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1、國內(nèi)外紛紛出臺政策支持氫能源發(fā)展
1.1、全球碳中和框架下氫能源有廣闊的應(yīng)用空間
1.1.1、氫氣是高效環(huán)保的清潔能源
氫是宇宙中分布最廣泛的元素，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。氣態(tài)形式的氫氣可從水、化石燃料等含氫物質(zhì)中制取，并通過物理與化學(xué)變化過程存儲或釋放能量，是重要的工業(yè)原料和能源載體，可用于儲能、交通、石化、冶金等領(lǐng)域。
氫能是高效環(huán)保的二次能源，能量密度與相對安全性高于其他燃料。其能量密度高，是汽油的3倍有余;其使用裝置的使用效率高，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的2倍;其反應(yīng)產(chǎn)物是水，排放產(chǎn)物絕對干凈，沒有污染物以及溫室氣體排放;安全性相對可控，引爆條件比汽油更為嚴(yán)苛;其物質(zhì)儲備豐富，未來氫能的制取存在更多可能性。
在全球碳中和的框架下，氫能的環(huán)保性以及可再生性，使其具有舉足輕重的作用。鑒于其種種優(yōu)勢，在新能源體系下，氫能被視為與電能相互補(bǔ)的優(yōu)質(zhì)二次能源，目前的分布式能源中，已形成“風(fēng)光發(fā)電-多余電量電解水制氫-氫氣儲存-利用燃料電池發(fā)電”較為完整的能源轉(zhuǎn)換鏈條，氫作為能量儲存的載體形式，有效減少了偏遠(yuǎn)地區(qū)棄風(fēng)棄光的現(xiàn)象。
1.1.2、發(fā)展氫能源能夠改善能源結(jié)構(gòu)，帶動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展
打造多元能源結(jié)構(gòu)體系，降低對外油氣依存度?；茉丛诘厍騼溆邢蓿?020年我國煤炭、石油、天然氣在能源消費中分別占比56.7%、19.1%、8.5%。特別地，我國是油氣進(jìn)口大國，石油與天然氣對外依存度達(dá)73%、43%，因此需在上述化石能源之外，尋找新的能源保障。同時，當(dāng)某種能源受到限制時，氫能可以快速作為補(bǔ)充，因此打造可再生能源多元化的供應(yīng)體系勢在必行。
促進(jìn)風(fēng)光裝機(jī)，助力實現(xiàn)雙碳目標(biāo)。當(dāng)前約有28個國家提出碳中和時間節(jié)點，中國在2020年9月的第75屆聯(lián)合國大會上進(jìn)一步明確2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。氫能源作為能源儲存的一種方式，通過增強(qiáng)對風(fēng)光發(fā)電的消納能力，有效減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，促進(jìn)光伏與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并間接地減少溫室氣體與污染物排放。
帶動上下游產(chǎn)業(yè)，提供經(jīng)濟(jì)增長強(qiáng)勁動力。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，發(fā)展氫能涉及能源、化工、交通等多個行業(yè)領(lǐng)域。新興的產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)會能夠通過拓展全新的賽道，實現(xiàn)相關(guān)行業(yè)發(fā)展的彎道超車，促進(jìn)我國可再生能源、新能源汽車、工業(yè)還原技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展。
1.2、我國氫能源處于從零到一突破的關(guān)鍵期，政策支持力度大
氫能源作為新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展速度很大程度上取決于政府的支持力度。一方面是加氫基礎(chǔ)設(shè)施的批建，足量的氫氣配套是推廣氫能使用的基礎(chǔ)條件;另一方面是政府對核心零部件及燃料電池整車的補(bǔ)貼支持，真正掌握核心技術(shù)的企業(yè)需要大量的時間與資金以支撐其技術(shù)變革和規(guī)模化生產(chǎn)，從而實現(xiàn)成本降低。
中國自2001年起確立了“863計劃電動汽車重大專項”項目，確定了三縱三橫戰(zhàn)略，以純電動、混動和燃料電池汽車為三縱，以多能源動力總成控制、驅(qū)動電機(jī)和動力蓄電池為三橫。隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸成熟，中國在燃料電池領(lǐng)域的規(guī)劃綱要和戰(zhàn)略定調(diào)已經(jīng)出現(xiàn)苗頭，支持力度逐漸加大。
各地政府積極出臺氫能產(chǎn)業(yè)鏈的補(bǔ)貼政策。地方政策出臺較多的區(qū)域主要集中在北京、上海、廣東、河北、山東等區(qū)域，主要聚焦在氫燃料汽車(主要為城市公交大巴車和物流車)的推廣、燃料電池核心技術(shù)研發(fā)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及氫能示范城區(qū)的打造。
我國目前的燃料電池補(bǔ)貼政策是以獎代補(bǔ)。隨著燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，我國正在實施各種財政政策補(bǔ)貼扶持燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展。2020年9月起，我國對氫燃料電池汽車開始為期4年的“以獎代補(bǔ)”政策，對入圍示范的城市群，按照其目標(biāo)完成情況撥付獎勵資金。具體而言，有以下幾個特點：
(1)補(bǔ)貼領(lǐng)域：燃料電池汽車的推廣+氫能供應(yīng)，利好燃料電池核心零部件國產(chǎn)化。燃料電池汽車推廣方面，除了對整車進(jìn)行獎勵，同時對國產(chǎn)的電堆、膜電極、質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑等燃料電池關(guān)鍵核心零部件環(huán)節(jié)進(jìn)行積分獎勵，促進(jìn)零部件的國產(chǎn)化替代。氫能供應(yīng)方面，主要對車用氫氣實際加注量給予積分獎勵，其中，綠氫的補(bǔ)貼額高于灰氫。
(2)補(bǔ)貼方式：“以獎代補(bǔ)”而非大面積補(bǔ)貼。氫燃料電池汽車的補(bǔ)貼將由面向全國大范圍式的購置補(bǔ)貼方式，轉(zhuǎn)為面向入圍城市群的燃料電池汽車商用補(bǔ)貼。同時，補(bǔ)貼需項目完成并達(dá)標(biāo)后，經(jīng)專家評審?fù)ㄟ^，對示范城市予以獎勵。
(3)補(bǔ)貼額度：對入選城市群，每個城市群最多獲17億獎勵。補(bǔ)貼采用積分制，對獲批的城市群組，燃料電池汽車的商業(yè)應(yīng)用補(bǔ)貼上限為15億元，氫能供應(yīng)補(bǔ)貼上限為2億元。加氫站建設(shè)沒有補(bǔ)貼，避免過去出現(xiàn)的建設(shè)充電站沒車充電的情況。
1.3、國際上美、歐、日等發(fā)達(dá)國家氫能源產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟
燃料電池技術(shù)突破以及環(huán)保要求共同促進(jìn)全球加速氫能源發(fā)展步伐。近年來，燃料電池技術(shù)取得了重大突破性進(jìn)展，氫能產(chǎn)業(yè)下游的應(yīng)用潛力逐漸被開發(fā)。同時，全球氣候壓力增大，世界正逐步失去《巴黎協(xié)定》的溫控目標(biāo)機(jī)會，各國加大了低碳和綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的步伐。發(fā)展氫能成為世界各主要國家的共識，目前氫經(jīng)濟(jì)的全球布局已經(jīng)初步展開。
1.3.1、歐盟對碳排放要求嚴(yán)格，歐洲工業(yè)巨頭在氫能源積累較深
歐洲在氫能產(chǎn)業(yè)化推廣過程中，強(qiáng)調(diào)氫能在工業(yè)和交通中的脫碳作用，作為低碳發(fā)展的保障。2019年發(fā)布《歐洲氫能路線圖》，計劃2050年氫能可占?xì)W洲能源需求的24%。
德國的龍頭企業(yè)帶動全國氫能網(wǎng)絡(luò)加速布局。道達(dá)爾液化空氣等龍頭企業(yè)共同推進(jìn)的氫能源商用化，在德國加快建設(shè)氫能網(wǎng)絡(luò)。
法國的氫能產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)較好，致力于成為全球氫能經(jīng)濟(jì)的重要參與者，法國液空、法國燃?xì)饧瘓F(tuán)、阿爾斯通等均在氫能源產(chǎn)業(yè)中有所建樹。
荷蘭具有完備的物流基礎(chǔ)設(shè)施，正在積極借助風(fēng)能發(fā)展綠氫。
2020年歐盟委員會發(fā)布了《歐盟能源系統(tǒng)整合策略》和《歐盟氫能戰(zhàn)略》，意在為歐盟設(shè)置新的清潔能源投資議程，以達(dá)成在2050年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，同時刺激相關(guān)就業(yè)，進(jìn)一步刺激歐盟在后疫情時代的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇。其中《歐洲氫能戰(zhàn)略》將綠氫作為未來發(fā)展重點對象(主要依靠風(fēng)能，太陽能生產(chǎn)氫)，制定了三階段發(fā)展目標(biāo)：第一階段為2020-2024年，在歐盟境內(nèi)建成裝機(jī)容量6GW的電解槽,可再生氫年產(chǎn)量超過100萬噸，第二階段2024-2030年，電解槽容量提升到40GW以上，可再生氫能源年產(chǎn)量可達(dá)到1000萬噸，第三階段2030-2050年，重點是氫能在能源密集產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，典型代表是鋼鐵和物流行業(yè)。
1.3.2、美國氫能源發(fā)展起步早，加氫站利用率高
美國是最早將氫能納入能源戰(zhàn)略的國家。早在1970年就提出了“氫經(jīng)濟(jì)”概念。2002年，美國發(fā)布《國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略》，標(biāo)志著美國氫能產(chǎn)業(yè)從構(gòu)想轉(zhuǎn)入行動階段，此后美國陸續(xù)出臺《氫能技術(shù)研究與開發(fā)行動計劃》、《氫立場計劃》、《氫與燃料項目計劃》等。2003年，以美國為首成立了氫能與燃料電池國際伙伴關(guān)系，并簡歷全球“氫安全委員會”，設(shè)立氫安全知識工具平臺，旨在多方位引領(lǐng)全球氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。自2004年以來，美國能源部平均每年投資氫能產(chǎn)業(yè)項目超過1.2億美元，通過一系列項目布局和持續(xù)投資，奠定了氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的全球優(yōu)勢地位。2019年，美國氫能與燃料電池協(xié)會發(fā)布《氫經(jīng)濟(jì)路線圖》，重申美國將繼續(xù)保持氫能領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢地位;擬在交通、分布式發(fā)電、家用熱電聯(lián)產(chǎn)等多個領(lǐng)域擴(kuò)大氫能在美國的規(guī)?；瘧?yīng)用;提出2030年達(dá)到530萬輛燃料電池車和5600個加氫站的目標(biāo)。
美國氫燃料電池市場和加氫站利用率等方面世界領(lǐng)先。普拉格能源基本壟斷了全球氫燃料電池叉車的市場。截至2020年底，美國在運營的加氫站49座，截至2020年底美國燃料電池汽車保有量接近9000臺，平均每座加氫站服務(wù)汽車接近180輛，加氫站利用率高。未來5年內(nèi)，美國能源部計劃投資1億美元支持由美國國家實驗室主導(dǎo)的氫能和燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)研究。
1.3.3、日本是目前全球氫能源應(yīng)用開發(fā)最全面和最堅定的國家
早在20世紀(jì)70年代就開始?xì)淙剂想姵丶夹g(shù)探索。2014年在《能源基本計劃》中將氫能定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，并提出建設(shè)“氫能社會”的愿景。先后發(fā)布《日本再復(fù)興計劃》、《能源基本計劃》、《氫能基本戰(zhàn)略》等相關(guān)文件，規(guī)劃了實現(xiàn)氫能社會戰(zhàn)略的技術(shù)路線，建立了全球領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)技術(shù)和能力儲備。氫能應(yīng)用場景廣泛，涉及交通、家庭供電以及工業(yè)原料。
根據(jù)海外H2stations網(wǎng)站統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2020年底，日本在運營的加氫站約142座，燃料電池汽車保有量約4000輛，每座加氫站服務(wù)車輛約30輛。
豐田、本田等企業(yè)主導(dǎo)推動日本氫燃料電池汽車的發(fā)展，根據(jù)豐田2020年財報，截至2021年3月，豐田Mirai的銷量累計為13963輛，主要銷往美國加州。
為了保證本土氫能供應(yīng)，日本正在推進(jìn)日本-文萊天然氣制氫、日本-澳大利亞褐煤治氫的海外船舶輸氫項目，并于2020年2月完成福島10MW級制氫裝置的試運營，是目前全球最大的光伏制氫裝置。
2017年日本公布了《基本氫能戰(zhàn)略》，2019年日本公布了《氫能利用戰(zhàn)略》?！痘練淠軕?zhàn)略》預(yù)計2025年將發(fā)電成本降低至低壓25日元/kWh,高壓17日元/kWh;預(yù)計至2025年建設(shè)加氫站320座，燃料電池轎車20萬輛，與混合動力轎車的價格相當(dāng)，氫燃料電池公交車價格減半?！痘練淠軕?zhàn)略》中預(yù)計2050年實現(xiàn)氫氣供應(yīng)能力500-1000萬噸/年并主要用于氫能發(fā)電，氫氣的供應(yīng)成本聚集降至20日元/Nm^3，預(yù)計在2050年用氫能發(fā)電取代天然氣發(fā)電，并將發(fā)電成本降至12日元/KWh，預(yù)計實現(xiàn)加氫站取代加氣站，燃料電池汽車取代傳統(tǒng)汽油燃料車，引入大型燃料電池車;同時實現(xiàn)家用熱電聯(lián)供燃料電池系統(tǒng)取代傳統(tǒng)居民的能源系統(tǒng)。
1.3.4、韓國氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
2008年以來，韓國政府先后實施“綠色氫城市示范等項目”，以綠色低碳城市發(fā)展戰(zhàn)略推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。韓國先進(jìn)的氫燃料汽車和燃料電池相關(guān)技術(shù)，其發(fā)展戰(zhàn)略是以氫能產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用推動上游和中游研發(fā)。
韓國與沙特、挪威、澳大利亞、新西蘭簽署合作協(xié)議共同開發(fā)制氫項目。確定安山、蔚山、完州和全州作為“氫能經(jīng)濟(jì)示范城市"試點。2019年新建加氫站20座，累計投運34座，由斗山主導(dǎo)建設(shè)的"昌源國家產(chǎn)業(yè)園業(yè)氫示范項目"將于2022年底完工，投產(chǎn)后預(yù)計液氫產(chǎn)能將達(dá)到5噸/天。
2019年韓國工信部門聯(lián)合其他部門發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展線路圖》，提出在2030年進(jìn)入氫能社會，率先成為世界氫經(jīng)濟(jì)領(lǐng)導(dǎo)者，計劃2040年氫燃料電池汽車?yán)塾嫯a(chǎn)量增至620萬輛，加氫站增至1200個，燃料電池產(chǎn)能擴(kuò)大到15GW,氫氣價格約為3000韓元/kg(約17.6元/公斤)。韓國計劃五年內(nèi)投資2.6萬億韓元(約152億元人民幣)，加大氫燃料電池汽車的推廣和普及。
2、氫氣全產(chǎn)業(yè)鏈正在加緊布局建設(shè)
2.1、氫氣制?。菏茪涫悄壳爸髁?，清潔能源制氫是未來趨勢
現(xiàn)階段化石燃料制氫仍是主流路線，電解水基于成本高目前占比較少。在制氫產(chǎn)業(yè)方面，根據(jù)HydrogenFromRenewablePower數(shù)據(jù)資料，全球的氫氣產(chǎn)量將近上億噸，有96%來自于化石燃料，其中48%來自于化石燃料的裂解，30%來自于醇類裂解，18%來自于焦?fàn)t氣，電解水占比4%左右，占比小的主要原因在于電解水制氫成本很高，是化石燃料的2倍多。
清潔能源制氫是未來趨勢。電解水制氫技術(shù)能夠適應(yīng)風(fēng)-光-水等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)不連續(xù)、不穩(wěn)定的供電缺陷，降低電解水制氫成本，延長使用壽命，促進(jìn)分布式能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展;風(fēng)-光-水等可再生能源通過制氫、用氫的過程，將能量進(jìn)行存儲、轉(zhuǎn)換，使能量對用戶的供應(yīng)過程變得更加便捷靈活。因此，利用可再生能源電解水制氫技術(shù)的興起是必然的，同時也是未來的必由之路。
2.1.1、石化資源制氫仍是目前氫氣主要來源
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初衷是基于氫的清潔屬性，目前96%的氫是通過化石燃料制取，技術(shù)成熟，成本最低，但是伴隨著大量2排放，有悖于氫的清潔屬性。根據(jù)文章《氫在能源轉(zhuǎn)型變革中的潛在優(yōu)勢分析》中測算，煤炭、石油、天然氣制氫的碳排放強(qiáng)度分別為19t2/t2，12t2/t2和10t2/t2。目前世界上有130個在役煤制氫工程項目，其中超過80%在我國。而在國際上，天然氣制氫是主流制氫方式。因此，我國在化石燃料制氫方面的碳排放強(qiáng)度更高，減排壓力更大。
由于我國煤炭儲量高、風(fēng)光等可再生資源豐富，“化石燃料+CCUS”和“可再生能源+電解水”將會成為清潔高效的制氫技術(shù)選擇。我國CCUS產(chǎn)業(yè)技術(shù)經(jīng)過十余年發(fā)展已經(jīng)取得較大進(jìn)步，但在技術(shù)推廣方面仍然存在諸多瓶頸，經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境安全性也面臨著挑戰(zhàn)。“可再生能源+電解水”制氫技術(shù)已經(jīng)達(dá)到可以支撐商業(yè)化的程度，目前主要的技術(shù)突破點在于PEM電解槽電解效率、壽命的提升，以及可再生能源發(fā)電成本的下降。近年來，我國風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的快速發(fā)展，加速推動了可再生能源發(fā)電成本大幅降低，電解水制氫成本已經(jīng)接近傳統(tǒng)化石燃料制氫成本。
我國煤化工行業(yè)相對成熟，基于當(dāng)前的煤氣化爐裝置生產(chǎn)氫氣，并利用變壓吸附(PSA)技術(shù)將其提純到燃料電池用氫要求。煤制氫需要大型氣化設(shè)備，一次裝置投資價格高，單位投資成本在1-1.7萬元/(3/h)之間。只有規(guī)?；a(chǎn)才能降低成本，因此煤制氫不適合分布式制氫，適合中央工廠集中制氫。
2.1.2、龍頭企業(yè)布局，可再生能源制氫是未來趨勢
國內(nèi)龍頭企業(yè)布局可再生能源制氫?？稍偕茉粗茪浼夹g(shù)是將可再生能源通過風(fēng)機(jī)、太陽能電池、水泵等發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換成電能，電能通過電解水制氫設(shè)備轉(zhuǎn)換成氫氣，將氫氣輸送至氫氣應(yīng)用終端或經(jīng)燃料電池并入電網(wǎng)中，完成從可再生能源到氫能的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)電能來源的不同，可將可再生能源制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型制氫和離網(wǎng)型制氫兩種。并網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風(fēng)光耦合系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)取電，進(jìn)行電解水制氫，主要應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)光耦合系統(tǒng)的消納和儲能。離網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的電能，不經(jīng)過電網(wǎng)直接提供給電解水制氫設(shè)備進(jìn)行制氫，主要應(yīng)用于分布式制氫或局部燃料電池發(fā)電供能。基于風(fēng)電場、光伏站、水電站等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，結(jié)合制氫技術(shù)的優(yōu)勢，建立可再生能源多能互補(bǔ)制氫系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個制氫系統(tǒng)包括可再生能源發(fā)電機(jī)組、電解水制氫系統(tǒng)、儲氫系統(tǒng)、輸運系統(tǒng)、燃料電池、電網(wǎng)等。
可再生能源制氫技術(shù)主要包含電-氫轉(zhuǎn)換和氫氣儲運兩大關(guān)鍵技術(shù)。電-氫轉(zhuǎn)換示意圖中左側(cè)電解水裝置消耗電能產(chǎn)生氫氣，實現(xiàn)電能向氫能的轉(zhuǎn)換，右側(cè)燃料電池或熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組利用氫氣產(chǎn)生電能，實現(xiàn)氫能向電能的轉(zhuǎn)換。制氫技術(shù)的制約因素在于降低成本、提高能效、大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)搭建等方面。
電費成本是目前光伏制氫總成本的主要構(gòu)成。以目前的價格初步測算，0.5元/kWh的電價下，堿性電解水和PEM電解水制氫的成本分別為28元/KG和37元/KG，其中電費是制氫成本中的主要構(gòu)成。
2.2、儲運：目前主要通過高壓氣態(tài)的形式
高壓氣態(tài)是目前國內(nèi)儲運最主要的方式。儲氫技術(shù)目前主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫等，氣態(tài)儲氫技術(shù)成熟，成本低但密度低，體積比容量小，相比之下液態(tài)和固態(tài)儲氫前期成本較高。運氫技術(shù)主要有長管拖車運輸、液氫槽車運輸、管道運輸?shù)龋瑲鈶B(tài)管束車運輸是目前國內(nèi)最主流的方式，若氫氣大規(guī)模應(yīng)用，隨著規(guī)模效應(yīng)有效降低成本，液氫槽車運輸和管道運輸有望鋪開。儲運技術(shù)也是制約氫能大規(guī)模發(fā)展的因素之一。
2.2.1、高壓氣態(tài)是目前最經(jīng)濟(jì)的儲運方式
根據(jù)電池中國的調(diào)查結(jié)果，現(xiàn)階段中國普遍采用20Mpa氣態(tài)高壓儲氫與管束管車運輸氫氣。在加氫站日需求量500Kg以下的情況下，氣氫拖車運輸節(jié)省了液化成本與管道建設(shè)前期投資成本，在一定儲運距離以內(nèi)經(jīng)濟(jì)性較高。當(dāng)用氫規(guī)模擴(kuò)大、運輸距離增長后，提高氣氫運輸壓力或采用液氫槽車、輸氫管道等運輸方案才能滿足高效經(jīng)濟(jì)的要求。
2.2.2、液化氫氣費用很高，技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提升
氫氣液化后便于大規(guī)模儲運。根據(jù)電池中國的數(shù)據(jù)，由于低溫液態(tài)氫高密度的特性(液氫密度分別是20Mpa、30MPa、70MPa氣氫密度的4.9/3.4/1.8倍)，液氫槽車運輸方式相較于20MPa高壓氣氫拖車，可使單車儲運量提高約9倍，充卸載時間減少約1倍，并且在液化過程還能提高氫氣純度，一定程度上可節(jié)省提純成本。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，液氫儲運是大規(guī)模長距離儲運氫的方向之一。
目前氫氣用量少，液化成本高?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，液化過程的能耗和固定投資較大。根據(jù)國際能源網(wǎng)數(shù)據(jù)，液化過程中消耗的能量占到整個液氫儲運環(huán)節(jié)的30%-40%以上。未來，由于液化設(shè)備的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)升級，液化能耗和設(shè)備成本還有較大的下降空間。
2.2.3、管道運輸前期投入大，適合大規(guī)模運輸氫氣
管道適于大量、長距離的氫氣輸送。氫能源網(wǎng)資料顯示氫氣的長距離管道輸送已有60余年的歷史。最早的長距離氫氣輸送管道1938年在德國魯爾建成,其總長達(dá)208公里,輸氫管直徑在0.15~0.30m之間,額定壓力約為2.5MPa,連接18個生產(chǎn)廠和用戶,從未發(fā)生任何事故。根據(jù)PacificNorthwestNationalLaboratory(PNNL)2016年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，歐洲大約有1500公里輸氫管。世界最長的輸氫管道建在法國和比利時之間,長約400公里。目前使用的輸氫管線一般為鋼管,運行壓力為1-2MPa,直徑0.25-0.30m，美國氫氣管線長度約2608公里,美國氫氣管道的造價為31-94萬美元公里。現(xiàn)有的天然氣管道可用于輸送氫氣和天然氣的混合氣體,也可經(jīng)過改造輸送純氫氣,這主要取決于鋼管材質(zhì)中的含碳量,低碳鋼更適合輸送純氫。
2.3、加氫：國內(nèi)加氫站主要采用外供氫的模式
2.3.1、加氫站技術(shù)路線&配套核心設(shè)備
加氫站的主要技術(shù)路線有站內(nèi)制氫技術(shù)和外供氫技術(shù)。
歐美采用站內(nèi)制氫的比例較國內(nèi)多。站內(nèi)加氫技術(shù)是用天然氣或者其他原料在加氫站內(nèi)自己制氫然后加注至燃料電池汽車中，或者通過電解水制氫然后壓縮，再加注到氫能源燃料電池汽車中。天然氣重整制氫法由于設(shè)備便于安裝、自動化程度較高，且能夠依托現(xiàn)有油氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展，因而在站內(nèi)制氫加氫站中應(yīng)用最多，因此在歐洲、美國，站內(nèi)制氫加氫站主要采用這種制氫方式。
外供氫加氫站的氫氣往往使用高壓氫氣瓶管束拖車運輸至加氫站。加氫站內(nèi)沒有制氫裝置，所用的氫氣由站外的集中式制氫基地制備，而后再通過長管拖車、液氫槽車或者氫氣管道由制氫基地運輸至加氫站，由氫氣壓縮機(jī)壓縮并輸送入高壓儲氫瓶內(nèi)存儲，最終通過氫氣加氣機(jī)加注到氫能源燃料電池汽車中使用。國內(nèi)目前不采用站內(nèi)制氫的原因主要在于設(shè)備成本過高，目前單個站點氫氣的需求量有限。
氫的儲運方式是影響加氫站業(yè)態(tài)設(shè)計的重點與技術(shù)難點。中國作為產(chǎn)氫大國，氫原料儲備充足，但由于運輸和儲存條件苛刻，儲運環(huán)節(jié)成為了氫產(chǎn)業(yè)鏈上的難關(guān)，也直接影響了加氫站的模式設(shè)計。根據(jù)氫氣存儲方式的不同，外供氫加氫站又可進(jìn)一步分為高壓氣氫站和液氫站兩大類。外供氫加氫站中的高壓氣氫站建設(shè)成本最低，是全球應(yīng)用最廣泛的加氫站模式，目前中國的加氫站均為高壓氣氫站。液氫儲運加氫站主要分布在美國和日本，在中國也得到了初步探索，由中科富海和美國空氣產(chǎn)品公司(AirProducts)合作的首座液氫儲運加氫站正在建設(shè)中。
加氫站的主要設(shè)備包括：壓縮機(jī)、儲氫罐、加氣機(jī)、泄氣柱、管道、控制系統(tǒng)、氮氣吹掃裝置、監(jiān)控裝置等。其中壓縮機(jī)、儲氫罐、加氣機(jī)為核心設(shè)備。
2.3.2、國內(nèi)加氫站建設(shè)提速，國產(chǎn)化加速氫能源成本下降
截至2020年底，我國國內(nèi)累計建成加氫站118座，建成并運營加氫站101座，待運營17座，建設(shè)中和規(guī)劃建設(shè)的加氫站約170座。中國石化主管人員在其主辦的交通能源轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)研討會上表示規(guī)劃到2025年，利用原有3萬座加油站、870座加氣站的布局優(yōu)勢，建設(shè)1000座加氫站或油氫合建站、5000座充換電站、7000座分布式光伏發(fā)電站點。各地政府也出臺了明確的加氫站建設(shè)規(guī)劃。
2.3.3、加氫站建設(shè)成本高，油氫合建站是一種可取的方式
基于目前單獨的加氫站成本較高，氫氣需求量相對較少，獨立加氫站面臨虧損的局面，綜合性的油氫混合站是未來加氫站發(fā)展的方向之一。對氫能產(chǎn)業(yè)園而言，短期內(nèi)的氫能源市場需求仍處于低位，單站建設(shè)的加氫站運營經(jīng)濟(jì)效益有限。油氫合建站是相對更可行的方式，同時聯(lián)合建設(shè)比單獨建設(shè)加氫站在土地審批環(huán)節(jié)也更容易。我國多個省市也出臺地方管理法案支持利用現(xiàn)有加油、加氣站點網(wǎng)絡(luò)改擴(kuò)建加氫設(shè)施，鼓勵積極參與加氫站投資建設(shè)。
以佛山為例，《佛山市氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018—2030年)》中明確了“鼓勵加氫站與加油站、加氣站或充電樁合并設(shè)置”的原則。2019年7月1日，國內(nèi)首座油氫合建站——中國石化佛山樟坑油氫合建站正式建成，日供氫能力為500kg。該油氫合建站采取加油、加氫、充電分區(qū)管理方式，是全國首座集油、氫、電能源供給及現(xiàn)代化綜合服務(wù)于一體的新型網(wǎng)點。對氫能產(chǎn)業(yè)而言，油氫合建站有望成為現(xiàn)階段最具有經(jīng)濟(jì)性的氫能商業(yè)模式。
3、中游：燃料電池系統(tǒng)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的核心
3.1、燃料電池系統(tǒng)由電堆和氣體循環(huán)系統(tǒng)等環(huán)節(jié)構(gòu)成
氫能源下游應(yīng)用，需重點關(guān)注燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)有兩部分核心構(gòu)成：電堆和氣體循環(huán)系統(tǒng)。
電堆主要由膜電極和雙極板構(gòu)成，其中膜電極又由催化劑、氣體擴(kuò)散層(碳紙)和質(zhì)子交換膜組成。氣體循環(huán)系統(tǒng)主要作用是過濾空氣，保證反應(yīng)過程中壓強(qiáng)穩(wěn)定，控制氫氣與空氣流量、流速以延長電堆的使用壽命，主要包含空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵、儲氫瓶等。
3.2、電堆是燃料電池系統(tǒng)最核心、價值量最高的環(huán)節(jié)
3.2.1、電堆由膜電極和雙極板等技術(shù)難度較大的零部件組成
電堆是燃料電池系統(tǒng)最為核心的部件，也是價值量最高的環(huán)節(jié)。電堆是燃料電池系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的場所，由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。氫氣與氧氣通過一定比例分別通入電堆的陽極與陰極，化學(xué)反應(yīng)生成水與電能。電堆的質(zhì)量決定了燃料電池系統(tǒng)整體的功率密度。
單體電池則是由將雙極板與膜電極(催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙/碳布)、密封墊片、集流板和端板組成。若干單體之間嵌入密封件，經(jīng)前端與后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。單體電池中，膜電極催化劑的催化性能、質(zhì)子交換膜的傳導(dǎo)性、碳紙/碳布的氣體擴(kuò)散性能，以及雙極板的導(dǎo)電性等均是決定單體電池功率密度及效用的關(guān)鍵因素;同時，單體電池的一致性也決定了電堆的穩(wěn)定性與可靠性。
電堆的性能評價包括體積功率密度以及使用壽命等。國外廠商以豐田、巴拉德和Hydrogenics為典型，研發(fā)歷史悠久，其中巴拉德對膜電極的研發(fā)已超過40年，國外電堆整體性能優(yōu)于國內(nèi)廠商。國內(nèi)電堆近年通過自主研發(fā)以及技術(shù)引進(jìn)的方式，正逐步實現(xiàn)燃料電池電堆的國產(chǎn)替代。
當(dāng)前國內(nèi)實現(xiàn)電堆產(chǎn)銷的企業(yè)主要存在兩種運營模式：
一種是以億華通為代表的自主研發(fā)一體化機(jī)構(gòu)。這類公司主要依托自身的研發(fā)平臺進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，不斷產(chǎn)品迭代，自主更新能力強(qiáng)。這類公司前期研發(fā)資金投入可能會壓縮利潤空間，資本營運壓力較大，但其優(yōu)勢在于產(chǎn)品成本可控，議價能力強(qiáng)，依托核心競爭力在未來具有更大的放量空間。采用該模式進(jìn)行電堆生產(chǎn)的企業(yè)正實現(xiàn)由整機(jī)采購向關(guān)鍵零部件購銷的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換，國產(chǎn)替代化進(jìn)程將會顯著降低公司發(fā)動機(jī)產(chǎn)品制造成本費用。
一種是以國鴻氫能為代表的技術(shù)引進(jìn)機(jī)構(gòu)。這類公司主要通過與外資企業(yè)簽訂購銷協(xié)議，獲取技術(shù)引進(jìn)，在前期具有較大技術(shù)優(yōu)勢，能夠搶先占領(lǐng)市場份額。但此類模式的弊端在于技術(shù)保障缺乏，議價能力較差，容易形成高庫存量，營運穩(wěn)定性較差。國鴻氫能使用巴拉德技術(shù)生產(chǎn)的9SSL電堆在國內(nèi)市占率較高。
高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)數(shù)據(jù)顯示，電堆成本約占燃料電池系統(tǒng)成本的60%。截至2020年年底，根據(jù)國鴻氫能和雄韜股份等公司新品發(fā)布會上的報價，國產(chǎn)電堆面向戰(zhàn)略合作伙伴，最低報價已下探至2000元/kW，對應(yīng)燃料電池系統(tǒng)最低價格達(dá)到6000元/kW。國產(chǎn)電堆的規(guī)?；?yīng)逐步釋放，將有效降低燃料電池價格，促進(jìn)燃料電池商用車與乘用車的推廣。
3.2.2、膜電極
2019起開啟膜電極國產(chǎn)化的元年?，F(xiàn)階段國外企業(yè)膜電極主要采用全球供貨機(jī)制，產(chǎn)能旺盛，工業(yè)控制水平較為領(lǐng)先，國內(nèi)膜電極目前雖未達(dá)到規(guī)模量產(chǎn)程度，但發(fā)展趨勢顯著。我國首條膜電極生產(chǎn)線于2017年落成，隨后進(jìn)入高速發(fā)展期。2019年鴻基創(chuàng)能、擎動科技、武漢理工氫電以及泰極動力國產(chǎn)生產(chǎn)線先后正式落成，標(biāo)志著我國的膜電極領(lǐng)域逐步開啟批量化生產(chǎn)步伐。膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，是燃料電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的場所。膜電極主要由質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層組成。
(1)質(zhì)子交換膜：性能逐步達(dá)標(biāo)，國產(chǎn)替代正當(dāng)時
發(fā)生反應(yīng)時，質(zhì)子交換膜只讓陽極失去電子的氫離子透過到達(dá)陰極，但阻止電子、氫分子、水分子等通過，其主要的評價指標(biāo)在于離子交換容量以及吸水率等。目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，復(fù)合膜、高溫膜、堿性膜是未來發(fā)展方向。
我國電堆質(zhì)子交換膜性能已接近國際水準(zhǔn)，國產(chǎn)替代剛剛起步。隨著2020年東岳氫能150萬平米的產(chǎn)線建設(shè)，以及2021年2月蘇州科潤每年100萬平米質(zhì)子交換膜項目產(chǎn)線正式投建，國產(chǎn)交換膜有望迎來大幅降本空間。東岳集團(tuán)是國內(nèi)質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，2020年11月已落地每年50萬平米產(chǎn)能，是國內(nèi)首家實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)。其DMR100燃料電池膜已滿足量產(chǎn)車型需求，并獲得IATF16949驗證。此外，科潤的質(zhì)子交換膜NEPEM-3015系列配套的燃料電池發(fā)動機(jī)已通過國家機(jī)動車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心強(qiáng)檢。盡管其性能仍與國外廠商有所差距，但其價格優(yōu)勢顯著，2021年預(yù)計會實現(xiàn)在燃料電池商業(yè)車上一定量的運用。
(2)氣體擴(kuò)散層：國產(chǎn)產(chǎn)品處于中試階段
氣體擴(kuò)散層在電池中起到支撐催化劑、收集電流、傳導(dǎo)氣體和跑出反應(yīng)產(chǎn)物的作用，目前以碳纖維紙、碳纖維布的兩種形式存在。氣體擴(kuò)散層的評價標(biāo)準(zhǔn)包括透氣性、低電阻率、高機(jī)械強(qiáng)度等。碳紙產(chǎn)品由日本東麗、德國SGL、加拿大巴拉德等幾個國際大廠壟斷，國內(nèi)碳紙也主要是從日本東麗進(jìn)口。
國內(nèi)研究相對薄弱，國產(chǎn)產(chǎn)品尚處于中試、送樣階段。通用氫能從產(chǎn)品的設(shè)計、制造工藝和設(shè)備匹配，申請了一系列專利，打通了氣體擴(kuò)散層的整個生產(chǎn)流程，做到自有知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化。2020年4月，上海華誼與VIBRANTEPOCHLTD.正式簽署合作框架協(xié)議，在中國建立“氣體擴(kuò)散層用碳紙/碳布”生產(chǎn)基地。我國在氣體擴(kuò)散層環(huán)節(jié)涉足較淺，在一段時間內(nèi)該環(huán)節(jié)成本下降空間相對有限，僅華誼集團(tuán)、通用氫能等少數(shù)玩家開始入局。
(3)催化劑：載鉑含量逐年遞減，整機(jī)成本有望回落
催化劑可促進(jìn)氧化劑和氫氣的反應(yīng)，使電子離開氫原子。催化劑目前仍依賴鉑碳路線，但鉑資源的匱乏和高成本制約了燃料電池大規(guī)模商業(yè)化。超低鉑、無鉑催化劑是未來研發(fā)方向，用鉑量不斷減少，成本下降空間很大。國內(nèi)貴研鉑業(yè)、大連化物所研制的催化劑目前處于中試階段。
作為電堆成本占比最高的材料，催化劑對于活性、穩(wěn)定性以及耐久性有較高要求，而貴金屬鉑(Pt)成為催化劑以及電堆成本居高不下的主要因素。各車企由于技術(shù)稟賦、產(chǎn)品載鉑量具有較大異質(zhì)性，豐田和現(xiàn)代的鉑用量相差值達(dá)到一倍。我國催化劑量產(chǎn)雖然進(jìn)程較慢，但在系統(tǒng)集成領(lǐng)域，歐陽明高院士已明確表示我國載鉑量已達(dá)到豐田廠商生產(chǎn)水平，若能在產(chǎn)品端進(jìn)一步壓縮催化劑鉑含量，成本下浮空間仍然可觀。
3.2.3、雙極板
雙極板在電堆中起到輸送分配燃料、隔離兩極氣體的作用，主要有石墨雙極板和金屬雙極板兩種技術(shù)路線。目前豐田Mirai采用金屬雙極板路線，因乘用車對集成度要求高，體積需要盡可能小;國內(nèi)商用車走石墨雙極板路線，一方面因為其成本更低，另一方面使用壽命更長，更符合商用車需求。雙極板的技術(shù)難點主要在于流道設(shè)計，對沖壓工藝、制造精度要求高。
石墨雙極板在反應(yīng)過程中不易被腐蝕，使用壽命較長。我國的石墨雙極板企業(yè)已逐步實現(xiàn)量產(chǎn)化，以億華通為例，已通過神力科技完全實現(xiàn)雙極板自主供應(yīng)。同時，上海弘楓、嘉裕碳素等自主企業(yè)已逐步進(jìn)入量產(chǎn)階段。
金屬雙極板導(dǎo)電性能優(yōu)異，大幅提升電堆整體的體積功率密度。不少電堆廠商逐漸轉(zhuǎn)向采用金屬板，但其使用壽命尚待考察。國內(nèi)的金屬板廠商尚處于小規(guī)模生產(chǎn)階段，以上海治臻、上海佑戈等為主。根據(jù)氫能觀察的數(shù)據(jù)，上海治臻在2020年6月投建1000萬片/年的產(chǎn)線，2021年3月340萬片/年的產(chǎn)能投產(chǎn)，有望迎來較大規(guī)模的金屬雙極板國產(chǎn)替代。
3.3、供氣系統(tǒng)是燃料電池系統(tǒng)另一重要組成部分
3.3.1、空氣供給系統(tǒng)國內(nèi)較國外仍有差距
典型的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)由空氣過濾器、空壓機(jī)、電機(jī)、中冷器、增濕器和膨脹機(jī)等組成。其中，空壓機(jī)由電機(jī)和膨脹機(jī)共同驅(qū)動。根據(jù)電堆的輸出功率，為燃料電池提供所需壓力和干凈空氣。在空氣供應(yīng)系統(tǒng)中，空氣的壓力和流量對燃料電池系統(tǒng)的性能(能量密度、系統(tǒng)效率、水平衡和熱損失)、成本和電堆的尺寸等有很大的影響。高壓燃料電池系統(tǒng)不僅能提高電堆的效率和功率密度，同時還能夠改善系統(tǒng)的水平衡。
車用燃料電池空壓機(jī)與傳統(tǒng)空壓機(jī)的區(qū)別在于燃料電池空壓機(jī)不能有油，防止污染催化劑。另外整個反應(yīng)裝置對壓力波動有嚴(yán)格要求，所以葉片設(shè)計難度也高。目前空壓機(jī)主流有兩條路線：離心式和雙螺桿式。(1)離心式噪音小、壽命短、工藝復(fù)雜、成本較高適合乘用車;(2)雙螺旋桿式噪音大、體積大適合商用車。國內(nèi)空壓機(jī)與國外技術(shù)差距較大，價格相對有優(yōu)勢。國內(nèi)主要企業(yè)為廣順、愛德曼、上海重塑科技，另外雪人股份也在做相關(guān)研發(fā)。
3.3.2、氫氣供給系統(tǒng)：研發(fā)成本高、價格昂貴，國內(nèi)企業(yè)相對薄弱
氫氣供給系統(tǒng)由瓶口閥、過流閥、過濾器、減壓閥、泄壓閥、截止閥、氣水分離器、氫氣循環(huán)泵及管路和接頭組成，根據(jù)系統(tǒng)需求不同還配有單向閥、阻火器和噴射器等。氫氣循環(huán)泵作為氫氣循環(huán)動力提供部件，需要在密封要求很高的情況下提供足夠流量。國內(nèi)企業(yè)目前參與氫氣循環(huán)泵較少，雪人股份在研發(fā)進(jìn)程中。
3.3.3、儲氫瓶：國內(nèi)常用的儲氫瓶壓力35MPa低于國際通用的70MPa
國內(nèi)儲氫瓶整體技術(shù)水平有待提高。受制于車載儲氫瓶碳纖維等原材料依賴進(jìn)口、技術(shù)成本居高不下等影響，目前我國廣泛使用的車載儲氫瓶仍為35MPaⅢ型瓶，與國際市場中更為普遍使用的70MPaⅢ型瓶相比，其儲氫效率相對較低，應(yīng)用瓶頸較為明顯。盡管國內(nèi)70MPa儲氫技術(shù)已在不斷推進(jìn)，但要實現(xiàn)這一技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，仍有諸多問題需要解決，主要矛盾則是仍高度依賴進(jìn)口的碳纖維等關(guān)鍵原材料。一直以來，碳纖維纏繞復(fù)合材料儲氫氣瓶都是氫能儲運領(lǐng)域的重要技術(shù)，但多年以來這一技術(shù)為美國、日本等國壟斷。近年來，包括上海石化、中復(fù)神鷹等制造企業(yè)已開啟碳纖維國產(chǎn)化的進(jìn)程，盡管國產(chǎn)碳纖維市場占比在不斷提升，但產(chǎn)品整體質(zhì)量穩(wěn)定性仍需提升，儲氫領(lǐng)域所需的碳纖維目前仍高度依賴進(jìn)口。國內(nèi)目前制備儲氫瓶的企業(yè)相對較多，包含京城股份、中材科技、富瑞氫能等。
4、下游應(yīng)用：重點關(guān)注燃料電池汽車的推廣和應(yīng)用
4.1、燃料電池需求綜述
交通運輸是燃料電池最主要的應(yīng)用。燃料電池可用在交通運輸、固定領(lǐng)域、便攜式電子和航空航天等領(lǐng)域。根據(jù)日本FujiKeizai預(yù)測，2025年全球燃料電池市場中燃料電池汽車市場規(guī)模有望超過50%，下文將就交通運輸領(lǐng)域展開進(jìn)行重點分析，并在綜述部分簡要介紹固定式領(lǐng)域和便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用。
固定式領(lǐng)域用途廣闊，市場持續(xù)增長。固定式燃料電池技術(shù)包括MCPC、SOFC、PAFC和PEMFC。主要用于各種固定位置的電力供應(yīng)，包括發(fā)電站、樓宇、工程等領(lǐng)域的大型首要電源、備用電源，用于家庭住宅和商業(yè)的微型熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，以及電訊塔的首要或備用電源等。
便攜式領(lǐng)域目前市場滲透率不高。燃料電池在便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括燃料電池盒、燃料電池玩具，以及小型燃料電池充電器等。在消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域，燃料電池在微型外部電池充電器上的應(yīng)用發(fā)展迅速，在消費電子產(chǎn)品中也有應(yīng)用前景。
4.2、燃料電池汽車市場尚未打開，靜待政策落地
4.2.1、國家對燃料電池汽車的補(bǔ)貼政策更精準(zhǔn)
燃料電池補(bǔ)貼政策仍保持高標(biāo)準(zhǔn)。我國政府吸取鋰電池行業(yè)發(fā)展初期補(bǔ)貼申請的經(jīng)驗，現(xiàn)將補(bǔ)貼方式調(diào)整為選擇一部分城市圍繞燃料電池汽車關(guān)鍵零部件核心技術(shù)攻關(guān)，開展燃料電池產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用，在為期4年的示范期內(nèi)，中央財政將按照結(jié)果導(dǎo)向，采取“以獎代補(bǔ)”方式對示范城市給予獎勵，支持地方組織企業(yè)開展新技術(shù)研發(fā)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化、人才引進(jìn)和團(tuán)隊建設(shè)以及新技術(shù)在燃料電池汽車上的示范應(yīng)用等。
4.2.2、應(yīng)用場景：燃料電池商用車率先商業(yè)應(yīng)用
燃料電池商用車率先商業(yè)應(yīng)用。未來鋰電與燃料電池不會是替代關(guān)系，而是互補(bǔ)關(guān)系。歐陽明高院士曾在2018年6月提出：“鋰離子電池更適合替代汽油機(jī)，氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機(jī)”。原因：(1)氫氣運輸成本高，加氫站投資成本也比較大，因此固定路線的車輛在應(yīng)用中更有優(yōu)勢;(2)客車系統(tǒng)集成難度相對較低一些，目前國內(nèi)主流客車企業(yè)都有燃料電池客車的布局，并且部分企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)正式交付運營。乘用車的系統(tǒng)集成難度更高，但單車功率不太大，相比重卡車或者大型公交車，搭載燃料電池系統(tǒng)的乘用車經(jīng)濟(jì)性不具備優(yōu)勢;(3)從邊際成本的角度考慮，電動汽車構(gòu)造簡單，提升鋰電池車的續(xù)航和載重需要加裝電池，考慮鋰電自重，其邊際成本遞增;燃料電池系統(tǒng)復(fù)雜，提高續(xù)航僅需增加儲氫容量即可，邊際成本遞減。因此鋰電池更適合乘用車領(lǐng)域，燃料電池系統(tǒng)適合有重載、長續(xù)航要求的商用車。
4.2.3、燃料電池汽車較鋰電池汽車的環(huán)保性更佳
氫燃料電池目前成本達(dá)不到民用可接受的水平，國內(nèi)技術(shù)成熟度有很大的提升空間，整個產(chǎn)業(yè)鏈正在布局過程當(dāng)中。相比之下鋰電技術(shù)已逐步成熟，電池的成本在規(guī)?；?yīng)下顯著下降。
4.2.4、從經(jīng)濟(jì)性角度考慮目前燃料電池汽車較油車和電車不占優(yōu)勢
氫燃料電池車目前在購置成本和使用成本上不占優(yōu)勢。同樣的B級車，油車的購置成本最低，電動公交車的運營成本最低，氫燃料電池汽車在這兩方面目前均不占優(yōu)勢。未來隨著應(yīng)用量提升，氫能源實現(xiàn)一定量的規(guī)?；?yīng)，整車成本以及氫氣成本均有望顯著下降。
氫能源商用車率先在國內(nèi)打開應(yīng)用市場?；趪艺咧С?，氫能源商用車在國內(nèi)率先打開市場，但比較可知氫燃料電池汽車的購置成本是電動公交車或柴油公交車的2倍以上，目前經(jīng)濟(jì)性角度競爭力有待提升。
4.3、燃料電池應(yīng)用空間打開的核心因素
4.3.1、各方靜待國家層面的補(bǔ)貼政策落地
補(bǔ)貼政策尚未完全落地，下游需求遞延。2021年4月9日，中汽協(xié)公布最新數(shù)據(jù)顯示，3月燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成45輛和59輛，2021年1-3月，燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成104輛和150輛，同比分別下降43.2%和27.5%。
基于目前處于整個全行業(yè)發(fā)展初期，終端需求量有限，導(dǎo)致各項上游、中游生產(chǎn)不具備規(guī)模效應(yīng)，目前氫能源商業(yè)化成本較高，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮下游領(lǐng)域尤其是私營企業(yè)或個人消費者能接受的程度較低，企業(yè)在實際運營中容易出現(xiàn)入不敷出，持續(xù)虧損的局面，因此政府補(bǔ)貼有望引領(lǐng)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈邁向成熟。
國家出臺的以獎代補(bǔ)政策并劃定五個示范發(fā)展區(qū)域，初步判斷北京、上海、廣東、河北、河南五個區(qū)域?qū)⒊浞质芤嬗趪已a(bǔ)貼率先發(fā)展，發(fā)展階段有望顯著領(lǐng)先未入圍的省份。具體政策有待落地。
4.3.2、各環(huán)節(jié)技術(shù)成熟度、規(guī)?；蟪杀鞠陆档目臻g
技術(shù)成熟度進(jìn)步、規(guī)?；c成本下降三者是相輔相成，相互息息相關(guān)的關(guān)聯(lián)因素。以鋰電為例，電車發(fā)展初期技術(shù)不夠成熟，下游銷量少，企業(yè)生產(chǎn)無法滿足規(guī)模效應(yīng)，電池成本居高不下，最終限制了電車推廣應(yīng)用，這是負(fù)向傳導(dǎo)的機(jī)制。如果隨著技術(shù)成熟，需求提升，規(guī)?；瘽M足后成本將有很大的下降空間，整個市場空間有望徹底打開。
4.3.3、消費者對燃料電池汽車認(rèn)可度的本質(zhì)提升
終端消費者對產(chǎn)品的認(rèn)可是行業(yè)發(fā)展的根基。同樣以電車為例，諸多司機(jī)在2019年以前對電車保持懷疑、謹(jǐn)慎、保守的態(tài)度，伴隨特斯拉的崛起、整個鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的成熟、成本下降以及國產(chǎn)造車新勢力紛紛推出自己的作品，越來越多的國內(nèi)車主認(rèn)可、接受電車，電車的市場滲透率顯著提升。目前氫能源燃料電池汽車更多是商用車推廣階段，未來需得到更多私營企業(yè)或是普通消費者的認(rèn)可，全行業(yè)才有望真正的完成從0到1的跨越。
4.4、氫氣是工業(yè)生產(chǎn)中的重要原材料
4.4.1、半導(dǎo)體工業(yè)對氫氣的純度要求高
在大規(guī)模、超大規(guī)模和兆位級集成電路制造過程中,需用高純氫、特高純氫作為配制4/2、3/2、26/2等混合外延、摻雜氣的底氣。半導(dǎo)體工業(yè)對底氣純度要求極高,微量雜質(zhì)“摻入”就會改變半導(dǎo)體表面特性。在電真空材料和器件例如鎢和鉬的生產(chǎn)過程中,用氫氣還原氧化物得到粉末,再加工制成線材和帶材。氫氣純度越高,特別是水含量越低,還原溫度就越低，所得鎢、鉬粉末粒度就越細(xì)。
4.4.2、非晶硅與太陽電池亦需要高純氫氣
目前,高效a-Si太陽電池均采用射頻輝光放電法制造,沉積大面積、高質(zhì)量、均勻的a-Si膜是a-Si太陽電池的關(guān)鍵工序。Pin結(jié)太陽電池在沉積i層時采用氫與硅烷的混合氣。對氫氣純度要求高,一般為5N以上。
4.4.3、氫氣用于生產(chǎn)石英光纖
石英光纖的制造主要包括玻璃體預(yù)制棒制備及拉絲兩道工序，在制棒工藝中采用氫氧焰加熱(1200～1500Ⅲ),經(jīng)沉積,可獲得所需沉積層厚度，再經(jīng)燒灼，制成光纖預(yù)制棒。對氫氧焰氣體要求無固體粒子，否則棒上會有黑斑產(chǎn)生。對氫氣純度及潔凈度均有一定要求。
4.4.4、石化工業(yè)中加入氫氣可以除掉有害化合物
在煉制工業(yè)中，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫，精柴油加氫脫硫，改善飛機(jī)燃料油的的無煙火焰高度，燃料油加氫脫硫,加氫裂化;在石油化工領(lǐng)域,氫氣主要用于C3餾份加氫，汽油加氫，C6～C8餾份加氫脫烷基,生產(chǎn)環(huán)己烷。加氫精制的目的是除掉有害化合物，例如硫化氫、硫醇、總硫、水、含氮化合物、芳香烴、酚類、環(huán)烷酸、炔烴、烯烴、金屬和準(zhǔn)金屬等。催化重整原料的加氫精制目的是除去石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質(zhì)。加氫裂化是在氫氣存在條件下進(jìn)行的催化過程,反應(yīng)主要特征是C-C鍵的斷裂。所用氫量大，壓力高，空速低。選擇性加氫主要用于高溫裂解產(chǎn)物。
4.4.5、氫氣在浮法玻璃生產(chǎn)中防止錫液被氧化
在浮法玻璃成形設(shè)備(即錫槽)中裝有熔融的錫液,600～1000Ⅲ的錫液極易被氧化，生成氧化錫，以致玻璃沾錫又增加了錫耗。因此，需將錫槽密封，并連續(xù)地送入純凈的氮、氫混合氣，維持錫槽內(nèi)微正壓與還原氣氛，保護(hù)錫液不被氧化。保護(hù)氣體中氮、氫氣量比為10:1,要求含氧量不高于(5～10)×106，露點-60Ⅲ以下。
4.4.6、氫氣在冶金工業(yè)中作為還原劑或金屬高溫加工的保護(hù)氣
在冶金工業(yè)中，氫可用作還原劑將金屬氧化物還原成金屬，或可用作金屬高溫加工時的保護(hù)氣。氫氣還可用于還原若干種金屬氧化物來制備純金屬。除此之外，在高溫鍛壓一些金屬器材時有時用氫氣作保護(hù)氣，以保護(hù)表面不被氧化。
(本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請參閱報告原文。)
精選報告來源：【未來智庫官網(wǎng)】。
1、國內(nèi)外紛紛出臺政策支持氫能源發(fā)展
1.1、全球碳中和框架下氫能源有廣闊的應(yīng)用空間
1.1.1、氫氣是高效環(huán)保的清潔能源
氫是宇宙中分布最廣泛的元素，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。氣態(tài)形式的氫氣可從水、化石燃料等含氫物質(zhì)中制取，并通過物理與化學(xué)變化過程存儲或釋放能量，是重要的工業(yè)原料和能源載體，可用于儲能、交通、石化、冶金等領(lǐng)域。
氫能是高效環(huán)保的二次能源，能量密度與相對安全性高于其他燃料。其能量密度高，是汽油的3倍有余;其使用裝置的使用效率高，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的2倍;其反應(yīng)產(chǎn)物是水，排放產(chǎn)物絕對干凈，沒有污染物以及溫室氣體排放;安全性相對可控，引爆條件比汽油更為嚴(yán)苛;其物質(zhì)儲備豐富，未來氫能的制取存在更多可能性。
在全球碳中和的框架下，氫能的環(huán)保性以及可再生性，使其具有舉足輕重的作用。鑒于其種種優(yōu)勢，在新能源體系下，氫能被視為與電能相互補(bǔ)的優(yōu)質(zhì)二次能源，目前的分布式能源中，已形成“風(fēng)光發(fā)電-多余電量電解水制氫-氫氣儲存-利用燃料電池發(fā)電”較為完整的能源轉(zhuǎn)換鏈條，氫作為能量儲存的載體形式，有效減少了偏遠(yuǎn)地區(qū)棄風(fēng)棄光的現(xiàn)象。
1.1.2、發(fā)展氫能源能夠改善能源結(jié)構(gòu)，帶動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展
打造多元能源結(jié)構(gòu)體系，降低對外油氣依存度?；茉丛诘厍騼溆邢蓿?020年我國煤炭、石油、天然氣在能源消費中分別占比56.7%、19.1%、8.5%。特別地，我國是油氣進(jìn)口大國，石油與天然氣對外依存度達(dá)73%、43%，因此需在上述化石能源之外，尋找新的能源保障。同時，當(dāng)某種能源受到限制時，氫能可以快速作為補(bǔ)充，因此打造可再生能源多元化的供應(yīng)體系勢在必行。
促進(jìn)風(fēng)光裝機(jī)，助力實現(xiàn)雙碳目標(biāo)。當(dāng)前約有28個國家提出碳中和時間節(jié)點，中國在2020年9月的第75屆聯(lián)合國大會上進(jìn)一步明確2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。氫能源作為能源儲存的一種方式，通過增強(qiáng)對風(fēng)光發(fā)電的消納能力，有效減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，促進(jìn)光伏與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并間接地減少溫室氣體與污染物排放。
帶動上下游產(chǎn)業(yè)，提供經(jīng)濟(jì)增長強(qiáng)勁動力。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，發(fā)展氫能涉及能源、化工、交通等多個行業(yè)領(lǐng)域。新興的產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)會能夠通過拓展全新的賽道，實現(xiàn)相關(guān)行業(yè)發(fā)展的彎道超車，促進(jìn)我國可再生能源、新能源汽車、工業(yè)還原技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展。
1.2、我國氫能源處于從零到一突破的關(guān)鍵期，政策支持力度大
氫能源作為新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展速度很大程度上取決于政府的支持力度。一方面是加氫基礎(chǔ)設(shè)施的批建，足量的氫氣配套是推廣氫能使用的基礎(chǔ)條件;另一方面是政府對核心零部件及燃料電池整車的補(bǔ)貼支持，真正掌握核心技術(shù)的企業(yè)需要大量的時間與資金以支撐其技術(shù)變革和規(guī)模化生產(chǎn)，從而實現(xiàn)成本降低。
中國自2001年起確立了“863計劃電動汽車重大專項”項目，確定了三縱三橫戰(zhàn)略，以純電動、混動和燃料電池汽車為三縱，以多能源動力總成控制、驅(qū)動電機(jī)和動力蓄電池為三橫。隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸成熟，中國在燃料電池領(lǐng)域的規(guī)劃綱要和戰(zhàn)略定調(diào)已經(jīng)出現(xiàn)苗頭，支持力度逐漸加大。
各地政府積極出臺氫能產(chǎn)業(yè)鏈的補(bǔ)貼政策。地方政策出臺較多的區(qū)域主要集中在北京、上海、廣東、河北、山東等區(qū)域，主要聚焦在氫燃料汽車(主要為城市公交大巴車和物流車)的推廣、燃料電池核心技術(shù)研發(fā)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及氫能示范城區(qū)的打造。
我國目前的燃料電池補(bǔ)貼政策是以獎代補(bǔ)。隨著燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，我國正在實施各種財政政策補(bǔ)貼扶持燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展。2020年9月起，我國對氫燃料電池汽車開始為期4年的“以獎代補(bǔ)”政策，對入圍示范的城市群，按照其目標(biāo)完成情況撥付獎勵資金。具體而言，有以下幾個特點：
(1)補(bǔ)貼領(lǐng)域：燃料電池汽車的推廣+氫能供應(yīng)，利好燃料電池核心零部件國產(chǎn)化。燃料電池汽車推廣方面，除了對整車進(jìn)行獎勵，同時對國產(chǎn)的電堆、膜電極、質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑等燃料電池關(guān)鍵核心零部件環(huán)節(jié)進(jìn)行積分獎勵，促進(jìn)零部件的國產(chǎn)化替代。氫能供應(yīng)方面，主要對車用氫氣實際加注量給予積分獎勵，其中，綠氫的補(bǔ)貼額高于灰氫。
(2)補(bǔ)貼方式：“以獎代補(bǔ)”而非大面積補(bǔ)貼。氫燃料電池汽車的補(bǔ)貼將由面向全國大范圍式的購置補(bǔ)貼方式，轉(zhuǎn)為面向入圍城市群的燃料電池汽車商用補(bǔ)貼。同時，補(bǔ)貼需項目完成并達(dá)標(biāo)后，經(jīng)專家評審?fù)ㄟ^，對示范城市予以獎勵。
(3)補(bǔ)貼額度：對入選城市群，每個城市群最多獲17億獎勵。補(bǔ)貼采用積分制，對獲批的城市群組，燃料電池汽車的商業(yè)應(yīng)用補(bǔ)貼上限為15億元，氫能供應(yīng)補(bǔ)貼上限為2億元。加氫站建設(shè)沒有補(bǔ)貼，避免過去出現(xiàn)的建設(shè)充電站沒車充電的情況。
1.3、國際上美、歐、日等發(fā)達(dá)國家氫能源產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟
燃料電池技術(shù)突破以及環(huán)保要求共同促進(jìn)全球加速氫能源發(fā)展步伐。近年來，燃料電池技術(shù)取得了重大突破性進(jìn)展，氫能產(chǎn)業(yè)下游的應(yīng)用潛力逐漸被開發(fā)。同時，全球氣候壓力增大，世界正逐步失去《巴黎協(xié)定》的溫控目標(biāo)機(jī)會，各國加大了低碳和綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的步伐。發(fā)展氫能成為世界各主要國家的共識，目前氫經(jīng)濟(jì)的全球布局已經(jīng)初步展開。
1.3.1、歐盟對碳排放要求嚴(yán)格，歐洲工業(yè)巨頭在氫能源積累較深
歐洲在氫能產(chǎn)業(yè)化推廣過程中，強(qiáng)調(diào)氫能在工業(yè)和交通中的脫碳作用，作為低碳發(fā)展的保障。2019年發(fā)布《歐洲氫能路線圖》，計劃2050年氫能可占?xì)W洲能源需求的24%。
德國的龍頭企業(yè)帶動全國氫能網(wǎng)絡(luò)加速布局。道達(dá)爾液化空氣等龍頭企業(yè)共同推進(jìn)的氫能源商用化，在德國加快建設(shè)氫能網(wǎng)絡(luò)。
法國的氫能產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)較好，致力于成為全球氫能經(jīng)濟(jì)的重要參與者，法國液空、法國燃?xì)饧瘓F(tuán)、阿爾斯通等均在氫能源產(chǎn)業(yè)中有所建樹。
荷蘭具有完備的物流基礎(chǔ)設(shè)施，正在積極借助風(fēng)能發(fā)展綠氫。
2020年歐盟委員會發(fā)布了《歐盟能源系統(tǒng)整合策略》和《歐盟氫能戰(zhàn)略》，意在為歐盟設(shè)置新的清潔能源投資議程，以達(dá)成在2050年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，同時刺激相關(guān)就業(yè)，進(jìn)一步刺激歐盟在后疫情時代的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇。其中《歐洲氫能戰(zhàn)略》將綠氫作為未來發(fā)展重點對象(主要依靠風(fēng)能，太陽能生產(chǎn)氫)，制定了三階段發(fā)展目標(biāo)：第一階段為2020-2024年，在歐盟境內(nèi)建成裝機(jī)容量6GW的電解槽,可再生氫年產(chǎn)量超過100萬噸，第二階段2024-2030年，電解槽容量提升到40GW以上，可再生氫能源年產(chǎn)量可達(dá)到1000萬噸，第三階段2030-2050年，重點是氫能在能源密集產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，典型代表是鋼鐵和物流行業(yè)。
1.3.2、美國氫能源發(fā)展起步早，加氫站利用率高
美國是最早將氫能納入能源戰(zhàn)略的國家。早在1970年就提出了“氫經(jīng)濟(jì)”概念。2002年，美國發(fā)布《國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略》，標(biāo)志著美國氫能產(chǎn)業(yè)從構(gòu)想轉(zhuǎn)入行動階段，此后美國陸續(xù)出臺《氫能技術(shù)研究與開發(fā)行動計劃》、《氫立場計劃》、《氫與燃料項目計劃》等。2003年，以美國為首成立了氫能與燃料電池國際伙伴關(guān)系，并簡歷全球“氫安全委員會”，設(shè)立氫安全知識工具平臺，旨在多方位引領(lǐng)全球氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。自2004年以來，美國能源部平均每年投資氫能產(chǎn)業(yè)項目超過1.2億美元，通過一系列項目布局和持續(xù)投資，奠定了氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的全球優(yōu)勢地位。2019年，美國氫能與燃料電池協(xié)會發(fā)布《氫經(jīng)濟(jì)路線圖》，重申美國將繼續(xù)保持氫能領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢地位;擬在交通、分布式發(fā)電、家用熱電聯(lián)產(chǎn)等多個領(lǐng)域擴(kuò)大氫能在美國的規(guī)?；瘧?yīng)用;提出2030年達(dá)到530萬輛燃料電池車和5600個加氫站的目標(biāo)。
美國氫燃料電池市場和加氫站利用率等方面世界領(lǐng)先。普拉格能源基本壟斷了全球氫燃料電池叉車的市場。截至2020年底，美國在運營的加氫站49座，截至2020年底美國燃料電池汽車保有量接近9000臺，平均每座加氫站服務(wù)汽車接近180輛，加氫站利用率高。未來5年內(nèi)，美國能源部計劃投資1億美元支持由美國國家實驗室主導(dǎo)的氫能和燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)研究。
1.3.3、日本是目前全球氫能源應(yīng)用開發(fā)最全面和最堅定的國家
早在20世紀(jì)70年代就開始?xì)淙剂想姵丶夹g(shù)探索。2014年在《能源基本計劃》中將氫能定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，并提出建設(shè)“氫能社會”的愿景。先后發(fā)布《日本再復(fù)興計劃》、《能源基本計劃》、《氫能基本戰(zhàn)略》等相關(guān)文件，規(guī)劃了實現(xiàn)氫能社會戰(zhàn)略的技術(shù)路線，建立了全球領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)技術(shù)和能力儲備。氫能應(yīng)用場景廣泛，涉及交通、家庭供電以及工業(yè)原料。
根據(jù)海外H2stations網(wǎng)站統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2020年底，日本在運營的加氫站約142座，燃料電池汽車保有量約4000輛，每座加氫站服務(wù)車輛約30輛。
豐田、本田等企業(yè)主導(dǎo)推動日本氫燃料電池汽車的發(fā)展，根據(jù)豐田2020年財報，截至2021年3月，豐田Mirai的銷量累計為13963輛，主要銷往美國加州。
為了保證本土氫能供應(yīng)，日本正在推進(jìn)日本-文萊天然氣制氫、日本-澳大利亞褐煤治氫的海外船舶輸氫項目，并于2020年2月完成福島10MW級制氫裝置的試運營，是目前全球最大的光伏制氫裝置。
2017年日本公布了《基本氫能戰(zhàn)略》，2019年日本公布了《氫能利用戰(zhàn)略》?！痘練淠軕?zhàn)略》預(yù)計2025年將發(fā)電成本降低至低壓25日元/kWh,高壓17日元/kWh;預(yù)計至2025年建設(shè)加氫站320座，燃料電池轎車20萬輛，與混合動力轎車的價格相當(dāng)，氫燃料電池公交車價格減半?！痘練淠軕?zhàn)略》中預(yù)計2050年實現(xiàn)氫氣供應(yīng)能力500-1000萬噸/年并主要用于氫能發(fā)電，氫氣的供應(yīng)成本聚集降至20日元/Nm^3，預(yù)計在2050年用氫能發(fā)電取代天然氣發(fā)電，并將發(fā)電成本降至12日元/KWh，預(yù)計實現(xiàn)加氫站取代加氣站，燃料電池汽車取代傳統(tǒng)汽油燃料車，引入大型燃料電池車;同時實現(xiàn)家用熱電聯(lián)供燃料電池系統(tǒng)取代傳統(tǒng)居民的能源系統(tǒng)。
1.3.4、韓國氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
2008年以來，韓國政府先后實施“綠色氫城市示范等項目”，以綠色低碳城市發(fā)展戰(zhàn)略推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。韓國先進(jìn)的氫燃料汽車和燃料電池相關(guān)技術(shù)，其發(fā)展戰(zhàn)略是以氫能產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用推動上游和中游研發(fā)。
韓國與沙特、挪威、澳大利亞、新西蘭簽署合作協(xié)議共同開發(fā)制氫項目。確定安山、蔚山、完州和全州作為“氫能經(jīng)濟(jì)示范城市"試點。2019年新建加氫站20座，累計投運34座，由斗山主導(dǎo)建設(shè)的"昌源國家產(chǎn)業(yè)園業(yè)氫示范項目"將于2022年底完工，投產(chǎn)后預(yù)計液氫產(chǎn)能將達(dá)到5噸/天。
2019年韓國工信部門聯(lián)合其他部門發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展線路圖》，提出在2030年進(jìn)入氫能社會，率先成為世界氫經(jīng)濟(jì)領(lǐng)導(dǎo)者，計劃2040年氫燃料電池汽車?yán)塾嫯a(chǎn)量增至620萬輛，加氫站增至1200個，燃料電池產(chǎn)能擴(kuò)大到15GW,氫氣價格約為3000韓元/kg(約17.6元/公斤)。韓國計劃五年內(nèi)投資2.6萬億韓元(約152億元人民幣)，加大氫燃料電池汽車的推廣和普及。
2、氫氣全產(chǎn)業(yè)鏈正在加緊布局建設(shè)
2.1、氫氣制?。菏茪涫悄壳爸髁?，清潔能源制氫是未來趨勢
現(xiàn)階段化石燃料制氫仍是主流路線，電解水基于成本高目前占比較少。在制氫產(chǎn)業(yè)方面，根據(jù)HydrogenFromRenewablePower數(shù)據(jù)資料，全球的氫氣產(chǎn)量將近上億噸，有96%來自于化石燃料，其中48%來自于化石燃料的裂解，30%來自于醇類裂解，18%來自于焦?fàn)t氣，電解水占比4%左右，占比小的主要原因在于電解水制氫成本很高，是化石燃料的2倍多。
清潔能源制氫是未來趨勢。電解水制氫技術(shù)能夠適應(yīng)風(fēng)-光-水等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)不連續(xù)、不穩(wěn)定的供電缺陷，降低電解水制氫成本，延長使用壽命，促進(jìn)分布式能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展;風(fēng)-光-水等可再生能源通過制氫、用氫的過程，將能量進(jìn)行存儲、轉(zhuǎn)換，使能量對用戶的供應(yīng)過程變得更加便捷靈活。因此，利用可再生能源電解水制氫技術(shù)的興起是必然的，同時也是未來的必由之路。
2.1.1、石化資源制氫仍是目前氫氣主要來源
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初衷是基于氫的清潔屬性，目前96%的氫是通過化石燃料制取，技術(shù)成熟，成本最低，但是伴隨著大量2排放，有悖于氫的清潔屬性。根據(jù)文章《氫在能源轉(zhuǎn)型變革中的潛在優(yōu)勢分析》中測算，煤炭、石油、天然氣制氫的碳排放強(qiáng)度分別為19t2/t2，12t2/t2和10t2/t2。目前世界上有130個在役煤制氫工程項目，其中超過80%在我國。而在國際上，天然氣制氫是主流制氫方式。因此，我國在化石燃料制氫方面的碳排放強(qiáng)度更高，減排壓力更大。
由于我國煤炭儲量高、風(fēng)光等可再生資源豐富，“化石燃料+CCUS”和“可再生能源+電解水”將會成為清潔高效的制氫技術(shù)選擇。我國CCUS產(chǎn)業(yè)技術(shù)經(jīng)過十余年發(fā)展已經(jīng)取得較大進(jìn)步，但在技術(shù)推廣方面仍然存在諸多瓶頸，經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境安全性也面臨著挑戰(zhàn)。“可再生能源+電解水”制氫技術(shù)已經(jīng)達(dá)到可以支撐商業(yè)化的程度，目前主要的技術(shù)突破點在于PEM電解槽電解效率、壽命的提升，以及可再生能源發(fā)電成本的下降。近年來，我國風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的快速發(fā)展，加速推動了可再生能源發(fā)電成本大幅降低，電解水制氫成本已經(jīng)接近傳統(tǒng)化石燃料制氫成本。
我國煤化工行業(yè)相對成熟，基于當(dāng)前的煤氣化爐裝置生產(chǎn)氫氣，并利用變壓吸附(PSA)技術(shù)將其提純到燃料電池用氫要求。煤制氫需要大型氣化設(shè)備，一次裝置投資價格高，單位投資成本在1-1.7萬元/(3/h)之間。只有規(guī)?；a(chǎn)才能降低成本，因此煤制氫不適合分布式制氫，適合中央工廠集中制氫。
2.1.2、龍頭企業(yè)布局，可再生能源制氫是未來趨勢
國內(nèi)龍頭企業(yè)布局可再生能源制氫?？稍偕茉粗茪浼夹g(shù)是將可再生能源通過風(fēng)機(jī)、太陽能電池、水泵等發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換成電能，電能通過電解水制氫設(shè)備轉(zhuǎn)換成氫氣，將氫氣輸送至氫氣應(yīng)用終端或經(jīng)燃料電池并入電網(wǎng)中，完成從可再生能源到氫能的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)電能來源的不同，可將可再生能源制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型制氫和離網(wǎng)型制氫兩種。并網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風(fēng)光耦合系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)取電，進(jìn)行電解水制氫，主要應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)光耦合系統(tǒng)的消納和儲能。離網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的電能，不經(jīng)過電網(wǎng)直接提供給電解水制氫設(shè)備進(jìn)行制氫，主要應(yīng)用于分布式制氫或局部燃料電池發(fā)電供能。基于風(fēng)電場、光伏站、水電站等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，結(jié)合制氫技術(shù)的優(yōu)勢，建立可再生能源多能互補(bǔ)制氫系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個制氫系統(tǒng)包括可再生能源發(fā)電機(jī)組、電解水制氫系統(tǒng)、儲氫系統(tǒng)、輸運系統(tǒng)、燃料電池、電網(wǎng)等。
可再生能源制氫技術(shù)主要包含電-氫轉(zhuǎn)換和氫氣儲運兩大關(guān)鍵技術(shù)。電-氫轉(zhuǎn)換示意圖中左側(cè)電解水裝置消耗電能產(chǎn)生氫氣，實現(xiàn)電能向氫能的轉(zhuǎn)換，右側(cè)燃料電池或熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組利用氫氣產(chǎn)生電能，實現(xiàn)氫能向電能的轉(zhuǎn)換。制氫技術(shù)的制約因素在于降低成本、提高能效、大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)搭建等方面。
電費成本是目前光伏制氫總成本的主要構(gòu)成。以目前的價格初步測算，0.5元/kWh的電價下，堿性電解水和PEM電解水制氫的成本分別為28元/KG和37元/KG，其中電費是制氫成本中的主要構(gòu)成。
2.2、儲運：目前主要通過高壓氣態(tài)的形式
高壓氣態(tài)是目前國內(nèi)儲運最主要的方式。儲氫技術(shù)目前主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫等，氣態(tài)儲氫技術(shù)成熟，成本低但密度低，體積比容量小，相比之下液態(tài)和固態(tài)儲氫前期成本較高。運氫技術(shù)主要有長管拖車運輸、液氫槽車運輸、管道運輸?shù)龋瑲鈶B(tài)管束車運輸是目前國內(nèi)最主流的方式，若氫氣大規(guī)模應(yīng)用，隨著規(guī)模效應(yīng)有效降低成本，液氫槽車運輸和管道運輸有望鋪開。儲運技術(shù)也是制約氫能大規(guī)模發(fā)展的因素之一。
2.2.1、高壓氣態(tài)是目前最經(jīng)濟(jì)的儲運方式
根據(jù)電池中國的調(diào)查結(jié)果，現(xiàn)階段中國普遍采用20Mpa氣態(tài)高壓儲氫與管束管車運輸氫氣。在加氫站日需求量500Kg以下的情況下，氣氫拖車運輸節(jié)省了液化成本與管道建設(shè)前期投資成本，在一定儲運距離以內(nèi)經(jīng)濟(jì)性較高。當(dāng)用氫規(guī)模擴(kuò)大、運輸距離增長后，提高氣氫運輸壓力或采用液氫槽車、輸氫管道等運輸方案才能滿足高效經(jīng)濟(jì)的要求。
2.2.2、液化氫氣費用很高，技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提升
氫氣液化后便于大規(guī)模儲運。根據(jù)電池中國的數(shù)據(jù)，由于低溫液態(tài)氫高密度的特性(液氫密度分別是20Mpa、30MPa、70MPa氣氫密度的4.9/3.4/1.8倍)，液氫槽車運輸方式相較于20MPa高壓氣氫拖車，可使單車儲運量提高約9倍，充卸載時間減少約1倍，并且在液化過程還能提高氫氣純度，一定程度上可節(jié)省提純成本。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，液氫儲運是大規(guī)模長距離儲運氫的方向之一。
目前氫氣用量少，液化成本高?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，液化過程的能耗和固定投資較大。根據(jù)國際能源網(wǎng)數(shù)據(jù)，液化過程中消耗的能量占到整個液氫儲運環(huán)節(jié)的30%-40%以上。未來，由于液化設(shè)備的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)升級，液化能耗和設(shè)備成本還有較大的下降空間。
2.2.3、管道運輸前期投入大，適合大規(guī)模運輸氫氣
管道適于大量、長距離的氫氣輸送。氫能源網(wǎng)資料顯示氫氣的長距離管道輸送已有60余年的歷史。最早的長距離氫氣輸送管道1938年在德國魯爾建成,其總長達(dá)208公里,輸氫管直徑在0.15~0.30m之間,額定壓力約為2.5MPa,連接18個生產(chǎn)廠和用戶,從未發(fā)生任何事故。根據(jù)PacificNorthwestNationalLaboratory(PNNL)2016年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，歐洲大約有1500公里輸氫管。世界最長的輸氫管道建在法國和比利時之間,長約400公里。目前使用的輸氫管線一般為鋼管,運行壓力為1-2MPa,直徑0.25-0.30m，美國氫氣管線長度約2608公里,美國氫氣管道的造價為31-94萬美元公里。現(xiàn)有的天然氣管道可用于輸送氫氣和天然氣的混合氣體,也可經(jīng)過改造輸送純氫氣,這主要取決于鋼管材質(zhì)中的含碳量,低碳鋼更適合輸送純氫。
2.3、加氫：國內(nèi)加氫站主要采用外供氫的模式
2.3.1、加氫站技術(shù)路線&配套核心設(shè)備
加氫站的主要技術(shù)路線有站內(nèi)制氫技術(shù)和外供氫技術(shù)。
歐美采用站內(nèi)制氫的比例較國內(nèi)多。站內(nèi)加氫技術(shù)是用天然氣或者其他原料在加氫站內(nèi)自己制氫然后加注至燃料電池汽車中，或者通過電解水制氫然后壓縮，再加注到氫能源燃料電池汽車中。天然氣重整制氫法由于設(shè)備便于安裝、自動化程度較高，且能夠依托現(xiàn)有油氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展，因而在站內(nèi)制氫加氫站中應(yīng)用最多，因此在歐洲、美國，站內(nèi)制氫加氫站主要采用這種制氫方式。
外供氫加氫站的氫氣往往使用高壓氫氣瓶管束拖車運輸至加氫站。加氫站內(nèi)沒有制氫裝置，所用的氫氣由站外的集中式制氫基地制備，而后再通過長管拖車、液氫槽車或者氫氣管道由制氫基地運輸至加氫站，由氫氣壓縮機(jī)壓縮并輸送入高壓儲氫瓶內(nèi)存儲，最終通過氫氣加氣機(jī)加注到氫能源燃料電池汽車中使用。國內(nèi)目前不采用站內(nèi)制氫的原因主要在于設(shè)備成本過高，目前單個站點氫氣的需求量有限。
氫的儲運方式是影響加氫站業(yè)態(tài)設(shè)計的重點與技術(shù)難點。中國作為產(chǎn)氫大國，氫原料儲備充足，但由于運輸和儲存條件苛刻，儲運環(huán)節(jié)成為了氫產(chǎn)業(yè)鏈上的難關(guān)，也直接影響了加氫站的模式設(shè)計。根據(jù)氫氣存儲方式的不同，外供氫加氫站又可進(jìn)一步分為高壓氣氫站和液氫站兩大類。外供氫加氫站中的高壓氣氫站建設(shè)成本最低，是全球應(yīng)用最廣泛的加氫站模式，目前中國的加氫站均為高壓氣氫站。液氫儲運加氫站主要分布在美國和日本，在中國也得到了初步探索，由中科富海和美國空氣產(chǎn)品公司(AirProducts)合作的首座液氫儲運加氫站正在建設(shè)中。
加氫站的主要設(shè)備包括：壓縮機(jī)、儲氫罐、加氣機(jī)、泄氣柱、管道、控制系統(tǒng)、氮氣吹掃裝置、監(jiān)控裝置等。其中壓縮機(jī)、儲氫罐、加氣機(jī)為核心設(shè)備。
2.3.2、國內(nèi)加氫站建設(shè)提速，國產(chǎn)化加速氫能源成本下降
截至2020年底，我國國內(nèi)累計建成加氫站118座，建成并運營加氫站101座，待運營17座，建設(shè)中和規(guī)劃建設(shè)的加氫站約170座。中國石化主管人員在其主辦的交通能源轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)研討會上表示規(guī)劃到2025年，利用原有3萬座加油站、870座加氣站的布局優(yōu)勢，建設(shè)1000座加氫站或油氫合建站、5000座充換電站、7000座分布式光伏發(fā)電站點。各地政府也出臺了明確的加氫站建設(shè)規(guī)劃。
2.3.3、加氫站建設(shè)成本高，油氫合建站是一種可取的方式
基于目前單獨的加氫站成本較高，氫氣需求量相對較少，獨立加氫站面臨虧損的局面，綜合性的油氫混合站是未來加氫站發(fā)展的方向之一。對氫能產(chǎn)業(yè)園而言，短期內(nèi)的氫能源市場需求仍處于低位，單站建設(shè)的加氫站運營經(jīng)濟(jì)效益有限。油氫合建站是相對更可行的方式，同時聯(lián)合建設(shè)比單獨建設(shè)加氫站在土地審批環(huán)節(jié)也更容易。我國多個省市也出臺地方管理法案支持利用現(xiàn)有加油、加氣站點網(wǎng)絡(luò)改擴(kuò)建加氫設(shè)施，鼓勵積極參與加氫站投資建設(shè)。
以佛山為例，《佛山市氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018—2030年)》中明確了“鼓勵加氫站與加油站、加氣站或充電樁合并設(shè)置”的原則。2019年7月1日，國內(nèi)首座油氫合建站——中國石化佛山樟坑油氫合建站正式建成，日供氫能力為500kg。該油氫合建站采取加油、加氫、充電分區(qū)管理方式，是全國首座集油、氫、電能源供給及現(xiàn)代化綜合服務(wù)于一體的新型網(wǎng)點。對氫能產(chǎn)業(yè)而言，油氫合建站有望成為現(xiàn)階段最具有經(jīng)濟(jì)性的氫能商業(yè)模式。
3、中游：燃料電池系統(tǒng)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的核心
3.1、燃料電池系統(tǒng)由電堆和氣體循環(huán)系統(tǒng)等環(huán)節(jié)構(gòu)成
氫能源下游應(yīng)用，需重點關(guān)注燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)有兩部分核心構(gòu)成：電堆和氣體循環(huán)系統(tǒng)。
電堆主要由膜電極和雙極板構(gòu)成，其中膜電極又由催化劑、氣體擴(kuò)散層(碳紙)和質(zhì)子交換膜組成。氣體循環(huán)系統(tǒng)主要作用是過濾空氣，保證反應(yīng)過程中壓強(qiáng)穩(wěn)定，控制氫氣與空氣流量、流速以延長電堆的使用壽命，主要包含空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵、儲氫瓶等。
3.2、電堆是燃料電池系統(tǒng)最核心、價值量最高的環(huán)節(jié)
3.2.1、電堆由膜電極和雙極板等技術(shù)難度較大的零部件組成
電堆是燃料電池系統(tǒng)最為核心的部件，也是價值量最高的環(huán)節(jié)。電堆是燃料電池系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的場所，由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。氫氣與氧氣通過一定比例分別通入電堆的陽極與陰極，化學(xué)反應(yīng)生成水與電能。電堆的質(zhì)量決定了燃料電池系統(tǒng)整體的功率密度。
單體電池則是由將雙極板與膜電極(催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙/碳布)、密封墊片、集流板和端板組成。若干單體之間嵌入密封件，經(jīng)前端與后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。單體電池中，膜電極催化劑的催化性能、質(zhì)子交換膜的傳導(dǎo)性、碳紙/碳布的氣體擴(kuò)散性能，以及雙極板的導(dǎo)電性等均是決定單體電池功率密度及效用的關(guān)鍵因素;同時，單體電池的一致性也決定了電堆的穩(wěn)定性與可靠性。
電堆的性能評價包括體積功率密度以及使用壽命等。國外廠商以豐田、巴拉德和Hydrogenics為典型，研發(fā)歷史悠久，其中巴拉德對膜電極的研發(fā)已超過40年，國外電堆整體性能優(yōu)于國內(nèi)廠商。國內(nèi)電堆近年通過自主研發(fā)以及技術(shù)引進(jìn)的方式，正逐步實現(xiàn)燃料電池電堆的國產(chǎn)替代。
當(dāng)前國內(nèi)實現(xiàn)電堆產(chǎn)銷的企業(yè)主要存在兩種運營模式：
一種是以億華通為代表的自主研發(fā)一體化機(jī)構(gòu)。這類公司主要依托自身的研發(fā)平臺進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，不斷產(chǎn)品迭代，自主更新能力強(qiáng)。這類公司前期研發(fā)資金投入可能會壓縮利潤空間，資本營運壓力較大，但其優(yōu)勢在于產(chǎn)品成本可控，議價能力強(qiáng)，依托核心競爭力在未來具有更大的放量空間。采用該模式進(jìn)行電堆生產(chǎn)的企業(yè)正實現(xiàn)由整機(jī)采購向關(guān)鍵零部件購銷的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換，國產(chǎn)替代化進(jìn)程將會顯著降低公司發(fā)動機(jī)產(chǎn)品制造成本費用。
一種是以國鴻氫能為代表的技術(shù)引進(jìn)機(jī)構(gòu)。這類公司主要通過與外資企業(yè)簽訂購銷協(xié)議，獲取技術(shù)引進(jìn)，在前期具有較大技術(shù)優(yōu)勢，能夠搶先占領(lǐng)市場份額。但此類模式的弊端在于技術(shù)保障缺乏，議價能力較差，容易形成高庫存量，營運穩(wěn)定性較差。國鴻氫能使用巴拉德技術(shù)生產(chǎn)的9SSL電堆在國內(nèi)市占率較高。
高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)數(shù)據(jù)顯示，電堆成本約占燃料電池系統(tǒng)成本的60%。截至2020年年底，根據(jù)國鴻氫能和雄韜股份等公司新品發(fā)布會上的報價，國產(chǎn)電堆面向戰(zhàn)略合作伙伴，最低報價已下探至2000元/kW，對應(yīng)燃料電池系統(tǒng)最低價格達(dá)到6000元/kW。國產(chǎn)電堆的規(guī)?；?yīng)逐步釋放，將有效降低燃料電池價格，促進(jìn)燃料電池商用車與乘用車的推廣。
3.2.2、膜電極
2019起開啟膜電極國產(chǎn)化的元年?，F(xiàn)階段國外企業(yè)膜電極主要采用全球供貨機(jī)制，產(chǎn)能旺盛，工業(yè)控制水平較為領(lǐng)先，國內(nèi)膜電極目前雖未達(dá)到規(guī)模量產(chǎn)程度，但發(fā)展趨勢顯著。我國首條膜電極生產(chǎn)線于2017年落成，隨后進(jìn)入高速發(fā)展期。2019年鴻基創(chuàng)能、擎動科技、武漢理工氫電以及泰極動力國產(chǎn)生產(chǎn)線先后正式落成，標(biāo)志著我國的膜電極領(lǐng)域逐步開啟批量化生產(chǎn)步伐。膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，是燃料電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的場所。膜電極主要由質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層組成。
(1)質(zhì)子交換膜：性能逐步達(dá)標(biāo)，國產(chǎn)替代正當(dāng)時
發(fā)生反應(yīng)時，質(zhì)子交換膜只讓陽極失去電子的氫離子透過到達(dá)陰極，但阻止電子、氫分子、水分子等通過，其主要的評價指標(biāo)在于離子交換容量以及吸水率等。目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，復(fù)合膜、高溫膜、堿性膜是未來發(fā)展方向。
我國電堆質(zhì)子交換膜性能已接近國際水準(zhǔn)，國產(chǎn)替代剛剛起步。隨著2020年東岳氫能150萬平米的產(chǎn)線建設(shè)，以及2021年2月蘇州科潤每年100萬平米質(zhì)子交換膜項目產(chǎn)線正式投建，國產(chǎn)交換膜有望迎來大幅降本空間。東岳集團(tuán)是國內(nèi)質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，2020年11月已落地每年50萬平米產(chǎn)能，是國內(nèi)首家實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)。其DMR100燃料電池膜已滿足量產(chǎn)車型需求，并獲得IATF16949驗證。此外，科潤的質(zhì)子交換膜NEPEM-3015系列配套的燃料電池發(fā)動機(jī)已通過國家機(jī)動車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心強(qiáng)檢。盡管其性能仍與國外廠商有所差距，但其價格優(yōu)勢顯著，2021年預(yù)計會實現(xiàn)在燃料電池商業(yè)車上一定量的運用。
(2)氣體擴(kuò)散層：國產(chǎn)產(chǎn)品處于中試階段
氣體擴(kuò)散層在電池中起到支撐催化劑、收集電流、傳導(dǎo)氣體和跑出反應(yīng)產(chǎn)物的作用，目前以碳纖維紙、碳纖維布的兩種形式存在。氣體擴(kuò)散層的評價標(biāo)準(zhǔn)包括透氣性、低電阻率、高機(jī)械強(qiáng)度等。碳紙產(chǎn)品由日本東麗、德國SGL、加拿大巴拉德等幾個國際大廠壟斷，國內(nèi)碳紙也主要是從日本東麗進(jìn)口。
國內(nèi)研究相對薄弱，國產(chǎn)產(chǎn)品尚處于中試、送樣階段。通用氫能從產(chǎn)品的設(shè)計、制造工藝和設(shè)備匹配，申請了一系列專利，打通了氣體擴(kuò)散層的整個生產(chǎn)流程，做到自有知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化。2020年4月，上海華誼與VIBRANTEPOCHLTD.正式簽署合作框架協(xié)議，在中國建立“氣體擴(kuò)散層用碳紙/碳布”生產(chǎn)基地。我國在氣體擴(kuò)散層環(huán)節(jié)涉足較淺，在一段時間內(nèi)該環(huán)節(jié)成本下降空間相對有限，僅華誼集團(tuán)、通用氫能等少數(shù)玩家開始入局。
(3)催化劑：載鉑含量逐年遞減，整機(jī)成本有望回落
催化劑可促進(jìn)氧化劑和氫氣的反應(yīng)，使電子離開氫原子。催化劑目前仍依賴鉑碳路線，但鉑資源的匱乏和高成本制約了燃料電池大規(guī)模商業(yè)化。超低鉑、無鉑催化劑是未來研發(fā)方向，用鉑量不斷減少，成本下降空間很大。國內(nèi)貴研鉑業(yè)、大連化物所研制的催化劑目前處于中試階段。
作為電堆成本占比最高的材料，催化劑對于活性、穩(wěn)定性以及耐久性有較高要求，而貴金屬鉑(Pt)成為催化劑以及電堆成本居高不下的主要因素。各車企由于技術(shù)稟賦、產(chǎn)品載鉑量具有較大異質(zhì)性，豐田和現(xiàn)代的鉑用量相差值達(dá)到一倍。我國催化劑量產(chǎn)雖然進(jìn)程較慢，但在系統(tǒng)集成領(lǐng)域，歐陽明高院士已明確表示我國載鉑量已達(dá)到豐田廠商生產(chǎn)水平，若能在產(chǎn)品端進(jìn)一步壓縮催化劑鉑含量，成本下浮空間仍然可觀。
3.2.3、雙極板
雙極板在電堆中起到輸送分配燃料、隔離兩極氣體的作用，主要有石墨雙極板和金屬雙極板兩種技術(shù)路線。目前豐田Mirai采用金屬雙極板路線，因乘用車對集成度要求高，體積需要盡可能小;國內(nèi)商用車走石墨雙極板路線，一方面因為其成本更低，另一方面使用壽命更長，更符合商用車需求。雙極板的技術(shù)難點主要在于流道設(shè)計，對沖壓工藝、制造精度要求高。
石墨雙極板在反應(yīng)過程中不易被腐蝕，使用壽命較長。我國的石墨雙極板企業(yè)已逐步實現(xiàn)量產(chǎn)化，以億華通為例，已通過神力科技完全實現(xiàn)雙極板自主供應(yīng)。同時，上海弘楓、嘉裕碳素等自主企業(yè)已逐步進(jìn)入量產(chǎn)階段。
金屬雙極板導(dǎo)電性能優(yōu)異，大幅提升電堆整體的體積功率密度。不少電堆廠商逐漸轉(zhuǎn)向采用金屬板，但其使用壽命尚待考察。國內(nèi)的金屬板廠商尚處于小規(guī)模生產(chǎn)階段，以上海治臻、上海佑戈等為主。根據(jù)氫能觀察的數(shù)據(jù)，上海治臻在2020年6月投建1000萬片/年的產(chǎn)線，2021年3月340萬片/年的產(chǎn)能投產(chǎn)，有望迎來較大規(guī)模的金屬雙極板國產(chǎn)替代。
3.3、供氣系統(tǒng)是燃料電池系統(tǒng)另一重要組成部分
3.3.1、空氣供給系統(tǒng)國內(nèi)較國外仍有差距
典型的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)由空氣過濾器、空壓機(jī)、電機(jī)、中冷器、增濕器和膨脹機(jī)等組成。其中，空壓機(jī)由電機(jī)和膨脹機(jī)共同驅(qū)動。根據(jù)電堆的輸出功率，為燃料電池提供所需壓力和干凈空氣。在空氣供應(yīng)系統(tǒng)中，空氣的壓力和流量對燃料電池系統(tǒng)的性能(能量密度、系統(tǒng)效率、水平衡和熱損失)、成本和電堆的尺寸等有很大的影響。高壓燃料電池系統(tǒng)不僅能提高電堆的效率和功率密度，同時還能夠改善系統(tǒng)的水平衡。
車用燃料電池空壓機(jī)與傳統(tǒng)空壓機(jī)的區(qū)別在于燃料電池空壓機(jī)不能有油，防止污染催化劑。另外整個反應(yīng)裝置對壓力波動有嚴(yán)格要求，所以葉片設(shè)計難度也高。目前空壓機(jī)主流有兩條路線：離心式和雙螺桿式。(1)離心式噪音小、壽命短、工藝復(fù)雜、成本較高適合乘用車;(2)雙螺旋桿式噪音大、體積大適合商用車。國內(nèi)空壓機(jī)與國外技術(shù)差距較大，價格相對有優(yōu)勢。國內(nèi)主要企業(yè)為廣順、愛德曼、上海重塑科技，另外雪人股份也在做相關(guān)研發(fā)。
3.3.2、氫氣供給系統(tǒng)：研發(fā)成本高、價格昂貴，國內(nèi)企業(yè)相對薄弱
氫氣供給系統(tǒng)由瓶口閥、過流閥、過濾器、減壓閥、泄壓閥、截止閥、氣水分離器、氫氣循環(huán)泵及管路和接頭組成，根據(jù)系統(tǒng)需求不同還配有單向閥、阻火器和噴射器等。氫氣循環(huán)泵作為氫氣循環(huán)動力提供部件，需要在密封要求很高的情況下提供足夠流量。國內(nèi)企業(yè)目前參與氫氣循環(huán)泵較少，雪人股份在研發(fā)進(jìn)程中。
3.3.3、儲氫瓶：國內(nèi)常用的儲氫瓶壓力35MPa低于國際通用的70MPa
國內(nèi)儲氫瓶整體技術(shù)水平有待提高。受制于車載儲氫瓶碳纖維等原材料依賴進(jìn)口、技術(shù)成本居高不下等影響，目前我國廣泛使用的車載儲氫瓶仍為35MPaⅢ型瓶，與國際市場中更為普遍使用的70MPaⅢ型瓶相比，其儲氫效率相對較低，應(yīng)用瓶頸較為明顯。盡管國內(nèi)70MPa儲氫技術(shù)已在不斷推進(jìn)，但要實現(xiàn)這一技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，仍有諸多問題需要解決，主要矛盾則是仍高度依賴進(jìn)口的碳纖維等關(guān)鍵原材料。一直以來，碳纖維纏繞復(fù)合材料儲氫氣瓶都是氫能儲運領(lǐng)域的重要技術(shù)，但多年以來這一技術(shù)為美國、日本等國壟斷。近年來，包括上海石化、中復(fù)神鷹等制造企業(yè)已開啟碳纖維國產(chǎn)化的進(jìn)程，盡管國產(chǎn)碳纖維市場占比在不斷提升，但產(chǎn)品整體質(zhì)量穩(wěn)定性仍需提升，儲氫領(lǐng)域所需的碳纖維目前仍高度依賴進(jìn)口。國內(nèi)目前制備儲氫瓶的企業(yè)相對較多，包含京城股份、中材科技、富瑞氫能等。
4、下游應(yīng)用：重點關(guān)注燃料電池汽車的推廣和應(yīng)用
4.1、燃料電池需求綜述
交通運輸是燃料電池最主要的應(yīng)用。燃料電池可用在交通運輸、固定領(lǐng)域、便攜式電子和航空航天等領(lǐng)域。根據(jù)日本FujiKeizai預(yù)測，2025年全球燃料電池市場中燃料電池汽車市場規(guī)模有望超過50%，下文將就交通運輸領(lǐng)域展開進(jìn)行重點分析，并在綜述部分簡要介紹固定式領(lǐng)域和便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用。
固定式領(lǐng)域用途廣闊，市場持續(xù)增長。固定式燃料電池技術(shù)包括MCPC、SOFC、PAFC和PEMFC。主要用于各種固定位置的電力供應(yīng)，包括發(fā)電站、樓宇、工程等領(lǐng)域的大型首要電源、備用電源，用于家庭住宅和商業(yè)的微型熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，以及電訊塔的首要或備用電源等。
便攜式領(lǐng)域目前市場滲透率不高。燃料電池在便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括燃料電池盒、燃料電池玩具，以及小型燃料電池充電器等。在消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域，燃料電池在微型外部電池充電器上的應(yīng)用發(fā)展迅速，在消費電子產(chǎn)品中也有應(yīng)用前景。
4.2、燃料電池汽車市場尚未打開，靜待政策落地
4.2.1、國家對燃料電池汽車的補(bǔ)貼政策更精準(zhǔn)
燃料電池補(bǔ)貼政策仍保持高標(biāo)準(zhǔn)。我國政府吸取鋰電池行業(yè)發(fā)展初期補(bǔ)貼申請的經(jīng)驗，現(xiàn)將補(bǔ)貼方式調(diào)整為選擇一部分城市圍繞燃料電池汽車關(guān)鍵零部件核心技術(shù)攻關(guān)，開展燃料電池產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用，在為期4年的示范期內(nèi)，中央財政將按照結(jié)果導(dǎo)向，采取“以獎代補(bǔ)”方式對示范城市給予獎勵，支持地方組織企業(yè)開展新技術(shù)研發(fā)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化、人才引進(jìn)和團(tuán)隊建設(shè)以及新技術(shù)在燃料電池汽車上的示范應(yīng)用等。
4.2.2、應(yīng)用場景：燃料電池商用車率先商業(yè)應(yīng)用
燃料電池商用車率先商業(yè)應(yīng)用。未來鋰電與燃料電池不會是替代關(guān)系，而是互補(bǔ)關(guān)系。歐陽明高院士曾在2018年6月提出：“鋰離子電池更適合替代汽油機(jī)，氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機(jī)”。原因：(1)氫氣運輸成本高，加氫站投資成本也比較大，因此固定路線的車輛在應(yīng)用中更有優(yōu)勢;(2)客車系統(tǒng)集成難度相對較低一些，目前國內(nèi)主流客車企業(yè)都有燃料電池客車的布局，并且部分企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)正式交付運營。乘用車的系統(tǒng)集成難度更高，但單車功率不太大，相比重卡車或者大型公交車，搭載燃料電池系統(tǒng)的乘用車經(jīng)濟(jì)性不具備優(yōu)勢;(3)從邊際成本的角度考慮，電動汽車構(gòu)造簡單，提升鋰電池車的續(xù)航和載重需要加裝電池，考慮鋰電自重，其邊際成本遞增;燃料電池系統(tǒng)復(fù)雜，提高續(xù)航僅需增加儲氫容量即可，邊際成本遞減。因此鋰電池更適合乘用車領(lǐng)域，燃料電池系統(tǒng)適合有重載、長續(xù)航要求的商用車。
4.2.3、燃料電池汽車較鋰電池汽車的環(huán)保性更佳
氫燃料電池目前成本達(dá)不到民用可接受的水平，國內(nèi)技術(shù)成熟度有很大的提升空間，整個產(chǎn)業(yè)鏈正在布局過程當(dāng)中。相比之下鋰電技術(shù)已逐步成熟，電池的成本在規(guī)?；?yīng)下顯著下降。
4.2.4、從經(jīng)濟(jì)性角度考慮目前燃料電池汽車較油車和電車不占優(yōu)勢
氫燃料電池車目前在購置成本和使用成本上不占優(yōu)勢。同樣的B級車，油車的購置成本最低，電動公交車的運營成本最低，氫燃料電池汽車在這兩方面目前均不占優(yōu)勢。未來隨著應(yīng)用量提升，氫能源實現(xiàn)一定量的規(guī)?；?yīng)，整車成本以及氫氣成本均有望顯著下降。
氫能源商用車率先在國內(nèi)打開應(yīng)用市場?；趪艺咧С?，氫能源商用車在國內(nèi)率先打開市場，但比較可知氫燃料電池汽車的購置成本是電動公交車或柴油公交車的2倍以上，目前經(jīng)濟(jì)性角度競爭力有待提升。
4.3、燃料電池應(yīng)用空間打開的核心因素
4.3.1、各方靜待國家層面的補(bǔ)貼政策落地
補(bǔ)貼政策尚未完全落地，下游需求遞延。2021年4月9日，中汽協(xié)公布最新數(shù)據(jù)顯示，3月燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成45輛和59輛，2021年1-3月，燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成104輛和150輛，同比分別下降43.2%和27.5%。
基于目前處于整個全行業(yè)發(fā)展初期，終端需求量有限，導(dǎo)致各項上游、中游生產(chǎn)不具備規(guī)模效應(yīng)，目前氫能源商業(yè)化成本較高，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮下游領(lǐng)域尤其是私營企業(yè)或個人消費者能接受的程度較低，企業(yè)在實際運營中容易出現(xiàn)入不敷出，持續(xù)虧損的局面，因此政府補(bǔ)貼有望引領(lǐng)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈邁向成熟。
國家出臺的以獎代補(bǔ)政策并劃定五個示范發(fā)展區(qū)域，初步判斷北京、上海、廣東、河北、河南五個區(qū)域?qū)⒊浞质芤嬗趪已a(bǔ)貼率先發(fā)展，發(fā)展階段有望顯著領(lǐng)先未入圍的省份。具體政策有待落地。
4.3.2、各環(huán)節(jié)技術(shù)成熟度、規(guī)?；蟪杀鞠陆档目臻g
技術(shù)成熟度進(jìn)步、規(guī)?；c成本下降三者是相輔相成，相互息息相關(guān)的關(guān)聯(lián)因素。以鋰電為例，電車發(fā)展初期技術(shù)不夠成熟，下游銷量少，企業(yè)生產(chǎn)無法滿足規(guī)模效應(yīng)，電池成本居高不下，最終限制了電車推廣應(yīng)用，這是負(fù)向傳導(dǎo)的機(jī)制。如果隨著技術(shù)成熟，需求提升，規(guī)?；瘽M足后成本將有很大的下降空間，整個市場空間有望徹底打開。
4.3.3、消費者對燃料電池汽車認(rèn)可度的本質(zhì)提升
終端消費者對產(chǎn)品的認(rèn)可是行業(yè)發(fā)展的根基。同樣以電車為例，諸多司機(jī)在2019年以前對電車保持懷疑、謹(jǐn)慎、保守的態(tài)度，伴隨特斯拉的崛起、整個鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的成熟、成本下降以及國產(chǎn)造車新勢力紛紛推出自己的作品，越來越多的國內(nèi)車主認(rèn)可、接受電車，電車的市場滲透率顯著提升。目前氫能源燃料電池汽車更多是商用車推廣階段，未來需得到更多私營企業(yè)或是普通消費者的認(rèn)可，全行業(yè)才有望真正的完成從0到1的跨越。
4.4、氫氣是工業(yè)生產(chǎn)中的重要原材料
4.4.1、半導(dǎo)體工業(yè)對氫氣的純度要求高
在大規(guī)模、超大規(guī)模和兆位級集成電路制造過程中,需用高純氫、特高純氫作為配制4/2、3/2、26/2等混合外延、摻雜氣的底氣。半導(dǎo)體工業(yè)對底氣純度要求極高,微量雜質(zhì)“摻入”就會改變半導(dǎo)體表面特性。在電真空材料和器件例如鎢和鉬的生產(chǎn)過程中,用氫氣還原氧化物得到粉末,再加工制成線材和帶材。氫氣純度越高,特別是水含量越低,還原溫度就越低，所得鎢、鉬粉末粒度就越細(xì)。
4.4.2、非晶硅與太陽電池亦需要高純氫氣
目前,高效a-Si太陽電池均采用射頻輝光放電法制造,沉積大面積、高質(zhì)量、均勻的a-Si膜是a-Si太陽電池的關(guān)鍵工序。Pin結(jié)太陽電池在沉積i層時采用氫與硅烷的混合氣。對氫氣純度要求高,一般為5N以上。
4.4.3、氫氣用于生產(chǎn)石英光纖
石英光纖的制造主要包括玻璃體預(yù)制棒制備及拉絲兩道工序，在制棒工藝中采用氫氧焰加熱(1200～1500Ⅲ),經(jīng)沉積,可獲得所需沉積層厚度，再經(jīng)燒灼，制成光纖預(yù)制棒。對氫氧焰氣體要求無固體粒子，否則棒上會有黑斑產(chǎn)生。對氫氣純度及潔凈度均有一定要求。
4.4.4、石化工業(yè)中加入氫氣可以除掉有害化合物
在煉制工業(yè)中，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫，精柴油加氫脫硫，改善飛機(jī)燃料油的的無煙火焰高度，燃料油加氫脫硫,加氫裂化;在石油化工領(lǐng)域,氫氣主要用于C3餾份加氫，汽油加氫，C6～C8餾份加氫脫烷基,生產(chǎn)環(huán)己烷。加氫精制的目的是除掉有害化合物，例如硫化氫、硫醇、總硫、水、含氮化合物、芳香烴、酚類、環(huán)烷酸、炔烴、烯烴、金屬和準(zhǔn)金屬等。催化重整原料的加氫精制目的是除去石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質(zhì)。加氫裂化是在氫氣存在條件下進(jìn)行的催化過程,反應(yīng)主要特征是C-C鍵的斷裂。所用氫量大，壓力高，空速低。選擇性加氫主要用于高溫裂解產(chǎn)物。
4.4.5、氫氣在浮法玻璃生產(chǎn)中防止錫液被氧化
在浮法玻璃成形設(shè)備(即錫槽)中裝有熔融的錫液,600～1000Ⅲ的錫液極易被氧化，生成氧化錫，以致玻璃沾錫又增加了錫耗。因此，需將錫槽密封，并連續(xù)地送入純凈的氮、氫混合氣，維持錫槽內(nèi)微正壓與還原氣氛，保護(hù)錫液不被氧化。保護(hù)氣體中氮、氫氣量比為10:1,要求含氧量不高于(5～10)×106，露點-60Ⅲ以下。
4.4.6、氫氣在冶金工業(yè)中作為還原劑或金屬高溫加工的保護(hù)氣
在冶金工業(yè)中，氫可用作還原劑將金屬氧化物還原成金屬，或可用作金屬高溫加工時的保護(hù)氣。氫氣還可用于還原若干種金屬氧化物來制備純金屬。除此之外，在高溫鍛壓一些金屬器材時有時用氫氣作保護(hù)氣，以保護(hù)表面不被氧化。
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