張開興：氫能發(fā)展態(tài)勢——星星之火，可以燎原

國際能源轉(zhuǎn)型一直沿著從高碳到低碳、從低密度到高密度的路徑進行，而被譽為“21世紀的終極能源”的氫氣是目前公認的最為理想的能量載體和清潔能源提供者。氫能是一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，可通過多種途徑獲取。且符合我國碳減排大戰(zhàn)略，同時有利于解決我國能源安全問題，是我國能源革命的重要媒介。

氫能的應用可以廣泛滲透到傳統(tǒng)能源的各個方面，包括交通運輸、工業(yè)燃料、發(fā)電等，主要技術是直接燃燒和燃料電池技術，而使用燃料電池的氫能源汽車是未來最為廣闊的應用領域。相比于鋰電池電動車，氫能源汽車除了不受溫度影響、續(xù)航里程更長以外，還具有能迅速補充燃料（3~5分鐘）的優(yōu)點。然而，不同于鋰電池電動車可以利用現(xiàn)有電網(wǎng)建造充電站，氫能源汽車使用的加氫站目前完全依賴長管拖車運輸，效率較低且成本較高。加氫站成本高昂、數(shù)量稀少加上汽車自身成本較高等一系列原因制約了氫能源汽車的發(fā)展，目前氫能源汽車的應用尚在星星之火的萌芽階段，但正呈燎原之勢迅猛發(fā)展。

1.發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)是我國的長期規(guī)劃

隨著氫能應用技術發(fā)展逐漸成熟，以及全球應對氣候變化壓力持續(xù)增大，氫能產(chǎn)業(yè)關注度日益提升，氫能及燃料電池技術作為實現(xiàn)低碳環(huán)保發(fā)展的重要創(chuàng)新技術，正在迎接一輪高速發(fā)展窗口；2019年兩會期間，氫能被首次寫進《政府工作報告》，全國各地掀起了氫能發(fā)展熱潮。隨后，“碳達峰、碳中和”目標的設定以及《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035 年）》的發(fā)布，均為氫能及氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)注入強勁的發(fā)展動力。

根據(jù)國際能源署預測，到 2070 年，全球?qū)錃獾男枨箢A計將從 2019 年的 7000 萬噸增長 7 倍達 5.2 億噸。隨著化石燃料燃料的減少，疊加氫氣低碳化生產(chǎn)因素，全球能源行業(yè)和工業(yè)加工領域有望在 2070 年實現(xiàn)碳中和。

（資料來源：國際能源署、普華永道、天風證券研究所）

我國的能源結構則自 2005 年起發(fā)生較大改變，原油和煤炭消費量占比較高但總體呈下降趨勢；清潔能源占比逐年穩(wěn)步提升。伴隨著能源結構逐步轉(zhuǎn)型，氫能源作為清潔能源將具備良好的發(fā)展前景。

（資料來源：Choice 、頭豹研究院、天風證券研究所）

2.氫能產(chǎn)業(yè)鏈介紹

我們來看一下氫能產(chǎn)業(yè)鏈，整體上大致可分為上中下游三部分：

上游：主要包括制氫、儲氫、運氫、加氫等各環(huán)節(jié)；

中游：主要是氫燃料電池部件和系統(tǒng)的生產(chǎn)制造；

下游：則是各整車廠對氫燃料電池的應用。

（資料來源：川財證券研究所）

制氫

我國是世界第一產(chǎn)氫大國，2019年全國氫氣產(chǎn)量約2000萬噸，但主要用作工業(yè)原料而非能源。氫的制取產(chǎn)業(yè)主要有三種較為成熟的技術路線：

化石能源制氫： 傳統(tǒng)制氫工業(yè)中以煤、天然氣等化石能源為原料，制氫過程產(chǎn)生二氧化碳（CO?）排放，制得氫氣中普遍含有硫、磷等危害燃料電池的雜質(zhì)，對提純及碳捕獲有較高的要求。

工業(yè)副產(chǎn)制氫：焦爐煤氣、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)提純制氫，能夠避免尾氣中的氫氣浪費，實現(xiàn)氫氣的高效利用，但從長遠看無法作為大規(guī)模集中化的氫能供應來源。

電解水制氫：純度等級高，雜質(zhì)氣體少，易與可再生能源結合， 被認為是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色氫能供應方式。

目前，全球制氫技術的主流選擇是化石能源制氫，主要是由于化石能源制氫的成本較低 ，其中天然氣重整制氫由于清潔性好、效率高、成本相對較低，占到全球 48% 。我國能源結構的特點是“富煤少氣”，煤制氫成本要低于天然氣制氫，因而國內(nèi)煤制氫占比最大（64%），其次為工業(yè)副產(chǎn)（21%）。

綠氫，指通過使用再生能源（比如光伏、風電、水電等）制造的氫氣，例如通過可再生能源發(fā)電進行電解水制氫，在生產(chǎn)綠氫的過程中，完全沒有碳排放，綠氫是氫能利用的理想形態(tài)，但受到目前技術及制造成本的限制，制氫成本最高，但十四五規(guī)劃明確到2050年以清潔能源制氫為主，綠氫制備將迎來快速發(fā)展。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟與石油和化學規(guī)劃院的統(tǒng)計，2019 年我國氫氣產(chǎn)能約 4100萬噸 / 年、實際產(chǎn)量約為 3342 萬噸 / 年 。

（資料來源：中國氫能聯(lián)盟，中國銀河證券研究院）

儲氫和運氧

氫儲存主要分為三類：氣態(tài)儲氫 、 液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫 。高壓氣態(tài)儲存技術最為成熟已廣泛應用，低溫液態(tài)儲氫在航天領域有所應用，而有機液態(tài)及固體材料僅在部分燃料電池及分布式發(fā)電中實現(xiàn)示范應用。

氣態(tài)儲氫：高壓氣態(tài)儲氫技術成熟，儲氫密度和安全性方面存在瓶頸；碳纖維纏繞高壓氫瓶的推廣應用實現(xiàn)高壓氣態(tài)儲氫，由固定式應用向車載儲氫應用轉(zhuǎn)變 。

液態(tài)儲氫： 低溫液態(tài)和有機液態(tài)儲氫，低溫液態(tài)儲氫密度大，成本很高；有機液態(tài)儲氫尚處于示范階段。液氫在國內(nèi)僅在航天領域有少量實際應用，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)已初步具備自主國產(chǎn)化技術和產(chǎn)品。

固體儲氫： 技術不成熟，海外已實現(xiàn)燃料電池潛艇商業(yè)應用，國內(nèi)已實現(xiàn)分布式發(fā)電示范應用 。

（資料來源：數(shù)據(jù)來源：中國氫能聯(lián)盟，儲能技術工程研究中心，東吳證券研究所）

運氫技術主要有長管拖車運輸、液氫槽車運輸、管道運輸?shù)龋瑲鈶B(tài)管束車運輸是目前國內(nèi)最主流的方式，若氫氣大規(guī)模應用，隨著規(guī)模效應有效降低成本，液氫槽車運輸和管道運輸有望鋪開。在未來隨著氫氣用量提升，液氫儲氫和管道運輸將有望成為主流。

加氫

加氫站是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的重要基礎設施，其作用類似加油站給汽油 / 柴油車加油。通過將不同來源的氫氣通過壓縮機增壓儲存在站內(nèi)的高壓罐中，再通過加氣機為氫燃料電池汽車加注氫氣。

加氫站主要由制氫系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、加注系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成。從站外運達或站內(nèi)制取純化后的高純氫氣，通過氫氣壓縮系統(tǒng)壓縮至一定壓力，加壓后的氫氣儲存在固定式高壓容器中。當需要加注氫氣時，氫氣在加氫站固定高壓容器與車載儲氫容器之間的高壓差的作用下，通過加注系統(tǒng)快速充裝至車載儲氫容器。

加氫站按站內(nèi)氫氣儲存形態(tài)來分，可以分為氣氫加氫站、液氫加氫站；按氫氣來源分類，可以分為外供氫加氫站和內(nèi)制氫加氫站；按建設形式來分，可以分為固定式加氫站、撬裝式加氫站和移動式加氫站。目前，我國加氫站主要為高壓氫氣儲存加氫站。

自2014年以來，全球加氫站的數(shù)量不斷增長，到 2020年底達到了553站。

（資料來源：https://h2stations.org/，中國銀河證券研究院）

據(jù)統(tǒng)計，截至 2020 年底我國已累計建成 118 座加氫站，在建擬建為 167 座。根據(jù) 《 節(jié)能與新能源汽車技術路線圖 2.0 》相關規(guī)劃， 到 2025 年，我國加氫站的建設目標為至少 1000 座， 2020 - 2025 年的年均復合增長率達 53%；到 2035 年加氫站的建設目標為至少 5000 座， 2020 - 2035 年的年均復合增長率達 28% 。

氫燃料電池

燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學裝置，是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術。燃料電池由陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路組成，其中 燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原。如果在陽極連續(xù)供給燃料 （氫氣 、天然氣、甲醇等 ），而在陰極連續(xù)供給 氧氣 或空氣 ，就可以在電極上連續(xù)發(fā)生電化學反應并產(chǎn)生電流。燃料電池具有效率高、污染小、噪聲低、充能快等優(yōu)勢 。

效率高：燃料電池直接把化學能轉(zhuǎn)化成電能，不受卡諾循環(huán)的限制，理論效率可達 85-90%，目前實際轉(zhuǎn)化效率約為 40-60%；

污染小：一般使用氫氣作為燃料，不產(chǎn)生溫室氣體和含硫、氮的污染物；

噪聲低：結構簡單，不含機械傳動部件，工作時噪聲低；

充能快：燃料電池汽車加氫與燃油車加油過程類似，僅需 5-10 分鐘，明顯快于電動車。

按照電解質(zhì)的類型劃分，燃料電池可分為五大類，其中質(zhì)子交換膜電池（PEMFC）是車用主流技術方案。不同電解質(zhì)類型決定了其電池使用的催化劑、氧化劑、工作溫度的不同，因此有不同的應用領域。PEMFC 由于其工作溫度低、啟動快、氧化物易得的優(yōu)勢，多用于運輸領域；PAFC 、 SOFC 、 MCFC 由于工作溫度高，多用于固定領域，如分布式電站。

（資料來源：德勤，如是金融研究院，中國銀河證券研究院）

全球燃料電池市場潛力大，其中交通運輸類燃料電池將成為增長主力。根據(jù) E4tech發(fā)布的 2020 燃料電池產(chǎn)業(yè)回顧， 2020 年全球燃料電池出貨量 1318.7MW 市場規(guī)模 42 億美元 。按用途劃分，交通運輸類出貨量 993.5MW ，占比 75.3%；按種類劃分， PEMFC 出貨量 1029.7MW ，占比 78.1%。長期來看，燃料電池汽車仍將是燃料電池市場的增長主力。據(jù)預測， 2020-2025 年全球燃料電池市場 年復合增長16.64%， 2025 年將達到 90.5 億美元。

（資料來源：E4tech，中國銀河證券研究院）

2050年，氫能源將承擔全球18%的能源需求，創(chuàng)造超過2.5萬億美元的市場；而燃料電池汽車將是氫能源最有前景的應用方向，樂觀估計最高有望將占據(jù)全球車輛的20-25%。雖然當前整體基數(shù)較小，但近年來氫能源汽車都保持了較高的銷量和保有量增速。

氫能源熱值高，約為石油的三倍以上，是理想的化石燃料替代品。氫能源燃燒使用后不產(chǎn)生任何有害或溫室氣體，對我國實現(xiàn)“碳達峰”、“碳中和”等目標具有重要意義。相比于傳統(tǒng)汽車，氫能源汽車使用氫燃料電池作為動力來源，具有能量轉(zhuǎn)換效率高和完全無污染的優(yōu)點。相比于鋰電池電動車，氫能源汽車除了不受溫度影響、續(xù)航里程更長以外，還具有能迅速補充燃料（3~5分鐘）的優(yōu)點。

然而，不同于鋰電池電動車可以利用現(xiàn)有電網(wǎng)建造充電站，氫能源汽車使用的加氫站目前完全依賴長管拖車運輸，效率較低且成本較高。加氫站成本高昂、數(shù)量稀少加上汽車自身成本較高等一系列原因制約了氫能源汽車的發(fā)展，目前氫能源汽車尚未得到大范圍應用。

（資料來源：同濟大學，汽車之家，中國銀河證券研究院）

目前，氫能源汽車的主要應用范圍集中在商用車領域。根據(jù)新能源汽車國家檢測與管理平臺的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止2019年底，國內(nèi)氫燃料電池汽車中物流用車占比60.5%，公交、通勤等客車占比39.4%，乘用車僅用于租賃且占比僅0.1%。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，目前中國在氫能源制造、儲運、燃料電池等方面發(fā)展迅速，為氫能源汽車的發(fā)展提供了良好的基礎。雖然整體基數(shù)較小，但近年來氫能源汽車都保持了較高的銷量和保有量增速，截止2020年底，我國氫能源汽車保有量為已達7,352輛。

3.總結

我國氫能產(chǎn)業(yè)政策的“1+N”體系已搭建完畢，各地政府政策出臺步伐加快，未來發(fā)展目標清晰明確。在氫能五大示范城市群的推廣效應下，2022年起氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模持續(xù)擴大，產(chǎn)業(yè)化進程不斷深入。為實現(xiàn)我國雙碳戰(zhàn)略目標，氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈上游氫能源行業(yè)符合我國能源轉(zhuǎn)型需求，下游新能源汽車市場規(guī)模增長迅速，產(chǎn)業(yè)鏈上下游均為有良好前景的藍海市場。

展望未來，氫能產(chǎn)業(yè)鏈中技術領先及持續(xù)創(chuàng)新的龍頭公司將在這一過程中持續(xù)收益，未來具備長期投資價值。