氫能源行業(yè)現(xiàn)狀與前景分析報(bào)告

1、氫能源行業(yè)現(xiàn)狀與前景分析報(bào)告目錄2020年氫能源行業(yè)現(xiàn)狀與前景分析報(bào)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(chǎng)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(guó)外政策支持：消費(fèi)端補(bǔ)貼與制造端補(bǔ)貼并舉77.國(guó)內(nèi)政策支持：補(bǔ)貼力度大88.氫能源應(yīng)用方式及場(chǎng)景：主要通過(guò)燃料電池，交通運(yùn)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(chǔ)氫1012.加氫站1013.氫燃料電池1114.下游應(yīng)用1115.汽車(chē)市場(chǎng)：國(guó)外乘用車(chē)技術(shù)成熟，國(guó)內(nèi)商用車(chē)先行121

2、6.總結(jié)與展望：看好配套設(shè)施市場(chǎng)1317.技術(shù)落地方案：多種形式共存13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(lèi)利用能源的發(fā)展歷史是不斷走向清潔化的過(guò)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?，氫能源相較于其他形式的能源具有功率密度優(yōu)勢(shì)，在發(fā)電領(lǐng)域具有建設(shè)成本優(yōu)勢(shì)。目前氫能源應(yīng)用的主要阻礙在于分布式應(yīng)用場(chǎng)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(chē)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(rèn)為，在各國(guó)產(chǎn)業(yè)政策及補(bǔ)貼的推動(dòng)下

3、，氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展有向好趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也有望真實(shí)進(jìn)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(yùn)輸需求漸成主流。氫能源應(yīng)用有多種方式，可以通過(guò)傳統(tǒng)熱機(jī)也可以通過(guò)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(shí)，燃料電池利用氫能源具有噪音小等優(yōu)點(diǎn)。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(yùn)輸式應(yīng)用。交運(yùn)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(chǔ)存運(yùn)輸、加氫站運(yùn)營(yíng)、中游燃料電池系統(tǒng)及

4、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(shí)，圍繞氫氣展開(kāi)的主產(chǎn)業(yè)鏈條需要大量高技術(shù)含量機(jī)械設(shè)備支持，主要集中在制氫和壓縮領(lǐng)域。我們認(rèn)為，制氫路徑會(huì)按照制氫地的資源稟賦不同而有所變化，儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)主要還是氣態(tài)儲(chǔ)氫，但合金儲(chǔ)氫前景較好，加氫站環(huán)節(jié)會(huì)呈現(xiàn)中央制氫與分布式制氫共存互補(bǔ)的格局，燃料電池環(huán)節(jié)的機(jī)會(huì)在于質(zhì)子交換膜、低成本催化劑以及儲(chǔ)氫瓶，下游應(yīng)用環(huán)節(jié)中汽車(chē)市場(chǎng)最大，汽車(chē)應(yīng)用市場(chǎng)中，我們預(yù)計(jì)氫燃料電池商用車(chē)市場(chǎng)最先爆發(fā)。歷史縱向看：能源使用清潔程度不斷提升環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)推動(dòng)能源利用向著綠色、清潔化的方向發(fā)展。從最開(kāi)始的草木發(fā)展到如今的風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮艿榷喾N形式， 能源使用過(guò)程

5、的污染物排放逐漸降低，這代表這人類(lèi)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(guò)程產(chǎn)物是水，可以真正做到零排放、無(wú)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(bào)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(lái)的可行性和機(jī)會(huì)所在。分布式應(yīng)用場(chǎng)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(guò)燃料電池，燃料電池應(yīng)用在分布式應(yīng)用場(chǎng)景中的時(shí)候與其他可替代方式相比，還存在成本高的問(wèn)題。以氫能源燃料電池汽車(chē)為例，應(yīng)用氫能源首先要考慮購(gòu)買(mǎi)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)用到汽車(chē)上時(shí)使得汽車(chē)的一次性購(gòu)置成

6、本迅速增長(zhǎng)；其次考慮維護(hù)成本，燃料電池汽車(chē)比其他汽車(chē)更為精密，因此其維護(hù)成本更高；接著考慮消耗燃料的成本，氫氣由于在制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)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(chē)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(jī)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(chǎng)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(chē)的數(shù)據(jù)測(cè)算，歐洲市場(chǎng)燃料電池小汽車(chē)的綜合使用成本達(dá)到 0.24 歐元/km，高于純電動(dòng)和柴油汽車(chē)的綜合使用成本。因?yàn)闅錃獬鍪蹠r(shí)會(huì)考慮氫氣制備、運(yùn)輸以及加氫站建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等成本，所以氫氣價(jià)格里面包含了

7、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(chē)上的全成本。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?yàn)樵O(shè)備與技術(shù)要求，加氫站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)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(mǎn)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)。產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀：尚處于導(dǎo)入期，需要政策支持因?yàn)槟壳皻淠茉吹睦蒙刑幱趯?dǎo)入期，因此需要政策支持引導(dǎo)。世界各國(guó)都針對(duì)氫能源利用出臺(tái)了各自的扶持政策，由于氫能源燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)有望成為氫能源最大的消費(fèi)端，支持政策主要集中在燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈。國(guó)外政策支持：消費(fèi)端補(bǔ)貼

8、與制造端補(bǔ)貼并舉從補(bǔ)貼形式看，大多國(guó)家把補(bǔ)貼放在了消費(fèi)環(huán)節(jié)，以購(gòu)置稅費(fèi)抵免或者購(gòu)置補(bǔ)貼的形式發(fā)放，僅德國(guó)將補(bǔ)貼放在了開(kāi)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(bǔ)貼促進(jìn)企業(yè)研發(fā)新車(chē)型，有利于在無(wú)形中促進(jìn)企業(yè)形成研發(fā)能力，就算補(bǔ)貼斷了，多年的技術(shù)積累不會(huì)隨著補(bǔ)貼停止而消失。因此從這個(gè)角度看，德國(guó)將研發(fā)補(bǔ)貼放在生產(chǎn)領(lǐng)域不無(wú)道理。國(guó)內(nèi)補(bǔ)貼政策也可借鑒此類(lèi)方法，在補(bǔ)貼政策上實(shí)行多途徑刺激，在消費(fèi)端和研發(fā)端同時(shí)給予補(bǔ)貼，既保證政策效果也利于產(chǎn)業(yè)技術(shù)積淀。從補(bǔ)貼力度看，各國(guó)補(bǔ)貼力度波動(dòng)幅度較大。美國(guó)和英國(guó)補(bǔ)貼在 5000 美元/輛上下，日韓則給予消費(fèi)者 22000 美元/

9、輛左右的補(bǔ)貼。這也是日韓在燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的原因之一。國(guó)內(nèi)政策支持：補(bǔ)貼力度大國(guó)內(nèi)方面補(bǔ)貼政策最早是在 2009 年出現(xiàn)，主要形式是免征購(gòu)置稅，同時(shí)還會(huì)在購(gòu)買(mǎi)時(shí)給予一次性的不同額度的補(bǔ)貼。從補(bǔ)貼力度看，我國(guó)的補(bǔ)貼力度是最大的。 雖然我國(guó)氫能源燃料電池汽車(chē)補(bǔ)貼高出國(guó)外很多，但是全部都是以購(gòu)置補(bǔ)貼形式發(fā)放的，沒(méi)有在氫能源燃料電池汽車(chē)生產(chǎn)制造領(lǐng)域設(shè)置補(bǔ)貼政策。我們可以考慮在需求側(cè)和供給側(cè)同時(shí)補(bǔ)貼。需求刺激與技術(shù)進(jìn)步刺激并舉，可能是更健康的產(chǎn)業(yè)政策，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展更為有利。同時(shí)，我們看到國(guó)家從 2014 年起將加氫站納入了補(bǔ)貼范圍，這是刺激配套產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，是從整條產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)看問(wèn)題，對(duì)氫能源

10、燃料電池汽車(chē)發(fā)展有促進(jìn)作用。氫能源應(yīng)用方式及場(chǎng)景：主要通過(guò)燃料電池，交通運(yùn)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(guò)燃料電池。氫能源利用可以通過(guò)熱機(jī)（通過(guò)利用內(nèi)能做功的機(jī)械）也可以通過(guò)燃料電池，通過(guò)熱機(jī)利用氫氣的原理是：燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，氣體膨脹推動(dòng)傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。另一種利用方式就是通過(guò)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(guò)外電路產(chǎn)生電流做功。熱機(jī)利用氫能源的方式還屬于熱循環(huán)的過(guò)程，存在熱量的浪費(fèi)，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用效率，同時(shí)還有更低的噪音。因此燃料電池應(yīng)用是氫能源利用的

11、主流途徑。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(yùn)輸儲(chǔ)存、中游氫燃料電池、下游氫能源燃料電池應(yīng)用等多個(gè)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(chǔ)存包括氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)合金儲(chǔ)氫三種方式，氫氣運(yùn)輸包括罐車(chē)運(yùn)輸、管道運(yùn)輸?shù)确椒ㄍ緩?；中游氫燃料電池涉及質(zhì)子交換膜、擴(kuò)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(yùn)輸應(yīng)用。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

12、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(diǎn)；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(lài)的特點(diǎn)，如果使用清潔電力可實(shí)現(xiàn)全程無(wú)污染，但是過(guò)程中耗費(fèi)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(mǎn)足大規(guī)模使用要求。儲(chǔ)氫儲(chǔ)氫方式有三種，分別是氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫。氣態(tài)儲(chǔ)氫主要是將氫氣直接儲(chǔ)存在高壓罐中，又細(xì)分為低壓儲(chǔ)存和高壓儲(chǔ)存，低壓儲(chǔ)存使用巨大的水密封儲(chǔ)槽儲(chǔ)存，高壓儲(chǔ)存是通過(guò)對(duì)氫氣加壓減小體積儲(chǔ)存在容器中；液態(tài)儲(chǔ)氫是將氫氣冷卻到一定低的溫度之下，

13、使氫氣呈現(xiàn)液態(tài)，然后再將其儲(chǔ)存到特定容器中；固態(tài)儲(chǔ)氫是利用金屬合金（一般稱(chēng)為儲(chǔ)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(guò)程），同時(shí)表面還可以在表面結(jié)合一部分氫分子。加氫站目前，為了支持燃料電池汽車(chē)發(fā)展，各國(guó)積極建設(shè)氫能源燃料電池汽車(chē)配套設(shè)施。根據(jù)規(guī)劃，到 2020 年，中國(guó)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(gè)加氫站，韓國(guó)計(jì)劃到 2020 年建成 80 座加氫站，德國(guó)到 2020 年也預(yù)計(jì)達(dá)到 100 座加氫站的規(guī)模。世界上幾個(gè)建設(shè)加氫站的大國(guó)都以 2020 年 100 座加氫站為目標(biāo)。這距離我國(guó) 2020

14、年 100 座加氫站的目標(biāo)還有很大距離，同時(shí)也表明，未來(lái)兩年內(nèi)加氫站建設(shè)進(jìn)度會(huì)急劇增加，相關(guān)方面需求巨大，也是機(jī)會(huì)點(diǎn)。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(kuò)散層組成。下游應(yīng)用氫能源燃料電池下游主要分三大市場(chǎng)，分別是便攜設(shè)備市場(chǎng)、固定式系統(tǒng)應(yīng)用市場(chǎng)、交通運(yùn)輸應(yīng)用市場(chǎng)。在燃料電池下游市場(chǎng)中，交通運(yùn)輸領(lǐng)域裝機(jī)占到了近 70%。我們將簡(jiǎn)要介紹便攜設(shè)備和固定應(yīng)用設(shè)備，之后著重分析氫燃料電池汽車(chē)。應(yīng)用場(chǎng)景則包括氫能源家用燃料電池、電信行業(yè)無(wú)間斷電源或備

15、用電源等。汽車(chē)市場(chǎng)：國(guó)外乘用車(chē)技術(shù)成熟，國(guó)內(nèi)商用車(chē)先行氫燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)呈現(xiàn)日韓做乘用車(chē)、中國(guó)做客車(chē)、美國(guó)做專(zhuān)用車(chē)的格局。日本豐田本田等車(chē)企 2000 年前后就開(kāi)始做燃料電池汽車(chē)，至今已經(jīng)有近 20 年的技術(shù)積累，且將燃料電池汽車(chē)應(yīng)用于汽車(chē)時(shí)間較早，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)市場(chǎng)多年檢驗(yàn)，技術(shù)成熟。雖然中國(guó)也有燃料電池汽車(chē)，但是發(fā)布時(shí)間較短，應(yīng)用于汽車(chē)經(jīng)驗(yàn)不足。中國(guó)的燃料電池汽車(chē)主要是客車(chē)，此后日本、中國(guó)相繼發(fā)布燃料電池專(zhuān)用車(chē)，但性能有較大差距，后來(lái)者難以望其項(xiàng)背?？偨Y(jié)與展望：看好配套設(shè)施市場(chǎng)未來(lái) 3-5 年是導(dǎo)入期，5-10 年后開(kāi)始進(jìn)入成長(zhǎng)期，時(shí)間上展望，是 2025 年前后的事情。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚處于概念期

16、向真實(shí)導(dǎo)入期轉(zhuǎn)化的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，未來(lái) 3 年左右的導(dǎo)入期產(chǎn)業(yè)鏈的場(chǎng)景會(huì)是配套設(shè)施先行，之后再是商用車(chē)生產(chǎn)制造的跟進(jìn)，可能會(huì)伴隨有國(guó)外乘用車(chē)進(jìn)入中國(guó)市技術(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(lái)看，各環(huán)節(jié)多種形式共存、互補(bǔ)是大概率事件。綜合之前的對(duì)比分析，我們認(rèn)為在制氫環(huán)節(jié)，中央制氫與加氫站分布式制氫相互補(bǔ)充是較為合理的運(yùn)行模式，制氫技術(shù)路線會(huì)根據(jù)制氫地點(diǎn)資源稟賦有所變化。在儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)，未來(lái)一階段主要的方案仍是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫。氣態(tài)儲(chǔ)氫畢竟方便快捷，液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)合金儲(chǔ)氫無(wú)論是從可操作性還是從技術(shù)要求上來(lái)講都較為復(fù)雜，不適合在儲(chǔ)氫站和氫能源燃料電池汽車(chē)上應(yīng)用。在加氫站環(huán)節(jié)，站內(nèi)制氫加氫站是

17、長(zhǎng)期的發(fā)展趨勢(shì)，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?yàn)檎緝?nèi)制氫加氫對(duì)制氫設(shè)備有一定的技術(shù)要求，而國(guó)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(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)共同成立企業(yè)運(yùn)營(yíng)加氫站，采用天然氣或甲醇重整制氫的路線；有資金沒(méi)有技術(shù)的企業(yè)選擇購(gòu)買(mǎi)國(guó)外設(shè)備或者國(guó)內(nèi)已經(jīng)引進(jìn)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(méi)有資源也沒(méi)有先進(jìn)技術(shù)的企業(yè)選擇外供氫方案。隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)格局變化，最后一類(lèi)企業(yè)由于外供氫體量受運(yùn)輸?shù)纫蛩叵拗疲瑫?huì)在競(jìng)爭(zhēng)中逐漸被淘汰。在燃料電池環(huán)節(jié)，國(guó)外的核心技術(shù)，比如質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)工藝，是不會(huì)直接給國(guó)內(nèi)企業(yè)的，因此這一環(huán)節(jié)最可能的方案是低端車(chē)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(chē)型則直接購(gòu)買(mǎi)國(guó)外性能領(lǐng)先的燃料電池系統(tǒng)。在國(guó)