氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，可以作为汽油、柴油等能源的替代，与锂动力电池形成互补。与汽油、柴油相比，氢的燃烧或电化学产物只有水，不存在碳排放和污染物；同时，氢具有更高的质量能量密度。随着碳中和、能源转型逐渐成为全球共识，氢能产业正在成为世界各主要经济体竞相发展的新兴产业。

 

01

全球能源发展形势

 

随着“碳达峰”“碳中和”目标的提出和世界能源消费结构向清洁、低碳和多元化转型，清洁能源将主导世界能源需求增长。根据BP世界能源展望，到2040年，全球天然气和可再生能源需求占比将超过54%，可再生能源增长将超400%。

 

图1 能源需求发展趋势

 

 

我国是能源消费大国，其中煤炭消费量巨大，但随着我国能源战略转型升级步伐加快，陆上风电、太阳能光伏、水电等绿色能源将成为我国能源消费的主要力量。煤炭发电占比将从2018年的66.40%下降到2050年的5.70%，太阳能光伏发电和风能发电，分别从2018年的2.50%、5.10%增长到2050年的30.10%、30.50%。而氢能作为理想的清洁二次能源，成为推动我国能源转型的一种可行技术路线，逐渐成为我国能源领域的热点话题，并被寄予厚望。

 

图2 我国化石燃料发电占比趋势图

 

与煤炭、石油、天然气等传统能源和太阳能等可再生能源相比，氢具有来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等特点，可用于储能、发电、各种交通工具用燃料、家用燃料等。

 

表1 氢能与其他能源比较情况表

 

因此，氢能被认为是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介，也是实现交通运输、工业等领域大规模深度脱碳的最佳选择。

 

02

氢能产业发展情况

 

从全球来看，早在20世纪70年代，日本和美国就开始探索氢能和燃料电池技术。近年来，受传统化石能源价格波动以及气候压力增大影响，各国加大了低碳和绿色转型发展的步伐，发展氢能成为世界各主要国家的共识。目前氢经济的全球布局已经初步展开，全球直接支持氢能发展的国家约为50个，2019年，欧盟、韩国、日本、美国等纷纷制定、更新氢能发展路线，进一步加快氢经济全球布局步伐。

 

图3 全球主要国家和地区氢能发展里程碑事件

 

从国内来看，我国已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，将氢能规划为未来国家能源体系的重要组成部分、用能终端实现绿色低碳转型的重要载体、战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。2022年3月，国家发改委、国家能源局联合出台《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，不仅明确了氢是未来国家能源体系的组成部分，而且明确了氢能是发展战略性新兴产业的重点方向，是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。自《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》发布以来，各地方政府已累计发布70余项相关配套政策，构建了涵盖科技创新、应用示范、基础设施、产业布局等各环节的综合氢能发展体系。截至2022年年底，我国规划在建或已运营的氢能产业园约有60个，分布在中国超60%的省份中。

 

表2 我国氢能产业园汇总

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03

氢能产业链情况

 

 

图4 氢能产业链图谱

 

 

 

（一）氢能产业链上游

 

氢能产业链上游主要为制氢。主要有化石燃料制氢、工业副产氢、电解水制氢、光解水制氢和生物质制氢五种制氢方式。国外主要制氢方式为天然气重整制氢，我国主要利用工业制氢，现有工业制氢产能约2500万T/A，其中煤制氢产能约1000万T/A，约占总量的40%，占比最大，成本最低，约为10-13元/公斤。其次是工业副产氢约800万T/A，制氢成本约为10-16元/公斤。而电解水制氢的成本约为30-40元/公斤。对比五种制氢方式优缺点，随着电解水制氢成本的持续下降，未来电解水制氢成为各国瞄准的方向和攻关重点。

 

表3 制氢方式优缺点及成本

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（二）氢能产业链中游

 

氢能产业中游主要包括储运氢和加氢站建设。储运氢环节，主要有高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢和有机液体储氢等方式。日本、美国和欧洲国家储运氢产业化水平较高，气氢储运达70MPa，并且可以实现长距离液氢储运；我国气氢储运大部分停留在35MPa水平，液氢尚不能实现路上运输。此外，美国、欧洲已分别建成2600km、1500km的输氢管道，中国仅100km。储运氢环节成为我国氢能产业亟待攻克的环节。

 

表4 储运氢环节各储存方法优缺点及成本

 

 

在加氢站建设方面。截止到2021年底，日本拥有全球最多的加氢站，达159座。美国的加氢站数量逐年提升，到2030年将超过韩国、日本、中国数量的总和。我国计划到2030年建设1500座加氢站，加氢站数量正稳步提升。未来，美国和亚洲将成为加氢站数量领先的国家和地区。

 

图5 全球主要国家加氢站建设情况气泡图

 

 

（三）氢能产业链下游

 

氢能产业链下游包括燃料电池以及终端应用，其中燃料电池是核心也是最具发展潜力的环节。在燃料电池环节，日本、美国、韩国均已研发出氢燃料电池车辆并投放市场，我国氢燃料电池领域整体处于成长上升阶段，与发达国家技术水平有一定差距，特别是燃料电池电堆和核心零部件、关键材料等核心技术，与发达国家相比相对落后，一些关键零部件和材料仍依赖进口。

 

表5 国内外燃料电池系统技术指标对比

 

 

在终端应用环节，氢能应用领域广泛，交通领域是氢能应用的主要发力点。目前，我国燃料电池车产业处于导入期，国产燃料电池乘用车制造成本约在150万人民币左右，而国外燃料电池乘用车售价已经降至5.5-6万美元。按照市区工况百公里电耗15-18千瓦时和油耗6-10升汽油测算，燃料电池乘用车成本需控制在30元/公斤和45元/公斤方具有竞争力。

 

除交通领域外，氢能还可应用于家庭供电、氢能炼钢等领域。日本和德国在家庭供电方面发展势头良好。日本、德国、瑞典等还在探索“氢能炼钢”项目示范。我国在交通领域的应用探索不断向前，已经基本掌握了燃料电池车的核心技术，具备进行大规模示范运行的条件。但其他应用领域还与国际水平存在较大差距，在热电联供、天然气与氢气掺烧、加气站掺氢供应等领域有较大发展空间。

 

表6 国内外主要燃料电池乘用车比较