1、什么是氢能?

(一)氢能是现代能源体系中不可或缺的一环

氢能是实现深度脱碳的有力抓手。氢是一种来源广泛、清洁无碳同时应用场景十分丰富的二次能源。氢能的热值高达 120MJ/kg，是同质量标准煤和石油等化石燃料的 2-4 倍。氢气在各种物理和化学变化过程中释放的能量，可以用作储能、发电和各种交通工具的燃料。氢能正在成为全球深度脱碳完成能源体系变革的重要一环。

氢能产业链为制备、储运和加注，作为能源载体用于交通、电力、工业和建筑等领域。氢能产业链主要包括氢气的制备、储运、加注和应用四个环节。在交通领域，氢能和燃料电池规划主要用于重卡、货车等高耗油商用车，该运用能够有效减少我国在交通运输领域的石油耗量，和锂电池汽车实现互补。在电力领域，氢能能够通过可再生能源电力制取，起到大规模储能和调峰，有效解决新能源电力的消纳问题，实现不同种类的能源跨地域和跨时空调节的作用。同时氢气作为可再生能源高效利用的载体，能够引导可再生能源电力运用于工业和建筑等领域，从而帮助这些碳排放量较高的应用的深度脱碳。

2、中国氢能的发展现状如何?

顶层设计落地，氢能有望实现加速发展。“十三五”以来，国家多次下发了相关文件支持氢能和燃料电池的发展。2022年3月22日，国家正式下发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》。《规划》对我国氢能发展进行了规划。2025年目标为实现燃料电池车辆保有量约5万辆，并配套部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排100-200万吨/年。

氢能产量稳步增长，未来将成我国终端能源重要组成部分。截至2021年末，中国已经实现了氢气产能约为4000万吨/年，产量约为3300万吨/年。根据中国氢能联盟的预测，到2050年氢能占我国终端能源体系的占比至少将达10%，需求量将超过6000万吨，能够实现二氧化碳排放量降低约7亿吨。氢能会是我国能源体系的重要组成部分。

(二)绿电制氢是有望实现氢能的大规模运用

目前制氢方式多以化石能源为主，绿氢占比低。按照氢气的来源进行分类，可以将氢气分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。“灰氢”是指使用化石燃料制取氢气并且不会对释放的二氧化碳作任何处理，制备原料多是煤炭、天然气等传统化石能源和工业副气。 “蓝氢”是指使用化石燃料制取氢气，但同时对释放的二氧化碳进行补集和封存。主要原材料与“灰氢”原料相似，不过增加了CCUS即碳捕捉工序。“绿氢”则是指使用可再生能演发电电解或是光解制取的氢气。其中，原料主要是水，电解的电力来源是光伏、风电等清洁能源。到2020年，中国制成的氢气来源和占比分别为煤炭64%，工业副产21%，天然气14%，电解水1%。并且在电解水当中使用绿电的比例要更低。

制氢技术路线多样，绿电制氢经济性有待提升。通过对不同技术路线制备氢气的方式进行对比可以看出，使用传统化石能源制备氢气的技术均比较成熟，成本相对低廉，不过碳排放量也相对较高，没有实现减碳的目标。也有部分原材料为化石能源同时碳排放量很少的制备氢气的方法，不过成本也十分昂贵。

使用电解水制氢的路径包括碱性电解水(AEL)、质子交换膜电解水(PEMEL)和固体氧化物电解水(SOEL)。其中，SOEL能量转换效率高，但目前尚未达到商业化应用阶段。AEL和PEMEL技术相对成熟，但是在成本和转化效率有比较大的差异。AEL设备购置成本低，但是运行中需要有腐蚀性的碱液循环，对电力波动性的响应速度较慢，也直接导致了更低的制氢效率。PEMEL 使用质子交换膜替代传统的碱性电解质溶液，设备投资成本更高，不过运行电流密度显著提高，能量转化效率也有明显的提升。使用AEL方法制备氢气的能量转化效率比PEMEL会低10%，成本则是少了近40元/kg

电费是电解水制氢的主要成本。分别对AEL技术制氢和PEMEL制氢方法的成本进行拆分可以看出，电费的占比都达到了75%以上，由此可见电费是决定电解水制氢成本的关键因素。此外，PEMEL因为技术相对不成熟，设备成本占比较高，达到了16.19%。

可再生能源电力度电成本持续下降，绿电制氢经济性显现。根据能源研究所测算，到2050年以风电、光伏为代表的可再生能源发电方式的度电成本都会出现大幅下降。以光伏发电为例，其度电成本在分别将在2035年和2050年降低至0.2元/度和0.13元/度。在绿电价格持续下降的情况，绿电制氢的成本也随之出现了比较大的下滑。根据张轩等人的测算，在0.2元/度的电价成本和5000小时的设备利用时间下，制氢成本将低至20元/kg。该成本线也是氢燃料电池该氢能应用大规模发展的经济性前提。

绿电制氢仍以示范项目为主，尚未实现商业化。目前在全国包括辽宁、河北、吉林等地都开展了光伏、风电等绿电制氢的示范性项目，为日后绿电制氢的商业化运用奠定基础。

(三)绿电制氢投资方向电解槽和质子交换膜是绿电制氢亟待关注的投资方向。

电解槽是电解水制氢中的核心设备，根据我们的测算，在2025年国内预计仍在商业化和规模化前期的可再生能源制氢产量达到20万吨。在其中AEL技术占比85%，PEMEL 技术占比15%的情况下，AEL电解槽的市场空间将达15.19亿元，PEMEL电解槽的市场空间将达17.75亿元，整个可再生能源制氢的设备市场空间将达43.71亿元。并且在技术进一步进步，绿电制氢成本持续下降的情况下，设备的市场空间还将扩大。

质子交换膜国产化正在路上。目前商用化的质子交换膜目前仍由杜邦等外国企业生产为主，其高昂的售价本也是阻碍 PEMEL 技术推广的主要因素。不过，目前已经有国内企业正在建设相对中低端的质子交换膜产品，国产化箭在弦上。

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