氢能：“21世纪的终极动力”

    国际动力转型一直沿着从高碳到低碳、从低密度到高密度的路径进行，而被誉为“21世纪的终极动力”的氢气是现在公认的最为理想的能量载体和清洁动力供给者。

    氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的二次动力，可通过多种途径获取。且契合我国碳减排大战略，一起有利于处理我国动力安全问题，是我国动力革新的重要前言。

    氢能的运用可以广泛渗透到传统动力的各个方面，包含交通运送、工业燃料、发电等，首要技能是直接焚烧和燃料电池技能。

    依据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能将承当全球18%的动力终端需求，创造超越2.5万亿美元的商场价值，燃料电池轿车将占有全球车辆的20%-25%，到时将成为与汽油、柴油并排的终端动力体系消费主体。

    依据我国氢能联盟预计，2050年氢能在我国终端动力体系中占比至少到达10%，氢气需求量接近6000万吨，其间交通运送范畴用氢2458万吨，约占该范畴用能份额19%，燃料电池车产量到达520万辆/年。

    氢能工业链包含氢能端及燃料电池端。在氢能及燃料电池范畴，我国现已开端构成从基础研究、运用研究到演示演示的全方位格局，布局了完好的氢能工业链。

    与锂电池工业链比较，氢动力与燃料电池工业链更长，复杂度更高，理论经济价值含量更大。

    氢燃料工业链全景整理：

    氢能工业链：氢能端

    氢能端指氢气从出产到下游运用的过程，包含制氢(电解水制氢、工业副产氢等)、储氢、运氢、加氢(加氢站加氢)等核心环节。

    制氢

    现在制氢技能道路按原料来源首要分为化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢和电解水制氢几种。

    常规的制氢技能道路中以传统化石动力制氢为主，全球范围内首要是运用天然气制氢，我国因为煤炭资源比较丰富，因而首要运用煤制氢技能道路，占全国制氢技能的60%以上。

    制氢道路上将由化石动力制氢逐渐过渡至可再生动力制氢。大规划低本钱氢气是要害，道路由“灰氢”向“绿氢”展开。未来“可再生动力+水电解制氢”有望成为大规划制氢展开趋势。

    从三大工业气体巨头依托空分技能储备及资源调配才能在氢能工业链的全方位布局的才能向国内工业展开推导，国内具有氢的制备和纯化技能储备的本乡空分设备及工业气体公司，有望获益国内氢能工业的展开。

    储氢

    氢气的可大规划存储和运送是其区别于化学电池储能的重要特性。在资源总量不受约束，制备本钱中远期可控的前提下，氢气的贮存功用和运送功率是氢能网络建造的瓶颈问题。

    现在，氢气的贮存首要有气态储氢、液态储氢和固体储氢三种方法、高压气态储氢已得到广泛运用，低温液态储氢在航天等范畴得到运用，有机液态储氢和固态储氢尚处于演示阶段。

    在储氢环节，国内首要厂商包含深冷股份(深冷股液氢装置、液氢储罐、储氢体系);富瑞特装(车载高压供氢体系和加气设备);京城股份(车载储气瓶、钢质无缝气瓶，钢质焊接气瓶，焊接绝热气瓶，碳纤维全缠绕碳复合气瓶);中材科技(粗纱、细砂、短切纤维、耐碱纤维、缝编织物等玻璃纤维制品)。

    运氢

    加氢站网络化散布是氢燃料电池技能大规划商用化的根本保障，而处理加氢站网络化散布的要害是处理氢气运送问题。

    氢气在常温常压下为气态，密度仅为0.0899千克/立方米。作为易燃气体，它属于类危险品(非燃料)，与空气混合能构成爆炸性混合物，遇热即发生爆炸，因而对运送安全要求较高。

    现在氢气的输运方法首要有气态运送、液态输运和固体输运三种方法。

    我国氢能演示运用首要围绕工业副产氢和可再生动力制氢地邻近(小于200公里)布局，氢能储运以高压气态方法为主。

    加氢站

    工业展开基础设施先行，加氢站和氢气作为燃料电池车工业重要的原料及基础设施，是氢动力工业上游制氢和下游用户的联络纽带，其布局和建造是燃料电池轿车商业化展开的突破口。

    加氢站的建造数量和遍及程度，在很大程度上决议了氢燃料电池轿车的工业化进程，而低价制氢和运送也是氢燃料电池轿车进一步遍及推广的要害环节，决议了行驶本钱的经济性与否。

    自从1999年5月全球第一座加氢站在德国慕尼黑机场建成以来，各国相继推进加氢站建造。依据H2Stations的计算，到2020年末，全球范围内在运的加氢站数量已到达553个。

    我国加氢站建造进度逐渐加快，截止2020年末，加氢站建成128座。一起，中石油、中石化、国家动力集团等二十余家大型央企纷繁跨界展开氢能工业。

    加氢站技能道路图：

    加氢站的营运方法：我国大部分选用外供高压氢气

    从加氢站的营运模式来看，能否盈利首要取决于运营本钱(氢气的价格)、投资额(设备)、加氢站运转负荷(燃料电池轿车保有量)。

    从现在国内外加氢站的运营状况来看，现在供氢的方法首要分为两种：站内制氢和外供氢气。

    站内制氢首要是水电解制氢，该技能现已相当老练并且在欧洲大多数加氢站获得运用;而外供氢气则是大规划地使用天然气重整制氢或许钢厂、化工厂副产氢气，在净化之后运用高压氧气瓶集束拖车运送至加氢站。

    我国加氢站氢源绝大部分来自于外供高压氢气。典型的外供氢的高压气氢加氢站投资组成中，除掉土建及，设备费用占有最大份额，首要是压缩机、储氢瓶、加氢和冷却体系，因为国内缺少老练量产的加氢站设备厂商，进口设备推高了加氢站建造本钱。

    因为燃料电池轿车还没有完成大规划运营，现在加氢站建造本钱和运营本钱远远高于传统加油站、加气站。从全球范围内来看，政府和整车企业是加氢站建造的主体，政府补助的起伏均超越50%。

    外供高压氢加氢站建造本钱构成：

    加氢站国产化逐渐敞开

    虽然我国所出产的加氢站设备各项技能指标仍有短缺，但是现在国产化现已敞开，业界企业在各范畴均推出自主产品。

    厚普股份供给加氢站成套设备，覆盖设计到部件研制、出产，成套设备集成、加氢站装置调试和售后服务;中集安瑞科2021年1月7日中标国家动力集团70MPa加氢站项目;鸿达兴业已在务，已在内蒙古建造运营我国第一座民用液氢加工厂;嘉化动力副产氢提纯、运送、加氢站一体化运营企业、国投聚力合作。

    央企布局氢能工业链：

    氢能工业链：燃料电池端

    从氢能实际运用来看，氢燃料电池轿车是氢能高效使用的最有效途径，当时我国已布局了较为完好的氢能工业链。

    氢能燃料电池工业是电池工业中具有战略性、前瞻性的一项绿色储能技能，代表着未来新动力的展开方向，具有良好的展开远景。

    燃料电池的能量密度高，可达0.5-1.0kWh/kg，特别合适重载车。电堆与氢罐是分隔的，提高了发动机的安全性，电堆不易发生爆炸。氢燃料电池车在续驶里程、加氢时间、驾驭舒适性均可与燃油车接近。

    当时氢能工业链已初具雏形，且燃料电池体系功用已满意商业化需求，但大规划商业化运用仍然受经济性及实用性限制。

    燃料电池端包含其上游核心资料，如双极板、膜电极及密封层等环节;中游首要为燃料电池体系集成，包含电堆及供气体系等;下游首要为燃料电池的运用场景，现在要点运用方向为交通范畴的燃料电池轿车。

    燃料电池上游：核心资料

    现在在燃料电池体系、电堆环节，国产企业现已完成产品批量供应，跟着膜电极国产化的逐渐深入，燃料电池工业链现已根本完成国产化。但工业链中质子交流膜、碳纸等资料环节仍处于研制或小批量试制阶段，持续引导国产化推进，完成技能独立可控对本钱下降意义重大。

    催化剂

    催化剂是膜电极的要害资料之一，在下降催化剂本钱的方面，现在有两条路径，一条是下降铂的运用量，另一条则是研制非铂催化剂，两者都已有所进展。

    在工业化出产方面，日本、英国、比利时等国外供应商的催化剂制备技能处于绝对的领先地位，现已可以完成批量化出产(>10公斤/批次)，而且功用安稳，可靠性高。国内现在几乎没有工业化催化剂制作企业，催化剂产品也比较单一。该范畴参加厂商首要有贵研铂业等。

    质子交流膜

    质子交流膜是一种固态电解质膜，其作用是隔离燃料与氧化剂、传递质子(H+)。该环节首要厂商包含东岳集团和腾龙股份等。

    气体扩散层

    气体扩散层位于流场和催化层之间，其作用是支撑催化层、安稳电极结构，具有质/热/电的传导功用。国外大多数制作厂商都已完成气体扩散层的规划化出产，且都有多款习惯不同运用场景的产品销售，包含日本东丽、德国SGL和加拿大AVCarb等。国内气体扩散层还处于初级碳微孔层的制备阶段。

    双极板

    双极板是燃料电池的阴极板和阳极板，其作用是传导电子、分配反应气并带走生成水。

    燃料电池常选用的双极板资料包含石墨碳板、复合双极板、金属双极板三大类，因为车辆空间限制(尤其是乘用车)，要求燃料电池具有较高的功率密度。因而相对较薄的金属双极板有更好的运用远景。

    国内石墨双极板技能近年来展开迅速，技能水平与国外相当，但厚度通常在2mm以上。复合膜压碳板在国外已突破0.8mm薄板技能，具有与金属板相同的体积功率密度。

    现在国内薄碳板开发方面，国鸿有来自于加拿大巴拉德公司的授权技能。纯国产复合膜压碳板处于研制开发阶段，预计2021年1mm薄板开端批量出产。安泰科技在气体扩散层和双极板这两个环节均有触及。

    对比国内外燃料电池电堆，国内电堆在核心资料与要害技能方面仍存在短板，也是形成燃料电池电堆本钱居高不下的首要原因。其间膜电极层三大要害资料P/t催化剂、质子交流膜、碳纸首要依赖进口，国产资料尚无法满意高功用燃料电池电堆运用需求.

    集流体双极板方面，石墨双极板经过多年开发已与国外技能水平相当，但低本钱、轻浮的金属双板开发仍为空白。

    燃料电池中游：燃料电池电堆

    从本钱端来看，体系中最核心的部分是燃料电池电堆和空压机，依据DOE对80KW体系的本钱测算，在年产50万套的规划化条件下，电堆已占有燃料电池体系约一半本钱，可以说是燃料电池心脏，而空压机占比超越四分之一，这两部分也是下降燃料电池体系综合本钱的要害。

    燃料电池体系本钱构成：

    燃料电池电堆首要厂商包含亿华通、腾龙股份、大洋电机、雄韬股份、潍柴动力。

    氢气循环体系厂商方面，雪人股份是空压机的首要供应商、汉钟精机自主研制螺杆空气压缩机。

    但因为工业规划尚小，一起MEA等部件国产化时点较晚，形成现在除了体系、电堆龙头企业外，大部分国产化产品尚未能构成大规划，长周期运用，方针扶持期将供给国产部件的规划化运用及技能提高的空间。

    氢能及燃料电池工业链整理示意：

    《我国氢燃料电池工业展开陈述》

    氢燃料轿车：我国已进入商业化初期

    《我国氢动力及燃料电池工业白皮书》指出，交通范畴将是氢能消费的重要突破口，在商用车范畴，2030年燃料电池商用车销量将到达36万辆，占商用车总销量的7%(乐观情形将到达72万辆，占商用车总销量13%);2050年销量有望到达160万辆，占比37%(乐观情形下销量300万辆，占比70%以上)。

    当时我国燃料电池轿车已进入商业化初期，截止2020年末，我国燃料电池轿车保有量7352辆。

    2020年9月，财政部、工业和信息化部、科技部等5部分联合发布了《关于展开燃料电池轿车演示运用的通知》，清晰燃料电池轿车演示期间，将采取“以奖代补”方法，对入围演示的城市qun按照其方针完成状况给予奖赏。

    在4年补助扶持期间，补助后燃料电池轿车根本完成对标燃油车平价，影响商场化整车收购需求，推进工业迈出规划化第一步，进入降本放量的良性循环，加快平价阶段的到来。

    氢燃料电池车辆的推广运用远景除了取决于整车技能的先进性、老练度与本钱外，也和包含制氢、储氢、运氢和加氢站在内的氢动力链展开的完备程度及展开潜力密切相关。

    要完成无补助的燃料电池车商业化，必须大起伏下降燃料电池发动机的本钱和氢气的本钱，一起下降加氢站的建造费用。

    德勤分析数据显示，我国氢燃料电池公交车的总本钱(TCO，购买本钱和运营本钱)在2019年为178美元/百公里，预计到2029年TCO将下降至55美元/百公里，将低于纯电动公交和燃油公交车的本钱。

    以现在燃料电池的购车和运用本钱来看，除了燃料电池体系等车辆相关部件本钱有较大下降空间外，制氢储氢环节的技能进步和基础设施的推广也是推广燃料电池轿车的重要把手。

    因而，工业展开初期的方针扶持显得尤为重要，方针扶持下工业进入规划化-降本-开拓商场的良性内循环，此外，持续的技能进步也将反哺处理各环节核心技能的本钱限制，进一步提高商业化竞争力。运乾GE

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