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氢能及燃料电池1
氢能作为一种清洁的二次能源
，
在全球能源低碳转型的大背景下
，
必将成为我国能源结构的重要组成部分和新型电力系统的有力补充
。
然而
，
受制于氢的理化性质
，
氢能在制取
、
输运
、
分销等环节
，
仍有诸多瓶颈
，
高昂的终端使用成本限制了氢能的规模化应用
。
然而
，
氢能不仅可以作为交通领域的绿色燃料
，
在钢铁冶金
、
石油化工等领域均有广泛应用前景
。
我国作为氢产销的全球第一大国
，
化石燃料制氢的绿氢替代具有广阔的市场空间
。
通过管道供应工业绿氢需求
，
有望打破氢能规模化发展瓶颈
。
本报告通过分析工业
、
交通
、
能源等领域的氢能潜在应用场景
，
搭建了我国未来绿氢需求预测的分析框架
，
基于过往行业数据
，
预测了我国绿氢潜在需求规模
。
基于报告研究分行业预测
，
随着绿氢在化工工艺中逐步替代化石燃料制氢
，
其需求将随着绿氢渗透率的提高而快速增长
，
研究预计
，
绿色氮肥和绿色甲醇行业绿氢需求在2030年分别可达到17万和13万吨
。
在冶金和石油炼化行业
，
2030年将分别产生22万和16万吨绿氢需求
。
在交通和能源领域
，
绿氢需求到2030年分别可达75万和140万吨
。
基于以上需求预测
，
我国绿氢终端需求总量
，
在2030年有望达到约285万吨
，
能够支撑氢能长输管道及电解制氢设备产业长期发展
。
氢能来源多样
，
不仅可以通过煤炭
、
石油
、
天然气等化石能源重整
、
生物质热裂解
，
或微生物发酵等途径制取
，
还可以来自焦化
、
氯碱
、
钢铁
、
冶金等工业副产气
，
也可以利用电解水制取
。
当前制氢原料主要以石油
、
天然气
、
煤炭等化石资源为主,较之于其他制氢方法,化石能源重整制氢工艺更为成熟,原料价格相对低廉,但会排放大量的温室气体,污染环境
。
根据中国氢能联盟
，
我国当前制氢仍以煤炭为主
，
占比为 64%
，
天然气次之
，
占比为 14%
，
与
“
富煤贫油少气
”
的能源禀赋特征相符
。
在当前技术水平下
，
唯有水电解制氢与可再生能源发电结合
，
才可实现全生命周期绿色清洁
，
并拓展可再生能源的利用方式
。
电解水制氢其基本原理是在直流电的作用下
，
通过电化学过程将水分子解离为氢气与氧气
，
分别在阴
、
阳两极析出
。
根据技术及结构原理差异
，
可分为碱水电解
（
ALK
）
、
质子交换膜纯水电解
（
PEM
）
、
阴离子交换膜水电解
（
AEM
）
、
固体氧化物水电解
（
SOEC
）
等方案
，
前三种反应温度约在 70~90 摄氏度
，
SOEC 需要在 700-800 摄氏度的高温下进行反应
。
其中碱水电解
（
ALK
）
、
质子交换膜
（
PEM
）
电解制氢均已实现商业化应用
，
AEM和 SOEC 尚处在实验室开发阶段
。
随着我国可再生能源和新型电力系统的不断发展
，
对电解制氢设备波动适应性的要求也将越来越高
。
PEM制氢设备具有更好的调节性能
，
但其较高初始投资阻碍了其大规模推广
，
需要通过自主化打破国外技术壁垒
，
降本增量
，
以推动大规模应用
。
随着双碳战略推进
，
低碳氢需求将长期保持高增长
。
在工业
、
交通
、
能源等各领域深度脱碳需求的持续释放和排放政策持续收紧的背景下
，
我们认为低碳氢需求将长期保持高增长
。
氢在工业深度脱碳领域和大功率长续航交通领域需求具有较高确定性
。
我们认为
，
作为化工原料
，
绿氢替代灰氢
；
以及由于电池能量密度的物理局限性
，
在大功率长续航交通领域氢能替代化石燃料具有较高确定性
。
绿电电解制氢将是当前技术水平下绿氢的主要获取方式
，
电解制氢设备需求将长期保持高增长
。
考虑化石燃料制氢+CCUS 等路径的技术成熟度
、
经济性和产业链条长度
，
我们认为绿电电解制氢将是当前技术水平下绿氢较为经济的获取方式
，
因此
，
相对应的
，
作为电解制氢的关键装备电解槽
，
其需求有望长期保持高速增长
。
绿氢获取成本高
，
需要持续降低绿电成本
、
电解制氢设备成本等成本项
，
同时不断完善碳配额等相关政策
，
对化石燃料外部性进行合理计价
。
当前绿电制氢的成本 70%以上是电费
，
且当前用电执行的是大工业用电电价
，
导致其成本相较化石燃料制氢不具有经济性
。
同时
，
当前碳交易即绿证等政策尚未全面施行
，
导致化石燃料排放未能充分计价
。
绿氢需要通过多环节发力
，
降低终端使用成本
。
氢能乘用车发展不及预期
，
受到电动汽车挑战
。
当前电动乘用车先发优势明显
，
基础设施完善
，
而氢能乘用车相关法律法规即配套基础设施尚不完善
，
购置和使用成本较高
，
给氢能乘用车发展带来较大挑战
。
碱性电解水制氢设备调节能力差
，
难以承担电网调峰蓄能职责
，
PEM 制氢设备调节能力强
，
未来将是技术角度的更优选择
，
但自主降本之路任重道远
。
风光氢耦合和新型电力系统对制氢设备快速响应能力提出了更高要求
，
碱性电解水制氢设备较难完全满足
。
PEM制氢设备调节性能好
，
但其较高初始投资阻碍了其大规模推广
，
需要通过自主化打破国外技术壁垒
，
降本增量
，
以推动大规模应用
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来源：雪球
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