氢能专题研究之一：氢能重点产业链介绍
核心内容概述
氢能作为一种清洁高效的二次能源，被提升至国家能源战略层面，将在碳达峰、碳中和进程中发挥重要作用。我国氢能消费量年均超过3000万吨，预计中远期将突破1亿吨，形成万亿元级能源市场。氢能具有无碳排放、高热值、安全性好等优点，广泛应用于交通运输、建筑、储能及工业等领域。
氢能产业链概览
| 上游 |
中游 |
下游 |
| 制氢 |
氢储运 |
燃料电池应用 |
| 化石能源制氢 |
高压气氢、低温液氢、固态储氢 |
交通（汽车、船舶、轨道交通、无人机、舰艇动力系统） |
| 工业副产氢 |
加氢站 |
固定式应用（分布式电力系统、备用电源、航天等） |
制氢技术与成本分析
制氢路径及成本比较
- 化石能源制氢：占我国目前氢气产量的60%以上，成本低但碳排放高。
- 工业副产氢：如焦炉煤气、氯碱副产氢等，资源丰富，可有效减少碳排放。
- 电解水制氢：代表未来主流技术，主要分为碱性电解（AWE）、质子交换膜电解（PEM）和固体氧化物电解（SOEC）三种技术路线。
| 技术路线 |
优势 |
劣势 |
规模 |
碳排放 |
| 化石原料制氢 |
产量高、成本低、技术成熟 |
工艺流程长、碳排放大 |
5000~500000 |
25~30 |
| 工业副产氢 |
初次投资小、能耗低 |
建设地点受限 |
5000~100000 |
<5 |
| 电解水制氢 |
无碳排放、适应可再生能源波动 |
能耗高、成本高 |
10~2000 |
~0 |
电解水制氢成本构成
| 项目 |
碱性电解水 |
PEM电解水 |
| 电解槽折旧费用 |
4.8元/kg |
16.8元/kg |
| 土建与设备安装费用 |
0.4元/kg |
0.6元/kg |
| 人工与运维费用 |
2.3元/kg |
2.3元/kg |
| 电费 |
33.6元/kg |
30.2元/kg |
| 单位成本 |
41.1元/kg |
49.9元/kg |
电解水制氢成本随电价变化趋势
- 当电价降至0.2元/kWh时，电解水制氢成本接近化石能源制氢成本。
- 随着可再生能源平价上网和关键设备国产化，电解水制氢成本有望进一步下降。
制氢业务相关企业
储氢运氢方式与成本分析
储氢运氢方式比较
| 储运方式 |
运输工具 |
压力(MPa) |
载氢量(kg/车) |
体积储氢密度(kg/m³) |
质量储氢密度(wt%) |
能耗(kWh/kg) |
经济距离(km) |
| 气态储运 |
长管拖车 |
20 |
300-400 |
14.5 |
1.1 |
1-1.3 |
≤200 |
| 液态储运 |
液氢槽罐车 |
0.6 |
4500 |
64 |
14 |
15 |
≥200 |
| 固态储运 |
货车 |
4 |
300-400 |
50 |
1.5 |
10-13.3 |
≤150 |
运氢成本分析
- 气氢：运输成本随距离增加而上升，50km为3.6元/kg，500km为29.4元/kg。
- 液氢：运输成本对距离不敏感，50-500km范围内约为10.4-11.0元/kg。
- 管道氢：成本与距离正相关，100km为0.5元/kg，随着氢能产业发展，管道输氢将成为低成本方式。
加氢储氢业务相关企业
燃料电池动力系统
我国氢燃料电池汽车发展现状
- 2020年产量为1199辆，保有量为7352辆。
- 2025年预计保有量达5-10万辆，价格有望以每年10%速度下降。
燃料电池电堆组成与成本
- 电堆主要由催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板等组成，占燃料电池系统成本60%以上。
- 国内电堆成本高，主要由于核心材料依赖进口，如铂催化剂、质子交换膜、碳纸等。
膜电极关键材料
- 质子交换膜：国内企业如东岳氢能、泛亚微透等，具备一定生产规模，但性能仍需提升。
- 催化剂：国内企业如贵研铂业、中自科技等，正在研发低铂和非铂催化剂。
- 气体扩散层：国内企业如台湾碳能、通用氢能等，技术尚在探索阶段。
双极板
- 石墨板：国内企业如国鸿氢能、中钢天源等，已实现国产化，但厚度较大。
- 金属板：国内企业如安泰科技、上汽捷氢等，已实现小规模量产。
- 复合板：国内企业如武汉理工、新源动力等，尚在研制阶段。
空气循环系统
- 空压机：国产化率接近100%，主要企业如雪人股份、金通灵、势加透博等。
- 氢气循环泵：2020年实现国产替代，价格大幅下降，成本可降低70%以上。
交通领域应用成本下降空间
- 随着燃料电池系统及储氢系统关键技术的突破和规模化生产，燃料电池系统成本将显著下降。
- 2020年燃料电池电堆价格同比下降30%-50%，预计未来几年仍将持续下降。
风险提示
- 国家宏观氢能规划政策出台的时间和发展规模不达预期。
- 关键材料和装备国产化进程不达预期。
- 海外专利保护纠纷。
