一、我國(guó)氫能發(fā)展規(guī)劃介紹
1、多部門支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展
繼2019年3月氫能被首次寫入政府工作報(bào)告后，國(guó)務(wù)院、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局等多部門陸續(xù)印發(fā)了支持、規(guī)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、氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、燃料電池汽車發(fā)展等內(nèi)容。
2、三大氫燃料電池“示范城市群”落地，推動(dòng)氫能跨區(qū)域發(fā)展
2021年8月，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局《關(guān)于啟動(dòng)燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》正式印發(fā)，宣告京津冀、上海、 廣東成為國(guó)內(nèi)三大氫燃料電池汽車示范城市群，示范期為期四年。國(guó)家將采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”的方式，按照示范城市群任務(wù)目標(biāo)完成情況給予獎(jiǎng)勵(lì)。“示范城市群 ”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(qū)域協(xié)同發(fā)展。
3、多省市發(fā)布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)建設(shè)目標(biāo)
目前，共有近30個(gè)省份及直轄市已發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展相關(guān)政策方案。其中，出臺(tái)了專項(xiàng)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(nèi)蒙古; 出臺(tái)了氫燃料汽車細(xì)分領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)政策的共有4省，分別為廣東、重慶、浙江、河南。其他大多數(shù)省份地區(qū)均將氫能相關(guān)發(fā)展規(guī)劃納入新能源汽車產(chǎn)業(yè)、或整體能源 發(fā)展、或戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、或全省十四五規(guī)劃當(dāng)中。
二、海外氫能發(fā)展規(guī)劃介紹
1、歐盟將氫能戰(zhàn)略“ 三步走”計(jì)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(zhàn)略》,提出了歐洲長(zhǎng)期發(fā)展氫能的戰(zhàn)略藍(lán)圖。該戰(zhàn)略旨在通過投資、監(jiān)管、市場(chǎng)創(chuàng)建以及研究和創(chuàng)新等一系列措施來促進(jìn) 氫能產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)概述了全面的投資計(jì)劃，包括制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫的全產(chǎn)業(yè)鏈，以及現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施、碳捕集和封存技術(shù)等投資，預(yù)計(jì)總投資超過4500億 歐元。 歐盟明確主首要任務(wù)是開發(fā)綠色氫能。2024與2030年歐洲可再生能源產(chǎn)氫量要分別達(dá)到100萬噸和1000萬噸，可再生能源電解槽裝機(jī)量要分別達(dá)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?cè)萘康?.4%。
2、發(fā)展氫能將為歐盟帶來巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益
據(jù)《歐洲氫能路線圖》預(yù)計(jì)，到2050年，歐盟的氫氣需求約為5600萬噸，約占總能源需求的四分之一，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有顯著環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。到2030 年，氫能將為歐盟創(chuàng)造1300億歐元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，出口潛力將達(dá)到700億歐元，凈出口額將達(dá)500億歐元，氫能產(chǎn)業(yè)將為歐洲創(chuàng)造約100萬個(gè)就業(yè)崗位。到2050 年，歐盟氫能產(chǎn)業(yè)將達(dá)到8200億歐元，提供540萬個(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)域用能帶來巨大轉(zhuǎn)變，并有希望帶動(dòng)歐盟能源體系的基礎(chǔ)設(shè)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(dá)到1800億～4700億歐元。由于氫能生產(chǎn)對(duì)運(yùn)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(shè)施達(dá)到80GW～ 120GW水平，同時(shí)拉動(dòng)氫能運(yùn)輸和儲(chǔ)存行業(yè)650億歐元投資。
3、歐洲部分國(guó)家氫能戰(zhàn)略：大力發(fā)展可再生能源制氫
目前英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利等主要?dú)W洲國(guó)家紛紛發(fā)布了國(guó)家氫能戰(zhàn)略，明確了2030年氫能發(fā)展目標(biāo)以及相應(yīng)的投資計(jì)劃，這些戰(zhàn)略不僅將帶動(dòng)能源結(jié)構(gòu) 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(chǔ)的氫氣發(fā)展路徑。截至2020年底，歐洲共有總裝機(jī)量為21.3GW的151個(gè)電解水制氫項(xiàng)目在推進(jìn)。其中有82個(gè)項(xiàng)目宣布了其制氫電 力來源，風(fēng)能、太陽能和水能等可再生能源將為這些電解槽提供99%的動(dòng)力
氫能產(chǎn)業(yè)鏈圖譜
三、氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游
我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)具備長(zhǎng)期發(fā)展?jié)摿?/p>
根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟的預(yù)測(cè)，在2030年碳達(dá)峰愿景下，我國(guó)氫氣的年需求量預(yù)期達(dá)到3,715萬噸，在終端能源消費(fèi)中占比約為5%;可再生氫產(chǎn)量約為500萬噸，部署電解槽裝機(jī)約80GW。在2060年碳中和愿景下，我國(guó)氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費(fèi)中占比約為20%。其中，工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍然最 大，約7,794萬噸，占?xì)淇傂枨罅?0%;交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫4,051萬噸，建筑領(lǐng)域用氫585萬噸，發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫600萬噸。
1、制氫——化石能源制氫是我國(guó)目前主要?dú)湓?/p>
2019年，我國(guó)氫氣主要來源于化石能源制氫(煤制氫、天然氣制氫);其中，煤制氫與產(chǎn)量達(dá)到2,124噸，占我國(guó)氫能產(chǎn)量的63.54%，天然氣制氫產(chǎn)量為460 萬噸，占我國(guó)氫能產(chǎn)量的14%，而電解水制氫產(chǎn)量?jī)H約為50萬噸。 煤制氫技術(shù)路線穩(wěn)定高效，制備工藝成熟，也是成本最低的制氫方式，經(jīng)測(cè)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(guó)外主流的制氫方式，經(jīng)測(cè)算，在天然氣價(jià)格為2.5元/Nm3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(jù)總成本的70%以上。
2、儲(chǔ)氫運(yùn)氫
氣、液、固三種方式比較
氫儲(chǔ)存的方式有高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫。目前高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)相對(duì)成熟，是我國(guó)現(xiàn)階段主要的儲(chǔ)運(yùn)方式。 氣氫通常以20MPa鋼制氫瓶?jī)?chǔ)存，并通過長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸，適用于短距離、小規(guī)模輸運(yùn)。管道輸氫是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹匾绞剑ㄔO(shè)成本較 大，目前我國(guó)僅有100km管道建設(shè)。液態(tài)儲(chǔ)氫是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，將氫氣冷卻至零下252.72攝氏度液化儲(chǔ)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(yuǎn)、運(yùn)輸量較大的場(chǎng)合，但裝置投資較大，能耗較高。 固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)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、安全性好、氫 氣純度高等優(yōu)勢(shì)。但技術(shù)復(fù)雜，成本高，尚無規(guī)模化使用。
三種形式的結(jié)合應(yīng)用前景
對(duì)于高壓氣態(tài)運(yùn)氫運(yùn)輸，當(dāng)運(yùn)輸距離為50km時(shí)，運(yùn)輸成本為3.6元/kg，隨著距離的增加長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸成本大幅上升，當(dāng)運(yùn)輸距離為500km時(shí)，氫氣的運(yùn)輸成 本達(dá)到29.4元/kg。因此，長(zhǎng)管拖車只適合短距離運(yùn)輸(小于200km)。 液氫槽罐車運(yùn)氫成本對(duì)距離不敏感，當(dāng)加氫站距離氫源點(diǎn)50-500km時(shí)，運(yùn)輸價(jià)格在10.4-11.0元/kg范圍內(nèi)，這是由于液氫成本主要來源于液化過程中的耗電 費(fèi)用，僅與載氫量有關(guān)，而與距離無關(guān)。因此，液氫罐車在長(zhǎng)距離運(yùn)輸下更具成本優(yōu)勢(shì)。 管道運(yùn)氫成本主要來源于與輸送距離正相關(guān)的管材折舊及維護(hù)費(fèi)用，當(dāng)輸送距離為100km時(shí)，運(yùn)氫成本僅為0.5元/kg。但管道運(yùn)氫成本很大程度上受到需求 端的影響，在當(dāng)前加氫站尚未普及、站點(diǎn)較為分散的情況下，管道運(yùn)氫的成本優(yōu)勢(shì)并不明顯。但隨著氫能產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，氫氣管網(wǎng)終將成為低成本運(yùn)氫方式的 最佳選擇。
四、氫產(chǎn)業(yè)鏈中游(燃料電池動(dòng)力系統(tǒng))
我國(guó)氫燃料電池汽車發(fā)展現(xiàn)狀
在政策的支持下，2016-2020年我國(guó)氫燃料電池汽車產(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(guó)氫燃料電池汽車保有 量為7352輛，進(jìn)入商業(yè)化初期。 2020年，燃料電池商用車價(jià)格約為200萬/輛，隨著燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模化與燃料電池電堆核心零部件國(guó)產(chǎn)化，在2025年燃料電池汽車保有量達(dá)到5-10萬輛 的預(yù)期下，我們預(yù)計(jì)燃料電池汽車銷售價(jià)格將以每年10%的幅度下降。
1、氫燃料電池汽車結(jié)構(gòu)
氫燃料電池汽車的核心為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要包括燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。其中，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主要由燃料電池電堆、 氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器等構(gòu)成。 供氫系統(tǒng)將氫從氫氣罐輸送到燃料電池電堆;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 回路來消除廢熱和反應(yīng)產(chǎn)物(水)。燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電力通過動(dòng)力控制單元驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛，輔助電池則在需要時(shí)提供額外的電力。(報(bào)告來源：未來智庫(kù))
2、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(kuò)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(yīng)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(biāo)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(duì)卷(Roll-to-Roll)連續(xù)化高速生產(chǎn)能力。國(guó)際上，日、美、歐、加拿大等國(guó)家和地區(qū)憑借多年技術(shù) 積累，在膜電極的基礎(chǔ)研究和制備技術(shù)上一直處于領(lǐng)先地位。目前，國(guó)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/cm2范圍內(nèi)，國(guó)內(nèi)量產(chǎn)膜電極 的功率密度為1.0~1.2W/cm2。
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(yīng)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(guó)外催化劑用量已實(shí)現(xiàn)<0.2g/kW，而我國(guó)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兩方面的需求，新型高穩(wěn)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(yīng) 用;非鉑催化劑性能與穩(wěn)定性還有待提升。
燃料電池電堆成本下降趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)燃料市場(chǎng)目前市場(chǎng)區(qū)域性訂單多，同時(shí)批量供貨的競(jìng)爭(zhēng)者開始增多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)開始由一向多發(fā)展，市場(chǎng)集中度逐年下降，2020年CR5為64%，較2019年降 低14%，預(yù)計(jì)2-3年內(nèi)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(jī)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(jī)價(jià)格接近腰斬;膜電極實(shí)現(xiàn)20%-30%降價(jià);氫氣循環(huán)泵價(jià)格從3萬元降到1-2萬元/臺(tái)，國(guó)產(chǎn)氫氣循環(huán)泵相比進(jìn)口產(chǎn)品可便宜70%以上。
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(shè)備，其技術(shù)路線、性能、成本是影響綠氫市場(chǎng)走勢(shì)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，未來具備較強(qiáng)的商業(yè)價(jià)值。 堿性電解槽成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好，我國(guó)堿性電解水制氫代表企業(yè)有中船重工718所、考克利爾競(jìng)立、天津市大陸制氫設(shè)備有限公司等，近期陽光電源、協(xié)鑫集 團(tuán)等光伏企業(yè)也紛紛布局堿性電解水制氫設(shè)備項(xiàng)目。
燃料電池汽車與電堆市場(chǎng)前景
根據(jù)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(guī)劃，2023和2025年燃料電池汽車保有量分別達(dá)到3.01和7.95 萬輛，2020年底國(guó)內(nèi)燃料電池汽車保有量約7352輛。我們預(yù)測(cè)我國(guó)燃料電池汽車2025年銷量從當(dāng)前不足3000輛增長(zhǎng)到2.5萬輛，未來4年CAGR為88%。 根據(jù)燃料電池汽車平均功率為100kW，燃料電池電堆當(dāng)前價(jià)格為3000元/kW以及年均下降幅度為200kW/元進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)。我們根據(jù)目前各省市發(fā)布的氫燃料電池汽車投放量規(guī)劃預(yù)測(cè)，2021-2025年我國(guó) 氫燃料電池車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(guó)膜電極新增市場(chǎng)37/173億元，雙極板新增市場(chǎng)將達(dá)到12/52億元。
儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)前景
未來幾年，我國(guó)儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)將主要由燃料電池商用車推動(dòng)。據(jù)目前各省市發(fā)布的氫燃料電池汽車投放量規(guī)劃測(cè)算，我們2021-2025年我國(guó)氫燃料電池車載儲(chǔ)氫 瓶年新增市場(chǎng)需求的CAGR達(dá)到78%，2025/2030年前車載儲(chǔ)氫瓶新增市場(chǎng)達(dá)到32/111億元。與之對(duì)應(yīng)，2021-2025年生產(chǎn)儲(chǔ)氫瓶用碳纖維年增需求的CAGR 為88%，2025/2030年儲(chǔ)氫瓶用碳纖維新增需求量將達(dá)到0.6/2.5萬噸。
