2020年氫能源行業(yè)研究報(bào)告

2020年氫能源行業(yè)研究報(bào)告導(dǎo)語(yǔ)根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟的預(yù)計(jì)，到2030年，中國(guó)氫氣需求量將達(dá)到3500萬(wàn)噸，在終端能源體系中占比5%。到2050年氫能將在中國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)到10%，氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸，可減排約7億噸二氧化碳，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬(wàn)億元。1、“氫能時(shí)代”大幕拉開1.1氫能是第三次能源變革的重要媒介全球能源行業(yè)正經(jīng)歷著以低碳化、無(wú)碳化、低污染為方向的第三次能源變革，隨著全球能源需求不斷增加，全球電氣化趨勢(shì)明顯，未來(lái)以可再生能源增長(zhǎng)幅度最大的電力能源結(jié)構(gòu)將持續(xù)變化，進(jìn)一步形成以石油、天然氣、煤炭、可再生能源為主的多元化能源結(jié)構(gòu)。氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，可通過一次能源、二次能源及工業(yè)領(lǐng)域等多種途徑獲取，氫能將成為第三次能源變革的重要媒介。氫能可以用于交通運(yùn)輸，作為石油精煉、氨生產(chǎn)的原料，以及金屬精煉和住宅部門的加熱和烹飪等方方面面。而且，氫氣有潛力成為整合不同基礎(chǔ)設(shè)施的能源載體，以提高經(jīng)濟(jì)效率、可靠性、靈活性，而且其中許多用途將有助于減少電力和交通部門的碳排放。氫還可以為電力部門提供大規(guī)模的長(zhǎng)期能量存儲(chǔ)。此外，氫能源存儲(chǔ)系統(tǒng)可以提供輔助電網(wǎng)服務(wù)，如應(yīng)急、負(fù)荷跟蹤和調(diào)節(jié)儲(chǔ)備，這些服務(wù)可以提供額外的能量來(lái)源，從而降低電解制氫的成本。氫還可以成為VRE和交通部門之間的另一座橋梁。1.2投資總結(jié)：“政策扶持”&“技術(shù)進(jìn)步”雙引擎驅(qū)動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展2019年氫能源首次寫入《政府工作報(bào)告》，將氫能納入中國(guó)能源體系之中，我國(guó)真正開啟氫能大發(fā)展元年，按照白皮書路線規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2050年氫能在中國(guó)能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸，年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值超過10萬(wàn)億元，全國(guó)加氫站達(dá)到10000座以上，燃料電池汽車年產(chǎn)量達(dá)到520萬(wàn)輛。氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫站、氫燃料電池應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)。與鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈相比，氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈更長(zhǎng)，復(fù)雜度更高，理論經(jīng)濟(jì)價(jià)值含量更大。從氫能實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，氫燃料電池汽車是氫能高效利用的最有效途徑，當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)鏈已初具雛形，且燃料電池系統(tǒng)性能已滿足商業(yè)化需求，但燃料電池汽車的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用依然受經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性制約。因此，產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期的政策扶持顯得尤為重要，政策扶持下產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)?；?降本-開拓市場(chǎng)的良性內(nèi)循環(huán)，此外，持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步也將反哺解決各環(huán)節(jié)核心技術(shù)的成本制約，進(jìn)一步提升商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)力。從經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)進(jìn)步角度來(lái)看，各環(huán)節(jié)都將分階段發(fā)展?jié)M足商業(yè)化需求：制氫產(chǎn)業(yè)：短期優(yōu)先選用工業(yè)副產(chǎn)氫，中期采用化石能源制氫結(jié)合碳捕捉技術(shù)，長(zhǎng)期采用可再生能源電解水制氫；氫能儲(chǔ)運(yùn)：將按照“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的技術(shù)發(fā)展方向，逐步提升氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸能力；燃料電池系統(tǒng)：將持續(xù)圍繞功率、性能、壽命、成本四大要素而發(fā)展。具體應(yīng)用集中在交通領(lǐng)域，從商用車切入、乘用車跟進(jìn)。2、氫能是中國(guó)構(gòu)建多元化能源體系關(guān)鍵一環(huán)2.1氫能開發(fā)利用是能源清潔化的大勢(shì)所趨氫能大儲(chǔ)量、零污染、高效率氫（H）是宇宙儲(chǔ)量最豐富的元素，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，在地球上排第三，大儲(chǔ)量保證其作為能源供給的充足性。氫元素主要以水的形式存在，原料非常容易獲取。此外，氫氣的供能方式主要是和氧氣反應(yīng)生成水釋放化學(xué)能，其產(chǎn)物除了水無(wú)其他中間產(chǎn)物，整個(gè)供能過程無(wú)浪費(fèi)、零污染。氫能源生產(chǎn)和使用形成可循環(huán)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展1970年通用汽車首次提出“氫經(jīng)濟(jì)”的概念。近年來(lái)，隨著燃料電池的迅速發(fā)展，氫能作為最適宜的燃料也隨之進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展階段。氫能來(lái)自于水用，使用后的產(chǎn)物仍為水，由此形成一個(gè)可循環(huán)閉環(huán)系統(tǒng)，具有可持續(xù)性。氫氣比能量高，易于實(shí)現(xiàn)輕量化和高續(xù)航氫氣是常見燃料中熱值最高的（142KJ/g），約是石油的3倍，煤炭的4.5倍。這意味著消耗相同質(zhì)量的石油、煤炭和氫氣，氫氣所提供的能量最大，這一特性是滿足汽車、航空航天等實(shí)現(xiàn)輕量化的重要因素之一。現(xiàn)階段來(lái)看，氫氣作為能量載體的最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是鋰電池。目前電池市場(chǎng)發(fā)展已經(jīng)很成熟，然而氫能具備電池所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，氫氣的比能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電池，并且沒有工作溫度限制（電池工作溫度范圍在-20℃~60℃）。2.2能源短缺和環(huán)境惡化，加速推動(dòng)全球氫能開發(fā)脫碳加氫和清潔高效是百年來(lái)能源科技進(jìn)步的趨勢(shì)縱觀能源的發(fā)展歷史，從最初使用固態(tài)的木柴、煤炭，到液態(tài)的石油，直至氣態(tài)的天然氣，不難看出其H/C比提高的趨勢(shì)和固-液-氣形式的漸變過程。木柴的氫碳比在1:3～10之間，煤為1:1，石油為2:1，天然氣為4:1。在18世紀(jì)中葉至今，氫碳比上升超過6倍。每一次能源的“脫碳”都會(huì)推動(dòng)人類社會(huì)的進(jìn)步和文明程度的提高，可以預(yù)見未來(lái)能源利用形式中，氫能的占比將會(huì)繼續(xù)提高。氫雖然主要用作化工基礎(chǔ)原料，但在能源轉(zhuǎn)型過程中，其更重要的是作為一種清潔能源和良好的能源載體，具有清潔高效、可儲(chǔ)能、可運(yùn)輸、應(yīng)用場(chǎng)景豐富等特點(diǎn)。氫能能夠幫助工業(yè)、建筑、交通等主要終端應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低碳化，包括作為燃料電池汽車應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，作為儲(chǔ)能介質(zhì)支持大規(guī)?？稍偕茉吹恼虾桶l(fā)電，應(yīng)用于分布式發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)為建筑提供電和熱，為工業(yè)領(lǐng)域直接提供清潔的能源等。目前全球用氫量約1.15億噸，其中約61%用于煉油和生產(chǎn)化肥等，39%用于生產(chǎn)甲醇和其他化學(xué)品以及燃料等。預(yù)計(jì)2050年氫能將承擔(dān)全球18%的能源需求，氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造3000萬(wàn)個(gè)工作崗位，減少60億噸CO2排放，創(chuàng)造2.5萬(wàn)億美元的市場(chǎng)價(jià)值。日本、美國(guó)、歐洲等主要工業(yè)國(guó)家均將氫能列入國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已初具規(guī)模，但發(fā)展重點(diǎn)有所不同。日本政府大力推進(jìn)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力實(shí)現(xiàn)“氫能社會(huì)”為解決過度依賴進(jìn)口化石能源、核電重啟困難以及國(guó)內(nèi)可再生能源稟賦一般等問題，日本政府高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省（METI）2019年提出了《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，其目標(biāo)是：第一階段創(chuàng)造需求，到2025年加速推廣和普及氫能交通、民用市場(chǎng)；第二階段解決供應(yīng)問題，到2030年實(shí)現(xiàn)氫燃料發(fā)電和通過擴(kuò)大氫能進(jìn)口解決大規(guī)模供給；到2040年，建立起零碳排放的供氫體系，使氫加入傳統(tǒng)的“電、熱”系統(tǒng)構(gòu)建全新的二次能源結(jié)構(gòu)。截至2018年底，日本建有加氫站113座，氫燃料車2839輛，家用氫燃料電池22萬(wàn)臺(tái)。美國(guó)重點(diǎn)開展燃料電池研究和布局加氫站建設(shè)2014年美國(guó)頒布的《全面能源戰(zhàn)略》確定了氫能在交通轉(zhuǎn)型中的引領(lǐng)作用，并規(guī)劃2030~2040年將全面實(shí)現(xiàn)氫能源經(jīng)濟(jì)。美國(guó)能源部2019年提出了《國(guó)家氫能發(fā)展路線圖》。目前美國(guó)氫能重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域一是開展燃料電池系統(tǒng)研發(fā)，各級(jí)政府均提供大量資金資助科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行氫能和燃料電池關(guān)鍵零件研發(fā)工作。二是布局建設(shè)加氫站，如美國(guó)加州每年計(jì)劃撥款2000萬(wàn)美元用于加氫站建設(shè)，直到加州至少有100座加氫站；到2025年建立200座加氫站。截至2018年底，美國(guó)建有加氫站42座，氫燃料車5899輛。德國(guó)重視氫能交通工具的開發(fā)和氫能與可再生能源的協(xié)同發(fā)展德國(guó)是歐洲氫能發(fā)展較快的國(guó)家，已在通信基站、加氫站、燃料電池車、氫能列車、氫源建設(shè)等方面有所應(yīng)用。德國(guó)聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部等正在編制《國(guó)家氫能發(fā)展戰(zhàn)略》，目標(biāo)是將氫能與大力發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略相結(jié)合，大力推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展。其重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域一是開發(fā)零排放氫能交通工具，如清潔巴士、氫能列車等（德國(guó)鐵路電氣化程度較低，約59%的火車未實(shí)現(xiàn)電氣化，德國(guó)政府試圖使用燃料電池火車來(lái)解決環(huán)境和電氣化程度低的問題）；二是投資可再生能源綠色制氫工藝及設(shè)施建設(shè)。2019年上半年部分德國(guó)企業(yè)在德國(guó)發(fā)起了GETH2倡議，目標(biāo)是利用氫能促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型。合作企業(yè)計(jì)劃在德國(guó)埃姆斯蘭地區(qū)建立氫能基礎(chǔ)設(shè)施，將該地區(qū)的能源、工業(yè)、運(yùn)輸和供熱部門聯(lián)系起來(lái)，建造105兆瓦的電制氫（PowertoGas）設(shè)施，利用風(fēng)能生產(chǎn)“綠色氫氣”，并利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸、儲(chǔ)存及應(yīng)用氫氣。截至2018年底，德國(guó)建有加氫站60座，氫燃料車500輛。韓國(guó)氫能發(fā)展目標(biāo)是氫能產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)合促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)韓國(guó)政府發(fā)展氫能的目標(biāo)是通過發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)減少對(duì)石油進(jìn)口的依賴，同時(shí)將氫技術(shù)與汽車、航運(yùn)和石油化工等傳統(tǒng)制造業(yè)聯(lián)系起來(lái)，為鋼鐵生產(chǎn)、石油化工和機(jī)械工程等傳統(tǒng)行業(yè)帶來(lái)新的投資和就業(yè)機(jī)會(huì)，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。韓國(guó)政府2019年初發(fā)布《氫能發(fā)展路線圖2040》，計(jì)劃到2040年，氫氣供應(yīng)量達(dá)到526萬(wàn)噸，累計(jì)生產(chǎn)氫燃料電池汽車620萬(wàn)輛（含出口330萬(wàn)輛），建設(shè)1200座。截至2018年底，韓國(guó)建有加氫站14座，氫燃料車300輛。2.3中國(guó)減排任務(wù)艱巨，發(fā)展清潔能源迫在眉睫中國(guó)承諾到2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”，減排任務(wù)艱巨我國(guó)減排任務(wù)艱巨，年排放量位居世界第一。根據(jù)聯(lián)合國(guó)數(shù)據(jù)，2018年中國(guó)碳排放達(dá)到137億噸，同比增長(zhǎng)1.6%。盡管我國(guó)碳排放的增速已經(jīng)放緩，但從總量看，占全球總排放量的1/4以上，仍是全球排名第一的碳排放國(guó)。作為世界工廠，在產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善、國(guó)產(chǎn)制造加工能力與日俱增的同時(shí)，我國(guó)的碳排放量也快速攀升。作為負(fù)責(zé)任的大國(guó)，走低碳節(jié)能發(fā)展之路既是我國(guó)的責(zé)任所系，亦是使命所向。應(yīng)對(duì)氣候變化要求我國(guó)持續(xù)大規(guī)模開發(fā)可再生能源根據(jù)既定的能源戰(zhàn)略，未來(lái)我國(guó)將構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，顯著特征之一是大幅提高可再生能源在一次能源消耗中的占比。為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，履行《巴黎協(xié)議》中碳減排目標(biāo)，據(jù)國(guó)家可再生能源中心測(cè)算，我國(guó)既定能源政策仍需降低化石能源使用占比來(lái)達(dá)成氣候變化低于2℃的目標(biāo)。根據(jù)《中國(guó)可再生能源展望2018》的預(yù)測(cè)，2020-2030年間，中國(guó)將迎來(lái)光伏與風(fēng)電大規(guī)模建設(shè)高峰。其中，新增光伏裝機(jī)容量約80-160GW/年，新增風(fēng)電裝機(jī)約70-140GW/年。到2050年，從我國(guó)一次能源需求來(lái)看，非化石能源的總體比例將達(dá)到70%，風(fēng)能和太陽(yáng)能成為我國(guó)能源系統(tǒng)的絕對(duì)主力，在可再生能源中的占比將分別達(dá)到44%和27%。得益于未來(lái)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，能效水平的大幅提升和工業(yè)與交通領(lǐng)域的電氣化提升，2050年的我國(guó)終端能源需求總量得到控制，化石能源消費(fèi)大幅縮減，電力消費(fèi)顯著上升。2.4氫&電耦合是構(gòu)建我國(guó)現(xiàn)代能源體系的重要途徑氫&電耦合體系可突破可再生能源發(fā)展的限制目前，我國(guó)能源發(fā)展逐步從總量擴(kuò)張向提質(zhì)增效轉(zhuǎn)變，能源效率、能源結(jié)構(gòu)、能源安全已成為影響我國(guó)能源高質(zhì)量發(fā)展的三大關(guān)鍵所在。相比其他轉(zhuǎn)型方式，氫能與電能結(jié)合將成為構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的重要途徑。電能是多種能源間靈活高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵媒介，能量轉(zhuǎn)換效率通常在90%以上。電氣化水平的提升，有利于提升能源利用效率、降低化石能源在終端能耗中的占比，并緩解我國(guó)能源資源與負(fù)荷中心逆向分布的問題。據(jù)國(guó)網(wǎng)能源研究院預(yù)測(cè)，到2050年電力在我國(guó)終端能源消費(fèi)的比重將增長(zhǎng)至47%，超出全球平均水平。氫能與電能同屬二次能源，更容易耦合電能、熱能、燃料等多種能源并與電能一起建立互聯(lián)互通的現(xiàn)代能源網(wǎng)絡(luò)。更為重要的是，氫能可實(shí)現(xiàn)不連續(xù)生產(chǎn)和大規(guī)模儲(chǔ)存，這將顯著增加電力網(wǎng)絡(luò)的靈活性。在可再生能源方面，目前光伏與風(fēng)電行業(yè)均已處于平價(jià)前夕，平價(jià)后行業(yè)發(fā)展將由政策驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄{驅(qū)動(dòng)，電網(wǎng)消納能力將成為制約行業(yè)發(fā)展的首要因素。與基于化石能源的電能和石油制品生產(chǎn)方式相比，可再生能源具有明顯的分布和不穩(wěn)定生產(chǎn)的特征，且區(qū)別于電網(wǎng)與石油網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立的特征，氫能與電能的深度耦合恰能支撐更高份額的可再生能源電力的發(fā)展，主要表現(xiàn)為兩點(diǎn)：1）氫能可滿足可再生能源規(guī)?；㈤L(zhǎng)周期儲(chǔ)能需求；2）氫能可作為燃料，通過燃料電池為交通和工業(yè)領(lǐng)域提供電能、熱能，有效降低化石能源的使用，繼續(xù)提升電力在能源系統(tǒng)中的比重。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè)，2050年氫能將在我國(guó)能源體系中的占比達(dá)到10%。同時(shí)，可再生能源制氫與氫儲(chǔ)運(yùn)、氫應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，有望使部分優(yōu)勢(shì)地區(qū)的可再生能源擺脫電網(wǎng)設(shè)施及消納條件的限制。通過大規(guī)模開發(fā)風(fēng)、光等可再生能源電站，以較低的發(fā)電成本就地制氫，通過氫能儲(chǔ)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可再生能源高效、低成本的區(qū)域輸送調(diào)配，而豐富的氫能應(yīng)用場(chǎng)景和電、氫深度耦合體系將有力支持大規(guī)模氫氣的消納。屆時(shí)，氫能有望成為我國(guó)重要的出口能源重構(gòu)世界能源格局。這為突破可再生能源發(fā)展瓶頸提供了新的思路和空間。電氫耦合將成為現(xiàn)代能源體系的重要特征，電氫能源體系將為開發(fā)我國(guó)豐富的可再生能源提供可靠的載體并培育適合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，可再生能源有望突破現(xiàn)階段各種約束，迎來(lái)巨大的發(fā)展空間。此外，將氫氣應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域，可以同時(shí)兼顧以下優(yōu)勢(shì)：1）具備更低的儲(chǔ)能成本：固定式儲(chǔ)能電池成本比儲(chǔ)氫容器成本大約高10倍，單車在儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)下降到3~5倍（燃料電池的效率導(dǎo)致儲(chǔ)能量比車在動(dòng)力電池高一倍，同時(shí)，儲(chǔ)氫體積能量密度低需要更高壓力）；2）與儲(chǔ)電的互補(bǔ)性：相比動(dòng)力電池的高頻調(diào)節(jié)，氫儲(chǔ)能屬于低頻調(diào)節(jié)，兩者互補(bǔ)性強(qiáng)；3）靈活的制運(yùn)儲(chǔ)方式：長(zhǎng)管拖車經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑300公里以內(nèi)；1千公里以上可長(zhǎng)途輸電-當(dāng)?shù)刂茪洌蛱烊粴夤艿罁綒涞取?.5中國(guó)氫能兼具產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)及應(yīng)用市場(chǎng)，綜合優(yōu)勢(shì)顯著中國(guó)具有豐富的氫能供給經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的工業(yè)累計(jì)，中國(guó)已是世界上最大制氫國(guó)，初步評(píng)估現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能為2500萬(wàn)噸/年，可為氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期階段提供低成本的氫源。富集的煤炭資源輔之以二氧化碳捕捉與封存技術(shù)可提供穩(wěn)定、大規(guī)模、低成本的氫源供給。同時(shí)，中國(guó)是全球第一大可再生能源發(fā)電國(guó)，每年僅風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源棄電約1000億千瓦時(shí)，可用于電解水制氫約200萬(wàn)噸，未來(lái)隨著可再生能源規(guī)模的不斷壯大，可再生能源制氫有望成為中國(guó)氫源供給的主要來(lái)源。中國(guó)氫能應(yīng)用市場(chǎng)潛力巨大。氫能在能源、交通、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其以燃料電池車為代表的交通領(lǐng)域是氫能初期應(yīng)用的突破口與主要市場(chǎng)。中國(guó)汽車銷量已連續(xù)十年居全球第一，其中新能源汽車銷量占全球總銷量的50%。工信部在新發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃2021-2035年》中，將以新能源汽車高質(zhì)量發(fā)展為主線，探索新能源汽車與能源、交通、信息通信等深度融合發(fā)展的新模式，重點(diǎn)向燃料電池車拓展。在工業(yè)領(lǐng)域，中國(guó)航貼、水泥、化工等產(chǎn)品產(chǎn)量連續(xù)多年居世界首位，氫氣可為其提供高品質(zhì)的燃料和原料。在建筑領(lǐng)域，氫氣通過發(fā)電、直接燃燒、熱電聯(lián)產(chǎn)等形式為居民住宅或商業(yè)區(qū)提供電熱水冷多聯(lián)供。未來(lái)，隨著碳減排壓力的增大與氫氣規(guī)?；瘧?yīng)用成本的降低，氫能有望在建筑、工業(yè)能源領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。中國(guó)氫能與燃料電池技術(shù)基本具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。經(jīng)過多年科技攻關(guān)，中國(guó)已掌握了部分氫能基礎(chǔ)設(shè)施與一批燃料電池相關(guān)核心技術(shù)，制定出臺(tái)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)86項(xiàng)次，具備一定的產(chǎn)業(yè)裝備與燃料電池整車的生產(chǎn)能力；中國(guó)燃料電池車經(jīng)過多年研發(fā)積累，已形成自主特色的電-電混合技術(shù)路線，并經(jīng)歷規(guī)模示范運(yùn)行。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟的預(yù)計(jì)，到2030年，中國(guó)氫氣需求量將達(dá)到3500萬(wàn)噸，在終端能源體系中占比5%。到2050年氫能將在中國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)到10%，氫氣需求量接近6000萬(wàn)噸，可減排約7億噸二氧化碳，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬(wàn)億元。3產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)先行，國(guó)產(chǎn)化同步推進(jìn)2019年氫能源首次寫入《政府工作報(bào)告》，政府工作任務(wù)中明確“將推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。自2011年以來(lái)有關(guān)部門已經(jīng)從戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技、財(cái)政等方面相繼發(fā)布了一系列政策，引導(dǎo)鼓勵(lì)氫燃料電池等氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。按照2019年發(fā)布的《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》，國(guó)內(nèi)氫能從制氫到用氫發(fā)展路徑逐漸清晰，有助于我國(guó)提早進(jìn)入能源自給自足的氫能社會(huì)：制氫產(chǎn)業(yè)：短期優(yōu)先選用工業(yè)副產(chǎn)氫，中期采用化石能源制氫結(jié)合碳捕捉技術(shù)，長(zhǎng)期采用可再生能源電解水制氫；氫能儲(chǔ)運(yùn)：將按照“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的技術(shù)發(fā)展方向，逐步提升氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸能力；燃料電池系統(tǒng)：將持續(xù)圍繞功率、性能、壽命、成本四大要素而發(fā)展。具體應(yīng)用集中在交通領(lǐng)域，從商用車切入、乘用車跟進(jìn)。3.1制氫：大規(guī)模低成本氫氣是關(guān)鍵，路線由“灰氫”向“綠氫”發(fā)展目前制氫技術(shù)路線按原料來(lái)源主要分為化石原料制氫、化工原料制氫、工業(yè)尾氣制氫和電解水制氫幾種。常規(guī)的制氫技術(shù)路線中以傳統(tǒng)化石能源制氫為主，全球范圍內(nèi)主要是使用天然氣制氫，我國(guó)由于煤炭資源比較豐富，因此主要使用煤制氫技術(shù)路線，占全國(guó)制氫技術(shù)的60%以上。為了區(qū)分制氫途徑的清潔度（碳排放量），我們將可再生能源電解水得到的氫氣稱為“綠氫”，生產(chǎn)過程做到零碳排放；將以化石能源為原料，通過蒸汽甲烷重整或自熱重整等方法制造的氫氣稱為“灰氫”，灰氫的成本較低，但是碳強(qiáng)度較高；在甲烷蒸汽重整與自熱重整制氫過程中增加碳捕捉和貯存環(huán)節(jié)（CCS），這樣制出的氫氣被稱為“藍(lán)氫”。藍(lán)氫可以降低碳排放量，但無(wú)法消除所有碳排?；现茪?。化石原料制氫是通過煤炭、天然氣、石油和頁(yè)巖氣等能源通過重整生成氫氣，目前技術(shù)路線十分成熟，平均價(jià)格也相對(duì)較低。我國(guó)煤炭資源豐富，化石原料制氫主要以煤或者煤焦作為原料，通過重整反應(yīng)得到以H2和CO為主要成份的混合氣，再經(jīng)過凈化和提純等環(huán)節(jié)產(chǎn)生成品氫氣。而天然氣制氫價(jià)格掛鉤天然氣價(jià)格，中國(guó)“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦特點(diǎn)，僅有少數(shù)地區(qū)可以探索開展，天然氣制氫平均成本明顯高于煤氣化制氫。國(guó)際上主要是以天然氣和頁(yè)巖氣等以甲烷水蒸氣為主要成份的原料進(jìn)行重整?；ぴ现茪?。使用甲醇等化工原料在一定溫度和壓力條件下，在催化劑作用下發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)氫氣和CO等含碳?xì)怏w。CO和水蒸氣可以繼續(xù)發(fā)生變換反應(yīng)，最終生成H2和CO2，之后再通過變壓吸附去除CO2，得到高純度H2。甲醇裂解技術(shù)工藝系統(tǒng)比使用化石能源制氫簡(jiǎn)單，運(yùn)行更加穩(wěn)定，產(chǎn)品氣中不含污染物或有害氣體，特別適用于中小規(guī)模制氫。但生產(chǎn)成本受甲醇價(jià)格影響明顯，制氫成本明顯高于化石能源制氫或工業(yè)副產(chǎn)物制氫。工業(yè)副產(chǎn)制氫。工業(yè)副產(chǎn)制氫是在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，利用富含氫氣的終端廢棄物或副產(chǎn)物作為原料，采用變壓吸附法（PSA）回收提純制氫。工業(yè)副產(chǎn)主要來(lái)自以下兩個(gè)來(lái)源：焦?fàn)t煤氣制氫和氯堿副產(chǎn)品氣制氫。焦?fàn)t煤氣中，氫氣含量占50%以上，除此還含有大量甲烷，經(jīng)過壓縮、提純和脫氧等工藝可以制取高濃度氫氣。但現(xiàn)實(shí)問題是目前焦?fàn)t煤氣在鋼鐵企業(yè)中，已經(jīng)被充分利用為燒結(jié)、煉鐵和煉鋼等工序的燃料，工藝流程之間配合成熟，采用焦?fàn)t煤氣制氫發(fā)展空間有限。氯堿副產(chǎn)物制氫是

指在通過電解飽和NaCl溶液的方法來(lái)制取NaOH的過程中，會(huì)生成Cl2和H2副產(chǎn)物，副產(chǎn)物氣體雜質(zhì)含量低，在提純前氫氣濃度已經(jīng)大于99%，提純難度比較小。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，目前30%以上的副產(chǎn)物氫氣直接被放空排放，沒有得到有效利用。回收使用氯堿行業(yè)氫氣副產(chǎn)物可快速滿足國(guó)內(nèi)氫氣需求，同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。電解水制氫。電解水制氫是原理最為簡(jiǎn)單的制氫方法，將正負(fù)電極插入水中并通直流電，水中的氫離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)析出氫氣，氫氧根離子在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)析出氧氣。電解水制氫技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝流程穩(wěn)定可靠，產(chǎn)生的氫氣純度極高，可以滿足高純度的氫氣需求，同時(shí)不產(chǎn)生污染。但缺點(diǎn)是能耗大，制氫成本是目前工業(yè)化制氫領(lǐng)域最高的，單位制氫成本是煤制氫的4~5倍。而且規(guī)模較小，制氫量一般小于200m3/h。目前電解成本高是制約電解水制氫技術(shù)推廣使用的最重要原因。但同時(shí)，在我國(guó)三北地區(qū)，大量可再生能源電力如風(fēng)電和光伏發(fā)電還存在不能并網(wǎng)的情況。由于電能不能大規(guī)模儲(chǔ)存，棄風(fēng)棄光一方面造成了能源的浪費(fèi)，另外還會(huì)造成設(shè)

備的損耗。因此采用可再生能源如風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電，再進(jìn)行電解制氫，可極大降低制氫成本，是目前制氫領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，具有技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。制氫路線上將由化石能源制氫逐步過渡至可再生能源制氫。隨著氫能在社會(huì)發(fā)展中的需求量越來(lái)越大，制氫作為氫產(chǎn)業(yè)鏈的最上游也將會(huì)得到飛速發(fā)展。選取具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線，降低制氫成本，是氫能推廣使用的關(guān)鍵。在現(xiàn)有的制氫技術(shù)中，使用煤或天然氣制氫具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)，而且我國(guó)具有豐富的煤炭資源。但使用化石能源作為原料終究不可持續(xù)，而且會(huì)產(chǎn)生新的污染。使用甲醇等化工原料制氫受上游產(chǎn)品約束，產(chǎn)量和價(jià)格浮動(dòng)較大，難以形成穩(wěn)定有效的氫能供給。使用工業(yè)尾氣制氫同樣存在原料少，來(lái)源不穩(wěn)定的問題。目前看來(lái)，可以支撐未來(lái)巨大氫能需求量，原料來(lái)源穩(wěn)定的制氫方式應(yīng)為電解水制氫。雖然目前由于成本太高，電解水在氫能制備產(chǎn)業(yè)中只占4%左右，與其它方式相比暫時(shí)不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但如果能考慮利用我國(guó)每年大量不能上網(wǎng)的風(fēng)能和光伏等可再生能源電力作為能源，可以極大地降低制氫用電成本，推動(dòng)電解水技術(shù)推廣使用，同時(shí)可有效解決可再生電力消納問題。相比通過大規(guī)模的輸電設(shè)施建設(shè)來(lái)分配可再生能源電力，將可再生能源電力就地制氫，再通過管道和公路等方式儲(chǔ)存和運(yùn)輸，就近消納，應(yīng)該是更貼近市場(chǎng)需求和解決可再生能源消納的措施。3.2儲(chǔ)運(yùn)氫：氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸效率亟待提高氫氣的可大規(guī)模存儲(chǔ)和運(yùn)輸是其區(qū)別于化學(xué)電池儲(chǔ)能的重要特性，在資源總量不受約束，制備成本中遠(yuǎn)期可控的前提下，氫氣的儲(chǔ)存性能和運(yùn)輸效率是氫能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的瓶頸問題。儲(chǔ)氫技術(shù)目前，氫氣的儲(chǔ)存主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固體儲(chǔ)氫三種方式、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫已得到廣泛應(yīng)用，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫尚處于示范階段。氣態(tài)儲(chǔ)氫。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫具有充放氫氣速度快、容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段主要的儲(chǔ)氫方式，氛圍高壓氫瓶和高壓容器兩大類。其中鋼制氫瓶和鋼制壓力容器技術(shù)最為成熟，成本較低。20MPa鋼制氫瓶已得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用，并于45MPa鋼制氫瓶、98MPa鋼帶纏繞式壓力容器組合應(yīng)用于加氫站中。碳纖維纏繞高壓氫瓶的開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶由固定式應(yīng)用向車載儲(chǔ)氫應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。70MPa碳纖維纏繞4型瓶已經(jīng)是國(guó)外燃料電池乘用車車載儲(chǔ)氫的主流技術(shù)，35MPa碳纖維纏繞3型瓶目前仍是我國(guó)燃料電池商用車的車載儲(chǔ)氫方式，70MPa碳纖維纏繞3型瓶已少量用于我國(guó)燃料電池乘用車中。液態(tài)儲(chǔ)氫。液態(tài)儲(chǔ)氫具有儲(chǔ)氫密度高等優(yōu)勢(shì)，可分為低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液體儲(chǔ)氫。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫將氫氣冷卻至-253℃，液化儲(chǔ)存于低溫絕熱液氫罐中，儲(chǔ)氫密度可達(dá)70.6kg/m3，但裝置一次性投資較大，液化過程中能耗較高，儲(chǔ)存過程中有一定的蒸發(fā)損失，其蒸發(fā)率與處請(qǐng)關(guān)注容積有關(guān)，大儲(chǔ)罐的蒸發(fā)率遠(yuǎn)低于小儲(chǔ)罐。國(guó)內(nèi)產(chǎn)能液氫已在航天工程中成功使用，民用缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)液體儲(chǔ)氫利用某些不飽和有機(jī)物（如烯烴、炔烴或芳香烴）與氫氣進(jìn)行可逆加氫和脫氫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存，加氫后形成的液體有機(jī)氫化物性能穩(wěn)定，安全性高，儲(chǔ)存方式與石油產(chǎn)品相似。但存在著反應(yīng)溫度較高、脫氫效率較低、催化劑易被中間產(chǎn)物毒化等問題。國(guó)內(nèi)已有燃料電池客車車載儲(chǔ)氫示范應(yīng)用案例。固體儲(chǔ)氫。固態(tài)儲(chǔ)氫是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲(chǔ)氫載體，通過化學(xué)吸附和物理吸附的方式實(shí)現(xiàn)氫的存儲(chǔ)。固態(tài)儲(chǔ)氫具有儲(chǔ)氫密度高、儲(chǔ)氫壓力低、安全性好、放氫純度高等優(yōu)勢(shì)，其體積儲(chǔ)氫密度高于液氫。但主流金屬儲(chǔ)氫材料質(zhì)量?jī)?chǔ)氫率仍低于3.8wt%，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫率大于7wt%的輕質(zhì)儲(chǔ)氫材料還需解決吸放氫溫度偏高、循環(huán)性能較差的問題、國(guó)外固態(tài)儲(chǔ)氫已在燃料電池潛艇中商業(yè)應(yīng)用，在分布式發(fā)電和風(fēng)電制氫規(guī)模儲(chǔ)氫中得到示范應(yīng)用：國(guó)內(nèi)固態(tài)儲(chǔ)氫已在分布式發(fā)電中得到示范應(yīng)用。氫輸運(yùn)技術(shù)氫氣在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為0.0899千克/立方米。作為易燃?xì)怏w，它屬于?類危險(xiǎn)品（非燃料），與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱即發(fā)生爆炸，因此對(duì)運(yùn)輸安全要求較高。目前氫氣的輸運(yùn)方式主要有氣態(tài)運(yùn)輸、液態(tài)輸運(yùn)和固體輸運(yùn)三種方式。氣態(tài)輸氫。高壓氣態(tài)輸運(yùn)可分為長(zhǎng)管拖車和管道輸運(yùn)2種方式。高壓長(zhǎng)管拖車是氫氣近距離輸運(yùn)的重要方式，技術(shù)較為成熟，國(guó)內(nèi)常以20MPa長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫，單車運(yùn)氫約300公斤，國(guó)外則采用45MPa纖維纏繞高壓氫瓶長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫，單車運(yùn)氫可提至700公斤。管道運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹匾绞?，管道運(yùn)行壓力一般為1.0~4.0MPa，具有輸氫量大、能耗小和成本低等優(yōu)勢(shì)，但建造管道一次性投資較大。美國(guó)已有2500公里的輸氫管道，歐洲已有1598公里的輸氫管道，我國(guó)則僅有100公里的輸氫管道（法規(guī)限制）。液態(tài)輸氫。液態(tài)輸氫通常適用于距離較遠(yuǎn)、運(yùn)輸量較大的場(chǎng)合。其中，液氫罐車可運(yùn)7噸氫，鐵路液氫罐車可運(yùn)8.4-14噸氫，專用液氫駁船的運(yùn)量可達(dá)70噸。采用液氫儲(chǔ)運(yùn)能夠減少車輛運(yùn)輸頻次，提高加氫站單站供應(yīng)能力。日本、美國(guó)已將液氫罐車作為加氫站運(yùn)氫的重要方式之一。我國(guó)僅在航空航天有運(yùn)用液氫技術(shù)。固態(tài)輸氫。輕質(zhì)儲(chǔ)氫材料（如鎂基儲(chǔ)氫材料）兼具高的梯級(jí)儲(chǔ)氫密度和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫率，作為運(yùn)氫裝置具有較大潛力。將低壓高密度固態(tài)儲(chǔ)罐僅作為隨車輸氫容器使用，加熱介質(zhì)和裝置固定放置于充氫和用氫現(xiàn)場(chǎng)，可以同步實(shí)現(xiàn)氫的快速充裝及其高密度高安全輸運(yùn)，提高單車運(yùn)氫量和輸氫安全性。目前，我國(guó)氫能示范應(yīng)用主要圍繞工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫地附近（小于200公里）布局，氫能儲(chǔ)運(yùn)以高壓氣態(tài)方式為主。氫能市場(chǎng)滲入前期，車載儲(chǔ)氫將以70MPa氣態(tài)方式為主，輔以低溫液氫和固態(tài)儲(chǔ)氫，氫的運(yùn)輸將以45MPa長(zhǎng)管拖車、低溫液氫、管道（示范）輸運(yùn)等方式，因地制宜，協(xié)同發(fā)展。中期（2030年），車載儲(chǔ)氫將以氣態(tài)、低溫液態(tài)為主，多種儲(chǔ)氫技術(shù)相互協(xié)同，氫的輸運(yùn)將以高壓、液態(tài)氫罐和管道輸運(yùn)相結(jié)合，針對(duì)不同細(xì)分市場(chǎng)和區(qū)域同步發(fā)展。遠(yuǎn)期（2050年）氫氣管網(wǎng)將密布于城市、鄉(xiāng)村，車載儲(chǔ)氫將采用更高儲(chǔ)氫密度、更高安全性的儲(chǔ)氫技術(shù)。3.3加氫站：核心設(shè)備依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化逐步開啟加氫站是氫能源產(chǎn)業(yè)上游制氫和下游用戶的聯(lián)系樞紐，是產(chǎn)業(yè)鏈的核心。加氫站的建設(shè)數(shù)量和普及程度，在很大程度上決定了氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。中國(guó)加氫站氫源絕大部分來(lái)自于外供高壓氫氣加氫站的技術(shù)路線主要站內(nèi)制氫技術(shù)和外供氫技術(shù)。站內(nèi)制氫技術(shù)又包括天然氣重整制氫和電解水制氫。其中，電解水制氫已經(jīng)應(yīng)用廣泛且技術(shù)已十分成熟，歐洲大多數(shù)加氫站都采用這種技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)正在運(yùn)營(yíng)的加氫站中，僅大連新源加氫站、北京永豐加氫站具備站內(nèi)制氫能力，其余加氫站的氫氣主要來(lái)源于外部供氫，使用氫氣長(zhǎng)管拖車（運(yùn)輸高壓氣態(tài)氫）、液氫槽車（運(yùn)輸?shù)蜏匾簯B(tài)氫）往返加氫站與氫源之間。由于燃料電池汽車還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)營(yíng)，目前加氫站建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加油站、加氣站。從全球范圍內(nèi)來(lái)看，政府和整車企業(yè)是加氫站建設(shè)的主體，政府補(bǔ)貼的幅度均超過50%。中國(guó)加氫站目前都尚未盈利，能否盈利取決于運(yùn)營(yíng)成本、投資額、運(yùn)行負(fù)荷截至2019年底，全國(guó)累計(jì)已建成的加氫站共有61座，已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的有52座，在建/擬建加氫站數(shù)量為72座。按照《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》規(guī)劃，到今年底，我國(guó)計(jì)劃燃料電池汽車規(guī)模達(dá)到5000輛，建成加氫站至少100座；到2025年，建成加氫站至少300座。但是中國(guó)加氫站目前都尚未盈利，從加氫站的營(yíng)運(yùn)模式來(lái)看，能否盈利主要取決于運(yùn)營(yíng)成本（氫氣的價(jià)格）、投資額（設(shè)備）、加氫站運(yùn)行負(fù)荷（燃料電池汽車保有量）。氫氣的大規(guī)模、低成本、高效的制備和運(yùn)輸是降低氫氣價(jià)格的首要解決難題當(dāng)前氫氣交貨成本遠(yuǎn)大于同等能量水平下的汽柴油成本。我們對(duì)氫氣與汽柴油做簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，汽車行駛每100公里，需要消耗1kg氫氣或6-7升汽油，每升汽油價(jià)格為6.5~7元左右（對(duì)應(yīng)布倫特油價(jià)55美元/桶），因此每百公里的汽油成本為39-49元，即只要?dú)錃獾某杀窘抵?0元/kg以下，氫氣能源較之傳統(tǒng)汽油就有成本優(yōu)勢(shì)。但現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)氫站氫氣零售價(jià)格普遍為60-70元/kg，明顯高于傳統(tǒng)汽柴油的交貨成本，如果氫燃料電池公交車運(yùn)行成本要達(dá)到和柴油車同等水平，加氫站氫氣售價(jià)需要大幅降低。從氫氣售價(jià)結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要由氫氣原材料、氫氣的生產(chǎn)運(yùn)輸成本、加氫站的固定和可變成本以及加氫站運(yùn)營(yíng)維護(hù)幾個(gè)部分組成。其中涉及到氫氣的制備和儲(chǔ)運(yùn)的成本占到70%。而對(duì)比看來(lái)，汽油售價(jià)的重要組成部分則是汽油的消費(fèi)稅。因此從降低氫氣售價(jià)角度，氫氣的大規(guī)模、低成本、高效的制備和運(yùn)輸是首先要解決的關(guān)鍵性難題。加氫站主要設(shè)備倚靠進(jìn)口，關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程有待加速典型的外供氫的高壓氣氫加氫站投資組成中，除去土建及，設(shè)備費(fèi)用占據(jù)最大比例，主要是壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫瓶、加氫和冷卻系統(tǒng)，由于國(guó)內(nèi)缺乏成熟量產(chǎn)的加氫站設(shè)備廠商，進(jìn)口設(shè)備推高了加氫站建設(shè)成本。目前建設(shè)一座35MPa，500kg/d固定式加氫站的投資成本約為1500-2000萬(wàn)元，即使扣除政府補(bǔ)貼的300-500萬(wàn)元，加氫站投資成本依然是傳統(tǒng)加油站的2~3倍。雖然中國(guó)所生產(chǎn)的加氫站設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)仍有欠缺，但是目前國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)開啟，業(yè)內(nèi)企業(yè)在各領(lǐng)域均推出自主產(chǎn)品。4、氫燃料電池汽車?yán)_氫能商業(yè)化利用序幕4.1燃料電池是氫能高效利用的重要途徑，交通領(lǐng)域成長(zhǎng)性最強(qiáng)氫燃料電池原理是氫與氧結(jié)合生成水的同時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，該過程不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，理論效率可達(dá)90%以上，具有很高的理論經(jīng)濟(jì)性。氫氣進(jìn)入燃料電池的陽(yáng)極，在催化劑的作用下分解成氫離子和電子。隨后，氫離子穿過隔膜到達(dá)陰極，在催化劑作用下與氧氣結(jié)合生成水，電子則通過外部電路向陰極移動(dòng)形成電流。不同于鉛酸、鋰電等儲(chǔ)能電池，燃料電池類似于“發(fā)電機(jī)”，且整個(gè)過程不存在機(jī)械傳動(dòng)部件，沒有噪聲和污染物排放。交通領(lǐng)域氫能成長(zhǎng)性最強(qiáng)燃料電池在交通領(lǐng)域具有最強(qiáng)增長(zhǎng)潛力。從全球來(lái)看，燃料電池主要運(yùn)用于固定式電源、交通運(yùn)輸和便攜式電源三大類領(lǐng)域。既適用于集中發(fā)電，建造大中型電站和區(qū)域性分散電站，也可用作各種規(guī)格的分散電源。交通運(yùn)輸領(lǐng)域包括為乘用車、巴士/客車、叉車以及其他以燃料電池作為動(dòng)力的車輛，目前來(lái)看，隨著國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)和技術(shù)的成熟，交通領(lǐng)域應(yīng)用的商業(yè)化進(jìn)程正在加速，且交通運(yùn)輸領(lǐng)域成長(zhǎng)性最強(qiáng)。據(jù)E4Tech數(shù)據(jù)，2019年全球交通運(yùn)輸用燃料電池出貨量為0.908GW，近五年年均復(fù)合增速達(dá)41.2%，其占全球燃料電池出貨量的比例從2015年的38.2%提升至80.3%，燃料電池在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用保持高速增長(zhǎng)。中國(guó)燃料電池汽車銷量高速增長(zhǎng)，但保有量仍處于較低水平受補(bǔ)貼退坡的影響，2019年中國(guó)新能源汽車整體產(chǎn)銷出現(xiàn)大幅收縮，但燃料電池汽車卻呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的局面，2019年燃料電池汽車銷量為2737輛，同比增加79.2%。2020上半年，我國(guó)燃料電池汽車銷量為403輛，同比下降63.4%。由于目前燃料電池汽車在我國(guó)仍處于試點(diǎn)示范階段，訂單來(lái)自政府采購(gòu)，且以商用為主，保有量相比同為新能源的純電動(dòng)車，基數(shù)仍處于較低水平。按照燃料電池發(fā)展白皮書，到2030年，我國(guó)燃料電池汽車保有量達(dá)到200萬(wàn)輛水平，到2050年，保有量水平達(dá)到1000萬(wàn)輛水平。乘用車發(fā)展緩慢，發(fā)展集中于商用車我國(guó)車載燃料電池車以商用車和專用車主導(dǎo)。從今年初至今11個(gè)批次新能源汽車推廣目錄來(lái)看，其中燃料電池汽車車型以客車及專用車為主，燃料電池乘用車車型僅1款。與國(guó)際燃料電池汽車發(fā)展相比，國(guó)內(nèi)燃料電池乘用車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢。主要由于兩方面的原因，一方面，我國(guó)燃料電池堆的技術(shù)水平還達(dá)不到乘用車的水準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)性方面仍無(wú)法與目前的燃油車、純電車相媲美。另一方面，燃料電池車的推廣離不開加氫站的建設(shè)。加氫站配套的不足直接導(dǎo)致下游需求的弱化，車企沒有動(dòng)力向乘用車領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)和推廣。4.2燃料電池系統(tǒng)期待技術(shù)突破和規(guī)模效應(yīng)電堆是燃料電池心臟，占據(jù)燃料電池系統(tǒng)一半成本在燃料電池車中，燃料電池系統(tǒng)由燃料電池組和輔助系統(tǒng)組成。燃料電池堆是核心部件，它將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能為汽車提供動(dòng)力。燃料電池系統(tǒng)除燃料電池堆外，還有四個(gè)輔助系統(tǒng)：供氫系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)。供氫系統(tǒng)將氫從氫氣罐輸送到燃料電池堆；由空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)和加濕器組成的供氣系統(tǒng)為燃料電池堆提供氧氣；水熱管理系統(tǒng)采用獨(dú)立的水和冷卻劑回路來(lái)消除廢熱和反應(yīng)產(chǎn)物（水）。通過熱管理系統(tǒng)，可以從燃料電池中獲取熱量來(lái)加熱車輛的駕駛室等，提高車輛的效率。燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電力通過動(dòng)力控制單元（“PCU”）傳到電動(dòng)機(jī)，在電池的輔助下，在需要時(shí)提供額外的電力。從成本端來(lái)看，系統(tǒng)中最核心的部分是燃料電池電堆和空壓機(jī)，根據(jù)DOE對(duì)80KW系統(tǒng)的成本測(cè)算，在年產(chǎn)50萬(wàn)套的規(guī)模化條件下，電堆已占據(jù)燃料電池系統(tǒng)約一半成本，而空壓機(jī)占比超過四分之一，這兩部分也是降低燃料電池系統(tǒng)綜合成本的關(guān)鍵。燃料電池堆與關(guān)鍵材料：國(guó)內(nèi)電堆技術(shù)水平存在差距對(duì)比國(guó)內(nèi)外燃料電池電堆，國(guó)內(nèi)電堆在核心材料與關(guān)鍵技術(shù)方面仍存在短板，也是造成燃料電池電堆成本居高不下的主要原因，其中膜電極層三大關(guān)鍵材料P/t催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙主要依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)材料尚無(wú)法滿足高性能燃料電池電堆使用需求；集流體雙極板方面，石墨雙極板經(jīng)過多年開發(fā)已以國(guó)外技術(shù)水平相當(dāng)，但低成本、輕薄的金屬雙板開發(fā)仍為空白。1）催化劑（catalyst）催化劑是膜電極的關(guān)鍵材料之一，其作用是降低反應(yīng)的活化能，促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過程、提高反應(yīng)速率。目前，燃料電池中常用的商用催化劑是Pt/C催化劑，由Pt的納米顆粒分散到碳粉（如XC-72）載體上的擔(dān)載型催化劑。在降低催化劑成本的方面，目前有兩條路徑，一條是降低鉑的使用量，另一條則是研發(fā)非鉑催化劑，兩者都已有所進(jìn)展。鉑使用量的降低現(xiàn)在已有所成效，縱觀燃料電池發(fā)展史，每平方厘米需要的鉑已經(jīng)從最初的50mg降低到了現(xiàn)在的不足0.2mg。而非鉑催化劑也在研究中，雖然無(wú)鉑催化劑尚未進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的階段，但很可能是未來(lái)大幅降低燃料電池成本的關(guān)鍵。在工業(yè)化生產(chǎn)方面，日本、英國(guó)、比利時(shí)等國(guó)外供應(yīng)商的催化劑制備技術(shù)處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)（＞10公斤/批次），而且性能穩(wěn)定，可靠性高。國(guó)內(nèi)目前幾乎沒有產(chǎn)業(yè)化催化劑制造企業(yè)，催化劑產(chǎn)品也比較單一。2）質(zhì)子交換膜（ProtonExchangeMembrane，PEM）質(zhì)子交換膜是一種固態(tài)電解質(zhì)膜，其作用是隔離燃料與氧化劑、傳遞質(zhì)子（H+）。目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，其碳氟主鏈?zhǔn)鞘杷缘?，而?cè)鏈部分的磺酸端基（-SO3H）是親水性的，膜內(nèi)會(huì)產(chǎn)生微相分離，當(dāng)膜在潤(rùn)濕狀態(tài)下，親水相相互聚集構(gòu)成離子簇網(wǎng)絡(luò)，傳導(dǎo)質(zhì)子。3）氣體擴(kuò)散層（GasDiffusionLayer，GDL）氣體擴(kuò)散層位于流場(chǎng)和催化層之間，其作用是支撐催化層、穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)/熱/電的傳導(dǎo)功能。因此GDL必須具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、合適的孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性。通常GDL由支撐層和微孔層組成，支撐層材料大多是憎水處理過的多孔碳紙或碳布，微孔層通常是由導(dǎo)電炭黑和憎水劑構(gòu)成，作用是降低催化層和支撐層之間的接觸電阻，使反應(yīng)氣體和產(chǎn)物水在流場(chǎng)和催化層之間實(shí)現(xiàn)均勻再分配，有利于增強(qiáng)導(dǎo)電性，提高電極性能。國(guó)外大多數(shù)制造廠商都已實(shí)現(xiàn)氣體擴(kuò)散層的規(guī)?；a(chǎn)，且都有多款適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的產(chǎn)品銷售，包括日本東麗、德國(guó)SGL和加拿大AVCarb等。國(guó)內(nèi)氣體擴(kuò)散層還處于初級(jí)碳微孔層的制備階段，性能均一性和穩(wěn)定性尚未得到實(shí)際驗(yàn)證。4）雙極板（BipolarPlate，BP）雙極板是燃料電池的陰極板和陽(yáng)極板，其作用是傳導(dǎo)電子、分配反應(yīng)氣并帶走生成水。功能上，雙極板材料應(yīng)是電與熱的良導(dǎo)體、具有一定的強(qiáng)度以及氣體致密性等；穩(wěn)定性方面要求雙極板在燃料電池酸性（pH=2~3）、電位（E=1.1V）、濕熱（氣水兩相流，約80℃）環(huán)境下具有耐腐蝕性且對(duì)燃料電池其他部件不材料的相容無(wú)污染性；商業(yè)化方面要求雙極板材料要易于加工、成本低。燃料電池常采用的雙極板材料包括石墨碳板、復(fù)合雙極板、金屬雙極板三大類，由于車輛空間限制（尤其是乘用車），要求燃料電池具有較高的功率密度。因此相對(duì)較薄的金屬雙極板有更好的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)石墨雙極板技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，技術(shù)水平與國(guó)外相當(dāng)，但厚度通常在2mm以上。復(fù)合膜壓碳板在國(guó)外已突破0.8mm薄板技術(shù)，具備與金屬板同樣的體積功率密度。目前國(guó)內(nèi)薄碳板開發(fā)方面，國(guó)鴻有來(lái)自于加拿大巴拉德公司的授權(quán)技術(shù)。純國(guó)產(chǎn)復(fù)合膜壓碳板處于研制開發(fā)階段，預(yù)計(jì)2021年1mm薄板開始批量生產(chǎn)。在金屬雙極板基材方面，目前是以不銹鋼和鈦合金板為主。不銹鋼基材開發(fā)鋼鐵企業(yè)為代表，而國(guó)內(nèi)金屬極板專用基材的發(fā)開方面仍為空白。燃料電池系統(tǒng)：基本性能滿足商業(yè)化需求，降本是重點(diǎn)對(duì)比《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖（2016年）》提出的技術(shù)目標(biāo)，截止到今年，我國(guó)乘用車、商用車用燃料電池系統(tǒng)的性能研發(fā)，系統(tǒng)性能已滿足使用需求，但成本在現(xiàn)有規(guī)模下距離目標(biāo)要求依然還有很大差距，成本仍然是制約燃料電池汽車大規(guī)模商業(yè)化的主要因素。規(guī)模效應(yīng)下，燃料電池系統(tǒng)成本有望下降至40美元/kW美國(guó)能源部（DOE）對(duì)燃料電池汽車的成本進(jìn)行了預(yù)估，規(guī)模效應(yīng)將對(duì)燃料電池及燃料電池汽車的成本形成重要影響。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大化，燃料電池系統(tǒng)的成本將大幅下降?；?020年的技術(shù)水平，在年產(chǎn)50萬(wàn)套80kW電堆的規(guī)模下，質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)成本可降低到40美元/kW，即80kW燃料電池汽車的電池系統(tǒng)總價(jià)約3200美元（約2萬(wàn)人民幣）。未來(lái)燃料電池車成本有望比動(dòng)力電池汽車更低燃料電池成本下降速率將明顯高于鋰離子電池：①鋰離子電池產(chǎn)業(yè)成本下降速率已趨于穩(wěn)定，而燃料電池產(chǎn)業(yè)仍處在發(fā)展初期，成本具有巨大下降潛力；②燃料電池電堆中除鉑催化劑外，其他材料包括石墨、聚合物膜、鋼等，幾乎不存在類似于鋰、鈷、鎳等稀缺材料對(duì)鋰電池成本的剛性限制。同時(shí)，單位功率鉑用量大幅下降，豐田Mirai燃料電池鉑含量?jī)H約0.2g/kW，未來(lái)有望降低至0.1g/kW以下，且鉑可以回收利用，可以有效降低電堆成本。4.3“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”新政引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)?；?降本-技術(shù)提升良性循環(huán)2020年9月，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部等5部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，明確燃料電池汽車示范期間，將采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方式，對(duì)入圍示范的城市