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【摘要】
✓
氢能有望成为
21
世纪的终极能源。氢能具有零碳、高效、可储存、安全可控等显著优势，是实现碳中和目标较为理想的解决方案
。
✓
氢气的制取
主要有
化石能源重整、工业副产提纯
和
电解水制氢
三种工艺，
电解水制氢
有望成为最终选择；
✓
氢气的储存
主要有
气态储氢、液态储氢
和
固体储氢
三种方式，应用场合不同，相应匹配的氢气储存方式不同；
✓
氢气运输
分为
气态输送、液态输送
和
固态输送
，气态和液态为目前的主流方式。
✓
中国绿氢生产环节
电解设备市场有望达到千亿级别
，碱性水电解在国内水电解制氢行业中占主导地位。头部电解水制氢装备制造企业的市场占有率较高，市场相对集中。
制氢：三种氢气制备工艺中，电解水制氢有望是最终选择氢气的制取主要有化石能源重整、工业副产提纯和电解水制氢三种工艺。相比前两种方式，电解水制氢的原料和生产过程都以清洁能源为主，是更具优势的制氢技术路线。
1
、化石能源重整制氢
：分为
煤制氢和天然气制氢
。
1
）煤制氢：
中国煤制氢技术成熟，传统煤化工和焦炭行业已形成完整的制氢工艺体系和完整的产业链条。尽管煤制氢过程排放强度较高，但原料煤炭来源稳定，经济性显著，目前已占全国氢气产量
60%
以上。由于基数较大，煤制氢在今后一段时期内或仍将是中国氢能供应体系的重要组成部分，也是近中期低成本氢气的主要来源。
2
）天然气制氢：
蒸汽重整制氢较为成熟，也是国外主流制氢方式。其中，天然气原料占制
氢成本的比重较大，天然气价格是决定制氢价格的重要因素。考虑到中国“富煤、缺油、少气”的资源禀赋，仅有少数地区可以探索开展，不适用于主流的制氢方式。
2
、工业副产提纯制氢：
我国工业副产氢在氢气供应方面有着得天独厚的优势，与可再生能源电解水产业资源丰富的西北地区相比，工业副产氢可覆盖京津冀、长三角和广东地区，与氢能应用先发地区匹配。中国国际工程咨询有限公司高级工程师张建红指出，随着未来碳交易机制的进一步成熟，煤制氢成本将因其产生的大量碳排放而有所上升。而电解水制氢由于电力价格、设备技术等因素，成本仍然较高。因此，与煤制氢、天然
气制氢、电解水制氢相比，工业副产氢的综合成本优势更加明显。
3
、电解水制氢：
目前，电解水制氢技术主要有碱性水电解槽（
AE
）、质子交换膜水电解槽（
PEM
）和固体氧化物水电解槽（
SOE
）。其中，碱性电解槽技术最为成熟，生产成本较低；质子交换膜电解槽流程简单，能效较高，但因使用贵金属电催化剂等材料，成本偏高；固体氧化物水电解槽采用水蒸气电解，高温环境下工作，能效最高，尚处于实验室研发阶段。
2020-2050
年中国氢气制取来源占比及预测
目前，氢气的储存主要有气态储氢、液态储氢和固体储氢三种方式。
1
）气态储氢：
具有充放氢气速度快、容器结构简单等优点，高压气态储氢是现阶段主要的储氢方式，已得到广泛应用。
2
）液态储氢：
具有储氢密度高的优势，可分为低温液态储氢和有机液态储氢，其中低温液态储氢在航天等领域得到应用，有机液态储氢尚处于示范阶段。
3
）固态储氢：
是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附方式实现氢的存储，目前处于示范阶段。
我国已经出台政策支持加氢站建设，推动氢能进入实际运用环节。中国加氢站数量逐年增加，
2021
年位居世界首位，但关键设备尚未实现国产替代。
1
）
2021
年中国新建
100
座加氢站，累计建成数量达
218
座，位居世界首位。
2022
上半年国家进一步统筹推进加氢网络建设，全国已建成加氢站超
270
座。
2
）中国加氢站的技术尚未成熟，关键设备依赖进口。目前国内缺乏成熟量产的加氢站设备厂商，设备费用占比较高。当前国内氢能应用规模有限，但随着未来需求的增加和加氢站的推广，加氢环节的关键设备亟需国产化。
中国已建成加氢站数量
氢能有望为各行业实现脱碳提供重要路径选择，并在未来得到广泛应用。
2060
年中国氢气需求结构预测
交通领域是目前氢能应用相对比较成熟的领域，燃料电池汽车是氢能在交通运输领域实现脱碳的重要途径。
根据世界知识产权组织，自
2016
年以来，与交通运输有关的氢燃料电池技术的创新蓬勃发展，中国、日本和德国是该技术专利申请的主要来源国。氢能在交通领域的应用包括汽车、航空和海运等，其中氢燃料电池汽车是交通领域的主要应用场景。同时，氢燃料汽车的使用也有助于交通行业实现脱碳。
1
）中国正在氢燃料电池重型工程机械、轨道交通、船舶、航空等领域积极探索，未来有望逐步完成实际运营验证及性能改进，扩展氢能在交通运输领域的应用。
2
）在航空业，氢能源为低碳化航空提供了可能，相比于化石能源，燃料电池可减少
75%-90%
的碳排放，在燃气涡轮发动机中直接燃烧氢气可减少
50%-75%
的碳排放，合成燃料可减少
30%-60%
的碳排放。氢动力飞机可能成为中短距离航空飞行的减碳方案。
各国家（地区）氢能航空发展策略比较
氢能将在工业领域的脱碳过程中起到重要作用。
氢能冶金、绿氢化工
和
天然气掺氢
是未来氢能在工业领域的三个主要应用场景。
1
）氢能冶金：
氢能直接还原铁技术是用氢气作为还原剂，在低于矿石软化温度下，在反应装置内将铁矿石还原成金属铁的方法。将氢气代替煤炭作为高炉的还原剂，能够减少钢铁生产中的二氧化碳排放。预计到
2030
年氢治金产量可达
0.21-0.29
亿吨，约占全国钢铁总产量的
2.3%-3.1%
。氢治金的氢气需求约为
191-259
万吨。我国的钢铁企业从
2019
年开始，也在积极探索氢能冶金相关技术。
2
）绿氢化工：
绿氢化工即
“
绿氢替代灰氢
”
，是实现石化、化工等行业深度脱碳的重要途
径。
3
）天然气掺氢：
工业部门有大量高品位热能需求（温度在
400°C
以上），分布于钢铁、石化、水泥等产品生产过程之中。
氢能在建筑领域脱碳进程中的应用主要包括氢能热电联供和管道掺氢。
从顶层设计和具体措施两方面，政策层面都对氢能项目的建设给予有力支持。
1
）顶层设计
：
2022
年
3
月，国家发改委与国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划（
2021-2035
年）》，明确了氢能产业的战略定位和绿色低碳的发展方向。
2
）具体措施：
目前，已有多个省市在本地的“十四五”规划中加入氢能产业相关内容，积极促进氢能行业发展。同时，多个省市制定并发布本地氢能产业规划，响应国家氢能发展战略
当前制约绿氢大规模使用的关键问题还是成本问题
。氢能供应链由氢制取、氢储运、氢加注三个环节构成，则在评估氢供应成本时需考量三个过程的成本因素。
电解槽是利用可再生能源生产绿氢的关键设备
。
PEM
电解和碱性电解技术已商业化推广，未来具备较强的商业价值。碱性电解槽成本较低，经济性较好，市场份额较
PEM
电解槽高一些。
PEM
电解水制氢技术可以快速启停，能匹配可再生能源发电的波动性，提高电力系统灵活性，正逐渐成为可再生能源发展和应用的重要方向。
中国绿氢生产环节电解设备市场有望达到千亿级别。《中国
2030
年
“
可再生氢
100”
发展路线》报告预计，
2030
年，我国电解槽累计装机量至少需达
100
吉瓦，氢气需求量将超
4000
万吨，其中绿氢供给约为
770
万吨，占比约
20%
。基于未来的用氢总量，以及
PEM
电解水制氢占比，山东赛克赛斯氢能源有限公司项目总监黄方表示，
到
2030
年，
PEM
电解水制氢市场规模预计大概能达到
2500
亿元。
国内碱性水电解在水电解制氢行业中占主导地位。根据高工氢电，碱性电解槽在国内有着
60
多年的发展历史，具备技术相对成熟、结构简单、安全稳定、成本相对低廉等优势，是现阶段的主流应用路线。随着绿氢项目的快速增长及规模化降本需求，碱性电解槽开启了新一轮向高产氢量、低能耗、快响应的发展进阶。
2022
年碱性电解槽
1000Nm³/h
的产品已经趋于成熟，
2000Nm³/h
产品开始推出。碱性电解技术最大的优势是阴阳电极板中不含有贵金属，因此电解槽的成本也相对较低。最核心的特点是要求电力稳定可靠，不适合风光等间歇性电能。
碱性电解制氢一般流程
头部电解水制氢装备制造企业的市场占有率较高，市场相对集中。绿氢生产是未来中国氢能供应与应用体系发展的关键环节，也是氢能领域投资的重点领域。随着氢能产业化进程的加快，电解槽设备有望迎来放量。据《中国氢能与燃料电池产业年度蓝皮书（
2022
）》显示，
2022
年中国碱性电解水制氢设备的出货量约
776MW
，电解槽总出货量在
800MW
左右，在
2021
年基础上实现翻番，
Top3
企业电解槽总市场占有率高达
80%
。
2022
中国电解水制氢设备出货量排名
SOURCE FROM: CINDA SECURITIES
来源： 华夏气候
2023年中国国际石油化工大会
将于9月18-22日召开
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