从氢能源产业链看行业发展 2022.6 iResearch Inc.拨云雾，睹“氢”天2 2022.6 iResearch I摘要 成本是制约氢能发展最主要的因素，制储运加注各个环节成本均有下降空间。目前，制氢环节上，主要依托化石燃料合化工生产中副产物作为主供氢源的原材料以节省 制氢成本，未来最优解绿氢主要通过国家 政策引导，从原料供应、技术及相关设备 三维度突破；储氢环节上，一方面高压气态瓶改造成为重点，另一方面，需推动低 温液态储氢和介质储氢的发展；运氢环节未来趋势主要在液氢运输以及管道运输，通过技术发展与规模化生产双向驱动降成本之路；加注环节加强顶层设计，利用传 统能源企业基础设施优势合建加氢站降本。发展氢能源是优化替代传统化石能源，真正实现碳中和的优选之举。我国碳排放量 位列全球第一，长期发展会导致生态环境不断恶化且能源危机日益显著，已严重威 胁到我国在国际中的能源发展地位，促使我国走上发展新能源之路。其中氢能凭借：取环保、获多元、储有量、用有需且高效，既为燃料亦为能源发展使用，成为我国 走经济社会可持续发展之路的必要路径。2060 年中国氢能需求量达约 1.3 亿吨，使用氢能代替传统能源减少碳税效率高达 76.7%。从碳排放降本角度看，2060 年工业用氢占比最大超过 60%，可实现减少碳 排放量 141.1 千万吨，为交通运输领域减少碳排放量 7276 千万吨和建筑及其他部分 减少 21.01 千万吨。将逐步实现 2060 年碳中和降本、优化能源格局提升国际地位的 多元目标 SMS来源：艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。3综述：氢能源行业发展概况 1深观：氢能源发展现状 2探究：氢能源应用蓝海 34 2022.6 iResearch I能源消耗 35%农业排污和 去林化污染 24%工业排放 21%交通运输排放 14%房屋建筑排污污染 6%中国碳 排放的主要来源对比 新能源出现的原因和重要性 环境恶化和能源危机促使我国发展新能源 2020 中国碳排放量全球范围排名第一，碳减排迫在眉睫。交通工具的普及，叠加工业、农业、建筑等各领域生产制造等 因素，使用能源带来了大量碳排放，加剧温室效应形成。据 bp 世界能源统计年鉴，2020 年中国碳排放量总计 9899.3百万吨。在全球范围内碳排放总量排名第一，约占全球排放总量的 30.7%。长期不节制排放会使得气温继续升高，从而引 发出区域天气奇变、海洋酸化、自然界生态系统紊乱、物种灭绝等一系列威胁人类生存环境和身体健康等不良后果。所以 碳减排迫在眉睫。转型发展新能源可以助力减少碳排放带来的危害。新能源来源干净（风、水、太阳等）、污染物排放少，可直接实现保护 环境目的、遏制温室效应加剧。同时我国能源结构不平衡属于煤多缺油少气，天然气和石油依赖进口使用，发展新能源亦 可逐渐减少和替代化石能源的使用，调整能源使用不均衡局面，逐步拜托依赖，建立自有能源发展体系。开发新能源是保 护生态环境、缓解自有能源危机、走经济社会可持续发展之路的必要路径。注释：碳排放总量仅反映石油、天然气和煤炭燃烧的相关活动以及天然气放空燃烧活动，这其中并未考虑任何碳捕获，也未考虑其他二氧化碳排放源和其他温室气体的排放。来源：国家能源局，2021年 bp 世界能源统计年鉴，艾瑞研究院自主研究绘制。温室效应 地下水水位下降碳排放的危害 生态系统紊乱异常天气污染环境且威胁生物安全影响人类身体健康诱发虫灾威胁粮食生产方式 排放率,g碳(/kwh)常规燃煤电 304燃气联合循环发电 118带烧天然气备用机组的 太阳能热发电 47地热发电 2.5光伏发电 0风力发电 0氢能发电 0对比传统和新能源碳排放率（以发电为例）以发电为例 对比新老能 源方式得碳 排放率可以 得出：新能源是真 正的清洁能 源 可高效 减少甚至消 除碳排放，从而保护环 境，给予大 家可持续发 展的家园5 2022.6 iResearch I能源结构布局影响国际发展 碳中和、能源结构布局关乎国际发展格局 进展情况 国家和地区（承诺年）已实现 苏里南共和国、不丹 已立法 瑞典（2045）、英国（2050）、法国（2050）、丹麦（2050）、新西兰（2050）、匈牙利（2050）立法中 欧盟（2050）、西班牙（2050）、智利（2050）、斐济（2050）政策宣示 芬兰（2035）、奥地利（2040）、冰岛（2040）、德国（2050）、瑞士（2050）、挪威（2050）、爱尔兰（2050）、葡萄牙（2050）、哥斯达黎加（2050）、斯 洛文尼亚（2050）、马绍尔群岛（2050）、南非（2050）、韩国（2050）、日本（本世纪下半叶尽早实 现）截至 2021 年 11 月份，全球制定碳中和目标的国家和地区有 66 个。有 191 个国家提交了第一轮“国家自主贡献”文件，涉及 的减排量涵盖了全球 90%以上的二氧化碳排放量。另有 27 个国家和欧盟已按照 巴黎协定 的要求通报了低温室气体排放 的长期发展战略，这其中也包括“净零承诺”。各国均在向碳达峰、碳中和努力推进。来源：世界银行 碳定价机制发展现状与未来趋势 2021，艾瑞咨询自主研究绘制 国家和地区 碳达峰时间 碳中和时间 美国 2007 2050欧盟 1990 2050加拿大 2007 2050韩国 2013 2050日本 2013 2050澳大利亚 1990 2050巴西 2012 2050各国碳达峰与碳中和时间表 各国碳达峰与碳中和进展情况6 2022.6 iResearch I能源结构布局影响国际发展 欧洲国家碳排放定价普遍偏高 司法辖区碳价 所覆盖排放量占当地排放量比重 取得的财政收入（2021 年/美元/吨二氧化碳）（%）（2020 年/美元）日本 2.6 75 23.65 亿 新加坡 3.7 80 1.44 亿 法国 52.4 35 96.32 亿 英国 24.8 23 9.48 亿 西班牙 17.6 3 1.29 亿 南非 9.2 80 4300 万 荷兰 35.2 12 加拿大 31.8 22 34.07 亿 阿根廷 2.2 20 100 万 哥伦比亚 5.0 24 2900 万 丹麦 23.6-28.1 35 5.75 亿 爱沙尼亚 2.3 6 200 万 芬兰 62.3-72.8 36 15.25 亿 瑞典 137.2 40 22.84 亿 智利 5.0 39 1.65 亿 爱尔兰 39.3 49 5800 万 冰岛 19.8-34.8 55 530 万 拉脱维亚 14.1 3 500 万 卢森堡 23.5-40.1 65 墨西哥 0.4-3.2 23 2300 万 各国碳排放价格与碳排放比重 净零碳承诺需要有严格的短期及中期行动来支持，国家间正在制定愈加严格的碳定价工具。从碳排放交易机制来看，日本、新加坡等亚太国家制定价格为 2-3美元/吨二氧化碳；与中国人均碳排放相近的法国、英国等欧洲国家定价已高于 20 美元/吨，采取更严厉的机制力达净零碳承诺。7 2022.6 iResearch I我国能源结构布局 传统能源仍然占据主要地位，政策鼓励氢能开发使用 国际氢能产业进入快速发展期。美国、欧洲、俄罗斯、日本等主要工业化国家和地区都已将氢能纳入国家能源战略规划。根据国际氢能委员会发布的报告，全球范围内已有 131 个大型氢能开发项目，全球项目总数达到 359 个。预计到 2030 年，全球氢能领域的投资将激增到 5000 亿美元，2050 年全球氢能产业将创造 3000 万个工作岗位，减少 60 亿吨二氧化碳排放，在全球能源消费占比重的达到 18%。我国计划于 2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和。截止 2020 年，火力发电仍然占据中国发电结构的主导，占比达 到 57%。同年世界平局水平为 33.8%，中国能源结构转变迫在眉睫。氢气作为高效低碳的二次能源，是双碳目标战略下的必然选择。为了实现碳中和 2060 的目标，我国氢气的年需求量从目 前的 3342 万吨增加到 1.3 亿吨左右，在终端能源体系中占比达到 20%。中国未来有望领跑全球氢能产业发展。来源：国家统计局，中国氢能源及燃料电池行业白皮书，艾瑞咨询自主研究绘制 2012 年-2020 年我国发电结构图 时间 政策 主要内容2021年 12月“十四五”工业绿色发展规划 指出加快氢能技术创新和基础设施建设，推动氢 能多元利用 2021年 11月 关于加强产融合作推动工业绿 色发展的指导意见 引导企业加大可再生能源使用、推动电能、氧能、生物质能替代化石燃料；加快充电桩、换电站、加氢站等基础设施建设运营 2021年 11月 关于深入打好污染防治攻坚战 的意见 明确提到推动氢燃料电池汽车示范应用，有序推 广清洁能源汽车 2021年 10月 2030 年前碳达峰行动方案的通 知 从应用领域、化工原料、交通、人才建设等多个 方面支持氢能发展 2021年 10月 关于完整准确全面贯彻新发展 理念做好碳达峰碳中和工作的意 见 统筹推进氢能“制储输用”全链条发展；推进可 冉生能源制氢等低碳前沿技术攻关；加强氢能生 产储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用 2021年 8月 对十三届全国人大四次会议第 5736 号建议的答复 将积极配合相关部门制定氢能发展战略，研究推 动将氢气内燃机纳入其中予以支持 2021年 3月 中华人民共和国国民经济和社 会发展第十四个五年规划和 2035年远景目标纲要（草案）在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，组织 实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未 来产业 2021 年中国氢能源发展政策 0%20%40%60%80%100%120%2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020火电（GW）水电（GW）并网风电（GW）并网光电（GW）核电（GW）8 2022.6 iResearch I氢能源与传统能源对比 高效减排，储量丰富，来源广泛，降低使用成本 储藏有量，用有需。中国目前煤炭储量较为丰富，占世界探明储量的 13.3%，石油、天然气较为稀缺。但储产比情况不乐 观，以目前的探明储量，石油资源还可以继续开采 18.2 年，天然气 43.3 年，煤炭 37 年。清洁氢能，热值强，缩成本。热值是指单位重量燃料燃烧时所产生的热量，是评价燃料质量的重要指标，单位以兆焦/千 克（MJ/kg）表示。平均来看，石油为 41.87MJ/kg，天然气为 38.97MJ/kg，原煤为 20.93MJ/kg，而氢气的热值达到 142.4MJ/kg。国际上多以标准燃料应用的基热值（标准煤当量）29.27MJ/kg 计量,石油、天然气折算标准燃料系数分别 为 1.4286 和 1.33，氢气达到 4.865，是极为优质高效的清洁能源。根据国际货币基金组织给出的全球碳排放平均价格和美 国能源协会公布的中国碳排放量数据计算得出，2019 年我国煤炭、石油和天然气排放的二氧化碳的碳税价格已经达到 323.2 亿美元。氢能源使用对于实现时间短、任务重的碳中和目标有重大战略意义。来源：bp 世界能源统计年鉴，国际货币基金组织，美国能源协会（EIA），艾瑞咨询自主研究绘制 净热值（千卡）原始单位焦炭 7,000 公斤（kg）煤球 3,800 公斤（kg）原油 9,000 公升（liter）液化油 8,900 公升（liter）液化石油气 6,635 公升（liter）车用汽油 7,800 公升（liter）柴油 8,400 公升（liter）燃料油 9,600 公升（liter）柏油 10,000 公升（liter）石油焦 8,200 公升（liter）其他石油产品 9,000 公升（liter）天然气 8,000 立方公尺（m）液化天然气 9,000 立方公尺（m）探明储量 占世界比例 储产比 全球储产比石油（十亿吨）3.5 1.5%18.2 53.5天然气（万亿 m）8.4 4.5%43.3 48.8 煤炭（百万吨）143197 13.3%37.0 139.0 2010 年-2019 年我国二氧化碳碳税 各能源净热值对比 中国三大传统能源储量 27011296783143732196 3196331281307853124431826323202010201120122013201420152016201720182019我国二氧化碳碳税（百万美元）9 2022.6 iResearch I氢能源与其他新能源对比 氢能综合能力优于其他可再生能源 来源：国家能源局，艾瑞研究院自主研究绘制。从稳定性、储能性、可获得性、应用范 围与其他新能源对 比发现氢能是可以 长周期使用、环保、适用范围多元（供热、供电、燃 料等）同时储运相 对方便、制取来源 广可实现性强的优 质能源。其二：我国可以凭 借中石油中石化等 能源大型企业相关 优势（具备成熟的 油气基础设施、原 料供给、能源体系 供应产业链基础）快速开启高效率低 成本氢能发展之路。氢能源 其他新能源 稳定性 无地域限制 光伏和风电能有间歇性且波动大 需要考虑波峰波谷阶段，受天气和时间影响大 无时间限制（无需考虑制取的间歇性和波动问题）电网消纳压力较大 储能性 有气液固三种储存形式，载体的技术成熟可实现大容 量且安全储能 储存形式单一且限制性大(需要转化成电储能或靠近水源）无时间限制（长期储存不影响质量和使用能力）有时间限制（储存有周期性，时间过就会影响能源质量和密度）可获得性 获得来源多样:化石燃料、可再生能源电解水等均可制氢 主要依靠风、太阳、水自然资源转化获取，相较于 氢能获取来源少 应用 同时氢能既可作为燃料亦可作为能源使用：风能和光伏主要用于发电 交通运输领域（燃料电池）冶金、化工等工业领域（作为燃料使用）建筑领域（燃料电池）发电 规模 年制氢量约 3300 万吨 2020 年全国氢气产能超过 2000 万 t/a2021 年光伏发电量 3259 亿千瓦时 风电 6526 亿千瓦时 其他 可以利用现有加油站基础转化成加氢站 效率高 成本低 有原料供给基础和优势，可以快速实现灰制氢模 式，然后同步探索蓝绿氢方式 制氢产业链和天然气供应模式大致相同，落地实 现性大 占地面积大，无法在城市大规模铺设设备 需要重新铺设设备，成本高、效率相对低 选址有地域限制，容易对当地水土环境造成不良 影响 氢能源相比其他新能源：可获取来源多且取用无时间天气限制、储能形式更多样化、应用范围更广既为燃料亦为能源、规模体量大且现阶段落地可借鉴传统能源形式 氢能源与其他新能源对比10综述：氢能源行业发展概况 1深观：氢能源战略价值 2探究：氢能源发展展望 311 2022.6 iResearch I67%60%45%20%30%23%5%3%15%45%70%2%5%10%2020 2030 2040 2050化石能源制氢（%）工业副产制氢（%）可再生能源电解制氢（%）生物制氢等其他技术（%）氢能源战略价值 根据 中国氢能源及燃料电池产业白皮书 2020，当前我国氢气产能约每年 4100 万吨，产量约 3342 万吨，是世界第一产 氢国，到 2030 年我国可再生能源制氢有望实现平价，在 2060 年碳中和情境下可再生能源制氢规模有望达到 1亿吨。需求 方面，2030 年我国氢气的年需求量将增加至 3715 万吨，2050 年可到 9690 万吨，2060 年则增加至 1.3 亿吨。已知 2020 年中国氢气需求量大约为 3342 万吨，其中化石能源制氢（灰氢）占比最大，约为 67%左右，灰氢量大约为 0.224 亿吨，而 2020 年绿氢占比仅 3%。中国氢能源及燃料电池产业白皮书 预计到 2050 年，中国氢气需求量将达到 9690 万吨，其中灰氢制取比例从 67%降至 20%，绿氢制取比例提升至 80%。因为灰氢通过燃烧化石燃料产氢仍会带来一定的碳排放量，而绿氢完全通过可再生能源和生物制氢等技术将实现零碳排放。相比之下 2050 年由于绿氢的占比不断增加，优化灰氢，碳排放将会大幅度减少，逐步实现 2060 年碳中和目标。来源：2019 中国氢能源及燃料电池产业白皮书，艾瑞咨询研究院 自主研究及绘制。从传统能源替代角度看氢能减排价值 2020-2050 年中国氢气制取来源占比及预测 2020-2060年中国氢能源需求量 3342371552769690130302020 2030e 2040e 2050e 2060e中国氢能源需求量（万吨）实现 40 年 翻 4倍12 2022.6 iResearch I使用氢能减少的碳排放 使用氢能代替传统能源减少碳税效率高达 76.7%来源：2019 中国氢能源及燃料电池产业白皮书，中国气候变化信息网及 艾瑞咨询研究院 自主研究及绘制。使用氢能减少的碳排放量 等量传统能源碳排放 热值对比（单位：MJ/KG）氢气 142.4：煤炭 20.93煤炭制氢：20.90KG CO2e/kg H2制取过程中的碳排放（灰氢为例）化石燃料燃烧排放 2.64 吨 CO2/吨标煤 此处氢 能源减少的碳排放量计算 为：（氢能需求量同等热量条件下所需传统能源的碳排放量-制取氢能源过程中产生的碳 排放量）*每单位碳税价格。其中等量氢需求量下所需传统能源的碳排放量可用其产生的热值作为换算依据，以 2050 年为例：所需的 0.969 亿吨氢将会 释放的能量约等于 6.593 亿吨煤释放的热量，其产生的碳排放等于 6.593 亿吨煤*化石燃料燃烧过程二氧化碳排放因子（2.64 吨 CO2/吨标煤)，也就是 17.405 亿吨 CO2，假设每单位碳税为 3美元，则将会产生 52.21 亿美元的碳税。而制取氢能源过程中产生的碳排放量，主要理解为非绿氢制取中产生的碳排放量，根据北京理工大学能源与环境政策研究 中心发布的 碳中和背景下煤炭制氢的低碳发展 研究可知，煤炭制氢将排放约 20.90KG CO2e/kg H2，前面信息可得 2050 年我国灰氢量大约为 0.193 亿吨，因此灰氢的制取过程将会产生 4.05 亿吨二氧化碳。综合来看，到 2050 年，若氢气完全替代煤炭作为能源，将减少 13.346 亿吨二氧化碳排放。假设每单位碳税为 3美元，则 节约的碳税价格达到 40.03 亿美元，综上，氢能减少的碳税效率高达 40.03 亿美元/52.21 亿美元=76.7%。有效实现降碳税 节约我国能源发展成本。13 2022.6 iResearch I氢能源战略价值 从不同应用领域看氢能减排价值 到 2060 年我国氢气利用结构中工业占比最大（约占 60%），其次为交通（31%）。利用于工业领域，如炼油、氨生产、炼钢等，氢不仅可以当作能源亦可以当作燃料实现大规模应用。其次氢能凭借其高储能、高效释放和优秀燃料电池等特性，将有 31%用于交通领域下，尤其在商用车、重型卡车中替代率高。在预计 2060 年我国氢需求量大约为 1.3 亿吨的前提下:工业领域用氢 7.8 千万吨，相当于减少 53.07 千万吨煤炭用量(利用热 值对比氢得出);交通运输领域用氢 4.03 万吨，相当于减少 27.56 千万吨煤炭用量，建筑及其他领域用氢 1.17 千万吨目当于 减少 7.96 千万吨煤炭。根据化石燃料燃烧过程三氧化碳排放因子，工业、交通和其他领域减少的碳排放量分别为 41.1、72.76 和 21.01 千万吨，由于工业领域具有规模大占比高、多为 B、G端为主导发展制造、自我传统能源转型压力大，产生 的碳排放成本庞大等特点，所以氢能优先大规模布局工业领域一方面可以加速实现节能减排绿色环保碳中和目标另一方面 高效减少碳税，帮助企业和国家在国际舞台中实现可持续发展，其次是交通领域的用量将提升。来源：中国氢能联盟，中国气候变化信息网，艾瑞咨询研究院 自主研究及绘制。氢气利用结构 工业领域 60%交通运输 31%建筑及其他领域 9%实际氢能用量 等价煤炭用量 碳排放量 1.3 亿吨 热值对比（单位：MJ/KG）氢气 142.4：煤炭 20.93化石燃料燃烧排放 2.64 吨 CO2/吨标煤 工业领域：60%交通运输：31%建筑及其他：9%工业领域：7.8 千万吨 交通运输：4.03 千万 吨 建筑及其他：1.17 千万 吨 工业领域：141.1 千万 吨 交通运输：72.76 千万 吨 建筑及其他领域：21.01 千万 吨 工业领域：53.07 千万 吨 交通运输：27.56 千万 吨 建筑及其他：7.96 千万 吨14综述：氢能源行业发展概况 1深观：氢能源战略价值 2探究：氢能源发展展望 315 2022.6 iResearch I从产业链看氢能目前发展困境 成本技术为主要制约因素 来源：艾瑞咨询自主研究绘制。上游：氢的制取 中游：氢的储运 下游：氢的应用 氢气 制取 氢气液化、纯化 化石原料制氢 工业副产氢 电解水制氢 氢气 储运 长管拖车（气态）管道运输（气态）液态槽车（液态）氢燃料电池 交通领域 建筑领域 工业领域 p 成本是制约氢能发展最主要的因素，制氢-储运-加注各个环节成本均有下降空间。制价高：我国氢能制取方式主要为灰氢，采取化石原料制氢与工业副产氢两种制备工艺。在原来工业流程中进行提纯去除杂质。相较于传统能源采掘增加了提纯，成本有所增加。制氢最理想目标绿氢的方式，需 要采取电解水制氢工艺来说，制氢技术和设备尚未成熟，因此未能规模化生产，制造过程中电价成本制约；储运难：储运环节高压气态方式效率不高，液氢和管道运输技术成本投入大，尚未成为主流；加氢站替换仍需政策驱动：加注环节加氢站建设速度快，成本高昂主要以政策驱动，未来将探索加氢合建站，结合现有基础设施达到降本增效。p 我国氢能发展刚刚起步，各类技术设备还在不断的完善改进中，制氢环节上，目前灰氢技术与制备工艺相对成熟，但未能根本解决碳排放；灰氢基础上的蓝氢，碳捕捉、碳储存技术未能实现；对于绿氢来说，无 论是技术和设备都在发展过程中，技术的不成熟导致成本高昂。储运环节中，目前我国主要应用高压气态储氢与长管拖车的运输方式，液态储运密度更高，运输周期短，目前技术尚未成熟，有待开发。加氢 成本 技术16 2022.6 iResearch I制氢环节现状分析 来源：中国氢能产业发展报告 2020，艾瑞咨询自主研究绘制。根据制取方式和碳排放量的不同，分为灰氢，蓝氢及绿氢。灰氢是通过化石燃料（例如石油、天然气、煤）燃烧产生的氢气；蓝氢是在灰氢的基础上，应用碳捕捉、碳封存技术，实现低碳制氢；绿氢是通过光伏发电、风电以及太阳能等可再生能源电解水制氢，在制氢过程中基本上不会产生碳排放，被称为“零碳氢气”。目前主要 有 三种主流制取路径：1）以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢；2）以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢；3）电解水制氢。我国现阶段约 97%的氢气都是由化石能源制氢或副产氢获得。灰氢仍是主流，绿氢为最终利用理想形态，以蓝氢作为过渡 制氢 电解水制氢 成本 工业副产氢 焦炉煤气、氯碱化工、轻烃利用(丙 烷脱氢、乙烷裂解)合成氨与合成甲 醇等 成本低、能耗低、效率高、但受制于原料 供应与地区分布，无法大规模使用，碳排 放量小，e.g.吨焦炭制氢 0.017 吨 碱性电解、PEM电解（质子交换膜 电解）、固体氧化物（SOEC）电解 设备简单、可再生能源制氢潜力大，技 术不够成熟，成本高，无碳排放 绿氢 技术较为成熟、产量大 且分布广，排碳量大；吨煤制氢 0.110.13 吨 化石原料制氢 煤制氢 天然气制氢+CCUS技术+CCUS技术 耗水量小，氢气产率高，蒸汽重 整制氢（SMR）较为成熟，排碳 量大；吨天然气制氢 0.23 吨 蓝氢 灰氢 主要影响因素为煤炭价格，成本测算考虑因素包含制氢规模、总投 资、煤炭成本、其他原料成本（水、电价、氧气）及财务费用；煤炭价格为 0.45 元/kg 时，未结合碳捕捉技术的煤制氢成本为 9.37 元/kg，结合碳捕捉技术的煤制氢成本为 16.38 元/kg主要影响因素为天然气价格，成本测算考虑因素包含制氢规模、总 投资、天然气成本、其他原料成本（电价、水、蒸汽）及财务费用；天然气价格为 2.5 元/m 时，未结合碳捕捉技术的煤制氢成本为 14.61元/kg，结合碳捕捉技术的煤制氢成本为 17.938 元/kg主要成本包括提纯成本及生产成本 焦炉煤气：提纯综合成本为 0.83 1.33 元/Nm氯碱化工：综合成本为 9.3 14.9 元/Nm丙烷脱氢：综合成本为 14 20.16 元/Nm乙烷裂解：综合成本为 15.12 20.16 元/Nm合成氨与合成甲醇：综合成本为 14.56 22.4 元/Nm主要影响因素为电价，成本测算考虑因素包含制氢规模、总投资、电费成本、其他原料成本（水、冷却费用）及财务费用、人工及运 营费用；电价为 0.4 元/度时，碱性电解水制氢成本为 31.99 元/kg17 2022.6 iResearch I氢能源储运环节现状分析 来源：氢能储运关键技术及前景分析（2021），艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。）储运环节是制约氢能源成本的重要因素。氢能源的储运可以分为高压气态储运、低温液态储运、有机液态储运、固态介质储运、合成燃料储运等多种方式。现阶段我国储运处于早期阶段，普遍 采用 20MPa气态高压储氢与集束管车运输的方式，车载高压储氢瓶我国目前主要采用 35MPa。质量能量密度最高 氢流速更快 氢在常温下为气态，体积能量密度较低，仅为天然气的1/3(20MPa），约为硬煤的1/20。所以与天然气等相比，氢气的储运更需要考虑压缩密度提高运输效率，当前的措施主要为高压压缩以及液化处理。氢气在管道中的流速大约为天然气的 2.8倍，可以改善氢体积密度低的缺陷，采用天然气管道的氢气运输可以达到 80%-90%的原始输送能力。过量的氢原子进入金属基体后,在应力作用下,会引起金属韧性或承载能力的降低,从而发生断裂(通常是亚微观的断裂)或 者突然脆性失效。氢脆特性 长管拖车 管道运输 液氢槽车气态 气态 液态储氢原理 在一定温度和体积下，将氢气压缩在高压储氢瓶中，配合拖车运输。管道运输与天然气类似，使用钢材料、焊接工艺连接的管道运输氢气。将氢气在一定条件下压缩冷却值液化后再置于绝热真空容器中的一种储氢方式。设备改造 通过氢气压缩装置对气源压缩后诸如特制高压储气罐或钢制管网进行储存、运输，其中承压储存容器制造难度较低，氢气压缩技术与设计可借鉴现有的空压机及相关技术；气氢输送管道与配套工艺可借鉴现有天然气或者煤气输送管相关技术及设备。目前，液氢储运技术需采用特制的低温、绝热容器储存液氢。储氢密度/能效 17.9Kgm-3/90%5-9Kgm-3/95%70.85Kgm-3/75%成本 运输成本随着距离增长：50km以内在 5元/kg左右，100km上升至 10元/kg，300km为 15元/kg。纯氢管道单位投资额约 600万 元/km，是天然气管道的 2.5倍，但后期运输成本在 5元/kg左右。运输成本随距离不敏感，在12元-15元/kg。优点 气态储运的成本较低、充放氢速度较快。适用于中长距离大规模运输，后期单位成本低。液态氢能密度高（为氢气的856倍）、运输周期短。缺点 1）压强不够导致效率低下；2）运输距离有限，主要在半径200km左右场合；3）重量和尺度普遍较大，高压储氢钢瓶储存的氢气重量约只占容器的1%-2%左右，储氢量较小。1）前期资本投入高；2）氢气的扩散损失大约是天然气的 3倍，材料吸附氢气后产生脆性，会使运输过程中的成本增加。1）液化过程实际耗费能量相当于总氢能的 30%；2）对绝热材料的选择标准和储罐设计要求较高，制作难度加大，成本高昂。3）技术尚不成熟，缺乏液氢相关的技术标准和政策规范。氢的特性对储运提出挑战，长管拖车高压气态储运为主流18 2022.6 iResearch I我国加氢站数量处于全球第一，但建设主要受政策驱动，存在审批、成本等困境：1）加氢站土地审批流程繁琐，还涉及环评、消防审批等；2）我国加氢站 设备成本约占 70%以上，据中国氢能联盟数据，建设一座 500 kg、加注压力 35 MPa 的 加氢站的成本为 1200 万元（不含土地费用），相当于传统加油站的 3倍，单位加注成本约 13-18 元/kg；3）氢气压缩机、加注机成本占据 65%左右，关键设备及其核心零部件的进口依赖度高。2022 年 3月发布的 氢能产业发展中长期规划（2021-2035）提出部署建设一批加氢站，各地也针对性进行了加氢站布 局，如内蒙古提出到 2025 年累计建成 60 座加氢站，四川成都最高给予 1500 万元建设运营补助，合力推动加氢站发展。加氢站建设现状分析 来源：香橙会，氢能崛起:布局三大环节与六个方向、加氢站风险分析及安全建议措施，氢能产业链及储运技术研究现状及发展趋势，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。2006-2021 年我国每年建成加氢站数量 加氢站成本较高，顶层设计加快推动企业积极布局 成本换算：压缩机成本约占 总成本 50%加氢站工艺流程（站外加氢）长管束车运氢卸气柱卸氢站内储氢罐储氢氢气预冷 加氢机燃料电池汽车加氢压缩机压缩加压加氢机成本约占 总成本 15%储氢瓶成本约占 总成本 10%以传统焦化业务为基，布局氢能源全产业链，加氢环节，公司拥有 8座控股的在运加氢站，十四五期间规划建设 100 座。2019 年 7月 1日，建成全国首座油氢合建站 广东佛山樟坑油氢合 建站。“十四五”期间规划建设加氢站 1000 座，加氢服务能力达到 20 万吨/年。氢枫是一家以加氢站投资、建设和运营为主要业务的高新技术企业，加氢站为最早涉及的板块，成功中标河北省 6.4t/24h 加氢站项目，开创国内单日量最大规模加氢站的先河。67 184047761942006-2016 2017 2018 2019 2020 2021 合计 中国加氢站数量（座）19 2022.6 iResearch I全球氢能发展现状 来源：中国氢能产业发展白皮书，全球氢能观察 2021，全球氢能产业发展状况分析，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。企业布局 提供氢能基础设施解决方案的AirProduct、Praxair，以叉车燃料电池为主的 PlugPower、固定式燃料电池为主的 FuelCellEnergy、BloomEnergy等大型燃料电池生产企业 欧洲清洁氢联盟：包括蒂森克虏伯、西 门子、壳牌、空客，以及丹麦和挪威的一些公司等，参与制氢电解槽的相关产业链，并推进实施 1吉瓦规模的电解槽项目。由丰田、日产、本田、新日本石油、岩 谷、东京燃气、日本发展银行等机构联合出资成立，包括氢能产业链各环节，涵盖了研发、示范、推广等各阶段，树 立了协同推进的样板。制氢环节：隆基股份（电新组）、阳光电源（电新组）、中国旭阳集团 储运环节：中材科技（建材组）、中复神鹰（建材组）加氢环节：厚普股份、中国石化 设备&技术 目前，工业副产氢是利用重点，电解水制氢工艺中碱性电解 已实现大规模工业化应用，PEM电解工艺国内外差距大；储运方面，高压气瓶储氢三型瓶已量产，高压长管拖车技术 较为成熟，是当前主流的运氢方式；缺乏成熟量产的加氢站设备厂商，进口设备推高了加氢站建 设成本。95%天然气制氢，5%为绿氢 气氢储运、液氢储运 已建成加氢站 86座，在营 54座 6%为绿氢，94%来自石油化 石燃料 气氢储运、液氢储运 累计建成加氢站 200余座，在 营 173座 电解氢占 4%，其余来源于化石 能源加工过程中的副产品获得 气氢储运、液氢储运 累计建成加氢站 159座。3%为绿氢，97%来自石油化 石燃料 气氢储运 累计建成 194座加氢站，在营加 氢站超过 157座，居世界首位。产业链布局 制氢 储运 加氢 中国 美国 电力供应 欧盟 深度脱碳 日本 能源安全 掌握着液氢储气罐、储氢箱等核心技术，为了确保在新兴技术 领域的领先地位，美国十分重视氢能产业链上下游的相关技术 培育，涉及氢气的生产、储运、燃料电池制造、燃料电池汽车 及加氢站基础设施等。美国已有 17兆瓦的电解制氢项目在运营，输氢管道容量为 1.4吉瓦。以德国为代表的欧盟各国已实现了制氢、运输、储存及燃料电 池应用的氢能全产业链，且已将燃料电池技术应用到汽车、船 可再生的电解制氢被认为是舶和发电站等多个领域。制氢的主 要途径。欧盟已安装超过 140兆瓦的电解专用制氢设备，占全 球产能的 40%以上。在日本的战略路径中，不将氢能作为化石能源的替代能源，而是致立干推动氢能与褐煤等多和化石能源及可再生能源的 耦合协同发展。日本在氢能的无碳排放生产、氢能发电、氢 燃料汽车等领域技术最为成熟和先进。与其他发达国家相比，我国运输环节存在巨大空间 相较我国，美、日、欧发展氢能时间长，技术与产业链更加成熟与完善，在储运环节液态运输技术及配设设施较为成熟，而我国现阶段氢的运输主要以高压气态长管拖车运输为主，管道运输仍为短板弱项，需积极推进进行天然气掺氢、管道输氢、有机液体储运、固体材料储运等技术的开发和布局，尚存广阔发展空间。此外，美、日、欧也建立产业联盟协同上中下游各个企业协同发展。20 2022.6 iResearch I从产业链看氢能未来之路 技术革新+政策引导共同推动绿氢发展之路 我国氢能源发展起步晚，速度快，目前主要依托化工生产中的副产物作为主供氢源的原材料，以节省制氢成本。然而，依 托于工业原料及副产物所制的“灰氢”及结合 CCUS技术的“蓝氢”仍会产生较大碳排放，根据国际氢能委员会测算，2030 年碳排成本约为 50 美元/吨二氧化碳，使得灰氢成本达 46.22 元/kg，或与“绿氢”同价，须加快推动通过可再生能源、电解水等方法，实现全程百分之百零碳排、零污染的“绿氢”继续发展。目前，“绿氢”的制取方式为电解水制氢，主要的制取工艺为 碱性电解、PEM 电解（质子交换膜电解）、固体氧化物（SOEC）电解，其中 ALK 碱性电解与 PEM 电解技术应用较为成熟。“绿氢”降成本基本路径主要通过国家政策积极引导，从原料供应、技术及相关设备三维度突破。原料供应 绿氢的制氢工艺：电解水制氢，电价为最主要成本 未来十年我国风电、光伏新增装机 规模增加，可再生能源发电成本将 进一步下降“三北”地区大量存在弃风弃电 现象，利用未消纳可再生能源，作为“绿氢”基础 国家政策引导，推动可再生能 源制氢投资与布局 宝丰能源 斥巨资投入绿氢项目，制定了每年新增 3亿标方绿氢产能（对应至少 188MW装机规模）的经营规划，预计年产 2.4亿标方“绿氢”和 1.2亿标方“绿氧”。技术 ALK技术较为成熟，PEM技术与关键材料 依赖进口 SOEC技术处于研发阶段；当前 电解水制氢效率约为 55kWh/kg氢气。随着制氢技术与制备工艺不断发展完善，关键制备材料性能不断 优化，未来电解槽的效率有望降低至 40kWh/kg氢气，设备、电池成本等其他原材料成本也会下降 50%以上；加快可再生能 源与氢能技术的耦合，充分利用可再生能源富集地区资源 中石化建成首座 PEM氢气提纯设施，其阴极和阳极催化剂、双极板以及集电器等关键核心材 料部件均实现国产化，制氢效率达 85%以上。设备 电解槽是电解水制氢的核心设 备，成本占比约 40%50%关键核心技术的国产化突破与规模化生产推动电 解槽的生产成本也将大幅度降低，到 2030年电 解水制氢设备的固定成本有望降低 50-60%。考克利尔竞立 出货量达到 160MW排名第一，主要受益于宝丰能源绿氢项目，其 1000标方制氢设备出 货量国内领先。来源：国际氢能委员会，氢能行业研究：到 2030年可再生绿氢或将实现与灰氢平价，探究绿氢降本之路，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。21 2022.6 iResearch I来源：香橙会，亿华通官网，艾瑞咨询研究院 自主研究及绘制。从产业链看氢能未来之路 从氢的储存来看，氢的大规模应用下，一方面高压气态瓶改造成为重点，另一方面，需推动低温液态储氢和介质储氢的发展。高压氢能瓶未来主流为金属内胆纤维缠绕瓶（III 型）和塑料内胆纤维缠绕瓶（IV 型），VI 型瓶内胆采用树脂，在 70 MPa 标准下可以实现更长