我們之前列出了十大氫能公司，本文從氫能的特點和主要類型出發(fā)，詳細(xì)回顧了氫能產(chǎn)業(yè)鏈、各國發(fā)展戰(zhàn)略、中國氫能產(chǎn)業(yè)政策以及氫能產(chǎn)業(yè)投融資情況，并對氫能的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

在氫能產(chǎn)業(yè)鏈中，工業(yè)和交通運輸是主要應(yīng)用領(lǐng)域，而建筑、發(fā)電等領(lǐng)域仍處于探索階段。到2060年，工業(yè)部門和運輸部門將分別占?xì)湎M的60%和31%，而發(fā)電部門和建筑部門將分別占據(jù)5%和4%。

 

總體預(yù)測

《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》指出，“到2035年形成氫能產(chǎn)業(yè)體系，構(gòu)建涵蓋交通、儲能、工業(yè)等領(lǐng)域的多元化氫能應(yīng)用生態(tài)”。氫能將為所有行業(yè)的脫碳提供一條重要途徑。目前，氫能成本高，應(yīng)用范圍窄。

氫能主要用于工業(yè)領(lǐng)域和交通運輸領(lǐng)域，在建筑、發(fā)電和供暖領(lǐng)域仍處于探索階段。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，到2060年，工業(yè)部門和交通部門將分別占?xì)湎M的60%和31%，而電力部門和建筑部門將分別占據(jù)5%和4%。

 

 

運輸

交通運輸是氫能應(yīng)用相對成熟的領(lǐng)域。在專利申請方面，2021年交通領(lǐng)域氫技術(shù)應(yīng)用專利申請15639件，占?xì)浼夹g(shù)下游應(yīng)用的71%。氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用包括汽車、航空和海運，其中氫燃料電池汽車是交通領(lǐng)域的主要應(yīng)用場景。

 

公路情況

燃料電池汽車的發(fā)展現(xiàn)狀：燃料電池汽車行業(yè)處于起步階段。燃料電池汽車企業(yè)數(shù)量較少，技術(shù)、成本和規(guī)模是主要進(jìn)入門檻，燃料電池汽車產(chǎn)銷規(guī)模較小。2020年，受疫情等因素影響，燃料電池汽車產(chǎn)銷出現(xiàn)明顯下滑，隨后穩(wěn)步恢復(fù)。

2021年，燃料電池汽車產(chǎn)銷同比分別增長35%和49%；今年以來，產(chǎn)銷進(jìn)一步增長，上半年產(chǎn)量達(dá)到1804臺，已經(jīng)超過去年全年。與純電動汽車和傳統(tǒng)燃料汽車相比，燃料電池汽車具有溫室氣體排放低、加油時間短、續(xù)航里程高的優(yōu)點，更適合中長途或重載運輸。

目前的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)政策也優(yōu)先支持商用車的發(fā)展。目前，國內(nèi)氫燃料電池汽車主要是公交車、重型卡車等商用車，而乘用車主要用于租賃，占比不到0.1%。

燃料電池汽車目前購買成本高昂，尚未完全商業(yè)化。成本是限制燃料電池市場化的主要因素。燃料電池汽車的發(fā)展仍然依賴于政府補貼和政策支持。2020年將推廣大量的氫動力公交車。盡管在車型規(guī)格、系統(tǒng)供應(yīng)商和功率大小方面存在差異，但大多數(shù)公交車的平均訂購價格為200-300萬元/輛，相對較高。

此外，燃料電池汽車對低溫性能要求高，動力系統(tǒng)成本高，加上基礎(chǔ)設(shè)施稀缺等限制，迄今為止尚未得到廣泛推廣，未來還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

燃料電池汽車發(fā)展前景：在“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)的推動下，零碳燃料電池汽車有望保持高增長。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》指出，到2025年，氫燃料電池汽車將達(dá)到約5萬輛。根據(jù)這一計算，2022-2025年，Holding的年均增長率將超過50%。

 

 

燃料電池汽車的成本在未來有很大的下降空間。燃料電池汽車主要包括燃料電池系統(tǒng)、車載儲氫系統(tǒng)、車輛控制系統(tǒng)等。其中，燃料電池系統(tǒng)是核心，隨著技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)模的擴大，成本預(yù)計會下降。報告稱，隨著大規(guī)模生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，到2030年，燃料電池乘用車的成本將與純電動汽車和燃料汽車等其他乘用車持平。

燃料電池系統(tǒng)的成本將從2015年的30200美元/輛降低到2030年的4300美元/輛。單位成本預(yù)計將下降86%，從2015年的每千瓦時38美元降至2030年的每兆瓦時54美元，這是燃料電池汽車成本下降的主要驅(qū)動力。

燃料電池汽車適用于重型和長途運輸，在里程要求高、承載能力大的市場上更具競爭力。未來的發(fā)展方向是重型卡車、長途運輸乘用車等。根據(jù)國際氫能協(xié)會的分析，燃料電池汽車在續(xù)航里程超過650公里的運輸市場上具有成本優(yōu)勢。

由于乘用車和城市公交車的續(xù)航里程通常較短，因此純電動汽車具有優(yōu)勢。燃料電池汽車的未來非常有希望。與純電動車型相比，燃料電池汽車克服了能量補充時間長、對低溫環(huán)境適應(yīng)性差的問題，提高了運行效率，與純電動汽車的應(yīng)用場景形成了互補。中國氫能聯(lián)盟研究院預(yù)計，到2030年，中國燃料電池汽車產(chǎn)量預(yù)計將達(dá)到每年62萬輛。

 

 

鐵路情況

清潔能源已成為許多國家未來能源體系的重要組成部分。氫能作為一種清潔能源，在鐵路領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。氫能在鐵路運輸領(lǐng)域的應(yīng)用主要是與燃料電池相結(jié)合，形成動力系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機。氫動力列車目前正在開發(fā)和測試中，德國、美國、日本和中國等國處于領(lǐng)先地位。

德國將于2022年開始運營世界上第一條由氫動力客運列車組成的環(huán)保鐵路線，里程1000公里，最高時速140公里。2021年，中國推出了首臺氫燃料電池混合動力機車，該機車在全氫負(fù)荷下可連續(xù)運行24.5小時，在直線軌道上可承載5000噸以上的最大牽引載荷。

中國首個重載鐵路加氫科研示范站將于2022年建成，為鐵路機車提供氫能。氫動力列車的優(yōu)點是，它們不需要對現(xiàn)有鐵軌進(jìn)行改造，通過泵送來給列車充氫，并且噪音低，碳排放為零。

但現(xiàn)階段開發(fā)氫動力列車仍面臨挑戰(zhàn)。一方面，氫燃料電池堆的成本高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機，氫動力系統(tǒng)（包括儲氫和散熱系統(tǒng)等）的成本將進(jìn)一步增加。配備氫能系統(tǒng)的車輛成本更高。

另一方面，由于技術(shù)不成熟、需求不高等因素，加氫站等氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍不完善。隨著世界主要國家重視發(fā)展以氫能為代表的清潔能源，氫動力列車作為一種有效的減碳方式，未來發(fā)展空間廣闊。在歐洲國家中，法國承諾到2035年用包括氫在內(nèi)的清潔能源取代其以化石燃料（柴油）為動力的國家鐵路網(wǎng)，到2038年取代德國，到2040年取代英國。

 

 

航空情況

隨著能源向低碳和無碳方向的演變加速，航空業(yè)也面臨著能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型帶來的新挑戰(zhàn)。

氫能提供了低碳航空的可能性，減少了該行業(yè)對原油的依賴，并減少了溫室氣體和有害氣體的排放。與化石能源相比，燃料電池可以減少75%-90%的碳排放，燃?xì)廨啓C發(fā)動機中直接燃燒氫氣可以減少50%-75%的碳排放量，合成燃料可以減少30%-60%的碳碳排放量。

氫動力飛機可能是中短途飛行的碳減排解決方案，但對于長途飛行，仍然需要噴氣燃料。預(yù)計到2060年，氫將提供航空業(yè)約5%的能源需求。氫能為航空工業(yè)提供了一種可能的碳減排方案。美國、英國、歐盟等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)出臺了與氫能航空發(fā)展相關(guān)的頂層戰(zhàn)略規(guī)劃。

從發(fā)達(dá)國家發(fā)布的計劃可以看出，氫能航空的發(fā)展是一個漫長的過程。從現(xiàn)在到2030年，我們將重點開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)和進(jìn)行航空試驗。到2050年，完成遠(yuǎn)程客機驗證機和大規(guī)模加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并在航空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

 

運輸情況

隨著航運業(yè)的快速發(fā)展，柴油動力船舶造成的環(huán)境問題越來越明顯。2020年，中國航運業(yè)的排放量占交通運輸業(yè)排放量的12.6%。氫能作為一種清潔能源，有望在航運業(yè)的碳減排中發(fā)揮積極作用。報告稱，航運業(yè)的碳減排主要取決于氫和氨等低碳新技術(shù)和燃料的開發(fā)和商業(yè)化。

在承諾目標(biāo)情景中，2060年基于燃料電池的氫氣應(yīng)用模型將滿足水運部門約10%的能源需求。氫和氫基燃料是航運業(yè)的減碳選擇之一。內(nèi)河和沿海航運的電氣化可以通過氫燃料電池技術(shù)實現(xiàn)，海運的脫碳可以通過生物燃料或零烴氨合成等新燃料實現(xiàn)。

一些中國企業(yè)和機構(gòu)在國內(nèi)氫能和燃料電池技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，啟動了氫動力船舶的開發(fā)。目前，氫動力船舶通常用于湖泊、內(nèi)河、近海等場景，作為小型船舶的主動力或大型船舶的輔助動力。

 

 

海洋工程船、海上RO-RO船、超級游艇等大型氫動力船舶的發(fā)展是未來的發(fā)展趨勢?？傮w而言，氫動力船舶正處于探索的早期階段，大功率燃料電池技術(shù)尚不成熟。但隨著儲氫優(yōu)勢的出現(xiàn)，燃料電池船舶的市場滲透率將逐漸提高。

預(yù)計到2030年，中國將建立氫動力船舶的設(shè)計、制造、調(diào)試、測試、功能驗證和性能評估體系，建立配套的氫“生產(chǎn)、儲存和運輸”基礎(chǔ)設(shè)施，擴大氫動力船舶在內(nèi)河和湖泊的示范應(yīng)用規(guī)模，改善與水路運輸有關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施。

為到2060年實現(xiàn)中國水路運輸設(shè)備行業(yè)碳中和的目標(biāo)，開展國際航線上的水力發(fā)電船舶應(yīng)用示范，提升中國水力發(fā)電船舶行業(yè)的國際競爭力。

 

行業(yè)領(lǐng)域

工業(yè)是脫碳的一個困難應(yīng)用領(lǐng)域?；茉床粌H是一種工業(yè)燃料，也是一種重要的工業(yè)原材料。工業(yè)燃料可以通過電氣化部分脫碳，但工業(yè)原料直接電氣化的空間有限。在氫冶金、合成燃料和工業(yè)燃料的推動下，到2060年，工業(yè)部門對氫氣的需求將達(dá)到7794萬噸，幾乎是交通部門的兩倍。

 

鋼鐵工業(yè)

鋼鐵冶煉產(chǎn)生的二氧化碳排放量很大。2020年，中國鋼鐵行業(yè)碳排放總量約為18億噸，約占中國碳排放總量的15%。在“雙碳”目標(biāo)下，鋼鐵行業(yè)面臨著巨大的碳減排壓力。根據(jù)各大鋼鐵企業(yè)發(fā)布的碳峰值-碳中性路線圖，結(jié)合中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會的碳減排目標(biāo)，假設(shè)到2030年，中國鋼鐵行業(yè)碳減排30%，在此期間，鋼鐵行業(yè)需要減排5.4億噸。

中國鋼鐵產(chǎn)量占世界一半以上，實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)減碳對中國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。氫氣在鋼鐵工業(yè)中可應(yīng)用于氫氣冶金、燃料等方面，是氫氣冶金中規(guī)模最大的。氫冶金在冶金過程中使用氫氣代替碳還原，從而在源頭上實現(xiàn)碳還原，而傳統(tǒng)的高爐煉鐵是以煤冶煉為基礎(chǔ)的，碳排放量約占總排放量的70%。

氫冶金是鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的革命性技術(shù)。2021年，《“十四五”產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布，強調(diào)要大力推進(jìn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動鋼鐵行業(yè)發(fā)展非高爐低碳煉鐵技術(shù)。目前，氫冶金技術(shù)中的氫主要來源于煤，整體減碳能力有限。

 

 

氫冶金技術(shù)分為高爐氫冶金和非高爐氫冶金兩大類。高爐氫冶金是指通過向高爐內(nèi)注入氫氣或富氫氣體而不是部分碳還原反應(yīng)來實現(xiàn)“部分氫冶金”。非高爐氫冶金技術(shù)主要采用煤氣豎爐法。我國豎爐氫冶金技術(shù)尚處于起步階段，受氫氣生產(chǎn)、儲運、優(yōu)質(zhì)精礦等條件限制。

距離大規(guī)模應(yīng)用和全生命周期深度減碳還有一定距離。在全球范圍內(nèi)，氫冶金產(chǎn)業(yè)化技術(shù)尚不成熟，德國、日本等氫冶金技術(shù)領(lǐng)先國家也處于研發(fā)和測試階段。根據(jù)世界能源署的統(tǒng)計，傳統(tǒng)高爐的使用壽命為30-40年，全球煉鐵高爐的平均使用年限僅為13年左右。

未來很長一段時間內(nèi)，世界仍將以傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝為主流，低碳高爐冶金技術(shù)將是轉(zhuǎn)型期的重要研發(fā)方向。氫冶金的發(fā)展可以分步驟實現(xiàn)：到2025年，通過中試工廠驗證大規(guī)模工業(yè)氫冶煉的可行性；

到2030年，實現(xiàn)焦?fàn)t煤氣、化工等副產(chǎn)品的氫氣工業(yè)化生產(chǎn)。到2050年，將開展鋼鐵的高純氫能冶煉，其中氫能主要是水電、風(fēng)電和核電水電解。

 

化學(xué)工業(yè)

氫氣是合成氨、合成甲醇、煉油和煤化工的重要原料，其中一小部分副產(chǎn)氣用作工業(yè)燃料，用于燃燒支持。來自中國氫能聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，2020年，氨合成、甲醇、冶煉和化工用氫占比分別為32%、27%和25%。目前，工業(yè)制氫主要依靠化石能源，未來通過低碳清潔氫替代有很大潛力。

 

 

氨是氮和氫的化合物，廣泛用于氮肥、制冷劑和化工原料。合成氨的需求主要來自農(nóng)業(yè)化肥和工業(yè)，其中農(nóng)業(yè)化肥約占70%。國際能源署預(yù)測，到2050年，超過30%的氫氣將用于制造氨和燃料。

目前，氨生產(chǎn)所需的氫氣（也稱為化石燃料灰氫）主要通過蒸汽甲烷重整（SMR）或煤氣化獲得，每噸氨排放約2.5噸二氧化碳。氨的綠色氫合成可以減少二氧化碳排放。綠色氫氨合成的主要設(shè)備包括可再生能源動力設(shè)備、水電解制氫設(shè)備、空氣分離裝置和氨合成裝置，上述相關(guān)技術(shù)設(shè)備國產(chǎn)化程度較高。

其中，基礎(chǔ)水電解和質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)可實現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫，我國基礎(chǔ)電解槽技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平。此外，我國國外質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)尚處于起步階段，且成本較高，未來主要取決于燃料電池技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。

大規(guī)模、低成本、持續(xù)穩(wěn)定的氫氣供應(yīng)是綠色氫氣在化工中應(yīng)用的前提。盡管綠色氫氣在化工行業(yè)的應(yīng)用在短期內(nèi)面臨經(jīng)濟挑戰(zhàn)，但隨著可再生能源發(fā)電價格的持續(xù)下跌，到2030年，中國部分地區(qū)有望實現(xiàn)綠色氫氣平價。綠氫將進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，并逐漸成為化工生產(chǎn)的常規(guī)原料。

 

發(fā)電

純氫氣以及氫氣和天然氣的混合物可以用于為燃?xì)廨啓C提供動力，從而使發(fā)電部門脫碳。氫能可以通過兩種方式產(chǎn)生。一種是在燃?xì)廨啓C中利用氫能，通過吸氣、壓縮、燃燒、排氣的過程，驅(qū)動電機產(chǎn)生電流輸出，即“氫氣發(fā)生器”。

氫發(fā)電機可以集成到電網(wǎng)的輸電線路中，并與制氫裝置合作，在低功耗期間通過電解水生產(chǎn)氫氣，然后在功耗峰值期間通過氫能發(fā)電，從而實現(xiàn)電能的合理利用，減少資源浪費。另一種使用電解水的反向反應(yīng)，即氫氣與氧氣（或空氣）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生水并釋放電力，被稱為“燃料電池技術(shù)”。

燃料電池可用于固定或移動電站、備用調(diào)峰電站、備用電源、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和其他發(fā)電設(shè)備。這兩種氫發(fā)電都存在成本高的問題。目前，燃料電池發(fā)電成本約為2.50-3.00元/度，而其他發(fā)電成本基本低于1元/度。

例如，目前的火力發(fā)電成本約為0.25-0.40元/度，風(fēng)力發(fā)電成本約0.25-0.45元/度、太陽能發(fā)電成本約0.30-0.40元-度，核能發(fā)電成本約0.35-0.45元-度。比較發(fā)電成本可以發(fā)現(xiàn)，燃料電池的發(fā)電成本高于其他類型的發(fā)電模式。

 

 

由于質(zhì)子交換膜、電解槽等核心設(shè)備主要依賴進(jìn)口，成本相對較高，疊加原料鉑價格昂貴，導(dǎo)致氫能發(fā)電成本較高。隨著對清潔能源的重視，風(fēng)能和太陽能等可再生能源發(fā)電的比例逐漸提高。2020年，中國風(fēng)電和太陽能發(fā)電總裝機容量達(dá)到5.3億千瓦，占社會用電量的11%。

到2030年，風(fēng)電和太陽能發(fā)電總裝機容量將達(dá)到12億千瓦以上。根據(jù)研究，在2050年零碳排放目標(biāo)情景下，風(fēng)能和太陽能發(fā)電將占發(fā)電量的近70%?？稍偕茉窗l(fā)電在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的間歇性和隨機性影響了并網(wǎng)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，因此儲能作為一個相對獨立的主體將發(fā)揮重要作用。

目前主要有抽水蓄能、鋰電子電池、鉛電池和壓縮空氣儲能，其中抽水蓄能占比超過86%。與其他儲能方式相比，氫儲能具有放電時間長、大規(guī)模儲氫性價比高、儲存和運輸靈活、不破壞生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點。

此外，氫儲能還有多種應(yīng)用場景。在電力供應(yīng)方面，氫儲能可以減少棄電和平穩(wěn)波動。在電網(wǎng)測量中，氫儲能可用于負(fù)載電網(wǎng)運行的峰值容量，緩解輸電線路阻塞。目前，由于技術(shù)和經(jīng)濟的限制，氫儲能的應(yīng)用仍面臨許多挑戰(zhàn)。

一方面，氫儲能系統(tǒng)的效率相對較低。氫儲能的“電-氫-電”過程有兩種能量轉(zhuǎn)換，總體效率約為40%，低于泵送儲能和鋰電池儲能約70%的能量轉(zhuǎn)換效率。

另一方面，氫儲能系統(tǒng)相對昂貴。目前抽水蓄能和壓縮空氣儲能的成本約為7000元/kW，電化學(xué)儲能約為2000元/kW。氫儲能系統(tǒng)的成本約1.3萬元/kW左右，遠(yuǎn)高于其他儲能方式。氫能存儲仍處于起步階段，2021年安裝了約1.5兆瓦的氫能存儲，氫能存儲滲透率不到0.1%。

氫儲能將在促進(jìn)能源領(lǐng)域碳達(dá)峰和碳中和方面發(fā)揮重要作用。中國政府2021年發(fā)布的《關(guān)于加快發(fā)展新型儲能的指導(dǎo)意見》提出，到2025年，新型儲能由商業(yè)化向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變。到2030年，實現(xiàn)新型儲能的市場開發(fā)。氫儲能作為一種新型的儲能方式，具有廣闊的發(fā)展空間。

 

 

施工現(xiàn)場

建筑部門的能源需求主要用于供暖（空間供暖）、供暖（生活熱水）等能源消耗。氫氣供暖目前在效率、成本、安全性和基礎(chǔ)設(shè)施可用性方面并不優(yōu)于天然氣供暖（最常見的供暖燃料）等競爭技術(shù)。

由于純氫的使用需要新的氫鍋爐或?qū)ΜF(xiàn)有管道進(jìn)行大量改造，因此在建筑中使用純氫的成本相對較高。例如，在歐洲，氫能的使用比其他地方更早開始，但氫加熱的成本仍然是天然氣的兩倍多。即使到2050年，當(dāng)熱泵成為最經(jīng)濟的選擇時，氫氣供暖的成本仍可能比天然氣供暖高出50%。

氫氣可以通過純氫氣運輸，也可以與天然氣混合運輸，這需要更多的管道。氫氣也會對鋼制天然氣管道構(gòu)成安全風(fēng)險，需要用聚乙烯管道取代。這種投資可能對較大的商業(yè)建筑或區(qū)域供暖網(wǎng)絡(luò)具有經(jīng)濟意義，但對較小的住宅單元來說可能過于昂貴。

因此，氫在建筑中的早期使用將主要以混合形式進(jìn)行。氫氣可以與天然氣以高達(dá)20%的體積比混合，而無需改造現(xiàn)有設(shè)備或管道。與使用純氫氣相比，將氫氣混合到天然氣管道中可以降低成本并平衡季節(jié)性能源需求。

隨著氫氣成本的下降，北美、歐洲和中國等擁有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施和低成本氫氣的地區(qū)預(yù)計將逐步使用氫氣為建筑物供暖。挪威航運協(xié)會DNV預(yù)測，到2030年代末，純氫在建筑中的使用可能會超過混合氫；到2050年，氫氣將占建筑供暖和供暖能源總需求的3-4%。