氢气制备工艺、储运方式及投入应用情况如何？

三种氢气制备工艺中，电解水制氢有望是最终选择。

氢气的制取主要有化石能源重整、工业副产提纯和电解水制氢三种工艺。相比前两种方式， 电解水制氢的原料和生产过程都以清洁能源为主，是更具优势的制氢技术路线。根据《光明 日报》，电解水制氢易与可再生能源结合，规模潜力更大，更加清洁可持续。

1、化石能源重整制氢：分为煤制氢和天然气制氢。 1）煤制氢：根据《中国氢能产业发展报告（2022）》，中国煤制氢技术成熟，传统煤化工 和焦炭行业已形成完整的制氢工艺体系和完整的产业链条。尽管煤制氢过程排放强度较高， 但原料煤炭来源稳定，经济性显著，目前已占全国氢气产量 60%以上。由于基数较大，煤制 氢在今后一段时期内或仍将是中国氢能供应体系的重要组成部分，也是近中期低成本氢气的 主要来源。 2）天然气制氢：蒸汽重整制氢较为成熟，也是国外主流制氢方式。其中，天然气原料占制 氢成本的比重较大，天然气价格是决定制氢价格的重要因素。考虑到中国“富煤、缺油、少 气”的资源禀赋，仅有少数地区可以探索开展，不适用于主流的制氢方式。

2、工业副产提纯制氢：根据《中国能源报》，我国工业副产氢在氢气供应方面有着得天独 厚的优势，与可再生能源电解水产业资源丰富的西北地区相比，工业副产氢可覆盖京津冀、 长三角和广东地区，与氢能应用先发地区匹配。中国国际工程咨询有限公司高级工程师张建 红指出，随着未来碳交易机制的进一步成熟，煤制氢成本将因其产生的大量碳排放而有所上 升。而电解水制氢由于电力价格、设备技术等因素，成本仍然较高。因此，与煤制氢、天然 气制氢、电解水制氢相比，工业副产氢的综合成本优势更加明显。

3、电解水制氢：目前，电解水制氢技术主要有碱性水电解槽（AE）、质子交换膜水电解槽 （PEM）和固体氧化物水电解槽（SOE）。其中，碱性电解槽技术最为成熟，生产成本较低； 质子交换膜电解槽流程简单，能效较高，但因使用贵金属电催化剂等材料，成本偏高；固体 氧化物水电解槽采用水蒸气电解，高温环境下工作，能效最高，尚处于实验室研发阶段。

根据生产来源和碳排放量的不同，氢能可分为灰氢、蓝氢和绿氢。1）灰氢：是通过化石燃 料（天然气、煤等）转化反应制取的氢气，由于生产成本低、技术成熟，也是目前最常见的 制氢方式。2）蓝氢：是在灰氢的基础上，将二氧化碳副产品捕获、利用和封存（CCS）而 制取的氢气，是灰氢过渡到绿氢的重要阶段。3）绿氢：是利用可再生能源（如太阳能或风 能等）发电后，通过电解工序制取的氢气，绿氢的制取技术路线主要为电解水，其碳排放可 以达到净零。 未来可再生能源发电制氢的潜力较大。一方面，作为全周期零碳排放技术，随着可再生能源 发电平价上网，电解水制氢成本有望持续下降；另一方面，当波动性可再生能源在电源结构中占到较高比重时，长周期储能或将成为调峰的主要手段，氢储能是其中较好的选择。国家 发改委与国家能源局先后发文，支持高效利用廉价且丰富的可再生能源制氢。四川、广东等 地纷纷给予电价支持政策，四川电解水制氢最高电价限定为 0.3 元/千瓦时。在 1）电价受控 使得成本得到控制且 2）绿电普及使得电解水制氢没有碳排放的情况下，我们认为，电解水 制绿氢或成为最终的路线。

目前，氢气的储存主要有气态储氢、液态储氢和固体储氢三种方式。1）气态储氢：具有充 放氢气速度快、容器结构简单等优点，高压气态储氢是现阶段主要的储氢方式，已得到广泛 应用。2）液态储氢：具有储氢密度高的优势，可分为低温液态储氢和有机液态储氢，其中 低温液态储氢在航天等领域得到应用，有机液态储氢尚处于示范阶段。3）固态储氢：是以 金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附方式实现氢的 存储，目前处于示范阶段。

高效储运减少中间成本。根据《中国能源报》，我国氢气来源与煤炭工业紧密相连，主要集 中在北方内陆地区，而东部沿海地区氢能产业发展超前，氢能需求量较大。因此，我国氢能 产业发展存在一定的供需错配问题，亟待突破储运技术制约，减少氢能应用中间成本，实现 大规模产业化发展。当前我国仍以 20MPa 氢气运输为主，30MPa 刚开始得到应用，而国外 运氢基本采用 50MPa Ⅳ型储氢瓶，整体而言，我国储运氢技术与国外相比还存在一定差距。 在氢气运输方面，根据储氢状态的差异分为气态输送、液态输送和固态输送，气态和液态为 目前的主流方式。通常的输氢形式包含长管拖车、槽罐车、管道（纯氢管道、天然气管道混 输），不同的储运方式具有不同特点及适应性。船舶运氢也有望成为未来氢气运输的主要方 式之一，但目前离实现商用规模化仍有一定距离，毕马威预计其在 2025-2027 年间有望实 现商用化。

由于中国目前氢能产业处于发展初期，氢能市场规模较小，且氢能示范应用主要围绕工业副 产氢和可再生能源制氢地附近，因此多采用长管拖车运输，这也是当前较为成熟的运输方式。 氢能储运有望按照“低压到高压”、“气态到多相态”的技术发展方向，逐步提升氢气的储 存和运输能力。1）《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》指出，我国将稳步构建 氢能储运体系，以安全可控为前提，推动氢储运技术研发，提高高压气态储运效率，加快降 低储运成本，有效提升高压气态储运商业化水平，体现了“低压到高压”的前进方向。2） 同时，为满足氢能发展后期长距离、大规模运输需求，我国将持续推动低温液氢储运产业化 应用，探索有机液体、固态等储运方式应用，整体发展将有望呈现“气态到多相态”的发展 趋势。

我国已经出台政策支持加氢站建设，推动氢能进入实际运用环节。加氢站是为燃料电池汽车 充装氢气燃料的专门场所，作为服务氢能交通商业化应用的中枢环节，是氢能源产业发展的 重要基础设施。2014 年国家首次发布针对加氢站的补贴政策。2019 年，推动加氢设施建设 正式写入政府工作报告。2020 年财政部出台有关开展燃料电池汽车示范应用的政策，将“运 营至少 2 座加氢站且单站日加氢能力不低于 500 公斤”作为示范城市群申报的基础条件，毕 马威预计未来加氢站至少会从 500 公斤/天的加注量起步，对后期氢能的产业化将起到带动作用。

中国加氢站数量逐年增加，2021 年位居世界首位，但关键设备尚未实现国产替代。1）2021 年中国新建 100 座加氢站，累计建成数量达 218 座，位居世界首位。2022 上半年国家进一 步统筹推进加氢网络建设，全国已建成加氢站超 270 座。2）中国加氢站的技术尚未成熟， 关键设备依赖进口。目前国内缺乏成熟量产的加氢站设备厂商，设备费用占比较高。当前国 内氢能应用规模有限，但随着未来需求的增加和加氢站的推广，加氢环节的关键设备亟需国 产化。

氢能有望为各行业实现脱碳提供重要路径选择，并在未来得到广泛应用。1）《氢能产业发展中长期规划（2021-2035）》指出，“2035 年形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、 工业等领域的多元氢能应用生态”。我们预计，交通、工业和建筑等领域或将成为未来氢能 应用的主战场，氢能有望助力上述行业的脱碳历程。2）根据《光明日报》，2050 年全球 10% 的建筑供热和 8%的建筑供能将由氢气提供，每年可减排 7 亿吨二氧化碳。到 2060 年，我 国氢能需求预计达 1.3 亿吨，其中工业需求占主导地位，占比约 60%，交通运输领域将逐年 扩大规模达到 31%。

交通领域是目前氢能应用相对比较成熟的领域，燃料电池汽车是氢能在交通运输领域实现 脱碳的重要途径。根据世界知识产权组织，自 2016 年以来，与交通运输有关的氢燃料电池 技术的创新蓬勃发展，中国、日本和德国是该技术专利申请的主要来源国。氢能在交通领域 的应用包括汽车、航空和海运等，其中氢燃料电池汽车是交通领域的主要应用场景。同时， 氢燃料汽车的使用也有助于交通行业实现脱碳。

氢燃料电池汽车应用规模扩大，我国也出台相关政策进行支持。1）纯电动车由于其续航里程短、载重低和受低温环境的影响等原因，在“大载重、长续航、效率要求高”的重卡领域， 推广应用效果有限，而氢燃料电池由于具有高能量密度、加氢时间短、零污染等优势，可以 满足重卡等应用场景的需求。此外，根据北京冬奥组委公布的数据，2022 届冬奥会示范运 行超 1000 辆氢燃料电池汽车，是全球最大规模的一次燃料电池汽车示范应用。2）《氢能 产业发展中长期规划（2021-2035 年）》提出：立足本地氢能供应能力、产业环境和市场空 间等基础条件，结合道路运输行业发展特点，重点推进氢燃料电池中重型车辆应用，有序拓 展氢燃料电池等新能源客、货汽车市场应用空间，逐步建立燃料电池电动汽车与锂电池纯电 动汽车的互补发展模式。积极探索燃料电池在船舶、航空器等领域的应用，推动大型氢能航 空器研发，不断提升交通领域氢能应用市场规模。

氢能有望在非道路交通领域推进商业化应用。1）中国正在氢燃料电池重型工程机械、轨道 交通、船舶、航空等领域积极探索，未来有望逐步完成实际运营验证及性能改进，扩展氢能 在交通运输领域的应用。2）在航空业，氢能源为低碳化航空提供了可能，相比于化石能源， 燃料电池可减少 75%-90%的碳排放，在燃气涡轮发动机中直接燃烧氢气可减少 50%-75% 的碳排放，合成燃料可减少 30%-60%的碳排放。氢动力飞机可能成为中短距离航空飞行的 减碳方案。

氢能将在工业领域的脱碳过程中起到重要作用。工业具有显著的高能耗和高排放特征，是温 室气体的主要来源。根据《中国工业低碳发展的现状与展望》，我国工业生产部门碳排放量 占所有排放源排放量的比例从 1990 年的 71%上升至 2018 年的 83%。尤其是石油和金属加 工业、建筑材料及非金属矿物制品业、化工和机械设备制造业等重化工业产值的快速增长， 工业碳排放量增长迅速。通过解决原料和高品位热能领域的碳排放问题，绿色氢能是实现工 业减排领域深度脱碳的重要解决方案之一，即大规模应用氢气直接还原铁技术、可再生能源 制氢替代化石能源制氢、天然气掺氢或纯氢燃烧等方式。我们认为，氢能冶金、绿氢化工和 天然气掺氢是未来氢能在工业领域的三个主要应用场景。

1）氢能冶金：氢能直接还原铁技术是用氢气作为还原剂，在低于矿石软化温度下，在反应装置内将铁矿石还原成金属铁的方法。将氢气代替煤炭作为高炉的还原剂，能够减少钢铁生 产中的二氧化碳排放。根据《中国氢能产业发展报告（2022）》，通过中国钢铁行业政策规 划、专家访谈及数据分析，预计到 2030 年氢治金产量可达 0.21-0.29 亿吨，约占全国钢铁 总产量的 2.3%-3.1%。氢治金的氢气需求约为 191-259 万吨。我国的钢铁企业从 2019 年开 始，也在积极探索氢能冶金相关技术。

2）绿氢化工：绿氢化工即“绿氢替代灰氢”，是实现石化、化工等行业深度脱碳的重要途 径。根据《中国氢能产业发展报告（2022）》，在化工领域绿氢替代灰氢方面，国内企业也 已开展了技术示范。如宝丰能源在宁东建立光伏制氢项目，以绿氢作为原料推动煤化工生产 过程绿色转型。宁东基地通过发展氢能，推动煤炭清洁高效安全利用和能源转型，确保煤化 工项目煤制氢替代比例达到 13%以上。

3）天然气掺氢：工业部门有大量高品位热能需求（温度在 400°C 以上），分布于钢铁、石 化、水泥等产品生产过程之中。由于热能的需求量大、温度高，很难通过电气化的方式来解 决，而天然气掺氢有助于实现高品位热能需求的深度脱碳。根据《中国能源报》，在现役天 然气机组中增加氢燃料来源，不仅能够有效节约天然气用量，保证冬季供暖安全稳定，还能 显著降碳。根据国家电投的数据，荆门一台 54 兆瓦的燃机，掺氢 30%后，每年可减少二氧 化碳排放 1.8 万吨以上。

氢能在建筑领域脱碳进程中的应用主要包括氢能热电联供和管道掺氢。1）氢能热电联供： 根据羊城晚报，中集安瑞科副总经理兼中集氢能负责人杨葆英表示：分布式热电联供系统直 接针对终端用户，相较于传统的集中式生产、运输、终端消费的用能模式，分布式能源供给 系统直接向用户提供不同的能源品类，能够最大程度地减少运输消耗，并有效利用发电过程 产生的余热，从而提高能源利用效率。2）管道掺氢：和使用纯氢相比，将氢气混合到天然 气管道中可以降低成本，平衡季节性用能需求。随着氢能发展速度的加快，天然气网络掺氢 研究和示范项目也不断增加。根据《中国能源报》，在天然气掺氢管道建设方面，已有国家 电投“朝阳可再生能源掺氢示范项目”、河北省首个“天然气掺氢关键技术研发及应用示范项目”、宁夏“输氢管道及燃气管网天然气掺氢降碳示范化工程中试项目”等项目率先试水。