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氢能设备专题研究：碳中和需“氢”装上阵(四)

新动力300152

2022-06-24

导读：应用端：工业用氢渐淡，民用氢将崛起

（报告出品方/作者：招商证券，刘荣，时文博）

四、应用端：工业用氢渐淡，民用氢将崛起

1、氢燃料电池车打开民用需求瓶颈

在第一章我们提到，我国的氢气产量并不低，然而主要以工业副产氢、天然气制氢、煤制氢为主，通过水电解制氢产生的氢气产量比例极低；与此同时，在氢气的需求端，也是以对化石燃料制氢的灰氢需求为主，主要应用于合成氨、合成甲醇、石油炼化等领域，而民用氢气比例极低，目前可以想象的最大的应用场景便是氢燃料电池车，然而比例也甚至不足1%。

有鉴于此，氢燃料电池相比纯电动车，车体存在真实的供能装置，而纯电动车仅仅是依靠外部供电转化为蓄电池内部储存的化学能，使用时转化为电能，这也使得氢燃料电池无需像纯电动车一样背负庞大的电池系统以保证续航，车载储氢瓶内的氢气能直接用于产生电能，驱动电机运转。因此在这个视角上，氢燃料电池不仅和传统油车一样，加氢加油极为快捷（纯电动车充电效率慢得多），且因存在直接供能装置，因此续航也多有保证（相反对于纯电动车，锂电池的能量密度已经扩大到很高的位点，继续向上突破往往意味着放弃安全性，因此承载较大电池系统的车辆往往难以长距离续航行驶）。

然而，氢燃料电池虽然优点颇多，但技术水平的限制依然是“硬伤”。首先，化石燃料制取的氢气是灰氢，内部含杂质较多，因此需要进一步提纯方可作为燃料电池的原料使用，这提高了氢气的使用成本；其次，氢能尽管在液化状态下的能量密度高于燃油，远远高于锂电池，但氢气液化难度大，成本高，当前车用氢气仍主要是气态，需要极高的注射压力以及强度极高且能防止氢逃逸的储氢瓶材料；此外，氢燃料电池的发展仍相对滞后，国内自制的氢燃料电池的寿命较短，仅能满足数千小时的行驶，且包括膜电极等材料严重依赖进口；最后，氢燃料电池车主要为物流车、公交车等商用车，乘用车比例极少，这主要归因于加氢站的网络仍不够普及，因此当前氢燃料电池车更适用于具有固定路线，且具备一定商业性质以冲减高成本的车型。

从燃料电池的视角来看，当前国内的氢燃料电池主要去向有三个，分别是氢燃料电池客车（43.9%）、加氢站（35.1%）和氢燃料电池专车（21.0%）。我们认为，伴随用氢成本的不断下降以及加氢站网点的扩张，氢能将首先在氢燃料电池端多点开花，使得民用的氢能乘用车得到更大程度的普及。当前氢轿车在燃料单价上甚至低于柴油车的L柴油与汽油车的L汽油，但行驶的百公里费用依然高于油车，更远远高于电动车。

尽管未来乘用车成本会下降到与锂电池车近似的水平，但制约乘用车推广的重要因素在于氢燃料电池车最初的推广便是车规级的，缺少其他低层级消费品的消费铺垫（如智能手机、电瓶车在早年的市场发展）以及缺少基础设施的支撑（需要大量加氢站才能形成规模效应，而锂电池车本身的充电过程就可以依赖电网基础），因此未来氢能源燃料汽车的增长虽是大势所趋，但其渗透率的提高可能相对缓慢，纯电动乘用车的渗透率从2015年的1%上升到2021年截至10月的接近15%的水平。

尽管燃料电池乘用车渗透率提升速度较缓，我们认为氢燃料电池在商用车上的优势依然先天存在。当下燃料电池车便以物流车、货车和公交客车为主，在碳减排乃至碳中和的背景下，油车的使用率将逐步降低，取而代之的是新能源车辆。然而锂电池本身能量密度极低，且一旦用于长距离工作，进行频繁的充电任务将导致经济性大幅下滑，否则即使承载重量极大的电池组也无法支撑更远的续航，因此氢燃料电池商用车的渗透率提高的确定性更强。

2、多方需求增长促氢能晋升“全民能源”

事实上，氢能切入交通运输领域是氢能晋升“全民能源”的第一步，而交通运输领域的碳排放占比仅占总的碳排放比重的大约7.7%，相应的，电力和热水、热气供应仍然是碳排放的主力军，占比达到46.9%，为占比最大的碳排放部门。因此，如何促使氢能进一步向其他的应用部门切入，全面减少各行业碳排放才是实现“碳中和”的必由之路。

首先在工业减排方面，首先当前超过95%的氢气来自工业制氢，也即非可再生能源制氢，而非可再生能源本身的消耗就是碳排放的过程，因此为工业部门供氢需要保证可再生能源的有效利用，如电解水制氢技术的发展。然而工业部门用氢的难点在于相比民用，工业的成本敏感度高，且当前无论是炼油、钢铁还是化工行业，对工业用氢的质量要求并不算高，灰氢亦可满足条件，因此工业部门往往缺乏高成本替换蓝氢甚至绿氢的动机，未来在该领域的推广仍有赖于制氢技术的进步。

此外，储能领域也是未来氢能可以应用的主要方向。光伏、风电、乃至微生物发电也是新能源的另一条脉络，但此类可再生能源的发电存在间歇性、周期性以及能量密度低的特点，然而现实用电具有供需平衡以及难以大规模存储的特点，传统的电力系统又难以平衡可再生能源发电的波动性，因此如何通过储能来平衡光伏、风电等方式发电的波动性，也是当前业界关注的重点。当前通过储能调峰的思路有储气（存储氢气、天然气等）、储热/储冷、储电以及短期的储能方式（如电容储能等）。氢能兼具储能和清洁能源的双重属性，因此在风能和光伏发电量较大的地区，同步采用氢气存储具有较强的可行性，进而足以解决可再生能源发电的不稳定和地域不平衡的问题。

另外，在能源企业方面，氢能的应用空间也比较广阔。氢能得以应用于能源企业，主要可通过使氢气成为燃气轮机或燃料电池的燃料，进而成为能源企业的备用电源；转化成氨，与煤粉共燃，降低传统火力发电厂的碳排放强度；与氨气、天然气等形成混合气体，平衡电力波动。最后，氢气还有实现建筑热电联供的思路，即借助燃料电池实现小规模的供暖和供电服务。目前美日均已实现燃料电池微型热电联供的商业化，如美国BloomEnergy生产的固体燃料电池就可用于自身大楼内部的电力和暖气供应。相应的，中国的燃料电池微型热电联供仍处于初步研发阶段，然而诸如河北省、广州市、上海市等地方政府单位已经规划提出热电联供小范围试点项目。

鉴于氢能可应用空间极为广阔，然而能源比例占比依然较低，这一蓝海领域也诞生了诸多试探性的项目，从研究早期逐步验证氢能的使用边界。其中位于中国的对于氢能的建设项目有兆瓦级制氢综合利用示范工程（深入探究电解制氢、储氢、售氢、氢能发电等功能）以及中法油氢合建项目（探究油氢合建站的可行性，通过提供多元化能源来弥补纯加氢站建设早期的亏损），未来伴随更多项目的开发与旧项目的建成与应用，世界各国对氢能的认知和使用将更上一步台阶。

来源：未来智库

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雄安新动力科技股份有限公司(股票代码300152)作为中国电站动力锅炉自动点火技术的开创者，公司自创立之日起始终坚持科技创新引领公司发展，以节能环保、新能源领域的技术创新为重点，致力成为中国以及全世界环保行业的 “领头羊”。

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