2024氢能产业研究报告节选 (附完整报告下载）

关于氢能的前言

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，能帮助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、 跨地域储能，加速推进工业、建筑、交通等领域的低碳化， 被誉为21世纪的“终极能源”。氢能逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一，亦是推进我国能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。

在“双碳”和能源安全目标的引领下，能源领域技术、模式、业态的创新正在推动诸多新趋势的涌现 ：新型储能规模化布局助力风光大基地建设，能源产业与信息化、数字化的深度融合，新型电力系统支撑技术升级，先进电解槽与燃料电池技术的突破，电力多元化转换（Power-to-X）这些领域的创新都将在能源变革中“各显神通”。氢能作为清洁的能源载体和储能方式，配合可再生能源形成低碳能源体系，助力工业深度脱碳。

中国氢能的行业发展概况

2022 年3月，中国已发布氢能发展中长期规划，将氢能定位为未来国家能源体系重要组成部分和绿色能源转型载体，并计划在 2030年前逐步建立完备的氢能产业体系。随着需求量的攀升，氢气的产量也将快速攀升，其中可再生能源制氢的产能预计到2060年可上升至9100 万吨，这意味着电解水制氢占比将逐步取代化石能源制氢和工业副产氢，成为中国占比最大的氢气来源。

根据中国氢能联盟的预测，在2030年碳达峰愿景下，我国氢气的年需求量预期达到3715万吨，在终端能源消费中占比约为5% ；可再生能源制氢约为500 万吨，部署电解槽装机约80GW。在2060年碳中和愿景下，我国氢气的年需求量将增至1.3 亿吨左右，在终端能源消费中占比约为20%其中，工业领域用氢占比仍然最大，约7794万吨，占氢总需求量 60% ；交通运输领域用氢4051万吨，建筑领域用氢585万吨，发电与电网平衡用氢600万吨。

氢安全

氢安全

氢安全管理横跨氢能“制、储、运、加、用”全环节，对于氢能作为清洁能源载体的未来发展不容忽视。

氢安全的重要意义

氢安全之前没有受到足够的关注，是因为过去氢气的消纳规模小，且氢相关设施分布较为分散，因而总体风险相对可控。近来随着绿氢产业在全球范围内的快速发展，大规模用氢场景开始涌现，使得业界对氢安全管理的关注度有所提升。叠加近年来韩国、挪威、美国等地发生的几起氢安全事故，更是强调了氢安全的关键性。通过建立系统性的氢安全管理体系，尽可能降低氢安全事故风险，是保护公众对氢能的信心、保障氢能推广应用和行业顺利发展的重要课题。

氢安全体系

氢气是世界上已知的密度最小的气体(密度只有空气的十四分之一),其扩散系数和浮力都高，具有易泄漏扩散的特性；若在受限空间内泄漏，易在上部聚集。

氢安全的案例

北京冬奥会氢燃料火炬的安全设计

2022年北京冬奥会上首次使用了氢燃料手持式火炬，实现了冬奥会历史上火炬的零碳排放，体现了本届奥运会科技和绿色两大主题。为确保火炬合理利用氢能、安全稳定燃烧，专家组对高压供氢系统、供氢管道和火炬燃烧系统进行了安全评估和风险分析。

清华大学“氢能出行”关键技术研发和应用示范科研项目组为北京冬奥会提供技术支持，建立了基于主动安全理念的氢泄漏安全监测系统，自主研发了氢泄漏近场检测仪，提出了高灵敏度、低成本的氢泄漏近场检测方法，并实现了对ppm级微小氢泄漏故障的实时(100毫秒)监测。一系列氢安全措施确保了北京冬奥会及冬残奥会期间氢使用零事故。

氢能的产业链分析

氢能产业链大致可以划分为上游制氢、中游储运、下游应用三个环节，产业链条比较长、难点多。目前，中国氢能产业链已趋于完善，已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用。

上游制氢

目前根据制取方式和碳排放量的不同将氢能按颜色主要分为灰氢、蓝氢和绿氢三种 ：

（1）灰氢 ：通过化石燃料（天然气、煤等）转化反应制取氢气。由于生产成本低、技术成熟，也是目前最常见的制氢方式。由于会在制氢过程中释放一定二氧化碳，不能完全实现无碳绿色生产，故而被称为灰氢。 

（2）蓝氢 ：在灰氢的基础上应用碳捕捉、碳封存等技术将碳保留下来，而非排入大气。蓝氢作为过渡性技术手段，可以加快氢能行业的发展。 

（3）绿氢：通过光电、风电等可再生能源电解水制氢，在制氢过程中将基本不会产生温室气体，因此被称为“零碳氢气”。

绿氢是氢能利用最理想的形态，但目前受制于技术门槛和较高的成本，实现大规模应用还有待时日。可再生能源制氢未来将是提高可再生能源应用比例、构建清洁低碳、安全高效能源体系的最有效途径之一，有望成为最主要的制氢方式，市场前景广阔。发展绿氢将带动上下游产业，提供经济增长强劲动力，从产业角度来看，氢能产业链条长，涉及能源、化工、交通等多个行业。氢能产业的快速发展必将带动氢能产业链上下游零部件商、原材料商、设备商、制造商、服务商快速发展。

绿氢和灰氢

绿氢和灰氢的成本结构、影响因素和未来变化趋势。

氢-电转化

通过“氢—电”转化实现高效氢能利用，是绿色氢能产业发展中的关键一环，是实现清洁能源转型的重要抓手。氢电转化的经济性高度依赖于上游制氢和中游储运的成本突破，因此大规模发展仍需五到十年时间。尽管面临诸多挑战，开拓者们仍在积极进行相关技术的研发和项目试点，以探索氢能的未来。

氢电转化依赖于能量转换装置，主要包括燃气轮机、锅炉和燃料电池。目前对这三种技术的观点是，燃料电池理论上更适合于分布式发电，而燃气轮机和锅炉则适用于集中式的大型发电厂据国际能源署，全球已宣布和在建的氢气和氨气发电项目将于2030年达到3.5吉瓦，其中约85%装机量为氢或氨燃气轮机和锅炉，氢燃料电池和燃煤电厂掺氨燃烧分别占10%和6%左右。

电力多元化转换（Power-to-X）

Power-to-X 技术是指利用风、光等可再生能源，通过电解转化为长期储存的氢或甲烷等化学能源的技术，为航空、重型运输和工业生产等无法直接实现电气化的领域供能，这项技术将在能源转型中发挥关键作用，为交通运输、化工、钢铁等碳密集型行业提供极具发展潜力的脱碳方法 ，还能帮助改善空气质量并加强能源安全。最直接的 X 是氢能，通过以 100% 可再生电力（风能和太阳能）为动力的电解槽生产氢气，温室气体排放量或其它污染为零，并且通过并网的可再生能源电力制氢，还可优化电力构成的结构，增加能源系统的灵活性，更好地将如风能、太阳能等可再生能源能源纳入能源系统。由于目前在氢储运技术方面的瓶颈，越来越多的项目将绿氢进一步转化为氨、甲醇、甲烷、合成气等易储运和应用广泛的原料和能源介质。

碱性电解水制氢（AEC）和质子膜电解水制氢（PEMEC)

已确定方案的项目大部分选择了碱性电解水技术路线。

计划中的项目大概率会采用破性电解水技术路线，因为这些项目的制氢规模更大。

在10MW及以上规模的项目中，破性电解水技术路线为主导。

在4MW以下和小型的试验性项目中，用质子交换膜技术路线的电解水系统占比更高。

碱性电解水制氢系统的发展

碱性电解水制氢系统是全球第一个商业化的水电解系统，也是目前应用最广泛的水电解系统。其特点是电解槽投资成本较低、使用寿命长，且具有大规模生产能力。尽管碱性电解水制氢系统经过一个多世纪的工业应用已经相对成熟，但面向未来大规模绿氢制取的场景，仍有很大的改进空间。

当前的碱性电解水制氢系统可从两个维度进行分类。一个维度是产品的标准化程度，其代表着产品大规模生产的制造成本下降潜力。另一个维度是所产生的氢气是否带有压力，其决定了产品面向下游应用场景的竞争力，因为多数下游的应用场景需要带有一定压力的氢气以降低使用成本。

氢能源的未来市场规模预测

在全球加快能源绿色转型的背景下，氢能产业已成为全球能源领域投资增速最快的行业之一。2018-2022年，全球氢能消费量从4300万吨提升至2022年的6550万吨，商启咨询预计，2028年将突破9000万吨。市场规模方面，近年来保持稳健增长，2018-2022年全球氢能市场规模CAGR为5.43%，中国氢能消费量巨大，2022年中国占全球氢能消费量约53.7%份额。中国氢能消费量由2018年的2180万吨增至2022年的3520万吨，复合年增长率为12.7%。商启咨询预计，2028年中国氢能消费量将达到5000万吨以上。

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