2021年氫氣產業現狀，“3+2”示範城市政策帶動氫能源車銷量回暖
一、氫氣產業概述
氫氣不僅是重要的工業原料和還原劑，也是燃料電池的必要燃料。預計隨着燃料電池的推廣和普及，燃料電池汽車進入成熟市場，氫的消耗量也會以驚人的速度增加。
1、製取方式
目前工業制氫的方法主要有以下四種：一是採用化石燃料製取氫氣；二是從化工副產物中提取氫氣；三是採用採用來自生物的甲醇甲烷製取氫氣，四是利用太陽能、風能等自然能量進行水的電解。從大規模製氫的可行性來看，焦爐氣制氫利用煉焦的副產物，天然氣制氫利用化石燃料，雖然按照方法論其二者均適用於大規模製氫，但是受限於原料供應；甲醇裂解制氫具有投資低、建成快、無污染等特點，並且甲醇作為原料可以更為靈活，但甲醇裂解制氫法難以進行大規模的制氫。從經濟性角度看，焦爐氣制氫和天然氣制氫成本更低，因為原料價格更低。非民用天然氣價格目前正在逐步市場化。
主要制氫方法比較和優劣勢情況
資料來源：公開資料整理
2、儲存方式
目前主要儲氫技術包括物理儲氫、化學儲氫及吸附儲氫三大類別。其中物理儲氫技術的高壓氣態儲氫技術為目前發展最為成熟、應用最廣泛的技術。液態儲氫為未來重要發展方向，但目前技術主要應用於航天領域，國內民用受政策限制。高壓儲氫主要利用氣瓶作為儲存容器，對於儲氣瓶，全球呈現出從I型儲氫瓶到IV型儲氫瓶的技術發展趨勢。目前車用高壓儲氫瓶的國際主流技術通過以鋁合金/塑料作為內膽，外層則用碳纖維進行包覆（即III型、IV型瓶），提升氫瓶的結構強度並儘可能減輕整體質量。
各類別儲氫瓶/罐分類及基本特點
資料來源：公開資料整理
二、氫氣政策背景
氫燃料電池汽車國補政策全面落地，“3+2”的全國燃料電池汽車示範格局正式形成，氫燃料電池汽車大規模商業運營開始。2021年9月，我國首批三個燃料電池汽車示範城市羣落地，分別由北京市、上海市和廣東省佛山市牽頭，2021年12月，河南、河北兩大城市羣相繼獲批，全國5個燃料電池汽車示範應用城市羣共涵蓋47座城市，跨地域開展氫燃料電池汽車推廣，“國家+地方”兩級配套補貼力度大。
氫燃料電池汽車3+2示範城市政策城市分佈
資料來源：華經產業研究院整理
三、氫氣產業鏈整體簡析
1、燃料電池產業鏈
氫氣是燃料電池的最主要原料之一，也是理想的清潔能源。氫氣產業鏈豐富，上游制氫環節有電解水制氫、化石燃料制氫等；中游為儲氫環節，主要包括液氨儲氫、高壓儲氫等；下游主要應用於電力、供熱以及燃料等行業。目前氫氣主要需求來源燃料電池，作為燃料電池最為關鍵的上游原材料，目前氫氣整體需求隨着氫能政策推動大幅度增長。
燃料電池產業鏈簡圖
資料來源：華經產業研究院整理
2、上游端
當前國內外氫氣主要是在石化化工行業得到較為廣泛的生產和利用，氫氣作為中間原料，用於生產多種化工產品。數據顯示，2020年，全球利用天然氣(甲烷)生產純氫的產量佔比達到43.8%，僅13.4%的氫氣是通過煤炭生產的。
2020年全球氫氣產量來源佔比分佈情況
資料來源：公開資料整理
燃料電池成本是限制燃料電池汽車行業發展速度的主要因素，當前燃料電池汽車產業鏈各個環節成本構成如下：氫氣製備：1）當前氫氣製備成本在20-30元/kg水平。2）氫氣運輸成本平均在2元+/kg（200公里以內）。氫氣加註：1）當前1個加氫站建設成本為1000-1500萬/個（500kg/d水平）。2）國內氫氣銷售價格為70元左右/kg。
氫氣製備及運輸成本結構佔比情況
資料來源：公開資料整理
3、下游端
加氫站作為給燃料電池汽車提供氫氣的基礎設施，隨着燃料電池汽車保有量的不斷增加以及中石化、中石油等能源央企的入局持續加速，國內加氫站數量明顯增加。根據數據顯示，2020年中國加氫站數量上升至118座，其中，已投入運營101座，待運營17座。截止2021年底，我國加氫站已建成218座。整體來看。我國加氫站數量增長增速較快，帶動高壓儲氫需求持續上升。
2017-2021年中國加氫站數量及增長率
隨着“雙碳政策推進”，我國氫能源車產量銷量增長迅速。2016-2019年產量CAGR達到65%。2020受疫情影響略有滑坡，2021年銷量達1586輛，同比2020年增長35%左右，近五年整體呈產銷量上升趨勢。從2022年前兩個月氫能源汽車產銷量而言，根據中汽協分別達到了355輛和370輛，行業或將迎來爆發期。就氫能源汽車格局而言，目前行業整體市場集中較高，上汽大通、宇通客車等五家企業佔比銷量超7成。
2016-2022年中國燃料電池汽車產銷情況
四、氫氣發展現狀分析
1、氫氣產量
氫氣屬於可持續發展的清潔能源，整體需求持續增長，根據數據，我國氫氣產量自2014年開始逐年增長，截至2020年到2050萬噸，其中62%的氫氣來源於煤質氫，要想氫能源行業整體發展，受限於氫氣產量整體有限，加之氫氣運輸和儲存成本太高，氫能源應用整體仍處於初步發展階段。
2014-2020年中國氫氣產量變動及來源情況
資料來源：中國煤炭加工利用協會，公開資料整理，華經產業研究院整理
2、市場價格
氫能發電目前成本較高，根據數據，近日氫氣價格有所下降，至每立方米2.55元左右，氫氣每千克約11.2立方米，經燃料電池可以產生約15度電，則在不考慮補貼狀況下度電成本仍高達1.9元，整體成本仍較高，尚不具備經濟性。
2019-2022年中國氫氣價格走勢圖
資料來源：公開資料整理
相關報告：華經產業研究院發佈的《2021-2026年中國氫氣行業市場供需格局及投資規劃建議報告》；
3、進出口
就氫氣進出口情況而言，我國作為全球最大的氫生產國，氫氣出口量遠遠大於進口量。根據海關總署數據顯示，截止2020年底，中國氫氣出口數量8560千克，較2019年增長3197千克；氫氣進口數量318千克，較2019年增長271千克。
2014-2020年中國氫氣進出口量變動情況
資料來源：海關總署，華經產業研究院整理
4、技術發展
氫能源作為技術密集型行業，有着極高的技術要求。早期，國內氫能源相關技術專利的研發較為緩慢，專利年申請量不足百件。自2015年開始，國內氫能源專利申請數量迅速攀升。到2020年，我國氫能源技術專利申請數量為269件。
2010-2020年中國氫能源相關專利申請量變動
資料來源：公開資料整理
五、氫氣競爭格局
就我國氫能源整體競爭格局而言，中國石化和國家能源集團是國內氫氣產量最大的兩家企業，2020年，國家能源集團年生產400萬噸的氫氣，佔總體產量的16%；中國石化氫氣年生產量達350萬噸，佔全國氫氣產量的14%。國家能源集團和中國石化兩家企業的市場份額佔據三成，其他氫氣生產企業數量多，氫氣生產規模相對較小，市場競爭格局較為分散。隨着其他大型央企進入氫能源行業，未來氫能源行業的市場集中度有望提升。
2020年中國氫能源行業市場份額佔比情況
資料來源：公開資料整理
六、氫能整體發展趨勢
1、央企佈局
2021年7月份，根據國資委在國新辦新聞發佈會的表示，已有超過三分之一的中央企業在佈局包括制氫、儲氫、加氫、用氫等全產業鏈，均取得了一批技術研發和示範應用的成果。如中國石化和中國石油重點佈局氫能儲運零售終端建設和運營領域，國家能源集團和中船重工重點佈局氫能產業鏈及氫能裝備，國家電投、東方電氣和中船重工將重心放在氫燃料電池及其核心部件，東風集團、一汽集團、中國中車和寶武集團則聚焦終端應用燃料電池汽車、列車、氫冶金。
2、PEM技術發展廣闊
根據電解質系統的差別，可將電解水制氫分為鹼性電解水(ALK)、質子交換膜(PEM)電解水和固體氧化物電解水(SOEC)3種。PEM電解水制氫系統設備成本高出ALK電解系統設備成本的6-7倍。2020年，可再生能源（陸上風電、光伏和水電）電解水制氫，ALK平準化成本約23-28元/kg，採用PEM電解水制氫技術成本約為ALK的1.4倍。
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