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      氫能重點產業鏈 中國及海外氫能產業發展規劃前景對比

      來源:原創  時間:2022-06-07  點擊:395
      本文對中國及海外氫能產業發展規劃進行了詳細的介紹,并對氫能重點產業鏈 投資前景進行了深入的分析

        一、我國氫能發展規劃介紹

        1、多部門支持氫能產業發展

        繼2019年3月氫能被首次寫入政府工作報告后,國務院、國家發改委、國家能源局等多部門陸續印發了支持、規范氫能源行業的發展政策,主要包括氫能發展 技術路線、氫能基礎設施建設、燃料電池汽車發展等內容。


        2、三大氫燃料電池“示范城市群”落地,推動氫能跨區域發展

        2021年8月,財政部、工業和信息化部、科技部、國家發展改革委和國家能源局《關于啟動燃料電池汽車示范應用工作的通知》正式印發,宣告京津冀、上海、 廣東成為國內三大氫燃料電池汽車示范城市群,示范期為期四年。國家將采取“以獎代補”的方式,按照示范城市群任務目標完成情況給予獎勵?!笆痉冻鞘腥?”的落地,將加快燃料電池關鍵核心技術自主化與產業化進程,有助于探索氫能商業化模式和燃料電池產業政策的建立,推動氫能跨省跨區域協同發展。


        3、多省市發布氫能產業建設目標

        目前,共有近30個省份及直轄市已發布氫能發展相關政策方案。其中,出臺了專項氫能整體產業發展政策的共有5省,分別為北京、河北、四川、山東、內蒙古; 出臺了氫燃料汽車細分領域專項政策的共有4省,分別為廣東、重慶、浙江、河南。其他大多數省份地區均將氫能相關發展規劃納入新能源汽車產業、或整體能源 發展、或戰略性新興產業發展、或全省十四五規劃當中。


        二、海外氫能發展規劃介紹

        1、歐盟將氫能戰略“ 三步走”計劃,綠氫生產為首要任務

        2020年7月,歐盟發布了《歐盟氫能戰略》,提出了歐洲長期發展氫能的戰略藍圖。該戰略旨在通過投資、監管、市場創建以及研究和創新等一系列措施來促進 氫能產業化,同時概述了全面的投資計劃,包括制氫、儲氫、運氫的全產業鏈,以及現有天然氣基礎設施、碳捕集和封存技術等投資,預計總投資超過4500億 歐元。 歐盟明確主首要任務是開發綠色氫能。2024與2030年歐洲可再生能源產氫量要分別達到100萬噸和1000萬噸,可再生能源電解槽裝機量要分別達到6GW和 40GW,而目前歐洲完成安裝的可再生能源電解槽僅為1GW,占制氫總容量的1.4%。


        2、發展氫能將為歐盟帶來巨大的社會經濟和環境效益

        據《歐洲氫能路線圖》預計,到2050年,歐盟的氫氣需求約為5600萬噸,約占總能源需求的四分之一,氫能產業發展具有顯著環境效益和經濟效益。到2030 年,氫能將為歐盟創造1300億歐元的產業規模,出口潛力將達到700億歐元,凈出口額將達500億歐元,氫能產業將為歐洲創造約100萬個就業崗位。到2050 年,歐盟氫能產業將達到8200億歐元,提供540萬個就業崗位,氫能將減少歐盟約5.6億噸碳排放。


        氫能將可能給交通、工業、建筑等領域用能帶來巨大轉變,并有希望帶動歐盟能源體系的基礎設施投資。2030年,歐盟將在電解槽領域新增240億~420億歐 元投資,2050年將達到1800億~4700億歐元。由于氫能生產對運輸、貯存等行業的拉動,到2030年,氫能將帶動歐盟新增可再生能源發電設施達到80GW~ 120GW水平,同時拉動氫能運輸和儲存行業650億歐元投資。


        3、歐洲部分國家氫能戰略:大力發展可再生能源制氫

        目前英國、法國、德國、意大利等主要歐洲國家紛紛發布了國家氫能戰略,明確了2030年氫能發展目標以及相應的投資計劃,這些戰略不僅將帶動能源結構 改變,更將帶動相關技術集成,連帶其他行業的技術革新。 確立以可再生能源為基礎的氫氣發展路徑。截至2020年底,歐洲共有總裝機量為21.3GW的151個電解水制氫項目在推進。其中有82個項目宣布了其制氫電 力來源,風能、太陽能和水能等可再生能源將為這些電解槽提供99%的動力


        氫能產業鏈圖譜

      氫能產業鏈圖譜

        三、氫能產業鏈上游

        我國氫能產業具備長期發展潛力

        根據中國氫能聯盟的預測,在2030年碳達峰愿景下,我國氫氣的年需求量預期達到3,715萬噸,在終端能源消費中占比約為5%;可再生氫產量約為500萬噸,部署電解槽裝機約80GW。在2060年碳中和愿景下,我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右,在終端能源消費中占比約為20%。其中,工業領域用氫占比仍然最 大,約7,794萬噸,占氫總需求量60%;交通運輸領域用氫4,051萬噸,建筑領域用氫585萬噸,發電與電網平衡用氫600萬噸。


        1、制氫——化石能源制氫是我國目前主要氫源

        2019年,我國氫氣主要來源于化石能源制氫(煤制氫、天然氣制氫);其中,煤制氫與產量達到2,124噸,占我國氫能產量的63.54%,天然氣制氫產量為460 萬噸,占我國氫能產量的14%,而電解水制氫產量僅約為50萬噸。 煤制氫技術路線穩定高效,制備工藝成熟,也是成本最低的制氫方式,經測算,在原料煤價格在800元/噸時,制氫成本約為12.64元/kg。 ? 天然氣制氫技術中,蒸汽重整制氫較為成熟,是國外主流的制氫方式,經測算,在天然氣價格為2.5元/Nm3時,天然氣制氫的成本約為12.79/kg,其中天然氣 原料成本占據總成本的70%以上。


        2、儲氫運氫

        氣、液、固三種方式比較

        氫儲存的方式有高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和固態儲氫。目前高壓氣態儲運氫技術相對成熟,是我國現階段主要的儲運方式。 氣氫通常以20MPa鋼制氫瓶儲存,并通過長管拖車運輸,適用于短距離、小規模輸運。管道輸氫是實現氫氣大規模、長距離運輸的重要方式,但建設成本較 大,目前我國僅有100km管道建設。液態儲氫是指在標準大氣壓下,將氫氣冷卻至零下252.72攝氏度液化儲存在特制的高度真空的絕熱容器中,常溫常壓下液氫的密度為氣氫的845倍,適用于距 離較遠、運輸量較大的場合,但裝置投資較大,能耗較高。 固態儲運是以金屬氫化物、化學氫化物或納米材料等作為儲氫載體,通過化學吸附和物理吸附的方式實現氫的存儲。固態儲氫具有儲氫密度高、安全性好、氫 氣純度高等優勢。但技術復雜,成本高,尚無規?;褂?。


        三種形式的結合應用前景

        對于高壓氣態運氫運輸,當運輸距離為50km時,運輸成本為3.6元/kg,隨著距離的增加長管拖車運輸成本大幅上升,當運輸距離為500km時,氫氣的運輸成 本達到29.4元/kg。因此,長管拖車只適合短距離運輸(小于200km)。 液氫槽罐車運氫成本對距離不敏感,當加氫站距離氫源點50-500km時,運輸價格在10.4-11.0元/kg范圍內,這是由于液氫成本主要來源于液化過程中的耗電 費用,僅與載氫量有關,而與距離無關。因此,液氫罐車在長距離運輸下更具成本優勢。 管道運氫成本主要來源于與輸送距離正相關的管材折舊及維護費用,當輸送距離為100km時,運氫成本僅為0.5元/kg。但管道運氫成本很大程度上受到需求 端的影響,在當前加氫站尚未普及、站點較為分散的情況下,管道運氫的成本優勢并不明顯。但隨著氫能產業逐步發展,氫氣管網終將成為低成本運氫方式的 最佳選擇。


        四、氫產業鏈中游(燃料電池動力系統)

        我國氫燃料電池汽車發展現狀

        在政策的支持下,2016-2020年我國氫燃料電池汽車產量逐年提升;2020年受疫情影響,行業產量下滑至1199輛。截止2020年底,我國氫燃料電池汽車保有 量為7352輛,進入商業化初期。 2020年,燃料電池商用車價格約為200萬/輛,隨著燃料電池系統生產規?;c燃料電池電堆核心零部件國產化,在2025年燃料電池汽車保有量達到5-10萬輛 的預期下,我們預計燃料電池汽車銷售價格將以每年10%的幅度下降。


        1、氫燃料電池汽車結構

        氫燃料電池汽車的核心為燃料電池發動機系統,其結構主要包括燃料電池發動機、車載儲氫系統、冷卻系統等。其中,燃料電池發動機系統主要由燃料電池電堆、 氫氣供給系統、氧氣供給系統、發動機控制器等構成。 供氫系統將氫從氫氣罐輸送到燃料電池電堆;由空氣過濾器、空氣壓縮機和加濕器組成的供氣系統為燃料電池堆提供氧氣;水熱管理系統采用獨立的水和冷卻劑 回路來消除廢熱和反應產物(水)。燃料電池系統產生的電力通過動力控制單元驅動電動機,從而驅動車輛行駛,輔助電池則在需要時提供額外的電力。(報告來源:未來智庫)


        2、膜電極關鍵材料

        質子交換膜

        膜電極(MEA)由質子交換膜、催化層和氣體擴散層組成,是燃料電池發電的關鍵核心部件,同時也是多相物質傳輸和電化學反應的場所,決定了燃料電池的 性能、壽命和成本。主要性能指標包括單位表面積的輸出功率(功率密度)、貴金屬用量(單位功率輸出的鉑用量)、壽命和成本。膜電極生產目前采用的是 第二代生產技術——催化劑涂膜(CCM)技術,具有卷對卷(Roll-to-Roll)連續化高速生產能力。國際上,日、美、歐、加拿大等國家和地區憑借多年技術 積累,在膜電極的基礎研究和制備技術上一直處于領先地位。目前,國際上最先進的膜電極商業化產品的功率密度在1.4~1.5W/cm2范圍內,國內量產膜電極 的功率密度為1.0~1.2W/cm2。


        催化劑

        在燃料電池中,催化劑起到分解氫氣和氧氣進行電化學反應產生電流的作用。目前商用催化劑為鉑碳催化劑,而稀有金屬鉑的高成本是燃料電池商業化的主要 阻礙之一。國外催化劑用量已實現<0.2g/kW,而我國催化劑用量普遍處于0.3-0.4g/kW的水平。因此低鉑和非鉑催化劑的開發成為降低燃料電池成本的關鍵。 催化劑需要平衡成本與耐久性兩方面的需求,新型高穩定、高活性鉑或非鉑催化劑是研究熱點。鉑合金催化劑取得很大進展,如鉑鈷、鉑鎳等正在得到實際應 用;非鉑催化劑性能與穩定性還有待提升。


        燃料電池電堆成本下降趨勢

        國內燃料市場目前市場區域性訂單多,同時批量供貨的競爭者開始增多,市場競爭開始由一向多發展,市場集中度逐年下降,2020年CR5為64%,較2019年降 低14%,預計2-3年內仍會下降。 2020年,膜電極、雙極板、燃料電池電堆、氫氣循環泵、空壓機等核心材料和關鍵部件價格均有明顯下降,同比2019年降幅在20%-50%。其中,燃料電池電 堆、空壓機價格接近腰斬;膜電極實現20%-30%降價;氫氣循環泵價格從3萬元降到1-2萬元/臺,國產氫氣循環泵相比進口產品可便宜70%以上。


        氫能關鍵裝備市場展望

        生產端市場前景——電解槽

        電解槽是制備綠氫的關鍵設備,其技術路線、性能、成本是影響綠氫市場走勢的重要因素,目前質子交換膜(PEM)電解水和堿性電解水技術目前已經商業化 推廣的條件,未來具備較強的商業價值。 堿性電解槽成本較低,經濟性較好,我國堿性電解水制氫代表企業有中船重工718所、考克利爾競立、天津市大陸制氫設備有限公司等,近期陽光電源、協鑫集 團等光伏企業也紛紛布局堿性電解水制氫設備項目。


        燃料電池汽車與電堆市場前景

        根據上海、北京、廣東、山西、山東、江蘇、河北、河南、四川、湖北等十個省份及直轄市明確規劃,2023和2025年燃料電池汽車保有量分別達到3.01和7.95 萬輛,2020年底國內燃料電池汽車保有量約7352輛。我們預測我國燃料電池汽車2025年銷量從當前不足3000輛增長到2.5萬輛,未來4年CAGR為88%。 根據燃料電池汽車平均功率為100kW,燃料電池電堆當前價格為3000元/kW以及年均下降幅度為200kW/元進行測算,2021-2025年燃料電池電堆新增市場需 求的CAGR為87%。2025/2030年,燃料電池電堆新增市場分別為75/238億元。


        燃料電池核心零部件市場前景

        隨著氫燃料電池產業發展,其上游零部件膜電極與雙極板市場需求隨之增長。我們根據目前各省市發布的氫燃料電池汽車投放量規劃預測,2021-2025年我國 氫燃料電池車用膜電極與雙極板的年新增市場需求的CAGR為83%。2025/2030年前我國膜電極新增市場37/173億元,雙極板新增市場將達到12/52億元。


        儲氫瓶市場前景

        未來幾年,我國儲氫瓶市場將主要由燃料電池商用車推動。據目前各省市發布的氫燃料電池汽車投放量規劃測算,我們2021-2025年我國氫燃料電池車載儲氫 瓶年新增市場需求的CAGR達到78%,2025/2030年前車載儲氫瓶新增市場達到32/111億元。與之對應,2021-2025年生產儲氫瓶用碳纖維年增需求的CAGR 為88%,2025/2030年儲氫瓶用碳纖維新增需求量將達到0.6/2.5萬噸。


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