发展氢能产业的调研与思考

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SHPGX导读:在应对全球变暖和能源转型背景下,氢能因为资源丰富、清洁低碳、灵活高效、应用广泛等独特优势,被国际上多国列入国家能源战略部署。在我国氢能产业作为能源领域的新兴产业,国家和各级地方政府已在诸多方面给予支持,旨在推动以氢燃料电池汽车为主要应用方向的氢能产业,实现燃料汽车关键设备和核心技术的自主化。

我国是全球最大的氢生产国,丰富的资源为发展氢能产业奠定了物质基础。氢能作为一种高能量密度、清洁高效能源,在解决能源危机、全球变暖及环境污染等方面可发挥重要作用。我国已将氢能产业作为战略性新兴产业,从鼓励创新与投资、奖励与优惠等多方面颁布了多个支持政策,各级地方政府与企业积极开展产业布局和项目建设。

一、氢能产业的特点

氢能产业是涵盖氢气制备、储存、运输、加注、燃料电池到终端应用的庞大产业链(见图1),产业链整体具有技术含量高、投入大、产出慢、市场化程度高、竞争激烈、政策依赖性强等特点。其不同环节具有各自特点。

制氢环节

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氢作为二次能源,每年氢气产量约2500 万吨,占全球总产量40% 以上,年产值超过1200 亿元。总体上,国际上制氢的方式有很多种(见图2),我国超过95% 的氢气生产主要依靠化石资源,化石资源制氢工艺成熟,原料价格相对低廉,其中煤制氢是当前最为经济的制氢途经,但会排放大量的温室气体,对环境造成污染,而电解水制氢仅占比2%~4%。

储运环节

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氢作为能源,用在燃料电池上,由于制氢与用氢不在同一地点,必然需要储存和运输两个服务性环节。运氢方式主要有气氢拖车运输、气氢管道运输和液氢罐车运输。其中,气氢拖车运输技术成熟,是国内最普遍的运氢方式,但运输效率低,适用于小规模、200 公里内的短途运输, 40 吨重的长管拖车大约只能运输400 千克氢气。随着用氢量的逐渐增加,迫切需要解决氢气的长期、大规模、低成本储运难题。

 加氢站环节

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加氢站建造是高科技含量、高成本和高附加值环节。随着氢燃料电池汽车的广泛应用,未来加氢站具有分布广、需求量大的特点,总体上,我国在运加氢站数量较少,基础设施建设和氢气储运成本高,导致加氢站的加氢费用高,用户选择加氢的意愿不强。利用已有的加油站,建造油氢合建站是提高加氢普及度和经济性的一种现实选择。

氢燃料电池环节

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氢燃料电池是整个产业链的核心技术和制高点,诸多国内外企业纷纷开展技术攻关和产业化发展,竞争激烈,未来需求量大,需要与氢燃料电池汽车等动力装置配套发展。燃料电堆是燃料电池的核心部件,降低燃料电堆成本的关键在于核心组件膜电极的技术突破,膜电极中的催化剂大量使用稀缺的铂金属为原材料,价格昂贵。因此,降低铂金属用量或寻找铂金属替代品将成为降低氢燃料电池成本的主要方向。

终端应用

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氢燃料电池汽车是氢能产业的重要应用领域,相比传统燃油汽车,具有无污染的优势;相比电动汽车,具有高续航、加注时间短的优势, 这些优势决定了氢燃料电池汽车可成为能源交通领域的发展趋势。但是目前由于成本不具备竞争力,发展初期严重依赖政策支持。随着技术进步以及规模效应带来的成本下降,将推动氢燃料电池汽车产业快速发展。

氢能除了作为移动能源外,还可以用于固定能源,作为建筑、社区等的供能载体和备用能源;还可以用于氢冶金、汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接等多个领域,扩大低碳氢的工业应用范围。

二、国外氢能产业发展现状与趋势

日本、韩国、美国、德国和法国等国都从国家层面制定了氢能产业发展战略规划与线路,如日本的《氢能基本战略》、美国的《氢能经济路线图》、欧盟的《欧洲绿色协议》中的“绿氢战略”、韩国的《氢经济发展线路图》等,持续支持氢燃料电池的研发、推进氢燃料电池试点示范以及多领域应用,已在产业链构建、氢燃料电池汽车研发方面取得优势。特别是日本,经过四十多年的努力,丰田旗下的氢燃料电池汽车销量已过万台, 其产能拟在两年内扩大10 倍。

根据国际氢能联合会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》预测,至2050 年,氢燃料电池汽车将占全球机动车的20 ~ 25%,创造2.5 万亿美元的市值,承担全球约18% 的能源需求。

三、我国氢能产业发展现状与趋势分析

(一)国家持续出台支持氢能产业发展的政策

自2011 年以来,政府有关部门从战略定位、产业结构、科技创新、财政金融等多个方面相继发布了一系列支持政策,引导鼓励氢能产业发展。2019 年氢能首次被写入《政府工作报告》,明确提出“推进加氢等设施建设”;在我国2020 年国民经济和社发展计划的主要任务中,首次提出要制定国家氢能产业发展战略规划。2020 年4 月10 日,在《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》中,首次将“氢能”纳入能源范畴,此前氢能一直被定性为“危险品”。2020 年4 月23 日,财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委联合发布了《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》(财建〔2020〕86 号),指出:“将当前对燃料电池汽车的购置补贴,调整为选择有基础、有积极性、有特色的城市或区域,重点围绕关键零部件的技术攻关和产业化应用开展示范,中央财政将采取‘以奖代补’方式对示范城市给予奖励。争取通过4 年左右时间,建立氢能和燃料电池汽车产业链,自主掌握关键核心技术, 形成布局合理、协同发展的良好局面。”可以说, 氢能产业作为国家战略性新兴产业,正迎来政策性利好的发展机遇。

(二)地方出台了多元化跟进政策并示范实施

2017 年以来,我国氢能产业发展如火如荼, 上海、浙江省和江苏省等长三角地区、广东省的珠三角地区以及京津冀、海南、山东等30 余个省、市出台了支持氢能产业发展的地方性政策百余项,结合产业链特点和各自的优势,提出了各自的发展重点,初步形成了长三角、珠三角、京津冀、山东半岛及中部地区等氢能产业集群和示范应用。截至2019 年底,在建和已建加氢站130 多座,其中52 座已投运;在商业示范区运行的燃料电池商用汽车近4400 辆,规模居国际前列。

(三)央企积极布局开发氢能产业

神华、国电投、东方电气、中国石油、中国石化、中车、中船重工等企业集团都结合自身优势,选择性进入氢能产业。通过总结,可以得出:一是大部分企业选择发展氢燃料电池;二是化石资源丰富的企业选择制氢与建造加氢站,打造产业链前段一体化体系,其中中国石油、中国石化等加油站分布广泛的企业,积极建造油氢合建站;三是设备制造企业,选择开发氢燃料电池汽车并配套开发燃料电池,打造后段一体化平台。除明确发展策略外,还从建立产学研用体制、股权激励机制以及设立产业发展基金等多方面配套保障措施。

(四)氢能产业资本市场活跃

目前,氢能产业处于起步阶段,距离大规模产业化仍然有较长的路程,但基于对产业未来高速增长的预期,上市公司纷纷投资氢能产业。2018 年,我国氢能社会投资总额达到2000 亿元;2019 年氢能相关投资与收并购共48 例,单个项目最大投资额为100 亿元级别,以直接投资或间接控股方式参与氢能产业的A 股上市公司超过70 家,关联企业多达上百家。氢能概念股票纷纷大幅上扬,在不到8 个月时间内,多家公司股票累计涨幅达到约50%~300%。

按照投资领域可大致分为七类(储运及加氢站、电池、核心材料、产业园、零部件、全产业链及基金),具体分布占比见图3 所示。从中可以看出,现阶段资本更倾向布局储运及加氢站、燃料电池领域;核心材料、关键部件的技术门槛高,参与者相对较少。

(五)面临的主要问题

氢能产业缺乏统筹规划

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我国虽然明确了氢能作为新能源的一种,氢能产业属于战略性新兴产业,但还没有制定支持氢能产业发展的规划。在高强度补贴政策的支持下,30 多个省市积极布局发展氢能产业,由于缺少氢能产业链上下游环节的统筹布局、缺少攻克关键材料和核心技术的统筹安排,导致一定程度上存在着无序竞争和资源浪费等现象。

氢能及氢燃料电池产业化存在技术短板和差距

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燃料电池系统作为氢燃料电池汽车的核心部件,而其中又以燃料电堆为重要组成部分,燃料电堆成本约占整车成本的30%。我国燃料电堆虽具备一定的技术储备,气体扩散层、质子交换膜、密封件等国内无量产,催化剂、膜电极、双极板等许多零部件实现了国产化,但在系统性能和总成本上较国外仍存在较大差距。总体上,我国氢能及燃料电池产业化在零部件、整个高端集成、电池寿命、成本、批量制备能力等方面,存在明显的技术短板和差距。

氢燃料电池汽车成本高

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一是氢气在制备、储运等过程中需要很多技术处理,导致加氢成本上升; 二是在使用环节, 相比其他汽车,氢燃料电池汽车更为精密,因此维护成本高; 三是配套设施方面,氢燃料电池汽车需要配套众多加氢站,加氢站需要配置大型压缩机等设备,成本比加油站和充电站高,过高的费用不利于提升市场需求。

产业链相关标准及测评体系待完善

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氢能产业的标准和技术规范不健全,不能规范整个氢能产业的发展,制氢、储运及加注等标准缺失,同时氢燃料电池从部件到系统的标准不完善及测试评价体系不健全,很大程度上制约了氢燃料电池产品的商业应用和推广。

(六)氢能产业发展趋势

从中长期看(2025 年以后),由于氢能独特的优势、能源转型的大趋势以及掌握核心技术、替代进口的战略需求,氢能产业具有非常大的发展空间。中国氢能联盟2019 年发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预计,到2030 年,我国氢气需求量将达到3500 万吨,在终端能源消费中占比5%,燃料电池商用车销量将达到36 万辆;到2050 年,氢能将在我国终端能源消费中占比至少达到10%,氢气需求量接近6000 万吨,可减排CO约7 亿吨,其中交通运输领域用氢约2500 万吨,约占该领域用能的20%。氢能产业具有极为广阔的发展前景,有望成为一个年产值数以万亿计量的大产业。“十四五”期间, 氢能产业能否得到快速发展,主要取决于政策支持力度和产业链成本下降速度。

四、企业发展氢能产业的机遇与挑战

(一)机遇分析

一是未来相当长时间内,发展氢能产业的最大机遇就是国家的大力支持。可以预计,未来相当长的时间,特别是氢燃料电池汽车核心技术自主发展成熟前,氢能产业都将处于政策性利好的发展阶段。

二是国内30多个省市出台了扶持氢能产业的政策,主要以支持新能源汽车政策和环保政策的形式发布,这些都为氢能产业的发展提供了机遇。

三是氢能产业的资本市场活跃,可以通过资本运作快速进入,是培育新经济增长点的重要途径。

(二)挑战分析

目前,发展氢能产业面临的主要挑战是经济效益问题,即控制成本、提高产品和服务的竞争力,通过开发氢燃料电池汽车,打破我国汽车市场长期被外国品牌垄断的局面,并快速形成经济增长点。

五、企业积极布局氢能产业的措施建议

从外部需求上,发展氢能产业符合未来能源和交通领域的发展方向、符合国家能源和科技创新战略。现阶段,发展氢能产业,机遇大于挑战。

(一)坚持战略导向,“十四五”期间以战略性投资为主

目前氢能产业整体处于发展初期阶段。“十四五”期间,在国家多种利好政策的支持下, 企业发展氢能产业应以战略性投资为主,特别是“十四五”前期,围绕氢能产业链,加强科研投入和产业培育。横向统筹布局,形成合力;纵向从顶层设计到项目实施全方位推动。实现以点带面进入氢能产业,为后续产业化发展、形成经济增长点奠定基础。

(二)通过资本运作,可快速进入氢能产业

充分利用氢能产业市场化程度高和资本市场活跃的特点,以参股或并购方式进入制氢、加氢站、氢燃料电池、燃料汽车等高技术含量、高附加值环节,走产业化快速发展的道路。

(三)坚持择优进入,打造产业链前段一体化体系

加氢站必须有一个稳定、低价的氢源供氢, 才能保证收益率。对于化石、电力等制氢资源丰富的企业,应统筹考虑开展制氢和加氢站一体化建设,至于储运环节,可利用社会资源,也可自主配套。

(四)发挥资源优势,坚持协同创新

综合企业在京津冀、长三角、珠三角等区域的资源优势以及企业与大学、科研院所的合作, 联合开展制氢、氢冶金以及加氢站建设。此外, 坚持自主与对外合作相结合,特别是与燃料汽车企业的合作,开发氢燃料电池,掌握氢能产业链核心技术,适时开展示范工程建设。

(五)建立产业孵化平台和产业基金并推动股权改革

氢能产业投资大、周期长,短期内难以盈利, 建立氢能产业孵化平台,成立氢能产业基金,满足产业发展对资金的需求,减小企业的风险;开展混合所有制股权改革,调动科研人员的创新热情。

本文来源 | 高科技与产业化

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