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下載手機(jī)APP (報(bào)告出品方/作者：開源證券，劉強(qiáng))
1、國(guó)內(nèi)外紛紛出臺(tái)政策支持氫能源發(fā)展
1.1、全球碳中和框架下氫能源有廣闊的應(yīng)用空間
1.1.1、氫氣是高效環(huán)保的清潔能源
氫是宇宙中分布最廣泛的元素，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。氣態(tài)形式的氫氣可從水、化石燃料等含氫物質(zhì)中制取，并通過物理與化學(xué)變化過程存儲(chǔ)或釋放能量，是重要的工業(yè)原料和能源載體，可用于儲(chǔ)能、交通、石化、冶金等領(lǐng)域。
氫能是高效環(huán)保的二次能源，能量密度與相對(duì)安全性高于其他燃料。其能量密度高，是汽油的3倍有余;其使用裝置的使用效率高，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的2倍;其反應(yīng)產(chǎn)物是水，排放產(chǎn)物絕對(duì)干凈，沒有污染物以及溫室氣體排放;安全性相對(duì)可控，引爆條件比汽油更為嚴(yán)苛;其物質(zhì)儲(chǔ)備豐富，未來氫能的制取存在更多可能性。
在全球碳中和的框架下，氫能的環(huán)保性以及可再生性，使其具有舉足輕重的作用。鑒于其種種優(yōu)勢(shì)，在新能源體系下，氫能被視為與電能相互補(bǔ)的優(yōu)質(zhì)二次能源，目前的分布式能源中，已形成“風(fēng)光發(fā)電-多余電量電解水制氫-氫氣儲(chǔ)存-利用燃料電池發(fā)電”較為完整的能源轉(zhuǎn)換鏈條，氫作為能量?jī)?chǔ)存的載體形式，有效減少了偏遠(yuǎn)地區(qū)棄風(fēng)棄光的現(xiàn)象。
1.1.2、發(fā)展氫能源能夠改善能源結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展
打造多元能源結(jié)構(gòu)體系，降低對(duì)外油氣依存度?；茉丛诘厍騼?chǔ)備有限，2020年我國(guó)煤炭、石油、天然氣在能源消費(fèi)中分別占比56.7%、19.1%、8.5%。特別地，我國(guó)是油氣進(jìn)口大國(guó)，石油與天然氣對(duì)外依存度達(dá)73%、43%，因此需在上述化石能源之外，尋找新的能源保障。同時(shí)，當(dāng)某種能源受到限制時(shí)，氫能可以快速作為補(bǔ)充，因此打造可再生能源多元化的供應(yīng)體系勢(shì)在必行。
促進(jìn)風(fēng)光裝機(jī)，助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。當(dāng)前約有28個(gè)國(guó)家提出碳中和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，中國(guó)在2020年9月的第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上進(jìn)一步明確2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。氫能源作為能源儲(chǔ)存的一種方式，通過增強(qiáng)對(duì)風(fēng)光發(fā)電的消納能力，有效減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，促進(jìn)光伏與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并間接地減少溫室氣體與污染物排放。
帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)，提供經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)強(qiáng)勁動(dòng)力。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，發(fā)展氫能涉及能源、化工、交通等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。新興的產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)會(huì)能夠通過拓展全新的賽道，實(shí)現(xiàn)相關(guān)行業(yè)發(fā)展的彎道超車，促進(jìn)我國(guó)可再生能源、新能源汽車、工業(yè)還原技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展。
1.2、我國(guó)氫能源處于從零到一突破的關(guān)鍵期，政策支持力度大
氫能源作為新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展速度很大程度上取決于政府的支持力度。一方面是加氫基礎(chǔ)設(shè)施的批建，足量的氫氣配套是推廣氫能使用的基礎(chǔ)條件;另一方面是政府對(duì)核心零部件及燃料電池整車的補(bǔ)貼支持，真正掌握核心技術(shù)的企業(yè)需要大量的時(shí)間與資金以支撐其技術(shù)變革和規(guī)?；a(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)成本降低。
中國(guó)自2001年起確立了“863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)”項(xiàng)目，確定了三縱三橫戰(zhàn)略，以純電動(dòng)、混動(dòng)和燃料電池汽車為三縱，以多能源動(dòng)力總成控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力蓄電池為三橫。隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸成熟，中國(guó)在燃料電池領(lǐng)域的規(guī)劃綱要和戰(zhàn)略定調(diào)已經(jīng)出現(xiàn)苗頭，支持力度逐漸加大。
各地政府積極出臺(tái)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的補(bǔ)貼政策。地方政策出臺(tái)較多的區(qū)域主要集中在北京、上海、廣東、河北、山東等區(qū)域，主要聚焦在氫燃料汽車(主要為城市公交大巴車和物流車)的推廣、燃料電池核心技術(shù)研發(fā)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及氫能示范城區(qū)的打造。
我國(guó)目前的燃料電池補(bǔ)貼政策是以獎(jiǎng)代補(bǔ)。隨著燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)正在實(shí)施各種財(cái)政政策補(bǔ)貼扶持燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展。2020年9月起，我國(guó)對(duì)氫燃料電池汽車開始為期4年的“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”政策，對(duì)入圍示范的城市群，按照其目標(biāo)完成情況撥付獎(jiǎng)勵(lì)資金。具體而言，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)補(bǔ)貼領(lǐng)域：燃料電池汽車的推廣+氫能供應(yīng)，利好燃料電池核心零部件國(guó)產(chǎn)化。燃料電池汽車推廣方面，除了對(duì)整車進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)對(duì)國(guó)產(chǎn)的電堆、膜電極、質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑等燃料電池關(guān)鍵核心零部件環(huán)節(jié)進(jìn)行積分獎(jiǎng)勵(lì)，促進(jìn)零部件的國(guó)產(chǎn)化替代。氫能供應(yīng)方面，主要對(duì)車用氫氣實(shí)際加注量給予積分獎(jiǎng)勵(lì)，其中，綠氫的補(bǔ)貼額高于灰氫。
(2)補(bǔ)貼方式：“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”而非大面積補(bǔ)貼。氫燃料電池汽車的補(bǔ)貼將由面向全國(guó)大范圍式的購(gòu)置補(bǔ)貼方式，轉(zhuǎn)為面向入圍城市群的燃料電池汽車商用補(bǔ)貼。同時(shí)，補(bǔ)貼需項(xiàng)目完成并達(dá)標(biāo)后，經(jīng)專家評(píng)審?fù)ㄟ^，對(duì)示范城市予以獎(jiǎng)勵(lì)。
(3)補(bǔ)貼額度：對(duì)入選城市群，每個(gè)城市群最多獲17億獎(jiǎng)勵(lì)。補(bǔ)貼采用積分制，對(duì)獲批的城市群組，燃料電池汽車的商業(yè)應(yīng)用補(bǔ)貼上限為15億元，氫能供應(yīng)補(bǔ)貼上限為2億元。加氫站建設(shè)沒有補(bǔ)貼，避免過去出現(xiàn)的建設(shè)充電站沒車充電的情況。
1.3、國(guó)際上美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家氫能源產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟
燃料電池技術(shù)突破以及環(huán)保要求共同促進(jìn)全球加速氫能源發(fā)展步伐。近年來，燃料電池技術(shù)取得了重大突破性進(jìn)展，氫能產(chǎn)業(yè)下游的應(yīng)用潛力逐漸被開發(fā)。同時(shí)，全球氣候壓力增大，世界正逐步失去《巴黎協(xié)定》的溫控目標(biāo)機(jī)會(huì)，各國(guó)加大了低碳和綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的步伐。發(fā)展氫能成為世界各主要國(guó)家的共識(shí)，目前氫經(jīng)濟(jì)的全球布局已經(jīng)初步展開。
1.3.1、歐盟對(duì)碳排放要求嚴(yán)格，歐洲工業(yè)巨頭在氫能源積累較深
歐洲在氫能產(chǎn)業(yè)化推廣過程中，強(qiáng)調(diào)氫能在工業(yè)和交通中的脫碳作用，作為低碳發(fā)展的保障。2019年發(fā)布《歐洲氫能路線圖》，計(jì)劃2050年氫能可占?xì)W洲能源需求的24%。
德國(guó)的龍頭企業(yè)帶動(dòng)全國(guó)氫能網(wǎng)絡(luò)加速布局。道達(dá)爾液化空氣等龍頭企業(yè)共同推進(jìn)的氫能源商用化，在德國(guó)加快建設(shè)氫能網(wǎng)絡(luò)。
法國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)較好，致力于成為全球氫能經(jīng)濟(jì)的重要參與者，法國(guó)液空、法國(guó)燃?xì)饧瘓F(tuán)、阿爾斯通等均在氫能源產(chǎn)業(yè)中有所建樹。
荷蘭具有完備的物流基礎(chǔ)設(shè)施，正在積極借助風(fēng)能發(fā)展綠氫。
2020年歐盟委員會(huì)發(fā)布了《歐盟能源系統(tǒng)整合策略》和《歐盟氫能戰(zhàn)略》，意在為歐盟設(shè)置新的清潔能源投資議程，以達(dá)成在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，同時(shí)刺激相關(guān)就業(yè)，進(jìn)一步刺激歐盟在后疫情時(shí)代的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇。其中《歐洲氫能戰(zhàn)略》將綠氫作為未來發(fā)展重點(diǎn)對(duì)象(主要依靠風(fēng)能，太陽(yáng)能生產(chǎn)氫)，制定了三階段發(fā)展目標(biāo)：第一階段為2020-2024年，在歐盟境內(nèi)建成裝機(jī)容量6GW的電解槽,可再生氫年產(chǎn)量超過100萬(wàn)噸，第二階段2024-2030年，電解槽容量提升到40GW以上，可再生氫能源年產(chǎn)量可達(dá)到1000萬(wàn)噸，第三階段2030-2050年，重點(diǎn)是氫能在能源密集產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，典型代表是鋼鐵和物流行業(yè)。
1.3.2、美國(guó)氫能源發(fā)展起步早，加氫站利用率高
美國(guó)是最早將氫能納入能源戰(zhàn)略的國(guó)家。早在1970年就提出了“氫經(jīng)濟(jì)”概念。2002年，美國(guó)發(fā)布《國(guó)家氫能發(fā)展戰(zhàn)略》，標(biāo)志著美國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)從構(gòu)想轉(zhuǎn)入行動(dòng)階段，此后美國(guó)陸續(xù)出臺(tái)《氫能技術(shù)研究與開發(fā)行動(dòng)計(jì)劃》、《氫立場(chǎng)計(jì)劃》、《氫與燃料項(xiàng)目計(jì)劃》等。2003年，以美國(guó)為首成立了氫能與燃料電池國(guó)際伙伴關(guān)系，并簡(jiǎn)歷全球“氫安全委員會(huì)”，設(shè)立氫安全知識(shí)工具平臺(tái)，旨在多方位引領(lǐng)全球氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。自2004年以來，美國(guó)能源部平均每年投資氫能產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目超過1.2億美元，通過一系列項(xiàng)目布局和持續(xù)投資，奠定了氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的全球優(yōu)勢(shì)地位。2019年，美國(guó)氫能與燃料電池協(xié)會(huì)發(fā)布《氫經(jīng)濟(jì)路線圖》，重申美國(guó)將繼續(xù)保持氫能領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢(shì)地位;擬在交通、分布式發(fā)電、家用熱電聯(lián)產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)大氫能在美國(guó)的規(guī)?；瘧?yīng)用;提出2030年達(dá)到530萬(wàn)輛燃料電池車和5600個(gè)加氫站的目標(biāo)。
美國(guó)氫燃料電池市場(chǎng)和加氫站利用率等方面世界領(lǐng)先。普拉格能源基本壟斷了全球氫燃料電池叉車的市場(chǎng)。截至2020年底，美國(guó)在運(yùn)營(yíng)的加氫站49座，截至2020年底美國(guó)燃料電池汽車保有量接近9000臺(tái)，平均每座加氫站服務(wù)汽車接近180輛，加氫站利用率高。未來5年內(nèi)，美國(guó)能源部計(jì)劃投資1億美元支持由美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo)的氫能和燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)研究。
1.3.3、日本是目前全球氫能源應(yīng)用開發(fā)最全面和最堅(jiān)定的國(guó)家
早在20世紀(jì)70年代就開始?xì)淙剂想姵丶夹g(shù)探索。2014年在《能源基本計(jì)劃》中將氫能定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，并提出建設(shè)“氫能社會(huì)”的愿景。先后發(fā)布《日本再?gòu)?fù)興計(jì)劃》、《能源基本計(jì)劃》、《氫能基本戰(zhàn)略》等相關(guān)文件，規(guī)劃了實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)戰(zhàn)略的技術(shù)路線，建立了全球領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)技術(shù)和能力儲(chǔ)備。氫能應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，涉及交通、家庭供電以及工業(yè)原料。
根據(jù)海外H2stations網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年底，日本在運(yùn)營(yíng)的加氫站約142座，燃料電池汽車保有量約4000輛，每座加氫站服務(wù)車輛約30輛。
豐田、本田等企業(yè)主導(dǎo)推動(dòng)日本氫燃料電池汽車的發(fā)展，根據(jù)豐田2020年財(cái)報(bào)，截至2021年3月，豐田Mirai的銷量累計(jì)為13963輛，主要銷往美國(guó)加州。
為了保證本土氫能供應(yīng)，日本正在推進(jìn)日本-文萊天然氣制氫、日本-澳大利亞褐煤治氫的海外船舶輸氫項(xiàng)目，并于2020年2月完成福島10MW級(jí)制氫裝置的試運(yùn)營(yíng)，是目前全球最大的光伏制氫裝置。
2017年日本公布了《基本氫能戰(zhàn)略》，2019年日本公布了《氫能利用戰(zhàn)略》?！痘練淠軕?zhàn)略》預(yù)計(jì)2025年將發(fā)電成本降低至低壓25日元/kWh,高壓17日元/kWh;預(yù)計(jì)至2025年建設(shè)加氫站320座，燃料電池轎車20萬(wàn)輛，與混合動(dòng)力轎車的價(jià)格相當(dāng)，氫燃料電池公交車價(jià)格減半?！痘練淠軕?zhàn)略》中預(yù)計(jì)2050年實(shí)現(xiàn)氫氣供應(yīng)能力500-1000萬(wàn)噸/年并主要用于氫能發(fā)電，氫氣的供應(yīng)成本聚集降至20日元/Nm^3，預(yù)計(jì)在2050年用氫能發(fā)電取代天然氣發(fā)電，并將發(fā)電成本降至12日元/KWh，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)加氫站取代加氣站，燃料電池汽車取代傳統(tǒng)汽油燃料車，引入大型燃料電池車;同時(shí)實(shí)現(xiàn)家用熱電聯(lián)供燃料電池系統(tǒng)取代傳統(tǒng)居民的能源系統(tǒng)。
1.3.4、韓國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
2008年以來，韓國(guó)政府先后實(shí)施“綠色氫城市示范等項(xiàng)目”，以綠色低碳城市發(fā)展戰(zhàn)略推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。韓國(guó)先進(jìn)的氫燃料汽車和燃料電池相關(guān)技術(shù)，其發(fā)展戰(zhàn)略是以氫能產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用推動(dòng)上游和中游研發(fā)。
韓國(guó)與沙特、挪威、澳大利亞、新西蘭簽署合作協(xié)議共同開發(fā)制氫項(xiàng)目。確定安山、蔚山、完州和全州作為“氫能經(jīng)濟(jì)示范城市"試點(diǎn)。2019年新建加氫站20座，累計(jì)投運(yùn)34座，由斗山主導(dǎo)建設(shè)的"昌源國(guó)家產(chǎn)業(yè)園業(yè)氫示范項(xiàng)目"將于2022年底完工，投產(chǎn)后預(yù)計(jì)液氫產(chǎn)能將達(dá)到5噸/天。
2019年韓國(guó)工信部門聯(lián)合其他部門發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展線路圖》，提出在2030年進(jìn)入氫能社會(huì)，率先成為世界氫經(jīng)濟(jì)領(lǐng)導(dǎo)者，計(jì)劃2040年氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)量增至620萬(wàn)輛，加氫站增至1200個(gè)，燃料電池產(chǎn)能擴(kuò)大到15GW,氫氣價(jià)格約為3000韓元/kg(約17.6元/公斤)。韓國(guó)計(jì)劃五年內(nèi)投資2.6萬(wàn)億韓元(約152億元人民幣)，加大氫燃料電池汽車的推廣和普及。
2、氫氣全產(chǎn)業(yè)鏈正在加緊布局建設(shè)
2.1、氫氣制取：石化制氫是目前主流，清潔能源制氫是未來趨勢(shì)
現(xiàn)階段化石燃料制氫仍是主流路線，電解水基于成本高目前占比較少。在制氫產(chǎn)業(yè)方面，根據(jù)HydrogenFromRenewablePower數(shù)據(jù)資料，全球的氫氣產(chǎn)量將近上億噸，有96%來自于化石燃料，其中48%來自于化石燃料的裂解，30%來自于醇類裂解，18%來自于焦?fàn)t氣，電解水占比4%左右，占比小的主要原因在于電解水制氫成本很高，是化石燃料的2倍多。
清潔能源制氫是未來趨勢(shì)。電解水制氫技術(shù)能夠適應(yīng)風(fēng)-光-水等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)不連續(xù)、不穩(wěn)定的供電缺陷，降低電解水制氫成本，延長(zhǎng)使用壽命，促進(jìn)分布式能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展;風(fēng)-光-水等可再生能源通過制氫、用氫的過程，將能量進(jìn)行存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換，使能量對(duì)用戶的供應(yīng)過程變得更加便捷靈活。因此，利用可再生能源電解水制氫技術(shù)的興起是必然的，同時(shí)也是未來的必由之路。
2.1.1、石化資源制氫仍是目前氫氣主要來源
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初衷是基于氫的清潔屬性，目前96%的氫是通過化石燃料制取，技術(shù)成熟，成本最低，但是伴隨著大量2排放，有悖于氫的清潔屬性。根據(jù)文章《氫在能源轉(zhuǎn)型變革中的潛在優(yōu)勢(shì)分析》中測(cè)算，煤炭、石油、天然氣制氫的碳排放強(qiáng)度分別為19t2/t2，12t2/t2和10t2/t2。目前世界上有130個(gè)在役煤制氫工程項(xiàng)目，其中超過80%在我國(guó)。而在國(guó)際上，天然氣制氫是主流制氫方式。因此，我國(guó)在化石燃料制氫方面的碳排放強(qiáng)度更高，減排壓力更大。
由于我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量高、風(fēng)光等可再生資源豐富，“化石燃料+CCUS”和“可再生能源+電解水”將會(huì)成為清潔高效的制氫技術(shù)選擇。我國(guó)CCUS產(chǎn)業(yè)技術(shù)經(jīng)過十余年發(fā)展已經(jīng)取得較大進(jìn)步，但在技術(shù)推廣方面仍然存在諸多瓶頸，經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境安全性也面臨著挑戰(zhàn)。“可再生能源+電解水”制氫技術(shù)已經(jīng)達(dá)到可以支撐商業(yè)化的程度，目前主要的技術(shù)突破點(diǎn)在于PEM電解槽電解效率、壽命的提升，以及可再生能源發(fā)電成本的下降。近年來，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的快速發(fā)展，加速推動(dòng)了可再生能源發(fā)電成本大幅降低，電解水制氫成本已經(jīng)接近傳統(tǒng)化石燃料制氫成本。
我國(guó)煤化工行業(yè)相對(duì)成熟，基于當(dāng)前的煤氣化爐裝置生產(chǎn)氫氣，并利用變壓吸附(PSA)技術(shù)將其提純到燃料電池用氫要求。煤制氫需要大型氣化設(shè)備，一次裝置投資價(jià)格高，單位投資成本在1-1.7萬(wàn)元/(3/h)之間。只有規(guī)模化生產(chǎn)才能降低成本，因此煤制氫不適合分布式制氫，適合中央工廠集中制氫。
2.1.2、龍頭企業(yè)布局，可再生能源制氫是未來趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)布局可再生能源制氫?？稍偕茉粗茪浼夹g(shù)是將可再生能源通過風(fēng)機(jī)、太陽(yáng)能電池、水泵等發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換成電能，電能通過電解水制氫設(shè)備轉(zhuǎn)換成氫氣，將氫氣輸送至氫氣應(yīng)用終端或經(jīng)燃料電池并入電網(wǎng)中，完成從可再生能源到氫能的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)電能來源的不同，可將可再生能源制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型制氫和離網(wǎng)型制氫兩種。并網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風(fēng)光耦合系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)取電，進(jìn)行電解水制氫，主要應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)光耦合系統(tǒng)的消納和儲(chǔ)能。離網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的電能，不經(jīng)過電網(wǎng)直接提供給電解水制氫設(shè)備進(jìn)行制氫，主要應(yīng)用于分布式制氫或局部燃料電池發(fā)電供能。基于風(fēng)電場(chǎng)、光伏站、水電站等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，結(jié)合制氫技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建立可再生能源多能互補(bǔ)制氫系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個(gè)制氫系統(tǒng)包括可再生能源發(fā)電機(jī)組、電解水制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、輸運(yùn)系統(tǒng)、燃料電池、電網(wǎng)等。
可再生能源制氫技術(shù)主要包含電-氫轉(zhuǎn)換和氫氣儲(chǔ)運(yùn)兩大關(guān)鍵技術(shù)。電-氫轉(zhuǎn)換示意圖中左側(cè)電解水裝置消耗電能產(chǎn)生氫氣，實(shí)現(xiàn)電能向氫能的轉(zhuǎn)換，右側(cè)燃料電池或熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組利用氫氣產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)氫能向電能的轉(zhuǎn)換。制氫技術(shù)的制約因素在于降低成本、提高能效、大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)搭建等方面。
電費(fèi)成本是目前光伏制氫總成本的主要構(gòu)成。以目前的價(jià)格初步測(cè)算，0.5元/kWh的電價(jià)下，堿性電解水和PEM電解水制氫的成本分別為28元/KG和37元/KG，其中電費(fèi)是制氫成本中的主要構(gòu)成。
2.2、儲(chǔ)運(yùn)：目前主要通過高壓氣態(tài)的形式
高壓氣態(tài)是目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)運(yùn)最主要的方式。儲(chǔ)氫技術(shù)目前主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫等，氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)成熟，成本低但密度低，體積比容量小，相比之下液態(tài)和固態(tài)儲(chǔ)氫前期成本較高。運(yùn)氫技術(shù)主要有長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸、液氫槽車運(yùn)輸、管道運(yùn)輸?shù)?，氣態(tài)管束車運(yùn)輸是目前國(guó)內(nèi)最主流的方式，若氫氣大規(guī)模應(yīng)用，隨著規(guī)模效應(yīng)有效降低成本，液氫槽車運(yùn)輸和管道運(yùn)輸有望鋪開。儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)也是制約氫能大規(guī)模發(fā)展的因素之一。
2.2.1、高壓氣態(tài)是目前最經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)運(yùn)方式
根據(jù)電池中國(guó)的調(diào)查結(jié)果，現(xiàn)階段中國(guó)普遍采用20Mpa氣態(tài)高壓儲(chǔ)氫與管束管車運(yùn)輸氫氣。在加氫站日需求量500Kg以下的情況下，氣氫拖車運(yùn)輸節(jié)省了液化成本與管道建設(shè)前期投資成本，在一定儲(chǔ)運(yùn)距離以內(nèi)經(jīng)濟(jì)性較高。當(dāng)用氫規(guī)模擴(kuò)大、運(yùn)輸距離增長(zhǎng)后，提高氣氫運(yùn)輸壓力或采用液氫槽車、輸氫管道等運(yùn)輸方案才能滿足高效經(jīng)濟(jì)的要求。
2.2.2、液化氫氣費(fèi)用很高，技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提升
氫氣液化后便于大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)。根據(jù)電池中國(guó)的數(shù)據(jù)，由于低溫液態(tài)氫高密度的特性(液氫密度分別是20Mpa、30MPa、70MPa氣氫密度的4.9/3.4/1.8倍)，液氫槽車運(yùn)輸方式相較于20MPa高壓氣氫拖車，可使單車儲(chǔ)運(yùn)量提高約9倍，充卸載時(shí)間減少約1倍，并且在液化過程還能提高氫氣純度，一定程度上可節(jié)省提純成本。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，液氫儲(chǔ)運(yùn)是大規(guī)模長(zhǎng)距離儲(chǔ)運(yùn)氫的方向之一。
目前氫氣用量少，液化成本高?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，液化過程的能耗和固定投資較大。根據(jù)國(guó)際能源網(wǎng)數(shù)據(jù)，液化過程中消耗的能量占到整個(gè)液氫儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的30%-40%以上。未來，由于液化設(shè)備的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)升級(jí)，液化能耗和設(shè)備成本還有較大的下降空間。
2.2.3、管道運(yùn)輸前期投入大，適合大規(guī)模運(yùn)輸氫氣
管道適于大量、長(zhǎng)距離的氫氣輸送。氫能源網(wǎng)資料顯示氫氣的長(zhǎng)距離管道輸送已有60余年的歷史。最早的長(zhǎng)距離氫氣輸送管道1938年在德國(guó)魯爾建成,其總長(zhǎng)達(dá)208公里,輸氫管直徑在0.15~0.30m之間,額定壓力約為2.5MPa,連接18個(gè)生產(chǎn)廠和用戶,從未發(fā)生任何事故。根據(jù)PacificNorthwestNationalLaboratory(PNNL)2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，歐洲大約有1500公里輸氫管。世界最長(zhǎng)的輸氫管道建在法國(guó)和比利時(shí)之間,長(zhǎng)約400公里。目前使用的輸氫管線一般為鋼管,運(yùn)行壓力為1-2MPa,直徑0.25-0.30m，美國(guó)氫氣管線長(zhǎng)度約2608公里,美國(guó)氫氣管道的造價(jià)為31-94萬(wàn)美元公里?，F(xiàn)有的天然氣管道可用于輸送氫氣和天然氣的混合氣體,也可經(jīng)過改造輸送純氫氣,這主要取決于鋼管材質(zhì)中的含碳量,低碳鋼更適合輸送純氫。
2.3、加氫：國(guó)內(nèi)加氫站主要采用外供氫的模式
2.3.1、加氫站技術(shù)路線&配套核心設(shè)備
加氫站的主要技術(shù)路線有站內(nèi)制氫技術(shù)和外供氫技術(shù)。
歐美采用站內(nèi)制氫的比例較國(guó)內(nèi)多。站內(nèi)加氫技術(shù)是用天然氣或者其他原料在加氫站內(nèi)自己制氫然后加注至燃料電池汽車中，或者通過電解水制氫然后壓縮，再加注到氫能源燃料電池汽車中。天然氣重整制氫法由于設(shè)備便于安裝、自動(dòng)化程度較高，且能夠依托現(xiàn)有油氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展，因而在站內(nèi)制氫加氫站中應(yīng)用最多，因此在歐洲、美國(guó)，站內(nèi)制氫加氫站主要采用這種制氫方式。
外供氫加氫站的氫氣往往使用高壓氫氣瓶管束拖車運(yùn)輸至加氫站。加氫站內(nèi)沒有制氫裝置，所用的氫氣由站外的集中式制氫基地制備，而后再通過長(zhǎng)管拖車、液氫槽車或者氫氣管道由制氫基地運(yùn)輸至加氫站，由氫氣壓縮機(jī)壓縮并輸送入高壓儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)，最終通過氫氣加氣機(jī)加注到氫能源燃料電池汽車中使用。國(guó)內(nèi)目前不采用站內(nèi)制氫的原因主要在于設(shè)備成本過高，目前單個(gè)站點(diǎn)氫氣的需求量有限。
氫的儲(chǔ)運(yùn)方式是影響加氫站業(yè)態(tài)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與技術(shù)難點(diǎn)。中國(guó)作為產(chǎn)氫大國(guó)，氫原料儲(chǔ)備充足，但由于運(yùn)輸和儲(chǔ)存條件苛刻，儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)成為了氫產(chǎn)業(yè)鏈上的難關(guān)，也直接影響了加氫站的模式設(shè)計(jì)。根據(jù)氫氣存儲(chǔ)方式的不同，外供氫加氫站又可進(jìn)一步分為高壓氣氫站和液氫站兩大類。外供氫加氫站中的高壓氣氫站建設(shè)成本最低，是全球應(yīng)用最廣泛的加氫站模式，目前中國(guó)的加氫站均為高壓氣氫站。液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站主要分布在美國(guó)和日本，在中國(guó)也得到了初步探索，由中科富海和美國(guó)空氣產(chǎn)品公司(AirProducts)合作的首座液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站正在建設(shè)中。
加氫站的主要設(shè)備包括：壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐、加氣機(jī)、泄氣柱、管道、控制系統(tǒng)、氮?dú)獯祾哐b置、監(jiān)控裝置等。其中壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐、加氣機(jī)為核心設(shè)備。
2.3.2、國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)提速，國(guó)產(chǎn)化加速氫能源成本下降
截至2020年底，我國(guó)國(guó)內(nèi)累計(jì)建成加氫站118座，建成并運(yùn)營(yíng)加氫站101座，待運(yùn)營(yíng)17座，建設(shè)中和規(guī)劃建設(shè)的加氫站約170座。中國(guó)石化主管人員在其主辦的交通能源轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)研討會(huì)上表示規(guī)劃到2025年，利用原有3萬(wàn)座加油站、870座加氣站的布局優(yōu)勢(shì)，建設(shè)1000座加氫站或油氫合建站、5000座充換電站、7000座分布式光伏發(fā)電站點(diǎn)。各地政府也出臺(tái)了明確的加氫站建設(shè)規(guī)劃。
2.3.3、加氫站建設(shè)成本高，油氫合建站是一種可取的方式
基于目前單獨(dú)的加氫站成本較高，氫氣需求量相對(duì)較少，獨(dú)立加氫站面臨虧損的局面，綜合性的油氫混合站是未來加氫站發(fā)展的方向之一。對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)園而言，短期內(nèi)的氫能源市場(chǎng)需求仍處于低位，單站建設(shè)的加氫站運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益有限。油氫合建站是相對(duì)更可行的方式，同時(shí)聯(lián)合建設(shè)比單獨(dú)建設(shè)加氫站在土地審批環(huán)節(jié)也更容易。我國(guó)多個(gè)省市也出臺(tái)地方管理法案支持利用現(xiàn)有加油、加氣站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)改擴(kuò)建加氫設(shè)施，鼓勵(lì)積極參與加氫站投資建設(shè)。
以佛山為例，《佛山市氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018—2030年)》中明確了“鼓勵(lì)加氫站與加油站、加氣站或充電樁合并設(shè)置”的原則。2019年7月1日，國(guó)內(nèi)首座油氫合建站——中國(guó)石化佛山樟坑油氫合建站正式建成，日供氫能力為500kg。該油氫合建站采取加油、加氫、充電分區(qū)管理方式，是全國(guó)首座集油、氫、電能源供給及現(xiàn)代化綜合服務(wù)于一體的新型網(wǎng)點(diǎn)。對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)而言，油氫合建站有望成為現(xiàn)階段最具有經(jīng)濟(jì)性的氫能商業(yè)模式。
3、中游：燃料電池系統(tǒng)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的核心
3.1、燃料電池系統(tǒng)由電堆和氣體循環(huán)系統(tǒng)等環(huán)節(jié)構(gòu)成
氫能源下游應(yīng)用，需重點(diǎn)關(guān)注燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)有兩部分核心構(gòu)成：電堆和氣體循環(huán)系統(tǒng)。
電堆主要由膜電極和雙極板構(gòu)成，其中膜電極又由催化劑、氣體擴(kuò)散層(碳紙)和質(zhì)子交換膜組成。氣體循環(huán)系統(tǒng)主要作用是過濾空氣，保證反應(yīng)過程中壓強(qiáng)穩(wěn)定，控制氫氣與空氣流量、流速以延長(zhǎng)電堆的使用壽命，主要包含空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵、儲(chǔ)氫瓶等。
3.2、電堆是燃料電池系統(tǒng)最核心、價(jià)值量最高的環(huán)節(jié)
3.2.1、電堆由膜電極和雙極板等技術(shù)難度較大的零部件組成
電堆是燃料電池系統(tǒng)最為核心的部件，也是價(jià)值量最高的環(huán)節(jié)。電堆是燃料電池系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。氫氣與氧氣通過一定比例分別通入電堆的陽(yáng)極與陰極，化學(xué)反應(yīng)生成水與電能。電堆的質(zhì)量決定了燃料電池系統(tǒng)整體的功率密度。
單體電池則是由將雙極板與膜電極(催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙/碳布)、密封墊片、集流板和端板組成。若干單體之間嵌入密封件，經(jīng)前端與后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。單體電池中，膜電極催化劑的催化性能、質(zhì)子交換膜的傳導(dǎo)性、碳紙/碳布的氣體擴(kuò)散性能，以及雙極板的導(dǎo)電性等均是決定單體電池功率密度及效用的關(guān)鍵因素;同時(shí)，單體電池的一致性也決定了電堆的穩(wěn)定性與可靠性。
電堆的性能評(píng)價(jià)包括體積功率密度以及使用壽命等。國(guó)外廠商以豐田、巴拉德和Hydrogenics為典型，研發(fā)歷史悠久，其中巴拉德對(duì)膜電極的研發(fā)已超過40年，國(guó)外電堆整體性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)廠商。國(guó)內(nèi)電堆近年通過自主研發(fā)以及技術(shù)引進(jìn)的方式，正逐步實(shí)現(xiàn)燃料電池電堆的國(guó)產(chǎn)替代。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)電堆產(chǎn)銷的企業(yè)主要存在兩種運(yùn)營(yíng)模式：
一種是以億華通為代表的自主研發(fā)一體化機(jī)構(gòu)。這類公司主要依托自身的研發(fā)平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，不斷產(chǎn)品迭代，自主更新能力強(qiáng)。這類公司前期研發(fā)資金投入可能會(huì)壓縮利潤(rùn)空間，資本營(yíng)運(yùn)壓力較大，但其優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)品成本可控，議價(jià)能力強(qiáng)，依托核心競(jìng)爭(zhēng)力在未來具有更大的放量空間。采用該模式進(jìn)行電堆生產(chǎn)的企業(yè)正實(shí)現(xiàn)由整機(jī)采購(gòu)向關(guān)鍵零部件購(gòu)銷的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換，國(guó)產(chǎn)替代化進(jìn)程將會(huì)顯著降低公司發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品制造成本費(fèi)用。
一種是以國(guó)鴻氫能為代表的技術(shù)引進(jìn)機(jī)構(gòu)。這類公司主要通過與外資企業(yè)簽訂購(gòu)銷協(xié)議，獲取技術(shù)引進(jìn)，在前期具有較大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠搶先占領(lǐng)市場(chǎng)份額。但此類模式的弊端在于技術(shù)保障缺乏，議價(jià)能力較差，容易形成高庫(kù)存量，營(yíng)運(yùn)穩(wěn)定性較差。國(guó)鴻氫能使用巴拉德技術(shù)生產(chǎn)的9SSL電堆在國(guó)內(nèi)市占率較高。
高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)數(shù)據(jù)顯示，電堆成本約占燃料電池系統(tǒng)成本的60%。截至2020年年底，根據(jù)國(guó)鴻氫能和雄韜股份等公司新品發(fā)布會(huì)上的報(bào)價(jià)，國(guó)產(chǎn)電堆面向戰(zhàn)略合作伙伴，最低報(bào)價(jià)已下探至2000元/kW，對(duì)應(yīng)燃料電池系統(tǒng)最低價(jià)格達(dá)到6000元/kW。國(guó)產(chǎn)電堆的規(guī)模化效應(yīng)逐步釋放，將有效降低燃料電池價(jià)格，促進(jìn)燃料電池商用車與乘用車的推廣。
3.2.2、膜電極
2019起開啟膜電極國(guó)產(chǎn)化的元年?，F(xiàn)階段國(guó)外企業(yè)膜電極主要采用全球供貨機(jī)制，產(chǎn)能旺盛，工業(yè)控制水平較為領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)膜電極目前雖未達(dá)到規(guī)模量產(chǎn)程度，但發(fā)展趨勢(shì)顯著。我國(guó)首條膜電極生產(chǎn)線于2017年落成，隨后進(jìn)入高速發(fā)展期。2019年鴻基創(chuàng)能、擎動(dòng)科技、武漢理工氫電以及泰極動(dòng)力國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)線先后正式落成，標(biāo)志著我國(guó)的膜電極領(lǐng)域逐步開啟批量化生產(chǎn)步伐。膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，是燃料電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的場(chǎng)所。膜電極主要由質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層組成。
(1)質(zhì)子交換膜：性能逐步達(dá)標(biāo)，國(guó)產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)
發(fā)生反應(yīng)時(shí)，質(zhì)子交換膜只讓陽(yáng)極失去電子的氫離子透過到達(dá)陰極，但阻止電子、氫分子、水分子等通過，其主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)在于離子交換容量以及吸水率等。目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，復(fù)合膜、高溫膜、堿性膜是未來發(fā)展方向。
我國(guó)電堆質(zhì)子交換膜性能已接近國(guó)際水準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)替代剛剛起步。隨著2020年?yáng)|岳氫能150萬(wàn)平米的產(chǎn)線建設(shè)，以及2021年2月蘇州科潤(rùn)每年100萬(wàn)平米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目產(chǎn)線正式投建，國(guó)產(chǎn)交換膜有望迎來大幅降本空間。東岳集團(tuán)是國(guó)內(nèi)質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，2020年11月已落地每年50萬(wàn)平米產(chǎn)能，是國(guó)內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)。其DMR100燃料電池膜已滿足量產(chǎn)車型需求，并獲得IATF16949驗(yàn)證。此外，科潤(rùn)的質(zhì)子交換膜NEPEM-3015系列配套的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)已通過國(guó)家機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心強(qiáng)檢。盡管其性能仍與國(guó)外廠商有所差距，但其價(jià)格優(yōu)勢(shì)顯著，2021年預(yù)計(jì)會(huì)實(shí)現(xiàn)在燃料電池商業(yè)車上一定量的運(yùn)用。
(2)氣體擴(kuò)散層：國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品處于中試階段
氣體擴(kuò)散層在電池中起到支撐催化劑、收集電流、傳導(dǎo)氣體和跑出反應(yīng)產(chǎn)物的作用，目前以碳纖維紙、碳纖維布的兩種形式存在。氣體擴(kuò)散層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括透氣性、低電阻率、高機(jī)械強(qiáng)度等。碳紙產(chǎn)品由日本東麗、德國(guó)SGL、加拿大巴拉德等幾個(gè)國(guó)際大廠壟斷，國(guó)內(nèi)碳紙也主要是從日本東麗進(jìn)口。
國(guó)內(nèi)研究相對(duì)薄弱，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品尚處于中試、送樣階段。通用氫能從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造工藝和設(shè)備匹配，申請(qǐng)了一系列專利，打通了氣體擴(kuò)散層的整個(gè)生產(chǎn)流程，做到自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化。2020年4月，上海華誼與VIBRANTEPOCHLTD.正式簽署合作框架協(xié)議，在中國(guó)建立“氣體擴(kuò)散層用碳紙/碳布”生產(chǎn)基地。我國(guó)在氣體擴(kuò)散層環(huán)節(jié)涉足較淺，在一段時(shí)間內(nèi)該環(huán)節(jié)成本下降空間相對(duì)有限，僅華誼集團(tuán)、通用氫能等少數(shù)玩家開始入局。
(3)催化劑：載鉑含量逐年遞減，整機(jī)成本有望回落
催化劑可促進(jìn)氧化劑和氫氣的反應(yīng)，使電子離開氫原子。催化劑目前仍依賴鉑碳路線，但鉑資源的匱乏和高成本制約了燃料電池大規(guī)模商業(yè)化。超低鉑、無鉑催化劑是未來研發(fā)方向，用鉑量不斷減少，成本下降空間很大。國(guó)內(nèi)貴研鉑業(yè)、大連化物所研制的催化劑目前處于中試階段。
作為電堆成本占比最高的材料，催化劑對(duì)于活性、穩(wěn)定性以及耐久性有較高要求，而貴金屬鉑(Pt)成為催化劑以及電堆成本居高不下的主要因素。各車企由于技術(shù)稟賦、產(chǎn)品載鉑量具有較大異質(zhì)性，豐田和現(xiàn)代的鉑用量相差值達(dá)到一倍。我國(guó)催化劑量產(chǎn)雖然進(jìn)程較慢，但在系統(tǒng)集成領(lǐng)域，歐陽(yáng)明高院士已明確表示我國(guó)載鉑量已達(dá)到豐田廠商生產(chǎn)水平，若能在產(chǎn)品端進(jìn)一步壓縮催化劑鉑含量，成本下浮空間仍然可觀。
3.2.3、雙極板
雙極板在電堆中起到輸送分配燃料、隔離兩極氣體的作用，主要有石墨雙極板和金屬雙極板兩種技術(shù)路線。目前豐田Mirai采用金屬雙極板路線，因乘用車對(duì)集成度要求高，體積需要盡可能小;國(guó)內(nèi)商用車走石墨雙極板路線，一方面因?yàn)槠涑杀靖?，另一方面使用壽命更長(zhǎng)，更符合商用車需求。雙極板的技術(shù)難點(diǎn)主要在于流道設(shè)計(jì)，對(duì)沖壓工藝、制造精度要求高。
石墨雙極板在反應(yīng)過程中不易被腐蝕，使用壽命較長(zhǎng)。我國(guó)的石墨雙極板企業(yè)已逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，以億華通為例，已通過神力科技完全實(shí)現(xiàn)雙極板自主供應(yīng)。同時(shí)，上海弘楓、嘉裕碳素等自主企業(yè)已逐步進(jìn)入量產(chǎn)階段。
金屬雙極板導(dǎo)電性能優(yōu)異，大幅提升電堆整體的體積功率密度。不少電堆廠商逐漸轉(zhuǎn)向采用金屬板，但其使用壽命尚待考察。國(guó)內(nèi)的金屬板廠商尚處于小規(guī)模生產(chǎn)階段，以上海治臻、上海佑戈等為主。根據(jù)氫能觀察的數(shù)據(jù)，上海治臻在2020年6月投建1000萬(wàn)片/年的產(chǎn)線，2021年3月340萬(wàn)片/年的產(chǎn)能投產(chǎn)，有望迎來較大規(guī)模的金屬雙極板國(guó)產(chǎn)替代。
3.3、供氣系統(tǒng)是燃料電池系統(tǒng)另一重要組成部分
3.3.1、空氣供給系統(tǒng)國(guó)內(nèi)較國(guó)外仍有差距
典型的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)由空氣過濾器、空壓機(jī)、電機(jī)、中冷器、增濕器和膨脹機(jī)等組成。其中，空壓機(jī)由電機(jī)和膨脹機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。根據(jù)電堆的輸出功率，為燃料電池提供所需壓力和干凈空氣。在空氣供應(yīng)系統(tǒng)中，空氣的壓力和流量對(duì)燃料電池系統(tǒng)的性能(能量密度、系統(tǒng)效率、水平衡和熱損失)、成本和電堆的尺寸等有很大的影響。高壓燃料電池系統(tǒng)不僅能提高電堆的效率和功率密度，同時(shí)還能夠改善系統(tǒng)的水平衡。
車用燃料電池空壓機(jī)與傳統(tǒng)空壓機(jī)的區(qū)別在于燃料電池空壓機(jī)不能有油，防止污染催化劑。另外整個(gè)反應(yīng)裝置對(duì)壓力波動(dòng)有嚴(yán)格要求，所以葉片設(shè)計(jì)難度也高。目前空壓機(jī)主流有兩條路線：離心式和雙螺桿式。(1)離心式噪音小、壽命短、工藝復(fù)雜、成本較高適合乘用車;(2)雙螺旋桿式噪音大、體積大適合商用車。國(guó)內(nèi)空壓機(jī)與國(guó)外技術(shù)差距較大，價(jià)格相對(duì)有優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)主要企業(yè)為廣順、愛德曼、上海重塑科技，另外雪人股份也在做相關(guān)研發(fā)。
3.3.2、氫氣供給系統(tǒng)：研發(fā)成本高、價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)企業(yè)相對(duì)薄弱
氫氣供給系統(tǒng)由瓶口閥、過流閥、過濾器、減壓閥、泄壓閥、截止閥、氣水分離器、氫氣循環(huán)泵及管路和接頭組成，根據(jù)系統(tǒng)需求不同還配有單向閥、阻火器和噴射器等。氫氣循環(huán)泵作為氫氣循環(huán)動(dòng)力提供部件，需要在密封要求很高的情況下提供足夠流量。國(guó)內(nèi)企業(yè)目前參與氫氣循環(huán)泵較少，雪人股份在研發(fā)進(jìn)程中。
3.3.3、儲(chǔ)氫瓶：國(guó)內(nèi)常用的儲(chǔ)氫瓶壓力35MPa低于國(guó)際通用的70MPa
國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫瓶整體技術(shù)水平有待提高。受制于車載儲(chǔ)氫瓶碳纖維等原材料依賴進(jìn)口、技術(shù)成本居高不下等影響，目前我國(guó)廣泛使用的車載儲(chǔ)氫瓶仍為35MPaⅢ型瓶，與國(guó)際市場(chǎng)中更為普遍使用的70MPaⅢ型瓶相比，其儲(chǔ)氫效率相對(duì)較低，應(yīng)用瓶頸較為明顯。盡管國(guó)內(nèi)70MPa儲(chǔ)氫技術(shù)已在不斷推進(jìn)，但要實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，仍有諸多問題需要解決，主要矛盾則是仍高度依賴進(jìn)口的碳纖維等關(guān)鍵原材料。一直以來，碳纖維纏繞復(fù)合材料儲(chǔ)氫氣瓶都是氫能儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域的重要技術(shù)，但多年以來這一技術(shù)為美國(guó)、日本等國(guó)壟斷。近年來，包括上海石化、中復(fù)神鷹等制造企業(yè)已開啟碳纖維國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程，盡管國(guó)產(chǎn)碳纖維市場(chǎng)占比在不斷提升，但產(chǎn)品整體質(zhì)量穩(wěn)定性仍需提升，儲(chǔ)氫領(lǐng)域所需的碳纖維目前仍高度依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)目前制備儲(chǔ)氫瓶的企業(yè)相對(duì)較多，包含京城股份、中材科技、富瑞氫能等。
4、下游應(yīng)用：重點(diǎn)關(guān)注燃料電池汽車的推廣和應(yīng)用
4.1、燃料電池需求綜述
交通運(yùn)輸是燃料電池最主要的應(yīng)用。燃料電池可用在交通運(yùn)輸、固定領(lǐng)域、便攜式電子和航空航天等領(lǐng)域。根據(jù)日本FujiKeizai預(yù)測(cè)，2025年全球燃料電池市場(chǎng)中燃料電池汽車市場(chǎng)規(guī)模有望超過50%，下文將就交通運(yùn)輸領(lǐng)域展開進(jìn)行重點(diǎn)分析，并在綜述部分簡(jiǎn)要介紹固定式領(lǐng)域和便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用。
固定式領(lǐng)域用途廣闊，市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)。固定式燃料電池技術(shù)包括MCPC、SOFC、PAFC和PEMFC。主要用于各種固定位置的電力供應(yīng)，包括發(fā)電站、樓宇、工程等領(lǐng)域的大型首要電源、備用電源，用于家庭住宅和商業(yè)的微型熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，以及電訊塔的首要或備用電源等。
便攜式領(lǐng)域目前市場(chǎng)滲透率不高。燃料電池在便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括燃料電池盒、燃料電池玩具，以及小型燃料電池充電器等。在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，燃料電池在微型外部電池充電器上的應(yīng)用發(fā)展迅速，在消費(fèi)電子產(chǎn)品中也有應(yīng)用前景。
4.2、燃料電池汽車市場(chǎng)尚未打開，靜待政策落地
4.2.1、國(guó)家對(duì)燃料電池汽車的補(bǔ)貼政策更精準(zhǔn)
燃料電池補(bǔ)貼政策仍保持高標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)政府吸取鋰電池行業(yè)發(fā)展初期補(bǔ)貼申請(qǐng)的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將補(bǔ)貼方式調(diào)整為選擇一部分城市圍繞燃料電池汽車關(guān)鍵零部件核心技術(shù)攻關(guān)，開展燃料電池產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用，在為期4年的示范期內(nèi)，中央財(cái)政將按照結(jié)果導(dǎo)向，采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方式對(duì)示范城市給予獎(jiǎng)勵(lì)，支持地方組織企業(yè)開展新技術(shù)研發(fā)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化、人才引進(jìn)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)以及新技術(shù)在燃料電池汽車上的示范應(yīng)用等。
4.2.2、應(yīng)用場(chǎng)景：燃料電池商用車率先商業(yè)應(yīng)用
燃料電池商用車率先商業(yè)應(yīng)用。未來鋰電與燃料電池不會(huì)是替代關(guān)系，而是互補(bǔ)關(guān)系。歐陽(yáng)明高院士曾在2018年6月提出：“鋰離子電池更適合替代汽油機(jī)，氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機(jī)”。原因：(1)氫氣運(yùn)輸成本高，加氫站投資成本也比較大，因此固定路線的車輛在應(yīng)用中更有優(yōu)勢(shì);(2)客車系統(tǒng)集成難度相對(duì)較低一些，目前國(guó)內(nèi)主流客車企業(yè)都有燃料電池客車的布局，并且部分企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)正式交付運(yùn)營(yíng)。乘用車的系統(tǒng)集成難度更高，但單車功率不太大，相比重卡車或者大型公交車，搭載燃料電池系統(tǒng)的乘用車經(jīng)濟(jì)性不具備優(yōu)勢(shì);(3)從邊際成本的角度考慮，電動(dòng)汽車構(gòu)造簡(jiǎn)單，提升鋰電池車的續(xù)航和載重需要加裝電池，考慮鋰電自重，其邊際成本遞增;燃料電池系統(tǒng)復(fù)雜，提高續(xù)航僅需增加儲(chǔ)氫容量即可，邊際成本遞減。因此鋰電池更適合乘用車領(lǐng)域，燃料電池系統(tǒng)適合有重載、長(zhǎng)續(xù)航要求的商用車。
4.2.3、燃料電池汽車較鋰電池汽車的環(huán)保性更佳
氫燃料電池目前成本達(dá)不到民用可接受的水平，國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟度有很大的提升空間，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈正在布局過程當(dāng)中。相比之下鋰電技術(shù)已逐步成熟，電池的成本在規(guī)?；?yīng)下顯著下降。
4.2.4、從經(jīng)濟(jì)性角度考慮目前燃料電池汽車較油車和電車不占優(yōu)勢(shì)
氫燃料電池車目前在購(gòu)置成本和使用成本上不占優(yōu)勢(shì)。同樣的B級(jí)車，油車的購(gòu)置成本最低，電動(dòng)公交車的運(yùn)營(yíng)成本最低，氫燃料電池汽車在這兩方面目前均不占優(yōu)勢(shì)。未來隨著應(yīng)用量提升，氫能源實(shí)現(xiàn)一定量的規(guī)?；?yīng)，整車成本以及氫氣成本均有望顯著下降。
氫能源商用車率先在國(guó)內(nèi)打開應(yīng)用市場(chǎng)?；趪?guó)家政策支持，氫能源商用車在國(guó)內(nèi)率先打開市場(chǎng)，但比較可知?dú)淙剂想姵仄嚨馁?gòu)置成本是電動(dòng)公交車或柴油公交車的2倍以上，目前經(jīng)濟(jì)性角度競(jìng)爭(zhēng)力有待提升。
4.3、燃料電池應(yīng)用空間打開的核心因素
4.3.1、各方靜待國(guó)家層面的補(bǔ)貼政策落地
補(bǔ)貼政策尚未完全落地，下游需求遞延。2021年4月9日，中汽協(xié)公布最新數(shù)據(jù)顯示，3月燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成45輛和59輛，2021年1-3月，燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成104輛和150輛，同比分別下降43.2%和27.5%。
基于目前處于整個(gè)全行業(yè)發(fā)展初期，終端需求量有限，導(dǎo)致各項(xiàng)上游、中游生產(chǎn)不具備規(guī)模效應(yīng)，目前氫能源商業(yè)化成本較高，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮下游領(lǐng)域尤其是私營(yíng)企業(yè)或個(gè)人消費(fèi)者能接受的程度較低，企業(yè)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中容易出現(xiàn)入不敷出，持續(xù)虧損的局面，因此政府補(bǔ)貼有望引領(lǐng)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈邁向成熟。
國(guó)家出臺(tái)的以獎(jiǎng)代補(bǔ)政策并劃定五個(gè)示范發(fā)展區(qū)域，初步判斷北京、上海、廣東、河北、河南五個(gè)區(qū)域?qū)⒊浞质芤嬗趪?guó)家補(bǔ)貼率先發(fā)展，發(fā)展階段有望顯著領(lǐng)先未入圍的省份。具體政策有待落地。
4.3.2、各環(huán)節(jié)技術(shù)成熟度、規(guī)?；蟪杀鞠陆档目臻g
技術(shù)成熟度進(jìn)步、規(guī)?；c成本下降三者是相輔相成，相互息息相關(guān)的關(guān)聯(lián)因素。以鋰電為例，電車發(fā)展初期技術(shù)不夠成熟，下游銷量少，企業(yè)生產(chǎn)無法滿足規(guī)模效應(yīng)，電池成本居高不下，最終限制了電車推廣應(yīng)用，這是負(fù)向傳導(dǎo)的機(jī)制。如果隨著技術(shù)成熟，需求提升，規(guī)?；瘽M足后成本將有很大的下降空間，整個(gè)市場(chǎng)空間有望徹底打開。
4.3.3、消費(fèi)者對(duì)燃料電池汽車認(rèn)可度的本質(zhì)提升
終端消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)可是行業(yè)發(fā)展的根基。同樣以電車為例，諸多司機(jī)在2019年以前對(duì)電車保持懷疑、謹(jǐn)慎、保守的態(tài)度，伴隨特斯拉的崛起、整個(gè)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的成熟、成本下降以及國(guó)產(chǎn)造車新勢(shì)力紛紛推出自己的作品，越來越多的國(guó)內(nèi)車主認(rèn)可、接受電車，電車的市場(chǎng)滲透率顯著提升。目前氫能源燃料電池汽車更多是商用車推廣階段，未來需得到更多私營(yíng)企業(yè)或是普通消費(fèi)者的認(rèn)可，全行業(yè)才有望真正的完成從0到1的跨越。
4.4、氫氣是工業(yè)生產(chǎn)中的重要原材料
4.4.1、半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)氫氣的純度要求高
在大規(guī)模、超大規(guī)模和兆位級(jí)集成電路制造過程中,需用高純氫、特高純氫作為配制4/2、3/2、26/2等混合外延、摻雜氣的底氣。半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)底氣純度要求極高,微量雜質(zhì)“摻入”就會(huì)改變半導(dǎo)體表面特性。在電真空材料和器件例如鎢和鉬的生產(chǎn)過程中,用氫氣還原氧化物得到粉末,再加工制成線材和帶材。氫氣純度越高,特別是水含量越低,還原溫度就越低，所得鎢、鉬粉末粒度就越細(xì)。
4.4.2、非晶硅與太陽(yáng)電池亦需要高純氫氣
目前,高效a-Si太陽(yáng)電池均采用射頻輝光放電法制造,沉積大面積、高質(zhì)量、均勻的a-Si膜是a-Si太陽(yáng)電池的關(guān)鍵工序。Pin結(jié)太陽(yáng)電池在沉積i層時(shí)采用氫與硅烷的混合氣。對(duì)氫氣純度要求高,一般為5N以上。
4.4.3、氫氣用于生產(chǎn)石英光纖
石英光纖的制造主要包括玻璃體預(yù)制棒制備及拉絲兩道工序，在制棒工藝中采用氫氧焰加熱(1200～1500Ⅲ),經(jīng)沉積,可獲得所需沉積層厚度，再經(jīng)燒灼，制成光纖預(yù)制棒。對(duì)氫氧焰氣體要求無固體粒子，否則棒上會(huì)有黑斑產(chǎn)生。對(duì)氫氣純度及潔凈度均有一定要求。
4.4.4、石化工業(yè)中加入氫氣可以除掉有害化合物
在煉制工業(yè)中，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫，精柴油加氫脫硫，改善飛機(jī)燃料油的的無煙火焰高度，燃料油加氫脫硫,加氫裂化;在石油化工領(lǐng)域,氫氣主要用于C3餾份加氫，汽油加氫，C6～C8餾份加氫脫烷基,生產(chǎn)環(huán)己烷。加氫精制的目的是除掉有害化合物，例如硫化氫、硫醇、總硫、水、含氮化合物、芳香烴、酚類、環(huán)烷酸、炔烴、烯烴、金屬和準(zhǔn)金屬等。催化重整原料的加氫精制目的是除去石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質(zhì)。加氫裂化是在氫氣存在條件下進(jìn)行的催化過程,反應(yīng)主要特征是C-C鍵的斷裂。所用氫量大，壓力高，空速低。選擇性加氫主要用于高溫裂解產(chǎn)物。
4.4.5、氫氣在浮法玻璃生產(chǎn)中防止錫液被氧化
在浮法玻璃成形設(shè)備(即錫槽)中裝有熔融的錫液,600～1000Ⅲ的錫液極易被氧化，生成氧化錫，以致玻璃沾錫又增加了錫耗。因此，需將錫槽密封，并連續(xù)地送入純凈的氮、氫混合氣，維持錫槽內(nèi)微正壓與還原氣氛，保護(hù)錫液不被氧化。保護(hù)氣體中氮、氫氣量比為10:1,要求含氧量不高于(5～10)×106，露點(diǎn)-60Ⅲ以下。
4.4.6、氫氣在冶金工業(yè)中作為還原劑或金屬高溫加工的保護(hù)氣
在冶金工業(yè)中，氫可用作還原劑將金屬氧化物還原成金屬，或可用作金屬高溫加工時(shí)的保護(hù)氣。氫氣還可用于還原若干種金屬氧化物來制備純金屬。除此之外，在高溫鍛壓一些金屬器材時(shí)有時(shí)用氫氣作保護(hù)氣，以保護(hù)表面不被氧化。
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精選報(bào)告來源：【未來智庫(kù)官網(wǎng)】。
1、國(guó)內(nèi)外紛紛出臺(tái)政策支持氫能源發(fā)展
1.1、全球碳中和框架下氫能源有廣闊的應(yīng)用空間
1.1.1、氫氣是高效環(huán)保的清潔能源
氫是宇宙中分布最廣泛的元素，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。氣態(tài)形式的氫氣可從水、化石燃料等含氫物質(zhì)中制取，并通過物理與化學(xué)變化過程存儲(chǔ)或釋放能量，是重要的工業(yè)原料和能源載體，可用于儲(chǔ)能、交通、石化、冶金等領(lǐng)域。
氫能是高效環(huán)保的二次能源，能量密度與相對(duì)安全性高于其他燃料。其能量密度高，是汽油的3倍有余;其使用裝置的使用效率高，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的2倍;其反應(yīng)產(chǎn)物是水，排放產(chǎn)物絕對(duì)干凈，沒有污染物以及溫室氣體排放;安全性相對(duì)可控，引爆條件比汽油更為嚴(yán)苛;其物質(zhì)儲(chǔ)備豐富，未來氫能的制取存在更多可能性。
在全球碳中和的框架下，氫能的環(huán)保性以及可再生性，使其具有舉足輕重的作用。鑒于其種種優(yōu)勢(shì)，在新能源體系下，氫能被視為與電能相互補(bǔ)的優(yōu)質(zhì)二次能源，目前的分布式能源中，已形成“風(fēng)光發(fā)電-多余電量電解水制氫-氫氣儲(chǔ)存-利用燃料電池發(fā)電”較為完整的能源轉(zhuǎn)換鏈條，氫作為能量?jī)?chǔ)存的載體形式，有效減少了偏遠(yuǎn)地區(qū)棄風(fēng)棄光的現(xiàn)象。
1.1.2、發(fā)展氫能源能夠改善能源結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展
打造多元能源結(jié)構(gòu)體系，降低對(duì)外油氣依存度?；茉丛诘厍騼?chǔ)備有限，2020年我國(guó)煤炭、石油、天然氣在能源消費(fèi)中分別占比56.7%、19.1%、8.5%。特別地，我國(guó)是油氣進(jìn)口大國(guó)，石油與天然氣對(duì)外依存度達(dá)73%、43%，因此需在上述化石能源之外，尋找新的能源保障。同時(shí)，當(dāng)某種能源受到限制時(shí)，氫能可以快速作為補(bǔ)充，因此打造可再生能源多元化的供應(yīng)體系勢(shì)在必行。
促進(jìn)風(fēng)光裝機(jī)，助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。當(dāng)前約有28個(gè)國(guó)家提出碳中和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，中國(guó)在2020年9月的第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上進(jìn)一步明確2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。氫能源作為能源儲(chǔ)存的一種方式，通過增強(qiáng)對(duì)風(fēng)光發(fā)電的消納能力，有效減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，促進(jìn)光伏與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并間接地減少溫室氣體與污染物排放。
帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)，提供經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)強(qiáng)勁動(dòng)力。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，發(fā)展氫能涉及能源、化工、交通等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。新興的產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)會(huì)能夠通過拓展全新的賽道，實(shí)現(xiàn)相關(guān)行業(yè)發(fā)展的彎道超車，促進(jìn)我國(guó)可再生能源、新能源汽車、工業(yè)還原技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展。
1.2、我國(guó)氫能源處于從零到一突破的關(guān)鍵期，政策支持力度大
氫能源作為新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展速度很大程度上取決于政府的支持力度。一方面是加氫基礎(chǔ)設(shè)施的批建，足量的氫氣配套是推廣氫能使用的基礎(chǔ)條件;另一方面是政府對(duì)核心零部件及燃料電池整車的補(bǔ)貼支持，真正掌握核心技術(shù)的企業(yè)需要大量的時(shí)間與資金以支撐其技術(shù)變革和規(guī)?；a(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)成本降低。
中國(guó)自2001年起確立了“863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)”項(xiàng)目，確定了三縱三橫戰(zhàn)略，以純電動(dòng)、混動(dòng)和燃料電池汽車為三縱，以多能源動(dòng)力總成控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力蓄電池為三橫。隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸成熟，中國(guó)在燃料電池領(lǐng)域的規(guī)劃綱要和戰(zhàn)略定調(diào)已經(jīng)出現(xiàn)苗頭，支持力度逐漸加大。
各地政府積極出臺(tái)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的補(bǔ)貼政策。地方政策出臺(tái)較多的區(qū)域主要集中在北京、上海、廣東、河北、山東等區(qū)域，主要聚焦在氫燃料汽車(主要為城市公交大巴車和物流車)的推廣、燃料電池核心技術(shù)研發(fā)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及氫能示范城區(qū)的打造。
我國(guó)目前的燃料電池補(bǔ)貼政策是以獎(jiǎng)代補(bǔ)。隨著燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)正在實(shí)施各種財(cái)政政策補(bǔ)貼扶持燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展。2020年9月起，我國(guó)對(duì)氫燃料電池汽車開始為期4年的“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”政策，對(duì)入圍示范的城市群，按照其目標(biāo)完成情況撥付獎(jiǎng)勵(lì)資金。具體而言，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)補(bǔ)貼領(lǐng)域：燃料電池汽車的推廣+氫能供應(yīng)，利好燃料電池核心零部件國(guó)產(chǎn)化。燃料電池汽車推廣方面，除了對(duì)整車進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)對(duì)國(guó)產(chǎn)的電堆、膜電極、質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑等燃料電池關(guān)鍵核心零部件環(huán)節(jié)進(jìn)行積分獎(jiǎng)勵(lì)，促進(jìn)零部件的國(guó)產(chǎn)化替代。氫能供應(yīng)方面，主要對(duì)車用氫氣實(shí)際加注量給予積分獎(jiǎng)勵(lì)，其中，綠氫的補(bǔ)貼額高于灰氫。
(2)補(bǔ)貼方式：“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”而非大面積補(bǔ)貼。氫燃料電池汽車的補(bǔ)貼將由面向全國(guó)大范圍式的購(gòu)置補(bǔ)貼方式，轉(zhuǎn)為面向入圍城市群的燃料電池汽車商用補(bǔ)貼。同時(shí)，補(bǔ)貼需項(xiàng)目完成并達(dá)標(biāo)后，經(jīng)專家評(píng)審?fù)ㄟ^，對(duì)示范城市予以獎(jiǎng)勵(lì)。
(3)補(bǔ)貼額度：對(duì)入選城市群，每個(gè)城市群最多獲17億獎(jiǎng)勵(lì)。補(bǔ)貼采用積分制，對(duì)獲批的城市群組，燃料電池汽車的商業(yè)應(yīng)用補(bǔ)貼上限為15億元，氫能供應(yīng)補(bǔ)貼上限為2億元。加氫站建設(shè)沒有補(bǔ)貼，避免過去出現(xiàn)的建設(shè)充電站沒車充電的情況。
1.3、國(guó)際上美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家氫能源產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟
燃料電池技術(shù)突破以及環(huán)保要求共同促進(jìn)全球加速氫能源發(fā)展步伐。近年來，燃料電池技術(shù)取得了重大突破性進(jìn)展，氫能產(chǎn)業(yè)下游的應(yīng)用潛力逐漸被開發(fā)。同時(shí)，全球氣候壓力增大，世界正逐步失去《巴黎協(xié)定》的溫控目標(biāo)機(jī)會(huì)，各國(guó)加大了低碳和綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的步伐。發(fā)展氫能成為世界各主要國(guó)家的共識(shí)，目前氫經(jīng)濟(jì)的全球布局已經(jīng)初步展開。
1.3.1、歐盟對(duì)碳排放要求嚴(yán)格，歐洲工業(yè)巨頭在氫能源積累較深
歐洲在氫能產(chǎn)業(yè)化推廣過程中，強(qiáng)調(diào)氫能在工業(yè)和交通中的脫碳作用，作為低碳發(fā)展的保障。2019年發(fā)布《歐洲氫能路線圖》，計(jì)劃2050年氫能可占?xì)W洲能源需求的24%。
德國(guó)的龍頭企業(yè)帶動(dòng)全國(guó)氫能網(wǎng)絡(luò)加速布局。道達(dá)爾液化空氣等龍頭企業(yè)共同推進(jìn)的氫能源商用化，在德國(guó)加快建設(shè)氫能網(wǎng)絡(luò)。
法國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)較好，致力于成為全球氫能經(jīng)濟(jì)的重要參與者，法國(guó)液空、法國(guó)燃?xì)饧瘓F(tuán)、阿爾斯通等均在氫能源產(chǎn)業(yè)中有所建樹。
荷蘭具有完備的物流基礎(chǔ)設(shè)施，正在積極借助風(fēng)能發(fā)展綠氫。
2020年歐盟委員會(huì)發(fā)布了《歐盟能源系統(tǒng)整合策略》和《歐盟氫能戰(zhàn)略》，意在為歐盟設(shè)置新的清潔能源投資議程，以達(dá)成在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，同時(shí)刺激相關(guān)就業(yè)，進(jìn)一步刺激歐盟在后疫情時(shí)代的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇。其中《歐洲氫能戰(zhàn)略》將綠氫作為未來發(fā)展重點(diǎn)對(duì)象(主要依靠風(fēng)能，太陽(yáng)能生產(chǎn)氫)，制定了三階段發(fā)展目標(biāo)：第一階段為2020-2024年，在歐盟境內(nèi)建成裝機(jī)容量6GW的電解槽,可再生氫年產(chǎn)量超過100萬(wàn)噸，第二階段2024-2030年，電解槽容量提升到40GW以上，可再生氫能源年產(chǎn)量可達(dá)到1000萬(wàn)噸，第三階段2030-2050年，重點(diǎn)是氫能在能源密集產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，典型代表是鋼鐵和物流行業(yè)。
1.3.2、美國(guó)氫能源發(fā)展起步早，加氫站利用率高
美國(guó)是最早將氫能納入能源戰(zhàn)略的國(guó)家。早在1970年就提出了“氫經(jīng)濟(jì)”概念。2002年，美國(guó)發(fā)布《國(guó)家氫能發(fā)展戰(zhàn)略》，標(biāo)志著美國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)從構(gòu)想轉(zhuǎn)入行動(dòng)階段，此后美國(guó)陸續(xù)出臺(tái)《氫能技術(shù)研究與開發(fā)行動(dòng)計(jì)劃》、《氫立場(chǎng)計(jì)劃》、《氫與燃料項(xiàng)目計(jì)劃》等。2003年，以美國(guó)為首成立了氫能與燃料電池國(guó)際伙伴關(guān)系，并簡(jiǎn)歷全球“氫安全委員會(huì)”，設(shè)立氫安全知識(shí)工具平臺(tái)，旨在多方位引領(lǐng)全球氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。自2004年以來，美國(guó)能源部平均每年投資氫能產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目超過1.2億美元，通過一系列項(xiàng)目布局和持續(xù)投資，奠定了氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的全球優(yōu)勢(shì)地位。2019年，美國(guó)氫能與燃料電池協(xié)會(huì)發(fā)布《氫經(jīng)濟(jì)路線圖》，重申美國(guó)將繼續(xù)保持氫能領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢(shì)地位;擬在交通、分布式發(fā)電、家用熱電聯(lián)產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)大氫能在美國(guó)的規(guī)?；瘧?yīng)用;提出2030年達(dá)到530萬(wàn)輛燃料電池車和5600個(gè)加氫站的目標(biāo)。
美國(guó)氫燃料電池市場(chǎng)和加氫站利用率等方面世界領(lǐng)先。普拉格能源基本壟斷了全球氫燃料電池叉車的市場(chǎng)。截至2020年底，美國(guó)在運(yùn)營(yíng)的加氫站49座，截至2020年底美國(guó)燃料電池汽車保有量接近9000臺(tái)，平均每座加氫站服務(wù)汽車接近180輛，加氫站利用率高。未來5年內(nèi)，美國(guó)能源部計(jì)劃投資1億美元支持由美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo)的氫能和燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)研究。
1.3.3、日本是目前全球氫能源應(yīng)用開發(fā)最全面和最堅(jiān)定的國(guó)家
早在20世紀(jì)70年代就開始?xì)淙剂想姵丶夹g(shù)探索。2014年在《能源基本計(jì)劃》中將氫能定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，并提出建設(shè)“氫能社會(huì)”的愿景。先后發(fā)布《日本再?gòu)?fù)興計(jì)劃》、《能源基本計(jì)劃》、《氫能基本戰(zhàn)略》等相關(guān)文件，規(guī)劃了實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)戰(zhàn)略的技術(shù)路線，建立了全球領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)技術(shù)和能力儲(chǔ)備。氫能應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，涉及交通、家庭供電以及工業(yè)原料。
根據(jù)海外H2stations網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年底，日本在運(yùn)營(yíng)的加氫站約142座，燃料電池汽車保有量約4000輛，每座加氫站服務(wù)車輛約30輛。
豐田、本田等企業(yè)主導(dǎo)推動(dòng)日本氫燃料電池汽車的發(fā)展，根據(jù)豐田2020年財(cái)報(bào)，截至2021年3月，豐田Mirai的銷量累計(jì)為13963輛，主要銷往美國(guó)加州。
為了保證本土氫能供應(yīng)，日本正在推進(jìn)日本-文萊天然氣制氫、日本-澳大利亞褐煤治氫的海外船舶輸氫項(xiàng)目，并于2020年2月完成福島10MW級(jí)制氫裝置的試運(yùn)營(yíng)，是目前全球最大的光伏制氫裝置。
2017年日本公布了《基本氫能戰(zhàn)略》，2019年日本公布了《氫能利用戰(zhàn)略》?！痘練淠軕?zhàn)略》預(yù)計(jì)2025年將發(fā)電成本降低至低壓25日元/kWh,高壓17日元/kWh;預(yù)計(jì)至2025年建設(shè)加氫站320座，燃料電池轎車20萬(wàn)輛，與混合動(dòng)力轎車的價(jià)格相當(dāng)，氫燃料電池公交車價(jià)格減半?！痘練淠軕?zhàn)略》中預(yù)計(jì)2050年實(shí)現(xiàn)氫氣供應(yīng)能力500-1000萬(wàn)噸/年并主要用于氫能發(fā)電，氫氣的供應(yīng)成本聚集降至20日元/Nm^3，預(yù)計(jì)在2050年用氫能發(fā)電取代天然氣發(fā)電，并將發(fā)電成本降至12日元/KWh，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)加氫站取代加氣站，燃料電池汽車取代傳統(tǒng)汽油燃料車，引入大型燃料電池車;同時(shí)實(shí)現(xiàn)家用熱電聯(lián)供燃料電池系統(tǒng)取代傳統(tǒng)居民的能源系統(tǒng)。
1.3.4、韓國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
2008年以來，韓國(guó)政府先后實(shí)施“綠色氫城市示范等項(xiàng)目”，以綠色低碳城市發(fā)展戰(zhàn)略推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。韓國(guó)先進(jìn)的氫燃料汽車和燃料電池相關(guān)技術(shù)，其發(fā)展戰(zhàn)略是以氫能產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用推動(dòng)上游和中游研發(fā)。
韓國(guó)與沙特、挪威、澳大利亞、新西蘭簽署合作協(xié)議共同開發(fā)制氫項(xiàng)目。確定安山、蔚山、完州和全州作為“氫能經(jīng)濟(jì)示范城市"試點(diǎn)。2019年新建加氫站20座，累計(jì)投運(yùn)34座，由斗山主導(dǎo)建設(shè)的"昌源國(guó)家產(chǎn)業(yè)園業(yè)氫示范項(xiàng)目"將于2022年底完工，投產(chǎn)后預(yù)計(jì)液氫產(chǎn)能將達(dá)到5噸/天。
2019年韓國(guó)工信部門聯(lián)合其他部門發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展線路圖》，提出在2030年進(jìn)入氫能社會(huì)，率先成為世界氫經(jīng)濟(jì)領(lǐng)導(dǎo)者，計(jì)劃2040年氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)量增至620萬(wàn)輛，加氫站增至1200個(gè)，燃料電池產(chǎn)能擴(kuò)大到15GW,氫氣價(jià)格約為3000韓元/kg(約17.6元/公斤)。韓國(guó)計(jì)劃五年內(nèi)投資2.6萬(wàn)億韓元(約152億元人民幣)，加大氫燃料電池汽車的推廣和普及。
2、氫氣全產(chǎn)業(yè)鏈正在加緊布局建設(shè)
2.1、氫氣制取：石化制氫是目前主流，清潔能源制氫是未來趨勢(shì)
現(xiàn)階段化石燃料制氫仍是主流路線，電解水基于成本高目前占比較少。在制氫產(chǎn)業(yè)方面，根據(jù)HydrogenFromRenewablePower數(shù)據(jù)資料，全球的氫氣產(chǎn)量將近上億噸，有96%來自于化石燃料，其中48%來自于化石燃料的裂解，30%來自于醇類裂解，18%來自于焦?fàn)t氣，電解水占比4%左右，占比小的主要原因在于電解水制氫成本很高，是化石燃料的2倍多。
清潔能源制氫是未來趨勢(shì)。電解水制氫技術(shù)能夠適應(yīng)風(fēng)-光-水等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)不連續(xù)、不穩(wěn)定的供電缺陷，降低電解水制氫成本，延長(zhǎng)使用壽命，促進(jìn)分布式能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展;風(fēng)-光-水等可再生能源通過制氫、用氫的過程，將能量進(jìn)行存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換，使能量對(duì)用戶的供應(yīng)過程變得更加便捷靈活。因此，利用可再生能源電解水制氫技術(shù)的興起是必然的，同時(shí)也是未來的必由之路。
2.1.1、石化資源制氫仍是目前氫氣主要來源
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初衷是基于氫的清潔屬性，目前96%的氫是通過化石燃料制取，技術(shù)成熟，成本最低，但是伴隨著大量2排放，有悖于氫的清潔屬性。根據(jù)文章《氫在能源轉(zhuǎn)型變革中的潛在優(yōu)勢(shì)分析》中測(cè)算，煤炭、石油、天然氣制氫的碳排放強(qiáng)度分別為19t2/t2，12t2/t2和10t2/t2。目前世界上有130個(gè)在役煤制氫工程項(xiàng)目，其中超過80%在我國(guó)。而在國(guó)際上，天然氣制氫是主流制氫方式。因此，我國(guó)在化石燃料制氫方面的碳排放強(qiáng)度更高，減排壓力更大。
由于我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量高、風(fēng)光等可再生資源豐富，“化石燃料+CCUS”和“可再生能源+電解水”將會(huì)成為清潔高效的制氫技術(shù)選擇。我國(guó)CCUS產(chǎn)業(yè)技術(shù)經(jīng)過十余年發(fā)展已經(jīng)取得較大進(jìn)步，但在技術(shù)推廣方面仍然存在諸多瓶頸，經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境安全性也面臨著挑戰(zhàn)。“可再生能源+電解水”制氫技術(shù)已經(jīng)達(dá)到可以支撐商業(yè)化的程度，目前主要的技術(shù)突破點(diǎn)在于PEM電解槽電解效率、壽命的提升，以及可再生能源發(fā)電成本的下降。近年來，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的快速發(fā)展，加速推動(dòng)了可再生能源發(fā)電成本大幅降低，電解水制氫成本已經(jīng)接近傳統(tǒng)化石燃料制氫成本。
我國(guó)煤化工行業(yè)相對(duì)成熟，基于當(dāng)前的煤氣化爐裝置生產(chǎn)氫氣，并利用變壓吸附(PSA)技術(shù)將其提純到燃料電池用氫要求。煤制氫需要大型氣化設(shè)備，一次裝置投資價(jià)格高，單位投資成本在1-1.7萬(wàn)元/(3/h)之間。只有規(guī)模化生產(chǎn)才能降低成本，因此煤制氫不適合分布式制氫，適合中央工廠集中制氫。
2.1.2、龍頭企業(yè)布局，可再生能源制氫是未來趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)布局可再生能源制氫?？稍偕茉粗茪浼夹g(shù)是將可再生能源通過風(fēng)機(jī)、太陽(yáng)能電池、水泵等發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換成電能，電能通過電解水制氫設(shè)備轉(zhuǎn)換成氫氣，將氫氣輸送至氫氣應(yīng)用終端或經(jīng)燃料電池并入電網(wǎng)中，完成從可再生能源到氫能的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)電能來源的不同，可將可再生能源制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型制氫和離網(wǎng)型制氫兩種。并網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風(fēng)光耦合系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)取電，進(jìn)行電解水制氫，主要應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)光耦合系統(tǒng)的消納和儲(chǔ)能。離網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的電能，不經(jīng)過電網(wǎng)直接提供給電解水制氫設(shè)備進(jìn)行制氫，主要應(yīng)用于分布式制氫或局部燃料電池發(fā)電供能。基于風(fēng)電場(chǎng)、光伏站、水電站等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，結(jié)合制氫技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建立可再生能源多能互補(bǔ)制氫系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個(gè)制氫系統(tǒng)包括可再生能源發(fā)電機(jī)組、電解水制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、輸運(yùn)系統(tǒng)、燃料電池、電網(wǎng)等。
可再生能源制氫技術(shù)主要包含電-氫轉(zhuǎn)換和氫氣儲(chǔ)運(yùn)兩大關(guān)鍵技術(shù)。電-氫轉(zhuǎn)換示意圖中左側(cè)電解水裝置消耗電能產(chǎn)生氫氣，實(shí)現(xiàn)電能向氫能的轉(zhuǎn)換，右側(cè)燃料電池或熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組利用氫氣產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)氫能向電能的轉(zhuǎn)換。制氫技術(shù)的制約因素在于降低成本、提高能效、大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)搭建等方面。
電費(fèi)成本是目前光伏制氫總成本的主要構(gòu)成。以目前的價(jià)格初步測(cè)算，0.5元/kWh的電價(jià)下，堿性電解水和PEM電解水制氫的成本分別為28元/KG和37元/KG，其中電費(fèi)是制氫成本中的主要構(gòu)成。
2.2、儲(chǔ)運(yùn)：目前主要通過高壓氣態(tài)的形式
高壓氣態(tài)是目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)運(yùn)最主要的方式。儲(chǔ)氫技術(shù)目前主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫等，氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)成熟，成本低但密度低，體積比容量小，相比之下液態(tài)和固態(tài)儲(chǔ)氫前期成本較高。運(yùn)氫技術(shù)主要有長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸、液氫槽車運(yùn)輸、管道運(yùn)輸?shù)?，氣態(tài)管束車運(yùn)輸是目前國(guó)內(nèi)最主流的方式，若氫氣大規(guī)模應(yīng)用，隨著規(guī)模效應(yīng)有效降低成本，液氫槽車運(yùn)輸和管道運(yùn)輸有望鋪開。儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)也是制約氫能大規(guī)模發(fā)展的因素之一。
2.2.1、高壓氣態(tài)是目前最經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)運(yùn)方式
根據(jù)電池中國(guó)的調(diào)查結(jié)果，現(xiàn)階段中國(guó)普遍采用20Mpa氣態(tài)高壓儲(chǔ)氫與管束管車運(yùn)輸氫氣。在加氫站日需求量500Kg以下的情況下，氣氫拖車運(yùn)輸節(jié)省了液化成本與管道建設(shè)前期投資成本，在一定儲(chǔ)運(yùn)距離以內(nèi)經(jīng)濟(jì)性較高。當(dāng)用氫規(guī)模擴(kuò)大、運(yùn)輸距離增長(zhǎng)后，提高氣氫運(yùn)輸壓力或采用液氫槽車、輸氫管道等運(yùn)輸方案才能滿足高效經(jīng)濟(jì)的要求。
2.2.2、液化氫氣費(fèi)用很高，技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提升
氫氣液化后便于大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)。根據(jù)電池中國(guó)的數(shù)據(jù)，由于低溫液態(tài)氫高密度的特性(液氫密度分別是20Mpa、30MPa、70MPa氣氫密度的4.9/3.4/1.8倍)，液氫槽車運(yùn)輸方式相較于20MPa高壓氣氫拖車，可使單車儲(chǔ)運(yùn)量提高約9倍，充卸載時(shí)間減少約1倍，并且在液化過程還能提高氫氣純度，一定程度上可節(jié)省提純成本。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，液氫儲(chǔ)運(yùn)是大規(guī)模長(zhǎng)距離儲(chǔ)運(yùn)氫的方向之一。
目前氫氣用量少，液化成本高?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，液化過程的能耗和固定投資較大。根據(jù)國(guó)際能源網(wǎng)數(shù)據(jù)，液化過程中消耗的能量占到整個(gè)液氫儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的30%-40%以上。未來，由于液化設(shè)備的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)升級(jí)，液化能耗和設(shè)備成本還有較大的下降空間。
2.2.3、管道運(yùn)輸前期投入大，適合大規(guī)模運(yùn)輸氫氣
管道適于大量、長(zhǎng)距離的氫氣輸送。氫能源網(wǎng)資料顯示氫氣的長(zhǎng)距離管道輸送已有60余年的歷史。最早的長(zhǎng)距離氫氣輸送管道1938年在德國(guó)魯爾建成,其總長(zhǎng)達(dá)208公里,輸氫管直徑在0.15~0.30m之間,額定壓力約為2.5MPa,連接18個(gè)生產(chǎn)廠和用戶,從未發(fā)生任何事故。根據(jù)PacificNorthwestNationalLaboratory(PNNL)2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，歐洲大約有1500公里輸氫管。世界最長(zhǎng)的輸氫管道建在法國(guó)和比利時(shí)之間,長(zhǎng)約400公里。目前使用的輸氫管線一般為鋼管,運(yùn)行壓力為1-2MPa,直徑0.25-0.30m，美國(guó)氫氣管線長(zhǎng)度約2608公里,美國(guó)氫氣管道的造價(jià)為31-94萬(wàn)美元公里?，F(xiàn)有的天然氣管道可用于輸送氫氣和天然氣的混合氣體,也可經(jīng)過改造輸送純氫氣,這主要取決于鋼管材質(zhì)中的含碳量,低碳鋼更適合輸送純氫。
2.3、加氫：國(guó)內(nèi)加氫站主要采用外供氫的模式
2.3.1、加氫站技術(shù)路線&配套核心設(shè)備
加氫站的主要技術(shù)路線有站內(nèi)制氫技術(shù)和外供氫技術(shù)。
歐美采用站內(nèi)制氫的比例較國(guó)內(nèi)多。站內(nèi)加氫技術(shù)是用天然氣或者其他原料在加氫站內(nèi)自己制氫然后加注至燃料電池汽車中，或者通過電解水制氫然后壓縮，再加注到氫能源燃料電池汽車中。天然氣重整制氫法由于設(shè)備便于安裝、自動(dòng)化程度較高，且能夠依托現(xiàn)有油氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展，因而在站內(nèi)制氫加氫站中應(yīng)用最多，因此在歐洲、美國(guó)，站內(nèi)制氫加氫站主要采用這種制氫方式。
外供氫加氫站的氫氣往往使用高壓氫氣瓶管束拖車運(yùn)輸至加氫站。加氫站內(nèi)沒有制氫裝置，所用的氫氣由站外的集中式制氫基地制備，而后再通過長(zhǎng)管拖車、液氫槽車或者氫氣管道由制氫基地運(yùn)輸至加氫站，由氫氣壓縮機(jī)壓縮并輸送入高壓儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)，最終通過氫氣加氣機(jī)加注到氫能源燃料電池汽車中使用。國(guó)內(nèi)目前不采用站內(nèi)制氫的原因主要在于設(shè)備成本過高，目前單個(gè)站點(diǎn)氫氣的需求量有限。
氫的儲(chǔ)運(yùn)方式是影響加氫站業(yè)態(tài)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與技術(shù)難點(diǎn)。中國(guó)作為產(chǎn)氫大國(guó)，氫原料儲(chǔ)備充足，但由于運(yùn)輸和儲(chǔ)存條件苛刻，儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)成為了氫產(chǎn)業(yè)鏈上的難關(guān)，也直接影響了加氫站的模式設(shè)計(jì)。根據(jù)氫氣存儲(chǔ)方式的不同，外供氫加氫站又可進(jìn)一步分為高壓氣氫站和液氫站兩大類。外供氫加氫站中的高壓氣氫站建設(shè)成本最低，是全球應(yīng)用最廣泛的加氫站模式，目前中國(guó)的加氫站均為高壓氣氫站。液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站主要分布在美國(guó)和日本，在中國(guó)也得到了初步探索，由中科富海和美國(guó)空氣產(chǎn)品公司(AirProducts)合作的首座液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站正在建設(shè)中。
加氫站的主要設(shè)備包括：壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐、加氣機(jī)、泄氣柱、管道、控制系統(tǒng)、氮?dú)獯祾哐b置、監(jiān)控裝置等。其中壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐、加氣機(jī)為核心設(shè)備。
2.3.2、國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)提速，國(guó)產(chǎn)化加速氫能源成本下降
截至2020年底，我國(guó)國(guó)內(nèi)累計(jì)建成加氫站118座，建成并運(yùn)營(yíng)加氫站101座，待運(yùn)營(yíng)17座，建設(shè)中和規(guī)劃建設(shè)的加氫站約170座。中國(guó)石化主管人員在其主辦的交通能源轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)研討會(huì)上表示規(guī)劃到2025年，利用原有3萬(wàn)座加油站、870座加氣站的布局優(yōu)勢(shì)，建設(shè)1000座加氫站或油氫合建站、5000座充換電站、7000座分布式光伏發(fā)電站點(diǎn)。各地政府也出臺(tái)了明確的加氫站建設(shè)規(guī)劃。
2.3.3、加氫站建設(shè)成本高，油氫合建站是一種可取的方式
基于目前單獨(dú)的加氫站成本較高，氫氣需求量相對(duì)較少，獨(dú)立加氫站面臨虧損的局面，綜合性的油氫混合站是未來加氫站發(fā)展的方向之一。對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)園而言，短期內(nèi)的氫能源市場(chǎng)需求仍處于低位，單站建設(shè)的加氫站運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益有限。油氫合建站是相對(duì)更可行的方式，同時(shí)聯(lián)合建設(shè)比單獨(dú)建設(shè)加氫站在土地審批環(huán)節(jié)也更容易。我國(guó)多個(gè)省市也出臺(tái)地方管理法案支持利用現(xiàn)有加油、加氣站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)改擴(kuò)建加氫設(shè)施，鼓勵(lì)積極參與加氫站投資建設(shè)。
以佛山為例，《佛山市氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018—2030年)》中明確了“鼓勵(lì)加氫站與加油站、加氣站或充電樁合并設(shè)置”的原則。2019年7月1日，國(guó)內(nèi)首座油氫合建站——中國(guó)石化佛山樟坑油氫合建站正式建成，日供氫能力為500kg。該油氫合建站采取加油、加氫、充電分區(qū)管理方式，是全國(guó)首座集油、氫、電能源供給及現(xiàn)代化綜合服務(wù)于一體的新型網(wǎng)點(diǎn)。對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)而言，油氫合建站有望成為現(xiàn)階段最具有經(jīng)濟(jì)性的氫能商業(yè)模式。
3、中游：燃料電池系統(tǒng)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的核心
3.1、燃料電池系統(tǒng)由電堆和氣體循環(huán)系統(tǒng)等環(huán)節(jié)構(gòu)成
氫能源下游應(yīng)用，需重點(diǎn)關(guān)注燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)有兩部分核心構(gòu)成：電堆和氣體循環(huán)系統(tǒng)。
電堆主要由膜電極和雙極板構(gòu)成，其中膜電極又由催化劑、氣體擴(kuò)散層(碳紙)和質(zhì)子交換膜組成。氣體循環(huán)系統(tǒng)主要作用是過濾空氣，保證反應(yīng)過程中壓強(qiáng)穩(wěn)定，控制氫氣與空氣流量、流速以延長(zhǎng)電堆的使用壽命，主要包含空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵、儲(chǔ)氫瓶等。
3.2、電堆是燃料電池系統(tǒng)最核心、價(jià)值量最高的環(huán)節(jié)
3.2.1、電堆由膜電極和雙極板等技術(shù)難度較大的零部件組成
電堆是燃料電池系統(tǒng)最為核心的部件，也是價(jià)值量最高的環(huán)節(jié)。電堆是燃料電池系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。氫氣與氧氣通過一定比例分別通入電堆的陽(yáng)極與陰極，化學(xué)反應(yīng)生成水與電能。電堆的質(zhì)量決定了燃料電池系統(tǒng)整體的功率密度。
單體電池則是由將雙極板與膜電極(催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙/碳布)、密封墊片、集流板和端板組成。若干單體之間嵌入密封件，經(jīng)前端與后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。單體電池中，膜電極催化劑的催化性能、質(zhì)子交換膜的傳導(dǎo)性、碳紙/碳布的氣體擴(kuò)散性能，以及雙極板的導(dǎo)電性等均是決定單體電池功率密度及效用的關(guān)鍵因素;同時(shí)，單體電池的一致性也決定了電堆的穩(wěn)定性與可靠性。
電堆的性能評(píng)價(jià)包括體積功率密度以及使用壽命等。國(guó)外廠商以豐田、巴拉德和Hydrogenics為典型，研發(fā)歷史悠久，其中巴拉德對(duì)膜電極的研發(fā)已超過40年，國(guó)外電堆整體性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)廠商。國(guó)內(nèi)電堆近年通過自主研發(fā)以及技術(shù)引進(jìn)的方式，正逐步實(shí)現(xiàn)燃料電池電堆的國(guó)產(chǎn)替代。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)電堆產(chǎn)銷的企業(yè)主要存在兩種運(yùn)營(yíng)模式：
一種是以億華通為代表的自主研發(fā)一體化機(jī)構(gòu)。這類公司主要依托自身的研發(fā)平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，不斷產(chǎn)品迭代，自主更新能力強(qiáng)。這類公司前期研發(fā)資金投入可能會(huì)壓縮利潤(rùn)空間，資本營(yíng)運(yùn)壓力較大，但其優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)品成本可控，議價(jià)能力強(qiáng)，依托核心競(jìng)爭(zhēng)力在未來具有更大的放量空間。采用該模式進(jìn)行電堆生產(chǎn)的企業(yè)正實(shí)現(xiàn)由整機(jī)采購(gòu)向關(guān)鍵零部件購(gòu)銷的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換，國(guó)產(chǎn)替代化進(jìn)程將會(huì)顯著降低公司發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品制造成本費(fèi)用。
一種是以國(guó)鴻氫能為代表的技術(shù)引進(jìn)機(jī)構(gòu)。這類公司主要通過與外資企業(yè)簽訂購(gòu)銷協(xié)議，獲取技術(shù)引進(jìn)，在前期具有較大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠搶先占領(lǐng)市場(chǎng)份額。但此類模式的弊端在于技術(shù)保障缺乏，議價(jià)能力較差，容易形成高庫(kù)存量，營(yíng)運(yùn)穩(wěn)定性較差。國(guó)鴻氫能使用巴拉德技術(shù)生產(chǎn)的9SSL電堆在國(guó)內(nèi)市占率較高。
高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)數(shù)據(jù)顯示，電堆成本約占燃料電池系統(tǒng)成本的60%。截至2020年年底，根據(jù)國(guó)鴻氫能和雄韜股份等公司新品發(fā)布會(huì)上的報(bào)價(jià)，國(guó)產(chǎn)電堆面向戰(zhàn)略合作伙伴，最低報(bào)價(jià)已下探至2000元/kW，對(duì)應(yīng)燃料電池系統(tǒng)最低價(jià)格達(dá)到6000元/kW。國(guó)產(chǎn)電堆的規(guī)模化效應(yīng)逐步釋放，將有效降低燃料電池價(jià)格，促進(jìn)燃料電池商用車與乘用車的推廣。
3.2.2、膜電極
2019起開啟膜電極國(guó)產(chǎn)化的元年?，F(xiàn)階段國(guó)外企業(yè)膜電極主要采用全球供貨機(jī)制，產(chǎn)能旺盛，工業(yè)控制水平較為領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)膜電極目前雖未達(dá)到規(guī)模量產(chǎn)程度，但發(fā)展趨勢(shì)顯著。我國(guó)首條膜電極生產(chǎn)線于2017年落成，隨后進(jìn)入高速發(fā)展期。2019年鴻基創(chuàng)能、擎動(dòng)科技、武漢理工氫電以及泰極動(dòng)力國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)線先后正式落成，標(biāo)志著我國(guó)的膜電極領(lǐng)域逐步開啟批量化生產(chǎn)步伐。膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，是燃料電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的場(chǎng)所。膜電極主要由質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層組成。
(1)質(zhì)子交換膜：性能逐步達(dá)標(biāo)，國(guó)產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)
發(fā)生反應(yīng)時(shí)，質(zhì)子交換膜只讓陽(yáng)極失去電子的氫離子透過到達(dá)陰極，但阻止電子、氫分子、水分子等通過，其主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)在于離子交換容量以及吸水率等。目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，復(fù)合膜、高溫膜、堿性膜是未來發(fā)展方向。
我國(guó)電堆質(zhì)子交換膜性能已接近國(guó)際水準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)替代剛剛起步。隨著2020年?yáng)|岳氫能150萬(wàn)平米的產(chǎn)線建設(shè)，以及2021年2月蘇州科潤(rùn)每年100萬(wàn)平米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目產(chǎn)線正式投建，國(guó)產(chǎn)交換膜有望迎來大幅降本空間。東岳集團(tuán)是國(guó)內(nèi)質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，2020年11月已落地每年50萬(wàn)平米產(chǎn)能，是國(guó)內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)。其DMR100燃料電池膜已滿足量產(chǎn)車型需求，并獲得IATF16949驗(yàn)證。此外，科潤(rùn)的質(zhì)子交換膜NEPEM-3015系列配套的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)已通過國(guó)家機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心強(qiáng)檢。盡管其性能仍與國(guó)外廠商有所差距，但其價(jià)格優(yōu)勢(shì)顯著，2021年預(yù)計(jì)會(huì)實(shí)現(xiàn)在燃料電池商業(yè)車上一定量的運(yùn)用。
(2)氣體擴(kuò)散層：國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品處于中試階段
氣體擴(kuò)散層在電池中起到支撐催化劑、收集電流、傳導(dǎo)氣體和跑出反應(yīng)產(chǎn)物的作用，目前以碳纖維紙、碳纖維布的兩種形式存在。氣體擴(kuò)散層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括透氣性、低電阻率、高機(jī)械強(qiáng)度等。碳紙產(chǎn)品由日本東麗、德國(guó)SGL、加拿大巴拉德等幾個(gè)國(guó)際大廠壟斷，國(guó)內(nèi)碳紙也主要是從日本東麗進(jìn)口。
國(guó)內(nèi)研究相對(duì)薄弱，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品尚處于中試、送樣階段。通用氫能從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造工藝和設(shè)備匹配，申請(qǐng)了一系列專利，打通了氣體擴(kuò)散層的整個(gè)生產(chǎn)流程，做到自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化。2020年4月，上海華誼與VIBRANTEPOCHLTD.正式簽署合作框架協(xié)議，在中國(guó)建立“氣體擴(kuò)散層用碳紙/碳布”生產(chǎn)基地。我國(guó)在氣體擴(kuò)散層環(huán)節(jié)涉足較淺，在一段時(shí)間內(nèi)該環(huán)節(jié)成本下降空間相對(duì)有限，僅華誼集團(tuán)、通用氫能等少數(shù)玩家開始入局。
(3)催化劑：載鉑含量逐年遞減，整機(jī)成本有望回落
催化劑可促進(jìn)氧化劑和氫氣的反應(yīng)，使電子離開氫原子。催化劑目前仍依賴鉑碳路線，但鉑資源的匱乏和高成本制約了燃料電池大規(guī)模商業(yè)化。超低鉑、無鉑催化劑是未來研發(fā)方向，用鉑量不斷減少，成本下降空間很大。國(guó)內(nèi)貴研鉑業(yè)、大連化物所研制的催化劑目前處于中試階段。
作為電堆成本占比最高的材料，催化劑對(duì)于活性、穩(wěn)定性以及耐久性有較高要求，而貴金屬鉑(Pt)成為催化劑以及電堆成本居高不下的主要因素。各車企由于技術(shù)稟賦、產(chǎn)品載鉑量具有較大異質(zhì)性，豐田和現(xiàn)代的鉑用量相差值達(dá)到一倍。我國(guó)催化劑量產(chǎn)雖然進(jìn)程較慢，但在系統(tǒng)集成領(lǐng)域，歐陽(yáng)明高院士已明確表示我國(guó)載鉑量已達(dá)到豐田廠商生產(chǎn)水平，若能在產(chǎn)品端進(jìn)一步壓縮催化劑鉑含量，成本下浮空間仍然可觀。
3.2.3、雙極板
雙極板在電堆中起到輸送分配燃料、隔離兩極氣體的作用，主要有石墨雙極板和金屬雙極板兩種技術(shù)路線。目前豐田Mirai采用金屬雙極板路線，因乘用車對(duì)集成度要求高，體積需要盡可能小;國(guó)內(nèi)商用車走石墨雙極板路線，一方面因?yàn)槠涑杀靖?，另一方面使用壽命更長(zhǎng)，更符合商用車需求。雙極板的技術(shù)難點(diǎn)主要在于流道設(shè)計(jì)，對(duì)沖壓工藝、制造精度要求高。
石墨雙極板在反應(yīng)過程中不易被腐蝕，使用壽命較長(zhǎng)。我國(guó)的石墨雙極板企業(yè)已逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，以億華通為例，已通過神力科技完全實(shí)現(xiàn)雙極板自主供應(yīng)。同時(shí)，上海弘楓、嘉裕碳素等自主企業(yè)已逐步進(jìn)入量產(chǎn)階段。
金屬雙極板導(dǎo)電性能優(yōu)異，大幅提升電堆整體的體積功率密度。不少電堆廠商逐漸轉(zhuǎn)向采用金屬板，但其使用壽命尚待考察。國(guó)內(nèi)的金屬板廠商尚處于小規(guī)模生產(chǎn)階段，以上海治臻、上海佑戈等為主。根據(jù)氫能觀察的數(shù)據(jù)，上海治臻在2020年6月投建1000萬(wàn)片/年的產(chǎn)線，2021年3月340萬(wàn)片/年的產(chǎn)能投產(chǎn)，有望迎來較大規(guī)模的金屬雙極板國(guó)產(chǎn)替代。
3.3、供氣系統(tǒng)是燃料電池系統(tǒng)另一重要組成部分
3.3.1、空氣供給系統(tǒng)國(guó)內(nèi)較國(guó)外仍有差距
典型的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)由空氣過濾器、空壓機(jī)、電機(jī)、中冷器、增濕器和膨脹機(jī)等組成。其中，空壓機(jī)由電機(jī)和膨脹機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。根據(jù)電堆的輸出功率，為燃料電池提供所需壓力和干凈空氣。在空氣供應(yīng)系統(tǒng)中，空氣的壓力和流量對(duì)燃料電池系統(tǒng)的性能(能量密度、系統(tǒng)效率、水平衡和熱損失)、成本和電堆的尺寸等有很大的影響。高壓燃料電池系統(tǒng)不僅能提高電堆的效率和功率密度，同時(shí)還能夠改善系統(tǒng)的水平衡。
車用燃料電池空壓機(jī)與傳統(tǒng)空壓機(jī)的區(qū)別在于燃料電池空壓機(jī)不能有油，防止污染催化劑。另外整個(gè)反應(yīng)裝置對(duì)壓力波動(dòng)有嚴(yán)格要求，所以葉片設(shè)計(jì)難度也高。目前空壓機(jī)主流有兩條路線：離心式和雙螺桿式。(1)離心式噪音小、壽命短、工藝復(fù)雜、成本較高適合乘用車;(2)雙螺旋桿式噪音大、體積大適合商用車。國(guó)內(nèi)空壓機(jī)與國(guó)外技術(shù)差距較大，價(jià)格相對(duì)有優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)主要企業(yè)為廣順、愛德曼、上海重塑科技，另外雪人股份也在做相關(guān)研發(fā)。
3.3.2、氫氣供給系統(tǒng)：研發(fā)成本高、價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)企業(yè)相對(duì)薄弱
氫氣供給系統(tǒng)由瓶口閥、過流閥、過濾器、減壓閥、泄壓閥、截止閥、氣水分離器、氫氣循環(huán)泵及管路和接頭組成，根據(jù)系統(tǒng)需求不同還配有單向閥、阻火器和噴射器等。氫氣循環(huán)泵作為氫氣循環(huán)動(dòng)力提供部件，需要在密封要求很高的情況下提供足夠流量。國(guó)內(nèi)企業(yè)目前參與氫氣循環(huán)泵較少，雪人股份在研發(fā)進(jìn)程中。
3.3.3、儲(chǔ)氫瓶：國(guó)內(nèi)常用的儲(chǔ)氫瓶壓力35MPa低于國(guó)際通用的70MPa
國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫瓶整體技術(shù)水平有待提高。受制于車載儲(chǔ)氫瓶碳纖維等原材料依賴進(jìn)口、技術(shù)成本居高不下等影響，目前我國(guó)廣泛使用的車載儲(chǔ)氫瓶仍為35MPaⅢ型瓶，與國(guó)際市場(chǎng)中更為普遍使用的70MPaⅢ型瓶相比，其儲(chǔ)氫效率相對(duì)較低，應(yīng)用瓶頸較為明顯。盡管國(guó)內(nèi)70MPa儲(chǔ)氫技術(shù)已在不斷推進(jìn)，但要實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，仍有諸多問題需要解決，主要矛盾則是仍高度依賴進(jìn)口的碳纖維等關(guān)鍵原材料。一直以來，碳纖維纏繞復(fù)合材料儲(chǔ)氫氣瓶都是氫能儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域的重要技術(shù)，但多年以來這一技術(shù)為美國(guó)、日本等國(guó)壟斷。近年來，包括上海石化、中復(fù)神鷹等制造企業(yè)已開啟碳纖維國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程，盡管國(guó)產(chǎn)碳纖維市場(chǎng)占比在不斷提升，但產(chǎn)品整體質(zhì)量穩(wěn)定性仍需提升，儲(chǔ)氫領(lǐng)域所需的碳纖維目前仍高度依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)目前制備儲(chǔ)氫瓶的企業(yè)相對(duì)較多，包含京城股份、中材科技、富瑞氫能等。
4、下游應(yīng)用：重點(diǎn)關(guān)注燃料電池汽車的推廣和應(yīng)用
4.1、燃料電池需求綜述
交通運(yùn)輸是燃料電池最主要的應(yīng)用。燃料電池可用在交通運(yùn)輸、固定領(lǐng)域、便攜式電子和航空航天等領(lǐng)域。根據(jù)日本FujiKeizai預(yù)測(cè)，2025年全球燃料電池市場(chǎng)中燃料電池汽車市場(chǎng)規(guī)模有望超過50%，下文將就交通運(yùn)輸領(lǐng)域展開進(jìn)行重點(diǎn)分析，并在綜述部分簡(jiǎn)要介紹固定式領(lǐng)域和便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用。
固定式領(lǐng)域用途廣闊，市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)。固定式燃料電池技術(shù)包括MCPC、SOFC、PAFC和PEMFC。主要用于各種固定位置的電力供應(yīng)，包括發(fā)電站、樓宇、工程等領(lǐng)域的大型首要電源、備用電源，用于家庭住宅和商業(yè)的微型熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，以及電訊塔的首要或備用電源等。
便攜式領(lǐng)域目前市場(chǎng)滲透率不高。燃料電池在便攜式領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括燃料電池盒、燃料電池玩具，以及小型燃料電池充電器等。在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，燃料電池在微型外部電池充電器上的應(yīng)用發(fā)展迅速，在消費(fèi)電子產(chǎn)品中也有應(yīng)用前景。
4.2、燃料電池汽車市場(chǎng)尚未打開，靜待政策落地
4.2.1、國(guó)家對(duì)燃料電池汽車的補(bǔ)貼政策更精準(zhǔn)
燃料電池補(bǔ)貼政策仍保持高標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)政府吸取鋰電池行業(yè)發(fā)展初期補(bǔ)貼申請(qǐng)的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將補(bǔ)貼方式調(diào)整為選擇一部分城市圍繞燃料電池汽車關(guān)鍵零部件核心技術(shù)攻關(guān)，開展燃料電池產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用，在為期4年的示范期內(nèi)，中央財(cái)政將按照結(jié)果導(dǎo)向，采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方式對(duì)示范城市給予獎(jiǎng)勵(lì)，支持地方組織企業(yè)開展新技術(shù)研發(fā)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化、人才引進(jìn)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)以及新技術(shù)在燃料電池汽車上的示范應(yīng)用等。
4.2.2、應(yīng)用場(chǎng)景：燃料電池商用車率先商業(yè)應(yīng)用
燃料電池商用車率先商業(yè)應(yīng)用。未來鋰電與燃料電池不會(huì)是替代關(guān)系，而是互補(bǔ)關(guān)系。歐陽(yáng)明高院士曾在2018年6月提出：“鋰離子電池更適合替代汽油機(jī)，氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機(jī)”。原因：(1)氫氣運(yùn)輸成本高，加氫站投資成本也比較大，因此固定路線的車輛在應(yīng)用中更有優(yōu)勢(shì);(2)客車系統(tǒng)集成難度相對(duì)較低一些，目前國(guó)內(nèi)主流客車企業(yè)都有燃料電池客車的布局，并且部分企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)正式交付運(yùn)營(yíng)。乘用車的系統(tǒng)集成難度更高，但單車功率不太大，相比重卡車或者大型公交車，搭載燃料電池系統(tǒng)的乘用車經(jīng)濟(jì)性不具備優(yōu)勢(shì);(3)從邊際成本的角度考慮，電動(dòng)汽車構(gòu)造簡(jiǎn)單，提升鋰電池車的續(xù)航和載重需要加裝電池，考慮鋰電自重，其邊際成本遞增;燃料電池系統(tǒng)復(fù)雜，提高續(xù)航僅需增加儲(chǔ)氫容量即可，邊際成本遞減。因此鋰電池更適合乘用車領(lǐng)域，燃料電池系統(tǒng)適合有重載、長(zhǎng)續(xù)航要求的商用車。
4.2.3、燃料電池汽車較鋰電池汽車的環(huán)保性更佳
氫燃料電池目前成本達(dá)不到民用可接受的水平，國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟度有很大的提升空間，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈正在布局過程當(dāng)中。相比之下鋰電技術(shù)已逐步成熟，電池的成本在規(guī)?；?yīng)下顯著下降。
4.2.4、從經(jīng)濟(jì)性角度考慮目前燃料電池汽車較油車和電車不占優(yōu)勢(shì)
氫燃料電池車目前在購(gòu)置成本和使用成本上不占優(yōu)勢(shì)。同樣的B級(jí)車，油車的購(gòu)置成本最低，電動(dòng)公交車的運(yùn)營(yíng)成本最低，氫燃料電池汽車在這兩方面目前均不占優(yōu)勢(shì)。未來隨著應(yīng)用量提升，氫能源實(shí)現(xiàn)一定量的規(guī)?；?yīng)，整車成本以及氫氣成本均有望顯著下降。
氫能源商用車率先在國(guó)內(nèi)打開應(yīng)用市場(chǎng)?；趪?guó)家政策支持，氫能源商用車在國(guó)內(nèi)率先打開市場(chǎng)，但比較可知?dú)淙剂想姵仄嚨馁?gòu)置成本是電動(dòng)公交車或柴油公交車的2倍以上，目前經(jīng)濟(jì)性角度競(jìng)爭(zhēng)力有待提升。
4.3、燃料電池應(yīng)用空間打開的核心因素
4.3.1、各方靜待國(guó)家層面的補(bǔ)貼政策落地
補(bǔ)貼政策尚未完全落地，下游需求遞延。2021年4月9日，中汽協(xié)公布最新數(shù)據(jù)顯示，3月燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成45輛和59輛，2021年1-3月，燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成104輛和150輛，同比分別下降43.2%和27.5%。
基于目前處于整個(gè)全行業(yè)發(fā)展初期，終端需求量有限，導(dǎo)致各項(xiàng)上游、中游生產(chǎn)不具備規(guī)模效應(yīng)，目前氫能源商業(yè)化成本較高，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮下游領(lǐng)域尤其是私營(yíng)企業(yè)或個(gè)人消費(fèi)者能接受的程度較低，企業(yè)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中容易出現(xiàn)入不敷出，持續(xù)虧損的局面，因此政府補(bǔ)貼有望引領(lǐng)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈邁向成熟。
國(guó)家出臺(tái)的以獎(jiǎng)代補(bǔ)政策并劃定五個(gè)示范發(fā)展區(qū)域，初步判斷北京、上海、廣東、河北、河南五個(gè)區(qū)域?qū)⒊浞质芤嬗趪?guó)家補(bǔ)貼率先發(fā)展，發(fā)展階段有望顯著領(lǐng)先未入圍的省份。具體政策有待落地。
4.3.2、各環(huán)節(jié)技術(shù)成熟度、規(guī)?；蟪杀鞠陆档目臻g
技術(shù)成熟度進(jìn)步、規(guī)?；c成本下降三者是相輔相成，相互息息相關(guān)的關(guān)聯(lián)因素。以鋰電為例，電車發(fā)展初期技術(shù)不夠成熟，下游銷量少，企業(yè)生產(chǎn)無法滿足規(guī)模效應(yīng)，電池成本居高不下，最終限制了電車推廣應(yīng)用，這是負(fù)向傳導(dǎo)的機(jī)制。如果隨著技術(shù)成熟，需求提升，規(guī)?；瘽M足后成本將有很大的下降空間，整個(gè)市場(chǎng)空間有望徹底打開。
4.3.3、消費(fèi)者對(duì)燃料電池汽車認(rèn)可度的本質(zhì)提升
終端消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)可是行業(yè)發(fā)展的根基。同樣以電車為例，諸多司機(jī)在2019年以前對(duì)電車保持懷疑、謹(jǐn)慎、保守的態(tài)度，伴隨特斯拉的崛起、整個(gè)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的成熟、成本下降以及國(guó)產(chǎn)造車新勢(shì)力紛紛推出自己的作品，越來越多的國(guó)內(nèi)車主認(rèn)可、接受電車，電車的市場(chǎng)滲透率顯著提升。目前氫能源燃料電池汽車更多是商用車推廣階段，未來需得到更多私營(yíng)企業(yè)或是普通消費(fèi)者的認(rèn)可，全行業(yè)才有望真正的完成從0到1的跨越。
4.4、氫氣是工業(yè)生產(chǎn)中的重要原材料
4.4.1、半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)氫氣的純度要求高
在大規(guī)模、超大規(guī)模和兆位級(jí)集成電路制造過程中,需用高純氫、特高純氫作為配制4/2、3/2、26/2等混合外延、摻雜氣的底氣。半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)底氣純度要求極高,微量雜質(zhì)“摻入”就會(huì)改變半導(dǎo)體表面特性。在電真空材料和器件例如鎢和鉬的生產(chǎn)過程中,用氫氣還原氧化物得到粉末,再加工制成線材和帶材。氫氣純度越高,特別是水含量越低,還原溫度就越低，所得鎢、鉬粉末粒度就越細(xì)。
4.4.2、非晶硅與太陽(yáng)電池亦需要高純氫氣
目前,高效a-Si太陽(yáng)電池均采用射頻輝光放電法制造,沉積大面積、高質(zhì)量、均勻的a-Si膜是a-Si太陽(yáng)電池的關(guān)鍵工序。Pin結(jié)太陽(yáng)電池在沉積i層時(shí)采用氫與硅烷的混合氣。對(duì)氫氣純度要求高,一般為5N以上。
4.4.3、氫氣用于生產(chǎn)石英光纖
石英光纖的制造主要包括玻璃體預(yù)制棒制備及拉絲兩道工序，在制棒工藝中采用氫氧焰加熱(1200～1500Ⅲ),經(jīng)沉積,可獲得所需沉積層厚度，再經(jīng)燒灼，制成光纖預(yù)制棒。對(duì)氫氧焰氣體要求無固體粒子，否則棒上會(huì)有黑斑產(chǎn)生。對(duì)氫氣純度及潔凈度均有一定要求。
4.4.4、石化工業(yè)中加入氫氣可以除掉有害化合物
在煉制工業(yè)中，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫，精柴油加氫脫硫，改善飛機(jī)燃料油的的無煙火焰高度，燃料油加氫脫硫,加氫裂化;在石油化工領(lǐng)域,氫氣主要用于C3餾份加氫，汽油加氫，C6～C8餾份加氫脫烷基,生產(chǎn)環(huán)己烷。加氫精制的目的是除掉有害化合物，例如硫化氫、硫醇、總硫、水、含氮化合物、芳香烴、酚類、環(huán)烷酸、炔烴、烯烴、金屬和準(zhǔn)金屬等。催化重整原料的加氫精制目的是除去石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質(zhì)。加氫裂化是在氫氣存在條件下進(jìn)行的催化過程,反應(yīng)主要特征是C-C鍵的斷裂。所用氫量大，壓力高，空速低。選擇性加氫主要用于高溫裂解產(chǎn)物。
4.4.5、氫氣在浮法玻璃生產(chǎn)中防止錫液被氧化
在浮法玻璃成形設(shè)備(即錫槽)中裝有熔融的錫液,600～1000Ⅲ的錫液極易被氧化，生成氧化錫，以致玻璃沾錫又增加了錫耗。因此，需將錫槽密封，并連續(xù)地送入純凈的氮、氫混合氣，維持錫槽內(nèi)微正壓與還原氣氛，保護(hù)錫液不被氧化。保護(hù)氣體中氮、氫氣量比為10:1,要求含氧量不高于(5～10)×106，露點(diǎn)-60Ⅲ以下。
4.4.6、氫氣在冶金工業(yè)中作為還原劑或金屬高溫加工的保護(hù)氣
在冶金工業(yè)中，氫可用作還原劑將金屬氧化物還原成金屬，或可用作金屬高溫加工時(shí)的保護(hù)氣。氫氣還可用于還原若干種金屬氧化物來制備純金屬。除此之外，在高溫鍛壓一些金屬器材時(shí)有時(shí)用氫氣作保護(hù)氣，以保護(hù)表面不被氧化。
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