2022-2023从氢能源产业链看行业发展研究报告.pdf

2022-2023从氢能源产业链看行业发展研究报告摘 要发 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%，合 计 可 节 约 超 过700 亿 美 元 碳 税。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 亿吨，节约423.3 亿美元的碳税；为交通运输领域减少碳排放量72.76 亿吨和建筑及其他部分减少21.01 亿吨，分别实现 减少218 亿美元和约63 亿美元的碳税。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。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。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 3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。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 园能 源 结 构 布 局 影 响 国 际 发 展进 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）碳中和、能源结构布局关乎国际发展格局截至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。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 况能 源 结 构 布 局 影 响 国 际 发 展司 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 重欧洲国家碳排放定价普遍偏高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。我 国 能 源 结 构 布 局时 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。2012 年-2020 年 我 国 发 电 结 构 图 2021 年 中 国 氢 能 源 发 展 政 策12 0%10 0%80%60%40%20%0%20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20火电（GW）水电（GW）并网风电（GW）并网光电（GW）核电（GW）氢 能 源 与 传 统 能 源 对 比净 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%37.0 139.02010 年-2019 年 我 国 二 氧 化 碳 碳 税高效减排，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。各 能 源 净 热 值 对 比 中 国 三 大 传 统 能 源 储 量270112967832196 319633078531437 31281 31244318263232020 10 20 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19我 国 二 氧 化 碳 碳 税（百 万 美 元）氢 能 源 与 其 他 新 能 源 对 比从 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 性无地域限制无时间限制（无需考虑制取的间歇性和波动问题）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 式氢能综合能力优于其他可再生能源氢 能 源 与 其 他 新 能 源 对 比综述：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 367%60%45%20%23%5%3%30%45%70%2%15%5%10%20 30 20 50 20 20化石能源制氢（%）20 40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 值从传统能源替代角度看氢能减排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3.34 亿吨，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2.24 亿吨，而2020 年绿氢占比仅3%，约有0.1 亿吨。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9.69 亿吨，其中灰氢制取比例从67%降至20%，绿氢制取比例提升至80%。（即灰氢约为1.938 亿吨，绿氢为7.752 亿吨）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。33423715527696901303020 20 20 30e 20 40e 20 50e 20 60e中国氢能源需求量（万吨）来 源：2019 中 国 氢 能 源 及 燃 料 电 池 产 业 白 皮 书，咨 询 研 究 院 自 主 研 究 及 绘 制。2020-2060 年 中 国 氢 能 源 需 求 量 2020-2050 年 中 国 氢 气 制 取 来 源 占 比 及 预 测实 现40 年翻4 倍使 用 氢 能 减 少 的 碳 排 放使 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 煤使用氢能代替传统能源减少碳税效率高达76.7%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9.69 亿 吨 氢 将 会释 放 的 能 量 约 等 于65.93 亿 吨 煤 释 放 的 热 量，其 产 生 的 碳 排 放 等 于65.93 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174.05 亿 吨CO2，假 设 每 单 位 碳 税 为3 美 元，则 将 会 产 生522.15 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1.938 亿 吨，因 此 灰 氢 的 制 取 过 程 将 会 产 生40.50 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133.46 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400.38 亿 美 元，综 上，氢 能 减 少 的 碳 税 效 率 高 达400.38 亿 美 元/522.15 亿 美 元=76.7%。有 效 实 现 降碳 税 节 约 我 国 能 源 发 展 成 本。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 亿吨，相当于减少53.07 亿吨煤炭用量（利用热值 对比氢得出）；交通运输领域用氢4.03 亿吨，相当于减少27.56 亿吨煤炭用量；建筑及其他领域用氢1.17 亿吨，相当于减 少7.96 亿吨煤炭。根据化石燃料燃烧过程二氧化碳排放因子，工业、交通和其他领域减少的碳排放量分别为141.1、72.76 和21.01 亿吨，工业领域将实现减少423.3 亿美元的碳税，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，2060 年将实现减少218.28 亿美元碳税的成果。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 亿 吨 交 通 运 输：4.03 亿 吨 建 筑 及 其 他：1.17 亿 吨工 业 领 域：141.1 亿 吨 交 通 运 输：72.76 亿 吨 建 筑 及 其 他 领 域：21.01 亿 吨工 业 领 域：53.07 亿 吨 交 通 运 输：2 7.5 6 亿 吨 建 筑 及 其 他：7.96 亿 吨综述：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 3从 产 业 链 看 氢 能 目 前 发 展 困 境成 本 技 术 为 主 要 制 约 因 素上游：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 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。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 术制 氢 环 节 现 状 分 析灰 氢 仍 是 主 流，绿 氢 为 最 终 利 用 理 想 形 态，以 蓝 氢 作 为 过 渡根 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。制 氢电解水制氢工业副产氢焦 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 氢天 然 气 制 氢煤 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 氢成 本主 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/kg氢 能 源 储 运 环 节 现 状 分 析有 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 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 流 速 更 快氢 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。氢 脆 特 性过 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。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、加 氢 站 建 设 现 状 分 析加氢站成本较高，顶层设计加快推动企业积极布局我 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500kg、加 注 压 力35MPa 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。成本换算：加 氢 站 工 艺 流 程（站 外 加 氢）长 管 束 车 运 氢卸 气 柱 卸 氢氢 气 预 冷燃 料 电 池 汽 车 加 氢压 缩 机 压 缩 加 压压缩机成本约占总成本50%加 氢 机加氢机成本约占总成本15%储氢瓶成本约占总成本10%站 内 储 氢 罐储 氢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 1840472006-2021 年 我 国 每 年 建 成 加 氢 站 数 量7619420 06-20 16 20 17 20 18 2