氢能源的发展前景与分析论文

氢能源的发展前景与分析论文

氢能源的发展前景光明。

在“碳达峰、碳中和”目标的指引下，继太阳能、风能等新能源迎来快速发展后，氢能作为公认的低碳和零碳能源正在脱颖而出。氢能热度持高不下，是有原因的。作为一种清洁能源，它具有高比例压缩、大规模储存、能量无衰减等特性。

其来源广泛、应用广泛，可有效降低化石能源比重，提高清洁发展水平，发展氢能是构建“多能互补”能源供应体系的重要载体，是实现能源转型升级的重要助力。

多地纷纷将氢能发展作为调整能源结构的重点发展对象，热度持续高涨。中共中央国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中四次提及氢能，重点强调要积极发展非化石能源，统筹推进氢能“制储输用”全链条发展，构建以新能源为主体的新型电力系统。

氢能源具有以下特点：

1、重量最轻：标准状态下，密度为 0.0899g/L，-252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。

2、导热性最好：比大多数气体的导热系数高出10倍。

3、储量丰富：据估计它构成了宇宙质量的75%，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。

4、回收利用：利用氢能源的汽车排出的废物只是水，所以可以再次分解氢，再次回收利用。

5、理想的发热值：除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142351 kJ/kg，是汽油发热值的3倍。

6、燃烧性能好：点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。

7、环保：与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氨气经过适当处理也不会污染环境，氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。

8、利用形式多：既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。

9、多种形态：以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

10、耗损少：可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。

11、利用率高：氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。

12、运输方便：氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。

氢能产业迎来发展风口-评析《氢能产业发展中长期规划(2021～2035年)》

行业主要上市公司：美锦能源(000723);厚普股份(300471);中国石化(600028);卫星化学(002648);嘉化能源(600273);亿华通(688339)等

本文核心数据：氢能源板块上市公司研发费用;氢能源相关论文发表数量

全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“hydrogen energy”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月17日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。

氢能技术概况

1、氢能源的界定及分类

(1)氢能源的界定

氢能是氢在物理与化学变化过程中释放的能量。氢能是氢的化学能，氢在是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，储量丰富。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，随着世界范围内对绿色经济发展重视程度的提升，氢能源的需求和应用领域不断扩展。

(2)氢能源的分类

按照氢气的来源，通常将氢能源分为三类，即灰氢、蓝氢和绿氢。

2、技术全景图：四大环节构成

氢能产业主要由制氢、储氢、运氢、加氢和用氢四大环节构成。为发挥氢能重要能源载体作用，需大力推动氢能产业每个环节的技术发展。其中电解水制氢、液态/固态储氢、液态有机储氢、氢燃料电池等先进技术研究对氢能产业规模化应用具有重要意义。

氢能产业技术发展历程：始于上世纪50年代

中国的氢能与燃料电池技术研究始于上世纪50年代。20世纪80年代以来，相继启动了863计划和973计划，加速以研究为基础的技术商业化项目，氢能和燃料电池均被纳入其中。“十三五”期间，氢能与燃料电池开始步入快车道。2016年以来相继发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》、《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》、《中国制造2025》等顶层规划。2019年两会期间，氢能首次写入政府工作报告。2020年4月，氢能被写入《中华人民共和国能源法》(征求意见稿)。2021年，“十四五”规划指出要在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未来产业。2022年发布第一个氢能源专项规划——《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》，为中国氢能源产业发展作为指引。

氢能产业技术政策背景：政策加持技术水平提升

近些年来，我国提出了一系列氢能产业技术发展相关政策，包括氢气制备、储运、应用和燃料电池等关键技术，使得氢能产业技术水平稳步提升。

氢能产业技术发展现状

1、氢能产业技术科研投入现状

(1)国家重点专项

为推进氢能技术发展及产业化，国家重点研发计划启动实施“氢能技术”重点专项。2018-2022年，“氢能技术”重点专项数量逐年增加。2018年仅9项技术专项，到2022年，“氢能技术”重点专项围绕氢能绿色制取与规模转存体系、氢能安全存储与快速输配体系、氢能便捷改质与高效动力系统及“氢能万家”综合示范4个技术方向，拟启动24项重点专项。

(2)A股上市企业研发费用

目前，中国氢能市场正处于发展初期，行业整体研发投入水平不算太高。从A股市场来看，2017-2021年，我国氢能源板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，氢能源板块上市公司研发总费用约158.69亿元。

2、氢能产业技术科研创新成果

(1)论文发表数量

从氢能相关论文发表数量来看，2010年至今我国氢能相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见氢能科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有80825篇氢能相关论文发表。

注：统计时间截至2022年8月。

(2)技术创新热点

通过创新词云可以了解氢能产业技术领域内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词，其中，催化剂、燃料电池、制氢系统、电解水、电解槽等关键词涉及的专利数量较多，说明氢能领域近期的研发和创新重点集中于燃料电池和制氢等领域。

(3)专利聚焦领域

从氢能专利聚焦的领域看，目前氢能产业专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于催化剂、燃料电池、制氢系统、电解水、电解槽等。

注：图中格子数量表示每家公司的专利覆盖率，每个格子代表相同数量的专利。

主要氢能产业环节技术分析

1、前端制氢环节：可再生能源电解制氢是氢源终极方案

制氢环节技术主要包括化石能源制氢和可再生能源制氢。其中，利用化石能源制氢并未摆脱能源对石油、煤炭和天然气的依赖，仍会产生大量碳排放;即使是加上CCUS捕集制备的蓝氢，一旦甲烷在制备过程中发生泄漏，对气候的影响比碳排放更大。而利用可再生能源进行电解水制氢，生产过程基本不会产生温室气体。

2、中端储运氢环节：固态储运安全性更好

储运氢气的方式主要分为气态储运、液态储运和固态储运。相比于气氢储运和液氢储运，固态储运在安全性方面优势明显。

3、后端加氢及氢燃料电池

(1)加氢：站内制氢成本优势大

加氢基础设施是氢能利用和发展的中枢环节，是氢能产业发展的核心配套设施。根据氢气来源不同，加氢站可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站。相较于外供氢而言，站内制氢能够大幅减小氢气的运输成本。

(2)氢燃料电池：质子交换膜燃料电池是主流发展方向

按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、硝酸型燃料电池、碳酸型燃料电池、固体氧化物燃料电池等。其中，质子交换膜燃料电池是当前燃料电池的主流技术发展方向。

氢能产业技术发展痛点及突破

1、氢能产业技术发展痛点

(1)高成本是制约氢能大规模发展的关键

当前，经济性为氢能产业发展最大的挑战因素，即使是成本相对较低的氢气($0.5/kg)，除了转化成氨用作肥料以外，绝大多数氢能应用场景都比现有化石能源技术昂贵。解决氢能产业在绿氢制备、储运氢、加氢站建设、燃料电池电堆等关键环节的经济性问题，是未来氢能大规模发展必须要攻克的一道难题。

(2)制氢技术：先进电解技术发展不成熟

目前国内电解水制氢的成熟技术为碱性电解水制氢技术，碱性水电解槽难以响应瞬态负载，因而难以与波动大的可再生电力配合。另外，PEM电解水制氢技术也面临着匹配可再生能源电力而进行的电解槽设计、控制技术以及电源系统设计等尚不成熟的局面。

2、氢能产业技术发展突破

(1)先进电解技术：PEM电解槽设计改进突破

PEM电解槽设计改进策略方向包括更轻更稳定的端板和双极板、经济且耐腐蚀的集电器等。据Yagya N Regmi博士的研究小组研究发现，PEM电解中发生不含铂族金属催化的析氧反应在短期内是无法实现的，因此，尽可能使铱的质量活性最大化才是目前的可行策略。

(2)氢能储运：固态储氢和潜液式液氢泵突破储运氢技术瓶颈

氢能储运技术突破在于提高储氢密度和安全性，以及降低运输成本。固态储氢是利用物理或化学吸附将氢气储存在固体材料之中。固态储氢具有体积储氢密度高、安全性更好的优势，因此是一种有前景的储氢方式。因此，固态储氢得到了越来越多的研究和关注，主要工作集中在储氢材料的研发与改性等方面。以氢枫能源的镁基固态储氢为例，镁基固态储氢具有资源、性能及技术优势。

液氢泵为液氢储运的重要部件，用于对液体氢气进行传输分配。从氢能全产业链来看，氢气输配成本和初始资本支出为降本的最主要环节。潜液式液氢泵取代了外置泵，减少了氢蒸发，去掉了气氢压缩机;且用液氢的冷源省去制冷系统。此外，潜液式液氢泵大流量液氢泵直接加注，不用高压储罐，去除级联储存;最终的结果是减少初始投资和运行成本，使氢气的售价与汽油、柴油比肩。

氢能产业技术发展方向及趋势：氢能各环节技术加快突破

氢能供应体系发展路径以实现绿色经济高效便捷的氢能供应体系为目标，中国将在氢的制储运加各环节上逐渐突破。从长远看，随着用氢需求的扩大，结合可再生能源的分布式制氢加氢一体站、经济高效的集中式制氢、液氢等多种储运路径并行的方案将会是主要的发展方向。

「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。

以上数据参考前瞻产业研究院《氢能产业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。

氢能源汽车发展前景与现状

氢能源汽车发展前景与现状是非常不错的。

《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出，若要实现2060年碳中和目标，氢能将在重工业、运输、建筑供暖等难以脱碳的行业发挥重要作用。氢能源的“多元化应用”主要包含四个重点领域，这四个应用领域也是紧密相关，制氢、储氢、用氢环环相扣。

虽然在乘用车领域，氢燃料电池汽车已经输给了纯电动汽车。但氢气能量密度高、转化效率高，它燃烧产生的能量是同等重量石油的3倍，煤炭的4倍，电化学反应中，化学能转化为电能的效率超过80%。所以在中重型车辆、大巴、卡车等新能源客货车辆、船舶、航空器等，氢能源将更有优势。

制氢是氢能源发展的绊脚石:

氢能源致命缺点在于制氢的成本高，经济效益及环保效益低。氢气是二次能源，不能再自然界中拿来即用。根据2020年的数据显示，中国氢气制取还是以“灰氢”为主，“蓝氢”为辅，“绿氢”占比过低。煤炭制氢、天然气制氢、工业副产制氢分别占比达62%、19%、18%。

氢能源，真正的清洁能源，发展瓶颈在逐步突破，未来前景广阔

作为碳中和领域的一个分支。氢能源板块近期表现非常亮眼，板块处在明显的上升通道中，并不断创出 历史 新高。

下面就对氢能源板块做一个分析以及相关标的参考。

氢能源，被誉为是世界上最干净的能源，是真正意义上的清洁能源，也是被称作21世纪最有发展前景的二次能源。

氢能源具有燃烧热值高，燃烧性好，无毒无污染，运输损耗少，可以以多种形态保存的诸多优点，是未来取代化石燃料的终极清洁能源。

各国政府都已出台氢能源及燃料电池的发展战略，美国、日本、德国等发达国家更是将氢能规划上升到国家能源战略高度。

我国对于氢能源发展和氢燃料电池技术的开发也相继出台了一系列扶持政策，并将氢能源 纳入《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》。

由于氢能源是属于二次能源，就是需要通过一定的方法，利用其它能源制取出来。

虽然我国是世界第一制氢大国，但是我们的制氢方法主要是采用化石燃料制取，因此会产生大量的碳排放。

而最环保的制氢方式是电解水制氢， 无污染，氢气产品纯度高。也就是我们俗称的绿氢。

但是因为耗电量大而导致制造成本高。

这也是目前制约我们发展氢能源的一个瓶颈之一。

如今，随着光伏发电的逐步普及，大部分光伏项目告别了多年来的补贴模式，平价上网的时代即将来临。而这对于耗电量高的制氢工艺是极大的利好。

发展氢能产业的另外一个瓶颈是就是储存，由于氢能源的特殊性，制氢完成后需要经过压力处理，再用特殊的储能设备来进行存储，而储存设备的高昂成本也使得氢能源的使用成本居高不下。随着储存技术的不断发展，未来成本具有很大的下降空间。

氢能未来最大的应用领域就是氢燃料电池。

氢燃料电池 汽车 国外是从大巴车起步，现在已向乘用车领域拓展。而我国目前只有燃料电池大巴车，并且大多燃料电池功率小，只能当作充电宝使用。所以这个领域未来发展的空间非常巨大。

整个氢能源产业规模巨大，据估算，到2050年，中国氢能源规模将达到12万亿，而氢能源 汽车 占比将会达到51%！

在实现碳中和目标的指引下，绿色制氢（电制氢）将会是未来发展的主要方向。

在A股上市公司中，很多公司已经在布局绿色制氢产业。日前宝丰能源发布公告称，拟投资十亿元在宁夏设立 全资子公司，通过光伏发电制取绿氢用于化工生产，并计划通过20年时间实现以新能源制取的绿氢替代原料煤制氢。

对于光伏制氢的成本核算，公司算了一笔账： 根据公司现有制氢设备的运行情况，制 1 标方氢气需要 5.2度电，用电成本为 0.63 元;制氢设备的折旧、人工、辅助等，每标方氢约 0.07 元。每方氢气的成本可控制在 0.7 元，与目前化石能源制氢成本每标方 0.6 元接近。

我国光伏产业 历经了十余年的发展，一毛钱一度电已经成为现实。在有些光照好的地方，光伏制氢的电力成本约0.15元，大幅低于现在制氢的电力成本。因此，未来光伏制氢的竞争力大幅增强，市场空间巨大。

目前，我国氢能源产业的上市公司数量较多，从各个产业链划分主要有以下几个部分：

氢气制取： 中国石化(600028)、华昌化工(002274)、东华能源(002221)、卫星石化(002648)、金马能源()、鸿达兴业(002002)、凯美特气(002549)、宝丰能源(600989)、金宏气体(668106)、滨化股份(601678)、嘉化能源(600273)、航天工程(603698)、美锦能源(000723)、中国石油(601857)、隆基股份(601012)、*ST金鸿(000669)、东华 科技 (002140)、亿利洁能(600277)；

氢气液化： 深冷股份(300540)、中泰股份(300435)；

氢气纯化： 创元 科技 (000551)、昊华 科技 (600378)、杭氧股份(002430)。

气态储运： 中材 科技 (002080)、*ST京城(600860)、天沃 科技 (002564)、亚普股份(603013)；

液态储运： 富瑞特装(300228)、航天晨光(600501)。

加氢站： 中国石化(600028)、厚普股份(300471)、中国石油(601857)、美锦能源(000723)、金通灵(300091)、科融环境(300152)、东方电气(600875)、安泰 科技 (000969)、重庆燃气(600917)、嘉化能源(600273)、东华能源(002221)、华昌化工(002274)、雄韬股份(002733)、中国旭阳集团()、佛燃能源(002911)；

压缩机上市公司： 开山股份(300257)、冰轮环境(000811)、雪人股份(002639)。

相关资料仅供参考。

氢能源的中国氢能行业发展分析

氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能源应用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能源研究。氢燃料电池技术，一直被认为是利用氢能，解决未来人类能源危机的终极方案。上海一直是中国氢燃料电池研发和应用的重要基地，包括上汽、上海神力、同济大学等企业、高校，也一直在从事研发氢燃料电池和氢能车辆。随着中国经济的快速发展，汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时，汽车燃油消耗也达到8000万吨，约占中国石油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天，发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。虽然燃料电池发动机的关键技术基本已经被突破，但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升，使产业化技术成熟。这个阶段需要政府加大研发力度的投入，以保证中国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势。这包括对掌握燃料电池关键技术的企业在资金、融资能力等方面予以支持。除此之外，国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件国产化、批量化生产的支持，不断整合燃料电池各方面优势，带动燃料电池产业链的延伸。同时政府还应给予相关的示范应用配套设施，并且支持对燃料电池相关产业链予以培育等，以加快燃料电池车示范运营相关的法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设，推动燃料电池汽车的载客示范运营。有政府的大力支持，氢能汽车一定能成为朝阳产业。