氫能產業(yè)鏈圖譜

氫能作為二次能源，必須從一次能源轉換得到，再運輸至用能終端，轉化為電力、熱能或機械動力。因此，氫能主產業(yè)鏈可概括為“氫能制取、氫能儲運、氫能加注、氫能源能量轉化、氫能使用”等環(huán)節(jié)。其中，上游制氫、中游儲運氫和加氫、下游多元化應用場景，主要分布于交通、工業(yè)、發(fā)電以及建筑領域。氫能源主要應用在工業(yè)領域和交通領域中，建筑、發(fā)電等領域仍然處于探索階段。

圖1：氫能產業(yè)鏈圖譜

來源：火石創(chuàng)造繪制

氫能產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)概況

1.制氫

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年中國制氫產值規(guī)模達到4833億元，隨著國家對制氫產業(yè)的不斷支持及投入，預計到2026年我國制氫產值規(guī)模將達到7825億元。依托化石能源資源優(yōu)勢，西北和華北地區(qū)是制氫生產主要區(qū)域。其中，內蒙和山東產量超過400萬噸，達到最大；新疆、陜西和山西產量超過300萬噸，而長三角、珠三角制氫產量較少。

從制氫結構來看，我國制氫以化石原料和工業(yè)副產氫為主，電解水制氫規(guī)模小，可再生能源制氫將成主導。2022年化石能源制氫、工業(yè)副產制氫、電解水制氫的產值規(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)相關數(shù)據(jù)預測，中短期中國氫氣來源仍以化石能源制氫為主，以工業(yè)副產氫作為補充，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%。

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從制氫技術來看，質子交換膜、電解槽等核心技術尚未突破，高速率制氫設備還在研發(fā)階段。目前國內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)推廣依然需要時間，且技術優(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，但尚處于實驗室研發(fā)階段。目前，電催化劑、質子交換膜、膜電極、雙極板等核心組件技術國內外差距較大，大量依賴外國進口。其中，質子交換膜作為PEM制氫技術的核心材料被國外企業(yè)占據(jù)主導，全球市場占有率超過90%。國內的質子交換膜制造企業(yè)面臨技術、市場、人才和資金的四大壁壘，目前山東東岳集團已研制出接近杜邦Nafion性能的產品，陽光電源與中國科學院大連化學物理研究所合作推出SEP50PEM電解槽，功率為250kW，是目前國內具備量產能力的PEM電解槽。

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2.儲運氫

在高壓氣態(tài)儲運氫方面，由于成本低、使用方便、儲存條件易滿足等優(yōu)勢成為目前儲運氫的主流方式。國內由于高端碳纖維技術不夠成熟，無法規(guī)�；�生產且復合材料成本較高，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。

在低溫液態(tài)儲運氫方面，歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)液氫技術發(fā)展已經相對成熟，液氫儲運等環(huán)節(jié)已進入規(guī)�；瘧�用階段。我國液氫技術主要應用在航天領域，民用領域尚處于起步階段，氫液化系統(tǒng)的核心設備（氫透平膨脹機與低溫閥門等）仍然依賴于進口，液氫儲罐制造技術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)儲氫產業(yè)化的發(fā)展方向。

在固態(tài)金屬氫化物儲運氫方面，由于其安全性、穩(wěn)定性優(yōu)點成為我國未來發(fā)展的重點。目前，國內金屬氫化物儲氫應用還較少，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。

在管道儲運氫方面，管道儲運氫氣可以分為純氫管道運輸和利用現(xiàn)有天然氣管道摻氫運輸兩種模式。低壓純氫管道適合大規(guī)模、長距離的運氫方式。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。在運行的管道有：濟源—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—銀川焦爐煤氣輸氣管線管道全長為216.4km、金陵—揚子氫氣管道全長超過32km。

表2：三種氫儲運比較

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從關鍵技術來看，當前中國氫氣儲運仍處于發(fā)展初期，相關技術及產業(yè)標準較國外水平落后，固態(tài)儲運和化學液態(tài)儲運方式發(fā)展亟需技術突破，產業(yè)發(fā)展空間較大。

3.加氫

從市場競爭格局來看，國內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、上海氫楓等五大設備集成商市場占有率占達90%。其中，國富氫能市場占有率為28.4%，居全國第一。

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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)出明顯的產業(yè)集聚效應。其中，廣東依托政府的支持，加氫站布局遙遙領先其他省市，數(shù)量超過60座，其次為上海，建設數(shù)量44座。

4.場景應用

（1）交通領域

在交通領域，以氫燃料為動力，可以實現(xiàn)車輛使用端的零碳排放，應用主要包括汽車、航空和海運等，其中氫燃料電池汽車是交通領域的主要應用場景。

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銷累計分別完成3626輛和3367輛，同比分別增長127.2%和88.1%。目前，國內的氫燃料電池車輛購置成本遠高于燃油車和電動車，中短期內需依賴國家補貼。但隨著技術進步、生產經驗累積與規(guī)模擴大，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，預計到2025年，全國氫燃料汽車保有量約5萬輛。

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

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（2）工業(yè)領域

在工業(yè)領域，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、10%用于甲醇生產，10%用于其他行業(yè)。鋼鐵領域，用氫氣代替焦炭作為還原劑，大幅度降低碳排放量，促進清潔型冶金轉型。目前全球已有少數(shù)國家發(fā)布了氫冶金技術案例，國內部分鋼鐵企業(yè)也發(fā)布了氫冶金規(guī)劃，建設示范工程并投產，但有關示范工程尚處于工業(yè)性試驗階段，基礎設施不完善、相關標準空白、成本較高、安全用氫等問題依然存在。但在“雙碳”目標的背景下，利用氫能進行鋼鐵冶金是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)深度脫碳目標的必行之路。

（3）建筑領域

在建筑領域，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現(xiàn)熱電聯(lián)供。以北京為例，目前終端居民天然氣價格約為2.63元/標準立方米，提供1標準立方米天然氣等值熱量需要2.82標準立方米氫氣。因此當氫氣價格低于10元/千克時，燃氫供熱方能與天然氣形成競爭力。小型氫燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)目前已在歐美、日本實現(xiàn)商業(yè)化應用，而中國小型氫燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)仍處于試點階段，千瓦級系統(tǒng)的度電成本超過2元/千瓦時，在經濟性方面具有很大的進步空間。在建筑領域，氫能不具備經濟性，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變。