新质生产力系列④：氢能技术逐步走向成熟，产业进入快速发展通道

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原创：刘梦琳、李光辉

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新质生产力是未来相当长一段时期内引领和支撑我国经济高质量发展的重要驱动力量。目前，各地均在积极落实国家战略要求，加快布局新质生产力。新质生产力具有特定的内涵、特征以及内在的趋势规律，习总书记也强调各地要因地制宜发展新质生产力。新质生产力以新兴产业和未来产业为主体，但同时也包括了传统产业向新质生产力的转型和升级，传统与新兴互动融合、相互支撑，共同组成了现代化产业体系的核心内涵。为更深刻地认识新质生产力的重点产业领域，上海中创产业创新研究院推出新质生产力研究系列，围绕系列重点产业，把握产业规律、梳理产业链条、分析趋势格局、提出对策建议，为各地因地制宜发展新质生产提供参考和借鉴。本篇为系列文章第四篇，重点探讨氢能的发展趋势以及对上海发展氢能产业提供建议参考。

氢能作为一种清洁低碳、高效灵活的二次能源，其来源丰富且用途广泛。氢能产业链上游为能源生产、中游为燃料电池和下游为实际应用场景。其中上游包括电解水制氢、工业副产制氢、化石燃料制氢、新兴制氢技术，高压气氢拖车、储氢瓶、管道气氢等氢储运技术以及加氢机、压缩机、储氢瓶组等加氢站；中游主要涉及燃料电池电堆和燃料电池系统配件，其中燃料电池电堆包括质子交换膜、碳基/碳布、铂基催化剂、膜电极、双极板、密封垫片等，燃料电池系统配件包括空气压缩机、压力调节阀、稳压罐、传感器等；下游应用端主要涉及交通、工业、发电领域。

图1 氢能产业链图谱

氢能产业发展趋势分析

（一）市场规模预测分析

氢能产业市场化趋势明显。全球氢能产业仍处于商业化早期，但全球氢能投资呈现加速趋势，技术加快突破，据国际氢能理事会预测，到2030年，全球氢能产业链的投资总量将超过3000亿美元；据中国氢能联盟预计，到2025年中国氢能产业产值将达到1万亿元；据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能占全部能源消费的比重将提高到18%，市场规模将达2.5万亿美元。

亚太、中东和欧洲成为重要制氢基地。根据麦肯锡《全球能源展望报告（2022）》预测，到2050年全球电和氢能将占整体能源消耗量的50%，氢能需求将从目前的8000万吨/年增加到5.36亿吨/年，需求量至少增长6倍。从全球制氢分布看，全球范围内制氢项目数量不断增长，根据国际能源署（IEA）数据，全球目前有近400个制氢项目在建，其中尤以亚太、中东和欧洲地区规划的制氢项目数量增长显著。

图2 全球氢能产业链项目

资料来源：麦肯锡

（二）氢能技术发展趋势分析

1、电解水制氢有望成为主流制氢方式

电解水制氢被称为“绿氢”，即利用可再生能源及核能发电制氢，制氢过程中几乎不产生碳排放，是未来氢气制取的主流方向。具体来看，利用风光等可再生能源电解水制氢已经具有一定的技术成熟度，美国、日本、德国等国家都已经将其当作制氢的主要技术路径。根据IEA预测，到2030年低碳排放量氢气产量将占据总产量的20%，且其中有70%以上的低碳排放氢气由电解水路径制取。电解水制氢技术难题是如何提升制氢效率，降低技术成本。据中国氢能联盟数据，若采用市电生产，制氢成本约为30-40元/公斤。一般认为当电价低于0.3元/千瓦时（利用“谷电”电价），电解水制氢成本会接近传统化石能源制氢。目前电解水制氢主要分为碱性（ALK/AWE）电解水制氢、质子交换膜（PEM）电解水制氢、固态氧化物（SOE）电解水制氢三种技术路线。其中，碱性电解水制氢已经实现大规模工业运用，技术相对成熟，耗电量高于其他技术路线，国内关键设备主要性能指标均接近国际先进水平，制氢成本比较低；质子交换膜电解水制氢总体处于产业化发展初期，虽然该技术在耗电量和产氢纯度方面都占优，但是由于我国质子交换膜等核心部件依赖进口，电解槽成本相对昂贵，总体成本高于碱性电解；固态氧化物电解水制氢是仍然处于实验室开发阶段，距离大规模商业化还有很长的一段路，但因其具有高效、可逆性已成为国际研发热点。

表1 三种电解水制氢技术对比

资料来源：网络公开资料整理

2、储运氢技术多路并进，高密度低成本是目标

储运氢作为氢能产业的基础设施，是关系氢能产业发展和高效利用的核心关键，其成本占总成本约30%，成为当前影响产业链成本“最难啃的骨头”，经济高效成为氢能储运未来发展趋势。

低温/有机液态储氢亟待技术攻坚。长距离、中大体量运输是氢能应用场景最广阔的储运方式。液态储氢技术可以使氢气通过加氢站网络像传统石油一样进行运输、加注，具有独一无二的安全性和运输便利性。当前液态储氢方式主要有低温液态储氢和有机液态储氢两种。低温液态储氢具有储氢密度高、液态氢纯度好等绝对优势，但液化过程的能耗相对较高，对容器绝热性能要求高，导致成本较高。低温液态储氢在国外得到了示范应用，美国、日本、德国和其他国家已经将液氢的运输成本降低到高压气体储存和运输成本的八分之一，但在国内处于起步阶段，受限于核心技术和高成本限制，目前仅少量应用于航天领域。加快开发低成本的低温材料，推动主动绝热技术攻坚成为低温液态储氢大规模应用的重要突破口。有机液态储氢具有较高储氢密度，在一般环境条件下即可储氢，安全性较高，运输方便，但还存在脱氢技术复杂、脱氢能耗大、脱氢催化剂技术亟待突破等技术瓶颈。若能解决上述问题，有机液态储氢将成为氢能储运领域最有希望取得大规模应用的技术之一。

固态储氢性能卓越，或将成为长期发展方向。根据固态材料储氢机制的差异，主要可将储氢材料分为物理吸附型储氢材料和金属氢化物基储氢合金两类，其中，金属氢化物储氢是目前最有希望且发展较快的固态储氢方式，具有储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全性好、可逆循环好等特点，但质量效率低。未来，研制高性能储氢材料，有效提高固态储氢的质量效率，将推动固态储氢广泛应用，不仅适应于大规模储运氢，还非常适合于燃料电池汽车使用。

表2 主要运氢方式及其经济效益

资料来源：中国钢研科技集团、储能技术工程研究中心

站内制氢加氢一体化成为新趋势。加氢站是连接氢能产业链上下游的枢纽，加氢站加注能力的大小直接关系到用氢成本和加氢便利化程度，进而影响燃料电池汽车规模化推广。加氢站可分为站外供氢加氢站和站内制氢加氢站，目前国际主流以站内制氢加氢站为主，美国、日本、欧洲等国家90%以上加氢站具有70MPa加氢能力，以液氢储存的大容量加氢站日加氢量可超过2000kg，支撑氢能基础设施全周期成本逐步降低。受限于法规与标准限制，我国加氢站绝大多数为外供高压气态氢的35MPa加氢站，站内制氢加氢站发展较晚，并且压缩机、储氢设备等加氢站设备核心零部件依赖进口。根据氢云链的预测，未来几年国内加氢站建站成本每年至少按照20-30%的速度下降。随着氢能规模化应用，建设站内制氢加氢站，推动加氢站加注能力大型化，同时推动压缩机等关键核心设备国产化，降低加氢成本，必然成为我国加氢站建设趋势。

（三）氢应用技术路线分析

1、氢能交通应用市场前景广阔

随着国家氢能产业的推进和技术的成熟，交通领域应用的商业化进程正在加速，且成长性最强。《全球氢能观察2021》指出，在考虑各领域碳排放成本的情境下，氢能在大多数道路运输和工业应用中具有显著的成本优势。根据麦肯锡《全球能源展望报告》预计，到2035年全球以氢燃料电池车为代表的公路交通增长最为迅速，氢气使用量将从0.26亿吨增长至1.12亿吨，增长5倍多。

图3 2030年传统技术与氢应用成本优势对比预测（碳成本：100美元/吨）

资料来源：澎湃，国际氢能委员会

2、氢储能潜力巨大，产业化尚需时日

未来氢能与可再生能源进行更深程度的融合，储能领域将成为氢能的重要应用场景之一。一是在储能时长上，氢储能基本没有刚性的储存容量限制，可根据需要满足数天、数月乃至更长时间的储能需求，从而平滑可再生能源季节性的波动。二是氢能在空间上的转移也更为灵活，氢气的运输不受输配电网络的限制，可实现能量跨区域、长距离、不定向的转移。三是氢能的应用范围也更为广泛，可根据不同领域的需求转换为电能、热能、化学能，发展潜力巨大。然而，目前可再生能源制氢占比较小，化石能源制氢仍是主要的氢气来源，并且可再生能源制氢的成本仍然较高，可再生能源制氢大规模发展的条件尚不具备。

氢能产业发展分布全景图

（一）氢能产业全球竞争格局

在全球“零碳经济”背景下，能源结构从传统化石能源向清洁能源转型是必然趋势，氢作为其中的重要环节之一，传统能源国家和可再生资源丰富的国家纷纷布局，争做全球氢源供应基地。制氢领域，美国拥有质子交换膜电解水制氢企业康明斯、SOEC电解水企业Bloom Energy、以及制氢设备企业空气产品公司、Hydrogenics和普顿；法国有质子交换膜电解水制氢企业Elogen，挪威拥有电解槽设备企业挪威NEL；日本拥有SOEC电解水企业三菱重工、东芝等知名企业。氢储运领域，现阶段液氢储运逐渐成为研发重点，日、美、德等国处于领先地位，已将液氢的运输成本降低到高压氢气的八分之一左右。全球液氢储氢型加氢站占比接近40%，主要集中在美、欧、日。全球储运氢技术核心厂商包括瑞典海克斯康、韩国Iljin Hysolus Co等，前五大厂商约占有全球22%的份额。欧洲是全球最大的市场，占有大约34%的市场份额，之后是北美和亚太，分别占比28%和27%。

图4 氢能产业全球竞争格局

（二）氢能产业国内竞争格局

当前国内煤化工制氢、化工副产氢主要集中于华北、华东等区域，西北、西南因具有丰富风、光、水等资源，未来电解水制氢将成为我国氢能重要来源；氢气储运企业主要集聚于京津冀以及长三角等区域，一方面得益于区域氢能产业示范应用带动，另一方面因当地发达的机械加工产业链提供设备零部件等产品；氢燃料电池则主要以长三角为核心，形成了京津冀、华东、华南（佛山-云浮）、华中（武汉）四个氢燃料电池产业集群。

图5 国内氢能部分重点企业分布

注：*制氢；#氢储运；@燃料电池。

（三）氢能产业上海格局

1、制氢领域

金山是上海氢气制备和供应保障基地。上海本地氢源主要以工业副产氢为主，位于金山的上海化工区有四大工业副产氢“巨头”，分别是上海化学工业区气体有限公司、上海华林工业气体有限公司、上海赛科石油化工有限责任公司、上海氯碱化工股份有限公司，四家企业每年氢气实际产量合计12.9万吨；新引进法国液化空气集团，与申能集团合作打造上海最大规模氢能保障基地，基地一期项目计划投资1.8亿元，建设日充装产能为24吨的氢气充装中心。宝山大力推动中国宝武吴淞氢能产业园、宝山氢能科技园，上海宝氢气体工业有限公司、林德公司等知名企业，但宝山所产氢气仍然以供应宝武工业用氢为主，据悉自用缺口仍然很大。未来，上海将面临至少10万吨氢气缺口（2025年上海化工区预计供应17万吨，全市需求约30万吨），布局电解水制氢，缓解氢源紧张难题将成为重要路径，同时，远期将在洋山深水港、南港等区域，建设氢能船舶输运码头和储运氢基地，加大海外氢气供应力度。

图6 上海制氢格局

2、氢储运及燃料电池领域

启信宝数据显示，上海是全国城市氢储运领域企业数量TOP5之一。上海储/运/加氢企业主要分布在以制造业为主的郊区，其中尤其以嘉定最为集中，并形成了以嘉定氢能港和临港“国际氢能谷”为双核心，以青浦等区为主要承载区的氢燃料电池产业布局。

图7 上海储/运/加氢格局

图8 上海氢燃料电池车产业布局图

对上海氢能产业的发展建议

（一）聚力推进氢能产业强链补链延链

绘制产业图谱清单。围绕氢能产业链关键环节、缺失环节，精准绘制产业链图谱和产业地图，形成产业链龙头企业、主要配套企业、锻长板重点领域、补短板突破环节、重点推进项目等若干清单。着力补齐产业链短板环节。精准推进“强链、补链、稳链”，加速引入和培育“缺链”环节的终端型、龙头型项目、国内外氢能知名企业，带动产业链集聚发展。加强对高性能阀件、氢气循环泵、质子交换膜、气体扩散层、催化剂、碳纸等薄弱领域专精特新“小巨人”“隐形冠军”企业引进，夯实氢燃料电池产业基础。针对制氢和储氢环节布局，配套发展氢气提纯/液化装备、储氢装备、氢能基础设施配套装备等氢能储运高端装备产业。

（二）推动建设一批高能级功能平台

积极建设高水平科技研发平台。推动一批国际实验室、氢能重大科技基础设施建设，重点联合同济大学加快推进国家能源氢动力重点实验室申报及建设，提升上海交大氢能领域科研平台能级。依托本市氢能龙头企业整合行业优质创新资源，布局产业创新中心、工程研究中心、技术创新中心、制造业创新中心等创新研发平台。打造特色化产业服务平台。加快推进与上海汽检等合资建设国家级氢能综合性检测认证基地建设，逐步构建涵盖燃料电池整车、零部件、高压储氢容器、高纯氢质量、氢能计量的全生态检验检测认证能力。加快与上海环交所合作共建“氢交易平台”，探索氢交易及绿氢交易、价格指数、溯源认证、氢储能参与电力市场和氢能碳减排市场化交易机制。

（三）积极搭建氢能应用场景

推进氢能交通领域示范应用。联合市场龙头企业，采用国资引导、社会资本参与的公司化运作方式，利用物联网、云计算、大数据等技术，共建燃料电池汽车规模化运营平台，联动氢能全产业链运营大数据，实现应急管理响应、氢能供需调节、“气、车、站”运行实时监控等功能。积极开展氢储能示范应用。发挥氢能调节周期长、储能容量大的优势，开展氢储能在可再生能源消纳、电网调峰等应用场景的示范，探索培育“风光发电+氢储能”一体化应用新模式。积极推进氢燃料电池热电联供项目的发展，探索打造氢能示范社区，推动氢能热电联供系统技术在建筑领域和工业园区的示范应用。

参考文献：

[1]澎湃，《全球氢能观察2021》系列研报之四：全球氢能应用发展趋势观察

[2]麦肯锡，《2022年全球能源展望报告》

[3]国家能源局科技司，《中国氢能发展报告（2023）》

[4]麦肯锡，《2024年氢能洞察》

[5]信达证券，券商观点|氢能行业深度报告

[6]德勤，《氢能：使其成为现实》