(nèi)電解水制氫路線以堿性電解槽為主，主要是堿性電解槽技術(shù)路線成熟，成本具有顯著優(yōu)勢。PEM電解槽由于成本高，商業(yè)推廣依然需要時(shí)間，且技術(shù)優(yōu)勢不明顯。固體氧化物水電解槽采用水蒸氣電解，高溫環(huán)境下工作，能效最高，但尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。目前，電催化劑、質(zhì)子交換膜、膜電極、雙極板等核心組件技術(shù)國內(nèi)外差距較大，大量依賴外國進(jìn)口。
其中，質(zhì)子交換膜作為PEM制氫技術(shù)的核心材料被國外企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)，全球市場占有率超過90%。國內(nèi)的質(zhì)子交換膜制造企業(yè)面臨技術(shù)、市場、人才和資金的四大壁壘，目前山東東岳集團(tuán)已研制出接近杜邦Nafion性能的產(chǎn)品，陽光電源與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合作推出SEP50PEM電解槽，功率為250kW，是目前國內(nèi)具備量產(chǎn)能力的PEM電解槽。
在高壓氣態(tài)儲運(yùn)氫方面，由于成本低、使用方便、儲存條件易滿足等優(yōu)勢成為目前儲運(yùn)氫的主流方式。國內(nèi)由于高端碳纖維技術(shù)不夠成熟，無法規(guī)模化生產(chǎn)且復(fù)合材料成本較高，目前主要以35MPaIII型瓶為主，所以低成本高壓臨氫環(huán)境用新材料將是研發(fā)的重點(diǎn)。
在低溫液態(tài)儲運(yùn)氫方面，歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)液氫技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對成熟，液氫儲運(yùn)等環(huán)節(jié)已進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段。我國液氫技術(shù)主要應(yīng)用在航天領(lǐng)域，民用領(lǐng)域尚處于起步階段，氫液化系統(tǒng)的核心設(shè)備(氫透平膨脹機(jī)與低溫閥門等)仍然依賴于進(jìn)口，液氫儲罐制造技術(shù)與裝備與國外也有一定的差距。因此，如何降低液化與貯存成本是低溫液態(tài)儲氫產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向。
在固態(tài)金屬氫化物儲運(yùn)氫方面，由于其安全性、穩(wěn)定性優(yōu)點(diǎn)成為我國未來發(fā)展的重點(diǎn)。目前，國內(nèi)金屬氫化物儲氫應(yīng)用還較少，正處于研發(fā)與示范階段，提高金屬氫化物的儲氫量、降低材料成本、提高金屬氫化物的可循環(huán)性等將是未來的研究重點(diǎn)。
在管道儲運(yùn)氫方面，管道儲運(yùn)氫氣可以分為純氫管道運(yùn)輸和利用現(xiàn)有天然氣管道摻氫運(yùn)輸兩種模式。低壓純氫管道適合大規(guī)模、長距離的運(yùn)氫方式。目前，美國、歐洲已分別建成2400km、1500km的氫管道，而我國氫氣管道里程約400km，在用管道僅有百公里左右。在運(yùn)行的管道有：濟(jì)源—洛陽的氫氣輸送管道全長為25km、巴陵—長嶺輸氫管道全長42km、烏海—銀川焦?fàn)t煤氣輸氣管線管道全長為216.4km、金陵—揚(yáng)子氫氣管道全長超過32km。
從關(guān)鍵技術(shù)來看，當(dāng)前中國氫氣儲運(yùn)仍處于發(fā)展初期，相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)較國外水平落后，固態(tài)儲運(yùn)和化學(xué)液態(tài)儲運(yùn)方式發(fā)展亟需技術(shù)突破，產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間較大。
從市場規(guī)模來看，中國加氫站數(shù)量居全球首位，具有區(qū)域集中性特征。2022年全球新增129座加氫站，累計(jì)建成814座;中國新建92座，累計(jì)建成310座，占比全球38%，已躍居首位，在營加氫站超過160座。2022年，中國加氫站市場規(guī)模達(dá)49.4億元、集成設(shè)備(壓縮機(jī)、氫氣儲存容器、加氫系統(tǒng))占據(jù)加氫站建設(shè)的主要成本，市場規(guī)模為24.7億元。氫燃料電池汽車的需求將帶動加氫站保持良好的增長，預(yù)計(jì)到2026年，中國加氫站市場規(guī)模將達(dá)到151.2億元，集成設(shè)備市場規(guī)模將為71.1億元。
從市場競爭格局來看，國內(nèi)加氫站市場集中度較高。從加氫站擁有數(shù)量來看，以中石化、中石油、厚普股份三家企業(yè)為主，中石化已建成74座，中石油為8座，厚普股份在建加氫站78座。從加氫站設(shè)備制造商來看，國富氫能、液空厚普、舜華新能源、海德利森、上海氫楓等五大設(shè)備集成商市場占有率占達(dá)90%。其中，國富氫能市場占有率為28.4%，居全國第一。
從分布區(qū)域來看，我國加氫站主要涉及華北、華東和華南地區(qū)，呈現(xiàn)出明顯的產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)。其中，廣東依托政府的支持，加氫站布局遙遙領(lǐng)先其他省市，數(shù)量超過60座，其次為上海，建設(shè)數(shù)量44座。
在交通領(lǐng)域，以氫燃料為動力，可以實(shí)現(xiàn)車輛使用端的零碳排放，應(yīng)用主要包括汽車、航空和海運(yùn)等，其中氫燃料電池汽車是交通領(lǐng)域的主要應(yīng)用場景。
從市場規(guī)模來看，整體保持加快增長態(tài)勢，市場空間大。2022年，我國氫燃料電池汽車產(chǎn)銷累計(jì)分別完成3626輛和3367輛，同比分別增長127.2%和88.1%。目前，國內(nèi)的氫燃料電池車輛購置成本遠(yuǎn)高于燃油車和電動車，中短期內(nèi)需依賴國家補(bǔ)貼。但隨著技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)累積與規(guī)模擴(kuò)大，燃料電池系統(tǒng)和儲氫系統(tǒng)成本將逐步下降，氫燃料電池汽車將保持增長態(tài)勢，預(yù)計(jì)到2025年，全國氫燃料汽車保有量約5萬輛。
從區(qū)域分布來看，氫燃料電池汽車主要集中在環(huán)渤海等東部沿海城市群。2021年8月，京津冀、上海、廣東三大城市群成為首批燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群;2021年12月，河北、河南入選第二批城市群，形成目前的“3+2”全國燃料電池汽車示范，并計(jì)劃為期四年的示范推廣目標(biāo)。到2025年，京津冀、上海、廣東、河北、河南城市群氫燃料汽車分別為5300輛、5000輛、10000輛、7710輛、5000輛。
從氫燃料電池關(guān)鍵技術(shù)來看，目前，日本和韓國擁有相對成熟的氫燃料電池汽車技術(shù)，已應(yīng)用于乘用車、商業(yè)車、叉車、列車等。國內(nèi)當(dāng)前燃料電池汽車的技術(shù)、成本和規(guī)模是限制其市場化的主要因素，購置成本還較高，尚不具備完全商業(yè)化的能力，發(fā)展仍然依靠政府補(bǔ)貼和政策支持?，F(xiàn)階段國內(nèi)氫燃料電池車以客車和重卡等商用為主，乘用車主要用來租賃，占比不及0.1%。
在工業(yè)領(lǐng)域，氫氣主要作為化工原料。目前全球約55%的氫需求用于氨合成、25%用于煉油廠加氫生產(chǎn)、10%用于甲醇生產(chǎn)，10%用于其他行業(yè)。鋼鐵領(lǐng)域，用氫氣代替焦炭作為還原劑，大幅度降低碳排放量，促進(jìn)清潔型冶金轉(zhuǎn)型。目前全球已有少數(shù)國家發(fā)布了氫冶金技術(shù)案例，國內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)也發(fā)布了氫冶金規(guī)劃，建設(shè)示范工程并投產(chǎn)，但有關(guān)示范工程尚處于工業(yè)性試驗(yàn)階段，基礎(chǔ)設(shè)施不完善、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)空白、成本較高、安全用氫等問題依然存在。但在“雙碳”目標(biāo)的背景下，利用氫能進(jìn)行鋼鐵冶金是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)深度脫碳目標(biāo)的必行之路。
在建筑領(lǐng)域，氫氣可代替或摻入天然氣燃燒供熱，也可通過氫燃料電池實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供。以北京為例，目前終端居民天然氣價(jià)格約為2.63元/標(biāo)準(zhǔn)立方米，提供1標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣等值熱量需要2.82標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣。因此當(dāng)氫氣價(jià)格低于10元/千克時(shí)，燃?xì)涔岱侥芘c天然氣形成競爭力。
小型氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)目前已在歐美、日本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，而中國小型氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)仍處于試點(diǎn)階段，千瓦級系統(tǒng)的度電成本超過2元/千瓦時(shí)，在經(jīng)濟(jì)性方面具有很大的進(jìn)步空間。在建筑領(lǐng)域，氫能不具備經(jīng)濟(jì)性，但仍是備用電源的良好選擇?？蛇x擇逐漸由氫和天然氣混合用氫逐步向純氫轉(zhuǎn)變。
來源：鈦媒體 文 | 火石產(chǎn)業(yè)大腦
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