2020年氫能源行業(yè)現(xiàn)狀與前景分析報告

1、2020年氫能源行業(yè)現(xiàn)狀與前景分析報告目錄2020年氫能源行業(yè)現(xiàn)狀與前景分析報告11.氫能源：綠色零排放，或是能源終極形式32.歷史縱向看：能源使用清潔程度不斷提升43.分布式應(yīng)用場景中與替代產(chǎn)品相比成本較高54.氫氣使用便利程度不如可替代產(chǎn)品65.產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀：尚處于導(dǎo)入期，需要政策支持66.國外政策支持：消費端補貼與制造端補貼并舉77.國內(nèi)政策支持：補貼力度大88.氫能源應(yīng)用方式及場景：主要通過燃料電池，交通運輸需求漸成主流89.氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈：日益完善，整裝待發(fā)910.制氫1011.儲氫1012.加氫站1013.氫燃料電池1114.下游應(yīng)用1115.汽車市場：國外乘用車技術(shù)成熟，國內(nèi)商用車

2、先行1216.總結(jié)與展望：看好配套設(shè)施市場1317.技術(shù)落地方案：多種形式共存131. 氫能源：綠色零排放，或是能源終極形式氫能源：綠色零排放，或是能源終極形式。從歷史變遷的縱向角度看，人類利用能源的發(fā)展歷史是不斷走向清潔化的過程，氫能源是目前已知最綠色清潔的能源，其反應(yīng)產(chǎn)物只有水，因此有望成為能源的終極形式。從橫向?qū)Ρ冉嵌瓤矗瑲淠茉聪噍^于其他形式的能源具有功率密度優(yōu)勢，在發(fā)電領(lǐng)域具有建設(shè)成本優(yōu)勢。目前氫能源應(yīng)用的主要阻礙在于分布式應(yīng)用場景利用綜合成本高，并且氫氣使用的便利性和其他能源相比有較大差距。以全球氫能源乘用車發(fā)展為例，氫能源產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚處于導(dǎo)入期，需要政策支持。我們認為，在各國產(chǎn)業(yè)政

3、策及補貼的推動下，氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展有向好趨勢，國內(nèi)市場也有望真實進入導(dǎo)入期，但產(chǎn)業(yè)鏈仍需完善。從氫能源非工業(yè)應(yīng)用看：燃料電池是使用氫能源的理想方式，下游交通運輸需求漸成主流。氫能源應(yīng)用有多種方式，可以通過傳統(tǒng)熱機也可以通過燃料電池。由于燃料電池跳出了熱循環(huán)的限制，因而具有更少的能量損失，能量利用效率更高。同時，燃料電池利用氫能源具有噪音小等優(yōu)點。因此燃料電池是氫能源利用的理想形式。氫能源燃料電池下游有便攜設(shè)備、固定式應(yīng)用和交通運輸式應(yīng)用。交運需求已經(jīng)成為燃料電池的主要需求，也是氫能源非工業(yè)應(yīng)用的主要需求。氫能源產(chǎn)業(yè)鏈：日益完善，整裝待發(fā)。氫能源產(chǎn)業(yè)鏈包括上游制氫產(chǎn)氫、氫氣儲存運輸、加氫站運營、中

4、游燃料電池系統(tǒng)及零部件生產(chǎn)制造、下游氫燃料電池應(yīng)用等眾多環(huán)節(jié)。同時，圍繞氫氣展開的主產(chǎn)業(yè)鏈條需要大量高技術(shù)含量機械設(shè)備支持，主要集中在制氫和壓縮領(lǐng)域。我們認為，制氫路徑會按照制氫地的資源稟賦不同而有所變化，儲氫環(huán)節(jié)主要還是氣態(tài)儲氫，但合金儲氫前景較好，加氫站環(huán)節(jié)會呈現(xiàn)中央制氫與分布式制氫共存互補的格局，燃料電池環(huán)節(jié)的機會在于質(zhì)子交換膜、低成本催化劑以及儲氫瓶，下游應(yīng)用環(huán)節(jié)中汽車市場最大，汽車應(yīng)用市場中，我們預(yù)計氫燃料電池商用車市場最先爆發(fā)。2. 歷史縱向看：能源使用清潔程度不斷提升環(huán)境保護意識的增強推動能源利用向著綠色、清潔化的方向發(fā)展。從最開始的草木發(fā)展到如今的風(fēng)能、太陽能、核能、地熱能等多

5、種形式， 能源使用過程的污染物排放逐漸降低，這代表這人類能源使用的方向。而目前已知的所有能源中，最為清潔的是氫能，氫氣使用過程產(chǎn)物是水，可以真正做到零排放、無污染，被看做是最具應(yīng)用前景的能源之一，或成為能源使用的終極形式。我們這篇報告主要是研究氫能源產(chǎn)業(yè)鏈情況（主要是研究非工業(yè)用途，尤其是在燃料電池上的應(yīng)用），望其未來的可行性和機會所在。3. 分布式應(yīng)用場景中與替代產(chǎn)品相比成本較高氫能源的清潔利用主要是通過燃料電池，燃料電池應(yīng)用在分布式應(yīng)用場景中的時候與其他可替代方式相比，還存在成本高的問題。以氫能源燃料電池汽車為例，應(yīng)用氫能源首先要考慮購買產(chǎn)品的成本，燃料電池本就是技術(shù)含量高的產(chǎn)品，應(yīng)用到汽

6、車上時使得汽車的一次性購置成本迅速增長；其次考慮維護成本，燃料電池汽車比其他汽車更為精密，因此其維護成本更高；接著考慮消耗燃料的成本，氫氣由于在制備、儲存、運輸?shù)冗^程中需要更多的技術(shù)處理而具有更高的單位成本；最后考慮配套設(shè)施設(shè)施成本，燃料電池汽車使用需要眾多加氫站支持，加氫站由于需要配置大型壓縮機等大型設(shè)備，具有比加油站和充電站更高的建設(shè)成本。綜合考慮之下，分布式應(yīng)用場景中，氫能源應(yīng)用綜合成本很高。根據(jù)羅蘭貝格提供的燃料電池汽車的數(shù)據(jù)測算，歐洲市場燃料電池小汽車的綜合使用成本達到 0.24 歐元/km，高于純電動和柴油汽車的綜合使用成本。因為氫氣出售時會考慮氫氣制備、運輸以及加氫站建設(shè)、運營等

7、成本，所以氫氣價格里面包含了這些相關(guān)配套設(shè)施的成本。因此這一成本就是氫能源以燃料電池形式應(yīng)用到小汽車上的全成本。4. 氫氣使用便利程度不如可替代產(chǎn)品氫氣利用另一大難題是加氫難。因為設(shè)備與技術(shù)要求，加氫站的建設(shè)運營成本遠高于加油站和充電站，目前加氫站的數(shù)量還不足以完全滿足商業(yè)化應(yīng)用的需求。汽油和電力的廣泛使用是以加油站和電網(wǎng)覆蓋為前提的，氫能源大規(guī)模使用也要以加氫站覆蓋為基礎(chǔ)。5. 產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀：尚處于導(dǎo)入期，需要政策支持因為目前氫能源的利用尚處于導(dǎo)入期，因此需要政策支持引導(dǎo)。世界各國都針對氫能源利用出臺了各自的扶持政策，由于氫能源燃料電池汽車市場有望成為氫能源最大的消費端，支持政策主要集中在燃料

8、電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈。6. 國外政策支持：消費端補貼與制造端補貼并舉從補貼形式看，大多國家把補貼放在了消費環(huán)節(jié)，以購置稅費抵免或者購置補貼的形式發(fā)放，僅德國將補貼放在了開發(fā)制造環(huán)節(jié)。前者屬于需求端的刺激，后者屬于供給端刺激。供給側(cè)（生產(chǎn)制造領(lǐng)域）補貼促進企業(yè)研發(fā)新車型，有利于在無形中促進企業(yè)形成研發(fā)能力，就算補貼斷了，多年的技術(shù)積累不會隨著補貼停止而消失。因此從這個角度看，德國將研發(fā)補貼放在生產(chǎn)領(lǐng)域不無道理。國內(nèi)補貼政策也可借鑒此類方法，在補貼政策上實行多途徑刺激，在消費端和研發(fā)端同時給予補貼，既保證政策效果也利于產(chǎn)業(yè)技術(shù)積淀。從補貼力度看，各國補貼力度波動幅度較大。美國和英國補貼在 5000 美元

9、/輛上下，日韓則給予消費者 22000 美元/輛左右的補貼。這也是日韓在燃料電池汽車領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的原因之一。7. 國內(nèi)政策支持：補貼力度大國內(nèi)方面補貼政策最早是在 2009 年出現(xiàn)，主要形式是免征購置稅，同時還會在購買時給予一次性的不同額度的補貼。從補貼力度看，我國的補貼力度是最大的。 雖然我國氫能源燃料電池汽車補貼高出國外很多，但是全部都是以購置補貼形式發(fā)放的，沒有在氫能源燃料電池汽車生產(chǎn)制造領(lǐng)域設(shè)置補貼政策。我們可以考慮在需求側(cè)和供給側(cè)同時補貼。需求刺激與技術(shù)進步刺激并舉，可能是更健康的產(chǎn)業(yè)政策，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展更為有利。同時，我們看到國家從 2014 年起將加氫站納入了補貼范圍，這是刺激配套產(chǎn)

10、業(yè)加速發(fā)展，是從整條產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)看問題，對氫能源燃料電池汽車發(fā)展有促進作用。8. 氫能源應(yīng)用方式及場景：主要通過燃料電池，交通運輸需求漸成主流目前全球范圍內(nèi)，氫能源分布式應(yīng)用主要是通過燃料電池。氫能源利用可以通過熱機（通過利用內(nèi)能做功的機械）也可以通過燃料電池，通過熱機利用氫氣的原理是：燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，氣體膨脹推動傳動裝置，實現(xiàn)機械驅(qū)動。另一種利用方式就是通過燃料電池的形式，氫氣不直接燃燒，先分解成原子，再分解成質(zhì)子和電子，電子通過外電路產(chǎn)生電流做功。熱機利用氫能源的方式還屬于熱循環(huán)的過程，存在熱量的浪費，能量利用效率低。燃料電池利用氫能源的方式不受熱循環(huán)原理影響，因而具有更高的能量利

11、用效率，同時還有更低的噪音。因此燃料電池應(yīng)用是氫能源利用的主流途徑。9. 氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈：日益完善，整裝待發(fā)氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈包括上游氫氣制備、氫氣運輸儲存、中游氫燃料電池、下游氫能源燃料電池應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)。上游氫氣制備包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫（甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等）、石化資源制氫（石油裂解、水煤氣法等）和新型制氫方法（生物質(zhì)、光化學(xué)等）等多種途徑；氫氣儲存包括氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫、固態(tài)合金儲氫三種方式，氫氣運輸包括罐車運輸、管道運輸?shù)确椒ㄍ緩?；中游氫燃料電池涉及質(zhì)子交換膜、擴散材料、催化劑等多種零部件和關(guān)鍵材料；下游燃料電池應(yīng)用包括便攜式應(yīng)用、固定式應(yīng)用、交通運輸應(yīng)用

12、。10. 制氫制取氫氣目前主要的方法有化工原料制氫、石化資源制氫、電解水制氫等多種途徑?；ぴ现茪渲饕褂玫脑鲜羌状?、乙醇、液氨等，具有制取氫氣純度高、反應(yīng)要求低等優(yōu)點；石化資源制氫主要使用石油、水煤氣、天然氣等資源，具有規(guī)模效應(yīng)，且原料易獲??；電解水制氫使用的原材料是水，具有原料可再生、可依賴的特點，如果使用清潔電力可實現(xiàn)全程無污染，但是過程中耗費大量電能，成本昂貴；生物質(zhì)能制氫反應(yīng)速度較慢，且不能滿足大規(guī)模使用要求。11. 儲氫儲氫方式有三種，分別是氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫。氣態(tài)儲氫主要是將氫氣直接儲存在高壓罐中，又細分為低壓儲存和高壓儲存，低壓儲存使用巨大的水密封儲槽儲存，高壓儲

13、存是通過對氫氣加壓減小體積儲存在容器中；液態(tài)儲氫是將氫氣冷卻到一定低的溫度之下，使氫氣呈現(xiàn)液態(tài)，然后再將其儲存到特定容器中；固態(tài)儲氫是利用金屬合金（一般稱為儲氫合金）晶格間隙吸附氫原子，（涉及到氫氣分子轉(zhuǎn)化為氫原子的過程），同時表面還可以在表面結(jié)合一部分氫分子。12. 加氫站目前，為了支持燃料電池汽車發(fā)展，各國積極建設(shè)氫能源燃料電池汽車配套設(shè)施。根據(jù)規(guī)劃，到 2020 年，中國將建成 100座加氫站，到 2030 年將建成 1000 座加氫站，日本在 2020 年前建成 160 個加氫站，韓國計劃到 2020 年建成 80 座加氫站，德國到 2020 年也預(yù)計達到 100 座加氫站的規(guī)模。世界

14、上幾個建設(shè)加氫站的大國都以 2020 年 100 座加氫站為目標。這距離我國 2020 年 100 座加氫站的目標還有很大距離，同時也表明，未來兩年內(nèi)加氫站建設(shè)進度會急劇增加，相關(guān)方面需求巨大，也是機會點。13. 氫燃料電池氫能源燃料電池是氫能源清潔高效利用的核心，同樣也是整條氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈的核心所在。燃料電池主要由膜電極組（MEA）、雙極板、集流板、端板組成，其中膜電極組又是由質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴散層組成。14. 下游應(yīng)用氫能源燃料電池下游主要分三大市場，分別是便攜設(shè)備市場、固定式系統(tǒng)應(yīng)用市場、交通運輸應(yīng)用市場。在燃料電池下游市場中，交通運輸領(lǐng)域裝機占到了近 70%。我們將簡要介紹便攜

15、設(shè)備和固定應(yīng)用設(shè)備，之后著重分析氫燃料電池汽車。應(yīng)用場景則包括氫能源家用燃料電池、電信行業(yè)無間斷電源或備用電源等。15. 汽車市場：國外乘用車技術(shù)成熟，國內(nèi)商用車先行氫燃料電池汽車市場呈現(xiàn)日韓做乘用車、中國做客車、美國做專用車的格局。日本豐田本田等車企 2000 年前后就開始做燃料電池汽車，至今已經(jīng)有近 20 年的技術(shù)積累，且將燃料電池汽車應(yīng)用于汽車時間較早，產(chǎn)品經(jīng)過市場多年檢驗，技術(shù)成熟。雖然中國也有燃料電池汽車，但是發(fā)布時間較短，應(yīng)用于汽車經(jīng)驗不足。中國的燃料電池汽車主要是客車，此后日本、中國相繼發(fā)布燃料電池專用車，但性能有較大差距，后來者難以望其項背。16. 總結(jié)與展望：看好配套設(shè)施市場

16、未來 3-5 年是導(dǎo)入期，5-10 年后開始進入成長期，時間上展望，是 2025 年前后的事情。目前國內(nèi)市場尚處于概念期向真實導(dǎo)入期轉(zhuǎn)化的時間節(jié)點，未來 3 年左右的導(dǎo)入期產(chǎn)業(yè)鏈的場景會是配套設(shè)施先行，之后再是商用車生產(chǎn)制造的跟進，可能會伴隨有國外乘用車進入中國市17. 技術(shù)落地方案：多種形式共存不同環(huán)節(jié)有多種方案可以選擇，目前來看，各環(huán)節(jié)多種形式共存、互補是大概率事件。綜合之前的對比分析，我們認為在制氫環(huán)節(jié)，中央制氫與加氫站分布式制氫相互補充是較為合理的運行模式，制氫技術(shù)路線會根據(jù)制氫地點資源稟賦有所變化。在儲氫環(huán)節(jié)，未來一階段主要的方案仍是高壓氣態(tài)儲氫。氣態(tài)儲氫畢竟方便快捷，液態(tài)儲氫和固態(tài)

17、合金儲氫無論是從可操作性還是從技術(shù)要求上來講都較為復(fù)雜，不適合在儲氫站和氫能源燃料電池汽車上應(yīng)用。在加氫站環(huán)節(jié)，站內(nèi)制氫加氫站是長期的發(fā)展趨勢，外供氫加氫站在短期內(nèi)將與站內(nèi)制氫加氫站共存。這是因為站內(nèi)制氫加氫對制氫設(shè)備有一定的技術(shù)要求，而國內(nèi)技術(shù)尚不成熟。加氫站環(huán)節(jié)可能的格局是：有資金和資源的企業(yè)引進國外先進技術(shù)，在國內(nèi)共同成立企業(yè)運營加氫站，采用天然氣或甲醇重整制氫的路線；有資金沒有技術(shù)的企業(yè)選擇購買國外設(shè)備或者國內(nèi)已經(jīng)引進相關(guān)技術(shù)企業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)設(shè)備產(chǎn)氫加氫；沒有資源也沒有先進技術(shù)的企業(yè)選擇外供氫方案。隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，競爭格局變化，最后一類企業(yè)由于外供氫體量受運輸?shù)纫蛩叵拗?，會在競爭中逐漸被淘汰。在燃料電池環(huán)節(jié)，國外的核心技術(shù)，比如質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)工藝，是不會直接給國內(nèi)企業(yè)的，因此這一環(huán)節(jié)最可能的方案是低端車型使用自主研發(fā)的性能有待提升的燃料電池系統(tǒng)，而高端車型則直接購買國外性能領(lǐng)先的燃料電池系統(tǒng)。在