氢能行业发展背景、产业链及储运方式分析

氢能低碳环保，国家政策助力稳定发展。

氢能是一种来源丰富的二次能源，应用场景广泛。氢能的利用形式包括 将水、风、光能等一次能源以氢的形式进行再存储，通过燃料电池发电 的形式满足电力供应的需求，最大限度地跨地区、跨季节利用可再生能 源，与绿色能源发电协同互补，可广泛应用于能源、交通运输、工业、 建筑等领域。既可以直接为炼化、钢铁、冶金等行业提供高效原料、还 原剂和高品质的热源，有效减少碳排放；也可以通过燃料电池技术应用 于汽车、轨道交通、船舶等领域，降低长距离高负荷交通对石油和天然 气的依赖；还可应用于分布式发电，为家庭住宅、商业建筑等供电供暖。

氢能清洁低碳，是实现碳中和目标重要方式。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。 根据国际能源署预计，到 2050 年，氢能将满足全球 18%终端能源需求， 欧洲、美国、日本、韩国等国家纷纷将氢能作为能源技术革命的重要方 向和未来能源战略储备的重要组成部分。

氢能主要分为灰氢、蓝氢和绿氢三种。灰氢是通过化石燃料（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；蓝氢是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， 可以加快绿氢社会的发展；绿氢是通过光电、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。

绿氢是实现碳中和重要路径，可再生能源电解水制氢潜力巨大。为实现 “碳达峰、碳中和”，我国要求加快推进绿色氢能与可再生能源应用、 推进可再生能源电解制氢的降碳工程。从技术路径来看，可再生能源电 解水制氢、CCUS 化石能源制氢、生物质制氢是未来三种低碳制氢的技 术选择。从全球在建或计划项目来看，基于低碳制氢技术的氢气产量在 2030 年前会保持迅速增长，到 2050 年，全球 51%氢气产量将由可再 生能源电解水制氢技术提供。因此，可再生能源电解水制氢被视为未来 最有潜力的制氢技术。

氢气能源属性提升，作为国家能源安全新战略能源选项之一。随着近年 来全球主要经济体陆续提出 2050 净零排放目标，氢气作为二次清洁能 源，其能源属性逐渐凸显，应用领域将逐步拓展至电力、交通、建筑等 场景。从全球趋势来看，国外发达国家已经明确氢能源于能源体系中的 地位；从国内来看，能源结构正在由化石能源主导转向清洁能源，氢能 作为现有化石燃料的理想替代品，具备巨大的发展空间。《中华人民共 和国能源法》征求意见稿中将氢列为一种能源，围绕能源安全新战略、 支持能源碳达峰、碳中和目标任务，国家能源局《2022 年能源行业标 准计划立项指南》也要求要加快电解质制氢及综合应用以及氢电耦合技 术等氢能关键技术的突破。

氢气能源的发展受到国外相关政策的支持。据欧洲议会，2022 年 12 月 欧盟确定碳边境调节机制(即碳关税)将从 2026 年正式起征，2023 年 10 月至 2025 年底为过渡期。同时从 2026 年开始削减欧盟企业免费配额， 逐步到 2034 年实现全部取消。碳关税征收行业主要包括钢铁、铝、水 泥、化肥、电力、有机化学品、氢、氨等，同时纳入间接碳排放（制造 商使用的外购电力、热力产生的排放）。

根据产业链划分，氢能可以分为上游的氢气制备、中游的氢气储运和下 游的氢气应用等众多环节。 上游主要包括化石能源重整制氢、工业副产气制氢、可再生能源电解水 制氢三种主流制取方式以及试验阶段的其他技术。其中，化石能源重整 是目前最主要的氢气制备方法，成本最低，但会排放较多二氧化碳；而 工业副产气制氢无法作为集中供氢来源；电解水制氢过程无碳排放，但 能耗大，电力成本极高，目前占比较低。 中游主要包括氢气储存运输和氢气加注两大环节。氢气可以高压气态、 低温液态、有机液态和固态四种方式储存，其中，气态氢是目前主要的 储存方式，可使用长管拖车、管道运输两种方式运输。长管拖车是我国 目前主要的氢气运输方式，适宜短距离、小规模输送；管道运输运量大、 成本低，但建设投资大，目前应用极其有限。加氢站按照氢气来源可分 为外供氢加氢站和站内制氢加氢站。 下游的应用领域包括交通运输、工业、储能和建筑热电联供等。

氢的储运是“制储输用”氢能产业链中的瓶颈问题。目前储氢有高压气态 储氢、液态储氢和固态储氢 3 种方式。

高压气态储氢技术成熟，是目前我国最常用的储氢技术。高压气态储氢 即通过高压将氢气压缩到一个耐高压的容器中，高压容器内氢以气态储 存，氢气的储量与储罐内的压力成正比。通常采用气罐作为容器,简便易 行,其优点是存储能耗低、成本低（压力不太高时）, 且可通过减压阀调 控氢气的释放, 因此，高压气态储氢已成为较为成熟的储氢方案。目前， 高压气态储氢容器主要分为纯钢制金属容器（I 型）、钢制内胆纤维缠 绕容器（Ⅱ型）、铝内胆纤维缠绕容器（Ⅲ型）及塑料内胆纤维缠绕容 器（Ⅳ型）4 个类型。我国推广的氢燃料电池车大多采用公称工作压力 为 35MPa 的Ⅲ型车载储氢瓶，70 MPa Ⅲ型储氢瓶已开始应 用推广。

液态有机物储氢可实现氢在常温常压下液态输运。有机液态储氢是通过 加氢反应将氢气与甲烷（TOL）等芳香族有机化合物固定，形成分子内 结合有氢的甲基环己烷（MCH）等饱和环状化合物，从而可在常温和常 压下，以液态形式进行储存和运输，并在使用地点在催化剂作用下通过 脱氢反应提取出所需量的氢气。液态有机物储氢使得氢可在常温常压下 以液态输运，储运过程安全、高效，但还存在脱氢技术复杂、脱氢能耗 大、脱氢催化剂技术亟待突破等技术瓶颈。若能解决上述问题，液态有 机物储氢将成为氢能储运领域最有希望取得大规模应用的技术之一。