（報(bào)告出品方/作者：東莞證券，黃秀瑜、劉興文）
1. 全球能源結(jié)構(gòu)加快轉(zhuǎn)型，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展
1.1 發(fā)展氫能有助于實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)
受全球氣候變暖、不可再生的化石能源不斷消耗等因素影響，全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)正向低碳化轉(zhuǎn)型。國(guó)際社會(huì)對(duì)保障能源安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對(duì)氣候變化等問(wèn)題日益重視，許多國(guó)家已將可再生能源作為新一代能源技術(shù)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要新領(lǐng)域，其中太陽(yáng)能光伏發(fā)電是可再生能源利用的重要組成部分之一。
可再生能源規(guī)模化利用與常規(guī)能源的清潔低碳化將是能源發(fā)展的基本趨勢(shì)。加快發(fā)展可再生能源已成為全球能源轉(zhuǎn)型的主流方向。到 2025 年新建光伏項(xiàng)目的發(fā)電成本將較新建煤電低三成以上，在成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的推動(dòng)下，全球光伏發(fā)電量在總發(fā)電量中的占比將從 2018 年的 2.4%提高到 2050 年的 24%水平，屆時(shí)全球能源供給將全面開啟“太陽(yáng)能時(shí)代”。根據(jù)國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）發(fā)布的《全球能源轉(zhuǎn)型：2050 路線圖（2019年版）》的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2050 年全球光伏裝機(jī)量將達(dá)到 8519GW。
全球主要國(guó)家于2016年簽訂了《巴黎氣候協(xié)定》，形成了氣候共識(shí)，并紛紛制定了二氧化碳減排計(jì)劃。我國(guó)于2020年宣布了“雙碳目標(biāo)”，即2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和。為了實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，使用低碳清潔的可再生能源替代目前高碳的煤、石油等化石能源變得越來(lái)越緊迫。在此次能源變革中，氫能因?yàn)槠淝鍧崯o(wú)污染、單位質(zhì)量能量密度高、可存儲(chǔ)、可再生、來(lái)源廣泛等優(yōu)勢(shì)，多國(guó)都在大力發(fā)展氫能。
氫能可以利用化石燃料生產(chǎn)，也可以利用可再生能源來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，其燃燒僅生成水，不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，通過(guò)能源載體和循環(huán)碳經(jīng)濟(jì)可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的氫利用，有利于緩解全球的能源危機(jī)問(wèn)題。發(fā)展氫能可以保障國(guó)家能源安全，較少對(duì)化石燃料的進(jìn)口依賴，解決能源與環(huán)境尖銳矛盾，有利于實(shí)現(xiàn)CO2減排目標(biāo)。
1.2 國(guó)內(nèi)政策推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展
2016年10月，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院資源與環(huán)境分院和中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》首次提出了我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖。對(duì)我國(guó)中長(zhǎng)期加氫站和燃料電池車輛發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了規(guī)劃。主要包括：到2020年，加氫站數(shù)量達(dá)到100座；燃料電池車輛達(dá)到10,000輛；氫能軌道交通車輛達(dá)到50列；到2030年，加氫站數(shù)量達(dá)到1,000座，燃料電池車輛保有量達(dá)到200萬(wàn)輛；到2050年，加氫站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，燃料電池車輛保有量達(dá)到1,000萬(wàn)輛。
2019年兩會(huì)期間，氫能被首次寫入《政府工作報(bào)告》，2016-2022年期間，工信部、國(guó)務(wù)院、發(fā)改委等多部門陸續(xù)發(fā)布支持、規(guī)范氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展政策，國(guó)家的“十四五”規(guī)劃中提到，要加速氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，氫能產(chǎn)業(yè)在“十四五”期間將提速發(fā)展。
在地方政策方面，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有北京市、上海市、廣州市、浙江省、江蘇省、貴州省和四川省等多個(gè)省市地區(qū)發(fā)布了氫能相關(guān)政策或規(guī)劃。其中，根據(jù)北京市的《北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案（2021-2025）》，2023年前，力爭(zhēng)建成37座加氫站，推廣燃料電池汽車3000輛；2025年前，培育10-15家具有國(guó)際影響力的產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)，京津冀區(qū)域累計(jì)實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)規(guī)模1000億元以上，實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車?yán)塾?jì)推廣量突破1萬(wàn)輛，累計(jì)推廣分布式發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)規(guī)模10MW以上。
根據(jù)江蘇省的《江蘇省氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)規(guī)劃》，2025年，基本建立完整的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)體系，力爭(zhēng)全省整車產(chǎn)量突破1萬(wàn)輛，建設(shè)加氫站50座以上，基本形成布局合理的加氫網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平與國(guó)際同步，成為我國(guó)氫燃料電池汽車發(fā)展的重要?jiǎng)?chuàng)新策源地。
根據(jù)四川省的《四川省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2025年）》，到2025年，燃料電池汽車（含重卡、中輕型物流、客車）應(yīng)用規(guī)模達(dá)6000輛，氫能基礎(chǔ)設(shè)施配套體系初步建立，建成多種類型加氫站60座；氫能示范領(lǐng)域進(jìn)一步拓展，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供（含氫能發(fā)電和分布式能源）、軌道交通、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域示范應(yīng)用，建設(shè)氫能分布式能源站和備用電源項(xiàng)目5座，氫儲(chǔ)能電站2座。到2025年，逐漸健全強(qiáng)化氫能產(chǎn)業(yè)鏈，培育國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)25家，覆蓋制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫、加氫、氫能利用等領(lǐng)域。其中核心原材料企業(yè)2家，制氫企業(yè)7家，儲(chǔ)運(yùn)和加氫企業(yè)6家，燃料電池及整車制造企業(yè)10家。
2. 氫能需求量加快增長(zhǎng)，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間巨大
2.1 中國(guó)氫氣需求逐步提高，氫氣產(chǎn)量************
根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟，2020年我國(guó)氫氣需求量約3342萬(wàn)噸，至2030年我國(guó)氫氣的年需求量將提高到3715萬(wàn)噸，在終端能源消費(fèi)中占比約5%，其中，可再生氫產(chǎn)量約500萬(wàn)噸，部署電解槽裝機(jī)約80GW。至2060年，我國(guó)氫氣的年需求量將增至約1.3億噸，在終端能源消費(fèi)中占比約20%，其中，工業(yè)領(lǐng)域、交通運(yùn)輸領(lǐng)域、發(fā)電與電網(wǎng)平衡和建筑領(lǐng)域?qū)⑹撬膫€(gè)主要用氫領(lǐng)域，氫氣需求量將分別達(dá)7794萬(wàn)噸、4051萬(wàn)噸、600萬(wàn)噸和585萬(wàn)噸。在實(shí)現(xiàn)碳中和碳達(dá)峰的過(guò)程中，中國(guó)氫氣需求將逐步提高。
目前我國(guó)氫氣年產(chǎn)量位居************，從 2018 年開始?xì)錃饽戤a(chǎn)量已超過(guò)兩千萬(wàn)噸規(guī)模。當(dāng)前我國(guó)的金屬儲(chǔ)氫材料產(chǎn)銷量也已超過(guò)日本，是世界最大儲(chǔ)氫材料產(chǎn)銷國(guó)。據(jù)中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)，2012-2020 年，中國(guó)氫氣產(chǎn)量從 1600 萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2500 萬(wàn)噸，整體呈穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)，2020 年中國(guó)氫氣產(chǎn)量同比增長(zhǎng) 13.6%。
2.2 國(guó)內(nèi)氫能源行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散
中國(guó)石化和國(guó)家能源集團(tuán)是國(guó)內(nèi)氫氣產(chǎn)量最大的兩家企業(yè)，2020 年，國(guó)家能源集團(tuán)年生產(chǎn) 400 萬(wàn)噸的氫氣，占總體產(chǎn)量的 16%；中國(guó)石化氫氣年生產(chǎn)量達(dá)350 萬(wàn)噸，占全國(guó)氫氣產(chǎn)量的 14%。國(guó)家能源集團(tuán)和中國(guó)石化兩家企業(yè)的市場(chǎng)份額占據(jù)三成，其他氫氣生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量多，氫氣生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散。隨著其他大型央企進(jìn)入氫能源行業(yè)，未來(lái)氫能源行業(yè)的市場(chǎng)集中度有望提升。
2.3 央企加快氫能全產(chǎn)業(yè)鏈布局
氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游為制氫環(huán)節(jié)，中游為氫氣的儲(chǔ)運(yùn)，下游為氫能的應(yīng)用領(lǐng)域，涵蓋電力、燃料/燃料電池和供熱方面。其中，氫能作為燃料電池可應(yīng)用于軍事、加氫站和氫燃料電池汽車等領(lǐng)域。
2021 年 7 月份，根據(jù)國(guó)資委在國(guó)新辦新聞發(fā)布會(huì)的表示，已有超過(guò)三分之一的中央企業(yè)在布局包括制氫、儲(chǔ)氫、加氫、用氫等全產(chǎn)業(yè)鏈，均取得了一批技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用的成果。如中國(guó)石化和中國(guó)石油重點(diǎn)布局氫能儲(chǔ)運(yùn)零售終端建設(shè)和運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域，國(guó)家能源集團(tuán)和中船重工重點(diǎn)布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈及氫能裝備，國(guó)家電投、東方電氣和中船重工將重心放在氫燃料電池及其核心部件，東風(fēng)集團(tuán)、一汽集團(tuán)、中國(guó)中車和寶武集團(tuán)則聚焦終端應(yīng)用燃料電池汽車、列車、氫冶金。
3. 當(dāng)前制氫仍以化石燃料為主，燃料電池為重點(diǎn)應(yīng)用方向
3.1 煤制烯烴是當(dāng)前主要制氫方式
氫能源按照生產(chǎn)來(lái)源可劃分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫。通過(guò)化石燃料（如石油、天然氣、煤炭等）燃燒產(chǎn)生的氫氣是灰氫，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)排放二氧化碳，目前的氫氣主要是灰氫，約占全球氫氣產(chǎn)量的 95％左右。將天然氣通過(guò)蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制成的氫氣是藍(lán)氫，其生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)合使用了碳捕捉、利用與儲(chǔ)存（CCUS）等先進(jìn)技術(shù)。通過(guò)使用可再生能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能等）制造的氫氣是綠氫，例如通過(guò)可再生能源發(fā)電進(jìn)行電解水制氫，在綠氫生產(chǎn)的過(guò)程中沒有碳排放，所以是氫能利用的理想形態(tài)，但受到目前技術(shù)及制造成本的限制，綠氫尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
制氫的方法包括化石燃料重整、氣化制氫；生物質(zhì)制氫；電解水制氫；光解水制氫；熱化學(xué)循環(huán)水分解制氫；光熱化學(xué)循環(huán)水分解制氫等典型制氫方法。
目前，氫氣生產(chǎn)原料主要包括煤炭、天然氣等化石能源和工業(yè)副產(chǎn)氣等。2019年，在中國(guó)氫氣生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)能分布中，煤制氫產(chǎn)量居首，約2124 萬(wàn)噸，占比63.5%；其次為工業(yè)副產(chǎn)氫和天然氣制氫，產(chǎn)量分別為 708 萬(wàn)噸和 460 萬(wàn)噸，電解水制氫產(chǎn)量約50萬(wàn)噸。 根據(jù)頭豹研究院，2020 年中國(guó)氫氣市場(chǎng)規(guī)模約 40 億元，至2030 年和2050年，中國(guó)氫氣市場(chǎng)規(guī)模將分別增長(zhǎng)至 567 億元和 7542 億元，未來(lái)市場(chǎng)空間廣闊。
當(dāng)前化石燃料制氫技術(shù)最為成熟，制氫效率最高，但是在各類制氫技術(shù)中，化石燃料制氫的二氧化碳排放量也更多。相比之下，用風(fēng)電、光伏等可再生能源制氫可以大幅降低二氧化碳的排放量，也有利于解決棄風(fēng)棄光問(wèn)題。由于目前電解水的能量損耗率較高，可再生能源制氫的效率約 30%。另外，核能制氫的碳排放量也較低，同時(shí)核能制氫的效率能夠達(dá)到約 55%。
煤制烯烴是指以煤為原料合成甲醇后再通過(guò)甲醇制取乙烯、丙烯等烯烴的技術(shù)。目前，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)材料之一是作為各類塑料主要原料的合成樹脂。合成樹脂主要產(chǎn)品是聚乙烯、聚丙烯，主要原料是石油和煤炭，國(guó)內(nèi)石油的進(jìn)口依賴度約 7 成，而煤炭基本能夠自給自足，因此煤制烯烴對(duì)于原材料供應(yīng)安全而言意義重大。
近年國(guó)內(nèi)在煤制烯烴技術(shù)和部分關(guān)鍵裝備達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。2020 年11月9日，中科院大連化物所自主開發(fā)的第三代甲醇制烯烴技術(shù)與裝備（DMTO-Ⅲ）在北京通過(guò)了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定，其各項(xiàng)指標(biāo)均居于國(guó)際先進(jìn)水平，將單套煤經(jīng)甲醇制烯烴裝置由 60 萬(wàn)噸/年提升至 100 萬(wàn)噸/年，該技術(shù)使煤制烯烴流程更短、能耗更低，將進(jìn)一步推動(dòng)煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
截至“十三五”末，我國(guó)已建成了 36 套煤（甲醇）制烯烴項(xiàng)目，產(chǎn)能占全國(guó)聚乙烯、聚丙烯總產(chǎn)能的 30%。根據(jù)隆眾資訊統(tǒng)計(jì)，從 2015 年-2019 年的聚烯烴綜合成本看，油制最高，氣制次之，煤制則長(zhǎng)期維持偏低成本，所以煤制烯烴具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。煤制烯烴過(guò)程中會(huì)釋放二氧化碳，主要原因是，煤的碳含量高、氫含量低，而烯烴的氫含量高、碳含量低，因此，需要用煤和水制取氫氣，同時(shí)排放二氧化碳；油制烯烴也存在同樣的問(wèn)題。
“十四五”期間，國(guó)內(nèi)煤制烯烴行業(yè)仍將繼續(xù)發(fā)展。根據(jù)《現(xiàn)代煤化工“十四五”發(fā)展指南》，“十四五”的發(fā)展目標(biāo)形成是 2000 萬(wàn)噸/年煤(甲醇)制烯烴的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，煤制烯烴在“十四五”期間仍將是國(guó)內(nèi)制氫采用的主要方式。
3.2 電解水制氫成本較高，PEM 技術(shù)未來(lái)發(fā)展空間廣闊
根據(jù)電解質(zhì)系統(tǒng)的差別，可將電解水制氫分為堿性電解水(ALK)、質(zhì)子交換膜(PEM)電解水和固體氧化物電解水(SOEC)3 種。三者的基本原理都在氧化還原反應(yīng)過(guò)程中，阻止電子的自由交換，而將電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程分解為外電路的電子傳遞和內(nèi)電路的離子傳遞，從而實(shí)現(xiàn)氫氣的產(chǎn)生和利用，但三者的電極材料和電解反應(yīng)條件不同。中國(guó)的ALK制氫技術(shù)相對(duì)成熟，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額較高，但是在制氫效率等重要技術(shù)指標(biāo)上仍與國(guó)外存在一定差距。國(guó)內(nèi)的 PEM 制氫技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短，其性能尤其是壽命尚缺乏市場(chǎng)驗(yàn)證，整體上落后于歐美。
運(yùn)行負(fù)荷、度電成本和電解效率是堿性ALK電解水制氫技術(shù)降本的關(guān)鍵因素，目前PEM電解水制氫系統(tǒng)設(shè)備成本高出ALK電解系統(tǒng)設(shè)備成本的6-7倍。2020年，可再生能源（陸上風(fēng)電、光伏和水電）電解水制氫，ALK平準(zhǔn)化成本約23-28元/kg，采用PEM電解水制氫技術(shù)成本約為ALK的1.4倍。
2021 年 11 月 4 日，中國(guó)石化直屬機(jī)構(gòu)石科院自主技術(shù)、在燕山石化建設(shè)的首套質(zhì)子交換膜（PEM）制氫示范站啟動(dòng)，意味著中國(guó)石化首次打通了PEM電解水制氫設(shè)備從關(guān)鍵材料、核心部件到系統(tǒng)集成的整套流程。中國(guó)石化PEM制氫示范站采用大面積均一膜電極，此設(shè)計(jì)方案可直接發(fā)展為單槽兆瓦級(jí)規(guī)模，為質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)進(jìn)行大型化試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。作為核心部件的質(zhì)子交換膜電解槽，制氫效率達(dá)85%以上，其陰極和陽(yáng)極催化劑、雙極板以及集電器等關(guān)鍵核心材料部件均實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。石科院獨(dú)立自主研發(fā)的高性能陰陽(yáng)極催化劑在制備工藝、質(zhì)量比活性、長(zhǎng)周期穩(wěn)定性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。該示范站的投用有望推動(dòng)兆瓦級(jí)質(zhì)子交換膜電解水制氫設(shè)施的國(guó)產(chǎn)化。質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)與燕山石化光伏電力的耦合，將實(shí)現(xiàn)綠氫制取
在可再生能源制氫項(xiàng)目方面，國(guó)內(nèi)目前缺少系統(tǒng)性大規(guī)模示范以及電氫融合技術(shù)研究。美國(guó)、歐洲和日韓未來(lái)以發(fā)展電解水制氫技術(shù)為主，著重ALK 技術(shù)規(guī)?；蚉EM技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，在"提高電解效率"、"耐久性"和"設(shè)備的低成本”等方面進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)。
現(xiàn)階段我國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu)仍以化石燃料發(fā)電為主，根據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)合作組織測(cè)算，到 2025 年，中國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu)中，煤炭占比將從 67%下降至49%，風(fēng)光發(fā)電占比將從8%上升至 20%；到 2050 年，煤炭發(fā)電占比大幅下降至 6%，風(fēng)光發(fā)電上升為主力，合計(jì)占比66%。隨著可再生能源發(fā)電成本不斷降低，發(fā)電占比逐步提升，疊加核心設(shè)備的進(jìn)一步國(guó)產(chǎn)化，將極大帶動(dòng)可再生能源電解水制氫方式的發(fā)展。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）
3.3 核能制氫有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制氫
核能制氫在未來(lái)有望助力實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茪?。目前全球的綠色發(fā)展和市場(chǎng)的多元需求促進(jìn)了核能技術(shù)的多樣化發(fā)展，核能利用從單一發(fā)電逐步拓展到供熱、供汽、海水淡化、制氫等多種核能創(chuàng)新產(chǎn)品形式，以適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。核電運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、換料周期長(zhǎng)，可作為基荷電源大規(guī)模替代傳統(tǒng)化石能源，可與其他清潔能源一起構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。氫能是未來(lái)最有希望得到大規(guī)模利用的清潔能源之一，核能具備高效、低耗、環(huán)保、清潔的特點(diǎn)，核能制氫將二者結(jié)合，進(jìn)行氫的大規(guī)模生產(chǎn)，有望成為未來(lái)氫氣大規(guī)模供應(yīng)的途徑。當(dāng)前，與電力生產(chǎn)聯(lián)系緊密的儲(chǔ)能、氫能等技術(shù)已取得一定突破，清潔能源+儲(chǔ)能、清潔能源+氫能有望成為未來(lái)能源供應(yīng)常態(tài)。
核能制氫是將核反應(yīng)堆與先進(jìn)制氫工藝耦合，進(jìn)行氫的大規(guī)模生產(chǎn)，具有不產(chǎn)生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點(diǎn)。核能制氫原理核能制氫就是利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱作為制氫的能源，通過(guò)選擇合適的工藝，實(shí)現(xiàn)高效、大規(guī)模的制氫；同時(shí)減少甚至消除溫室氣體的排放。
根據(jù)中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)，國(guó)內(nèi)大型核電機(jī)組綜合利用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，小型模塊化反應(yīng)堆也將在供電、供熱、制氫、海水淡化等多領(lǐng)域迎來(lái)重要發(fā)展機(jī)遇。國(guó)外方面，美國(guó)也在推動(dòng)核能制氫的發(fā)展。2021 年 10 月，美國(guó)能源部（DOE）宣布投入2000萬(wàn)美元，支持亞利桑那州的核能制氫示范項(xiàng)目，使清潔氫能成為核電站除發(fā)電以外的重要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品，助力在未來(lái) 10 年之內(nèi)實(shí)現(xiàn) DOE“氫能攻關(guān)”科技化的制氫成本目標(biāo)（1美元/ 千克）。
3.4 儲(chǔ)氫技術(shù)以高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫為主，儲(chǔ)氫瓶加快國(guó)產(chǎn)化
儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是制約氫能大規(guī)模發(fā)展的重要因素之一，高效利用氫氣的關(guān)鍵在于氫氣的儲(chǔ)運(yùn)。儲(chǔ)氫技術(shù)主要有固態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)物液體儲(chǔ)氫等，目前氫氣儲(chǔ)運(yùn)主要以高壓氣態(tài)為主，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫充放氣速度快，但安全隱患系數(shù)較高。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)存在難度系數(shù)大、液化成本高、能耗大和絕熱材料成本高等弊端。固態(tài)儲(chǔ)氫方式優(yōu)勢(shì)明顯，但現(xiàn)在仍存有技術(shù)上的難題，長(zhǎng)期來(lái)看具有較好發(fā)展前景。有機(jī)物液體儲(chǔ)氫能夠在常溫下運(yùn)輸和加注，可以利用現(xiàn)有加油站設(shè)施，安全性和運(yùn)輸便利性較好，目前仍有有較多的技術(shù)難題，但未來(lái)極具應(yīng)用前景。
目前已商業(yè)化應(yīng)用的高壓儲(chǔ)氫氣瓶主要是 I 型瓶、II 型瓶、III 型瓶和IV型瓶。I 型瓶由金屬鋼組成；II 型瓶采用金屬材質(zhì)為主，外層纏繞玻璃纖維復(fù)合材料；III 型瓶、IV型瓶外部采用碳纖維纏繞，III 型瓶?jī)?nèi)膽為金屬，IV 型內(nèi)膽為塑料。國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較多的是 35MPa 儲(chǔ)氫Ⅲ型瓶，碳纖維復(fù)合材料是核心組成部分，但是由于國(guó)內(nèi)的碳纖維以進(jìn)口為主，2020 年中國(guó)碳纖維的進(jìn)口量占需求量的6 成左右，碳纖維復(fù)合材料成本約占 35MPa 儲(chǔ)氫Ⅲ型瓶生產(chǎn)成本的 62.5%。
35MPa 儲(chǔ)氫氣瓶?jī)?chǔ)氣量較低，部分成型受制于整車空間布置的限制，滿足不了長(zhǎng)距離的使用要求，目前 35MPa 儲(chǔ)氫氣瓶主要應(yīng)用在城市公交、城市物流以及一定區(qū)域內(nèi)短途重卡等領(lǐng)域。70mpa 儲(chǔ)氫氣瓶?jī)?chǔ)氫量高，主要應(yīng)用在對(duì)續(xù)航里程有更高要求的乘用車以及商務(wù)車領(lǐng)域。2020 年 4 月，沈陽(yáng)斯林達(dá)安科新技術(shù)有限公司研發(fā)的48L鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶已正式通過(guò)氫循環(huán)試驗(yàn)并取得型式試驗(yàn)報(bào)告，成為國(guó)內(nèi)首例通過(guò)氫循環(huán)試驗(yàn)的 70MPa 三型瓶。
Ⅳ型瓶采用非金屬內(nèi)膽，具有優(yōu)異的抗氫脆腐蝕能力，安全性相對(duì)金屬內(nèi)膽的III型瓶更高；在通過(guò)相同外徑、容積和 70MPa 壓力條件下，Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶?jī)?chǔ)氫密度可以達(dá)到 5.5%，高于 III 型瓶的 3.9%；Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶成品重量比III 型瓶輕。由于內(nèi)膽為塑料，Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶使用壽命更長(zhǎng)。Ⅳ型瓶可能更好滿足車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)趨向安全、高儲(chǔ)氫密度、輕量化、低成本、成壽命等方面的發(fā)展要求，未來(lái)隨著Ⅳ型瓶原材料的進(jìn)一步國(guó)產(chǎn)化，性價(jià)比將得到突顯，并加速應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域。
3.5 燃料電池為下游主要應(yīng)用方向
3.5.1 國(guó)內(nèi)燃料電池行業(yè)起步較晚，政策補(bǔ)助加速發(fā)展
隨著技術(shù)的不斷成熟，目前燃料電池加快應(yīng)用新能源汽車等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)的燃料電池電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā)已有所突破，部分國(guó)內(nèi)企業(yè)初步掌握了相關(guān)的核心技術(shù)，并形成了從燃料電池電堆、電池系統(tǒng)，到整車研發(fā)體系和制造的能力，開展了系統(tǒng)的示范運(yùn)行。燃料電池的壽命、可靠性和適用性上基本達(dá)到了車輛使用要求。
發(fā)達(dá)國(guó)家燃料電池目前已處于較為成熟階段。燃料電池行業(yè)技術(shù)門檻較高，需要較深厚的工業(yè)技術(shù)沉淀及創(chuàng)新體系發(fā)展，尤其是先進(jìn)材料研發(fā)和高端系統(tǒng)集成能力方面，因此燃料電池行業(yè)的技術(shù)水平在全球范圍內(nèi)分布較為分散。日本、美國(guó)、加拿大、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家整體技術(shù)實(shí)力較高，燃料電池在電信基站備用電源、物料搬運(yùn)和機(jī)場(chǎng)地勤等領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)極具競(jìng)爭(zhēng)力，而基站電源市場(chǎng)正在向中國(guó)、菲律賓、馬來(lái)西亞等國(guó)擴(kuò)展。
中國(guó)的燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展滯后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，工程集成技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足，核心的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)落后歐美日等國(guó)家，前期示范應(yīng)用的氫燃料電池汽車中部分核心部件以對(duì)外采購(gòu)的成熟模塊為主，但中國(guó)當(dāng)前的國(guó)家政策支持力度較大，發(fā)展速度在加快。
國(guó)內(nèi)燃料電池汽車企業(yè)數(shù)量較少，技術(shù)、成本和規(guī)模是進(jìn)入的主要門檻，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)大多處于非盈利狀態(tài)，在當(dāng)前階段，國(guó)家政府補(bǔ)助是產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要支持。如浙江嘉興對(duì)燃料電池汽車、加氫站建設(shè)、氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行獎(jiǎng)補(bǔ)扶持，對(duì)氫能重點(diǎn)領(lǐng)域給予創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)；四川成都要求加快建設(shè)“綠氫之都”，統(tǒng)籌推進(jìn)“制儲(chǔ)輸用”全鏈條發(fā)展，還提出加快加氫站規(guī)劃建設(shè)，最高給予 1500 萬(wàn)元建設(shè)運(yùn)營(yíng)補(bǔ)助。在雙碳目標(biāo)下，各省市重視綠色氫能發(fā)展，我國(guó)自上而下對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都給予極大的政策支持。多數(shù)地方政府把氫能列入“十四五”期間能源發(fā)展、科技發(fā)展等規(guī)劃之中。部分省市為發(fā)展氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，給予的補(bǔ)貼力度較大，以擴(kuò)大氫能在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用。
3.5.2 燃料電池企業(yè)集中于發(fā)達(dá)國(guó)家，燃料電池車目前普及度低
國(guó)際上，北美地區(qū)主要燃料電池企業(yè)包括 Ballard（加拿大）、Hydrogenics（加拿大）、PlugPower (美國(guó))，F(xiàn)uelCell Energy（美國(guó)）。在應(yīng)用端，福特和通用等車企也比較注重燃料電池技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。在歐洲，主要的燃料電池企業(yè)包括Nedstack（荷蘭，全球領(lǐng)先的質(zhì)子交換膜燃料電池制造商之一）、Dantherm (被加拿大Ballard 收購(gòu))，Intelligent Energy(英國(guó))，Elringklinger(德國(guó))等。戴姆勒、寶馬、大眾等歐洲車企在燃料電池領(lǐng)域投入較大。亞洲的燃料電池技術(shù)主要企業(yè)為豐田、本田、現(xiàn)代等日韓車企。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有行業(yè)的重點(diǎn)企業(yè)主要是依托學(xué)校、科研院所長(zhǎng)期研發(fā)積累，建立了較好競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的“大連新源動(dòng)力”系和“上海神力科技”系等企業(yè)。
燃料電池車目前普及度低，國(guó)外的燃料電池大巴較豪華純電動(dòng)車品牌特斯拉的Model S 車型售價(jià)仍高出許多。燃料電池汽車整車結(jié)構(gòu)包括燃料電池系統(tǒng)、電機(jī)、電控、動(dòng)力電池系統(tǒng)、車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)幾大部件。燃料電池構(gòu)成了燃料電池汽車成本的大部分，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)是燃料電池汽車成本高昂的主要原因，一輛燃料電池汽車總成本約三分之二來(lái)自于燃料電池系統(tǒng)，其中質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)主導(dǎo)的燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成了燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈的價(jià)值核心部分。
3.5.3 膜電極是氫燃料電池核心的零部件
燃料電池技術(shù)就是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，將常見的可燃?xì)怏w和液體如氫氣、甲烷、天燃?xì)狻⒄託?、乙醇、甲醇等燃料，在催化劑的作用下與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，無(wú)需燃燒的技術(shù)。燃料電池由燃料電池堆、供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)以及電能變換系統(tǒng)共同組成，只要反應(yīng)物充足，可以不間斷對(duì)外供電。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率較高，可達(dá) 50%-60%，如果考慮熱能轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到80%-90%。燃料電池釋放的有害氣體很少，是一種適用于小型備用電源、汽車動(dòng)力電源以及大型分布式發(fā)電系統(tǒng)等各類發(fā)電場(chǎng)景的新型清潔動(dòng)力。
根據(jù)電解質(zhì)類型的不同，燃料電池生產(chǎn)技術(shù)共分為 5 種。其中，質(zhì)子交換膜燃料技術(shù)是繼堿性、磷酸性以及熔融碳酸鹽以及固體氧化物燃料電池之后，迅速發(fā)展起來(lái)的溫度最低，比能最高、啟動(dòng)最快、壽命最長(zhǎng)，應(yīng)用最為廣泛的第五代燃料電池，也是現(xiàn)階段國(guó)際燃料電池汽車廠商普遍采用的燃料電池技術(shù)。
質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC：Proton Exchange Membrane Fuel Cell）采用固體聚合物作為電解質(zhì)，含有鉑或者鉑合金催化劑的多孔碳為電極，由于其燃料主要采用氫氣，又稱氫燃料電池。其主要原理是讓進(jìn)入燃料電池的氫分子在陽(yáng)極催化劑作用下分解成氫離子，釋放出電子，氫離子穿過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，電子通過(guò)外電路輸出電能；進(jìn)入燃料電池的氧分子在陰極催化劑作用下，與氫離子和通過(guò)外電路到達(dá)的電子反應(yīng)生成水和熱。氫燃料電池具有密度高，啟動(dòng)快，比功率大，輸出功率可隨時(shí)調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。
質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)是目前發(fā)展最好的燃料電池技術(shù)，具有零污染、能量轉(zhuǎn)化效率高、無(wú)資源和能源瓶頸等核心優(yōu)勢(shì)。膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵核心部件，其決定著燃料電池的輸出性能、使用壽命以及反應(yīng)效率等。膜電極（MEA）是由質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層三大基礎(chǔ)部件構(gòu)成的電極，原材料涉及到質(zhì)子交換膜、鉑催化劑、碳紙等，膜電極與其兩側(cè)的雙極板組成了莫電機(jī)組件。
作為氫氣轉(zhuǎn)換為電能的反應(yīng)場(chǎng)所，膜電極性能決定了燃料電池的輸出性能、使用壽命以及反應(yīng)效率等。氫燃料電池的原理是利用氫作為燃料與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，能量轉(zhuǎn)換效率高，釋放的有害氣體極少，提供的是高效潔凈的能源，具有良好的發(fā)展前景。膜電極是燃料電池系統(tǒng)的組成成分之一，氫氣通過(guò)氫能源車的燃料電池系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電能，膜電極是氫氣轉(zhuǎn)換為電能的反應(yīng)場(chǎng)所，膜電極技術(shù)門檻高，具有極高的成長(zhǎng)性、產(chǎn)品附加值和競(jìng)爭(zhēng)壁壘，膜電極是燃料電池系統(tǒng)的核心的零部件。
國(guó)內(nèi)企業(yè)方面，大連新源動(dòng)力依托中科院大連化物所自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)在車用燃料電池系統(tǒng)集成安裝、調(diào)試、運(yùn)行等方面擁有優(yōu)勢(shì)地位。上海神力科技聚焦氫質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)、全釩液流儲(chǔ)能電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，是目前中國(guó)燃料電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)先者，其低壓燃料電池技術(shù)已具有世界先進(jìn)水平。中科同力化工材料的質(zhì)子膜事業(yè)部主要致力于質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵材料與部件的研發(fā)。貴研鉑業(yè)生產(chǎn)質(zhì)子交換膜燃料電池用催化劑鉑 Pt，但燃料電池用鉑碳催化劑的研發(fā)，尚處于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段，尚無(wú)商品化的產(chǎn)品，相關(guān)樣品正處于市場(chǎng)和客戶的驗(yàn)證階段。
氫燃料電池行業(yè)的上游是氫氣的制備、運(yùn)輸及儲(chǔ)備行業(yè)，下游分別是燃料電池的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括交通運(yùn)輸、電子設(shè)備、固定領(lǐng)域以及特殊領(lǐng)域。上游氫能行業(yè)對(duì)燃料電池行業(yè)的影響主要是通過(guò)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈下游市場(chǎng)應(yīng)用尤其是燃料電池汽車產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響燃料電池的供求來(lái)實(shí)現(xiàn)。下游燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)需要配套的加氫站的供應(yīng)，包括前端氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)，由此影響燃料電池的供求。
4. 重點(diǎn)公司分析
中材科技
公司下屬子公司蘇州有限從2008 年開始研發(fā)高壓儲(chǔ)氫氣瓶，承接國(guó)家863項(xiàng)目-燃料電池車用高壓儲(chǔ)氫瓶及組合閥產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項(xiàng)目，并于 2011 年成功驗(yàn)收。蘇州有限在無(wú)人機(jī)用高壓儲(chǔ)氫瓶領(lǐng)域占據(jù)絕大部分市場(chǎng)份額。公司目前儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)品以商用車應(yīng)用為主，乘用車用儲(chǔ)氫瓶已做相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)能建設(shè)。目前公司批量生產(chǎn)35MPa的高壓儲(chǔ)氫瓶，主要應(yīng)用于商用車及無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，其中 35MPa2L-20L 系列產(chǎn)品主要配套工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域。
獲得 CES 2020 ******創(chuàng)新獎(jiǎng)的“全球首款實(shí)用型氫動(dòng)力垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)——DJ25”所搭載的為蘇州有限生產(chǎn)的高壓儲(chǔ)氫瓶；在商用車領(lǐng)域，公司市場(chǎng)份額也是領(lǐng)先，2020 年公司已配套 400 余輛車。蘇州有限已形成各類型車載高壓燃料電池氫氣瓶、無(wú)人機(jī)用高壓儲(chǔ)氫瓶、站用固定及移動(dòng)式氫能儲(chǔ)運(yùn)裝備、輕量化車載高壓燃料電池供氫系統(tǒng)等氫能儲(chǔ)運(yùn)全系列產(chǎn)品布局，其研發(fā)的 70MPa 四型儲(chǔ)氫氣瓶是國(guó)內(nèi)首款使用國(guó)產(chǎn)碳纖維的高壓儲(chǔ)氫瓶，產(chǎn)品相比三型瓶容重比更高，儲(chǔ)氫密度更大，容積可定制，適用性更強(qiáng)，同時(shí)在原材料供應(yīng)及成本控制方面優(yōu)勢(shì)明顯。公司已掌握該產(chǎn)品關(guān)鍵核心技術(shù)，并同步在蘇州工業(yè)園區(qū)啟動(dòng)70MPa 四型瓶柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)。
粵水電
粵水電與內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市人民政府、江蘇興邦能源科技有限公司簽訂了《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，此次投資氫電產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)容主要包括三大項(xiàng)目。一是設(shè)立1 個(gè)國(guó)際院士未來(lái)零碳?xì)淠芸苿?chuàng)中心。公告稱，此次合作將組建國(guó)際頂尖標(biāo)準(zhǔn)高端材料及氫能裝備實(shí)驗(yàn)室，突破氫能領(lǐng)域“卡脖子”技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)，提高關(guān)鍵零部件制造技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)專利設(shè)備、材料、產(chǎn)品自主可控。其次是打造 2 個(gè)碳中和氫電產(chǎn)業(yè)園，包括：風(fēng)光綠氫制儲(chǔ)運(yùn)加產(chǎn)業(yè)園和氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及其核心部件產(chǎn)業(yè)園。最后是圍繞產(chǎn)業(yè)上下游布局三大產(chǎn)業(yè)鏈集群，包括：上游風(fēng)光發(fā)電、綠氫制儲(chǔ)運(yùn)加；中游燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及其核心部件研發(fā)生產(chǎn)制造；下游綠氫及其燃料電池在交通運(yùn)輸、建筑、公用設(shè)施、軍事、船舶及航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。
公司表示，烏海市人民政府、興邦科技和公司各方聯(lián)合引進(jìn)央企、地方國(guó)企、金融機(jī)構(gòu)與社會(huì)資本，共同設(shè)立氫能綠色金融服務(wù)平臺(tái)，規(guī)劃投資20 億元完善氫能產(chǎn)業(yè)金融服務(wù)體系。氫電發(fā)展規(guī)劃將分三年完成整體產(chǎn)業(yè)鏈落地，預(yù)計(jì)總投資168 億至188億元。項(xiàng)目預(yù)計(jì)形成 1 萬(wàn)臺(tái)（套）氫燃料電池模組、氫燃料電池重卡和公交環(huán)衛(wèi)車輛等應(yīng)用，并形成滿足 1 萬(wàn)臺(tái)氫燃料電池車輛所需制氫、加氫供給服務(wù)能力。公司在此次戰(zhàn)略合作中，主要負(fù)責(zé)風(fēng)電、光伏新能源及綠氫制儲(chǔ)運(yùn)加的投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)。（報(bào)告來(lái)源：未來(lái)智庫(kù)）
東方電氣
中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司是全球最大的發(fā)電設(shè)備制造和電站工程總承包企業(yè)集團(tuán)之一。公司擁有完整的發(fā)電裝備制造體系，可批量研制100 萬(wàn)千瓦等級(jí)水輪發(fā)電機(jī)組、135 萬(wàn)千瓦等級(jí)超超臨界火電機(jī)組、175 萬(wàn)千瓦等級(jí)核電機(jī)組、重型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備、直驅(qū)和雙饋全系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、高效太陽(yáng)能電站設(shè)備?；痣姰a(chǎn)品100 萬(wàn)千瓦等級(jí)空冷機(jī)組、大型循環(huán)流化床鍋爐等多方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位；水電產(chǎn)品總體水平位居國(guó)內(nèi)前列，貫流式、混流式等水電技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，10 兆瓦等級(jí)海上風(fēng)電機(jī)組處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
氫能產(chǎn)業(yè)方面，公司首個(gè)撬裝式加氫系統(tǒng)在德陽(yáng)建成，自主研發(fā)的四川首套加氫站用高壓儲(chǔ)氫容器順利完工。自主研制 60-110 千瓦燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)通過(guò)國(guó)家強(qiáng)檢，標(biāo)志著公司產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了對(duì)作為國(guó)家示范期重點(diǎn)的中重型、中遠(yuǎn)途應(yīng)用的覆蓋。公司構(gòu)建了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池產(chǎn)品體系，形成了氫獲取、氫儲(chǔ)存、氫加注、氫使用全環(huán)節(jié)整體解決方案。
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