中國氫燃料電池系統(tǒng)研發(fā)與商業(yè)化

• 黃江 2023年10月9日 來源：東方財富 264 9
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2025年前，卡車大容量儲氫瓶系統(tǒng)將以35MPa為主。該技術(shù)成本低、技術(shù)成熟，中期看不太可能突破，下一步是提高壓力，但目前70MPa氫瓶非常貴，儲1公斤氫需要6000元到7000元。

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù),作為氫燃料電池最重要的應(yīng)用領(lǐng)域,氫燃料電池汽車2023年第一季度的產(chǎn)銷整體發(fā)展放緩,業(yè)界認(rèn)為伴隨補貼的逐步減少,行業(yè)馬太效應(yīng)將更加明顯,并進(jìn)一步加劇氫燃料電池領(lǐng)域的競爭。

全球視角下,作為燃料電池之“心”,氫燃料電池電堆技術(shù)的競爭也已進(jìn)入白熱化階段,美國、日本等國已在該領(lǐng)域持續(xù)投入多年,具備一定的技術(shù)與市場優(yōu)勢。我國如何能夠在實現(xiàn)核心技術(shù)自主可控的同時,將相關(guān)領(lǐng)域做到世界級水平,成為從業(yè)者面臨的巨大挑戰(zhàn)。

中國氫燃料電池系統(tǒng)研發(fā)與商業(yè)化方面，去年中國氫燃料電池汽車銷售3000多輛，今年上半年進(jìn)一步增長，全國氫燃料電池汽車銷量2410輛，同比增加73.5%。同時，氫能汽車應(yīng)用場景也從最開始的單一大客車覆蓋到全系的商用車。

2025年前，卡車大容量儲氫瓶系統(tǒng)將以35MPa為主。該技術(shù)成本低、技術(shù)成熟，中期看不太可能突破，下一步是提高壓力，但目前70MPa氫瓶非常貴，儲1公斤氫需要6000元到7000元。碳纖維是儲氫瓶制造的關(guān)鍵原材料，其成本和性能對儲氫瓶的成本和使用性能影響重大，我們必須要實現(xiàn)這一關(guān)鍵材料國產(chǎn)化。

氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。

作為推進(jìn)“碳達(dá)峰、碳中和”的有效路徑，氫能被推上了風(fēng)口，尤其是在燃料電池領(lǐng)域。與電動汽車相比，氫燃料電池汽車在使用過程中消耗氫氣和氧氣，通過電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，最后排出的是水，“零碳”是其最大優(yōu)勢。

2023氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈需求量與投資前景

氫燃料電池被大眾熟悉，離不開2022年北京冬奧會助力。冬奧會使用的氫燃料電池汽車約1000輛，是迄今為止全球最大規(guī)模的一次氫燃料電池汽車示范運營。

目前氫燃料電池汽車比普通電動汽車價格高出30%到50%，為了推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，近兩年，上海、重慶、河南等地出臺氫能相關(guān)政策，涉及氫能全產(chǎn)業(yè)鏈，并且補貼力度不小。某地出臺的政策，給加氫站的補貼最高已達(dá)500萬元，氫能投資更是最高有600萬元的補貼。

中國氫能聯(lián)盟分析，至2050年，氫能在我國終端能源體系中占比至少達(dá)到10%，氫氣需求量接近6000萬噸。其中，交通運輸領(lǐng)域用氫2458萬噸，約占該領(lǐng)域用能比例的19%;氫燃料電池車產(chǎn)量達(dá)到每年520萬輛。

近年來，在氫燃料電池乘用車領(lǐng)域，廣州、上海等地啟動氫燃料電池網(wǎng)約車。有觀點認(rèn)為，網(wǎng)約車試點開啟并常態(tài)化運營后，下一個要攻克的難題是氫燃料電池家用轎車的推廣和普及。真正進(jìn)入尋常百姓家，預(yù)計要到“十四五”結(jié)束后。乘用車燃料電池的市場拐點或在2025年左右到來。

根據(jù)中研普華研究院《2023-2028年中國氫燃料電池市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展前景預(yù)測報告》顯示：

2021年我國氫氣產(chǎn)量為3300萬噸，同比增長32%，增速創(chuàng)歷史新高。據(jù)《中國 2030年“可再生氫100”發(fā)展路線圖》預(yù)測，2030年我國氫氣的年需求量將達(dá)到3700萬噸左右，可再生能源制氫產(chǎn)量約 770萬噸，占比21%;2060年我國氫氣的年需求量將增至1.0-1.3億噸，其中，可再生能源制氫產(chǎn)量約0.75-1.0億噸。據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》預(yù)測，2030/2060年氫能將在我國終端能源消費中占比達(dá)到6%/20%。

我國于2022年發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》明確提出支持氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。氫能產(chǎn)業(yè)正處于爆發(fā)前夜，未來將成為繼光伏、鋰電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈后，5至10年內(nèi)清潔能源中的中堅力量。

目前氫能的成本較高，使用范圍較窄，氫能應(yīng)用處于起步階段。從結(jié)構(gòu)上看，2019年氫氣主要應(yīng)用于化工領(lǐng)域的合成 氨、合成甲醇、煉化等，氫氣用量合計占比84%，在建筑、發(fā)電和發(fā)熱等領(lǐng)域仍然處于探索階段(來源于《一文讀懂氫 能產(chǎn)業(yè)》) 。展望未來，雙碳背景下，化工等工業(yè)領(lǐng)域、以氫燃料電池車為代表的交通領(lǐng)域等將成為用氫主流。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù) 測，到2060年工業(yè)領(lǐng)域和交通領(lǐng)域氫氣使用量占比將分別達(dá)到60%和31%。

技術(shù)成熟、成本較低的化石能源制氫是我國氫能產(chǎn) 業(yè)發(fā)展中前期的供氫主體;工業(yè)副產(chǎn)氫作為中期低成本過渡性氫源，在分布式氫源在市場中起到補充作用;氫能產(chǎn)業(yè)發(fā) 展中期，更加清潔、高效的可再生能源電解水制氫占比逐漸擴大，并逐步取代化石能源制氫成為市場供氫主體。

煤氣化制氫是目前我國主流制氫方式。據(jù)中國氫能聯(lián)盟統(tǒng)計，2019年煤制氫在我國氫源結(jié)構(gòu)中占比高達(dá)63.5%。煤氣化制氫技術(shù)的工藝過程包括煤氣化、煤氣凈化、CO變換及氫氣提純等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。具體來看，煤和氧氣在高溫氣 化爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)生成合成氣后，首先經(jīng)過水煤氣變換，一氧化碳與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成更多氫氣，再經(jīng)煤氣凈化除去硫化 氫等雜質(zhì)氣體，最終經(jīng)過變壓吸附后得到高純氫氣。

煤制氫成本主要由燃煤成本、設(shè)備折舊等構(gòu)成，其中，燃煤成本是主要 來源。根據(jù)我們測算，當(dāng)5500大卡煤價在700元/噸時，煤制氫成本為 10.1元/kg，煤炭成本6元/kg，占制氫成本比重約60%。煤價是影響煤制氫成本的主要因素，根據(jù)我們測算，5500大卡煤價每降 100元/噸，將降低制氫成本0.9元/kg。

碳排放是制約煤制氫未來大規(guī)模應(yīng)用的約束條件之一，而與CCS/CCUS技術(shù)結(jié)合對煤制氫的碳減排效果顯著。碳捕集與 封存技術(shù)(CCS)可以將二氧化碳捕集分離，通過罐車等輸送到適宜的場地封存，最終實現(xiàn)二氧化碳永久減排。而碳捕集 、利用和封存技術(shù)(CCUS)則是在CCS技術(shù)的基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳提純后進(jìn)行資源化再利用。根據(jù)《中國煤炭制氫成本及碳足跡研究》、 《中國煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳足跡評估》 ，結(jié)合CCS技術(shù)可降低煤制氫 碳排放約50% ，結(jié)合CCUS技術(shù)則可降低約80%。

我國已具備大規(guī)模捕集利用與封存二氧化碳的工程能力。據(jù)《中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報告(2021)》 ，中國CCUS技術(shù)項目遍布19個省份，已投運或建設(shè)中的CCUS示范項目約為40個，捕集能力300萬噸/年。國家能源集團 鄂爾多斯CCS示范項目已成功開展了10萬噸/年規(guī)模的CCS全流程示范。

從應(yīng)用CCUS技術(shù)的經(jīng)濟性來看，根據(jù)我們測算，當(dāng)5500大卡煤價在700元/噸時，煤制氫成本將增加7.3元/kg至17.4元 /kg，但相較天然氣制氫(天然氣價格>2.5元/方)和電解水制氫仍有優(yōu)勢。根據(jù)《中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS) 年度報告(2021)》預(yù)測，第二代捕集技術(shù)突破后，其能耗和成本將比第一代技術(shù)降低30%，按此測算，則CCUS技術(shù)成本 將下降30%至5.6元/kg，煤制氫成本將下降至15.8元/kg。

天然氣制氫是目前全球最主要的制氫方式，據(jù)綠色能源統(tǒng)計，在全球每年約7000萬噸的氫氣產(chǎn)量中約48%來自于天然氣 制氫。與煤制氫相比，天然氣制氫初始設(shè)備投資低、二氧化碳排放量小、氫氣產(chǎn)率高，是化石原料制氫路線中理想的制 氫方式。天然氣制氫主要分為蒸汽轉(zhuǎn)化制氫、部分氧化制氫、催化裂解制氫、自熱重整制氫四種類型。其中，天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制 氫技術(shù)最為成熟，是當(dāng)前天然氣制氫的主流技術(shù)路線。

以應(yīng)用最為廣泛的天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫為例，天然氣制氫的工藝路線為：天然氣經(jīng)脫硫裝置凈化后，在高溫轉(zhuǎn)化爐中與 水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成由氫氣、一氧化碳等氣體組成的合成氣。合成氣中的一氧化碳經(jīng)過水氣變換轉(zhuǎn)化為二氧化碳并產(chǎn)生更 多的氫氣，最終合成氣經(jīng)變壓吸附后可得到高純的產(chǎn)品氫氣。

隨著氫燃料電池行業(yè)競爭的不斷加劇，大型企業(yè)間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內(nèi)外優(yōu)秀的氫燃料電池企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的分析研究，特別是對當(dāng)前市場環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究，以期提前占領(lǐng)市場，取得先發(fā)優(yōu)勢。正因為如此，一大批優(yōu)秀品牌迅速崛起，逐漸成為行業(yè)中的翹楚。中研普華利用多種獨創(chuàng)的信息處理技術(shù)，對氫燃料電池行業(yè)市場海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、加工、分析、傳遞，為客戶提供一攬子信息解決方案和咨詢服務(wù)，最大限度地降低客戶投資風(fēng)險與經(jīng)營成本，把握投資機遇，提高企業(yè)競爭力。

《2023-2028年中國氫燃料電池市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展前景預(yù)測報告》由中研普華研究院撰寫，本報告對該行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現(xiàn)狀、行業(yè)發(fā)展變化等進(jìn)行了分析，重點分析了行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、如何面對行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競爭力，以及行業(yè)的投資分析和趨勢預(yù)測等等。報告還綜合了行業(yè)的整體發(fā)展動態(tài)，對行業(yè)在產(chǎn)品方面提供了參考建議和具體解決辦法。

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  2023-2028年中國氫燃料電池市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展前景預(yù)測報告

  氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰...

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