氫能產業(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，盡早實現碳達峰、碳中和目標具有重要意義。當前，以新能源為軸心的國際能源競爭不斷深化,搶抓國際市場機遇,推進燃料電池、電解槽等各項關鍵技術全面成熟，加快推動氫能在交通、工業(yè)、儲能等領域的重點應用，是推動氫能產業(yè)高質量發(fā)展的關鍵所在。據中國氫能聯盟預計，到2025年，我國氫能產業(yè)產值將達到1萬億元;到2050年，氫氣需求量將接近6000萬噸，實現二氧化碳減排約7億噸，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產業(yè)鏈年產值達到12萬億元，成為引領經濟發(fā)展的新增長極。

　　01 概述

　　氫能是氫和氧進行化學反應釋放出的化學能，是一種二次清潔能源。根據氫制取過程的碳排放強度，氫被分為“灰氫”“藍氫”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，預計2050年將達到70%。

　　氫能來源廣泛，具有能量密度高、清潔安全、靈活高效、應用場景廣泛、儲運方式多樣等優(yōu)點，是推動傳統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，被譽為二十一世紀的“終極能源”，受到各國廣泛關注。

　　02 產業(yè)鏈圖譜

氫能產業(yè)鏈圖譜

　　◆氫能產業(yè)鏈上游

　　氫能產業(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，現有工業(yè)制氫產能約2500萬T/A，其中煤制氫產能約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的方向和攻關重點。

中國制氫主要技術及優(yōu)缺點比較對比

　　從制氫技術來看，質子交換膜、電解槽等核心技術尚未突破，高速率制氫設備還在研發(fā)階段。目前國內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)推廣依然需要時間，且技術優(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，但尚處于實驗室研發(fā)階段。目前，電催化劑、質子交換膜、膜電極、雙極板等核心組件技術國內外差距較大，大量依賴外國進口。

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

制氫相關企業(yè)

　　◆氫能產業(yè)鏈中游

　　氫能產業(yè)中游主要包括儲運氫和加氫站建設。儲運氫環(huán)節(jié)，主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固體儲氫和有機液體儲氫等方式。當前，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。儲運氫環(huán)節(jié)成為我國氫能產業(yè)亟待攻克的環(huán)節(jié)。

三種氫儲運比較

　　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)儲運氫是目前儲運氫的主流方式。國內由于高端碳纖維技術不夠成熟，無法規(guī)?；a且復合材料成本較高，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。

　　歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)液氫技術發(fā)展已經相對成熟，低溫液態(tài)儲運氫等環(huán)節(jié)已進入規(guī)?；瘧秒A段。我國液氫技術主要應用在航天領域，民用領域尚處于起步階段，氫液化系統的核心設備(氫透平膨脹機與低溫閥門等)仍然依賴于進口，液氫儲罐制造技術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)儲氫產業(yè)化的發(fā)展方向。

　　由于安全性、穩(wěn)定性等優(yōu)點，固態(tài)金屬氫化物儲運氫將成為我國未來發(fā)展的重點。目前，國內金屬氫化物儲氫應用還較少，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。

儲運氫相關企業(yè)

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

加氫站相關企業(yè)

　　◆氫能產業(yè)鏈下游

　　氫能產業(yè)鏈下游包括燃料電池以及終端應用，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，我國氫燃料電池領域整體處于成長上升階段，與發(fā)達國家技術水平有一定差距，特別是燃料電池電堆和核心零部件、關鍵材料等核心技術，與發(fā)達國家相比相對落后，一些關鍵零部件和材料仍依賴進口。

　　在終端應用環(huán)節(jié)，氫能應用領域廣泛，其中交通領域是氫能應用的主要發(fā)力點。除此之外，氫能還可應用于家庭供電、氫能煉鋼等領域。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”項目示范。我國在交通領域的應用探索不斷向前，已經基本掌握了燃料電池車的核心技術，具備進行大規(guī)模示范運行的條件。但其他應用領域還與國際水平存在較大差距，在熱電聯供、天然氣與氫氣摻燒、加氣站摻氫供應等領域有較大發(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，是實現全球碳中和、國家能源安全的關鍵路徑。全球各國高度重視綠氫產業(yè)發(fā)展，在綠氫應用規(guī)劃、電解設備產能、電解設備技術發(fā)展、綠氫貿易等方面展開了合作與競爭，目前出現了歐美日韓等地區(qū)規(guī)劃快、市場慢，中國地區(qū)市場快、規(guī)劃慢等特點：歐美日韓等地在國家級政策、項目規(guī)劃方面先聲奪人，但實際進度相對較慢;中國在國家政策方面反應較慢，但市場行動迅速，已經在全球電解槽產能和裝機量上實現占比過半的成績。

　　◆主要國家綠氫規(guī)劃：歐美激進、中國“佛系”

　　到2030年，歐美綠氫產能規(guī)劃達到千萬噸/年，日韓也達到百萬噸級別。中國在國家層面僅提出在2025年實現綠氫產能20萬噸/年。歐美規(guī)劃2030年完成灰氫替代。根據IEA數據，2021年，全球氫氣需求超過9400萬噸，其中美國和歐洲分別占據全球14%/9%左右，對應約1300萬噸和950萬噸，而歐美兩地區(qū)2030年綠氫規(guī)劃已經達到1000萬噸/年。根據IEA預測，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%。因此根據綠氫產能規(guī)劃，歐美到2030年有望基本完成現有灰氫替代。

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

　　◆產能競爭

　　可再生能源電解水制氫是目前綠氫的最主要生產方式，電解槽是生產綠氫的關鍵部件，因此綠氫產能布局現階段可體現為電解槽產能布局。

　　電解槽產能快速過剩。在2022年前，電解槽產能是達成綠氫產能規(guī)劃的焦點，歐洲頻繁對電解槽產能能否滿足綠氫規(guī)劃提出質疑。2022年后，全球電解槽企業(yè)加速擴張電解槽產能。根據BNEF數據，2022年底全球電解槽產能Top 20企業(yè)產能共計14GW，到2023年底預計全球電解槽產能Top 20企業(yè)產能共計26.4GW，且仍在快速發(fā)展中。電解槽幾乎在1年內就實現了從“預期產能不足”到“產能嚴重過剩”的轉變。

　　電解槽有望實現“產在中國，用在全球”。中國在電解槽的產能及裝機量等方面都已經實現領跑全球，隨著電解槽市場持續(xù)發(fā)展，中國有望憑借規(guī)模效應延續(xù)成本優(yōu)勢、建立技術優(yōu)勢，實現電解槽“生產在國內，應用在全球”，進而復刻鋰電、光伏產業(yè)的成績。

　　◆技術競爭

　　電解槽的競爭主要包括國家間技術競爭和不同技術路線競爭。歐美日專利領跑，中國重視應用創(chuàng)新。根據IEA數據，日本在電解制氫方面的專利申報占比高達28%，全球第一;美國緊隨其后，達到13%;中國對于氫專利貢獻較少。氫云鏈認為，主要原因是IEA統計的是國際專利，而中國企業(yè)多數情況下僅申報了國內專利，同時國內現階段更重視在應用上實現突破，在發(fā)展中實現技術進步。

　　電解技術持續(xù)創(chuàng)新，不同路線邊界趨向模糊。目前由于成本優(yōu)勢，ALK產品在中國占據絕對市場地位，在歐洲也實現了對PEM的趕超。但在“綠電制綠氫”的需求推動下，各類技術持續(xù)創(chuàng)新，并開始趨同：從結構看，ALK、PEM與AEM的結構設計有一定互相借鑒、相互驅動的趨勢;從性能看，市場已經出現在電流密度、動態(tài)響應上媲美PEM的ALK產品;從成本看，PEM也逐漸向ALK接近。

　　◆貿易競爭

　　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，綠氫貿易前景廣闊、勢在必行。綠氫貿易的發(fā)展，需要滿足產能、需求、成本、基礎設施等一系列前提條件。

　　發(fā)展綠氫貿易意義重大。各國發(fā)展氫能貿易的目的包括：一是搶占氫能商品出口，重構全球能源市場格局;二是保障氫能進口，實現國家能源安全。

　　綠氫貿易執(zhí)行難。受限于綠氫生產成本和運輸成本等問題，現階段國際綠氫貿易大多處于探討階段。預計在綠氫產業(yè)進入成熟期，成本、基礎設施等必要條件基本具備，市場上才會出現綠氫大規(guī)模國際貿易。