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產(chǎn)業(yè)解析 | 氫能產(chǎn)業(yè)解析與發(fā)展趨勢(shì)
來(lái)源：高新院 achie.org 日期：2022-02-18 點(diǎn)擊：次
作為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)重要綠色能源發(fā)展的方向之一，國(guó)內(nèi)氫能發(fā)展熱度日益高漲。統(tǒng)計(jì)信息顯示，目前全國(guó)已有20多個(gè)省份40多個(gè)地級(jí)市發(fā)布?xì)淠芤?guī)劃，其規(guī)劃產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò)萬(wàn)億元；眾多央企和上市公司也競(jìng)相布局氫能發(fā)展。與此同時(shí)，作為新興產(chǎn)業(yè)，氫能面臨制儲(chǔ)運(yùn)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(wèn)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(guó)氫能產(chǎn)業(yè)概況
1、政策驅(qū)動(dòng)效應(yīng)凸顯，重點(diǎn)區(qū)域示范疊加央企入場(chǎng)加速推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)
“十三五”時(shí)期是氫能產(chǎn)業(yè)起步加速期，國(guó)家層面相繼出臺(tái)了多項(xiàng)戰(zhàn)略規(guī)劃與政策，包括《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》《“十三五”國(guó)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(dòng)計(jì)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(guó)能源法（征求意見(jiàn)稿）》《關(guān)于開(kāi)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(shí)代的中國(guó)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(qiáng)調(diào)發(fā)揮市場(chǎng)作用。此外，隨著國(guó)家燃料電池汽車示范城市群項(xiàng)目啟動(dòng)，加之各省都在“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)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(lái)，我國(guó)氫能已逐步建立起制儲(chǔ)運(yùn)加用等重點(diǎn)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(zhǎng)三角、珠三角、成渝、山東及環(huán)武漢等地區(qū)先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯，示范帶動(dòng)作用和對(duì)優(yōu)勢(shì)企業(yè)的吸引力不斷增強(qiáng)，集聚效應(yīng)初步顯現(xiàn)。我國(guó)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(shì)，積極創(chuàng)新發(fā)展模式，推動(dòng)與地方政府及相關(guān)企業(yè)在氫能領(lǐng)域開(kāi)展戰(zhàn)略合作，迅速成為我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的重要力量。《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》顯示，我國(guó)氫氣年產(chǎn)能約4100萬(wàn)噸，產(chǎn)量約3342萬(wàn)噸，是世界第一產(chǎn)氫國(guó)。
2、技術(shù)自主創(chuàng)新取得突破，進(jìn)口替代成效顯著
氫氣制儲(chǔ)運(yùn)加環(huán)節(jié)：制氫方面，我國(guó)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(guó)際先進(jìn)水平；質(zhì)子交換膜電解槽（PEM）技術(shù)進(jìn)步較大，但仍跟跑國(guó)際先進(jìn)水平；固體氧化物電解池（SOEC）技術(shù)處于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段。車載儲(chǔ)氫容器方面，我國(guó)三型瓶技術(shù)成熟并實(shí)現(xiàn)全國(guó)產(chǎn)化，四型瓶初步具備量產(chǎn)水平。儲(chǔ)運(yùn)方面，我國(guó)仍以20MPa壓縮氫氣運(yùn)輸為主，液氫、固態(tài)儲(chǔ)氫、50MPa壓縮氣體運(yùn)輸技術(shù)及裝備取得顯著進(jìn)步，但與國(guó)際一流水平差距明顯；98MPa固定儲(chǔ)氫容器和45MPa（含以上）固定儲(chǔ)氫瓶組性能指標(biāo)基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)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(jī)已具備產(chǎn)業(yè)化能力；90MPa氫氣壓縮機(jī)核心技術(shù)取得突破；加氫機(jī)整機(jī)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但閥門、流量計(jì)等關(guān)鍵部件仍依賴進(jìn)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(duì)比世界先進(jìn)仍有較大差距，產(chǎn)品對(duì)外依賴度較大。質(zhì)子交換膜和氣體擴(kuò)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但仍跟跑國(guó)際先進(jìn)水平。核心零部件方面，膜電極、空壓機(jī)、雙極板等國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展迅速，正在快速縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，2020年成本同比降幅達(dá)30%以上；電堆與系統(tǒng)集成技術(shù)水平與國(guó)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(guó)內(nèi)企業(yè)積極推動(dòng)技術(shù)攻關(guān)，已取得一定進(jìn)展。固體氧化物燃料電池（SOFC）方面，我國(guó)擁有全球最大的陶瓷電解質(zhì)膜片供應(yīng)商，5kW級(jí)SOFC電堆及系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)成功。
3、終端應(yīng)用場(chǎng)景趨于豐富，推廣已具規(guī)模
交通運(yùn)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(guó)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(guó)已推出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船用燃料電池系統(tǒng)。我國(guó)逐漸探索出一條以商用車為主的中國(guó)特色燃料電池汽車推廣路徑。2016-2019年，我國(guó)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(gè)月產(chǎn)銷量分別為935輛和948輛。截至目前，我國(guó)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(jì)運(yùn)營(yíng)里程接近1億公里；上海、深圳和佛山投放車輛均超過(guò)千輛。
冷熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域：2021年上半年以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)氫能在熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域的探索，已經(jīng)開(kāi)始向示范應(yīng)用階段邁進(jìn)，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(xiàng)目。由東方電氣集團(tuán)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(jí)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(guò)90%，支持離網(wǎng)并網(wǎng)、孤島運(yùn)行和黑啟動(dòng)，同時(shí)對(duì)外提供65℃熱水。
相比于此，國(guó)內(nèi)更多公司均在進(jìn)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(kāi)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)碳中和過(guò)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(lái)化石能源、新能源及氫電二次能源互聯(lián)互動(dòng)的格局，將成為一種長(zhǎng)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(chǔ)運(yùn)（包括儲(chǔ)氫瓶、管道運(yùn)氫、液氫槽車等）、加氫站建造與運(yùn)營(yíng)。
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(kuò)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(chǔ)備方面，日本專利第一，是產(chǎn)業(yè)技術(shù)的掌握者。我國(guó)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(qiáng)。全球主要國(guó)家的氫能戰(zhàn)略側(cè)重點(diǎn)各有不同，日韓重應(yīng)用，歐洲推基建，我國(guó)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(dòng)。
從國(guó)內(nèi)發(fā)展階段看：政策方向已由燃料電池車購(gòu)置補(bǔ)貼、下游市場(chǎng)，向基礎(chǔ)設(shè)施、關(guān)鍵零部件、運(yùn)營(yíng)服務(wù)等供給端傾斜，如氫能汽車的十城千輛示范行動(dòng)，強(qiáng)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(guó)、商用車最大應(yīng)用地，裝備和儲(chǔ)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(diǎn)做綠氫制備及關(guān)鍵零部件及技術(shù)研發(fā)，長(zhǎng)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(diǎn)突破電池重要零部件及客車的大規(guī)模示范。
從市場(chǎng)前景看：供給方面，氫能在全球未來(lái)的能源供給體系中約占18%，在我國(guó)未來(lái)終端能源體系中占比達(dá)10%，氫能供給結(jié)構(gòu)將從以化石能源的非低碳?xì)渲鸩竭^(guò)渡到以可再生能源為主的清潔氫；需求方面，我國(guó)規(guī)劃到2025年，燃料電池汽車保有量達(dá)到10萬(wàn)輛；到2035年，燃料電池車將達(dá)到130萬(wàn)輛，下游相關(guān)產(chǎn)品的市場(chǎng)也將打開(kāi)。到2050年，氫氣需求量將接近6000萬(wàn)噸，氫能在我國(guó)終端能源體系中占比超過(guò)10%；到2060年，我國(guó)氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費(fèi)中占比約20%。
氫能產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局
近幾年，全球氣候異常，促使實(shí)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(guó)及其他110多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，已承諾到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。我國(guó)承諾到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。
先進(jìn)國(guó)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(tái)，計(jì)劃未來(lái)10年內(nèi)向氫能產(chǎn)業(yè)投入5750億歐元。2020年12月，美國(guó)能源部發(fā)布《氫能項(xiàng)目計(jì)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化，到2050年，美國(guó)本土氫能需求將增至4100萬(wàn)噸/年，占未來(lái)能源消費(fèi)總量的14%。2021年10月，韓國(guó)政府公布了旨在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的“氫能領(lǐng)先國(guó)家愿景”，爭(zhēng)取到2030年構(gòu)建產(chǎn)能達(dá)100萬(wàn)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(chǎng)；2050年達(dá)到500萬(wàn)噸，并將氫氣自給率升至50%。
主要國(guó)家在氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)儲(chǔ)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(guó)專利申請(qǐng)趨勢(shì)較接近，2000年后專利數(shù)量開(kāi)始上升，2005年日本專利數(shù)量達(dá)到最高點(diǎn)，之后緩慢下降，近5年下降明顯，美國(guó)在2010年專利數(shù)量開(kāi)始下降;我國(guó)制氫技術(shù)專利申請(qǐng)較晚，2005年以后才逐漸有所增長(zhǎng)，2010年后突飛猛進(jìn)，2016年后專利數(shù)量超過(guò)美日韓德4個(gè)國(guó)家之和;相比之下，德國(guó)和韓國(guó)制氫專利數(shù)量變化一直比較平穩(wěn)，且數(shù)量偏少。在儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)方面，上述5個(gè)國(guó)家1980年以來(lái)的趨勢(shì)與制氫大致相同，日本在儲(chǔ)運(yùn)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(kāi)始申請(qǐng)專利，2000年后迅速增長(zhǎng)，2004年達(dá)到最高點(diǎn)1480項(xiàng)，此后開(kāi)始緩慢下降，其他4個(gè)國(guó)家在質(zhì)子交換膜技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量變化不大，我國(guó)近5年雖有所增長(zhǎng)，但年度最大申請(qǐng)數(shù)量未超過(guò)500項(xiàng)。
我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向
在我國(guó)，圍繞氫能產(chǎn)業(yè)上下游重點(diǎn)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(guó)產(chǎn)化替代，是未來(lái)產(chǎn)業(yè)布局的重要方向。
一是綠氫成為未來(lái)制氫重點(diǎn)。在技術(shù)進(jìn)步、政策指引和行業(yè)企業(yè)社會(huì)責(zé)任意識(shí)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(jì)優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)綠氫市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)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(zhǎng)主要來(lái)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(qiáng)性能、擴(kuò)應(yīng)用，成為產(chǎn)業(yè)與技術(shù)目標(biāo)。通過(guò)加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)、應(yīng)用研發(fā)，示范項(xiàng)目驗(yàn)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(kāi)發(fā)氫能綜合應(yīng)用系統(tǒng)，是產(chǎn)業(yè)與技術(shù)未來(lái)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(huì)資本進(jìn)入儲(chǔ)運(yùn)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(dòng)各項(xiàng)關(guān)鍵尖端技術(shù)的噴涌。
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