核心摘要：
發(fā)展氫能源是優(yōu)化替代傳統(tǒng)化石能源，真正實現(xiàn)碳中和的優(yōu)選之舉。我國碳排放量位列全球第一，長期發(fā)展會導致生態(tài)環(huán)境不斷惡化且能源危機日益顯著，已嚴重威脅到我國在國際中的能源發(fā)展地位，促使我國走上發(fā)展新能源之路。其中氫能憑借：取環(huán)保、獲多元、儲有量、用有需且高效，既為燃料亦為能源發(fā)展使用，成為我國走經濟社會可持續(xù)發(fā)展之路的必要路徑。
2060年中國氫能需求量達約1.3億噸，使用氫能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源減少碳稅效率高達76.7%，合計可節(jié)約超過700億美元碳稅。從碳排放降本角度看，2060年工業(yè)用氫占比最大超過60%，可實現(xiàn)減少碳排放量141.1億噸，節(jié)約423.3億美元的碳稅；為交通運輸領域減少碳排放量72.76億噸和建筑及其他部分減少21.01億噸，分別實現(xiàn)減少218億美元和約63億美元的碳稅。逐步實現(xiàn)2060年碳中和降本、優(yōu)化能源格局提升國際地位的多元目標。
成本是制約氫能發(fā)展最主要的因素，制儲運加注各個環(huán)節(jié)成本均有下降空間。目前，制氫環(huán)節(jié)上，主要依托化石燃料合化工生產中副產物作為主供氫源的原材料以節(jié)省制氫成本，未來最優(yōu)解綠氫主要通過國家政策引導，從原料供應、技術及相關設備三維度突破；儲氫環(huán)節(jié)上，一方面高壓氣態(tài)瓶改造成為重點，另一方面，需推動低溫液態(tài)儲氫和介質儲氫的發(fā)展；運氫環(huán)節(jié)未來趨勢主要在液氫運輸以及管道運輸，通過技術發(fā)展與規(guī)模化生產雙向驅動降成本之路；加注環(huán)節(jié)加強頂層設計，利用傳統(tǒng)能源企業(yè)基礎設施優(yōu)勢合建加氫站降本。新能源出現(xiàn)的原因和重要性
環(huán)境惡化和能源危機促使我國發(fā)展新能源
2020中國碳排放量全球范圍排名第一，碳減排迫在眉睫。交通工具的普及，疊加工業(yè)、農業(yè)、建筑等各領域生產制造等因素，使用能源帶來了大量碳排放，加劇溫室效應形成。據《bp世界能源統(tǒng)計年鑒》，2020年中國碳排放量總計9899.3百萬噸。在全球范圍內碳排放總量排名第一，約占全球排放總量的30.7%。長期不節(jié)制排放會使得氣溫繼續(xù)升高，從而引發(fā)出區(qū)域天氣奇變、海洋酸化、自然界生態(tài)系統(tǒng)紊亂、物種滅絕等一系列威脅人類生存環(huán)境和身體健康等不良后果。所以碳減排迫在眉睫。
轉型發(fā)展新能源可以助力減少碳排放帶來的危害。新能源來源干凈（風、水、太陽等）、污染物排放少，可直接實現(xiàn)保護環(huán)境目的、遏制溫室效應加劇。同時我國能源結構不平衡屬于煤多缺油少氣，天然氣和石油依賴進口使用，發(fā)展新能源亦可逐漸減少和替代化石能源的使用，調整能源使用不均衡局面，逐步拜托依賴，建立自有能源發(fā)展體系。開發(fā)新能源是保護生態(tài)環(huán)境、緩解自有能源危機、走經濟社會可持續(xù)發(fā)展之路的必要路徑。能源結構布局影響國際發(fā)展
碳中和、能源結構布局關乎國際發(fā)展格局
截至2021年11月份，全球制定碳中和目標的國家和地區(qū)有66個。有191個國家提交了第一輪“國家自主貢獻”文件，涉及的減排量涵蓋了全球90%以上的二氧化碳排放量。另有27個國家和歐盟已按照《巴黎協(xié)定》的要求通報了低溫室氣體排放的長期發(fā)展戰(zhàn)略，這其中也包括“凈零承諾”。各國均在向碳達峰、碳中和努力推進。歐洲國家碳排放定價普遍偏高
凈零碳承諾需要有嚴格的短期及中期行動來支持，國家間正在制定愈加嚴格的碳定價工具。從碳排放交易機制來看，日本、新加坡等亞太國家制定價格為2-3美元/噸二氧化碳；與中國人均碳排放相近的法國、英國等歐洲國家定價已高于20美元/噸，采取更嚴厲的機制力達凈零碳承諾。我國能源結構布局
傳統(tǒng)能源仍然占據主要地位，政策鼓勵氫能開發(fā)使用
國際氫能產業(yè)進入快速發(fā)展期。美國、歐洲、俄羅斯、日本等主要工業(yè)化國家和地區(qū)都已將氫能納入國家能源戰(zhàn)略規(guī)劃。根據國際氫能委員會發(fā)布的報告，全球范圍內已有131個大型氫能開發(fā)項目，全球項目總數達到359個。預計到2030年，全球氫能領域的投資將激增到5000億美元，2050年全球氫能產業(yè)將創(chuàng)造3000萬個工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，在全球能源消費占比重的達到18%。
我國計劃于2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。截止2020年，火力發(fā)電仍然占據中國發(fā)電結構的主導，占比達到57%。同年世界平局水平為33.8%，中國能源結構轉變迫在眉睫。
氫氣作為高效低碳的二次能源，是雙碳目標戰(zhàn)略下的必然選擇。為了實現(xiàn)碳中和2060的目標，我國氫氣的年需求量從目前的3342萬噸增加到1.3億噸左右，在終端能源體系中占比達到20%。中國未來有望領跑全球氫能產業(yè)發(fā)展。氫能源與傳統(tǒng)能源對比
高效減排，儲量豐富，來源廣泛，降低使用成本
儲藏有量，用有需。中國目前煤炭儲量較為豐富，占世界探明儲量的13.3%，石油、天然氣較為稀缺。但儲產比情況不樂觀，以目前的探明儲量，石油資源還可以繼續(xù)開采18.2年，天然氣43.3年，煤炭37年。
清潔氫能，熱值強，縮成本。熱值是指單位重量燃料燃燒時所產生的熱量，是評價燃料質量的重要指標，單位以兆焦/千克（MJ/kg）表示。平均來看，石油為41.87MJ/kg，天然氣為38.97MJ/kg，原煤為20.93MJ/kg，而氫氣的熱值達到142.4MJ/kg。國際上多以標準燃料應用的基熱值（標準煤當量）29.27MJ/kg計量,石油、天然氣折算標準燃料系數分別為1.4286和1.33，氫氣達到4.865，是極為優(yōu)質高效的清潔能源。根據國際貨幣基金組織給出的全球碳排放平均價格和美國能源協(xié)會公布的中國碳排放量數據計算得出，2019年我國煤炭、石油和天然氣排放的二氧化碳的碳稅價格已經達到323.2億美元。氫能源使用對于實現(xiàn)時間短、任務重的碳中和目標有重大戰(zhàn)略意義。氫能源與其他新能源對比
氫能綜合能力優(yōu)于其他可再生能源氫能源戰(zhàn)略價值
從傳統(tǒng)能源替代角度看氫能減排價值
根據《中國氫能源及燃料電池產業(yè)白皮書2020》，當前我國氫氣產能約每年4100萬噸，產量約3342萬噸，是世界第一產氫國，到2030年我國可再生能源制氫有望實現(xiàn)平價，在2060年碳中和情境下可再生能源制氫規(guī)模有望達到1億噸。需求方面，2030年我國氫氣的年需求量將增加至3715萬噸，2050年可到9690萬噸，2060年則增加至1.3億噸。
已知2020年中國氫氣需求量大約為3.34億噸，其中化石能源制氫（灰氫）占比最大，約為67%左右，灰氫量大約為2.24億噸，而2020年綠氫占比僅3%，約有0.1億噸?！吨袊鴼淠茉醇叭剂想姵禺a業(yè)白皮書》預計到2050年，中國氫氣需求量將達到9.69億噸，其中灰氫制取比例從67%降至20%，綠氫制取比例提升至80%。（即灰氫約為1.938億噸，綠氫為7.752億噸）
因為灰氫通過燃燒化石燃料產氫仍會帶來一定的碳排放量，而綠氫完全通過可再生能源和生物制氫等技術將實現(xiàn)零碳排放。相比之下2050年由于綠氫的占比不斷增加，優(yōu)化灰氫，碳排放將會大幅度減少，逐步實現(xiàn)2060年碳中和目標。使用氫能減少的碳排放
使用氫能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源減少碳稅效率高達76.7%
此處氫能源減少的碳排放量計算為：（氫能需求量同等熱量條件下所需傳統(tǒng)能源的碳排放量-制取氫能源過程中產生的碳排放量）*每單位碳稅價格。
其中等量氫需求量下所需傳統(tǒng)能源的碳排放量可用其產生的熱值作為換算依據，以2050年為例：所需的9.69億噸氫將會釋放的能量約等于65.93億噸煤釋放的熱量， 其產生的碳排放等于65.93億噸煤*化石燃料燃燒過程二氧化碳排放因子（2.64噸CO2 /噸標煤)，也就是174.05億噸CO2，假設每單位碳稅為3美元，則將會產生522.15億美元的碳稅。
而制取氫能源過程中產生的碳排放量，主要理解為非綠氫制取中產生的碳排放量，根據北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心發(fā)布的《碳中和背景下煤炭制氫的低碳發(fā)展》研究可知，煤炭制氫將排放約20.90KG CO2e/kg H2，前面信息可得2050年我國灰氫量大約為1.938億噸，因此灰氫的制取過程將會產生40.50億噸二氧化碳。
綜合來看，到2050年，若氫氣完全替代煤炭作為能源，將減少133.46億噸二氧化碳排放。假設每單位碳稅為3美元，則節(jié)約的碳稅價格達到400.38億美元，綜上，氫能減少的碳稅效率高達400.38億美元/522.15億美元=76.7%。有效實現(xiàn)降碳稅節(jié)約我國能源發(fā)展成本。氫能源戰(zhàn)略價值
從不同應用領域看氫能減排價值
到2060年我國氫氣利用結構中工業(yè)占比最大（約占60%），其次為交通（31%）。利用于工業(yè)領域，如煉油、氨生產、煉鋼等，氫不僅可以當作能源亦可以當作燃料實現(xiàn)大規(guī)模應用。其次氫能憑借其高儲能、高效釋放和優(yōu)秀燃料電池等特性，將有31%用于交通領域下，尤其在商用車、重型卡車中替代率高。
在預計2060年我國氫需求量大約為1.3億噸的前提下：工業(yè)領域用氫7.8億噸，相當于減少53.07億噸煤炭用量（利用熱值對比氫得出）；交通運輸領域用氫4.03億噸，相當于減少27.56億噸煤炭用量；建筑及其他領域用氫1.17億噸，相當于減少7.96億噸煤炭。根據化石燃料燃燒過程二氧化碳排放因子，工業(yè)、交通和其他領域減少的碳排放量分別為141.1、 72.76和21.01億噸，工業(yè)領域將實現(xiàn)減少423.3億美元的碳稅，由于工業(yè)領域具有規(guī)模大占比高、多為B、G端為主導發(fā)展制造、自我傳統(tǒng)能源轉型壓力大，產生的碳排放成本龐大等特點，所以氫能優(yōu)先大規(guī)模布局工業(yè)領域一方面可以加速實現(xiàn)節(jié)能減排綠色環(huán)保碳中和目標，另一方面高效減少碳稅，幫助企業(yè)和國家在國際舞臺中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，其次是交通領域的用量將提升， 2060年將實現(xiàn)減少218.28億美元碳稅的成果。從產業(yè)鏈看氫能目前發(fā)展困境
成本技術為主要制約因素制氫環(huán)節(jié)現(xiàn)狀分析
灰氫仍是主流，綠氫為最終利用理想形態(tài)，以藍氫作為過渡
根據制取方式和碳排放量的不同，分為灰氫，藍氫及綠氫?；覛涫峭ㄟ^化石燃料（例如石油、天然氣、煤）燃燒產生的氫氣；藍氫是在灰氫的基礎上，應用碳捕捉、碳封存技術，實現(xiàn)低碳制氫；綠氫是通過光伏發(fā)電、風電以及太陽能等可再生能源電解水制氫，在制氫過程中基本上不會產生碳排放，被稱為“零碳氫氣”。目前主要有三種主流制取路徑：
1）以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫；
2）以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產氣制氫；
3）電解水制氫。我國現(xiàn)階段約97%的氫氣都是由化石能源制氫或副產氫獲得。氫能源儲運環(huán)節(jié)現(xiàn)狀分析
氫的特性對儲運提出挑戰(zhàn)，長管拖車高壓氣態(tài)儲運為主流
儲運環(huán)節(jié)是制約氫能源成本的重要因素。氫能源的儲運可以分為高壓氣態(tài)儲運、低溫液態(tài)儲運、有機液態(tài)儲運、固態(tài)介質儲運、合成燃料儲運等多種方式。現(xiàn)階段我國儲運處于早期階段，普遍采用20MPa氣態(tài)高壓儲氫與集束管車運輸的方式，車載高壓儲氫瓶我國目前主要采用35MPa。
質量能量密度最高：氫在常溫下為氣態(tài)，體積能量密度較低，僅為天然氣的1/3(20MPa），約為硬煤的1/20。所以與天然氣等相比，氫氣的儲運更需要考慮壓縮密度提高運輸效率，當前的措施主要為高壓壓縮以及液化處理。
氫流速更快：氫氣在管道中的流速大約為天然氣的2.8倍，可以改善氫體積密度低的缺陷，采用天然氣管道的氫氣運輸可以達到80%-90%的原始輸送能力。
氫脆特性：過量的氫原子進入金屬基體后 ,在應力作用下, 會引起金屬韌性或承載能力的降低 , 從而發(fā)生斷裂(通常是亞微觀的斷裂) 或者突然脆性失效。加氫站建設現(xiàn)狀分析
加氫站成本較高，頂層設計加快推動企業(yè)積極布局
我國加氫站數量處于全球第一，但建設主要受政策驅動，存在審批、成本等困境：1）加氫站土地審批流程繁瑣，還涉及環(huán)評、消防審批等；2）我國加氫站設備成本約占70%以上，據中國氫能聯(lián)盟數據，建設一座500kg、加注壓力35MPa的加氫站的成本為1200萬元（不含土地費用），相當于傳統(tǒng)加油站的3倍，單位加注成本約13-18元/kg；3）氫氣壓縮機、加注機成本占據65%左右，關鍵設備及其核心零部件的進口依賴度高。
2022年3月發(fā)布的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035）》提出部署建設一批加氫站，各地也針對性進行了加氫站布局，如內蒙古提出到2025年累計建成60座加氫站，四川成都最高給予1500萬元建設運營補助，合力推動加氫站發(fā)展。全球氫能發(fā)展現(xiàn)狀
與其他發(fā)達國家相比，我國運輸環(huán)節(jié)存在巨大空間
相較我國，美、日、歐發(fā)展氫能時間長，技術與產業(yè)鏈更加成熟與完善，在儲運環(huán)節(jié)液態(tài)運輸技術及配設設施較為成熟，而我國現(xiàn)階段氫的運輸主要以高壓氣態(tài)長管拖車運輸為主，管道運輸仍為短板弱項，需積極推進進行天然氣摻氫、管道輸氫、有機液體儲運、固體材料儲運等技術的開發(fā)和布局，尚存廣闊發(fā)展空間。此外，美、日、歐也建立產業(yè)聯(lián)盟協(xié)同上中下游各個企業(yè)協(xié)同發(fā)展。從產業(yè)鏈看氫能未來之路
技術革新+政策引導共同推動綠氫發(fā)展之路
我國氫能源發(fā)展起步晚，速度快，目前主要依托化工生產中的副產物作為主供氫源的原材料，以節(jié)省制氫成本。然而，依托于工業(yè)原料及副產物所制的“灰氫”及結合CCUS技術的“藍氫”仍會產生較大碳排放，根據國際氫能委員會測算，2030年碳排成本約為50美元/噸二氧化碳，使得灰氫成本達46.22元/kg，或與“綠氫”同價，須加快推動通過可再生能源、電解水等方法，實現(xiàn)全程百分之百零碳排、零污染的“綠氫”繼續(xù)發(fā)展。目前，“綠氫”的制取方式為電解水制氫，主要的制取工藝為堿性電解、PEM電解（質子交換膜電解）、固體氧化物（SOEC）電解，其中ALK堿性電解與PEM電解技術應用較為成熟。“綠氫”降成本基本路徑主要通過國家政策積極引導，從原料供應、技術及相關設備三維度突破。技術、成本多環(huán)節(jié)突破，發(fā)展多樣化儲氫方式
從氫的儲存來看，氫的大規(guī)模應用下，一方面高壓氣態(tài)瓶改造成為重點，另一方面，需推動低溫液態(tài)儲氫和介質儲氫的發(fā)展。高壓氫能瓶未來主流為金屬內膽纖維纏繞瓶（III型）和塑料內膽纖維纏繞瓶（IV型），VI型瓶內膽采用樹脂，在70MPa標準下可以實現(xiàn)更長的壽命，助力氫儲存降本增效。低溫液態(tài)儲氫從儲能密度來看是最為理想的儲氫方式，但對容器絕熱性能要求很高，目前主要應用于航天領域。介質儲氫主要分為固態(tài)金屬、有機液體（甲苯、二芐基甲苯等）、合成燃料（甲醇、氨等）等，其中固態(tài)儲氫方式通過化學或物理吸附原理將氫氣吸附后儲存，載體一般為納米材料或者金屬氫化物。液態(tài)有機儲氫可以利用傳統(tǒng)的石油基礎設施進行運輸、加注，方便建立加氫網絡。儲運環(huán)節(jié)發(fā)力管道輸送，加注環(huán)節(jié)合建加氫站降本
氫能源儲運環(huán)節(jié)主要瓶頸在于解決高成本、低能效、安全性難題，從氫能規(guī)?；瘉砜?，目前的長管拖車高壓氣氫不能滿足大面積區(qū)域輻射，未來趨勢主要在液氫運輸以及管道運輸，其中，液氫技術門檻較高，國產化程度低，大規(guī)模應用還難以滿足，可先通過駁船應用于洲際運輸。美國、歐洲分別已有氫氣管道2500km、1598km，我國僅有400km左右，發(fā)展較為滯后。管道運輸的成本難題主要是初始投入高，但隨著規(guī)模化應用，后期運輸成本很低，是氫能儲運的未來所在。
單一的加氫站審批程序復雜，成本高昂，合建加氫站可分為油-氫合建站、CNG-氫合建站以及LNG-氫合建站，可利用現(xiàn)有加油加氣站的場地設施改擴建，探索站內制氫、儲氫和加氫站一體化的加氫站等新模式部分。中國石油、中國石化等企業(yè)擁有龐大的加油站，具有發(fā)揮氫能業(yè)務的網絡優(yōu)勢。