氫能作為一種來源豐富、綠色減碳的工業(yè)原料和新型能源，類似于石油資源，兼具能源與材料雙重屬性，在“雙碳”目標(biāo)下展現(xiàn)出支撐綠色低碳發(fā)展的巨大優(yōu)勢(shì)，是未來可再生能源高效利用的重要載體、逐步實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換替代的有效手段、推動(dòng)工業(yè)制造低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵介質(zhì)，有望成為搶占科技發(fā)展制高點(diǎn)的重點(diǎn)抓手，對(duì)于推動(dòng)我國加快實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。面向新時(shí)期全社會(huì)碳減排重大需求，氫能產(chǎn)業(yè)宜與新能源、新材料、新裝備產(chǎn)業(yè)協(xié)同共進(jìn)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量突破發(fā)展。
一、氫能產(chǎn)業(yè)政策護(hù)航持續(xù)保持市場(chǎng)熱度
近年來，國家接連出臺(tái)鼓勵(lì)政策，為中國氫能行業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入信心。2022年《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》的發(fā)布標(biāo)志著氫能發(fā)展正式納入國家發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)入到全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的系統(tǒng)化全面平衡發(fā)展階段。今年7月，國家六部門聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023版）》，預(yù)計(jì)氫能行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定將加速，行業(yè)產(chǎn)品推廣效率有望提升。
在地區(qū)層面，50余個(gè)城市及地區(qū)發(fā)布了氫能發(fā)展規(guī)劃及百余項(xiàng)氫能相關(guān)鼓勵(lì)政策，其中北京、上海、內(nèi)蒙古、陜西、山東、河南、浙江等地明確2025年氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超千億元。
業(yè)內(nèi)人士指出，目前全國多地政策 “加碼”，重點(diǎn)項(xiàng)目接連落地，氫能賽道成為投資“新寵”。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，至2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬億元。2050年，氫能在我國終端能源體系中占比將超10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值將達(dá)12萬億元。
二、“雙碳”目標(biāo)下氫能應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展
在交通領(lǐng)域，氫燃料電池汽車產(chǎn)銷量有所提高但仍有較大差距，氫能作為交通能源使用規(guī)模仍然受限。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2022年我國燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成3626輛和3367輛，同比分別增長(zhǎng)105.4%和112.8%。截至2022年底，我國氫燃料電池汽車保有量約1.3萬輛。氫能目前擁有極高的市場(chǎng)關(guān)注度，但相應(yīng)消費(fèi)尚未形成規(guī)模，其內(nèi)在原因是氫能相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備、企業(yè)實(shí)力，與氫能供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、基礎(chǔ)設(shè)施、市場(chǎng)培育、政策支撐等尚不健全產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性矛盾。氫能在交通領(lǐng)域廣泛推廣應(yīng)用，尚需全產(chǎn)業(yè)鏈探索過程，有待科學(xué)有序引導(dǎo)，從資源、裝備、設(shè)施、價(jià)格等多維度逐步培育構(gòu)建氫能交通體系。
在工業(yè)領(lǐng)域，緊扣“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)需求，氫能在工業(yè)減碳、二氧化碳資源化再利用等方面取得一系列創(chuàng)新示范成果，更加凸顯其戰(zhàn)略價(jià)值。如我國首個(gè)萬噸級(jí)光伏綠氫示范項(xiàng)目——中國石化庫車綠氫示范項(xiàng)目順利產(chǎn)氫，制氫規(guī)模達(dá)到2萬噸/年，項(xiàng)目貫通“光伏發(fā)電—綠電輸送—綠電制氫—氫氣儲(chǔ)存—氫氣輸運(yùn)—綠氫煉化”全流程，就近供應(yīng)塔河煉化，替代現(xiàn)有天然氣制氫，每年可減少二氧化碳排放48.5萬噸，對(duì)煉化企業(yè)大規(guī)模利用綠氫實(shí)現(xiàn)碳減排具有示范效應(yīng)。我國首個(gè)純氫長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目——中國石化烏蘭察布至北京“西氫東送”輸氫管道示范工程正式啟動(dòng)，并納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》，將用于替代京津冀地區(qū)現(xiàn)有的化石能源制氫及交通用氫，大力緩解我國綠氫供需錯(cuò)配問題，擴(kuò)大綠氫應(yīng)用地域和場(chǎng)景，助力能源轉(zhuǎn)型升級(jí)。寧夏寶豐能源全球最大規(guī)模的2.4億標(biāo)方/年太陽能電解水制氫儲(chǔ)能及綜合應(yīng)用示范項(xiàng)目即將建成投產(chǎn)，直供化工系統(tǒng)替代化石燃料制氫裝置，生產(chǎn)高端化工品，每年預(yù)計(jì)減少煤炭消耗約38萬噸、二氧化碳減排約66萬噸，消減約5%裝置碳排放總量。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所設(shè)計(jì)的千噸級(jí)液態(tài)太陽能燃料合成示范項(xiàng)目，于2020年10月在蘭州新區(qū)建成并通過鑒定，利用可再生能源制氫，并與收集的二氧化碳催化合成甲醇，作為基礎(chǔ)化工原料替代煤基產(chǎn)品，具有變革煤基原料路線、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化學(xué)儲(chǔ)氫、安全運(yùn)輸和二氧化碳資源化利用等多種示范意義。2022年12月，河鋼集團(tuán)張宣科技在宣化建設(shè)的全球首個(gè)120萬噸氫冶金示范工程一期全線貫通，采用富氫氣體（焦?fàn)t煤氣）零重整豎爐直接還原氫冶金技術(shù)，并在未來逐漸過渡至風(fēng)能制氫、太陽能制氫等100%綠氫為還原氣的氫冶金技術(shù)，推動(dòng)無化石能源冶煉，能夠使噸鋼碳排放降低至0.5噸，每年可減排二氧化碳80萬噸，碳減排幅度超過70%，同時(shí)生產(chǎn)每噸直接還原鐵可捕集二氧化碳約125千克。2021年9月，連云港斯?fàn)柊钍瘑?dòng)建設(shè)“二氧化碳捕集利用—加氫合成綠色甲醇—光伏級(jí)EVA新材料”產(chǎn)業(yè)鏈，二氧化碳直接減排量達(dá)15萬噸/年，間接減排量達(dá)55萬噸/年；同月，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所發(fā)表研究成果，利用氫氣和生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)二氧化碳人工合成淀粉，推動(dòng)淀粉生產(chǎn)由農(nóng)業(yè)種植向工業(yè)規(guī)模制造加速變革，開辟二氧化碳資源化利用新領(lǐng)域。由此可見，氫能面向新材料、實(shí)現(xiàn)碳中和的發(fā)展路徑逐漸清晰，著力發(fā)展氫能在工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，在“雙碳”背景下有望更加凸顯其綠色減碳的重大意義。
三、“綠氫”技術(shù)路線分析：生產(chǎn)降本路徑明確，2030年有望全行業(yè)實(shí)現(xiàn)平價(jià)
現(xiàn)行技術(shù)條件下電解水制氫成本較高，其中主要包括電費(fèi)成本，設(shè)備折舊成本、人工費(fèi)用等。
隨著技術(shù)的進(jìn)步以及自動(dòng)化生產(chǎn)，設(shè)備成本會(huì)逐漸下降；提升設(shè)備使用時(shí)長(zhǎng)從而提升氫氣產(chǎn)的方式也可以攤薄設(shè)備的折舊成本和其他固定費(fèi)用。
此外，占比電解水成本較高的電價(jià)也會(huì)隨著光伏、風(fēng)電等可再生能源的發(fā)展持續(xù)下降。
2021年在“雙碳”目標(biāo)提出之后，國內(nèi)電解水制氫項(xiàng)目規(guī)劃和推進(jìn)逐步加快。目前國內(nèi)的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(shì)。PEM電解槽由于成本高，商業(yè)推廣依然需要時(shí)間，而且從目前的國內(nèi)商業(yè)模式下，PEM槽的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并不明顯。
從國內(nèi)項(xiàng)目規(guī)劃而言，綠氫的下游應(yīng)用主要包括化工、燃料電池車、熱電聯(lián)供等儲(chǔ)能領(lǐng)域。
從經(jīng)濟(jì)性和現(xiàn)有市場(chǎng)規(guī)?？矗ぴ鲜蔷G氫最主要的利用途徑，這是因?yàn)椋?br />
首先，綠氫制取在大部分還是在化工園區(qū)進(jìn)行。安全監(jiān)管層面，氫氣歷史上長(zhǎng)期作為危險(xiǎn)化工品被管理，因此在大部分省份氫氣的生產(chǎn)只能在化工園區(qū)進(jìn)行，將制取的氫氣直接提供給園區(qū)化工企業(yè)使用，減少了運(yùn)輸成本，經(jīng)濟(jì)性可以最大化。
其次，化工用氫需求大，商業(yè)模式穩(wěn)定。傳統(tǒng)上部分化工生產(chǎn)路線生產(chǎn)需要加氫，之前都是化石能源制取的氫氣作為氫源，替換成綠氫既可以幫助化工生產(chǎn)過程減碳，又不需要額外的轉(zhuǎn)換工藝，因此有穩(wěn)定的市場(chǎng)需求。
而綠氫其它領(lǐng)域的應(yīng)用，目前的經(jīng)濟(jì)性和商業(yè)模式還在探索過程中。由于新能源發(fā)電的波動(dòng)性以及電解槽響應(yīng)時(shí)間的缺陷，且電網(wǎng)目前很難為化工園區(qū)的制氫項(xiàng)目接入專線，所以目前國內(nèi)堿性電解槽較為理想的應(yīng)用模式還是直接利用網(wǎng)電作為電解槽用電來源，同時(shí)利用配套新能源電站的電量對(duì)沖網(wǎng)電成本，類似模擬結(jié)算的方式確認(rèn)用電成本。這樣一方面可以保證電解槽運(yùn)行的持續(xù)性，另一方面通過自身低成本的新能源發(fā)電來降低電解綜合用電成本，有助于降低綠氫的制取成本。
在這種模式下，我們測(cè)算目前堿性槽平均的電解電價(jià)約0.35元/kwh，對(duì)應(yīng)制氫成本在24.07元/kg。如果制氫項(xiàng)目配套的新能源電站發(fā)電小時(shí)數(shù)較高，比如風(fēng)光互補(bǔ)的新能源電站，向電網(wǎng)貢獻(xiàn)的電量更多，電解綜合用電成本也會(huì)更低，預(yù)計(jì)較低的電價(jià)成本可以達(dá)到0.25元/kwh，對(duì)應(yīng)的成本大約可降到20元/kg以內(nèi)，大約對(duì)應(yīng)17.07元/kg，基本與化石能源制氫中的高成本路線持平，但目前僅有少部分企業(yè)可以達(dá)到這一水平。我們判斷至2030年，行業(yè)平均的用電成本可以降至0.25元/kwh，實(shí)現(xiàn)與化石能源制氫成本的平價(jià)。
但上述模式（化工園區(qū)制氫+新能源電站與制氫項(xiàng)目位置分離）對(duì)PEM電解槽制氫并不友好，因?yàn)橹苯硬捎镁W(wǎng)電制氫無法發(fā)揮PEM電解槽響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。
不過長(zhǎng)期看，隨著現(xiàn)場(chǎng)制氫的逐步松綁、特殊場(chǎng)景下制氫項(xiàng)目（如海上風(fēng)電或者邊遠(yuǎn)地區(qū)氫儲(chǔ)一體等）的增加以及未來制氫項(xiàng)目配套電網(wǎng)專線等場(chǎng)景的推廣，預(yù)計(jì)PEM電解槽的效率和利用小時(shí)的優(yōu)勢(shì)都將得到有效發(fā)揮。我們預(yù)計(jì)至30年P(guān)EM電解制氫成本也有望回到20元/kg內(nèi)。
總結(jié)而言，堿性電解槽降本的主要方式是增加電流密度、降低膈膜厚度、提升催化劑的比表面積以及改進(jìn)使用傳輸層(PTLs)，綜合延長(zhǎng)設(shè)備使用時(shí)間，降低電價(jià)等；PEM電解槽降本的主要方式是降低貴金屬催化劑載量以及尋找其他高比表面積的催化劑、改進(jìn)膜技術(shù)、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模等。
我們預(yù)計(jì)兩類綠氫制取路線的制氫成本在2030年前后都可以實(shí)現(xiàn)與化石能源制氫成本的平價(jià)。
目前國內(nèi)主流電解槽企業(yè)規(guī)劃產(chǎn)能接近9.5GW。我們將交通、工業(yè)等主要耗氫領(lǐng)域的氫能需求進(jìn)行分拆測(cè)算（交通領(lǐng)域的預(yù)測(cè)主要以前文氫能車、船舶、飛機(jī)數(shù)量為基礎(chǔ)，按照目前單位交通設(shè)備耗氫量加總預(yù)測(cè)；工業(yè)領(lǐng)域耗氫主要假設(shè)2025/2045年化工領(lǐng)域?qū)淠苄枨蟊３植蛔儯?045年氫能對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)用化石能源替代率達(dá)到20%），預(yù)計(jì)2025/2045年氫氣需求分別為0.27/1億噸，假設(shè)綠氫占比分別在3%/50%，對(duì)應(yīng)的電解槽需求量分別為11/900GW，假設(shè)兩個(gè)階段電解槽單價(jià)分別為2500/1500元/kw（堿性電解槽和PEM電解槽價(jià)格加權(quán)），對(duì)應(yīng)電解槽的市場(chǎng)規(guī)模分別為281/13505億元，預(yù)計(jì)電解槽市場(chǎng)規(guī)模在2025年可接近300億元，2040～2045年可破萬億元。
因此電解槽賽道也成為2022年以來一級(jí)股權(quán)投資的新熱點(diǎn)領(lǐng)域。
四、氫能儲(chǔ)能分析：經(jīng)濟(jì)性尚未顯現(xiàn)，但大規(guī)模、長(zhǎng)周期場(chǎng)景下具備可行性
氫能是一種理想的能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)，主要的優(yōu)勢(shì)在于可以為多種能源之間的能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)換提供解決方案。
通過PTG(Power to Gas)技術(shù)，可在一定程度上解決可再生能源消納及并網(wǎng)穩(wěn)定性問題。在風(fēng)力條件好或者光照時(shí)間長(zhǎng)的季節(jié)，如夏季，將多余的電量電解水制氫，在電力供應(yīng)不足的季節(jié)，則使用儲(chǔ)存的氫通過燃料電池發(fā)電，提供電能。
此外，氫氣也可直接作為燃料，混入天然氣中進(jìn)行混燒或在純氫燃?xì)廨啓C(jī)中直燃。
作為儲(chǔ)能的中間載體，氫能儲(chǔ)存再釋放能量的過程可以用多種形式：燃料電池發(fā)電、氫燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電或者氫氣直接燃燒釋放能量。但各種轉(zhuǎn)化方式對(duì)應(yīng)的效率不同，也造成了儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性的差別。
我們認(rèn)為，未來在大型新能源電站等大規(guī)模的儲(chǔ)能場(chǎng)景下，通過固體氧化物燃料電池(SOFC)發(fā)電或是儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化的理想途徑。SOFC與其他技術(shù)相比具有四大優(yōu)勢(shì)：
原材料成本低：SOFC電池材料無需使用鉑、銥等貴金屬催化劑，對(duì)氫氣的純度要求也不高，綜合原材料成本相較于質(zhì)子交換膜電池低；
發(fā)電效率高，SOFC的能量轉(zhuǎn)換效率高，目前國內(nèi)研發(fā)的電池產(chǎn)品，效率可達(dá)到60%以上，高于質(zhì)子交換膜；
余熱可利用，SOFC發(fā)電產(chǎn)生大量余熱，可用于熱電聯(lián)供，整體效率可達(dá)到80%以上；
安全可靠，SOFC使用全固態(tài)組件，不存在漏液、腐蝕等問題，因此電池的工作表現(xiàn)更加穩(wěn)定可靠。
目前SOFC還處于商業(yè)化初期，國外領(lǐng)先廠商主要包括美國的Bloom Energy公司、日本三菱日立電力系統(tǒng)公司、日本京瓷、德國博世等。國內(nèi)廠商中，最早開始研發(fā)生產(chǎn)SOFC的是潮州三環(huán)（集團(tuán)）股份有限公司，公司于2004年開始開發(fā)生產(chǎn)SOFC隔膜，2012年開始批量生產(chǎn)SOFC單電池，2017年推出SOFC電堆產(chǎn)品，其領(lǐng)先產(chǎn)品2022年6月已通過第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)SGS檢驗(yàn)，交流發(fā)電效率達(dá)到64.1%，熱電聯(lián)供效率達(dá)到91.2%，主要技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
如果按照上述SOFC的發(fā)電效率，以“電—氫—電”的轉(zhuǎn)化過程計(jì)算，整個(gè)流程的效率約為45%。假設(shè)新能源發(fā)電成本為0.35元/kwh，經(jīng)過電解水制氫，度電的成本變?yōu)?.78元/kwh(考慮電解水制氫70%的轉(zhuǎn)化效率及SOFC64%的發(fā)電效率)，電解過程中的制造費(fèi)用及折舊成本度電大約承擔(dān)0.07元/Kwh，度電分?jǐn)偟膲嚎s儲(chǔ)存成本約為0.006元/Kwh，氫氣儲(chǔ)存成本對(duì)應(yīng)為度電0.05元/Kwh；此外假設(shè)發(fā)電用燃料電池功率為250kw，利用小時(shí)數(shù)為2000小時(shí)，最低成本預(yù)期對(duì)應(yīng)的利用小時(shí)數(shù)在3000小時(shí)。
由此測(cè)算，目前技術(shù)下，氫氣儲(chǔ)能的成本在1.48元kwh左右；如果度電成本降至0.2元/kwh，氫能儲(chǔ)能的成本可以降至0.88元/Kwh。
如果使用棄風(fēng)、棄光的電量，并考慮SOFC發(fā)電過程中的余熱回收，氫能儲(chǔ)電的經(jīng)濟(jì)性和可行性還有望進(jìn)一步強(qiáng)化。我們預(yù)計(jì)2023年在政策的推動(dòng)下，綠氫項(xiàng)目將從示范項(xiàng)目逐步向商用拓展。
在“雙碳”目標(biāo)的減碳場(chǎng)景下，綠氫有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。一方面可以與新能源電站配合，發(fā)揮氫能儲(chǔ)能的作用，另一方面，在工業(yè)領(lǐng)域，氫能也可以作為減碳的工具。
工信部發(fā)布的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》明確提到了推進(jìn)“綠氫開發(fā)利用”等新型污染物治理技術(shù)裝備基礎(chǔ)研究，以及在煉化工業(yè)中推廣“綠氫煉化等綠色低碳技術(shù)”。
我們預(yù)計(jì)隨著綠氫成本的不斷降低和供給的不斷增加，2023年綠氫需求將有顯著擴(kuò)張，主要增量來自于化工企業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域大型國企減碳的示范項(xiàng)目。
綠氫項(xiàng)目的增加有望直接帶動(dòng)對(duì)電解槽的采購需求，我們預(yù)測(cè)2023年電解槽需求量有望達(dá)到3GW的規(guī)模，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間在50～60億元，有望成為除FCEV之外的氫能第二大子行業(yè)。
原標(biāo)題：從技術(shù)路線及氫能儲(chǔ)能現(xiàn)狀來看，氫能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性，顯現(xiàn)了嗎？
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