氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,可通过一次能源、二次能源及工业领域等多种途径获取,氢能将成为第三次能源变革的重要媒介。

1、“氢能时代”大幕拉开

1.1 氢能是第三次能源变革的重要媒介

全球能源行业正经历着以低碳化、无碳化、低污染为方向的第三次能源变革,随着全球能源需求不断增加,全球电气化趋势明显,未来以可再生能源增长幅度最大的 电力能源结构将持续变化,进一步形成以石油、天然气、煤炭、可再生能源为主的多元化能源结构。

氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,可通过一次能源、二次能源及工业领域等多种途径获取,氢能将成为第三次能源变革的重要媒介。氢能可以用 于交通运输,作为石油精炼、氨生产的原料,以及金属精炼和住宅部门的加热和烹饪 等方方面面。而且,氢气有潜力成为整合不同基础设施的能源载体,以提高经济效率、 可靠性、灵活性,而且其中许多用途将有助于减少电力和交通部门的碳排放。氢还可 以为电力部门提供大规模的长期能量存储。此外,氢能源存储系统可以提供辅助电网 服务,如应急、负荷跟踪和调节储备,这些服务可以提供额外的能量来源,从而降低 电解制氢的成本。氢还可以成为 VRE 和交通部门之间的另一座桥梁。

1.2 投资总结:“政策扶持”&“技术进步”双引擎驱动氢能产业发展

2019 年氢能源首次写入《政府工作报告》,将氢能纳入中国能源体系之中,我国 真正开启氢能大发展元年,按照白皮书路线规划,预计到 2050 年氢能在中国能源体 系中的占比约为 10%,氢气需求量接近 6000 万吨,年经济产值超过 10 万亿元,全 国加氢站达到 10000 座以上,燃料电池汽车年产量达到 520 万辆。

氢能产业链分为制氢、储运、加氢站、氢燃料电池应用等多个环节。与锂电池产 业链相比,氢能源与燃料电池产业链更长,复杂度更高,理论经济价值含量更大。从 氢能实际应用来看,氢燃料电池汽车是氢能高效利用的最有效途径,当前氢能产业链 已初具雏形,且燃料电池系统性能已满足商业化需求,但燃料电池汽车的大规模商业 化应用依然受经济性及实用性制约。因此,产业发展初期的政策扶持显得尤为重要, 政策扶持下产业进入规模化-降本-开拓市场的良性内循环,此外,持续的技术进步也 将反哺解决各环节核心技术的成本制约,进一步提升商业化竞争力。

从经济性及技术进步角度来看,各环节都将分阶段发展满足商业化需求:

制氢产业:短期优先选用工业副产氢,中期采用化石能源制氢结合碳捕捉技术, 长期采用可再生能源电解水制氢;

氢能储运:将按照“低压到高压”“气态到多相态”的技术发展方向,逐步提升氢气 的储存和运输能力;

燃料电池系统:将持续围绕功率、性能、寿命、成本四大要素而发展。具体应用 集中在交通领域,从商用车切入、乘用车跟进。

2、 氢能是中国构建多元化能源体系关键一环

2.1 氢能开发利用是能源清洁化的大势所趋

氢能大储量、零污染、高效率

氢(H)是宇宙储量最丰富的元素,它构成了宇宙质量的 75%,在地球上排第三, 大储量保证其作为能源供给的充足性。氢元素主要以水的形式存在,原料非常容易获 取。此外,氢气的供能方式主要是和氧气反应生成水释放化学能,其产物除了水无其 他中间产物,整个供能过程无浪费、零污染。

氢能源生产和使用形成可循环闭环,实现可持续发展

1970 年通用汽车首次提出“氢经济”的概念。近年来,随着燃料电池的迅速发展, 氢能作为最适宜的燃料也随之进入一个高速发展阶段。氢能来自于水用,使用后的产 物仍为水,由此形成一个可循环闭环系统,具有可持续性。

氢气比能量高,易于实现轻量化和高续航

氢气是常见燃料中热值最高的(142KJ/g),约是石油的 3 倍,煤炭的 4.5 倍。 这 意味着消耗相同质量的石油、煤炭和氢气,氢气所提供的能量最大,这一特性是满足 汽车、航空航天等实现轻量化的重要因素之一。

现阶段来看,氢气作为能量载体的最大竞争对手是锂电池。目前电池市场发展已 经很成熟,然而氢能具备电池所不能比拟的优势,氢气的比能量远远超过电池,并且 没有工作温度限制(电池工作温度范围在-20℃~60℃)。

2.2 能源短缺和环境恶化,加速推动全球氢能开发

脱碳加氢和清洁高效是百年来能源科技进步的趋势

纵观能源的发展历史,从最初使用固态的木柴、煤炭,到液态的石油,直至气态 的天然气,不难看出其 H/C 比提高的趋势和固-液-气形式的渐变过程。木柴的氢碳比 在 1:3~10 之间,煤为 1:1,石油为 2:1,天然气为 4:1。在 18 世纪中叶至今,氢碳 比上升超过 6 倍。每一次能源的“脱碳”都会推动人类社会的进步和文明程度的提高, 可以预见未来能源利用形式中,氢能的占比将会继续提高。

氢虽然主要用作化工基础原料,但在能源转型过程中,其更重要的是作为一种清 洁能源和良好的能源载体,具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点。 氢能能够帮助工业、建筑、交通等主要终端应用领域实现低碳化,包括作为燃料电池 汽车应用于交通运输领域,作为储能介质支持大规模可再生能源的整合和发电,应用 于分布式发电或热电联产为建筑提供电和热,为工业领域直接提供清洁的能源等。

目前全球用氢量约 1.15 亿吨,其中约 61%用于炼油和生产化肥等,39%用于生 产甲醇和其他化学品以及燃料等。预计 2050 年氢能将承担全球 18%的能源需求,氢 能产业将创造 3000 万个工作岗位,减少 60 亿吨 CO2排放,创造 2.5 万亿美元的市 场价值。日本、美国、欧洲等主要工业国家均将氢能列入国家能源发展战略,氢能产 业的发展已初具规模,但发展重点有所不同。

日本政府大力推进氢能全产业链发展,致力实现“氢能社会”

为解决过度依赖进口化石能源、核电重启困难以及国内可再生能源禀赋一般等问 题,日本政府高度重视氢能产业的发展。日本经济产业省(METI)2019 年提出了《氢 能与燃料电池战略路线图》,其目标是:第一阶段创造需求,到 2025 年加速推广和 普及氢能交通、民用市场;第二阶段解决供应问题,到 2030 年实现氢燃料发电和通 过扩大氢能进口解决大规模供给;到 2040 年,建立起零碳排放的供氢体系,使氢加 入传统的“电、热”系统构建全新的二次能源结构。截至 2018 年底,日本建有加氢站 113 座,氢燃料车 2839 辆,家用氢燃料电池 22 万台。

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