2024中国氢能源产业全景报告：技术创新与市场发展|宝瀛气体

背景介绍: 随着全球能源结构的深刻变革，氢能源作为清洁、高效的能源载体，在中国能源转型中扮演着日益重要的角色。中国，作为世界上最大的能源消费国和生产国，正面临着能源安全和环境保护的双重挑战。国家统计局信息公开显示数据，2023年中国的能源消费总量达到了57.2亿吨标准煤，比上一年增长了5.7%。同时，早在2004年中国已是全球最大的二氧化碳排放国，Sigma Earth的数据，2023年中国的二氧化碳排放量占全球排放量的大约32%。

氢能源的开发与利用，对于推动中国能源系统向低碳、可持续方向发展具有重要意义。中国政府高度重视氢能源的发展，已在《中国能源生产和消费革命战略(2016-2030年)》中明确提出，将氢能作为能源结构调整的重要方向。此外，中国在《中国氢能源产业发展规划》中也明确了氢能源产业的发展方向和目标。

在2060年实现碳中和的目标背景下，氢能源的开发利用成为实现这一宏伟目标的关键途径之一。据中国氢能联盟预测，到2050年，氢能源在中国能源消费总量中的占比将达到10%，氢气需求量将接近6000万吨，产业链年产值将超过10万亿元人民币。

然而，氢能源的发展仍面临诸多挑战，包括成本问题、技术瓶颈以及基础设施建设等。

定义与特性:

氢能源是一种通过氢气参与化学反应释放能量的技术。作为一种最轻的元素，氢气(H2)拥有高能量密度、清洁无碳排放以及从多种资源中易于获取的特点。特别是当氢气通过水电解等可再生能源方式生产时，其整个生命周期的碳排放量可以降至接近零，从而成为一种真正的清洁能源。氢能源的使用过程中不产生任何温室气体，因此被广泛认为是一种实现向清洁能源转型的关键途径。

氢气生产:

目前主要依赖于化石燃料(如煤和天然气)的重整工艺。然而，随着可再生能源技术的发展，通过水电解制氢的比例正在逐步提升。水电解技术包括碱性电解、质子交换膜(PEM)电解和高温固体氧化物(SOEC)电解等。中国在碱性电解水制氢领域已经建立了一定的产业基础，而在PEM和SOEC电解水制氢技术方面，仍处于积极研发和示范阶段。

储存与运输:目前主要采用高压气态储氢技术，并正在积极探索液态储氢、固态储氢和有机液体储氢等创新技术。在运输方面，长管拖车和管道是两种主要的氢气运输方式。

下游应用领域：氢燃料电池汽车通过将氢气转化为电能，提供了一种零排放的驱动方式，这不仅减少了对化石燃料的依赖，还推动了可持续交通解决方案的发展。此外，氢气在工业领域，特别是在钢铁生产中，作为还原剂替代煤炭使用，有助于减少温室气体排放并推动工业生产的绿色转型。中国正在积极推动氢能储运技术的研发和示范，目标是实现一个安全、经济、高效的氢能储运体系，以进一步促进氢能产业的快速发展。

· 压缩与液化：降低能耗和提高效率是关键。可能的解决方案包括使用变工况压缩机、优化的液化工艺，以及采用热力学循环优化技术。

· 储存技术：开发新型轻质高强度材料和高容量吸附剂，如新型金属有机框架(MOFs)或化学氢化物，以提高储存效率和降低成本。

· 运输网络：需要大规模投资于基础设施，如建设专用的氢气管道、运输终端和加氢站。

· 环境影响：氢能源在交通和工业领域的应用有助于减少温室气体排放，促进环境保护。

· 经济影响：氢能源技术的发展可能带动新的产业链和就业机会，对经济发展具有积极影响。

· 现状：中国在氢能制备方面取得了显著进展，例如碱性电解槽技术的国产化，单槽产能已达到3000标方/小时。然而，与国际先进水平相比，中国在PEM电解槽产品方面仍存在差距，国际先进水平的电解槽在性能上更接近商业化应用。

· 挑战：中国面临的挑战包括提高氢燃料电池的效率和耐久性，以及降低电解水制氢的成本。目前，中国在氢燃料电池汽车的部署正在加速，但与国际先进水平相比，某些核心技术的效率、稳定性和成本效益尚未达到商业化大规模应用的要求。

· 发展：为了缩小与国际先进水平的差距，中国需要持续的技术研发和创新。例如，中国氢能联盟的数据显示，碱性电解水在中国电解水制氢中占据主导地位，但PEM电解水技术在中国正处于快速发展阶段，市场份额和产能数据需进一步调研。

· 现状: 中国在氢能制备和储运设备领域已实现基础建设和关键技术的发展，如加氢站的逐步建设和35MPa气态储氢技术的推广，尽管与国际先进水平相比，中国在70MPa高压储存系统、大规模液氢技术和长距离氢气管道运输等方面尚存在差距。此外，尽管国内在氢燃料电池的关键组件研发上取得了进展，但在材料性能、耐久性和成本效益方面与国际商业化产品相比仍有提升空间。

· 挑战: 中国氢能产业的高端装备制造技术和核心组件仍然在一定程度上依赖进口。例如，尽管国内已在70MPa高压加氢站设计制造方面取得进展，但在关键材料和部件的自主可控能力方面还需加强。

· 发展: 为了提升整体装备水平，中国正加速推进压缩机等关键设备的国产化进程，并重点关注III型和IV型储氢瓶的生产技术及碳纤维制备工艺。此外，中国化学与物理电源行业协会储能应用分会的数据显示，2022年中国新增投运的新型储能项目超过230个，这表明氢能储运技术正在快速发展。

固态储氢材料：研究阶段，具有长期应用潜力

燃料电池技术原理: 燃料电池通过氢气和氧气的电化学反应直接产生电能，具有高能效(一般在50%-60%之间，热电联供可超过80%)和环境友好的特点，因为其主要排放物是水。

关键技术突破：

催化剂: 研究者正在开发非贵金属或低铂催化剂，以减少对昂贵铂金属的依赖并降低成本。

质子交换膜: 正在研究更耐久、更高效的质子交换膜材料，以提高电池性能和耐久性。

双极板: 采用新型材料如石墨烯复合材料和制造工艺，提高了双极板的性能和寿命。

氢冶金技术使用氢气作为还原剂，替代传统煤炭或焦炭，与铁矿石反应生成水而非二氧化碳，实现钢铁生产过程中的低碳排放。

氢气需求：

根据中国氢能联盟数据，2023年全国氢能产量约为3550万吨。同时，中国的氢气需求总量约为3300万吨，显示出供需基本平衡的状态。2030年氢气年需求量预计达到3715万吨。中国氢能联盟预计到2030年，中国的氢气年需求量将达到约3700万吨，并且可再生能源制氢的量预计约为700万吨。此外，到2060年，预计氢气的年需求量将增至1.0-1.3亿吨，其中可再生能源制氢的量为0.75-1.0亿吨。粗略估计，年平均增长率在5.06%

根据国信证券的《氢能行业专题研究之三：制氢电解槽》报告，2023年国内电解槽市场：2023年国内电解槽市场招标需求爆发，1-6月招标量超过815MW，已经超过2022年全年出货量。预计2023年国内电解槽出货量为2.3GW，对应市场空间为42亿元。2030年国内电解槽累计装机量：预计到2030年，国内电解槽新增需求将达到47GW，对应市场空间将达到565亿元。届时，国内电解槽累计装机量预计将达到190GW。至2030年，国内电解槽累计装机预计达到190GW。电解槽需求平均年增长73.52%，市场空间平均年增长64.01%，增长空间巨大!

交通领域：氢燃料电池汽车市场快速增长，保有量超万辆

根据中国氢能联盟日前发布的《中国氢能源及燃料电池产业发展报告2022》披露，2022年，中国氢燃料电池汽车销售量新增3367辆，保有量达12682辆，同比增长约36%，已超万辆。中国汽车工业协会公布燃料电池汽车产销数据，据香橙会研究院测算，2023年全国燃料电池汽车产销数据分别为5631辆和5791辆，同比增加55.3%和72%(2022年产销数据为3626辆和3367辆)。据人民网《我国氢燃料电池车市场整体向好》文章内容“业内人士预计，到2023年下半年，中国氢燃料电池汽车保有量可突破2万辆”。根据中国科普网《欧阳明高：中国氢燃料电池车保有量到2030年将达100万辆》预测，预计到2030年，中国氢燃料电池汽车保有量将达到100万辆。粗略估计保有量年增长率在，按照2022年-2023年产销数据增长比例，预计到2030年产销约为122656辆和257826辆。

氢冶金技术作为工业减碳的关键路径，正逐步被中国钢铁企业采纳。该技术通过使用氢气作为还原剂，替代传统的碳基还原剂，显著降低钢铁生产过程中的二氧化碳排放。

技术工艺：氢冶金技术包括高炉富氢冶炼和气基直接还原竖炉炼铁等工艺。高炉富氢冶炼通过喷吹氢气或富氢气体至高炉，而气基直接还原竖炉则利用氢气和一氧化碳混合气体转化铁矿石，实现更高效的还原过程。

政策推动：

中国政府在《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》明确提出支持氢冶金、低碳冶金等先进工艺技术的研发和应用。政策的这一导向为氢冶金技术的发展提供了坚实的政策基础和支持，促进了相关技术的研发、示范和商业化进程。

研发与应用现状：

中国钢铁企业积极响应政策号召，参与氢冶金技术的研发和生产线建设。例如，上海大学氢冶金与低碳技术团队在2023年氢冶金国际研讨会上展示了高炉喷吹纯氢的半工业化试验和工业化示范应用进展。

市场需求增长：

随着氢冶金技术的逐步成熟和政策的持续支持，预计工业领域对氢气的需求将显著增长。中国氢能联盟预测，到2030年，中国氢气年需求量将达到3700万吨，工业领域将继续作为氢需求的主要部分。

国内企业：部分企业在氢能产业链各环节取得技术突破

中国氢能产业在面临日本和欧洲企业的竞争压力的同时，也拥有巨大的市场潜力和政府支持。通过加强技术研发、产业链建设、政策支持和国际合作，中国有望提升在全球氢能产业中的竞争力，并为实现碳中和目标做出贡献。

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