今日讯！三大瓶颈卡住咽喉，中国氢能源产业如何突围？

2022年至今，国内氢能产业突然走上了快车道，一路狂奔。

【资料图】

在3月万众翘首之际，国家发改委、国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》重磅出台，带来了行业期盼多年的顶层设计。

此时恰逢俄乌冲突白热化，西伯利亚和欧洲腹地之间，全球最重要的油气供应线路被切断，化石能源时代的全球供需格局陷入动荡。替代品的欠缺，让欧洲诸国急成了热锅上的蚂蚁。

一时间，本就在“双碳”议题下被捧红的氢能，热度再次飙升。舆论开始吹起大风，连篇累牍地渲染氢能如何优质高效、如何低碳环保、产业前景如何广阔。

但是，前瞻产业研究院院长徐文强认为，氢能存在几个难以回避的问题，如果不能解决，中国氢能源发展将道阻且长。

理论上讲，氢能是有不少优势：

首先，原料丰富，氢作为地球上最丰富的元素之一，可以说是取之不尽用之不竭，有水就有氢;

其次，完全无毒无害，且清洁性好，燃烧以后只产生水，无污染，非常符合我国未来碳达峰、碳中和的目标需求。

最后，氢能的转化形式多样，较为成熟，可通过氢燃机直接转化为机械能，氢燃烧转化为热能，氢燃料电池转化为电能，是相对比较方便应用的一种能源。

但非常尴尬的是，能做到这几点的，并不止氢能。

氢能发展的主要问题，也在于和其他新能源形式的竞争，尤其是电能。在和纯电路线的竞争中，氢能几乎是全方位落于下风。

首先是效率问题，氢的使用需要多层转化，综合效率低。

以当前氢电竞争最直接、最热门的领域——新能源汽车为例。

纯电动汽车的能源是从电到电，虽然在储能过程中会经历电能和化学能之间的转化，但转换形式简单，能量损失小。

综合下来，锂离子电池的能量效率可以达到80%以上，即便考虑电能从发电厂转化为电池组输出过程中的消耗，总体效率也能达到70%以上。

而氢能的使用，要经历电到氢，氢再到电的复杂转化，能量损失较大。

燃料电池的使用，理论上发电效率可以达到85%-90%，但受制于现有的技术水平，目前的发电效率一般在40%-60%，通常按照50%效率计算，比起锂离子电池已经落了下风。

再算上制氢过程中消耗：如果采用传统的蒸汽重组或者电解法制氢，能量损失超过30%，虽然最新的离子膜电解法可将能效提升至80%，但总体能量使用效率只有约40%，远远落后于纯电路线。

如果再考虑到为了方便运输而需对氢气进行加压或降温液化处理，能量效率还要大幅下降。

加压是用790倍大气压把氢气压缩到高压罐中，过程中的能量损耗约为13%;液化的话，将降温至-253℃，氢气会凝结，过程中的能量损耗极大，约为40%。

其次是基建问题。

目前国内氢能产业的基础设施还相当落后。

在中游运输环节，想要大规模且广泛地使用氢能，使用管道网络是最合适的运输方案。

目前，无论是与煤炭工业紧密相连的工业副产氢，还是可再生能源制氢资源，主要集中在北方内陆地区，而能源消耗的大头却在东部沿海地区。氢能如果要成为主流能源，横跨东西数千公里的大规模氢气管网体系必不可少。

然而当前的现实却是，我国现有所有氢气管道，加起来只有约400公里。

同样尴尬的还有加氢站建设。

假使氢能成为主流能源，燃料电池汽车全面取代燃油车和电动车，中国一共需要多少加氢站?

根据前瞻产业研究院的数据，截至2020年，中国境内加油站总量达11.9万座。考虑到氢能源汽车在续航上和充能时间(续航1000公里，加氢需5-8分钟)上，相较燃油车都没有数量级上的质变，加氢站的需求也不会差很多，至少也是数以万计。

现在有多少呢?

截至2021年6月初，我国加氢站共建成141座，其中119座在运营，22座已建成。此外，还有73座正在建设，118座规划建设。

加上在建的和规划的，总计也不过332座!

目前各地大致以100辆车配1座加氢站的规划来看，目前加氢站只能支持数万台车的运营，丢到我国现有的3亿汽车里，一个水花都溅不起。

更致命的是，氢能在这方面还落后于直接竞争对手。目前国内纯电动汽车保有量已经超过700万，基建上也没有拖后腿，至少近年来除了节假日高峰期，已经很少听到关于“充电难”之类的消息了。

氢能产业发展如果想要提速，加大基础设施建设力度是当务之急。

然而问题又来了：已经有了化石能源，纯电系统也在高速建设，如果还要发展氢能，那么社会就要建设第3套功能近乎一样的系统，不浪费吗?

由于氢的物理特性，储运困难，氢能的基建设施尤其昂贵。

据中国氢能联盟数据,我国建设一座日加氢能力500kg、加注压力为35MPa的加氢站投资成本接近1200万元(不含土地费用)，约相当于传统加油站的3倍。

设备成本在当中占百分之80左右，其中绝大多数又是花在了氢气的压缩、储存和冷却、加注系统上。

这种情况下，重复建设的问题显得尤为刺眼。

而使用上的低效率，以及基建上的高投入，落到终端消费者身上，就是一笔沉重的负担。

有人测算过，将产能到耗能的全过程纳入成本测量后，氢能的消费价格远高于电能。

例如，锂电系统能量转化过程消耗包括：电力传输消耗、电网改造成本、锂电池生产成本、充电站成本、电池自重耗电成本、电池充放电能消耗等。

在充电站成本200万(包含10个60Kw快充桩)、服务年限10年、平均利用率20%，电池20000元、寿命期600次充放、续航400公里等条件下，得出结论：当前估计锂电池汽车能源利用效率为71.55%，非能源成本约14元。

而在计算制氢电力消耗、氢气运输成本、燃料电池成本、加氢站成本、电池发电损耗及电池系统自重能耗后，氢燃料电池的能源利用效率仅为29.28%，并伴随非能源成本35.55元。

也就是说，仅基建等方面导致的非能源成本，氢能消费者就需要比电能支付2倍以上的价钱。

除非有某种独特且重要的应用场景，只有氢能能当大任，否则，为什么要花大价钱去另外建设一套昂贵的新系统?

这种场景存在吗?

这就是氢能发展的第3个瓶颈。氢能可以应用的场景很多，“没有氢就不行的”却很少。

在交通领域，乘用车已经被纯电路线抢占了先机，唯独在叉车、卡车等商用车领域应用比较受看好。但以商用车市场的体量，显然难以说服各方为其单独建设一套社会性的能源工程。

而在工业领域，除了传统炼化环节的应用外，最被看好的是提供中低档工业热能的能力。然而，随着工业热泵技术的发展，这一前景也遭到挑战。

据彭博新能源财经，在过去10年里，工业热泵经历了一场技术革命，其工作温度已经从60℃上升到160℃。考虑到使用氢气需要经历的电解、压缩和运输能耗，使用电力热泵可以节能80%。

正在进行的研究可能会将工业热泵的温度范围扩大到280摄氏度甚至更高。理论上，这将允许热泵服务于超过三分之一的工业热需求——包括制浆、造纸、食品加工和烟草，以及用于玻璃制造、水泥和化工等高温过程的预热。

目前氢能产业多少有点尴尬：本身产业相较竞争领域，发展已然落后，需要大量投入加速追赶。

然而，由于不具备独特的优势和应用场景，前期高昂的投资缺少明确的回报前景，社会各方不免望而却步，先观望为妙。这样一来，产业发展又会愈加迟缓。

在当前情况下，唯有靠外力，强行撕开突破口，打破恶性循环。而在国内，能够有这种力量的，唯有政府支持。

这也是为什么此前业内一直翘首期盼，希望能有重磅扶持政策出台。

前瞻产业研究院院长徐文强认为，在当前氢能产业发展阶段，政府的力量不可或缺。政府应该充分发挥引导作用，推动技术创新应用，并在行业多个关键环节发力。

在《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》当中，相关部门规划分析了我国氢能产业的发展现状，提出了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位、总体要求和发展目标，列出了创新体系、基础设施、政策保障、多元应用等方面的具体举措，对我国氢能产业中长期发展进行积极指引。

值得关注的是，规划将氢能定性为国家能源体系的重要组成部分、实现绿色低碳转型的重要载体、战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。

同时，《规划》分别提出了到2025年、2030年和2035年的目标。到2025年，燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排100-200万吨/年。

到2030年，形成较为完备的产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，产业布局合理有序，可再生能源制氢广泛应用，有力支撑碳达峰目标实现。

到2035年，形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升，对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。

好的地方是，氢能终于有了国家级定位和目标，向行业释放了积极信号。不足之处在于，相关描述依然略显宽泛，发展重点还不明确，同时在目标制定上具体量化指标较少且稍显保守。

徐文强院长建议，政府应为氢能产业发展提供更大力度的支持。在资金方面，部分发达国家提出数十亿甚至百亿美元规模的资金支持，而中国的氢能规划中仅表示要发挥好中央预算内投资引导作用，希望未来提出明确的资金支持计划。

此外，参考过去政策引导纯电动汽车产业发展的经验，各地政府可以效仿当时强制在公共交通领域推广电动汽车的举措，在氢能源的优势领域——比如上文说的商用车——加大推广力度，建立健康、良性的商业模式。

除此以外，技术方面的突破，也有助于氢能产业获得竞争优势。

在制氢领域，利用化石能源制氢并未摆脱能源对石油、煤炭和天然气的依赖，仍会产生大量碳排放，可再生能源电解制氢才是氢源终极方案。

到目前为止，电解水技术的低效率和设备的高成本，是制约氢能发展的主要原因之一。

徐文强院长认为，在主流的电解技术中，传统碱性(ALK)电解技术存在效率低、产氢纯度低、强碱腐蚀性、沉淀堵塞降低性能以及动态响应速率慢等诸多致命问题，质子交换膜(PEM)电解、阴离子交换膜(AEM)电解等技术是未来的主要方向。

PEM电解技术的主要障碍在于，由于要用到昂贵稀缺的铂族金属作为氧化物，成本居高不下。不过，对于减少相关金属使用量或者寻找替代物的研究，业内已经在持续推进，未来可期。

在氢能储运方面，除了潜液式液氢泵等在液氢运输方面相当有前景的技术以外，徐文强院长认为，新兴的固态储氢技术以其的体积储氢密度高、安全性更好的特性，也值得研究和关注。

其中，依托于我国丰富的镁资源，国内团队对于镁基固态储氢的研究取得了相当程度的突破，产业化也实现落地。

除此以外，其他各个环节的关键技术研究，也都在稳步推进当中。

总体来说，目前氢能产业还处于高速发展前的准备期，尽管潜力巨大，但具体的方向并不明朗，个中机遇和风险，还需要行业各方紧密合作、密切沟通。

前瞻经济学人APP 产业观察组

参考资料：

更多行业研究分析详见：

[1]《双碳愿景下氢能产业战略解读及关键技术发展机遇报告》,前瞻产业研究院

[2]《2022-2027年中国氢能源行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》，前瞻产业研究院

[3]《2022-2027年中国新能源行业发展前景与投资战略规划分析报告》，前瞻产业研究院

同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业研究、政策研究、产业链咨询、产业图谱、产业规划、园区规划、产业招商引资、IPO募投可研、IPO业务与技术撰写、IPO工作底稿咨询等解决方案。

参考资料：

[1]《详解氢、锂技术路线社会成本，谁会主导未来汽车?》，第一电动

[2]《助力“双碳” 中国年制氢量、建成加氢站量均居世界第一》，光明日报

[3]《“进击”中的管道输氢》，高工氢电

[4]《说真话!氢能应用存在“四大硬伤” 万亿氢能市场何时才能开启?》，21世纪经济报道

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