氢能产业国际、国内现状

氢能产业国际、国内现状氢能产业国际、国内现状当前世界正经历百年未有之大变局，面对全球气候风险、环境危机和能源安全问题，新一轮科技革命和产业变革正在加速进行，碳达峰碳中和正逐渐成为国际社会共识与一致行动。在全球能源清洁低碳转型发展的大势下，氢能开发利用关键技术不断取得重大突破，展现出广阔的发展前景，受到了多个国家和地区的广泛关注。从国际来看，全球氢能制取、储运和燃料电池等核心技术研发和关键材料制造日渐成熟，产业链逐渐完善，市场规模迅速扩大，氢能基础设施建设明显提速，终端应用成本呈现持续下降趋势，部分区域规模化推广条件基本具备。美国、日本、韩国、欧盟等主要发达国家和地区均将氢能纳入未来能源发展战略，持续加大技术研发与产业化扶持力度，推动氢能清洁、经济、可靠发展和多元化、规模化应用，逐步扩大氢能在终端能源体系中的比重。从国内来看，我国氢能发展已积累了一定的基础，初步掌握了全产业链主要技术和生产工艺，氢能产量居世界首位，可再生能源制氢基础条件领先，部分重点经济圈已出现氢能产业的区域化集聚，以氢燃料电池汽车应用为重点的氢能示范应用已在部分区域实现。近年来，国家高度重视引导氢能产业健康有序发展，氢能在构建清洁低碳、安全高效能源体系中的战略定位更加清晰，在实现碳达峰碳中和目标的进程中将发挥重要的作用。氢能发展状况（一）制氢制氢环节主要包括电解水制氢、煤制氢、天然气制氢、生物质制氢、光解制氢、热化学制氢、工业副产氢等方式。电解水制氢是未来重要发展方向。电解水制氢具有制取过程无污染物和温室气体排放、氢气纯度高等优势。从制取成本看，化石能源制氢约10元/kg，工业副产氢约21元/kg，电解水制氢约30元/kg。受成本因素影响，目前全球约96%的氢气来源于化石能源制氢和工业副产氢，仅有约4%的氢气来源于电解水。2018年，中国年氢气产量约2100万吨，占全球总产量的比例超过30%，是世界第一大氢气生产国，其中电解水制氢仅占约5%。随着可再生能源规模化发展和能源互联网建设日趋完善，电解水制氢已逐步成为各国能源科技创新和产业支持的焦点。电价是制约电制氢发展的关键。目前电价占电制氢总成本比重约为85%，按电制氢电价约0．4~0．6元/kWh计算，我国电制氢成本约30~40元/kg。当电价降低到0．1元/kWh时，电制氢成本可下降至10元/kg与化石能源制氢价格相当。目前各地发展氢能产业，其中氢气主要来源于化石能源制氢和工业副产氢。（二）储氢根据状态，储氢可分为高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢、固态储氢。高压气态储氢是我国目前应用最广泛的氢气存储形式，其中35MPa储氢瓶已批量化应用，70MPa储氢瓶也步入产业化推广阶段。低温液态储氢被认为是前景较好的氢气大规模存储发展方向之一，但目前我国液氢仅用于航天，与国外70%左右氢气采用液氢运输相比差距较大，且成本是美国等技术垄断国的20倍以上。（三）运氢运氢主要方式包括气氢拖车、液氢槽车、管道运输。目前国外以液氢槽车和管道运输为主，国内绝大部分采用气氢拖车运输并建有少量氢气管道。国内气氢拖车运输发展非常成熟，设计制造技术已达到国际先进水平;液氢槽车运输在我国仅应用于航天领域，尚不允许民用领域开展液氢公路运输，但长期来看液氢槽车将取代气氢拖车成为主要运氢方式;管道运输仍处于试点示范阶段，我国氢气管道里程仅约400km，占比不到全球总规模的8%，最具代表性的大口径氢气管道有济源-洛阳（25km）、巴陵-长岭（43km）等。受运输技术及成本限制，短期内氢能消纳以就近消纳为主，难以实现远距离运输消纳。（四）用氢目前我国生产的氢气95%作为化工行业的原材料应用于传统工业领域，其余5%用于以氢燃料电池为核心的能源网络。其中，氢能主要有动力、电力、家庭三个应用方向。1、动力领域应用状况动力方面，氢气可用于汽车、飞机、轮船、火箭等领域，其中目前最主要、前景最广阔的应用场景是氢燃料电池车。氢能汽车包括氢燃料内燃机车、氢燃料电池车两种。氢燃料电池车能量转化效率可达60%~80%，而氢燃料内燃机车能量转化效率仅30%左右，所以业界将氢燃料电池车作为氢能汽车主要发展方向。相比于纯电动汽车，氢燃料电池汽车具有续航里程长、燃料加注快（3到5分钟）、低温性能好、回收无污染等优势，在远距离、载重大、点对点的商用车领域具有良好的应用前景。目前氢燃料电池汽车成本明显高于燃油和纯电动车型，燃油车百公里油费约为50元，纯电动汽车百公里电费约为6元（家用充电）~15元（商用充电），氢燃料电池车燃料费用约100元（百公里耗氢量为1．5kg，氢气价格70元/kg）。在氢气加注方面，我国具备设计建造35MPa加氢站的能力，而国际主流的70MPa加氢站及其关键设备领域在国内仍处于示范验证阶段。到2030年预计将建成1000座加氢站。2、电力领域应用状况与其他储能技术相比，氢储能主要优势是环保性能好，但其投资成本远超抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能，且响应速度慢、效率低，如果制氢电价为0．1元/kWh，则氢储能能源成本将下降到0．5元/kWh左右，低于电化学储能能源成本。3、家庭领域应用状况主要用途是家用燃料电池热电联供系统。该方面外国企业技术优势明显，国内企业技术水平尚不具备商业化条件。4、国内氢燃料电池状况氢能应用的核心技术和产品是氢燃料电池。国内氢燃料电池与国际先进水平还存在一定差距，主要表现为使用寿命较短，车用氢燃料电池寿命一般为2000~3000小时，国际领先水平可达到5000小时，另外氢燃料电池关键零部件质子交换膜目前仅有美国、日本、德国等发达国家具备商业化供应能力，催化剂等核心材料也主要依赖进口。氢能源的战略地位整个市场其实大大低估了氢能源未来的发展前景与国家推动氢能源产业链的决心，其逻辑在于绝对的自主可控、产业利润全中国化、减少对石油依赖。目前在新能源汽车中，核心材料就是电池，新能源电池主要有三种，分别是铅酸电池、鲤动力电池、燃料电池，未来小的技术迭代暂且不考虑，大的技术迭代有钠离子电池，但主要是替代铅酸电池和钾电池中的磷酸铁鲤电池的。理电池目前作为新能源汽车与储能电池的主流，使用主要材料为理、镍、锰、钻。但是，目前世界上，鲤矿储量前三位的国家，分别为智利、澳大利亚、阿根廷，镍矿储量的前三位，分别是澳大利亚、法属新喀里多尼亚、巴西;锰矿储量的前三位，分别是南非、澳大利亚、加蓬;钻矿的储量前三位分别是刚果、澳大利亚、古巴这也就意味着什么？一旦中国的锤电池规模发展，中下游企业都将被上游，其次利润主要都集中到上游去大家可以看看头部新能源整车企业，蔚来、小鹏、理想、哪吒等，哪一个赚钱了?中游的核心企业，宁德、亿纬鲤能哪一个赚大钱了?都是毛利率很低，甚至整车企业，越卖越亏，只有-体化的比亚迪还有一定的利润，但也毛利率很低。如果完全依赖鲤镍钻等资源，这个数十万亿的工业体系一旦完成，如果完全离不开钾锦等贵金属，不仅被人死死掐住脖子，新能源产生的利润也会被上游企业，以及背后的华尔街资本全部吸走。因此站在整个大的国家自主可控、长期能源安全、能源低成本的角度上看，氢能源势在必行也就是会出现最近几年开始大规模推动氢能源，现在政策层面几个亿几十个亿的投入，未来就会带来几百亿、几千亿的产业规模和经济效益。氢能核心产业链（一）制氢环节电解水制氢与装备，制氢-中国石油、中国石化、卫星化学、宝丰能源、阳光电源、旭阳集团、鸿达兴业；制氢装备-派瑞氢能（718所）、中电丰业、阳光电源+中科院大连化物所、航天507所、兰石重装；制氢材料-科力远。工业副产氢，焦炉煤气-美锦能源、中国旭阳集团（H）；氯碱副氢-滨化股份、鸿达兴业。石化原材料制氢，乙烷裂解/丙烷脱氢（制乙烯）-卫星化学、万华化学、金能科技；天然气重整-中船718所、亚联高科；煤制氢-国家能源集团等。（二）储运环节分离/纯化/增压/液化/储存/运输装备，中集安瑞科、富瑞氢能、中科富海、四川空分、大陆制氧、厦门钨业、科力远、安泰科技、武汉氢阳、聚力氢能等。加氢站制造/运营，中船718所、厚普股份、亚联高科、舜华新能源、深冷股份、林德等；加氢运营：中国石化、厚普股份、亚联高科、重庆燃气等。（三）氢能车辆与特种装备制造商用车专用车与工程机械等，氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。氢能的发展前景氢气纯化技术方面，美国与日本立足本国能源结构和技术优势，分别聚焦小型天然气重整制氢场景与氨分解重整制氢、有机液体解析氢气场景，开展燃料电池车用氢气纯化技术研究，包括高效小型变压吸附技术、有机膜分离、无机膜分离和全属膜分离技术。我国的氢气来源广泛，尤其是副产气杂质种类多且含量分布宽，单一纯化技术路线难以满足实际需求。尤其在燃料电池车用氢气纯化领域，我国起步较晚，缺乏系统性研究。氢储存技术方面，目前我国对储氢材料的研究比较活跃，研究内容涉及到了高压储氢、碳纳米管储氢、新型合金储氢、有机化合物储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、氢浆储氢、层状化合物储氢等当前国际氢储存技术研发的主要方面，并在金属氢化物储氢、碳纳米管储氢、复杂化合物储氢等方面具有优势。加强氢燃料电池技术和复燃料电池汽车以及相关基础设施的研发。发展复经济的一个重要方面是发展氢能交通运输体系和氢能基础设施建设。在氢燃料电池方面，我国可重点发展:大功率质子交换膜燃料电池技术、中低温固体氧化物燃料电池技术、基于燃料电池的系统集成技术、质子交换膜技术、电催化剂技术、先进的膜电极组件技术、无铂催化剂技术等。制氢技术分析尽管氢是自然界最丰富的元素之，但是天然的氢在地面上却很少有，所以只能依靠人工制取。通常制氢的途径有:从丰富的水中分解氢:从大量的碳氢化合物中提取:从广泛的生物资源中制取氢:或利用微生物去生产氢等等。各种制氢技术均可掌握。但是作为能源使用，特别是普通的民用燃料，首先要求产氢量大，同时要求造价较低，即经济上具有可行性，这是今后制氢技术的选择标准。就长远和宏观而言，氢的主要来源是水，以水裂解制氢应是当代高技术的主攻方向。以下简述几种制氢方法。（一）化石燃料制氢这是目前大量化工用氢的生产方法，如化肥生产的造气，即以煤在气化炉中燃烧，通过水蒸气还原反应，获得氢气。同样，石油、天然气或生物质燃料，均可用类似的方法制取氢。但是，这样的造气效率不高，需要消耗大量能源，并对环境污染较大。以能源换燃料，是得不偿失的。鉴于化石能源的有限性，应尽可能满足有机原料的需要，而不能作为产生氢能的依靠。（二）电解水制氢人们最早的制氢方法就从电解水开始，至今它仍然是工业化制氢的重要方法。尽管改进型的电解槽已把电耗压到了相当低，但还是工业生产中的电老虎。而且电本属二次能源，除了水电，电是用大量燃料换来的，其中经过热能、机械能、电能的转换，本来能耗就不小，再经电解水制成氢，总的能源效率实在太低，以此将氢作能源，无疑也是不可取的。不过现在正继续改进电解水制氢的工艺，并使用丰水期的水电，或利用风能、太阳能等可再生能源来电解水制氢作为这些新能源的贮存手段，自当别论，不能不说是有可取之处。（三）硫化氢制氢在石油炼制、煤和天然气脱硫过程中都有硫化氢产出，自然界也有硫化氢矿藏，或伴随地热等的开采也会产生硫化氢。国外已有硫化氧分解方法，包括气相分解法（干法）和溶液分解法（湿法），能同时获得硫磺和氢气。尽管这种工艺需要一定的高温（约600C）和适当的催化剂，或经过光照等措施，但是能化害为利，综合利用，将不失为一种制氢的好方法。（四）光解海水制氢80年代末，国际上出现了光解海水制氢的方法，以激光诱导MOCVD制膜技术有所突破，制成新型的金属/半导体/金属氧化物光电化学膜，用此种膜作为海水电解的隔膜，能使海水分离制得氢和氧，其电耗低，转换效率已达10%左右，此方法已引起各国科学家的关注。（五）光化制氢利用入射光的能量使水的分子通过分解或水化合物的分子通过合成产生出氢气。在太阳的光谱中，紫外光具有分解水的能量，若选择适当的催化剂，可提高制氨效率。因此在太阳能利用的高技术研究中光化制氢将作为重点。，有的还可将光电、光化转换同时进行，以获得直流电和氢、氧。目前，尽管尚处于实验室研究阶段，但对开辟制氢途径具有很大的吸引力。（六）生物制氢技术利用植物的光合作用制氢和微生物分解有机物制氢。从常见的植物光合作用吸收二氧化碳制造氧的过程，不难理解光合作用的深化。目前，光合作用在多数植物中效率非常低，通常均低于千分之五，这与自然光谱的吸收率有关。在今后的生物工程研究中，提高植物的光合作用效率是突出任务之一，其中除制氧机制外，氢的转换也在其中。至于微生物制氢，自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，只是其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气就会像制造沼气一样。（七）热分解水制氢当水直接加热到很高温度时，例如3000C以上，部分水或水蒸气可以离解为氢和氧。但这种过程非常复杂，远非设想那样简单。其中突出的技术问题是高温和高压。较有希望的是利用太阳能聚焦或核反应的热能。关于核裂变的热能分解水制氢已有各种设想方案至今均未实现。人们更寄希望于今后通过核聚变产生的热能制氢。在美国能源部主持下有劳伦斯一利弗莫尔实验室、通用原子能公司和华盛顿大学等单位参加的核能热化学制氢研究项目已进行了多年，主要是以一种串联磁镜式核聚变堆为热源，用硫碘热化学循环的方法制取氢。此外，原苏联也制订过通过托卡马克核聚变堆进行高温蒸汽电解的制氢方案。所有这些制氢方法，都涉及一系列高技术，但人们仍有信心迎接氢能世界的出现。氢燃料电池汽车的优势氢燃料电池汽车和传统燃油车使用习惯相近，和纯电动车相比也是有一定优势的。（一）充电时间VS加氢时间首先在补能这块，按目前电池容量普遍在50kWh的电动车为例，在快充条件下从低电量充至80%电量，充电时间也得30分钟左右。而氢燃料电池车加注氢气只需要三到五分钟，基本和传统燃油车加注燃油时间相当。（二）续航里程对比续航里程对于新能源车是绕不开的问题，目前绝大部分的纯电车续航里程都比较低，而且还受外界温气温影响，基本适合短途使用。反观氢燃料电池车，拥有更加接近传统汽车的巡航里程，同时动力不弱，可以满足长途行驶，不过这也得看加氢站的覆盖。（三）国家政策对比到2020年年底，纯电动车和插电混合动力汽车的补贴将会