中国氢燃料电池系统研发与商业化

据中国汽车工业协会数据,作为氢燃料电池最重要的应用领域,氢燃料电池汽车2023年第一季度的产销整体发展放缓,业界认为伴随补贴的逐步减少,行业马太效应将更加明显,并进一步加剧氢燃料电池领域的竞争。

全球视角下,作为燃料电池之“心”,氢燃料电池电堆技术的竞争也已进入白热化阶段,美国、日本等国已在该领域持续投入多年,具备一定的技术与市场优势。我国如何能够在实现核心技术自主可控的同时,将相关领域做到世界级水平,成为从业者面临的巨大挑战。

中国氢燃料电池系统研发与商业化方面，去年中国氢燃料电池汽车销售3000多辆，今年上半年进一步增长，全国氢燃料电池汽车销量2410辆，同比增加73.5%。同时，氢能汽车应用场景也从最开始的单一大客车覆盖到全系的商用车。

2025年前，卡车大容量储氢瓶系统将以35MPa为主。该技术成本低、技术成熟，中期看不太可能突破，下一步是提高压力，但目前70MPa氢瓶非常贵，储1公斤氢需要6000元到7000元。碳纤维是储氢瓶制造的关键原材料，其成本和性能对储氢瓶的成本和使用性能影响重大，我们必须要实现这一关键材料国产化。

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

作为推进“碳达峰、碳中和”的有效路径，氢能被推上了风口，尤其是在燃料电池领域。与电动汽车相比，氢燃料电池汽车在使用过程中消耗氢气和氧气，通过电化学反应发电，最后排出的是水，“零碳”是其最大优势。

2023氢燃料电池产业链需求量与投资前景

氢燃料电池被大众熟悉，离不开2022年北京冬奥会助力。冬奥会使用的氢燃料电池汽车约1000辆，是迄今为止全球最大规模的一次氢燃料电池汽车示范运营。

目前氢燃料电池汽车比普通电动汽车价格高出30%到50%，为了推动产业发展，近两年，上海、重庆、河南等地出台氢能相关政策，涉及氢能全产业链，并且补贴力度不小。某地出台的政策，给加氢站的补贴最高已达500万元，氢能投资更是最高有600万元的补贴。

中国氢能联盟分析，至2050年，氢能在我国终端能源体系中占比至少达到10%，氢气需求量接近6000万吨。其中，交通运输领域用氢2458万吨，约占该领域用能比例的19%;氢燃料电池车产量达到每年520万辆。

近年来，在氢燃料电池乘用车领域，广州、上海等地启动氢燃料电池网约车。有观点认为，网约车试点开启并常态化运营后，下一个要攻克的难题是氢燃料电池家用轿车的推广和普及。真正进入寻常百姓家，预计要到“十四五”结束后。乘用车燃料电池的市场拐点或在2025年左右到来。

根据中研普华研究院《2023-2028年中国氢燃料电池市场现状分析及发展前景预测报告》显示：

2021年我国氢气产量为3300万吨，同比增长32%，增速创历史新高。据《中国 2030年“可再生氢100”发展路线图》预测，2030年我国氢气的年需求量将达到3700万吨左右，可再生能源制氢产量约 770万吨，占比21%;2060年我国氢气的年需求量将增至1.0-1.3亿吨，其中，可再生能源制氢产量约0.75-1.0亿吨。据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》预测，2030/2060年氢能将在我国终端能源消费中占比达到6%/20%。

我国于2022年发布的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》明确提出支持氢能全产业链发展。氢能产业正处于爆发前夜，未来将成为继光伏、锂电池汽车产业链后，5至10年内清洁能源中的中坚力量。

目前氢能的成本较高，使用范围较窄，氢能应用处于起步阶段。从结构上看，2019年氢气主要应用于化工领域的合成 氨、合成甲醇、炼化等，氢气用量合计占比84%，在建筑、发电和发热等领域仍然处于探索阶段(来源于《一文读懂氢 能产业》) 。展望未来，双碳背景下，化工等工业领域、以氢燃料电池车为代表的交通领域等将成为用氢主流。根据中国氢能联盟预 测，到2060年工业领域和交通领域氢气使用量占比将分别达到60%和31%。

技术成熟、成本较低的化石能源制氢是我国氢能产 业发展中前期的供氢主体;工业副产氢作为中期低成本过渡性氢源，在分布式氢源在市场中起到补充作用;氢能产业发 展中期，更加清洁、高效的可再生能源电解水制氢占比逐渐扩大，并逐步取代化石能源制氢成为市场供氢主体。

煤气化制氢是目前我国主流制氢方式。据中国氢能联盟统计，2019年煤制氢在我国氢源结构中占比高达63.5%。煤气化制氢技术的工艺过程包括煤气化、煤气净化、CO变换及氢气提纯等主要生产环节。具体来看，煤和氧气在高温气 化炉内发生反应生成合成气后，首先经过水煤气变换，一氧化碳与水蒸气发生反应生成更多氢气，再经煤气净化除去硫化 氢等杂质气体，最终经过变压吸附后得到高纯氢气。

煤制氢成本主要由燃煤成本、设备折旧等构成，其中，燃煤成本是主要 来源。根据我们测算，当5500大卡煤价在700元/吨时，煤制氢成本为 10.1元/kg，煤炭成本6元/kg，占制氢成本比重约60%。煤价是影响煤制氢成本的主要因素，根据我们测算，5500大卡煤价每降 100元/吨，将降低制氢成本0.9元/kg。

碳排放是制约煤制氢未来大规模应用的约束条件之一，而与CCS/CCUS技术结合对煤制氢的碳减排效果显著。碳捕集与 封存技术(CCS)可以将二氧化碳捕集分离，通过罐车等输送到适宜的场地封存，最终实现二氧化碳永久减排。而碳捕集 、利用和封存技术(CCUS)则是在CCS技术的基础上，将生产过程中产生的二氧化碳提纯后进行资源化再利用。根据《中国煤炭制氢成本及碳足迹研究》、 《中国煤制氢CCUS技术改造的碳足迹评估》 ，结合CCS技术可降低煤制氢 碳排放约50% ，结合CCUS技术则可降低约80%。

我国已具备大规模捕集利用与封存二氧化碳的工程能力。据《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)》 ，中国CCUS技术项目遍布19个省份，已投运或建设中的CCUS示范项目约为40个，捕集能力300万吨/年。国家能源集团 鄂尔多斯CCS示范项目已成功开展了10万吨/年规模的CCS全流程示范。

从应用CCUS技术的经济性来看，根据我们测算，当5500大卡煤价在700元/吨时，煤制氢成本将增加7.3元/kg至17.4元 /kg，但相较天然气制氢(天然气价格>2.5元/方)和电解水制氢仍有优势。根据《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS) 年度报告(2021)》预测，第二代捕集技术突破后，其能耗和成本将比第一代技术降低30%，按此测算，则CCUS技术成本 将下降30%至5.6元/kg，煤制氢成本将下降至15.8元/kg。

天然气制氢是目前全球最主要的制氢方式，据绿色能源统计，在全球每年约7000万吨的氢气产量中约48%来自于天然气 制氢。与煤制氢相比，天然气制氢初始设备投资低、二氧化碳排放量小、氢气产率高，是化石原料制氢路线中理想的制 氢方式。天然气制氢主要分为蒸汽转化制氢、部分氧化制氢、催化裂解制氢、自热重整制氢四种类型。其中，天然气蒸汽转化制 氢技术最为成熟，是当前天然气制氢的主流技术路线。

以应用最为广泛的天然气蒸汽转化制氢为例，天然气制氢的工艺路线为：天然气经脱硫装置净化后，在高温转化炉中与 水蒸气发生反应生成由氢气、一氧化碳等气体组成的合成气。合成气中的一氧化碳经过水气变换转化为二氧化碳并产生更 多的氢气，最终合成气经变压吸附后可得到高纯的产品氢气。

随着氢燃料电池行业竞争的不断加剧，大型企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内外优秀的氢燃料电池企业愈来愈重视对行业市场的分析研究，特别是对当前市场环境和客户需求趋势变化的深入研究，以期提前占领市场，取得先发优势。正因为如此，一大批优秀品牌迅速崛起，逐渐成为行业中的翘楚。中研普华利用多种独创的信息处理技术，对氢燃料电池行业市场海量的数据进行采集、整理、加工、分析、传递，为客户提供一揽子信息解决方案和咨询服务，最大限度地降低客户投资风险与经营成本，把握投资机遇，提高企业竞争力。

《2023-2028年中国氢燃料电池市场现状分析及发展前景预测报告》由中研普华研究院撰写，本报告对该行业的供需状况、发展现状、行业发展变化等进行了分析，重点分析了行业的发展现状、如何面对行业的发展挑战、行业的发展建议、行业竞争力，以及行业的投资分析和趋势预测等等。报告还综合了行业的整体发展动态，对行业在产品方面提供了参考建议和具体解决办法。