01

氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游

我國氫能產(chǎn)業(yè)具備長(cháng)期發(fā)展潛力

根據中國氫能聯(lián)盟的預測，在2030年碳達峰愿景下，我國氫氣的年需求量預期達到3,715萬(wàn)噸，在終端能源消費中占比約為5%；可再生氫產(chǎn)量約為500萬(wàn)噸，部 署電解槽裝機約80GW。在2060年碳中和愿景下，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費中占比約為20%。其中，工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍然最 大，約7,794萬(wàn)噸，占氫總需求量60%；交通運輸領(lǐng)域用氫4,051萬(wàn)噸，建筑領(lǐng)域用氫585萬(wàn)噸，發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫600萬(wàn)噸。

制氫——化石能源制氫是我國目前主要氫源

2019年，我國氫氣主要來(lái)源于化石能源制氫（煤制氫、天然氣制氫）；其中，煤制氫與產(chǎn)量達到2,124噸，占我國氫能產(chǎn)量的63.54%，天然氣制氫產(chǎn)量為460萬(wàn)噸，占我國氫能產(chǎn)量的14%，而電解水制氫產(chǎn)量?jì)H約為50萬(wàn)噸。煤制氫技術(shù)路線(xiàn)穩定高效，制備工藝成熟，也是成本最低的制氫方式，經(jīng)測算，在原料煤價(jià)格在800元/噸時(shí)，制氫成本約為12.64元/kg。天然氣制氫技術(shù)中，蒸汽重整制氫較為成熟，是國外主流的制氫方式，經(jīng)測算，在天然氣價(jià)格為2.5元/Nm?時(shí)，天然氣制氫的成本約為12.79/kg，其中天然氣原料成本占據總成本的70%以上。

儲氫 運氫

氣、液、固三種方式比較

氫儲存的方式有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫。目前高壓氣態(tài)儲運氫技術(shù)相對成熟，是我國現階段主要的儲運方式。氣氫通常以20MPa鋼制氫瓶?jì)Υ?，并通過(guò)長(cháng)管拖車(chē)運輸，適用于短距離、小規模輸運。管道輸氫是實(shí)現氫氣大規模、長(cháng)距離運輸的重要方式，但建設成本較 大，目前我國僅有100km管道建設。液態(tài)儲氫是指在標準大氣壓下，將氫氣冷卻至零下252.72攝氏度液化儲存在特制的高度真空的絕熱容器中，常溫常壓下液氫的密度為氣氫的845倍，適用于距離較遠、運輸量較大的場(chǎng)合，但裝置投資較大，能耗較高。固態(tài)儲運是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲氫載體，通過(guò)化學(xué)吸附和物理吸附的方式實(shí)現氫的存儲。固態(tài)儲氫具有儲氫密度高、安全性好、氫氣純度高等優(yōu)勢。但技術(shù)復雜，成本高，尚無(wú)規?；褂?。

三種形式的結合應用前景

對于高壓氣態(tài)運氫運輸，當運輸距離為50km時(shí)，運輸成本為3.6元/kg，隨著(zhù)距離的增加長(cháng)管拖車(chē)運輸成本大幅上升，當運輸距離為500km時(shí)，氫氣的運輸成本達到29.4元/kg。因此，長(cháng)管拖車(chē)只適合短距離運輸（小于200km）。液氫槽罐車(chē)運氫成本對距離不敏感，當加氫站距離氫源點(diǎn)50-500km時(shí)，運輸價(jià)格在10.4-11.0元/kg范圍內，這是由于液氫成本主要來(lái)源于液化過(guò)程中的耗電費用，僅與載氫量有關(guān)，而與距離無(wú)關(guān)。因此，液氫罐車(chē)在長(cháng)距離運輸下更具成本優(yōu)勢。管道運氫成本主要來(lái)源于與輸送距離正相關(guān)的管材折舊及維護費用，當輸送距離為100km時(shí)，運氫成本僅為0.5元/kg。但管道運氫成本很大程度上受到需求端的影響，在當前加氫站尚未普及、站點(diǎn)較為分散的情況下，管道運氫的成本優(yōu)勢并不明顯。但隨著(zhù)氫能產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，氫氣管網(wǎng)終將成為低成本運氫方式的最佳選擇。

02

氫產(chǎn)業(yè)鏈中游（燃料電池動(dòng)力系統）

我國氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展現狀

在政策的支持下，2016-2020年我國氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)量逐年提升；2020年受疫情影響，行業(yè)產(chǎn)量下滑至1199輛。截止2020年底，我國氫燃料電池汽車(chē)保有 量為7352輛，進(jìn)入商業(yè)化初期。2020年，燃料電池商用車(chē)價(jià)格約為200萬(wàn)/輛，隨著(zhù)燃料電池系統生產(chǎn)規?；c燃料電池電堆核心零部件國產(chǎn)化，在2025年燃料電池汽車(chē)保有量達到5-10萬(wàn)輛的預期下，我們預計燃料電池汽車(chē)銷(xiāo)售價(jià)格將以每年10%的幅度下降。

氫燃料電池汽車(chē)結構

氫燃料電池汽車(chē)的核心為燃料電池發(fā)動(dòng)機系統，其結構主要包括燃料電池發(fā)動(dòng)機、車(chē)載儲氫系統、冷卻系統等。其中，燃料電池發(fā)動(dòng)機系統主要由燃料電池電堆、 氫氣供給系統、氧氣供給系統、發(fā)動(dòng)機控制器等構成。供氫系統將氫從氫氣罐輸送到燃料電池電堆；由空氣過(guò)濾器、空氣壓縮機和加濕器組成的供氣系統為燃料電池堆提供氧氣；水熱管理系統采用獨立的水和冷卻劑 回路來(lái)消除廢熱和反應產(chǎn)物（水）。燃料電池系統產(chǎn)生的電力通過(guò)動(dòng)力控制單元驅動(dòng)電動(dòng)機，從而驅動(dòng)車(chē)輛行駛，輔助電池則在需要時(shí)提供額外的電力。

膜電極關(guān)鍵材料

質(zhì)子交換膜

膜電極(MEA)由質(zhì)子交換膜、催化層和氣體擴散層組成，是燃料電池發(fā)電的關(guān)鍵核心部件，同時(shí)也是多相物質(zhì)傳輸和電化學(xué)反應的場(chǎng)所，決定了燃料電池的 性能、壽命和成本。主要性能指標包括單位表面積的輸出功率（功率密度）、貴金屬用量（單位功率輸出的鉑用量）、壽命和成本。膜電極生產(chǎn)目前采用的是 第二代生產(chǎn)技術(shù)——催化劑涂膜(CCM)技術(shù)，具有卷對卷(Roll-to-Roll)連續化高速生產(chǎn)能力。國際上，日、美、歐、加拿大等國家和地區憑借多年技術(shù)積累，在膜電極的基礎研究和制備技術(shù)上一直處于領(lǐng)先地位。目前，國際上最先進(jìn)的膜電極商業(yè)化產(chǎn)品的功率密度在1.4~1.5W/c㎡范圍內，國內量產(chǎn)膜電極的功率密度為1.0~1.2W/c㎡。

催化劑

在燃料電池中，催化劑起到分解氫氣和氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應產(chǎn)生電流的作用。目前商用催化劑為鉑碳催化劑，而稀有金屬鉑的高成本是燃料電池商業(yè)化的主要 阻礙之一。國外催化劑用量已實(shí)現<0.2g/kW，而我國催化劑用量普遍處于0.3-0.4g/kW的水平。因此低鉑和非鉑催化劑的開(kāi)發(fā)成為降低燃料電池成本的關(guān)鍵。催化劑需要平衡成本與耐久性?xún)煞矫娴男枨?，新型高穩定、高活性鉑或非鉑催化劑是研究熱點(diǎn)。鉑合金催化劑取得很大進(jìn)展，如鉑鈷、鉑鎳等正在得到實(shí)際應 用；非鉑催化劑性能與穩定性還有待提升。

燃料電池電堆成本下降趨勢

國內燃料市場(chǎng)目前市場(chǎng)區域性訂單多，同時(shí)批量供貨的競爭者開(kāi)始增多，市場(chǎng)競爭開(kāi)始由一向多發(fā)展，市場(chǎng)集中度逐年下降，2020年CR5為64%，較2019年降 低14%，預計2-3年內仍會(huì )下降。2020年，膜電極、雙極板、燃料電池電堆、氫氣循環(huán)泵、空壓機等核心材料和關(guān)鍵部件價(jià)格均有明顯下降，同比2019年降幅在20%-50%。其中，燃料電池電堆、空壓機價(jià)格接近腰斬；膜電極實(shí)現20%-30%降價(jià)；氫氣循環(huán)泵價(jià)格從3萬(wàn)元降到1-2萬(wàn)元/臺，國產(chǎn)氫氣循環(huán)泵相比進(jìn)口產(chǎn)品可便宜70%以上。

03

氫能關(guān)鍵裝備市場(chǎng)展望

生產(chǎn)端市場(chǎng)前景——電解槽

電解槽是制備綠氫的關(guān)鍵設備，其技術(shù)路線(xiàn)、性能、成本是影響綠氫市場(chǎng)走勢的重要因素，目前質(zhì)子交換膜(PEM)電解水和堿性電解水技術(shù)目前已經(jīng)商業(yè)化推廣的條件，未來(lái)具備較強的商業(yè)價(jià)值。堿性電解槽成本較低，經(jīng)濟性較好，我國堿性電解水制氫代表企業(yè)有中船重工718所、考克利爾競立、天津市大陸制氫設備有限公司等，近期陽(yáng)光電源、協(xié)鑫集 團等光伏企業(yè)也紛紛布局堿性電解水制氫設備項目。

燃料電池汽車(chē)與電堆市場(chǎng)前景

根據上海、北京、廣東、山西、山東、江蘇、河北、河南、四川、湖北等十個(gè)省份及直轄市明確規劃，2023和2025年燃料電池汽車(chē)保有量分別達到3.01和7.95 萬(wàn)輛，2020年底國內燃料電池汽車(chē)保有量約7352輛。我們預測我國燃料電池汽車(chē)2025年銷(xiāo)量從當前不足3000輛增長(cháng)到2.5萬(wàn)輛，未來(lái)4年CAGR為88%。根據燃料電池汽車(chē)平均功率為100kW，燃料電池電堆當前價(jià)格為3000元/kW以及年均下降幅度為200kW/元進(jìn)行測算，2021-2025年燃料電池電堆新增市場(chǎng)需 求的CAGR為87%。2025/2030年，燃料電池電堆新增市場(chǎng)分別為75/238億元。

燃料電池核心零部件市場(chǎng)前景

隨著(zhù)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其上游零部件膜電極與雙極板市場(chǎng)需求隨之增長(cháng)。我們根據目前各省市發(fā)布的氫燃料電池汽車(chē)投放量規劃預測，2021-2025年我國 氫燃料電池車(chē)用膜電極與雙極板的年新增市場(chǎng)需求的CAGR為83%。2025/2030年前我國膜電極新增市場(chǎng)37/173億元，雙極板新增市場(chǎng)將達到12/52億元。

儲氫瓶市場(chǎng)前景

未來(lái)幾年，我國儲氫瓶市場(chǎng)將主要由燃料電池商用車(chē)推動(dòng)。據目前各省市發(fā)布的氫燃料電池汽車(chē)投放量規劃測算，我們2021-2025年我國氫燃料電池車(chē)載儲氫 瓶年新增市場(chǎng)需求的CAGR達到78%，2025/2030年前車(chē)載儲氫瓶新增市場(chǎng)達到32/111億元。與之對應，2021-2025年生產(chǎn)儲氫瓶用碳纖維年增需求的CAGR為88%，2025/2030年儲氫瓶用碳纖維新增需求量將達到0.6/2.5萬(wàn)噸。

04

我國氫能發(fā)展規劃介紹

多部門(mén)支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

繼2019年3月氫能被首次寫(xiě)入政府工作報告后，國務(wù)院、國家發(fā)改委、國家能源局等多部門(mén)陸續印發(fā)了支持、規范氫能源行業(yè)的發(fā)展政策，主要包括氫能發(fā)展 技術(shù)路線(xiàn)、氫能基礎設施建設、燃料電池汽車(chē)發(fā)展等內容。

三大氫燃料電池“示范城市群”落地，推動(dòng)氫能跨區域發(fā)展

2021年8月，財政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國家發(fā)展改革委和國家能源局《關(guān)于啟動(dòng)燃料電池汽車(chē)示范應用工作的通知》正式印發(fā)，宣告京津冀、上海、 廣東成為國內三大氫燃料電池汽車(chē)示范城市群，示范期為期四年。國家將采取“以獎代補”的方式，按照示范城市群任務(wù)目標完成情況給予獎勵?！笆痉冻鞘腥?”的落地，將加快燃料電池關(guān)鍵核心技術(shù)自主化與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，有助于探索氫能商業(yè)化模式和燃料電池產(chǎn)業(yè)政策的建立，推動(dòng)氫能跨省跨區域協(xié)同發(fā)展。

多省市發(fā)布氫能產(chǎn)業(yè)建設目標

目前，共有近30個(gè)省份及直轄市已發(fā)布氫能發(fā)展相關(guān)政策方案。其中，出臺了專(zhuān)項氫能整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的共有5省，分別為北京、河北、四川、山東、內蒙古；出臺了氫燃料汽車(chē)細分領(lǐng)域專(zhuān)項政策的共有4省，分別為廣東、重慶、浙江、河南。其他大多數省份地區均將氫能相關(guān)發(fā)展規劃納入新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)、或整體能源 發(fā)展、或戰略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、或全省十四五規劃當中。

05

海外氫能發(fā)展規劃介紹

歐盟將氫能戰略“ 三步走”計劃，綠氫生產(chǎn)為首要任務(wù)

2020年7月,歐盟發(fā)布了《歐盟氫能戰略》,提出了歐洲長(cháng)期發(fā)展氫能的戰略藍圖。該戰略旨在通過(guò)投資、監管、市場(chǎng)創(chuàng )建以及研究和創(chuàng )新等一系列措施來(lái)促進(jìn) 氫能產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)概述了全面的投資計劃，包括制氫、儲氫、運氫的全產(chǎn)業(yè)鏈，以及現有天然氣基礎設施、碳捕集和封存技術(shù)等投資，預計總投資超過(guò)4500億歐元。歐盟明確主首要任務(wù)是開(kāi)發(fā)綠色氫能。2024與2030年歐洲可再生能源產(chǎn)氫量要分別達到100萬(wàn)噸和1000萬(wàn)噸，可再生能源電解槽裝機量要分別達到6GW和 40GW，而目前歐洲完成安裝的可再生能源電解槽僅為1GW，占制氫總容量的1.4％。

發(fā)展氫能將為歐盟帶來(lái)巨大的社會(huì )經(jīng)濟和環(huán)境效益

據《歐洲氫能路線(xiàn)圖》預計，到2050年，歐盟的氫氣需求約為5600萬(wàn)噸，約占總能源需求的四分之一，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有顯著(zhù)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。到2030 年，氫能將為歐盟創(chuàng )造1300億歐元的產(chǎn)業(yè)規模，出口潛力將達到700億歐元，凈出口額將達500億歐元，氫能產(chǎn)業(yè)將為歐洲創(chuàng )造約100萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位。到2050年，歐盟氫能產(chǎn)業(yè)將達到8200億歐元，提供540萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位，氫能將減少歐盟約5.6億噸碳排放。

氫能將可能給交通、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域用能帶來(lái)巨大轉變，并有希望帶動(dòng)歐盟能源體系的基礎設施投資。2030年，歐盟將在電解槽領(lǐng)域新增240億～420億歐 元投資，2050年將達到1800億～4700億歐元。由于氫能生產(chǎn)對運輸、貯存等行業(yè)的拉動(dòng)，到2030年，氫能將帶動(dòng)歐盟新增可再生能源發(fā)電設施達到80GW～ 120GW水平，同時(shí)拉動(dòng)氫能運輸和儲存行業(yè)650億歐元投資。

歐洲部分國家氫能戰略：大力發(fā)展可再生能源制氫

目前英國、法國、德國、意大利等主要歐洲國家紛紛發(fā)布了國家氫能戰略，明確了2030年氫能發(fā)展目標以及相應的投資計劃，這些戰略不僅將帶動(dòng)能源結構 改變，更將帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)集成，連帶其他行業(yè)的技術(shù)革新。確立以可再生能源為基礎的氫氣發(fā)展路徑。截至2020年底，歐洲共有總裝機量為21.3GW的151個(gè)電解水制氫項目在推進(jìn)。其中有82個(gè)項目宣布了其制氫電 力來(lái)源，風(fēng)能、太陽(yáng)能和水能等可再生能源將為這些電解槽提供99％的動(dòng)力。