科普 | 氫能產業解析與發展趨勢

作（zuò）為實現碳達（dá）峰、碳中和目標重要綠色（sè）能（néng）源（yuán）發展的方向之（zhī）一，國內氫能發（fā）展熱度日益高漲。統計信息（xī）顯示，目前全國已有20多個省份40多個地級市發布氫能規劃，其規劃產業規模超過萬億元；眾多央企和上市公司也（yě）競相布（bù）局氫能發展。與此（cǐ）同時，作（zuò）為新興產業，氫能麵臨製儲運加等環節（jiē）核心技術欠缺和成本（běn）較高、標準體係（xì）不成熟、產業鏈和（hé）配套設施不完善等問題，需要從完善政策、明確標準、突破關鍵核心技術與重要設備材料自主創新（xīn）研發、引導資本投入等方麵不斷發力解決。

一、我國氫能產業概況

1.政策驅動效應（yīng）凸顯，重點（diǎn）區域（yù）示範疊加央企入（rù）場加速（sù）推動氫能（néng）產業

“十三五”時期是氫能產業起步加（jiā）速期，國（guó）家層麵相繼（jì）出台了多項戰略規劃與政策，包（bāo）括《國家創新驅動（dòng）發展戰略綱要》《“十三五”國家科技創新（xīn）規劃》《“十三五”國家戰略性（xìng）新興產業（yè）發展規（guī）劃（huá）》《能源技（jì）術革命創新行動計劃（2016-2030年）》等，明確了氫能產（chǎn）業的（de）發展（zhǎn）目標、路徑與保障舉措。2020年，《中（zhōng）華人民共和國（guó）能源法（征求意見稿）》《關於開展燃料電池汽車示範應用的通知》《新能（néng）源汽（qì）車產（chǎn）業發展（zhǎn）規（guī）劃（2021-2035年）》，以及《新時代的中國（guó）能源發（fā）展》白皮書等相繼發布，產業政策導向（xiàng）更精準、更（gèng）強調發揮市場作用。此外，隨著國（guó）家燃料電池汽車示範城市群項目啟動（dòng），加之各省都在“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要中明確（què）氫能發展建設，由此氫（qīng）能產業發展將全麵提速。

2017年以來，我國氫（qīng）能（néng）已逐步建立起製儲運加用等重點環節較完整的產業鏈，初步具備了規模化發展的基礎（chǔ）。京津冀、長三角、珠三（sān）角（jiǎo）、成渝、山東及環武漢等地區先發優勢（shì）明（míng）顯，示（shì）範帶動作用和（hé）對優勢企業（yè）的吸引力不斷增強，集聚（jù）效（xiào）應初步顯現。我國能源（yuán）中央企業紛（fēn）紛布局氫能業務，依托自身（shēn）技術（shù）基礎和資源優勢，積極創新發展（zhǎn）模式，推動（dòng）與地方政（zhèng）府及相關企業在氫能領域開（kāi）展（zhǎn）戰略（luè）合（hé）作，迅速成為我國氫能（néng）產業加快發展的重要力量。《中國氫能源（yuán）及燃料電池產業白皮書2020》顯示（shì），我（wǒ）國氫氣年產能約4100萬噸，產量約3342萬噸，是世界第一產氫國。

2.技術自主創新取得突破，進口替代成效顯著（zhe）

氫（qīng）氣製儲運加環節：製氫方麵（miàn），我國大型煤製氫、51吃瓜网製氫技術及裝備世界領先；堿性電解槽技術並跑國際先進水（shuǐ）平；質子交換膜電解槽(PEM)技術進步較大，但仍（réng）跟跑國際先進水（shuǐ）平；固（gù）體氧化物電解池(SOEC)技術處於實驗驗證階段（duàn）。車載儲氫容（róng）器方（fāng）麵，我國（guó）三（sān）型（xíng）瓶技術（shù）成熟並實現全國產化，四型瓶初步具備量（liàng）產水平。儲運方麵，我國仍以20MPa壓縮氫氣運輸為主，液氫、固態儲氫、50MPa壓縮氣（qì）體運輸技術及裝備取得顯著進步，但與國際一流水平（píng）差距明顯；98MPa固定儲氫容（róng）器和45MPa（含以上）固定（dìng）儲氫瓶組性能指標基本達到國際先進水平。加氫站技（jì）術及裝備（bèi）方麵，45MPa隔膜式和液驅式氫（qīng）氣壓縮機已具備產業化能力；90MPa氫氣壓縮機核（hé）心技術取得突破；加氫機（jī）整機開發實現國產化，但閥門、流量計等關鍵部（bù）件（jiàn）仍依賴進口。

燃料電池及零部件環節：關鍵材料方麵，近幾年（nián）技術（shù）有所（suǒ）突破，但整體水平對比世界先進仍（réng）有較大差距，產品對外依賴度較大。質子交換膜和氣體擴散層（碳紙）技術水平顯（xiǎn）著提升，但產業化仍有待突破；催化劑已實現量產，但仍跟跑國際先進水平。核心零部件方麵，膜電極、空壓機、雙極板等國產化進展迅速，正在快（kuài）速縮小與國際先進（jìn）水平的差距，2020年成本同比降幅達30%以上（shàng）；電堆（duī）與（yǔ）係統集成（chéng）技術水平與國際並跑，並向高功率、高集成、低（dī）成本（běn）方（fāng）向（xiàng）發展。氫氣循環泵總體處於跟跑狀態（tài），但國內企業積極推（tuī）動技術攻關，已取得一定進展。固體氧化物燃料電池（chí）(SOFC)方麵，我國擁有全球最大的陶瓷電解質膜片供應商，5kW級SOFC電堆及係統已開（kāi）發（fā）成功（gōng）。

3.終端應用場景（jǐng）趨於豐（fēng）富（fù），推廣已具規（guī）模

交通運輸領域：城市公交和物流車仍是目前最主要的燃料電（diàn）池終端產品，續航（háng）能力在300-500公裏；國內已有企業陸續推（tuī）出燃料電池乘用車、重（chóng）卡、應急電源車等。燃料電池船舶方麵，我國已推出擁有自主知識產權的船用燃（rán）料電池係統。我國逐漸探索出（chū）一（yī）條以商用車為主（zhǔ）的中國特色燃料電池汽車推廣路徑。2016-2019年，我國燃料電池汽車產銷量穩步上升；2020年受疫情（qíng）影響產銷（xiāo）量同比有所下降，前11個（gè）月產銷量分別為935輛和（hé）948輛（liàng）。截至目（mù）前，我國燃料電池汽車保有量約7200輛，以中型貨車和大中型客車為主（zhǔ），累計運營裏程接近1億公裏；上海、深圳和佛（fó）山投放車輛均超過千輛。

冷熱電聯產領域：2021年上半年以來，國內對氫能在（zài）熱（rè）電聯產領域的探索，已經開始向示範應用階段邁進，東（dōng）方電氣、高成綠能、鏵德（dé）氫能等多家公司都已成功交付了燃料電池熱電聯產示範（fàn）項目。由東方電氣集團有限（xiàn）公司旗下全資子公司東方電氣（成都）氫燃料（liào）電池科技有限公司自主（zhǔ）研製的100kW級商用氫燃料電池冷熱電聯產係統，發電效率大於52%，熱電（diàn）聯產總效率超過90%，支持離網並網、孤島運行和黑啟動，同時對外提供65℃熱水（shuǐ）。

相比於（yú）此，國內更多公司均在進行（háng）小功率（lǜ）的熱電聯產嚐試。由浙江（jiāng）高成綠能（néng）科技有限公司（sī）（“高成綠（lǜ）能”）自主研發（fā）生產的20kW燃料電池熱電聯產係（xì）統成（chéng）功交付到嘉興紅船基地“零碳”智慧（huì）園區。該係統是一種（zhǒng）基於燃（rán）料電池開發的新型零排放熱電聯供電站係統，包含電解水（shuǐ）製氫模塊（kuài）、儲氫模塊、燃料電池發電模塊、餘（yú）熱（rè）回收模塊、直流配電模塊和控製模塊，可大規模應用於儲能側，用（yòng）作循環發電電源和調峰電源，並為用戶提供熱水或暖氣。

我國氫能產業未來發展目標

二、氫能產（chǎn）業鏈解析

氫能在（zài）全球能源轉型、實現碳中和過程中，承（chéng）擔著不（bú）可替代的重要角色。從目前全球能源（yuán）發（fā）展（zhǎn）狀況看，未來化石能源、新能源及氫電二次能源互聯互動的格局（jú），將成為一種長期狀態。以氫（qīng）能為基礎發展的產業鏈，涵蓋以下幾方麵（miàn）。

上（shàng）遊產業：氫氣的生產與供應，涉及（jí）氫氣製取（qǔ）（包括化石燃料製取、工業副產、可再生能源電解水等）、氫氣儲運（包括儲氫瓶（píng）、管道運氫、液氫槽車等）、加氫站建造與運營。

中（zhōng）遊產業：燃料電池及核心零部件，涉及燃料電池核（hé）心零部（bù）件（包括雙極板、膜（mó）電極、質子交（jiāo）換膜、氣體擴散層、催化劑等）、電堆（duī）、係統的（de）研發、生（shēng）產（chǎn）與銷售。

下遊產業：燃料電（diàn）池及氫氣的（de）應用，主要涉及燃料電池新能源汽車、不（bú）間斷（duàn）電源(UPS)、工業及（jí）建築（zhù）領域用氫等（děng），以及貫穿其中的材料（liào）、設備及服務等內容。氫（qīng）能產業鏈中，製（zhì）氫（qīng）技術、基（jī）礎設施如加氫站建設、燃料電池研發與製造，是氫能產業發展的基礎與核心。

三、氫能產業特征

從全球格局看（kàn），技術儲備方麵，日本專利第一，是產業技術的掌握者。我國雖然（rán）基礎研（yán）究領跑，但是應用技術不足，產業鏈的核心掌控（kòng）能力不強（qiáng）。全（quán）球主要國家的氫能戰略側重點各（gè）有（yǒu）不同，日韓重應用，歐洲推基建，我國以能源（yuán）轉（zhuǎn）型、戰略性新興產業為核心，側重科技創新和下遊（yóu）應用的推動。

從（cóng）國（guó）內發展階段看，政策方向已由燃料電池車購置補貼、下遊市場，向基礎設施（shī）、關鍵零部件、運（yùn）營服務等供給端傾斜，如氫能汽（qì）車的十城千輛示範行動，強調技術攻關區域合作和示範應用；發展（zhǎn）基礎方麵，作為世（shì）界最大（dà）產氫國、商用車最大應用地，裝備和儲氫材料（liào）的製造基礎雄（xióng）厚，已經成立了產業創新聯盟，具備（bèi）產業化加速基礎；區域布局方麵，環渤海創新（xīn）發力，重點做綠氫製備及關鍵零部件及技術研發，長三角領跑燃料電池（chí）車的研發和示（shì）範，珠三角加（jiā）氫網絡建設最成熟（shú）、氫能和燃料電池示（shì）範顯著，川渝地區（qū）是可再生能源及電池電堆研發的重（chóng）要地區，中部地區重點（diǎn）突破電（diàn）池重（chóng）要零部件及客車的大規模示範。

從（cóng）市場前（qián）景看，供給方麵，氫能在全（quán）球未來的能源供（gòng）給體係中約占18%，在我國未來終端（duān）能源體係中占比達10%，氫能供（gòng）給結構將從以化石能源的非低碳氫逐步過渡到以可再生能源為主的清潔氫；需（xū）求（qiú）方麵，我國規劃到2025年，燃料電池汽車（chē）保有量達（dá）到10萬輛；到2035年，燃料電池車將達到（dào）130萬輛，下遊相關產品的市場也將打開。到2050年，氫氣需求（qiú）量將（jiāng）接近6000萬噸，氫能在我（wǒ）國終端能源體係中（zhōng）占比超過10%；到2060年，我國（guó）氫氣的年需求量（liàng）將（jiāng）增至1.3億（yì）噸（dūn）左（zuǒ）右，在終端（duān）能源消費中占比約（yuē）20%。

氫能產業鏈圖譜

四、氫能（néng）產業（yè）競爭格局

近幾年，全球氣候異常，促使實現碳中和成為（wéi）全世界最緊迫的任務之（zhī）一。歐盟、日本和韓（hán）國及其他110多個（gè）國家和地區，已承諾到2050年實現碳中和。我國承諾到2060年實現碳中和。

先進國家地區相繼更新氫能戰略。2020年7月，“歐盟（méng）氫戰略”出台，計劃未來10年內向氫能產業投入5750億歐元。2020年12月，美國能源（yuán）部發布《氫能項目計劃》，將協同所有能源部門致力於氫能全產（chǎn）業鏈的技術（shù）研發，並加大示範和部（bù）署力度，以期實現產業規模化，到2050年，美國本土氫能需求將增至4100萬噸/年，占未來能源消費總量的14%。2021年10月，韓國政府公布了旨在發展氫能產業的“氫能領先國家願景”，爭取（qǔ）到2030年構（gòu）建產能達100萬（wàn）噸的清潔氫能生產體係，並將清潔氫能比重升至50%，主導全球氫能源市場；2050年達到500萬噸，並將氫氣自給率升至50%。

主要國家在氫能產業技術（shù）儲備上（shàng）各有不同。在產業鏈上遊製氫（qīng）環節，日本和美國專利申請趨勢較接近，2000年（nián）後專（zhuān）利數量開（kāi）始上升，2005年日本專利數量達到（dào）最（zuì）高（gāo）點（diǎn），之後緩慢下降，近5年下降明顯，美國在2010年專利數量開始下降（jiàng）;我國製氫技術專（zhuān）利申請較晚，2005年以後才逐漸（jiàn）有所增長（zhǎng），2010年後突飛猛進，2016年後專利數量超過美日韓德4個國家之和;相比之下，德國和韓國製（zhì）氫（qīng）專利數量變化一直比較平穩，且數量偏少。在儲運氫技術方麵，上述5個國家1980年以（yǐ）來的趨勢（shì）與製氫大致相同，日本在儲運氫技術上（shàng）投入研發較早。在下遊（yóu）的主要應用（yòng）質子交換膜燃料電池方麵，日本自20世（shì）紀70年代開始申請專利，2000年後迅速增長（zhǎng），2004年達（dá）到最高點1480項，此後開始緩慢下降，其他4個國家在質子交換膜技術領域專利數量變化不大，我國近5年雖有所增長，但年度最大申請數量未超過500項。

五（wǔ）、我國氫能（néng）產業進入壁壘

1.核心技術、關鍵零部件受限，依賴進口

目前我國氫能產業發展麵臨（lín）嚴重製約，一是日美韓等先發國家的專利壁壘。二是核心技術方麵，典（diǎn）型的（de）是電堆，相關製造成（chéng）本較高，產品成熟度不（bú）夠，規模化生產（chǎn）弱（ruò）；部分關鍵零部件及核心設備仍然依（yī）賴進口（kǒu），比（bǐ）如碳紙、膜電（diàn）極（jí）、質子交換膜、儲氫罐等，國產能力較弱（ruò）；

2.產業（yè）配套（tào）能力不足，主要環節成本偏高

一（yī）是氫（qīng）能在政府層麵（miàn）的管理體製機製中（zhōng）尚不明確。我國（guó）加氫站等基礎建設仍然麵臨體製機（jī）製掣肘，“十三五”時期運動式發展，使得加氫站在數量上快速躍居世界第二，但相對實際需求如成本、加氫能力等方麵（miàn）仍有較大差距。

二是主要環節（jiē）成本明顯偏（piān）高。首先在製氫環節，目前以化石燃（rán）料為主，電解水製氫成本依然處在高位，我國終端氫加（jiā）注成本普（pǔ）遍在50-80元/千（qiān）克，相比燃（rán）油成本明顯偏高；其次是儲運環節，液體運輸、管道長輸是氫能能夠商業化推廣的前提條件（jiàn），受技術與材料問題製約（yuē），目前（qián）較廣泛應用的氣態儲氫集中在35MPa和70MPa兩種壓（yā）等（děng）級，能（néng）量密度不高（gāo），無法滿（mǎn）足未（wèi）來“井噴”式需求；在（zài）中遊燃料電池係統、上遊的零部件及材料等環節中，電堆係統是價（jià）值（zhí）量最大的（de）環節，還有催（cuī）化劑、隔膜、碳（tàn）紙、空壓機（jī）、氫（qīng）氣循環泵等，目（mù）前我國還處於國產化發展的早期，一些關鍵材料和核心（xīn）技術未來仍依賴進（jìn）口，中遊的電池係統組裝和下遊的應用已有規模化應用示範。

我國（guó）氫能政策發展脈絡

六、我（wǒ）國氫能產業發展（zhǎn）方向

在我國，圍繞氫能產業上下遊重點環節，以及全產業鏈的核心（xīn）技術（shù）突破與關鍵零部件的國產化（huà）替代，是未來（lái）產（chǎn）業布局的重要方向（xiàng）。

一是綠氫成為未來製氫重點。在技（jì）術進步、政策指引和行業（yè）企業社會責任意識的多重作用下，綠（lǜ）氫製備的固定和非固定成本均（jun1）有望下降，使綠氫能趕超灰氫的經濟優勢。預計到2030年，我國綠氫市場規模將增（zēng）長近30倍，綠氫的占比也將從（cóng）2019年的1%提高到2030年的10%。綠氫（qīng）的增長（zhǎng）主要來自於交通領域，源於氫燃料電池車的大麵積（jī）推廣使用，其次是工業領域和能源領域（yù）。

二是降成本、強（qiáng）性能、擴應用，成（chéng）為產（chǎn）業與技術目標。通過加強基礎技術、應用研發（fā），示範項目驗證（zhèng），製定相關戰略規範標準，降低全產業鏈成本、消除行業發展壁壘、聚合（hé）多種氫能供應、挖掘氫能新應用、開發氫能綜合應用係統，是產業與技術未來主要方向（xiàng）。

三是（shì）“需求+資本”推拉成為產業技術加速發（fā）展的引擎。政府（fǔ）積極引（yǐn）導、包含大型央企在內的各類（lèi）社會資本進入儲運加（jiā）氫、燃料電池等（děng）高技術含量、資（zī）本密集的環節，將推動各項關鍵尖端（duān）技（jì）術（shù）的噴湧。

七、對（duì）我國氫能發展的幾點建（jiàn）議

筆者認為，對政府而（ér）言，一是需厘清氫能管理體製機製，改變“九龍治水”“多點掣肘”的局麵，從法治、戰略、頂層設計層麵祛（qū）除產業鏈（liàn）製約因素，形成政府引導、資本與全社會合力推（tuī）進的有力格（gé）局；二是從（cóng）科技創新與市場（chǎng）規範方麵，集中支持技術創新與成果轉化，適時出台相關技術標準規範與監管體係，避免資源浪費和無序擴張；三是聚焦市場無法解決的重點環（huán）節，發揮體製機製優勢和國資引導撬動作用，突破“卡脖子”環節，與市場相輔相成，共同搶占全球氫能產業發展主導地位與尖端技術製高點。

對企（qǐ）業而言，一是持續（xù）增加研發試驗經（jīng）費投入，深耕核心技術、堅持（chí）自主創新，一方麵通過資本運作並（bìng）購海內外產業鏈相關企業，補全增強產業鏈，提升話語權與品牌力；另一方麵，建立特色保障體係，招引國內外一流學科高端（duān）人才，構築強大人才梯隊，集中突破關鍵（jiàn）技術，如（rú）上遊的光伏、風能發電和輸配電設備與解決方案，致力於（yú）清潔電力生產，中遊的高效質子交換膜電（diàn）解水技術及碳捕獲配套技術，下遊的電製燃料與化石燃（rán）料混合使用的過渡解決方案（àn）等。二是加強與高校、科研院所（suǒ）合作，通過（guò）資金、空間、設備、人才（cái）等的互動耦合，構建創新生態。三是注重開（kāi）放合作，積極開展行業示範應用交流學習，用心培（péi）育上下遊供應鏈，做好國產替代備（bèi）份。

對投資機構而言，一是深入研究氫（qīng）能產業鏈、創新（xīn）鏈發展動態，多方探索，增強一手商業情報快速獲取能力（lì），爭取掌握（wò）先機；二是識別響應國內實際（jì）需求（qiú），聚（jù）焦（jiāo）關鍵（jiàn）核心技（jì）術領（lǐng）域，挖掘創新創業團隊；三是圍繞產業鏈薄弱環節，通過資本（běn）運作助力國內產業鏈（liàn）補全（quán）增強，投資自主創新與國產替（tì）代，獲得市場規模溢價。

由於政策的驅（qū）動與引導，我國氫能已逐步（bù）建立起製儲運加用等重點環節較完整的（de）產業鏈（liàn），初步具備了規模化發展的基（jī）礎，但同（tóng）時氫能產業仍麵臨著核心技術、關鍵零部件依賴進（jìn）口，產業配套能力不足等問題。因此，需厘清氫能管理體（tǐ）製機製，改變“九（jiǔ）龍治水（shuǐ）”“多點掣肘”局麵，從戰略、頂層設計與法治層麵強化產業鏈補鏈、強鏈，持續增加研發經費投入，深耕核心技術、堅持自主創新，同時通過資（zī）本運作助力（lì）國內產業發展壯大。