氫能源行業(yè)深度報告“氫能時代”大幕拉開

氫能源行業(yè)深度報告-“氫能時代”大幕拉開1、

“氫能時代”大幕拉開1.1

氫能是第三次能源變革的重要媒介全球能源行業(yè)正經(jīng)歷著以低碳化、無碳化、低污染為方向的第三次能源變革，隨

著全球能源需求不斷增加，全球電氣化趨勢明顯，未來以可再生能源增長幅度最大的

電力能源結(jié)構(gòu)將持續(xù)變化，進(jìn)一步形成以石油、天然氣、煤炭、可再生能源為主的多

元化能源結(jié)構(gòu)。氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，可通過一次能源、二次能

源及工業(yè)領(lǐng)域等多種途徑獲取，氫能將成為第三次能源變革的重要媒介。氫能可以用

于交通運輸，作為石油精煉、氨生產(chǎn)的原料，以及金屬精煉和住宅部門的加熱和烹飪

等方方面面。而且，氫氣有潛力成為整合不同基礎(chǔ)設(shè)施的能源載體，以提高經(jīng)濟(jì)效率、

可靠性、靈活性，而且其中許多用途將有助于減少電力和交通部門的碳排放。氫還可

以為電力部門提供大規(guī)模的長期能量存儲。此外，氫能源存儲系統(tǒng)可以提供輔助電網(wǎng)

服務(wù)，如應(yīng)急、負(fù)荷跟蹤和調(diào)節(jié)儲備，這些服務(wù)可以提供額外的能量來源，從而降低

電解制氫的成本。氫還可以成為

VRE和交通部門之間的另一座橋梁。1.2

投資總結(jié)：“政策扶持”&“技術(shù)進(jìn)步”雙引擎驅(qū)動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展2019

年氫能源首次寫入《政府工作報告》，將氫能納入中國能源體系之中，我國

真正開啟氫能大發(fā)展元年，按照白皮書路線規(guī)劃，預(yù)計到

2050

年氫能在中國能源體

系中的占比約為

10%，氫氣需求量接近

6000

萬噸，年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值超過

10

萬億元，全

國加氫站達(dá)到

10000

座以上，燃料電池汽車年產(chǎn)量達(dá)到

520

萬輛。氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為制氫、儲運、加氫站、氫燃料電池應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)。與鋰電池產(chǎn)

業(yè)鏈相比，氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈更長，復(fù)雜度更高，理論經(jīng)濟(jì)價值含量更大。從

氫能實際應(yīng)用來看，氫燃料電池汽車是氫能高效利用的最有效途徑，當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)鏈

已初具雛形，且燃料電池系統(tǒng)性能已滿足商業(yè)化需求，但燃料電池汽車的大規(guī)模商業(yè)

化應(yīng)用依然受經(jīng)濟(jì)性及實用性制約。因此，產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期的政策扶持顯得尤為重要，

政策扶持下產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)?；?降本-開拓市場的良性內(nèi)循環(huán)，此外，持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步也

將反哺解決各環(huán)節(jié)核心技術(shù)的成本制約，進(jìn)一步提升商業(yè)化競爭力。從經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)進(jìn)步角度來看，各環(huán)節(jié)都將分階段發(fā)展?jié)M足商業(yè)化需求：

制氫產(chǎn)業(yè)：短期優(yōu)先選用工業(yè)副產(chǎn)氫，中期采用化石能源制氫結(jié)合碳捕捉技術(shù)，

長期采用可再生能源電解水制氫；

氫能儲運：將按照“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的技術(shù)發(fā)展方向，逐步提升氫氣

的儲存和運輸能力；

燃料電池系統(tǒng)：將持續(xù)圍繞功率、性能、壽命、成本四大要素而發(fā)展。具體應(yīng)用

集中在交通領(lǐng)域，從商用車切入、乘用車跟進(jìn)。2、

氫能是中國構(gòu)建多元化能源體系關(guān)鍵一環(huán)2.1

氫能開發(fā)利用是能源清潔化的大勢所趨

氫能大儲量、零污染、高效率氫（H）是宇宙儲量最豐富的元素，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的

75%，在地球上排第三，

大儲量保證其作為能源供給的充足性。氫元素主要以水的形式存在，原料非常容易獲

取。此外，氫氣的供能方式主要是和氧氣反應(yīng)生成水釋放化學(xué)能，其產(chǎn)物除了水無其

他中間產(chǎn)物，整個供能過程無浪費、零污染。

氫能源生產(chǎn)和使用形成可循環(huán)閉環(huán)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展1970

年通用汽車首次提出“氫經(jīng)濟(jì)”的概念。近年來，隨著燃料電池的迅速發(fā)展，

氫能作為最適宜的燃料也隨之進(jìn)入一個高速發(fā)展階段。氫能來自于水用，使用后的產(chǎn)

物仍為水，由此形成一個可循環(huán)閉環(huán)系統(tǒng)，具有可持續(xù)性。

氫氣比能量高，易于實現(xiàn)輕量化和高續(xù)航氫氣是常見燃料中熱值最高的（142KJ/g），約是石油的

3

倍，煤炭的

4.5

倍。

這

意味著消耗相同質(zhì)量的石油、煤炭和氫氣，氫氣所提供的能量最大，這一特性是滿足

汽車、航空航天等實現(xiàn)輕量化的重要因素之一?，F(xiàn)階段來看，氫氣作為能量載體的最大競爭對手是鋰電池。目前電池市場發(fā)展已

經(jīng)很成熟，然而氫能具備電池所不能比擬的優(yōu)勢，氫氣的比能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電池，并且

沒有工作溫度限制（電池工作溫度范圍在-20℃~60℃）。2.2

能源短缺和環(huán)境惡化，加速推動全球氫能開發(fā)

脫碳加氫和清潔高效是百年來能源科技進(jìn)步的趨勢縱觀能源的發(fā)展歷史，從最初使用固態(tài)的木柴、煤炭，到液態(tài)的石油，直至氣態(tài)

的天然氣，不難看出其

H/C比提高的趨勢和固-液-氣形式的漸變過程。木柴的氫碳比

在

1:3～10

之間，煤為

1:1，石油為

2:1，天然氣為

4:1。在

18

世紀(jì)中葉至今，氫碳

比上升超過

6

倍。每一次能源的“脫碳”都會推動人類社會的進(jìn)步和文明程度的提高，

可以預(yù)見未來能源利用形式中，氫能的占比將會繼續(xù)提高。氫雖然主要用作化工基礎(chǔ)原料，但在能源轉(zhuǎn)型過程中，其更重要的是作為一種清

潔能源和良好的能源載體，具有清潔高效、可儲能、可運輸、應(yīng)用場景豐富等特點。

氫能能夠幫助工業(yè)、建筑、交通等主要終端應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低碳化，包括作為燃料電池

汽車應(yīng)用于交通運輸領(lǐng)域，作為儲能介質(zhì)支持大規(guī)?？稍偕茉吹恼虾桶l(fā)電，應(yīng)用

于分布式發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)為建筑提供電和熱，為工業(yè)領(lǐng)域直接提供清潔的能源等。目前全球用氫量約

1.15

億噸，其中約

61%用于煉油和生產(chǎn)化肥等，39%用于生

產(chǎn)甲醇和其他化學(xué)品以及燃料等。預(yù)計

2050

年氫能將承擔(dān)全球

18%的能源需求，氫

能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造

3000

萬個工作崗位，減少

60

億噸

CO2排放，創(chuàng)造

2.5

萬億美元的市

場價值。日本、美國、歐洲等主要工業(yè)國家均將氫能列入國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，氫能產(chǎn)

業(yè)的發(fā)展已初具規(guī)模，但發(fā)展重點有所不同。

日本政府大力推進(jìn)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力實現(xiàn)“氫能社會”為解決過度依賴進(jìn)口化石能源、核電重啟困難以及國內(nèi)可再生能源稟賦一般等問

題，日本政府高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。∕ETI）2019

年提出了《氫

能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，其目標(biāo)是：第一階段創(chuàng)造需求，到

2025

年加速推廣和

普及氫能交通、民用市場；第二階段解決供應(yīng)問題，到

2030

年實現(xiàn)氫燃料發(fā)電和通

過擴(kuò)大氫能進(jìn)口解決大規(guī)模供給；到

2040

年，建立起零碳排放的供氫體系，使氫加

入傳統(tǒng)的“電、熱”系統(tǒng)構(gòu)建全新的二次能源結(jié)構(gòu)。截至

2018

年底，日本建有加氫站

113

座，氫燃料車

2839

輛，家用氫燃料電池

22

萬臺。

美國重點開展燃料電池研究和布局加氫站建設(shè)2014

年美國頒布的《全面能源戰(zhàn)略》確定了氫能在交通轉(zhuǎn)型中的引領(lǐng)作用，并

規(guī)劃

2030~2040

年將全面實現(xiàn)氫能源經(jīng)濟(jì)。美國能源部

2019

年提出了《國家氫能

發(fā)展路線圖》。目前美國氫能重點發(fā)展領(lǐng)域一是開展燃料電池系統(tǒng)研發(fā)，各級政府均

提供大量資金資助科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行氫能和燃料電池關(guān)鍵零件研發(fā)工作。二是布局建設(shè)加

氫站，如美國加州每年計劃撥款

2000

萬美元用于加氫站建設(shè)，直到加州至少有

100

座加氫站；到

2025

年建立

200

座加氫站。截至

2018

年底，美國建有加氫站

42

座，

氫燃料車

5899

輛。

德國重視氫能交通工具的開發(fā)和氫能與可再生能源的協(xié)同發(fā)展德國是歐洲氫能發(fā)展較快的國家，已在通信基站、加氫站、燃料電池車、氫能列

車、氫源建設(shè)等方面有所應(yīng)用。德國聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部等正在編制《國家氫

能發(fā)展戰(zhàn)略》，目標(biāo)是將氫能與大力發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略相結(jié)合，大力推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型

發(fā)展。其重點發(fā)展領(lǐng)域一是開發(fā)零排放氫能交通工具，如清潔巴士、氫能列車等（德

國鐵路電氣化程度較低，約

59%的火車未實現(xiàn)電氣化，德國政府試圖使用燃料電池

火車來解決環(huán)境和電氣化程度低的問題）；二是投資可再生能源綠色制氫工藝及設(shè)施

建設(shè)。2019

年上半年部分德國企業(yè)在德國發(fā)起了

GETH2

倡議，目標(biāo)是利用氫能促

進(jìn)能源轉(zhuǎn)型。合作企業(yè)計劃在德國埃姆斯蘭地區(qū)建立氫能基礎(chǔ)設(shè)施，將該地區(qū)的能源、

工業(yè)、運輸和供熱部門聯(lián)系起來，建造

105

兆瓦的電制氫（PowertoGas）設(shè)施，

利用風(fēng)能生產(chǎn)“綠色氫氣”，并利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施運輸、儲存及應(yīng)用氫氣。截至

2018

年底，德國建有加氫站

60

座，氫燃料車

500

輛。

韓國氫能發(fā)展目標(biāo)是氫能產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)合促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長韓國政府發(fā)展氫能的目標(biāo)是通過發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)減少對石油進(jìn)口的依賴，同時將氫技

術(shù)與汽車、航運和石油化工等傳統(tǒng)制造業(yè)聯(lián)系起來，為鋼鐵生產(chǎn)、石油化工和機(jī)械工

程等傳統(tǒng)行業(yè)帶來新的投資和就業(yè)機(jī)會，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點。韓國政府

2019

年初

發(fā)布《氫能發(fā)展路線圖

2040》，計劃到

2040

年，氫氣供應(yīng)量達(dá)到

526

萬噸，累計生

產(chǎn)氫燃料電池汽車

620

萬輛（含出口

330

萬輛），建設(shè)

1200

座。截至

2018

年底，

韓國建有加氫站

14

座，氫燃料車

300

輛。2.3

中國減排任務(wù)艱巨，發(fā)展清潔能源迫在眉睫

中國承諾到

2060

年實現(xiàn)“碳中和”，減排任務(wù)艱巨我國減排任務(wù)艱巨，年排放量位居世界第一。根據(jù)聯(lián)合國數(shù)據(jù)，2018

年中國碳

排放達(dá)到

137

億噸，同比增長

1.6%。盡管我國碳排放的增速已經(jīng)放緩，但從總量看，

占全球總排放量的

1/4

以上，仍是全球排名第一的碳排放國。作為世界工廠，在產(chǎn)業(yè)

鏈日趨完善、國產(chǎn)制造加工能力與日俱增的同時，我國的碳排放量也快速攀升。作為

負(fù)責(zé)任的大國，走低碳節(jié)能發(fā)展之路既是我國的責(zé)任所系，亦是使命所向。

應(yīng)對氣候變化要求我國持續(xù)大規(guī)模開發(fā)可再生能源根據(jù)既定的能源戰(zhàn)略，未來我國將構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，顯

著特征之一是大幅提高可再生能源在一次能源消耗中的占比。為應(yīng)對全球氣候變化，

履行《巴黎協(xié)議》中碳減排目標(biāo)，據(jù)國家可再生能源中心測算，我國既定能源政策仍

需降低化石能源使用占比來達(dá)成氣候變化低于

2℃的目標(biāo)。根據(jù)《中國可再生能源展望

2018》的預(yù)測，2020-2030

年間，中國將迎來光伏

與風(fēng)電大規(guī)模建設(shè)高峰。其中，新增光伏裝機(jī)容量約

80-160GW/年，新增風(fēng)電裝機(jī)

約

70-140GW/年。到

2050

年，從我國一次能源需求來看，非化石能源的總體比例將

達(dá)到

70%，風(fēng)能和太陽能成為我國能源系統(tǒng)的絕對主力，在可再生能源中的占比將

分別達(dá)到

44%和

27%。得益于未來產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，能效水平的大幅提升和工業(yè)與交通領(lǐng)域的電氣化

提升，2050

年的我國終端能源需求總量得到控制，化石能源消費大幅縮減，電力消

費顯著上升。2.4

氫&電耦合是構(gòu)建我國現(xiàn)代能源體系的重要途徑

氫&電耦合體系可突破可再生能源發(fā)展的限制目前，我國能源發(fā)展逐步從總量擴(kuò)張向提質(zhì)增效轉(zhuǎn)變，能源效率、能源結(jié)構(gòu)、能

源安全已成為影響我國能源高質(zhì)量發(fā)展的三大關(guān)鍵所在。相比其他轉(zhuǎn)型方式，氫能與

電能結(jié)合將成為構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的重要途徑。

電能是多種能源間靈活高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵媒介，能量轉(zhuǎn)換效率通常在

90%以上。電氣化水平的提升，有利于提升能源利用效率、降低化石能源在終端能耗中的占比，

并緩解我國能源資源與負(fù)荷中心逆向分布的問題。據(jù)國網(wǎng)能源研究院預(yù)測，到

2050年電力在我國終端能源消費的比重將增長至

47%，超出全球平均水平。氫能與電能同屬二次能源，更容易耦合電能、熱能、燃料等多種能源并與電能一

起建立互聯(lián)互通的現(xiàn)代能源網(wǎng)絡(luò)。更為重要的是，氫能可實現(xiàn)不連續(xù)生產(chǎn)和大規(guī)模儲

存，這將顯著增加電力網(wǎng)絡(luò)的靈活性。在可再生能源方面，目前光伏與風(fēng)電行業(yè)均已處于平價前夕，平價后行業(yè)發(fā)展將

由政策驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)橄{驅(qū)動，電網(wǎng)消納能力將成為制約行業(yè)發(fā)展的首要因素。與基于

化石能源的電能和石油制品生產(chǎn)方式相比，可再生能源具有明顯的分布和不穩(wěn)定生

產(chǎn)的特征，且區(qū)別于電網(wǎng)與石油網(wǎng)絡(luò)相互獨立的特征，氫能與電能的深度耦合恰能

支撐更高份額的可再生能源電力的發(fā)展，主要表現(xiàn)為兩點：1）氫能可滿足可再生能

源規(guī)?；?、長周期儲能需求；2）氫能可作為燃料，通過燃料電池為交通和工業(yè)領(lǐng)域

提供電能、熱能，有效降低化石能源的使用，繼續(xù)提升電力在能源系統(tǒng)中的比重。

據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，2050

年氫能將在我國能源體系中的占比達(dá)到

10%。同時，可再生能源制氫與氫儲運、氫應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，有望使部分優(yōu)勢地區(qū)

的可再生能源擺脫電網(wǎng)設(shè)施及消納條件的限制。通過大規(guī)模開發(fā)風(fēng)、光等可再生能源

電站，以較低的發(fā)電成本就地制氫，通過氫能儲運網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)可再生能源高效、低成本

的區(qū)域輸送調(diào)配，而豐富的氫能應(yīng)用場景和電、氫深度耦合體系將有力支持大規(guī)模氫

氣的消納。屆時，氫能有望成為我國重要的出口能源重構(gòu)世界能源格局。這為突破可

再生能源發(fā)展瓶頸提供了新的思路和空間。電氫耦合將成為現(xiàn)代能源體系的重要特征，

電氫能源體系將為開發(fā)我國豐富的可再生能源提供可靠的載體并培育適合的產(chǎn)業(yè)生

態(tài)，可再生能源有望突破現(xiàn)階段各種約束，迎來巨大的發(fā)展空間。此外，將氫氣應(yīng)用于儲能領(lǐng)域，可以同時兼顧以下優(yōu)勢：1）具備更低的儲能成本：固定式儲能電池成本比儲氫容器成本大約高

10

倍，

單車在儲能優(yōu)勢下降到

3~5

倍（燃料電池的效率導(dǎo)致儲能量比車在動力電池高一倍，同時，儲氫體積能量密度低需要更高壓力）；2）與儲電的互補(bǔ)性：相比動力電池的高頻調(diào)節(jié)，氫儲能屬于低頻調(diào)節(jié)，兩者互

補(bǔ)性強(qiáng)；3）靈活的制運儲方式：長管拖車經(jīng)濟(jì)運輸半徑

300

公里以內(nèi)；1

千公里以上可

長途輸電-當(dāng)?shù)刂茪洌蛱烊粴夤艿罁綒涞取?.5

中國氫能兼具產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)及應(yīng)用市場，綜合優(yōu)勢顯著中國具有豐富的氫能供給經(jīng)驗和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的工業(yè)累計，中國已是世界

上最大制氫國，初步評估現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能為

2500

萬噸/年，可為氫能及燃料電池產(chǎn)

業(yè)化發(fā)展初期階段提供低成本的氫源。富集的煤炭資源輔之以二氧化碳捕捉與封存技

術(shù)可提供穩(wěn)定、大規(guī)模、低成本的氫源供給。同時，中國是全球第一大可再生能源發(fā)

電國，每年僅風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源棄電約

1000

億千瓦時，可用于電解水

制氫約

200

萬噸，未來隨著可再生能源規(guī)模的不斷壯大，可再生能源制氫有望成為

中國氫源供給的主要來源。中國氫能應(yīng)用市場潛力巨大。氫能在能源、交通、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域具有廣闊的

應(yīng)用前景，尤其以燃料電池車為代表的交通領(lǐng)域是氫能初期應(yīng)用的突破口與主要市場。

中國汽車銷量已連續(xù)十年居全球第一，其中新能源汽車銷量占全球總銷量的

50%。

工信部在新發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃

2021-2035

年》中，將以新能源汽車

高質(zhì)量發(fā)展為主線，探索新能源汽車與能源、交通、信息通信等深度融合發(fā)展的新模

式，重點向燃料電池車拓展。在工業(yè)領(lǐng)域，中國航貼、水泥、化工等產(chǎn)品產(chǎn)量連續(xù)多

年居世界首位，氫氣可為其提供高品質(zhì)的燃料和原料。在建筑領(lǐng)域，氫氣通過發(fā)電、

直接燃燒、熱電聯(lián)產(chǎn)等形式為居民住宅或商業(yè)區(qū)提供電熱水冷多聯(lián)供。未來，隨著碳

減排壓力的增大與氫氣規(guī)?；瘧?yīng)用成本的降低，氫能有望在建筑、工業(yè)能源領(lǐng)域取得

突破性進(jìn)展。中國氫能與燃料電池技術(shù)基本具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。經(jīng)過多年科技攻關(guān)，中國已掌握

了部分氫能基礎(chǔ)設(shè)施與一批燃料電池相關(guān)核心技術(shù)，制定出臺了國家標(biāo)準(zhǔn)

86

項次，

具備一

定的產(chǎn)業(yè)裝備與燃料電池整車的生產(chǎn)能力；中國燃料電池車經(jīng)過多年研發(fā)積

累，已形成自主特色的電-電混合技術(shù)路線，并經(jīng)歷規(guī)模示范運行。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的預(yù)計，到

2030

年，中國氫氣需求量將達(dá)到

3500

萬噸，在

終端能源體系中占比

5%。到

2050

年氫能將在中國終端能源體系中占比至少達(dá)到

10%，氫氣需求量接近

6000

萬噸，可減排約

7

億噸二氧化碳，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約

12

萬億元。3

產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)先行，國產(chǎn)化同步推進(jìn)2019

年氫能源首次寫入《政府工作報告》，政府工作任務(wù)中明確“將推動充電、

加氫等設(shè)施建設(shè)”。自

2011

年以來有關(guān)部門已經(jīng)從戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技、財政等方

面相繼發(fā)布了一系列政策，引導(dǎo)鼓勵氫燃料電池等氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。按照

2019

年發(fā)布

的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》，國內(nèi)氫能從制氫到用氫發(fā)展路徑逐漸清晰，

有助于我國提早進(jìn)入能源自給自足的氫能社會：

制氫產(chǎn)業(yè)：短期優(yōu)先選用工業(yè)副產(chǎn)氫，中期采用化石能源制氫結(jié)合碳捕捉技術(shù)，

長期采用可再生能源電解水制氫；

氫能儲運：將按照“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的技術(shù)發(fā)展方向，逐步提升氫氣

的儲存和運輸能力；

燃料電池系統(tǒng)：將持續(xù)圍繞功率、性能、壽命、成本四大要素而發(fā)展。具體應(yīng)用

集中在交通領(lǐng)域，從商用車切入、乘用車跟進(jìn)。3.1

制氫：大規(guī)模低成本氫氣是關(guān)鍵，路線由

“灰氫”向“綠氫”發(fā)展目前制氫技術(shù)路線按原料來源主要分為化石原料制氫、化工原料制氫、工業(yè)尾氣

制氫和電解水制氫幾種。常規(guī)的制氫技術(shù)路線中以傳統(tǒng)化石能源制氫為主，全球范圍

內(nèi)主要是使用天然氣制氫，我國由于煤炭資源比較豐富，因此主要使用煤制氫技術(shù)路

線，占全國制氫技術(shù)的

60%以上。為了區(qū)分制氫途徑的清潔度（碳排放量），我們將可再生能源電解水得到的氫氣

稱為“綠氫”，生產(chǎn)過程做到零碳排放；將以化石能源為原料，通過蒸汽甲烷重整或自

熱重整等方法制造的氫氣稱為“灰氫”，灰氫的成本較低，但是碳強(qiáng)度較高；在甲烷蒸

汽重整與自熱重整制氫過程中增加碳捕捉和貯存環(huán)節(jié)（CCS），這樣制出的氫氣被稱

為“藍(lán)氫”。藍(lán)氫可以降低碳排放量，但無法消除所有碳排?；现茪??；现茪涫峭ㄟ^煤炭、天然氣、石油和頁巖氣等能源通過重

整生成氫氣，目前技術(shù)路線十分成熟，平均價格也相對較低。我國煤炭資源豐富，化

石原料制氫主要以煤或者煤焦作為原料，通過重整反應(yīng)得到以

H2和

CO為主要成份

的混合氣，再經(jīng)過凈化和提純等環(huán)節(jié)產(chǎn)生成品氫氣。而天然氣制氫價格掛鉤天然氣價

格，中國“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦特點，僅有少數(shù)地區(qū)可以探索開展，天然氣

制氫平均成本明顯高于煤氣化制氫。國際上主要是以天然氣和頁巖氣等以甲烷水蒸氣

為主要成份的原料進(jìn)行重整?；ぴ现茪?。使用甲醇等化工原料在一

定溫度和壓力條件下，在催

化劑作用

下發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)氫氣和

CO等含碳?xì)怏w。CO和水蒸氣可以繼續(xù)發(fā)生變換反應(yīng)，最

終生成

H2

和

CO2，之后再通過變壓吸附去除

CO2，得到高純度

H2。甲醇裂解技術(shù)

工藝系統(tǒng)比使用化石能源制氫簡單，運行更加穩(wěn)定，產(chǎn)品氣中不含污染物或有害氣體，

特別適用于中小規(guī)模制氫。但生產(chǎn)成本受甲醇價格影響明顯，制氫成本明顯高于化石

能源制氫或工業(yè)副產(chǎn)物制氫。工業(yè)副產(chǎn)制氫。工業(yè)副產(chǎn)制氫是在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，利用富含氫氣的終端廢棄

物或副產(chǎn)物作為原料，采用變壓吸附法（PSA）回收提純制氫。工業(yè)副產(chǎn)主要來自以

下兩個來源：焦?fàn)t煤氣制氫和氯堿副產(chǎn)品氣制氫。焦?fàn)t煤氣中，氫氣含量占

50%以

上，除此還含有大量甲烷，經(jīng)過壓縮、提純和脫氧等工藝可以制取高濃度氫氣。但現(xiàn)

實問題是目前焦?fàn)t煤氣在鋼鐵企業(yè)中，已經(jīng)被充分利用為燒結(jié)、煉鐵和煉鋼等工序的

燃料，工藝流程之間配合成熟，采用焦?fàn)t煤氣制氫發(fā)展空間有限。氯堿副產(chǎn)物制氫是

指在通過電解飽和

NaCl溶液的方法來制取

NaOH的過程中，會生成

Cl2和

H2副產(chǎn)

物，副產(chǎn)物氣體雜質(zhì)含量低，在提純前氫氣濃度已經(jīng)大于

99%，提純難度比較小。

據(jù)資料統(tǒng)計，目前

30%以上的副產(chǎn)物氫氣直接被放空排放，沒有得到有效利用?；?/p>

收使用氯堿行業(yè)氫氣副產(chǎn)物可快速滿足國內(nèi)氫氣需求，同時具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。電解水制氫。電解水制氫是原理最為簡單的制氫方法，將正負(fù)電極插入水中并通

直流電，水中的氫離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)析出氫氣，氫氧根離子在陽極發(fā)生氧化反

應(yīng)析出氧氣。電解水制氫技術(shù)設(shè)備簡單，工藝流程穩(wěn)定可靠，產(chǎn)生的氫氣純度極高，

可以滿足高純度的氫氣需求，同時不產(chǎn)生污染。但缺點是能耗大，制氫成本是目前工

業(yè)化制氫領(lǐng)域最高的，單位制氫成本是煤制氫的

4~5

倍。而且規(guī)模較小，制氫量一

般小于

200m3

/h。目前電解成本高是制約電解水制氫技術(shù)推廣使用的最重要原因。但

同時，在我國三北地區(qū)，大量可再生能源電力如風(fēng)電和光伏發(fā)電還存在不能并網(wǎng)的情

況。由于電能不能大規(guī)模儲存，棄風(fēng)棄光一方面造成了能源的浪費，另外還會造成設(shè)

備的損耗。因此采用可再生能源如風(fēng)能和太陽能發(fā)電，再進(jìn)行電解制氫，可極大降低

制氫成本，是目前制氫領(lǐng)域的研究熱點，具有技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。制氫路線上將由化石能源制氫逐步過渡至可再生能源制氫。隨著氫能在社會發(fā)

展中的需求量越來越大，制氫作為氫產(chǎn)業(yè)鏈的最上游也將會得到飛速發(fā)展。選取具有

經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的技術(shù)路線，降低制氫成本，是氫能推廣使用的關(guān)鍵。在現(xiàn)有的制氫技術(shù)

中，使用煤或天然氣制氫具有顯著的成本優(yōu)勢，而且我國具有豐富的煤炭資源。但使用化石能源作為原料終究不可持續(xù)，而且會產(chǎn)生新的污染。使用甲醇等化工原料制氫

受上游產(chǎn)品約束，產(chǎn)量和價格浮動較大，難以形成穩(wěn)定有效的氫能供給。使用工業(yè)尾

氣制氫同樣存在原料少，來源不穩(wěn)定的問題。目前看來，可以支撐未來巨大氫能需求

量，原料來源穩(wěn)定的制氫方式應(yīng)為電解水制氫。雖然目前由于成本太高，電解水在氫

能制備產(chǎn)業(yè)中只占

4%左右，與其它方式相比暫時不具備競爭優(yōu)勢。但如果能考慮利

用我國每年大量不能上網(wǎng)的風(fēng)能和光伏等可再生能源電力作為能源，可以極大地降低

制氫用電成本，推動電解水技術(shù)推廣使用，同時可有效解決可再生電力消納問題。相比通過大規(guī)模的輸電設(shè)施建設(shè)來分配可再生能源電力，將可再生能源電力就地

制氫，再通過管道和公路等方式儲存和運輸，就近消納，應(yīng)該是更貼近市場需求和解

決可再生能源消納的措施。3.2

儲運氫：氫氣的儲存和運輸效率亟待提高氫氣的可大規(guī)模存儲和運輸是其區(qū)別于化學(xué)電池儲能的重要特性，在資源總量不

受約束，制備成本中遠(yuǎn)期可控的前提下，氫氣的儲存性能和運輸效率是氫能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

的瓶頸問題。

儲氫技術(shù)目前，氫氣的儲存主要有氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固體儲氫三種方式、高壓氣態(tài)儲

氫已得到廣泛應(yīng)用，低溫液態(tài)儲氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機(jī)液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫

尚處于示范階段。氣態(tài)儲氫。高壓氣態(tài)儲氫具有充放氫氣速度快、容器結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，是現(xiàn)階段

主要的儲氫方式，氛圍高壓氫瓶和高壓容器兩大類。其中鋼制氫瓶和鋼制壓力容器技

術(shù)最為成熟，成本較低。20MPa鋼制氫瓶已得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用，并于

45MPa鋼制

氫瓶、98MPa鋼帶纏繞式壓力容器組合應(yīng)用于加氫站中。碳纖維纏繞高壓氫瓶的開

發(fā)應(yīng)用，實現(xiàn)了高壓氣態(tài)儲氫瓶由固定式應(yīng)用向車載儲氫應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。70MPa碳纖

維纏繞

4

型瓶已經(jīng)是國外燃料電池乘用車車載儲氫的主流技術(shù)，35MPa碳纖維纏繞

3

型瓶目前仍是我國燃料電池商用車的車載儲氫方式，70MPa碳纖維纏繞

3

型瓶已

少量用于我國燃料電池乘用車中。液態(tài)儲氫。液態(tài)儲氫具有儲氫密度高等優(yōu)勢，可分為低溫液態(tài)儲氫和有機(jī)液體儲

氫。低溫液態(tài)儲氫將氫氣冷卻至-253℃，液化儲存于低溫絕熱液氫罐中，儲氫密度可

達(dá)

70.6kg/m3，但裝置一次性投資較大，液化過程中能耗較高，儲存過程中有一

定

的蒸發(fā)損失，其蒸發(fā)率與處請關(guān)注容積有關(guān)，大儲罐的蒸發(fā)率遠(yuǎn)低于小儲罐。國內(nèi)產(chǎn)

能液氫已在航天工程中成功使用，民用缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)液體儲氫利用某些不飽和有機(jī)物（如烯烴、炔烴或芳香烴）與氫氣進(jìn)行可逆

加氫和脫氫反應(yīng)，實現(xiàn)氫的儲存，加氫后形成的液體有機(jī)氫化物性能穩(wěn)定，安全性高，

儲存方式與石油產(chǎn)品相似。但存在著反應(yīng)溫度較高、脫氫效率較低、催

化劑易被中

間產(chǎn)物毒化等問題。國內(nèi)已有燃料電池客車車載儲氫示范應(yīng)用案例。固體儲氫。固態(tài)儲氫是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲氫載體，

通過化學(xué)吸附和物理吸附的方式實現(xiàn)氫的存儲。固態(tài)儲氫具有儲氫密度高、儲氫壓力低、安全性好、放氫純度高等優(yōu)勢，其體積儲氫密度高于液氫。但主流金屬儲氫材料

質(zhì)量儲氫率仍低于

3.8wt%，質(zhì)量儲氫率大于

7wt%的輕質(zhì)儲氫材料還需解決吸放氫

溫度偏高、循環(huán)性能較差的問題、國外固態(tài)儲氫已在燃料電池潛艇中商業(yè)應(yīng)用，在分

布式發(fā)電和風(fēng)電制氫規(guī)模儲氫中得到示范應(yīng)用：國內(nèi)固態(tài)儲氫已在分布式發(fā)電中得到

示范應(yīng)用。

氫輸運技術(shù)氫氣在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為

0.0899

千克/立方米。作為易燃?xì)怏w，它屬

于

?

類危險品（非燃料），與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱即發(fā)生爆炸，因此

對運輸安全要求較高。目前氫氣的輸運方式主要有氣態(tài)運輸、液態(tài)輸運和固體輸運三

種方式。氣態(tài)輸氫。高壓氣態(tài)輸運可分為長管拖車和管道輸運

2

種方式。高壓長管拖車是

氫氣近距離輸運的重要方式，技術(shù)較為成熟，國內(nèi)常以

20MPa長管拖車運氫，單車

運氫約

300

公斤，國外則采用

45MPa纖維纏繞高壓氫瓶長管拖車運氫，單車運氫可

提至

700

公斤。管道運輸是實現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離運輸?shù)闹匾绞?，管道運行壓力一般為

1.0~4.0MPa，具有輸氫量大、能耗小和成本低等優(yōu)勢，但建造管道一次性投資較大。

美國已有

2500

公里的輸氫管道，歐洲已有

1598

公里的輸氫管道，我國則僅有

100

公里的輸氫管道（法規(guī)限制）。液態(tài)輸氫。液態(tài)輸氫通常適用于距離較遠(yuǎn)、運輸量較大的場合。其中，液氫罐車

可運

7

噸氫，鐵路液氫罐車可運

8.4-14

噸氫，專用液氫駁船的運量可達(dá)

70

噸。采用

液氫儲運能夠減少車輛運輸頻次，提高加氫站單站供應(yīng)能力。日本、美國已將液氫罐

車作為加氫站運氫的重要方式之一。我國僅在航空航天有運用液氫技術(shù)。固態(tài)輸氫。輕質(zhì)儲氫材料（如鎂基儲氫材料）兼具高的梯級儲氫密度和質(zhì)量儲氫

率，作為運氫裝置具有較大潛力。將低壓高密度固態(tài)儲罐僅作為隨車輸氫容器使用，

加熱介質(zhì)和裝置固定放置于充氫和用氫現(xiàn)場，可以同步實現(xiàn)氫的快速充裝及其高密度

高安全輸運，提高單車運氫量和輸氫安全性。目前，我國氫能示范應(yīng)用主要圍繞工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫地附近（小于

200

公里）布局，氫能儲運以高壓氣態(tài)方式為主。氫能市場滲入前期，車載儲氫將以

70MPa氣態(tài)方式為主，輔以低溫液氫和固態(tài)儲氫，氫的運輸將以

45MPa長管拖車、

低溫液氫、管道（示范）輸運等方式，因地制宜，協(xié)同發(fā)展。中期（2030

年），車載

儲氫將以氣態(tài)、低溫液態(tài)為主，多種儲氫技術(shù)相互協(xié)同，氫的輸運將以高壓、液態(tài)氫

罐和管道輸運相結(jié)合，針對不同細(xì)分市場和區(qū)域同步發(fā)展。遠(yuǎn)期（2050

年）氫氣管

網(wǎng)將密布于城市、鄉(xiāng)村，車載儲氫將采用更高儲氫密度、更高安全性的儲氫技術(shù)。3.3

加氫站：核心設(shè)備依賴進(jìn)口，國產(chǎn)化逐步開啟加氫站是氫能源產(chǎn)業(yè)上游制氫和下游用戶的聯(lián)系樞紐，是產(chǎn)業(yè)鏈的核心。加氫站

的建設(shè)數(shù)量和普及程度，在很大程度上決定了氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

中國加氫站氫源絕大部分來自于外供高壓氫氣加氫站的技術(shù)路線主要站內(nèi)制氫技術(shù)和外供氫技術(shù)。站內(nèi)制氫技術(shù)又包括天然氣

重整制氫和電解水制氫。其中，電解水制氫已經(jīng)應(yīng)用廣泛且技術(shù)已十分成熟，歐洲大

多數(shù)加氫站都采用這種技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，當(dāng)前國內(nèi)正在運營的加氫站中，僅大連

新源加氫站、北京永豐加氫站具備站內(nèi)制氫能力，其余加氫站的氫氣主要來源于外部

供氫，使用氫氣長管拖車（運輸高壓氣態(tài)氫）、液氫槽車（運輸?shù)蜏匾簯B(tài)氫）往返加

氫站與氫源之間。由于燃料電池汽車還沒有實現(xiàn)大規(guī)模運營，目前加氫站建設(shè)成本和

運營成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加油站、加氣站。從全球范圍內(nèi)來看，政府和整車企業(yè)是加氫

站建設(shè)的主體，政府補(bǔ)貼的幅度均超過

50%。

中國加氫站目前都尚未盈利，能否盈利取決于運營成本、投資額、運行負(fù)荷截至

2019

年底，全國累計已建成的加氫站共有

61

座，已經(jīng)投入運營的有

52

座，

在建/擬建加氫站數(shù)量為

72

座。按照《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》規(guī)劃，到今年

底，我國計劃燃料電池汽車規(guī)模達(dá)到

5000

輛，建成加氫站至少

100

座；到

2025

年，

建成加氫站至少

300

座。但是中國加氫站目前都尚未盈利，從加氫站的營運模式來

看，能否盈利主要取決于運營成本（氫氣的價格）、投資額（設(shè)備）、加氫站運行負(fù)荷

（燃料電池汽車保有量）。

氫氣的大規(guī)模、低成本、高效的制備和運輸是降低氫氣價格的首要解決難題當(dāng)前氫氣交貨成本遠(yuǎn)大于同等能量水平下的汽柴油成本。我們對氫氣與汽柴油

做簡單經(jīng)濟(jì)性對比，汽車行駛每

100

公里，需要消耗

1kg氫氣或

6-7

升汽油，每升

汽油價格為

6.5~7

元左右（對應(yīng)布倫特油價

55

美元/桶），因此每百公里的汽油成本

為

39-49

元，即只要氫氣的成本降至

40

元/kg以下，氫氣能源較之傳統(tǒng)汽油就有成

本優(yōu)勢。但現(xiàn)階段國內(nèi)氫站氫氣零售價格普遍為

60-70

元/kg，明顯高于傳統(tǒng)汽柴油

的交貨成本，如果氫燃料電池公交車運行成本要達(dá)到和柴油車同等水平，加氫站氫氣售價需要大幅降低。從氫氣售價結(jié)構(gòu)來看，主要由氫氣原材料、氫氣的生產(chǎn)運輸成本、加氫站的固定

和可變成本以及加氫站運營維護(hù)幾個部分組成。其中涉及到氫氣的制備和儲運的成本

占到

70%。而對比看來，汽油售價的重要組成部分則是汽油的消費稅。因此從降低

氫氣售價角度，氫氣的大規(guī)模、低成本、高效的制備和運輸是首先要解決的關(guān)鍵性

難題。

加氫站主要設(shè)備倚靠進(jìn)口，關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化進(jìn)程有待加速典型的外供氫的高壓氣氫加氫站投資組成中，除去土建及，設(shè)備費用占據(jù)最大比

例，主要是壓縮機(jī)、儲氫瓶、加氫和冷卻系統(tǒng)，由于國內(nèi)缺乏成熟量產(chǎn)的加氫站設(shè)備

廠商，進(jìn)口設(shè)備推高了加氫站建設(shè)成本。目前建設(shè)一座

35MPa，500kg/d固定式加

氫站的投資成本約為

1500-2000

萬元，即使扣除政府補(bǔ)貼的

300-500

萬元，加氫站

投資成本依然是傳統(tǒng)加油站的

2~3

倍。雖然中國所生產(chǎn)的加氫站設(shè)備各項技術(shù)指標(biāo)

仍有欠缺，但是目前國產(chǎn)化已經(jīng)開啟，業(yè)內(nèi)企業(yè)在各領(lǐng)域均推出自主產(chǎn)品。4、

氫燃料電池汽車?yán)_氫能商業(yè)化利用序幕4.1

燃料電池是氫能高效利用的重要途徑，交通領(lǐng)域成長性最強(qiáng)氫燃料電池原理是氫與氧結(jié)合生成水的同時將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，該過程

不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，理論效率可達(dá)

90%以上，具有很高的理論經(jīng)濟(jì)性。氫氣

進(jìn)入燃料電池的陽極，在催

化劑的作用下分解成氫離子和電子。隨后，氫離子穿過

隔膜到達(dá)陰極，在催

化劑作用下與氧氣結(jié)合生成水，電子則通過外部電路向陰極移

動形成電流。不同于鉛酸、鋰電等儲能電池，燃料電池類似于“發(fā)電機(jī)”，且整個過程

不存在機(jī)械傳動部件，沒有噪聲和污染物排放。

交通領(lǐng)域氫能成長性最強(qiáng)燃料電池在交通領(lǐng)域具有最強(qiáng)增長潛力。從全球來看，燃料電池主要運用于固定

式電源、交通運輸和便攜式電源三大類領(lǐng)域。既適用于集中發(fā)電，建造大中型電站和

區(qū)域性分散電站，也可用作各種規(guī)格的分散電源。交通運輸領(lǐng)域包括為乘用車、巴士

/客車、叉車以及其他以燃料電池作為動力的車輛，目前來看，隨著國家氫能產(chǎn)業(yè)的

推進(jìn)和技術(shù)的成熟，交通領(lǐng)域應(yīng)用的商業(yè)化進(jìn)程正在加速，且交通運輸領(lǐng)域成長性最

強(qiáng)。據(jù)

E4Tech數(shù)據(jù)，2019

年全球交通運輸用燃料電池出貨量為

0.908

GW，近五年

年均復(fù)合增速達(dá)

41.2%，其占全球燃料電池出貨量的比例從

2015

年的

38.2%提升至

80.3%，燃料電池在交通運輸領(lǐng)域的應(yīng)用保持高速增長。

中國燃料電池汽車銷量高速增長，但保有量仍處于較低水平受補(bǔ)貼退坡的影響，2019

年中國新能源汽車整體產(chǎn)銷出現(xiàn)大幅收縮，但燃料電

池汽車卻呈現(xiàn)高速增長的局面，2019

年燃料電池汽車銷量為

2737

輛，同比增加

79.2%。2020

上半年，我國燃料電池汽車銷量為

403

輛，同比下降

63.4%。由于目

前燃料電池汽車在我國仍處于試點示范階段，訂單來自政府采購，且以商用為主，保

有量相比同為新能源的純電動車，基數(shù)仍處于較低水平。按照燃料電池發(fā)展白皮書，

到

2030

年，我國燃料電池汽車保有量達(dá)到

200

萬輛水平，到

2050

年，保有量水平

達(dá)到

1000

萬輛水平。

乘用車發(fā)展緩慢，發(fā)展集中于商用車我國車載燃料電池車以商用車和專用車主導(dǎo)。從今年初至今

11

個批次新能源汽

車推廣目錄來看，其中燃料電池汽車車型以客車及專用車為主，燃料電池乘用車車型

僅

1

款。與國際燃料電池汽車發(fā)展相比，國內(nèi)燃料電池乘用車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢。主要由

于兩方面的原因，一方面，我國燃料電池堆的技術(shù)水平還達(dá)不到乘用車的水準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)

性方面仍無法與目前的燃油車、純電車相媲美。另一方面，燃料電池車的推廣離不開

加氫站的建設(shè)。加氫站配套的不足直接導(dǎo)致下游需求的弱化，車企沒有動力向乘用車

領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)和推廣。4.2

燃料電池系統(tǒng)期待技術(shù)突破和規(guī)模效應(yīng)

電堆是燃料電池心臟，占據(jù)燃料電池系統(tǒng)一半成本在燃料電池車中，燃料電池系統(tǒng)由燃料電池組和輔助系統(tǒng)組成。燃料電池堆是核

心部件，它將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能為汽車提供動力。燃料電池系統(tǒng)除燃料電池堆外，還

有四個輔助系統(tǒng)：供氫系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)。供氫系統(tǒng)將氫從

氫氣罐輸送到燃料電池堆；由空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)和加濕器組成的供氣系統(tǒng)為燃

料電池堆提供氧氣；水熱管理系統(tǒng)采用獨立的水和冷卻劑回路來消除廢熱和反應(yīng)產(chǎn)物

（水）。通過熱管理系統(tǒng)，可以從燃料電池中獲取熱量來加熱車輛的駕駛室等，提高

車輛的效率。燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電力通過動力控制單元（“PCU”）傳到電動機(jī)，在

電池的輔助下，在需要時提供額外的電力。從成本端來看，系統(tǒng)中最核心的部分是燃料電池電堆和空壓機(jī)，根據(jù)

DOE對

80KW系統(tǒng)的成本測算，在年產(chǎn)

50

萬套的規(guī)?；瘲l件下，電堆已占據(jù)燃料電池系統(tǒng)

約一半成本，而空壓機(jī)占比超過四分之一，這兩部分也是降低燃料電池系統(tǒng)綜合成本

的關(guān)鍵。

燃料電池堆與關(guān)鍵材料：國內(nèi)電堆技術(shù)水平存在差距對比國內(nèi)外燃料電池電堆，國內(nèi)電堆在核心材料與關(guān)鍵技術(shù)方面仍存在短板，也

是造成燃料電池電堆成本居高不下的主要原因，其中膜電極層三大關(guān)鍵材料

P/t催

化

劑、質(zhì)子交換膜、碳紙主要依賴進(jìn)口，國產(chǎn)材料尚無法滿足高性能燃料電池電堆使用

需求；集流體雙極板方面，石墨雙極板經(jīng)過多年開發(fā)已以國外技術(shù)水平相當(dāng)，但低成

本、輕薄的金屬雙板開發(fā)仍為空白。1）催

化

劑（catalyst）催

化

劑是膜電極的關(guān)鍵材料之一，其作用是降低反應(yīng)的活化能，促進(jìn)氫、氧在

電極上的氧化還原過程、提高反應(yīng)速率。目前，燃料電池中常用的商用催

化劑是

Pt/C催

化劑，由

Pt的納米顆粒分散到碳粉（如

XC-72）載體上的擔(dān)載型催

化劑。在降低催

化劑成本的方面，目前有兩條路徑，一條是降低鉑的使用量，另一條

則是研發(fā)非鉑催

化劑，兩者都已有所進(jìn)展。鉑使用量的降低現(xiàn)在已有所成效，縱觀

燃料電池發(fā)展史，每平方厘米需要的鉑已經(jīng)從最初的

50mg降低到了現(xiàn)在的不足

0.2mg。而非鉑催

化劑也在研究中，雖然無鉑催

化劑尚未進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的階段，但

很可能是未來大幅降低燃料電池成本的關(guān)鍵。在工業(yè)化生產(chǎn)方面，日本、英國、比利時等國外供應(yīng)商的催

化劑制備技術(shù)處于

絕對的領(lǐng)先地位，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)（＞10

公斤/批次），而且性能穩(wěn)定，可

靠性高。國內(nèi)目前幾乎沒有產(chǎn)業(yè)化催

化劑制造企業(yè)，催

化劑產(chǎn)品也比較單一。2）質(zhì)子交換膜（ProtonExchangeMembrane，PEM）質(zhì)子交換膜是一種固態(tài)電解質(zhì)膜，其作用是隔離燃料與氧化劑、傳遞質(zhì)子（H+）。

目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，其碳氟主鏈?zhǔn)鞘杷缘?，而?cè)鏈部分的

磺酸端基（-SO3H）是親水性的，膜內(nèi)會產(chǎn)生微相分離，當(dāng)膜在潤濕狀態(tài)下，親水相

相互聚集構(gòu)成離子簇網(wǎng)絡(luò)，傳導(dǎo)質(zhì)子。3）氣體擴(kuò)散層（GasDiffusionLayer，GDL）氣體擴(kuò)散層位于流場和催化層之間，其作用是支撐催化層、穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)，具有

質(zhì)/熱/電的傳導(dǎo)功能。因此

GDL必須具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、合適的孔結(jié)構(gòu)、良好的

導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性。通常

GDL由支撐層和微孔層組成，支撐層材料大多是憎水處理

過的多孔碳紙或碳布，微孔層通常是由導(dǎo)電炭黑和憎水劑構(gòu)成，作用是降低催化層和

支撐層之間的接觸電阻，使反應(yīng)氣體和產(chǎn)物水在流場和催化層之間實現(xiàn)均勻再分配，

有利于增強(qiáng)導(dǎo)電性，提高電極性能。國外大多數(shù)制造廠商都已實現(xiàn)氣體擴(kuò)散層的規(guī)模化生產(chǎn)，且都有多款適應(yīng)不同應(yīng)

用場景的產(chǎn)品銷售，包括日本東麗、德國

SGL和加拿大

AVCarb等。國內(nèi)氣體擴(kuò)散

層還處于初級碳微孔層的制備階段，性能均一性和穩(wěn)定性尚未得到實際驗證。4）雙極板（BipolarPlate，BP）雙極板是燃料電池的陰極板和陽極板，其作用是傳導(dǎo)電子、分配反應(yīng)氣并帶走生

成水。功能上，雙極板材料應(yīng)是電與熱的良導(dǎo)體、具有一

定的強(qiáng)度以及氣體致密性

等；穩(wěn)定性方面要求雙極板在燃料電池酸性（pH=2~3）、電位（E=1.1V）、濕熱（氣

水兩相流，約

80℃）環(huán)境下具有耐腐蝕性且對燃料電池其他部件不材料的相容無污

染性；商業(yè)化方面要求雙極板材料要易于加工、成本低。燃料電池常采用的雙極板材

料包括石墨碳板、復(fù)合雙極板、金屬雙極板三大類，由于車輛空間限制（尤其是乘用

車），要求燃料電池具有較高的功率密度。因此相對較薄的金屬雙極板有更好的應(yīng)用

前景。國內(nèi)石墨雙極板技術(shù)近年來發(fā)展迅速，技術(shù)水平與國外相當(dāng)，但厚度通常在

2mm以上。復(fù)合膜壓碳板在國外已突破

0.8mm薄板技術(shù)，具備與金屬板同樣的體積功率

密度。目前國內(nèi)薄碳板開發(fā)方面，國鴻有來自于加拿大巴拉德公司的授權(quán)技術(shù)。純國

產(chǎn)復(fù)合膜壓碳板處于研制開發(fā)階段，預(yù)計

2021

年

1mm薄板開始批量生產(chǎn)。在金屬雙極板基材方面，目前是以不銹鋼和鈦合金板為主。不銹鋼基材開發(fā)鋼鐵

企業(yè)為代表，而國內(nèi)金屬極板專用基材的發(fā)開方面仍為空白。

燃料電池系統(tǒng)：基本性能滿足商業(yè)化需求，降本是重點對比《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖（2016

年）》提出的技術(shù)目標(biāo)，截止到今年，

我國乘用車、商用車用燃料電池系統(tǒng)的性能研發(fā)，系統(tǒng)性能已滿足使用需求，但成本

在現(xiàn)有規(guī)模下距離目標(biāo)要求依然還有很大差距，成本仍然是制約燃料電池汽車大規(guī)模

商業(yè)化的主要因素。

規(guī)模效應(yīng)下，燃料電池系統(tǒng)成本有望下降至

40

美元/kW美國能源部（DOE）對燃料電池汽車的成本進(jìn)行了預(yù)估，規(guī)模效應(yīng)將對燃料電

池及燃料電池汽車的成本形成重要影響。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大化，燃料電池系統(tǒng)的成

本將大幅下降?；?/p>

2020

年的技術(shù)水平，在年產(chǎn)

50

萬套

80kW電堆的規(guī)模下，質(zhì)

子交換膜燃料電池系統(tǒng)成本可降低到

40

美元/kW，即

80kW燃料電池汽車的電池系

統(tǒng)總價約

3200

美元（約

2

萬人民幣）。

未來燃料電池車成本有望比動力電池汽車更低燃料電池成本下降速率將明顯高于鋰離子電池：①鋰離子電池產(chǎn)業(yè)成本下降速率

已趨于穩(wěn)定，而燃料電池產(chǎn)業(yè)仍處在發(fā)展初期，成本具有巨大下降潛力；②燃料電池

電堆中除鉑催

化劑外，其他材料包括石墨、聚合物膜、鋼等，幾乎不存在類似于鋰、

鈷、鎳等稀缺材料對鋰電池成本的剛性限制。同時，單位功率鉑用量大幅下降，豐田

Mirai燃料電池鉑含量僅約

0.2g/kW，未來有望降低至

0.1g/kW以下，且鉑可以回收

利用，可以有效降低電堆成本。4.3

“以獎代補(bǔ)”新政引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)模化-降本-技術(shù)提升良性循環(huán)2020

年

9

月，財政部、工業(yè)和信息化部、科技部等

5

部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，明確燃料電池汽車示范期間，將采取“以獎代補(bǔ)”

方式，對入圍示范的城市群按照其目標(biāo)完