一、氫能是替代化石能源實(shí)現碳中和的重要選擇

1.1 氫能產(chǎn)業(yè)已成為我國能源戰略布局的重要部分

氫能（氫的能源生產(chǎn)和利用）受到全球廣泛關(guān)注，成為應對氣候變化、建設脫碳社會(huì )的重要產(chǎn)業(yè)方向。歐、美、日、韓等發(fā) 達國家紛紛制定氫能路線(xiàn)圖，加快推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化布局。當前，我國氫氣生產(chǎn)利用主要在以石化化工行業(yè)為 主的工業(yè)領(lǐng)域，以“原料”利用為主，“燃料”利用為輔。我國發(fā)展氫能具有良好基礎，也面臨諸多挑戰。綠氫供應、氫儲運路徑 和基礎設施建設、氫燃料電池核心技術(shù)裝備、氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)裝備等均待逐一攻破，必須實(shí)事求是、客觀(guān)冷靜、積極新，爭取少走彎路，開(kāi)創(chuàng )氫能技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化新局面。

氫能產(chǎn)業(yè)已成為我國能源戰略布局的重要部分。2020 年，氫能被納入《能源法》（征求意見(jiàn)稿）。2021年，氫能列入《國民 經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和 2035 年遠景目標綱要》未來(lái)產(chǎn)業(yè)布局。

氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，依托現有氫氣產(chǎn)能、就近提供便捷廉價(jià)氫源，支持氫能中下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展，降低氫能產(chǎn)業(yè)起步難度，具有 積極的現實(shí)意義。綠氫在“碳中和”中可以用在綠電無(wú)法發(fā)揮作用的領(lǐng)域實(shí)現互補，如氫冶金、化工、重卡交通燃料、供熱等。 面向未來(lái)，當綠氫成為穩定足量的低價(jià)氫源時(shí)，綠氫在促進(jìn)工業(yè)脫碳方面將更好地發(fā)揮氫能價(jià)值。

1.2 國家和地方均出臺氫能政策支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展

氫能成為“十四五”期間重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，《“十四五”規劃綱要》將氫能及儲能設立為未來(lái)產(chǎn)業(yè)，將實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)孵化與加速計劃。各 地氫能產(chǎn)業(yè)布局，目前已有包括京津冀、長(cháng)三角、珠三角、四川、山東等 30 余個(gè)省市級的氫能發(fā)展規劃相繼出臺。在 “十四五”期間通過(guò)加強對氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的支持，推動(dòng)氫能形成規模產(chǎn)業(yè)。

1.3 氫能在能源轉型中的角色

氫能（綠氫）與電力（綠電）均為二次能源，是雙碳目標戰略下的必然選擇。氫氣的利用由來(lái)已久，但并非是當前備受的交通和電力領(lǐng)域，主要作為生產(chǎn)原料應用于工業(yè)領(lǐng)域。 為了實(shí)現我國能源系統的多元化、清潔化和低碳化轉型，氫能的發(fā)展可以從“二次能源、能源載體、低碳原料”3個(gè)角度 切入，助推能源轉型進(jìn)程。

（1）氫氣可作為高效低碳的二次能源。氫氣本身是一種高能源密度的二次能源（單位質(zhì)量），同時(shí)也具有較強的電化學(xué)活性、 可燃料電池進(jìn)行發(fā)電。因此氫氣可應用于燃料電池汽車(chē)從而替代傳統燃油汽車(chē)，節約石油消費；也可以用于家用熱電，減少電力和熱力需求；還可以直接將氫氣摻入到天然氣管網(wǎng)直接燃燒。

（2）氫氣可作為靈活智慧的能源載體。通過(guò)電解水制氫技術(shù)及氫氣與其他能源品種之間的轉化，可提高可再生能源的消納、 提供長(cháng)時(shí)間儲能、優(yōu)化區域物質(zhì)流和能量流，進(jìn)而建立多能互補的能源發(fā)展新模式。比如，在區域電力冗余時(shí)，可通過(guò)電解 水制氫將多余電力轉化為氫氣并儲存起來(lái)；在電力和熱力供應不足時(shí)，氫氣可以通過(guò)電化學(xué)反應發(fā)電、熱電聯(lián)供、直接燃燒 等方式來(lái)實(shí)現電網(wǎng)和供需平衡。

（3）氫氣可作為綠色清潔的工業(yè)原料。國際能源署、麥肯錫等機構都認為氫能將實(shí)現工業(yè)部門(mén)的深度脫碳，主要方式為用氫能革新型工藝，可以大規模使用“綠氫”替代“灰氫”。氫氣直接還原鐵是氫能革新型工藝的典型代表，該工藝使用氣作為還原劑，將鐵礦石直接還原為海綿鐵，之后進(jìn)入電爐煉鋼，從而節省了焦炭的使用、減少了因原料帶來(lái)的二氧化碳放?！熬G氫”替代“灰氫”是使用來(lái)自可再生能源的氫氣，來(lái)替代合成氨、甲醇生產(chǎn)過(guò)程中的化石能源制氫，進(jìn)而實(shí)現深度脫 碳。

1.4 2050氫能（綠）的市場(chǎng)需求超過(guò) 1 億噸

在加速推進(jìn)能源轉型過(guò)程中，氫能將有望全面融入能源需求側的各個(gè)領(lǐng)域。以下內容我們參考發(fā)改委能源所的相關(guān)預測。

工業(yè)領(lǐng)域，氫能將從原料和能源“雙管齊下”。原料方面，氫能將廣泛應用于鋼鐵、化工、石化等行業(yè)，替代煤炭、石油等化 石能源；能源方面，氫能將通過(guò)燃料電池技術(shù)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，滿(mǎn)足分布式工業(yè)電力和熱力需求。預計 2050年工業(yè)領(lǐng)域氫能 需求將超過(guò) 3500萬(wàn)噸。

交通領(lǐng)域，氫燃料電池汽車(chē)將與鋰電池汽車(chē)“各司其職、各盡所長(cháng)”，共同推動(dòng)新能源汽車(chē)對傳統燃油汽車(chē)的替代作用，在 交通領(lǐng)域掀起新能源變革浪潮；由于氫燃料電池汽車(chē)具有行駛里程長(cháng)、燃料加注時(shí)間短、能量密度高、耐低溫等優(yōu)勢，在寒 冷地區的載重貨運、長(cháng)距離運輸、公共交通甚至航空航天等領(lǐng)域更具有推廣潛力；預計 2050交通領(lǐng)域氫氣需求將接近 4000 萬(wàn)噸。

建筑和其他領(lǐng)域，家用氫燃料電池、燃料電池應急電源等技術(shù)設備也有望實(shí)現規?；瘧?，預計 2050氫氣需求將接近 2000 萬(wàn)噸。

二、當前中國氫氣生產(chǎn)集中在北方，以灰氫為主

2.1 氫能分布在西北和華北

2019 年以來(lái)，國家、各級地方政府對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展高度重視，陸續出臺了多項規劃和發(fā)展目標，眾多企業(yè)和科研機構紛紛 開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)。中國煤炭加工利用協(xié)會(huì )統計，2020我國氫能產(chǎn)量和消費量均已突破 2500萬(wàn)噸，已成為世界第一大制氫大 國。

從區域分布看，氫能生產(chǎn)主要在西北和華北地區，產(chǎn)量超過(guò) 400 萬(wàn)噸的省份有內蒙和山東，產(chǎn)量超過(guò) 300 萬(wàn)噸的省份有新疆、陜西和山西，產(chǎn)量超過(guò) 200萬(wàn)噸的省份有寧夏、河南和河北，產(chǎn)量超過(guò) 100萬(wàn)噸的省份有江蘇、安徽、 四川、遼寧和湖北。

2.2 氫氣來(lái)源以化石燃料為主，未來(lái)向綠氫過(guò)渡

氫能源按生產(chǎn)來(lái)源劃分，可以分為“灰氫”、“藍氫”和“綠氫”三類(lèi)?！盎覛洹笔侵咐没剂鲜?、天然氣和煤制取氫氣，制氫 成本較低但碳排放量大；“藍氫”是指使用化石燃料制氫的同時(shí)，配合碳捕捉和碳封存技術(shù)，碳排放強度相對較低但捕集成本 較高；“綠氫”是利用風(fēng)電、水電、太陽(yáng)能、核電等可再生能源電解制氫，制氫過(guò)程完全沒(méi)有碳排放，但成本較高。目前，我 國氫氣主要來(lái)自灰氫。

從來(lái)源看，我國的氫源結構目前仍是以煤為主，來(lái)自煤制氫的氫氣占比約 62%、天然氣制氫占 19%，電解水制氫僅占 1%， 工業(yè)副產(chǎn)占 18%。就消費情況看，目前的氫能基本全部用于工業(yè)領(lǐng)域，其中，生產(chǎn)合成氨用氫占比為 37%、甲醇用氫占比 為 19%、煉油用氫占比為 10%、直接燃燒占比為 15%、其他領(lǐng)域占比為 19%?；谛枨髠犬a(chǎn)業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈的完善，從 灰氫逐步過(guò)渡到綠氫是較好的方式，優(yōu)先使用副產(chǎn)氫，實(shí)現資源綜合利用。

（1）以煤為原料制氫

煤制氫的本質(zhì)是以煤中碳取代水中的氫，最終生成氫氣和二氧化碳。這里，碳起到還原作用并為置換反應提供熱。 以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：

一是煤的焦化（或稱(chēng)高溫干餾），煤在隔絕空氣條件下，在 900-1000℃制取焦炭，副產(chǎn)品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組份中含氫 氣 55%-60%(體積）、甲烷 23%-27%、一氧化碳 5%-8%等。每噸煤可得煤氣 300-350m3，作為城市煤氣，亦是制取氫氣的 原料。

二是煤的氣化，使煤在高溫常壓或加壓下，與水蒸汽或氧氣（空氣）等反應轉化成氣體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物中氫氣的含量隨不同 氣化方法而異。

（2）天然氣制氫 天然氣的主要成分是甲烷（CH4），本身就含有氫。和煤制氫相比，用天然氣制氫產(chǎn)量高、加工成本較低，排放的溫室氣體少， 因此天然氣成為國外制造氫氣的主要原料。其中天然氣蒸汽轉化是較普遍的制造氫氣方法。

（3）重油部分氧化制造氫氣 重油是煉油過(guò)程中的殘余物，可用來(lái)制造氫氣。重油部分氧化過(guò)程中碳氫化合物與氧氣、水蒸氣反應生成氫氣和二氧化碳。 該過(guò)程在一定的壓力下進(jìn)行，可以采用催化劑，這取決于所選原料與過(guò)程。

（4）水電解制造氫氣 水電解制得的氫氣純度高，操作簡(jiǎn)便，但需耗電。水電解制氫的效率一般在 75%-85%，一般生產(chǎn) 1m3氫氣和 0.5m3氧氣的 電耗為 4-5kWh。

（5）生物質(zhì)制造氫氣 家庭、農業(yè)、林業(yè)等產(chǎn)生的生物質(zhì)可用于生產(chǎn)氫氣。原料包括楊樹(shù)、柳樹(shù)和柳枝，以及來(lái)自厭氧消化或垃圾填埋所產(chǎn)生的沼 氣等。生物質(zhì)可以使用成熟的技術(shù)進(jìn)行氣化，甚至在氣化過(guò)程中與煤或廢塑料共同反應，如果與碳捕獲技術(shù)結合，就有可能 生產(chǎn)出負碳氫。沼氣有額外的凈化要求，可以通過(guò)類(lèi)似于蒸汽甲烷重整（SMR）的過(guò)程進(jìn)行改造以產(chǎn)生氫氣。

（6）工業(yè)副產(chǎn)氫氣凈化 焦爐氣、氯堿、丙烷脫氫制丙烯和乙烷裂解制烯烴副產(chǎn)的粗氫氣可以經(jīng)過(guò)脫硫、變壓吸附和深冷分離等精制工序后作為燃料 電池車(chē)用氫源，成本遠低于化工燃料制氫、甲醇重整制氫和水電解制氫等路線(xiàn)。

2.3 不同技術(shù)制氫的技術(shù)經(jīng)濟環(huán)境性分析

氫氣生產(chǎn)方式較多，氯堿副產(chǎn)氣、干氣、焦爐煤氣、乙烷裂解副產(chǎn)氣、甲烷、煤炭、天然氣、電解水等多種制氫方式。其中， 氯堿副產(chǎn)氣、干氣、焦爐煤氣、乙烷裂解副產(chǎn)氣等副產(chǎn)氣制氫在能源效率、污染排放、碳排放、成本方面占據優(yōu)勢。各地區 發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)鏈時(shí)，應充分結合區域能源結構，優(yōu)先使用副產(chǎn)氫氣和富余能源進(jìn)行利用。

從能源效率來(lái)看，氯堿副產(chǎn)氣制氫、干氣制氫、焦爐煤氣提取制氫能源效率均在 80%以上，天然氣制氫、乙烷裂解副產(chǎn)氣制 氫、PDH 副產(chǎn)氣制氫、甲醇制氫、焦爐煤氣轉化制氫能源效率 60%-80%，煤制氫能源效率在 50%-60%，電解水制氫能源 效率在 50%以下。

從污染物排放來(lái)看，排污強度由小到大分別為：電解水制氫<天然氣制氫~甲醇制氫~副產(chǎn)氣制氫<煤制氫。

從碳排放來(lái)看，副產(chǎn)氣制氫<天然氣制氫<干氣制氫<甲醇制氫<煤制氫電解<電解水制氫（基于現有電網(wǎng)電力結構），如果考 慮清潔能源（光伏、風(fēng)電、水電等），清潔能源電解水碳排放接近為零。

從成本來(lái)看，制氫成本與原料價(jià)格關(guān)系最大，控制氫能價(jià)格需要控制原料價(jià)格；焦爐 煤氣制氫<煤制氫<其他副產(chǎn)氣制氫<甲醇制氫<天然氣制氫<水電解制氫。因地制宜，選擇合適原料制氫，氫氣出廠(chǎng)價(jià)格可低 于 15 元/kg，可與煤制氫成本相當。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）

三、副產(chǎn)氫是近期理想氫源，綠氫逐步走上前臺

3.1 工業(yè)副產(chǎn)氫是近期最現實(shí)氫源

我國氯堿、煉焦以及化工等行業(yè)有大量工業(yè)副產(chǎn)氫資源，足以滿(mǎn)足近期和中期氫氣的增量需求。但因渠道、價(jià)格、信息等原 因，這些副產(chǎn)氫很大一部分被用來(lái)直接燃燒甚至排空。因此，未來(lái)應探索將工業(yè)副產(chǎn)氫高值化利用的商業(yè)模式，將副產(chǎn)氫提 純并運輸至氫氣需求側，更好的發(fā)揮氫能價(jià)值。相對來(lái)說(shuō)，丙烷脫氫、乙烷裂解等獲取的氫氣濃度較高。

（1）丙烷脫氫制丙烯副產(chǎn)氫

丙烷脫氫制丙烯工藝中，生成產(chǎn)品丙烯的同時(shí)，副產(chǎn)同等量的氫氣，混合在乙烷、乙烯、一氧化碳、甲烷等的混合尾氣 中，如采用適當的分離手段，可獲得大量的高純度氫氣，作為產(chǎn)品出售能獲取經(jīng)濟效益。

（2）乙烷裂解副產(chǎn)氫

蒸汽裂解是生產(chǎn)乙烯使用最廣泛的方法。乙烷在 750-850℃、150-350kPa 條件下發(fā)生脫氫反應生成乙烯，并副產(chǎn)氫氣。 按每輛氫燃料電池車(chē)每天加注 5 公斤氫氣、行駛里程200 公里來(lái)算，這些副產(chǎn)氫氣每年約可供 25.5 萬(wàn)輛氫燃料電池車(chē)行駛。

（3）主要公司

萬(wàn)華化學(xué)：丙烷脫氫裝置產(chǎn)能 75 萬(wàn)噸/年，乙烯裂解產(chǎn)能 100 萬(wàn)噸/年。 東華能源：丙烷脫氫裝置產(chǎn)能 180 萬(wàn)噸/年，茂名首套 60 萬(wàn)噸/年產(chǎn)能在建設中。 齊翔騰達：丙烷脫氫裝置產(chǎn)能 80 萬(wàn)噸/年。 金能科技：丙烷脫氫裝置產(chǎn)能 90 萬(wàn)噸/年。 衛星化學(xué)：乙烯裂解產(chǎn)能 125 萬(wàn)噸/年。

3.2 可再生能源制氫是實(shí)現碳中和的必然選擇

（1）可再生能源制氫

電解水制氫具有綠色環(huán)保、生產(chǎn)靈活、純度高（通常在 99.7%以上）以及副產(chǎn)高價(jià)值氧氣等特點(diǎn)，但其單位能耗約在 4-5千 瓦時(shí)/立方氫，制取成本受電價(jià)的影響很大，電價(jià)占到總成本的 70%以上。若采用現有電力生產(chǎn)，制氫成本約為 30-40元/公斤，且考慮火電占比較大，依舊面臨碳排放問(wèn)題。一般認為當電價(jià)低于 0.3元/千瓦時(shí)（利用“谷電”電價(jià)），電解水制氫成 本會(huì )接近傳統化石能源制氫。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）

未來(lái)，可再生能源發(fā)電制氫的潛力很大。一方面作為全周期零碳排放技術(shù)，隨著(zhù)可再生能源發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)，電解水制氫成本 將持續下降，尤其是近期局部區域棄風(fēng)、棄光、棄水及棄核制氫的經(jīng)濟性較為突出；另一方面當波動(dòng)性可再生能源在電源結 構中占到較高比重時(shí)，單純依靠短周期（小時(shí)級）儲能將無(wú)法滿(mǎn)足電力系統穩定運行需要。日間、月度乃至季節性?xún)δ軐⑹?實(shí)現高滲透率可再生能源調峰的主要手段。

（2）主要公司

蘇州競立：蘇州競立制氫設備有限公司于 1993年在蘇州吳中經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區注冊成立，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售水電解制氫 設備、氣體純化、回收設備及各種類(lèi)型的氫能專(zhuān)業(yè)設備于一體的高科技企業(yè)，歷經(jīng)二十多年的發(fā)展，現已成為國內大型的水 電解制氫設備龍頭企業(yè)。 在產(chǎn)品系統中，水電解制氫設備氫氣產(chǎn)量從 0.3m3 /h-1000m3 /h 完成主流市場(chǎng)需求覆蓋，該公司單機產(chǎn)量向兩個(gè)方向發(fā)展， 一是大型制氫設備，一是微型制氫設備。

目前，公司 1000m3 /h壓力型制氫設備已經(jīng)研制成功，已成為國內制氫設備用戶(hù)多、市場(chǎng)占有率較高的專(zhuān)業(yè)設備研發(fā)、生產(chǎn)廠(chǎng)家。 公司承擔了國家“973”計劃大規模非并網(wǎng)風(fēng)電制氫系統的科研任務(wù)。公司電解技術(shù)在大型化堿性電解設備方面處于領(lǐng)先平，同時(shí)于 2016 年也完成了 PEM 電解槽的研制，目前核心業(yè)務(wù)以大型堿性電解制氫設備為主，兼顧其他電解制氫技術(shù)的 儲備性研究。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）

天津大陸：天津市大陸制氫設備有限公司成立 1994年，長(cháng)期從事制氫設備和氣體純化設備開(kāi)發(fā)、設計、制造。是我國水電 解制氫設備的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家?？缮a(chǎn) 0.1Nm3 /h～1000Nm3 /h 的電解水制氫設備。 大陸公司生產(chǎn)的制氫設備和氣體純化設備目前已廣泛應用于電力、電子、半導體材料、光纖、冶金、建材、原子、化工、宇 航、氣象、醫藥等行業(yè)。

中電豐業(yè)：公司是水電解制氫及氫能源綜合利用解決方案提供商，專(zhuān)注于氫能源領(lǐng)域研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售的“交鑰匙”工程， 是一家國家高新企業(yè)。公司從開(kāi)始代理國際著(zhù)名氫能源品牌，到消化吸收自我創(chuàng )新，制造擁有完全自主知識產(chǎn)權的制氫供氫 設備。目前，中電豐業(yè)已經(jīng)成功參與了 200多個(gè)制氫、加氫系統的設計、生產(chǎn)、安裝、調試和技術(shù)服務(wù)，有全規格、全技術(shù) 的水電解制氫產(chǎn)品，是國內 500公斤現場(chǎng)制氫加氫一體站（山西大同）和兆瓦級 PEM 制氫儲能項目（安徽）的主要設備供 應商。

中船重工 718所：主要是做水電解制氫的研究和生產(chǎn)單位，從 2011年開(kāi)始，陸續參加了很多國家 863計劃，中央財政支持 的一些重點(diǎn)高校的學(xué)科建設，政府間的一些合作項目，已經(jīng)一些省級的科技重大專(zhuān)項等等。

隆基股份：2021 年 3 月，隆基股份聯(lián)合朱雀投資成立了氫能子公司，新設子公司注冊資本 3 億元。10月 16日，隆基氫能 首臺堿性水電解槽下線(xiàn)，公司當天宣布今年將具備 500MW 的能力，未來(lái)五年內產(chǎn)能將達到 5-10GW。

新能源運營(yíng)商：綠電指的是利用風(fēng)機、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能等可再生能源產(chǎn)生的電力，發(fā)電過(guò)程中不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生對環(huán)境有 害的排放物；而綠氫來(lái)自于綠電，隨著(zhù)綠氫需求增加，新能源運營(yíng)商用綠電生產(chǎn)綠氫將產(chǎn)生更多效益。

四、投資分析

氫能是替代化石能源實(shí)現碳中和的重要選擇。氫能已經(jīng)成為應對氣候變化、建設脫碳社會(huì )的重要產(chǎn)業(yè)方向。歐、美、日、韓 等發(fā)達國家紛紛制定氫能路線(xiàn)圖，加快推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化布局。氫能產(chǎn)業(yè)已成為我國能源戰略布局的重要部分。 我國已經(jīng)成為全球最大的氫氣生產(chǎn)國，但是目前氫氣主要來(lái)自灰氫（化石燃料），但化工過(guò)程副產(chǎn)氫成本低、產(chǎn)量大，且與 氫能示范城市匹配，是短期最現實(shí)的氫源；隨著(zhù)碳市場(chǎng)的推進(jìn)，綠氫的需求逐步增加，未來(lái)大規模光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電配套 電解水生產(chǎn)綠氫將成為趨勢。