氢能

9氢能发展趋势
10不同国家氢能政策

氢能是什么

氢气——世界上密度最小的气体，热值大概是140MJ/kg，比煤炭、汽油等传统燃料高2倍以上。氢气燃烧或以氢气为燃料燃料发电的产物是水，节能环保，不产生任何有害地球发展的废物燃料，能够真正实现无碳排、无污染氢气燃烧过程无碳排放、无污染物产生。另外，氢气安全性好，氢气在发生泄露后极易扩散，爆炸下限浓度高于汽油和天然气；另外氢在整个宇宙中占据宇宙质量的75%，含量最高，地球上丰富的水资源中蕴含着大量可供开发的氢能。所以氢能是既高效又清洁的新型能源形式。

根据中国氢能联盟的预测，在2030年碳达峰愿景下，我国氢气的年需求量预期达到3，715万吨，在终端能源消费中占比约为5%；可再生氢产量约为500万吨，部署电解槽装机约80GW。在2060年碳中和愿景下，我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右，在终端能源消费中占比约为20%。其中，工业领域用氢占比仍然最大，约7，794万吨，占氢总需求量60%；交通运输领域用氢4，051万吨，建筑领域用氢585万吨，发电与电网平衡用氢600万吨。

氢能特点

根据中国氢能联盟白皮书，氢具有以下的特点:

制氢方式多样，作为可再生的二次能源，氢可以来源于化石能源重整、生物质热裂解、微生物发酵、工业副产以及电解水等多种途径，考虑到风电、光伏、水电等可再生能源发电具有不稳定性，氢作为一种储能手段，不仅能够与之互补，实现调峰，拓展了可再生能源的利用方式。氢能灵活且高效。氢热值达到143MJ/kg，是同质量焦炭、汽油等化石燃料的3-4倍，通过燃料电池可实现综合转化效率90%以上，利用过程中能量损耗小。同时氢能可应用于多个领域，包括发电(分布式供电供暖)、交通(结合燃料电池应用于汽车、轨道交通、船舶等领域，具有长续航历程、加注速度快等优势)、冶炼(作为高效的还原剂和热源，减少碳排放)、建筑等。

氢能是一种清洁能源，无论是燃烧还是电化学反应，产物只有水，没有传统能源利用所产生的的污染物及二氧化碳，真正实现低碳或零碳排放，满足未来能源发展低碳环保的要求。

氢气是易燃易爆气体，其燃点为574°C，爆炸极限广至4%~75%，安全问题极为重要。因此氢气的储运具有一定难度，但也是保证氢气安全且经济化应用的关键。

氢储能主要适用于长时间、跨区域的储能场景。首先在储能时长上，氢储能基本没有刚性的储存容量限制，可根据需要满足数天、数月乃至更长时间的储能需求，从而平滑可再生能源季节性的波动。此外，氢能在空间上的转移也更为灵活，氢气的运输不受输配电网络的限制，可实现能量跨区域、长距离、不定向的转移。最后，氢能的应用范围也更为广泛，可根据不同领域的需求转换为电能、热能、化学能等

氢储能与电化学储能的互补性强于竞争性。在能量密度、储能时长上具有较大优势，在能量转换效率、响应速度等方面则相对较差

氢能产业链

《氢能及燃料电池行业系列报告(一)之氢能篇：氢风徐来海阔天空》显示：氢能主产业链可概括为“氢气制取、氢气储运、氢气使用”三个环节:制氢方面，目前，中国氢气供给结构中约近80%来源于煤制氢或焦炉煤气副产氢，电解水等清洁氢源占比较低。根据中国氢能联盟对未来中国氢气供给结构的预测，中短期来看，中国氢气来源仍以化石能源制氢为主，以工业副产氢作为补充，可再生能源制氢的占比将逐年升高。到2050年，约70%左右的氢由可再生能源制取，20%由化石能源制取，10%由生物制氢等其他技术供给。

储运方面，储氢技术分为两个方向物理储氢和化学储氢。物理储氢主要包括常温高压气态储氢、低温液化储氢、低温高压储氢和多孔材料吸附储氢；化学储氢主要包括金属氢化物储氢和有机液体储氢。其中低温高压储氢、多孔材料储氢、金属氧化物储氢和有机溶液储氢尚处于研发阶段。

氢气下游应用方面，主要氢能燃料电池汽车将是主要应用场景，当前由于成本等原因商用车和重卡将是应用主流；在工业领域，氢气是重要的化工原料，合成氨、合成甲醇、原油提炼等，均离不开氢气。除了交通行业和工业，氢气在其他行业也有巨大的应用潜力。在电力行业，氢能发电，可以用作备用电源、分布式电源、为电网调峰。在建筑行业，一方面，天然气掺氢用作家用燃料，可以降低燃气使用碳排放强度；另一方面，氢驱动的燃料电池热电联供系统，为建筑物供电供热，综合能源利用效率超过80%。在医疗领域，氢气也被证实有去除氧化基、治疗氧化损伤等疗效。在食品工业，也常常用氢气实现油脂氢化，以提高油脂的使用价值。

制氢

氢气制取方式繁多，可再生电力电解水制氢为低碳路径下的终极目标。①根据原材料的不同，氢气制取主要分为化石燃料制氢、工业副产氢和电解水制氢三大类，其中工业副产氢难以满足大规模集中供应；②对于化石能源和电解水制氢，根据碳排放量的不同，又划分为灰氢、蓝氢和绿氢三大类，其中蓝氢通过CCS(碳捕捉)技术降低化石燃料制氢的碳排放量，而绿氢采用可再生电力电解水制取，不仅可有效降低制取过程中的碳排放量，而且原材料可再生，符合可持续发展性。

制氢公司

宝丰能源：公司总投资14亿元建设全球最大规模的太阳能电解水制氢储能及综合应用示范项目，主要包括新建20，000Nm3/h碱性电解槽电解水制氢装置(合计年产氢气1.6亿Nm3/年)及配套公辅设施，制取绿氢用于化工生产。

美锦能源：公司采用焦炉煤气制氢，可实现低成本高效大规模制氢。

东华能源：公司目前拥有PDH产能198万吨/年，副产5.6万吨/年氢气。预计到2030年，公司将形成年产超900万吨PDH、800万吨PP、氢气产能45万吨

中国石化：公司氢气年产能力超390万吨，占全国氢气产量的11%左右

中国旭阳集团：公司现运营焦化规模1210万吨/年，预计2025年达到3000万吨/年，2030年达到6000万吨/年；旭阳集团现有氢资源26.6亿方/年，预计2025年氢资源超过65亿方/年，2030年氢资源超过130亿方/年。

华昌化工：公司二期项目可生产合成气(氢气、一氧化碳)，装置合成气生产能力总计为110000立方/小时，在氢气制取方面，每年可生产氢气达20万吨

鸿达兴业：公司目前拥有100万吨氯碱产能，副产氢气可达2.5万吨/年。

金能科技：公司建设90万吨/年丙烷脱氢与8×6万吨/年绿色炭黑循环利用项目、6.5亿立方/年清洁氢能源项目，公司每年可副产氢气4.1万吨。

卫星化学：公司全资子公司浙江卫星能源已建成年产90万吨丙烷脱氢制丙烯装置，可副产氢气3万吨/年。

滨化股份：公司与北京亿华通共同出资设立了山东滨华氢能源有限公司，主要业务方向是为氢燃料电池汽车加氢站提供氢气，目前公司副产氢气1.7万吨/年。

储氢

根据氢能物理特性与储存行为特点，可将储氢方式分为压缩气态储氢、低温液态储氢、液氨/甲醇储氢、吸附储氢(氢化物/液体有机氢载体(LOHC)等

1)压缩气态储氢：将氢气压缩于高压容器中，储氢密度与储存压力、储存容器类型相关，当前技术发展成熟、广泛应用于车用氢能领域，但国内关键零部件扔依赖进口，储氢密度较国外低。优点是技术成熟、充放氢速率可调；缺点是体积储氢密度低、容器耐压要求高

2)低温液态储氢：低温(20K)条件下对氢气进行液化；国外约70%使用液氢运输，安全运输问题验证充分；国内民用技术处于起步阶段，与国外先进水平存在差距。优点是体积储氢密度高、液态氢纯度高；缺点是液化过程能耗高、容器绝热性能要求高、成本高

3)液氨/甲醇储氢：利用液氨、甲醇等液体材料在特定条件下与氢气反应生成稳定化合物，并通过改变反应条件实现氢的释放；技术距离商业化大规模使用尚远；国内处于攻克研发阶段；优点是储氢密度高、安全性较好、储运方便；缺点是涉及化学反应、技术操作复杂、含杂质气体、往返效率相对较低

4)氢化物/LOHC吸附储氢：利用金属合金、碳质材料、有机液体材料、金属框架等对氢的吸附储氢和释放的可逆反应实现；技术大多处于研发试验阶段；国内技术水平与国际先进水平存在较大差距；优点是安全性高、储存压力低、运输方便缺点是普遍存在价格高、寿命短或者储存、释放条件苛刻等问题

加氢站

现有的加氢站主要分为站内制氢供氢加氢站和外供氢加氢站两类，工作流程略有不同。

站内制加氢站:氢站内有制氢设备，可自行生产氢气，经过压缩后实现对外加气。站内制氢加氢站可分为天然气重整站和水电解制氢站。这类加氢站对大规模加氢站是很好的补充，氢气价格取决于维护成本、电价和燃料价格，基础设施成本取决于装置生产能力。

外供加氢站:借鉴了天然气子母站的工作原理，从站外工厂(母站氢源)送至加氢站(子站)，经过二次加压完成对外加气。外供氢加氢站可分为高压氢气站、液氢站和复产氢源站三种，其中高压氢气站适合小规模加氢站，氢气运输成本偏高，基础设施成本较低。液氢站方面，由于我国对液氢管制严格，目前国内没有液氢加氢站，短时间内难以普遍应用。

氢能燃料电池

氢能燃料电池是一种通过非燃烧方式直接将燃料的化学能转化为电能的装置。工作时其借助电极将进入负极的氢(含氢燃料)和进入正极的氧发生非燃烧的电化学反应，氢在负极上的催化剂(铂)的作用下分解成正离子H⁺和电子e^-。H⁺进入电解液中穿过质子交换膜，而e^-则沿外部电路移向正极(阴极)产生电流。在正极上，空气中的氧同电解液中的H⁺吸收抵达正极上的电子e^-形成水。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，即可驱动车辆行驶。

氢能应用领域

交通运输领域：氢燃料电池汽车，交通运输业排放占全球碳排放量的1/3。燃料电池车具有零排放、续航里程长等特点，是交运行业减碳的最佳选择

建筑领域：分布式热-电联供系统，氢气供燃料电池发电，燃料电池发电产生热量用于供暖与热水供应

储能领域：氢储能参与电网辅助，氢储能系统耦合风光等可再生能源参与电网削峰填谷、调峰调频等作用

工业领域：氢能炼钢，利用氢气的高还原性，代替焦炭作为高炉还原剂，以避免钢铁生产中的碳排放

氢能发展趋势

(1)可再生能源制氢将成为主流：由于氢能下游应用场景的大幅扩充，制氢领域将会快速发展。而可再生能源电解水制氢在整个过程中的无碳化，未来从平价上网还将发展到低于煤电上网电价，确定了其在双碳背景下未来的主导地位。

(2)交通领域氢电协同，燃料电池或成商用车及非道路运输减排之选：由于锂电池本身的电能充放特点，电动汽车在中短距离运输中适用性较高。相比之下，燃料电池车能量密度高，加注燃料便捷、续航里程较高，更加适用于长途、大型、商用车领域，可有效解决商用货车污染排放大等问题。未来有望形成燃料电池汽车与纯电动汽车互补并存的格局。

(3)氢能应用场景多点开花，能源、工业领域是主要催化剂：碳中和大背景下，氢能在我国能源转型中的作用和定位主要包括:实现大规模、高效可再生能源消纳；在不同行业和地区间进行能量分配；充当能源缓冲载体，提高能源系统韧性；降低交通运输过程中的碳排放；降低工业用能领域的碳排放；代替焦炭用于冶金工业降低碳排放；降低建筑采暖的碳排放等。