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原创 胡远东 JIC投资观察 2022-03-28 18:00
“双碳”与能源革命是这个时代最具确定性的命题之一。从去年开始，风电、光伏、锂电池这些被政策深度青睐、被市场火热爆炒的概念轮番起舞。而此后，被称为21世纪“终极能源”的氢能也在逐渐向舞台中心挪步。 然而，长期以来，关于氢能源重要性、安全性、经济性、技术可实现性等方面的质疑不绝于耳。当市场还在争论氢能该不该发展、该如何发展的时候，一份重要规划让氢能站上了舞台的C位。 3月23日，国家发展改革委、国家能源局发布《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，明确了氢能在国家能源体系和绿色低碳转型中的战略地位，指明了氢能产业发展的总体要求和目标，提出了氢能技术创新、基础设施、示范应用、制度保障、组织实施等方面的落实途径。 在万众期待下，氢能产业的顶层设计终于揭开神秘面纱。新鲜出炉的《规划》作为碳达峰碳中和“1+N”政策体系中的“N”之一、以及氢能产业“1+N”政策体系中的“1”，为发展氢能的原因、目标和路径定了调，可以说给氢能产业从业者和投资者一颗“定心丸”。 氢能为什么对我国能源发展至关重要？我国应当如何发展？当前面临何种挑战？我们结合《规划》内容和前期研究进行了梳理。 01 《规划》有何亮点？
总体来看，《规划》深入贯彻了关于做好碳达峰碳中和工作的意见、2030年前碳达峰行动方案、“十四五”现代能源体系规划等纲领性文件的指示精神，对加强氢能基础研究、技术创新、示范应用等方面的要求一脉相承。 同时，《规划》对2020年、2021年五部委下发的关于燃料电池汽车示范应用工作的一系列政策进行了延伸补充，将氢能规划从单一交通领域上升至更宏观的能源层面，并扩展到更广泛的氢气制取、储运产业链以及储能、发电、工业等应用领域。 具体来看，《规划》亮点主要在四方面： 一是突出量化目标。到2025年，燃料电池车辆保有量将达到5万辆，考虑到2021年底我国燃料电池汽车约9,000辆保有量、1,586辆销量的规模，未来四年年均销量将超一万辆，市场规模将成倍增长。 同时，到2025年可再生能源制氢量达到10-20万吨/年，假设届时每千克绿氢制取价格达到20元，则对应产值规模达20-40亿元。 二是突出能源属性。《规划》从能源供给端和能源消费端的高度为氢能制定了蓝图。供给端，氢能具有大规模、长周期储能优势，能够通过“风光氢储”一体化发展解决能源消纳问题，赋予氢能行业从燃料电池汽车百亿级市场跳跃至储能行业万亿级市场的潜力。 消费端，扩大氢能在用能终端的应用范围，推广化工、冶金等工业领域应用，同时利用氢燃料电池能够同时产生电力和高品位热能余热的属性，推动热电联供示范应用，凸显氢气在全方位替代化石能源进程中的重要性。 三是突出制度保障。经济方面，当前氢能扶持政策主要集中在末端燃料电池车辆补贴，《规划》指出，要探索绿电制氢的支持性电价政策，健全覆盖氢储能的储能价格机制，从而补齐氢气供应端的政策支持手段。 安全方面，要建立完善氢能制、储、输、用全产业链标准体系，推进安全技术研发，落实企业安全生产主体责任和部门安全监管责任，加强全链条安全监管。 四是突出有序竞争。《规划》尖锐地指出了一些地方存在盲目跟风、同质化竞争、低水平建设的问题。中央经济工作会议指出，要为资本设置“红绿灯”、防止资本野蛮生长，可以预见盲目追逐热点的投资扩产行为将破坏市场秩序，面临极大的政策风险。 对此，《规划》提出要统筹考虑氢气供应能力、产业基础、市场空间等多重因素，因地制宜有序开展氢能示范应用，避免一些地方盲目布局、一拥而上。 02 氢能是实现双碳目标和能源安全的必由之路
氢能是解决我国能源转型三大难题的重要途径。 第一，可再生能源消纳能力的提升滞后于发电占比的提升。实现碳中和必须依赖大规模可再生能源发电，但风电、光伏间歇性、波动性强，电网消纳压力较大。 2021年我国可再生能源发电量已达2.48万亿千瓦时，占全社会用电量的29.8%，发电占比的进一步提升，将更加突出“弃风、弃光”等能源浪费问题以及电网解列等电力安全问题。使用离网风电、光伏资源电解制氢，可以实现电能的大规模、长周期储存，为缓解消纳压力提供了有效途径。 第二，我国油气自给率低，不利于保障能源安全和构建双循环格局。我国能源呈“多煤贫油少气”的结构，对进口油气依存度高。2021年我国能源领域进出口逆差高达3,611亿美元，与6,762亿美元贸易顺差数量级相当，给保障能源安全和构建以国内大循环为主的新发展格局带来较大压力。 绿氢来源丰富、应用广泛，与绿电耦合后有望提升能源自给率，同时带动国内绿色低碳产业，能够为经济高质量发展注入新动能。 第三，工业等下游领域脱碳困难。冶金、化工、建材、热力等领域对化石能源存在刚性需求，是实现碳中和过程中难啃的“硬骨头”。氢能是零碳、高效、无污染的“万能燃料”，热值是同等重量汽油的3倍，在交通、冶金、化工等广泛领域拥有替代化石能源的潜力。 03 发展氢能已成为全球主要发达经济体共识
日本、韩国致力于打造氢能社会。日、韩能源稀缺，为促进能源结构转型，对汽车、发电、家庭用能等领域的氢能替代提出了雄心勃勃的规划。 他们在燃料电池汽车产业竞争优势显著，丰田Mirai、现代Nexo是迄今为止全球唯二累计销量超过万辆的氢能乘用车型。但受制于上游可再生能源发电资源薄弱，未来仍需通过液氢海运等方式从国外进口氢气。 美国重点推动氢能在发电领域的应用。美国在航天领域应用氢能的历史悠久，积累了丰厚的技术和经验，同时具备丰富的天然气资源和成熟的输运管网，在氢气制取及运输方面拥有基础条件。 鉴于美国能源价格较低，氢能在交通领域竞争力有限，因此美国当前发展重点是氢能发电，如天然气掺氢发电、燃料电池分布式发电等，以实现降碳目标。 欧盟视氢能为深度脱碳的重要手段。与中国类似，欧盟大力发展清洁能源发电制氢，支持燃料电池汽车发展，推进氢能在工业领域应用，以带动能源消费结构改变、技术创新以及基础设施投资。 根据德国、法国政府规划，两国计划在2030年前分别投入90亿和70亿欧元，促进氢能产业链发展。 04 我国氢能正站在转型发展的起点
从氢能产业过去的发展历程，到《规划》制定的2035年远景目标，我国氢能产业大致经历如下五个阶段的发展过程： 第一阶段，氢气作为化工产品和工业原料得到大规模利用。这一阶段可以说我国很早就完成了，随着煤化工、石油化工的蓬勃发展，我国已经是全球第一大氢气生产国和消费国。 2020年氢气产量超过3000万吨，积累了氢气制备、储运的技术和产业链成熟度，为下一步在能源领域的应用打下良好基础。 第二阶段，以燃料电池作为切入点开启产业化应用。燃料电池是将燃料不经过燃烧、通过电化学反应直接将化学能转换成电能的装置，是新能源汽车的重要技术路线之一。 在过去几年全球新能源汽车如火如荼发展的大背景下，氢能率先从燃料电池汽车领域切入，具备有利的客观条件。同时，燃料电池是电解制氢的逆反应，发展燃料电池技术能够为以后发展绿电制氢积累条件。 这一阶段我国采取补贴燃料电池客车、引入国外先进技术、培育自主科创能力等方式，初步构建了氢气作为能源应用的产业体系。 第三阶段，提升终端市场化竞争力和技术自主化水平。几年前一辆氢能大巴车售价高达数百万元，终端氢气价格每千克近百元，完全不具备脱离补贴参与市场化竞争的能力。其核心原因在于行业规模小、技术自主程度低。 自2019年氢能首次写入政府工作报告以来，行业关注度日益提高，众多创业企业以及电力、石化、汽车等领域的大型企业相继进入氢能产业，推动我国在燃料电池系统、电堆、膜电极、双极板、催化剂等核心领域初步实现国产化，电堆千瓦成本已从万元下降至千元区间。当前我国正处于这一阶段，并即将迈入下一阶段。 第四阶段，拓展以绿氢为主的供应链和产业体系。提升氢能汽车市场化竞争力，探索氢能在储能、工业等领域的应用，使氢能的制、储、运产业链得到全面发展。 可再生能源电解制氢成本将大幅降低，初步建立“电氢耦合”体系，使氢能在清洁能源体系中发挥更大作用。这一阶段是《规划》提出到2025年应当实现的目标。 第五阶段，形成完备的氢能产业体系。全社会构建涵盖交通、储能、工业、居民生活的多元氢能应用生态，氢能深入参与电能消纳、电网调峰过程，对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。这一阶段是《规划》提出到2035年力争实现的目标。 05 安全性和经济性是主要挑战
国家能源局科技司副司长刘亚芳在《规划》发布会上称，氢能安全性和经济性问题是“非常关键和敏感的问题”。《规划》通篇33处提到安全，并用一大章节强调氢能供应成本下降的路径，可见国家对氢能安全性和经济性问题之重视。 氢气安全属性有长有短。氢气密度仅空气1/14，扩散速度是天然气的3.8倍，单位体积爆炸能量是汽油气的4.6%和天然气的29%，在通风良好的环境下，安全系数远高于传统油气。 但氢气同样具有爆炸极限宽、点火能量低、燃烧速度快、火焰不可见等特性，如在密闭空间发生泄漏将产生极大的安全隐患。同时，众多金属制品与氢气接触后会产生“氢脆”现象，机械性能将严重劣化，需要对氢气的制取、存储、输运设备提出更高的要求。 氢气作为能源应用的安全体系尚需健全。我国作为氢气生产大国，在传统化工领域已积累了应用氢气的成熟经验，目前多部门已设立近百项关于氢气的国家标准。 但氢燃料电池汽车、质子交换膜（PEM）电解水制氢等领域尚属新鲜事物，安全技术、标准体系尚不完善。《规划》指出，要重点建立健全氢安全相关的基础标准，推进零部件和材料技术创新，开发氢气泄漏检测报警先进技术，利用互联网、大数据、人工智能等手段及时预警风险事故。 当前氢能汽车运营和购置成本双高。考虑到燃料热值和发动机热效率，终端车辆使用的氢气价格降至35元每千克时可与柴油持平。 目前国内终端用氢成本高达50元每千克，其中制取、储运、加注环节各占三分之一。同时，当前96%的氢气由化石能源制取，成本较低，若改为电解制氢，以每千克氢气耗电50度、度电价格0.5元计算，仅用发电成本就高达25元。 此外，目前国内氢燃料电池系统每千瓦售价约5,000元，约为丰田产品的2-3倍、国内柴油发动机的5倍、锂动力电池的2倍。 成本下降依靠绿电推广和国产技术成熟。据欧阳明高院士团队测算，当可再生能源发电的度电价格低于0.15元时，电解制氢经济性就可与传统灰氢相当。 考虑到电网售电成本很难降到这一水平，需要进一步发展具有无功率状态启动能力的PEM制氢技术，与波动率较大的离网光伏、风电进行耦合。根据中国汽车工程学会预测，我国氢气终端成本有望到2025年降至40元/kg、到2035年进一步下探至25元/kg，实现与传统油气平价的目标。 燃料电池系统方面，成本下降的最大驱动力是电堆、膜电极、质子交换膜等核心零部件的技术成熟和自主可控。燃料电池示范应用政策对国产零部件的装机量提出了明确的量化考核要求，《规划》也将推进燃料电池技术创新、开发关键材料、提高主要性能指标和批量化生产能力置于重要的位置。 《规划》的出台，将引领国内氢能产业换挡提速，走上高质量发展的道路。我们相信，氢能作为国际公认的实现碳中和必不可少的手段，中远期具有不亚于光伏、风电、锂电等行业的确定性，而我们同样看到，短期尚有诸多技术和应用问题亟待解决。 目前众多能源企业、化工企业、整车厂以及创业企业相继进入这一市场。我们期待在从业者的齐心协力下，氢能技术创新和商业落地能取得长足进步，助力我国端牢“能源饭碗”，如期实现碳达峰碳中和目标。 |
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