氫能產業(yè)政策及技術發(fā)展情況分析

1、氫能產業(yè)政策及技術開展情況分析近期,我國氫能產業(yè)開展步伐明顯加快.包括河北省在內的多個 省市政府部門和行業(yè)組織相繼出臺實施意見或開展規(guī)劃, 大力推動氫 能產業(yè)和技術落地.歐美日等興旺國家也均從能源戰(zhàn)略高度, 積極布 局氫能開發(fā)利用,產業(yè)正處在加速戰(zhàn)略突破的關鍵時期.一、氫能產業(yè)鏈現(xiàn)狀分析氫能是一種清潔高效的二次能源,具有來源廣、熱值高、可儲存、 可轉換等優(yōu)點,是未來清潔能源系統(tǒng)的重要組成局部.從國內外氫能 開展情況來看,產業(yè)上下游所涉及關鍵技術正在趨于成熟, 市場規(guī)模 逐步擴大,示范應用取得較大進展,貫穿氫能生產、儲運、使用各環(huán) 節(jié)的產業(yè)鏈正在形成.一氫的生產已具規(guī)?；?但電解水制氫產能占比低

2、2021年,我國氫產能2100萬噸,占全國終端能源總量的2.7%, 約占全球氫產能的18%2.現(xiàn)階段成熟的制氫技術路線包括：化石能 源重整制氫、工業(yè)副產氣制氫、電解水制氫等.化石能源制氫包括煤 制氫、天然氣制氫等方式,具有生產規(guī)模大、技術成熟的特點,是目 前主要制氫方式.現(xiàn)階段電解水制氫產能低產能占比4%左右、成本高電價本錢占70%以上,尚不能滿足工業(yè)化制氫需求；且根據 目前中國電力平均碳排放強度計算,現(xiàn)階段電解水制氫的碳排放量是 化石能源重整制氫的3-4倍,減排效果不理想.但電解水制氫具有氣 體純度高、制取靈活和不依賴化石能源的優(yōu)點,隨著未來電能的生產結構逐步清潔低碳化,加之電解水制氫技術進

3、步和本錢下降,將逐步具備規(guī)?；瘧脻摿?特別是低價可再生能源電制氫方式技術競爭力 較強.一般認為,假設制氫電價不超過 0.3元/千瓦時,那么可以使電解 水制氫本錢接近化石能源制氫的平均本錢.電解水制氫主要技術包 括：堿性電解水制氫、質子交換膜電解水制氫PEM和固態(tài)氧化物 電解水制氫SOEC,堿性電解水制氫技術最為成熟,PEM和SOEC技 術電解效率和本錢均較高,PEM技術在國外已初步實現(xiàn)商業(yè)化.P2X 電轉其他能源技術5近期受到廣泛關注,除電轉熱、電轉冷外,其他 各類電轉氫、電轉甲烷、電轉甲醇、電轉氨等均以電解水制氫為 根底.P2X目前尚處在技術研發(fā)和示范階段, 經濟性缺乏競爭力.但 隨著新能

4、源發(fā)電本錢下降和 PEM電解水技術可適配波動性電源 的成熟,低價可再生能源電制氫將逐步具備商業(yè)價值；止匕外,電能轉 化為氫能后可以長時間、大規(guī)模存儲,有望成為未來電力系統(tǒng)跨季節(jié) 儲能的可行方案,提升系統(tǒng)調節(jié)水平并為綜合能源效勞提供有力支 撐.二受技術和本錢限制,商業(yè)化儲運和加注網絡尚未形成 氫氣儲運技術是氫能高效利用的關鍵,也是限制氫能大規(guī)模產業(yè) 化開展的重要瓶頸.儲氫的主要方式包括：高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài) 儲氫、有機液態(tài)儲氫、物理類固態(tài)儲氫,前兩種技術成熟、應用廣泛, 后兩種尚處于示范階段.運輸方式分別與儲氫技術相配套；實踐中, 美國和歐洲建設了大規(guī)模、遠距離的輸氫管道里程約占世界90%,

5、實現(xiàn)高效的高壓氣態(tài)輸送；日本、美國液態(tài)儲輸技術相對成熟,將液 氫罐車作為重要運輸方式.我國以高壓氣態(tài)儲運為主液態(tài)儲運主要應用于航天軍工領域,儲運效率密度相對較低；由于超過 90%的氫氣在工業(yè)園區(qū)內生產和使用,運輸、配售需求不高,無論是采用 管道方式還是汽車運輸方式,均未形成商業(yè)化的儲運和加注網絡.加氫站是氫能產業(yè)開展必需的根底設施,位于儲運網絡末端,是氫能推廣使用的關鍵一環(huán).截至 2021年,全球共有369座加氫站, 其中日本、美國、德國共204座,占比達55%;我國加氫站23座河 北張家口 1座,存在建設運營本錢高、效勞容量低、設備國產化率 低等問題.三終端能源屬性凸顯,氫燃料電池有望成為主

6、要場景目前,氫主要作為化工原料使用,其中 60%用于合成氨,38%用 于煉油和煤炭加工.但隨著氫內燃機、氫燃料電池等技術開展,使氫 在終端使用環(huán)節(jié)的能源屬性逐步凸顯,引起了產業(yè)界的充分重視.其中,氫內燃機效率受卡諾循環(huán)限制,本錢下降空間缺乏；氫燃料電池 技術近年來快速開展,能源轉化效率高達 60%-80%為內機的2-3 倍,適合在氫能汽車、氫能發(fā)電及熱電聯(lián)供等領域規(guī)?；瘧?具體 應用場景可包括：氫燃料電池汽車利用氫能發(fā)電驅動電機, 與傳統(tǒng)內 燃機汽車相比具有無污染、零碳排放等優(yōu)點；與電動汽車相比,具有 加氫時間短、續(xù)航里程長等優(yōu)點.平安性和經濟性是當前制約氫燃料 電池汽車開展的主要因素.其中

7、,平安風險主要是氫燃料泄漏導致爆 燃,但可隨車載儲氣系統(tǒng)、保護裝置的技術進步和相關法規(guī)標準的完 善得到有效限制；經濟性近年來有較大提升,氫燃料電池本錢10年來已降低近80%,據國際能源署預測,整車本錢將在2030年和2050 年分別下降44%、55%,并接近燃油汽車本錢,市場占有率到達 3% 15%.綜合技術和本錢因素,預計未來新能源汽車仍將以電動汽車為 主,氫燃料電池汽車與電動汽車并存,并有望在高端汽車、大型及載 重汽車等領域廣泛應用.清潔,近年來開展迅速,并在日本實現(xiàn)了家庭領域商業(yè)應用商 用名ENE-FARM 7,累計安裝規(guī)模到達 29.26萬臺.ENE-FARMZ天 然氣為主要能源,通過

8、燃料處理器重整制氫,氫氣進入燃料電池發(fā)電, 并將余熱收集后用于生產熱水,余熱缺乏時通過市電補熱,綜合能源 效率高達95%目前,ENE-FAR雌日本已具備商業(yè)價值,并在節(jié)能、 災備等方面具有較強優(yōu)勢,政府補貼已成功退出.ENE-FARM并不直 接利用氫能,而是將其作為一系列能源轉換的中間環(huán)節(jié), 對燃料電池 的商業(yè)化應用仍具有示范推廣作用. 在我國,由于目前居民用能本錢 較低,ENE-FARM不具備商業(yè)開發(fā)條件,但隨著設備本錢繼續(xù)降低 和清潔取暖需求增加,有望在家用熱電聯(lián)供領域實現(xiàn)初步應用.二、氫能產業(yè)政策情況分析6月15至16日,在日本舉行的G20能源與環(huán)境部長級會議上, 與會各國能源部長肯定了

9、未來氫能經濟主導地位,對氫能在能源脫碳化中的重要作用達成了共識,承諾通過強化合作帶動氫能開展. 值得 注意的是,日本、美國、歐盟能源主管部門在會議期間還成立了首個 國家層面的氫能和燃料電池技術合作聯(lián)盟,共同推動氫能產業(yè)開展.一美歐日等國從能源戰(zhàn)略高度,積極布局氫能產業(yè)美國較早開始重視氫能產業(yè)開展,2002年布什政府制定了美國氫能開展路線圖,公布產業(yè)開展促進政策；2021年奧巴馬政府確定 氫能在交通轉型中的引領作用,支持相關工程建設；特朗普政府將氫 能和燃料電池作為美國優(yōu)先能源戰(zhàn)略,2021年將10月8日定為美 國國家氫能與燃料電池紀念日.歐盟各國積極推動可再生能源發(fā)電制 氫開展,實施燃料電池與

10、氫聯(lián)合行動方案,并提供財政支持.日本將 氫能開展作為國家戰(zhàn)略,提出率先實現(xiàn)氫能社會的目標,在家用和車 用氫燃料電池方面保持技術領先.二我國高度重視氫能產業(yè)開展,產業(yè)化進程加快氫能是我國“十三五規(guī)劃戰(zhàn)略性新興產業(yè).一是政府推動氫能產業(yè)開展.在 2021年?政府工作報告?中首 次明確“推動充電、加氫等設施建設.近年來,中央出臺?“十三五 國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)開展規(guī)劃? ?關于進一步完善新能源汽車推廣應 用財政補貼政策的通知?等多項產業(yè)政策,推動燃料電池、氫氣制備、 儲運和加注技術研發(fā)和根底設施建設.河北、廣東、山西等省份將發(fā) 展氫能寫入政府工作報告,河北、山東、浙江等省份發(fā)布本地氫能產 業(yè)開展規(guī)劃.

11、二是企業(yè)聯(lián)動構建氫能產業(yè)鏈.2021年,國家能源集團牽頭成 立中國氫能源及燃料電池產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟簡稱“中國氫能聯(lián)盟,國 家電網副理事長單位、中國中車、寶武鋼鐵、中國一汽等十余家 央企參與,聯(lián)盟成員單位超過50家,旨在突破氫能全產業(yè)鏈核心技 術,加速形成中國氫能產業(yè)生態(tài).三是區(qū)域開展態(tài)勢初步形成,北京、 上海、廣東、天津、江蘇、山東、河北等地率先推動氫能源及燃料電池產業(yè)化進程,產業(yè)鏈相關企業(yè)數量規(guī)模以上占全國51%,廣東、 北京、河北三地2021年燃料電池車銷量占全國 79.56%, “東西南北 中五大開展區(qū)域根本形成.三河北省出臺實施意見,構建氫能產業(yè)體系8月15日,河北省發(fā)改委等十部委聯(lián)合印發(fā)

12、?河北省推進氫能 產業(yè)開展實施意見?后文簡稱?意見?,明確了 “政府引導、統(tǒng)籌 規(guī)劃,企業(yè)主導、產業(yè)延伸；突出重點、做強優(yōu)勢,政策支撐、注重 實效的根本原那么.?意見?從產業(yè)規(guī)模、核心技術、應用領域三方 面明確了河北氫能產業(yè)重點開展方向, 分階制定了 2022、2025、2030 年段開展目標,提出制氫、儲運加、燃料電池、應用示范和產業(yè)集聚 開展、創(chuàng)新體系建設、標準體系建設等七個方面重點任務,打造我省 能源轉型新的增長極.舉措要點包括：一是建設張家口可再生能源制氫基地, 重點研發(fā)可再生能源發(fā)電 與電解水制氫一體化技術,推進風電制氫和風光耦合制氫等方向工程 建設,支持開展微電網和制氫工廠共建.二

13、是依托邯鄲718所、石家莊安瑞科、保定長城汽車、河鋼集 團、衡水百工實業(yè)等企業(yè)突破關鍵技術及核心設備國產化問題,并在燃料電池電堆和分布式發(fā)電技術等領域取得突破.三是創(chuàng)立張家口世界級氫能應用示范城市； 建設保定氫能產業(yè)鏈 一體化示范城市,發(fā)揮車企整車技術優(yōu)勢,建設氫燃料電池汽車全產 業(yè)鏈研發(fā)創(chuàng)新中央；鼓勵加氫站與加油氣站和充電站多站合一, 建成加氫、加油氣、電合建站.四是鼓勵邯鄲、張家口、保定等依托產業(yè)根底和特色優(yōu)勢補鏈強 鏈,建設產業(yè)研發(fā)、生產、示范中央,打造國內一流的氫能產業(yè)集群 和裝備制造基地,推動相關標準制定.五是成立氫能產業(yè)協(xié)會,鼓勵引導省內優(yōu)勢企業(yè)主導或參與氫能 領域相關標準制定,協(xié)

14、調推動行業(yè)企業(yè)互利合作.總體來看,?意見?結合河北區(qū)域特點制定政策,不僅為河北氫能開展構建了路線圖,而 且進一步落實為具體實施路徑和舉措, 全鏈條布局氫能產業(yè),值得持 續(xù)關注和深入研究.三、氫能產業(yè)開展趨勢預測隨著全球氣候變化限制步伐加快,氫能作為一種低碳高效的二次 能源,將與電能、可再生能源共同在推動能源革命、經濟社會可持續(xù) 開展進程中發(fā)揮重要作用.當前,氫能開展的社會認同、市場需求、 產業(yè)政策、關鍵技術等有利要素不斷積累,產業(yè)化態(tài)勢正在加速形成. 國際氫能委員會預測,到 2050年全球氫能年消費水平將到達 5億 噸,占終端能源消費比例超過15%中國氫能聯(lián)盟中長期預測顯示, 2030年我國氫

15、氣需求將到達3500萬噸,終端能源占比到達5%;2050 年氫氣需求接近6000萬噸,終端能源占比到達10%以上,產業(yè)鏈年 產值約12萬億元.(一)電解水制氫將成為氫能供給側主要生產方式化石能源制氫二氧化碳排放量大,未來利用可再生能源制取低成 本氫氣是業(yè)界普遍共識.一是電解制氫效率大幅提升,長期來看有望 到達70% (PEM)至90% (SOEC,相關設備的本錢、壽命將在未來10年內逐步進入合理區(qū)間,帶動氫能用能本錢下降.二是可再生能 源制氫本錢下降,隨著光伏、風電平價上網進程加速,局部地區(qū)充裕 清潔能源電價目前已接近化石能源制氫本錢.中國氫能聯(lián)盟數據顯 示,2030、2050年我國可再生能源

16、電解制氫產能占比可達 15%、70%.存在的不確定因素包括：一是現(xiàn)階段電解水制氫碳排放嚴重高于 化石能源制氫,面對快速增加的用氫需求,政策層面尚未建立可再生 能源發(fā)電制氫的導入機制.二是電解水制氫本錢仍然是主要制約因 素,特別是我國大規(guī)模使用的煤制氫本錢低,需要制氫電價壓低至 0.1-0.2元/千瓦時區(qū)間不考慮碳排放本錢才能具備與煤制氫的價 格競爭力.三是直接利用可再生能源制氫技術生物質直接制氫、太 陽能光催化分解水制氫仍處于研究階段,短期內難以形成商業(yè)化應 用.二氫燃料電池系統(tǒng)有望在消費側大規(guī)模應用從各級政府和行業(yè)政策出臺情況看, 推動氫能消費、以需求拉動 產業(yè)成長是落實產業(yè)政策的重要抓手.

17、 除作為化工原料使用外,氫燃 料電池將是氫能消費最重要的途徑,主要包括氫燃料電池汽車和燃料 電池發(fā)電系統(tǒng).一是氫燃料電池汽車10年內應用規(guī)模將到達100萬 輛左右,根據工信部?節(jié)能與新能源汽車技術路線圖?規(guī)劃,未來十 年氫燃料電池汽車規(guī)模將持續(xù)增長,2030年實現(xiàn)百萬輛氫燃料電池 汽車的商業(yè)化應用,建成1000座加氫站；中國氫能聯(lián)盟預測2035年 氫燃料電池汽車制造規(guī)模到達130萬輛,2050年將到達500萬輛. 二是燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)有望應用,家用燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)已成功在日本開始商業(yè)應用,累計安裝規(guī)模近 30萬臺.我國北方地區(qū) 冬季清潔供暖受到能效和本錢的雙重壓力,對高效的熱電聯(lián)供綜合

18、能 源效勞有較強需求.存在的不確定因素包括：一是我國燃料電池技術相對落后,質子 交換膜制造等關鍵技術總體落后于日本等先進國家,電堆功率密度、 催化劑效率、使用壽命等多項指標存在顯著差距 為先進指標的50% 左右,整車設備設計制造水平也存在差距.二是燃料電池本錢 高,燃料電池汽車需最高補貼30萬元/輛前方可到達同級純電動汽車 水平,如不建立合理補貼疏導機制,將造成政府財政負擔過大.三是 儲配加根底設施薄弱,儲罐、計量裝置、加注機等關鍵設備自主設計 生產水平缺乏,平安規(guī)程及相關標準未成體系,產業(yè)開展初期加氫站 網絡難以形成規(guī)模效益.四、對電網業(yè)務可能產生的影響氫能全產業(yè)鏈均與電能密切相關, 在電解

19、水制氫、氫燃料電池發(fā) 電、電能與氫能的P2X P2H2轉化及存儲、充電加注設施多站 合一等多項應用場景下呈現(xiàn)共生關系.與蓬勃開展的氫能產業(yè)互利共 存,將是未來電網面臨的重要戰(zhàn)略環(huán)境.一氫燃料電池汽車對純電動汽車形成替代壓力,近、中期替 代少量充電效勞市場,遠期增加電能消費.氫燃料電池汽車開展起步 期,受本錢和技術影響主要對純電動汽車形成替代,充電負荷增長受到影響,但由于整體替代規(guī)模較小,初期拉低充電負荷增長速度十分 有限.遠期隨著產業(yè)不斷成熟和減排壓力持續(xù)加大,氫燃料電池汽車 在與純電動汽車并存的同時,將對化石燃料汽車及其他交通工具形成 替代,整體規(guī)模迅速增長；同時,隨著氫能生產結構向著可再生

20、能源 電解為主逐步優(yōu)化,制氫負荷相應大幅增加,遠期交通領域相關電能 整體消費增加.二電解制氫應用可增強電網調峰及能源調配水平, 促進高比 例可再生能源消納.中長期看,PEM電解制氫等適配波動電源的制 氫技術將逐步成熟和規(guī)模化,有利于電網與氫能全產業(yè)鏈的融合. 在 生產環(huán)節(jié),可再生能源電能占比將不斷提升, 依靠傳統(tǒng)火電機組調峰 難以應對,氫能參與電網儲能將有效提升電網調峰水平,促進清潔能源發(fā)電占比50%的目標實現(xiàn).在消費環(huán)節(jié),制氫負荷增加終端電能消 費,并有望作為可變動負荷參與需求側響應, 進一步增強電網調節(jié)能 力.在輸配環(huán)節(jié),通過電網將遠方清潔電力跨區(qū)輸送至就地制氫,可 使氫能輸配不受管網覆蓋和交通運輸水平限制,平安性、經濟性和靈活性得到提升.三氫能與電能在用戶側的耦合,將有效拓展綜合能源領域業(yè) 務范圍.一方面,燃料電池聯(lián)供業(yè)務將為燃氣供給商進入終端綜合能 源領域提供途徑,在實現(xiàn)氣、熱、電一體的綜合能源供給的同時,依 靠電網作為補熱備用,并可能產生分布式發(fā)電余電上網需求, 有必要 予以持續(xù)關注.另一方面,電網公司亦可在電解水制氫根底上