氫能產(chǎn)業(yè)鏈圖譜與全球市場格局梳理

　　氫能作為新型能源體系的重要一環(huán)，對減少溫室氣體排放，盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。當(dāng)前，以新能源為軸心的國際能源競爭不斷深化,搶抓國際市場機(jī)遇,推進(jìn)燃料電池、電解槽等各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)全面成熟，加快推動氫能在交通、工業(yè)、儲能等領(lǐng)域的重點(diǎn)應(yīng)用，是推動氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，到2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬億元;到2050年，氫氣需求量將接近6000萬噸，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排約7億噸，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到12萬億元，成為引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長極。

　　01 概述

　　氫能是氫和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)釋放出的化學(xué)能，是一種二次清潔能源。根據(jù)氫制取過程的碳排放強(qiáng)度，氫被分為“灰氫”“藍(lán)氫”和“綠氫”。目前，我國氫氣制取以煤制氫方式為主，占比約80%。未來，隨著可再生能源發(fā)電成本持續(xù)降低，綠氫占比將逐年上升，預(yù)計(jì)2050年將達(dá)到70%。

　　氫能來源廣泛，具有能量密度高、清潔安全、靈活高效、應(yīng)用場景廣泛、儲運(yùn)方式多樣等優(yōu)點(diǎn)，是推動傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想能源載體，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的“終極能源”，受到各國廣泛關(guān)注。

　　02 產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

氫能產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

　　◆氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為制氫。國外主要制氫方式為天然氣重整制氫，而我國主要利用工業(yè)制氫，現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能約2500萬T/A，其中煤制氫產(chǎn)能約1000萬T/A，約占總量的40%，占比最大，成本最低，約為10-13元/公斤。其次是工業(yè)副產(chǎn)氫約800萬T/A，制氫成本約為10-16元/公斤。而電解水制氫的成本約為30-40元/公斤。隨著電解水制氫成本的持續(xù)下降，未來電解水制氫成為各國瞄準(zhǔn)的方向和攻關(guān)重點(diǎn)。

中國制氫主要技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)比較對比

　　從制氫技術(shù)來看，質(zhì)子交換膜、電解槽等核心技術(shù)尚未突破，高速率制氫設(shè)備還在研發(fā)階段。目前國內(nèi)電解水制氫路線以堿性電解槽為主，主要是堿性電解槽技術(shù)路線成熟，成本具有顯著優(yōu)勢。PEM電解槽由于成本高，商業(yè)推廣依然需要時(shí)間，且技術(shù)優(yōu)勢不明顯。固體氧化物水電解槽采用水蒸氣電解，高溫環(huán)境下工作，能效最高，但尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。目前，電催化劑、質(zhì)子交換膜、膜電極、雙極板等核心組件技術(shù)國內(nèi)外差距較大，大量依賴外國進(jìn)口。

　　其中，質(zhì)子交換膜作為PEM制氫技術(shù)的核心材料被國外企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)，全球市場占有率超過90%。國內(nèi)的質(zhì)子交換膜制造企業(yè)面臨技術(shù)、市場、人才和資金的四大壁壘，目前山東東岳集團(tuán)已研制出接近杜邦Nafion性能的產(chǎn)品，陽光電源與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合作推出SEP50PEM電解槽，功率為250kW，是目前國內(nèi)具備量產(chǎn)能力的PEM電解槽。

制氫相關(guān)企業(yè)

　　◆氫能產(chǎn)業(yè)鏈中游

　　氫能產(chǎn)業(yè)中游主要包括儲運(yùn)氫和加氫站建設(shè)。儲運(yùn)氫環(huán)節(jié)，主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固體儲氫和有機(jī)液體儲氫等方式。當(dāng)前，美國、歐洲已分別建成2600km、1500km的氫管道，而我國氫氣管道里程約400km，在用管道僅有百公里左右。儲運(yùn)氫環(huán)節(jié)成為我國氫能產(chǎn)業(yè)亟待攻克的環(huán)節(jié)。

三種氫儲運(yùn)比較

　　由于成本低、使用方便、儲存條件易滿足等優(yōu)勢，高壓氣態(tài)儲運(yùn)氫是目前儲運(yùn)氫的主流方式。國內(nèi)由于高端碳纖維技術(shù)不夠成熟，無法規(guī)模化生產(chǎn)且復(fù)合材料成本較高，目前主要以35MPaIII型瓶為主，所以低成本高壓臨氫環(huán)境用新材料將是研發(fā)的重點(diǎn)。

　　歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)液氫技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對成熟，低溫液態(tài)儲運(yùn)氫等環(huán)節(jié)已進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用階段。我國液氫技術(shù)主要應(yīng)用在航天領(lǐng)域，民用領(lǐng)域尚處于起步階段，氫液化系統(tǒng)的核心設(shè)備(氫透平膨脹機(jī)與低溫閥門等)仍然依賴于進(jìn)口，液氫儲罐制造技術(shù)與裝備與國外也有一定的差距。因此，如何降低液化與貯存成本是低溫液態(tài)儲氫產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向。

　　由于安全性、穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，固態(tài)金屬氫化物儲運(yùn)氫將成為我國未來發(fā)展的重點(diǎn)。目前，國內(nèi)金屬氫化物儲氫應(yīng)用還較少，正處于研發(fā)與示范階段，提高金屬氫化物的儲氫量、降低材料成本、提高金屬氫化物的可循環(huán)性等將是未來的研究重點(diǎn)。

儲運(yùn)氫相關(guān)企業(yè)

　　而在加氫站建設(shè)方面，截止到2021年底，日本擁有全球最多的加氫站，達(dá)159座。美國的加氫站數(shù)量逐年提升，到2030年將超過韓國、日本、中國數(shù)量的總和。我國計(jì)劃到2030年建設(shè)1500座加氫站，加氫站數(shù)量正穩(wěn)步提升。未來，美國和亞洲將成為加氫站數(shù)量領(lǐng)先的國家和地區(qū)。

加氫站相關(guān)企業(yè)

　　◆氫能產(chǎn)業(yè)鏈下游

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈下游包括燃料電池以及終端應(yīng)用，其中燃料電池是核心也是最具發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)節(jié)。在燃料電池環(huán)節(jié)，日本、美國、韓國均已研發(fā)出氫燃料電池車輛并投放市場，我國氫燃料電池領(lǐng)域整體處于成長上升階段，與發(fā)達(dá)國家技術(shù)水平有一定差距，特別是燃料電池電堆和核心零部件、關(guān)鍵材料等核心技術(shù)，與發(fā)達(dá)國家相比相對落后，一些關(guān)鍵零部件和材料仍依賴進(jìn)口。

　　在終端應(yīng)用環(huán)節(jié)，氫能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，其中交通領(lǐng)域是氫能應(yīng)用的主要發(fā)力點(diǎn)。除此之外，氫能還可應(yīng)用于家庭供電、氫能煉鋼等領(lǐng)域。日本和德國在家庭供電方面發(fā)展勢頭良好。日本、德國、瑞典等還在探索“氫能煉鋼”項(xiàng)目示范。我國在交通領(lǐng)域的應(yīng)用探索不斷向前，已經(jīng)基本掌握了燃料電池車的核心技術(shù)，具備進(jìn)行大規(guī)模示范運(yùn)行的條件。但其他應(yīng)用領(lǐng)域還與國際水平存在較大差距，在熱電聯(lián)供、天然氣與氫氣摻燒、加氣站摻氫供應(yīng)等領(lǐng)域有較大發(fā)展空間。

　　03 全球綠氫市場格局

　　綠氫是未來氫能發(fā)展的主流方向，是實(shí)現(xiàn)全球碳中和、國家能源安全的關(guān)鍵路徑。全球各國高度重視綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在綠氫應(yīng)用規(guī)劃、電解設(shè)備產(chǎn)能、電解設(shè)備技術(shù)發(fā)展、綠氫貿(mào)易等方面展開了合作與競爭，目前出現(xiàn)了歐美日韓等地區(qū)規(guī)劃快、市場慢，中國地區(qū)市場快、規(guī)劃慢等特點(diǎn)：歐美日韓等地在國家級政策、項(xiàng)目規(guī)劃方面先聲奪人，但實(shí)際進(jìn)度相對較慢;中國在國家政策方面反應(yīng)較慢，但市場行動迅速，已經(jīng)在全球電解槽產(chǎn)能和裝機(jī)量上實(shí)現(xiàn)占比過半的成績。

　　◆主要國家綠氫規(guī)劃：歐美激進(jìn)、中國“佛系”

　　到2030年，歐美綠氫產(chǎn)能規(guī)劃達(dá)到千萬噸/年，日韓也達(dá)到百萬噸級別。中國在國家層面僅提出在2025年實(shí)現(xiàn)綠氫產(chǎn)能20萬噸/年。歐美規(guī)劃2030年完成灰氫替代。根據(jù)IEA數(shù)據(jù)，2021年，全球氫氣需求超過9400萬噸，其中美國和歐洲分別占據(jù)全球14%/9%左右，對應(yīng)約1300萬噸和950萬噸，而歐美兩地區(qū)2030年綠氫規(guī)劃已經(jīng)達(dá)到1000萬噸/年。根據(jù)IEA預(yù)測，到2030年全球氫能需求量大約在1.3億噸左右，總需求增長約為40%。因此根據(jù)綠氫產(chǎn)能規(guī)劃，歐美到2030年有望基本完成現(xiàn)有灰氫替代。

　　中國尚未綠氫產(chǎn)能提出中長期規(guī)劃。中國氫氣需求量占全球的30%，約2800萬噸，但中國對2030年目標(biāo)無規(guī)劃。氫云鏈認(rèn)為，其中主要原因是中國氫能產(chǎn)業(yè)有“自下而上”發(fā)展的特點(diǎn)，政府不設(shè)定長期發(fā)展目標(biāo)，由市場推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，顯得相對“佛系”。

　　◆產(chǎn)能競爭

　　可再生能源電解水制氫是目前綠氫的最主要生產(chǎn)方式，電解槽是生產(chǎn)綠氫的關(guān)鍵部件，因此綠氫產(chǎn)能布局現(xiàn)階段可體現(xiàn)為電解槽產(chǎn)能布局。

　　電解槽產(chǎn)能快速過剩。在2022年前，電解槽產(chǎn)能是達(dá)成綠氫產(chǎn)能規(guī)劃的焦點(diǎn)，歐洲頻繁對電解槽產(chǎn)能能否滿足綠氫規(guī)劃提出質(zhì)疑。2022年后，全球電解槽企業(yè)加速擴(kuò)張電解槽產(chǎn)能。根據(jù)BNEF數(shù)據(jù)，2022年底全球電解槽產(chǎn)能Top 20企業(yè)產(chǎn)能共計(jì)14GW，到2023年底預(yù)計(jì)全球電解槽產(chǎn)能Top 20企業(yè)產(chǎn)能共計(jì)26.4GW，且仍在快速發(fā)展中。電解槽幾乎在1年內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了從“預(yù)期產(chǎn)能不足”到“產(chǎn)能嚴(yán)重過剩”的轉(zhuǎn)變。

　　電解槽有望實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)在中國，用在全球”。中國在電解槽的產(chǎn)能及裝機(jī)量等方面都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑全球，隨著電解槽市場持續(xù)發(fā)展，中國有望憑借規(guī)模效應(yīng)延續(xù)成本優(yōu)勢、建立技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)電解槽“生產(chǎn)在國內(nèi)，應(yīng)用在全球”，進(jìn)而復(fù)刻鋰電、光伏產(chǎn)業(yè)的成績。

　　◆技術(shù)競爭

　　電解槽的競爭主要包括國家間技術(shù)競爭和不同技術(shù)路線競爭。歐美日專利領(lǐng)跑，中國重視應(yīng)用創(chuàng)新。根據(jù)IEA數(shù)據(jù)，日本在電解制氫方面的專利申報(bào)占比高達(dá)28%，全球第一;美國緊隨其后，達(dá)到13%;中國對于氫專利貢獻(xiàn)較少。氫云鏈認(rèn)為，主要原因是IEA統(tǒng)計(jì)的是國際專利，而中國企業(yè)多數(shù)情況下僅申報(bào)了國內(nèi)專利，同時(shí)國內(nèi)現(xiàn)階段更重視在應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)突破，在發(fā)展中實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步。

　　電解技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，不同路線邊界趨向模糊。目前由于成本優(yōu)勢，ALK產(chǎn)品在中國占據(jù)絕對市場地位，在歐洲也實(shí)現(xiàn)了對PEM的趕超。但在“綠電制綠氫”的需求推動下，各類技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，并開始趨同：從結(jié)構(gòu)看，ALK、PEM與AEM的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定互相借鑒、相互驅(qū)動的趨勢;從性能看，市場已經(jīng)出現(xiàn)在電流密度、動態(tài)響應(yīng)上媲美PEM的ALK產(chǎn)品;從成本看，PEM也逐漸向ALK接近。

　　◆貿(mào)易競爭

　　作為未來的大宗商品，與石油、天然氣類似，綠氫將同樣存在供需地理空間錯配的情況，綠氫貿(mào)易前景廣闊、勢在必行。綠氫貿(mào)易的發(fā)展，需要滿足產(chǎn)能、需求、成本、基礎(chǔ)設(shè)施等一系列前提條件。

　　發(fā)展綠氫貿(mào)易意義重大。各國發(fā)展氫能貿(mào)易的目的包括：一是搶占?xì)淠苌唐烦隹冢貥?gòu)全球能源市場格局;二是保障氫能進(jìn)口，實(shí)現(xiàn)國家能源安全。

　　綠氫貿(mào)易執(zhí)行難。受限于綠氫生產(chǎn)成本和運(yùn)輸成本等問題，現(xiàn)階段國際綠氫貿(mào)易大多處于探討階段。預(yù)計(jì)在綠氫產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟期，成本、基礎(chǔ)設(shè)施等必要條件基本具備，市場上才會出現(xiàn)綠氫大規(guī)模國際貿(mào)易。