氫能源：綠色零排放，或是能源終極形式

從歷史變遷的縱向角度看，人類(lèi)利用能源的發(fā)展歷史是不斷走向清潔化的過(guò)程，氫能源是目前已知最綠色清潔的能源，其反應(yīng)產(chǎn)物只有水，因此有望成為能源的終極形式。從橫向?qū)Ρ冉嵌瓤?，氫能源相較于其他形式的能源具有功率密度優(yōu)勢(shì)，在發(fā)電領(lǐng)域具有建設(shè)成本優(yōu)勢(shì)。目前氫能源應(yīng)用的主要阻礙在于分布式應(yīng)用場(chǎng)景利用綜合成本高，并且氫氣使用的便利性和其他能源相比有較大差距。以全球氫能源乘用車(chē)發(fā)展為例，氫能源產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚處于導(dǎo)入期，需要政策支持。我們認(rèn)為，在各國(guó)產(chǎn)業(yè)政策及補(bǔ)貼的推動(dòng)下，氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展有向好趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也有望真實(shí)進(jìn)入導(dǎo)入期，但產(chǎn)業(yè)鏈仍需完善。

從氫能源非工業(yè)應(yīng)用看：燃料電池是使用氫能源的理想方式，下游交通運(yùn)輸需求漸成主流

應(yīng)用和交通運(yùn)輸式應(yīng)用，據(jù)國(guó)外研究機(jī)構(gòu)Fuel Cell Today和E4tech數(shù)據(jù)顯示，交通運(yùn)輸裝載的氫燃料電池量逐年增長(zhǎng)，2017年全球燃料電池裝機(jī)中，交通運(yùn)輸需求占比68.05%。交運(yùn)需求已經(jīng)成為燃料電池的主要需求，也是氫能源非工業(yè)應(yīng)用的主要需求。

氫能源應(yīng)用有多種方式，可以通過(guò)傳統(tǒng)熱機(jī)也可以通過(guò)燃料電池。由于燃料電池跳出了熱循環(huán)的限制，因而具有更少的能量損失，能量利用效率更高。同時(shí)，燃料電池利用氫能源具有噪音小等優(yōu)點(diǎn)。因此燃料電池是氫能源利用的理想形式。氫能源燃料電池下游有便攜設(shè)備、固定式

氫能源產(chǎn)業(yè)鏈：日益完善，整裝待發(fā)

氫能源產(chǎn)業(yè)鏈包括上游制氫產(chǎn)氫、氫氣儲(chǔ)存運(yùn)輸、加氫站運(yùn)營(yíng)、中游燃料電池系統(tǒng)及零部件生產(chǎn)制造、下游氫燃料電池應(yīng)用等眾多環(huán)節(jié)。同時(shí)，圍繞氫氣展開(kāi)的主產(chǎn)業(yè)鏈條需要大量高技術(shù)含量機(jī)械設(shè)備支持，主要集中在制氫和壓縮領(lǐng)域。我們認(rèn)為，制氫路徑會(huì)按照制氫地的資源稟賦不同而有所變化，儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)主要還是氣態(tài)儲(chǔ)氫，但合金儲(chǔ)氫前景較好，加氫站環(huán)節(jié)會(huì)呈現(xiàn)中央制氫與分布式制氫共存互補(bǔ)的格局，燃料電池環(huán)節(jié)的機(jī)會(huì)在于質(zhì)子交換膜、低成本催化劑以及儲(chǔ)氫瓶，下游應(yīng)用環(huán)節(jié)中汽車(chē)市場(chǎng)最大，汽車(chē)應(yīng)用市場(chǎng)中，我們預(yù)計(jì)氫燃料電池商用車(chē)市場(chǎng)最先爆發(fā)。

總結(jié)與展望：看好配套設(shè)施市場(chǎng)

我們認(rèn)為未來(lái)應(yīng)該關(guān)注的投資機(jī)會(huì)有三點(diǎn)：1)氫能源的生產(chǎn)及其設(shè)備等附屬產(chǎn)業(yè);2)加氫站運(yùn)營(yíng)服務(wù)產(chǎn)業(yè);3)燃料電池核心技術(shù)的突破和氫能源商用車(chē)生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)鏈。在國(guó)內(nèi)目前的發(fā)展?fàn)顩r下，配套設(shè)施先行是大概率事件，之后是商用車(chē)制造。

分割線 箭頭 動(dòng)態(tài)

重點(diǎn)關(guān)注環(huán)節(jié)：我們看好配套設(shè)施及制造裝備和核心技術(shù)有壁壘的環(huán)節(jié)：

1、配套設(shè)施及制造裝備環(huán)節(jié)：關(guān)注制氫產(chǎn)氫、氫氣壓縮設(shè)備以及加氫站配套設(shè)備;相關(guān)標(biāo)的建議關(guān)注：厚普股份、漢鐘精機(jī)、伯肯節(jié)能等。

2、核心技術(shù)有壁壘環(huán)節(jié)：關(guān)注質(zhì)子交換膜、雙極板、氣體擴(kuò)散層、催化劑、車(chē)載儲(chǔ)氫罐等環(huán)節(jié)相關(guān)機(jī)會(huì);相關(guān)標(biāo)的建議關(guān)注：雄韜股份、東岳集團(tuán)、安泰科技、中材科技、貴研鉑業(yè)、雪人股份等。

相關(guān)行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)：政策支持力度不達(dá)預(yù)期;宏觀環(huán)境變化等系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn);氫能源燃料電池汽車(chē)發(fā)展不及預(yù)期;成本下降、技術(shù)工藝發(fā)展不及預(yù)期;電動(dòng)車(chē)安全事故等因素降低大眾預(yù)期;技術(shù)路線的變化導(dǎo)致新產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的風(fēng)險(xiǎn)。

目錄

氫能源：綠色零排放，或是能源終極形式

歷史縱向看：能源使用清潔程度不斷提升

橫向?qū)Ρ瓤矗簹淠茉淳哂卸喾矫鎯?yōu)勢(shì)

氫能源應(yīng)用阻礙：分布式應(yīng)用場(chǎng)景綜合成本高與加氫難

產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀：尚處于導(dǎo)入期，需要政策支持

氫能源應(yīng)用方式及場(chǎng)景：主要通過(guò)燃料電池，交通運(yùn)輸需求漸成主流

氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈：日益完善，整裝待發(fā)

制氫

儲(chǔ)氫

加氫站

氫燃料電池

下游應(yīng)用

總結(jié)與展望：看好配套設(shè)施市場(chǎng)

技術(shù)落地方案：多種形式共存

技術(shù)瓶頸與突破：燃料電池核心技術(shù)與產(chǎn)氫設(shè)備

相關(guān)標(biāo)的

相關(guān)行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

氫能源：綠色零排放或是能源終極形式

歷史縱向看：能源使用清潔程度不斷提升

環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)推動(dòng)能源利用向著綠色、清潔化的方向發(fā)展。從最開(kāi)始的草木發(fā)展到如今的風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮艿榷喾N形式，能源使用過(guò)程的污染物排放逐漸降低，這代表這人類(lèi)能源使用的方向。而目前已知的所有能源中，最為清潔的是氫能，氫氣使用過(guò)程產(chǎn)物是水，可以真正做到零排放、無(wú)污染，被看做是最具應(yīng)用前景的能源之一，或成為能源使用的終極形式。我們這篇報(bào)告主要是研究氫能源產(chǎn)業(yè)鏈情況(主要是研究非工業(yè)用途，尤其是在燃料電池上的應(yīng)用)，望其未來(lái)的可行性和機(jī)會(huì)所在。

橫向?qū)Ρ瓤矗簹淠茉淳哂卸喾矫鎯?yōu)勢(shì)

從不同能源的功率密度和用于發(fā)電時(shí)的建設(shè)成本方面考慮，氫能源都具有優(yōu)勢(shì)。從物質(zhì)能量密度角度看，氫能源高于汽油、柴油和天然氣。美國(guó)能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，氫氣功率密度幾乎是其他化石燃料的3倍多。從發(fā)電建設(shè)成本來(lái)講，氫能源發(fā)電建設(shè)成本最低。EIA數(shù)據(jù)顯示，氫氣發(fā)電建設(shè)成本僅580美元/KW，在風(fēng)能、天然氣、光伏、石油、生物質(zhì)能發(fā)電等眾多方式中成本最低。

可以看到氫能源在功率密度、成本方面具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)兼具環(huán)境友好性，其應(yīng)用前景十分廣闊。

氫能源應(yīng)用阻礙：分布式應(yīng)用場(chǎng)景綜合成本高與加氫難

雖然氫氣在理論層面相較于其他能源具有功率密度優(yōu)勢(shì)，且用于發(fā)電時(shí)建設(shè)成本較低，但是這僅考慮了發(fā)電時(shí)利用氫能源的模式。氫能源大范圍推廣使用離不開(kāi)分布式使用場(chǎng)景，當(dāng)應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生變化時(shí)，氫能源使用需要考慮的影響因素就變得更為復(fù)雜。

分布式應(yīng)用場(chǎng)景中與替代產(chǎn)品相比成本較高

氫能源的清潔利用主要是通過(guò)燃料電池，燃料電池應(yīng)用在分布式應(yīng)用場(chǎng)景中的時(shí)候與其他可替代方式相比，還存在成本高的問(wèn)題。以氫能源燃料電池汽車(chē)為例，應(yīng)用氫能源首先要考慮購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品的成本，燃料電池本就是技術(shù)含量高的產(chǎn)品，應(yīng)用到汽車(chē)上時(shí)使得汽車(chē)的一次性購(gòu)置成本迅速增長(zhǎng);其次考慮維護(hù)成本，燃料電池汽車(chē)比其他汽車(chē)更為精密，因此其維護(hù)成本更高;接著考慮消耗燃料的成本，氫氣由于在制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中需要更多的技術(shù)處理而具有更高的單位成本;最后考慮配套設(shè)施設(shè)施成本，燃料電池汽車(chē)使用需要眾多加氫站支持，加氫站由于需要配置大型壓縮機(jī)等大型設(shè)備，具有比加油站和充電站更高的建設(shè)成本。綜合考慮之下，分布式應(yīng)用場(chǎng)景中，氫能源應(yīng)用綜合成本很高。

根據(jù)羅蘭貝格提供的燃料電池汽車(chē)的數(shù)據(jù)測(cè)算，歐洲市場(chǎng)燃料電池小汽車(chē)的綜合使用成本達(dá)到0.24歐元/km，高于純電動(dòng)和柴油汽車(chē)的綜合使用成本。因?yàn)闅錃獬鍪蹠r(shí)會(huì)考慮氫氣制備、運(yùn)輸以及加氫站建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等成本，所以氫氣價(jià)格里面包含了這些相關(guān)配套設(shè)施的成本。因此這一成本就是氫能源以燃料電池形式應(yīng)用到小汽車(chē)上的全成本。

氫氣使用便利程度不如可替代產(chǎn)品

氫氣利用另一大難題是加氫難。因?yàn)樵O(shè)備與技術(shù)要求，加氫站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)高于加油站和充電站，目前加氫站的數(shù)量還不足以完全滿(mǎn)足商業(yè)化應(yīng)用的需求。汽油和電力的廣泛使用是以加油站和電網(wǎng)覆蓋為前提的，氫能源大規(guī)模使用也要以加氫站覆蓋為基礎(chǔ)。截止2017年底，全球共計(jì)加氫站328個(gè)，而國(guó)內(nèi)僅有9座。加氫站覆蓋范圍小對(duì)于氫能源的利用有不小的阻礙。

產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀：尚處于導(dǎo)入期，需要政策支持

國(guó)際汽車(chē)制造商協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2017年全球銷(xiāo)售乘用車(chē)接近0.71億輛，而勢(shì)銀智庫(kù)數(shù)據(jù)顯示2017年全球FCV(燃料電池汽車(chē))銷(xiāo)量3260輛(燃料電池汽車(chē)大多使用氫能源作為燃料，極少數(shù)使用其他燃料，在此暫且先認(rèn)為這些FCV都使用了氫氣做燃料)，氫能源在汽車(chē)領(lǐng)域滲透率不過(guò)0.0046%，在汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域氫能源產(chǎn)業(yè)化尚處于導(dǎo)入期。

因?yàn)槟壳皻淠茉吹睦蒙刑幱趯?dǎo)入期，因此需要政策支持引導(dǎo)。世界各國(guó)都針對(duì)氫能源利用出臺(tái)了各自的扶持政策，由于氫能源燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)有望成為氫能源最大的消費(fèi)端，支持政策主要集中在燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈。

國(guó)外政策支持：消費(fèi)端補(bǔ)貼與制造端補(bǔ)貼并舉

從補(bǔ)貼形式看，大多國(guó)家把補(bǔ)貼放在了消費(fèi)環(huán)節(jié)，以購(gòu)置稅費(fèi)抵免或者購(gòu)置補(bǔ)貼的形式發(fā)放，僅德國(guó)將補(bǔ)貼放在了開(kāi)發(fā)制造環(huán)節(jié)。前者屬于需求端的刺激，后者屬于供給端刺激。供給側(cè)(生產(chǎn)制造領(lǐng)域)補(bǔ)貼促進(jìn)企業(yè)研發(fā)新車(chē)型，有利于在無(wú)形中促進(jìn)企業(yè)形成研發(fā)能力，就算補(bǔ)貼斷了，多年的技術(shù)積累不會(huì)隨著補(bǔ)貼停止而消失。因此從這個(gè)角度看，德國(guó)將研發(fā)補(bǔ)貼放在生產(chǎn)領(lǐng)域不無(wú)道理。國(guó)內(nèi)補(bǔ)貼政策也可借鑒此類(lèi)方法，在補(bǔ)貼政策上實(shí)行多途徑刺激，在消費(fèi)端和研發(fā)端同時(shí)給予補(bǔ)貼，既保證政策效果也利于產(chǎn)業(yè)技術(shù)積淀。

從補(bǔ)貼力度看，各國(guó)補(bǔ)貼力度波動(dòng)幅度較大。美國(guó)和英國(guó)補(bǔ)貼在5000美元/輛上下，日韓則給予消費(fèi)者22000美元/輛左右的補(bǔ)貼。這也是日韓在燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先的原因之一。

資料來(lái)源：OFweek鋰電網(wǎng)，信達(dá)證券研發(fā)中心

國(guó)內(nèi)政策支持：補(bǔ)貼力度大

國(guó)內(nèi)方面補(bǔ)貼政策最早是在2009年出現(xiàn)，主要形式是免征購(gòu)置稅，同時(shí)還會(huì)在購(gòu)買(mǎi)時(shí)給予一次性的不同額度的補(bǔ)貼。從補(bǔ)貼力度看，我國(guó)的補(bǔ)貼力度是最大的，按2017年標(biāo)準(zhǔn)，僅乘用車(chē)補(bǔ)貼就高達(dá)20萬(wàn)元/輛，高于日韓22000美元/輛的標(biāo)準(zhǔn)，大型客貨則高達(dá)50萬(wàn)元/輛，遠(yuǎn)超出國(guó)外最高額度。2018年補(bǔ)貼有所調(diào)整，原來(lái)對(duì)應(yīng)的20、30、50萬(wàn)元/輛，分別調(diào)整為對(duì)應(yīng)補(bǔ)貼上限。

雖然我國(guó)氫能源燃料電池汽車(chē)補(bǔ)貼高出國(guó)外很多，但是全部都是以購(gòu)置補(bǔ)貼形式發(fā)放的，沒(méi)有在氫能源燃料電池汽車(chē)生產(chǎn)制造領(lǐng)域設(shè)置補(bǔ)貼政策。我們可以考慮在需求側(cè)和供給側(cè)同時(shí)補(bǔ)貼。需求刺激與技術(shù)進(jìn)步刺激并舉，可能是更健康的產(chǎn)業(yè)政策，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展更為有利。

同時(shí)，我們看到國(guó)家從2014年起將加氫站納入了補(bǔ)貼范圍，這是刺激配套產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，是從整條產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)看問(wèn)題，對(duì)氫能源燃料電池汽車(chē)發(fā)展有促進(jìn)作用。

國(guó)家層面出臺(tái)多項(xiàng)支持政策之后，各地方政府也出臺(tái)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，支持氫能源燃料電池汽車(chē)發(fā)展。在產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入階段，只有中央和地方相互配合，好的產(chǎn)業(yè)政策才能落地，才能真正促進(jìn)產(chǎn)業(yè)向好發(fā)展。

國(guó)內(nèi)方面，新能源汽車(chē)領(lǐng)域一直是鋰電汽車(chē)占據(jù)主導(dǎo)地位。但是國(guó)家在鋰電池汽車(chē)上的補(bǔ)貼政策正在逐步退坡，而氫能源燃料電池汽車(chē)的補(bǔ)貼政策相對(duì)來(lái)說(shuō)較為穩(wěn)定，就補(bǔ)貼力度上限來(lái)說(shuō)，燃料電池汽車(chē)的補(bǔ)貼力度是沒(méi)有下降的。2018年鋰電池汽車(chē)的補(bǔ)貼力度降幅較大，傳統(tǒng)工況續(xù)航在300km左右的乘用車(chē)補(bǔ)貼降幅達(dá)20%多，更低續(xù)航里程的降幅則更多。而燃料電池汽車(chē)補(bǔ)貼力度較為穩(wěn)定，且力度比鋰電池補(bǔ)貼力度大，因此氫能源燃料電池汽車(chē)處于政策大力支持階段，這也是氫能源產(chǎn)業(yè)處于導(dǎo)入階段所決定的。

總的來(lái)說(shuō)，氫能源在眾多能源中具有一定優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際應(yīng)用仍有成本和便利性方面的障礙，尤其是在分布式應(yīng)用領(lǐng)域更是如此。在國(guó)家政策支持和財(cái)政補(bǔ)貼下，氫能源的分布式應(yīng)用正處于高速發(fā)展中，而且處于概念向?qū)肫谵D(zhuǎn)化的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)。我們認(rèn)為，氫能源燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有向好趨勢(shì)，但產(chǎn)業(yè)化和行業(yè)健康發(fā)展仍需產(chǎn)業(yè)鏈逐步成長(zhǎng)和完善。

氫能源應(yīng)用方式及場(chǎng)景：主要通過(guò)燃料電池，交通運(yùn)輸需求漸成主流

目前全球范圍內(nèi)，氫能源分布式應(yīng)用主要是通過(guò)燃料電池。氫能源利用可以通過(guò)熱機(jī)(通過(guò)利用內(nèi)能做功的機(jī)械)也可以通過(guò)燃料電池，通過(guò)熱機(jī)利用氫氣的原理是：燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，氣體膨脹推動(dòng)傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。另一種利用方式就是通過(guò)燃料電池的形式，氫氣不直接燃燒，先分解成原子，再分解成質(zhì)子和電子，電子通過(guò)外電路產(chǎn)生電流做功。熱機(jī)利用氫能源的方式還屬于熱循環(huán)的過(guò)程，存在熱量的浪費(fèi)，能量利用效率低。燃料電池利用氫能源的方式不受熱循環(huán)原理影響，因而具有更高的能量利用效率，同時(shí)還有更低的噪音。因此燃料電池應(yīng)用是氫能源利用的主流途徑。

燃料電池原理：氧化還原反應(yīng)

燃料電池主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)三部分組成，原理是氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)實(shí)質(zhì)是燃料和氧氣發(fā)生反應(yīng)生水或者其他產(chǎn)物。負(fù)極(陽(yáng)極)是燃料反應(yīng)端，正極(陰極)是空氣反應(yīng)端。負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是燃料物質(zhì)(氫氣/甲醇/煤氣等)在催化劑作用下產(chǎn)生氫質(zhì)子、電子以及其他副產(chǎn)物，氫質(zhì)子穿過(guò)電解質(zhì)達(dá)到正極，準(zhǔn)備與正極上的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。正極發(fā)生的反應(yīng)是氧氣在催化劑作用下與通過(guò)電解質(zhì)達(dá)到正極的氫質(zhì)子、通過(guò)外電路從負(fù)極到達(dá)正極的電子結(jié)合生成水或者其他產(chǎn)物。電子從負(fù)極出發(fā)經(jīng)過(guò)外電路達(dá)到正極的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電流(電子定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流)，從而可以帶動(dòng)負(fù)載工作。

氫能源應(yīng)用需求：三大應(yīng)用場(chǎng)景，交運(yùn)需求漸成主流

氫能源主要是通過(guò)燃料電池得到應(yīng)用，而且燃料電池使用的燃料也主要是氫氣，因此我們可以根據(jù)氫燃料電池的應(yīng)用將氫能源的應(yīng)用分為三大場(chǎng)景：便攜式應(yīng)用場(chǎng)景、固定式應(yīng)用場(chǎng)景、交通運(yùn)輸應(yīng)用場(chǎng)景。便攜式應(yīng)用主要在輔助充電設(shè)備(戶(hù)外等場(chǎng)景)、軍用等產(chǎn)品，固定式應(yīng)用主要在家庭熱電聯(lián)產(chǎn)、家用燃料電池、通信基站備用電源、不間斷電源等產(chǎn)品，交通運(yùn)輸應(yīng)用主要在汽車(chē)等產(chǎn)品上。

FuelCell Today和E4tech數(shù)據(jù)顯示，燃料電池裝機(jī)逐年增長(zhǎng)，2012年-2017年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到32.1%，其中交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用比例逐年上升，2017年交運(yùn)領(lǐng)域的裝機(jī)占比已經(jīng)達(dá)到68.05%。交運(yùn)領(lǐng)域的需求已經(jīng)成為燃料電池主要需求，也是氫能源的主要需求。

氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈：日益完善，整裝待發(fā)

氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈包括上游氫氣制備、氫氣運(yùn)輸儲(chǔ)存、中游氫燃料電池、下游氫能源燃料電池應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)。上游氫氣制備包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫(甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等)、石化資源制氫(石油裂解、水煤氣法等)和新型制氫方法(生物質(zhì)、光化學(xué)等)等多種途徑;氫氣儲(chǔ)存包括氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)合金儲(chǔ)氫三種方式，氫氣運(yùn)輸包括罐車(chē)運(yùn)輸、管道運(yùn)輸?shù)确椒ㄍ緩?中游氫燃料電池涉及質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散材料、催化劑等多種零部件和關(guān)鍵材料;下游燃料電池應(yīng)用包括便攜式應(yīng)用、固定式應(yīng)用、交通運(yùn)輸應(yīng)用。

氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的完善需要很多專(zhuān)用裝備支持，而且大多數(shù)技術(shù)含量高，主要集中在制氫、儲(chǔ)氫領(lǐng)域。

制氫

制取氫氣目前主要的方法有化工原料制氫、石化資源制氫、電解水制氫等多種途徑?；ぴ现茪渲饕褂玫脑鲜羌状肌⒁掖?、液氨等，具有制取氫氣純度高、反應(yīng)要求低等優(yōu)點(diǎn);石化資源制氫主要使用石油、水煤氣、天然氣等資源，具有規(guī)模效應(yīng)，且原料易獲取;電解水制氫使用的原材料是水，具有原料可再生、可依賴(lài)的特點(diǎn)，如果使用清潔電力可實(shí)現(xiàn)全程無(wú)污染，但是過(guò)程中耗費(fèi)大量電能，成本昂貴;生物質(zhì)能制氫反應(yīng)速度較慢，且不能滿(mǎn)足大規(guī)模使用要求。

制氫工藝路線選擇上，我們認(rèn)為不同地區(qū)根據(jù)資源稟賦適合不同的工藝路線。在煤炭資源豐富的地區(qū)如山西等地，因?yàn)槊簝r(jià)格低廉，使用煤制取氫氣是較為實(shí)際的方式。同樣，在風(fēng)電、光伏、水電豐富的地區(qū)由于電價(jià)低，電解水可能是最經(jīng)濟(jì)環(huán)保的制氫方式。沒(méi)有特殊資源稟賦的地區(qū)，性?xún)r(jià)比是制取氫氣時(shí)的首要考慮因素。

未來(lái)在氫氣制取環(huán)節(jié)，會(huì)存在兩種運(yùn)營(yíng)形式。第一種是中央制氫，典型的運(yùn)營(yíng)模式是在城市周邊地區(qū)建設(shè)大規(guī)模氫氣生產(chǎn)廠，然后通過(guò)運(yùn)氫車(chē)將氫氣運(yùn)輸?shù)匠鞘兄械募託湔荆儆杉託湔境鍪劢o消費(fèi)者。第二種是分布式制氫，城市中的加氫站在站內(nèi)裝有氫氣發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)氫氣生產(chǎn)、壓縮、儲(chǔ)存、出售一體化，或者在應(yīng)用端直接安裝氫氣發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用端自產(chǎn)自供氫氣。我們認(rèn)為，未來(lái)中央產(chǎn)氫和分布式產(chǎn)氫兩種形式并存較為合理。

儲(chǔ)氫

儲(chǔ)氫方式有三種，分別是氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫。氣態(tài)儲(chǔ)氫主要是將氫氣直接儲(chǔ)存在高壓罐中，又細(xì)分為低壓儲(chǔ)存和高壓儲(chǔ)存，低壓儲(chǔ)存使用巨大的水密封儲(chǔ)槽儲(chǔ)存，高壓儲(chǔ)存是通過(guò)對(duì)氫氣加壓減小體積儲(chǔ)存在容器中;液態(tài)儲(chǔ)氫是將氫氣冷卻到一定低的溫度之下，使氫氣呈現(xiàn)液態(tài)，然后再將其儲(chǔ)存到特定容器中;固態(tài)儲(chǔ)氫是利用金屬合金(一般稱(chēng)為儲(chǔ)氫合金)晶格間隙吸附氫原子，(涉及到氫氣分子轉(zhuǎn)化為氫原子的過(guò)程)，同時(shí)表面還可以在表面結(jié)合一部分氫分子。

氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前主流的儲(chǔ)氫方式。氣態(tài)儲(chǔ)氫最大的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，儲(chǔ)存要求條件易滿(mǎn)足，成本低。液態(tài)儲(chǔ)氫需要先提供極低的溫度，之后儲(chǔ)存的容器還必須采用雙層真空隔熱結(jié)構(gòu)，液態(tài)氫沸點(diǎn)低，僅為20.38K(-253℃)，氣化潛熱小，僅0.91kj/mol，罐內(nèi)液氫和外界存在巨大的溫度差，一旦隔熱工作沒(méi)做好，液氫將大規(guī)模沸騰揮發(fā)損失，目前的技術(shù)只能保證液氫每天1%-2%的揮發(fā)，作為對(duì)照，汽油每月只損失1%。固體合金儲(chǔ)氫可以做到安全、高效、高密度，不僅可以在表面吸附氫分子，還可以在一定溫度和壓力下讓氫分子分解成為氫原子，進(jìn)入合金的八面體或四面體間隙(金屬原子堆垛時(shí)形成的空隙)，形成金屬化合物，可吸收相當(dāng)于儲(chǔ)氫合金體積1000-3000倍的氫氣，儲(chǔ)氫能力極其強(qiáng)大。常見(jiàn)的儲(chǔ)氫合金有鈦系合金、鋯系合金、鐵系合金、稀土系合金。其主要問(wèn)題在于儲(chǔ)存和釋放氫氣的過(guò)程主要是化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，需要一定的溫度和壓強(qiáng)環(huán)境，使用不方便，同時(shí)儲(chǔ)氫合金一般成本較高。

雖然目前大范圍使用的是氣態(tài)儲(chǔ)氫，但是固態(tài)合金儲(chǔ)氫方式性能卓越，是三種方式中最為理想的儲(chǔ)氫方式，是儲(chǔ)氫科研領(lǐng)域的前沿方向之一。隨著技術(shù)進(jìn)步，儲(chǔ)氫合金吸收釋放氫氣的條件要求可能降低和改善，非稀土系金屬合金的開(kāi)發(fā)研究可以降低儲(chǔ)氫成本，儲(chǔ)氫合金使用便利性的提升和成本的降低有望使得儲(chǔ)氫合金成為未來(lái)主流的儲(chǔ)氫方式。

加氫站

目前，為了支持燃料電池汽車(chē)發(fā)展，各國(guó)積極建設(shè)氫能源燃料電池汽車(chē)配套設(shè)施。根據(jù)規(guī)劃，到2020年，中國(guó)將建成100座加氫站，到2030年將建成1000座加氫站，日本在2020年前建成160個(gè)加氫站，韓國(guó)計(jì)劃到2020年建成80座加氫站，德國(guó)到2020年也預(yù)計(jì)達(dá)到100座加氫站的規(guī)模。世界上幾個(gè)建設(shè)加氫站的大國(guó)都以2020年100座加氫站為目標(biāo)。而截至2017年底我國(guó)加氫站共有9座，北京、上海各2座，深圳、廣州各1座，還有一座移動(dòng)加氫站，另外2座歸屬新源動(dòng)力和宇通客車(chē)，這距離我國(guó)2020年100座加氫站的目標(biāo)還有很大距離，同時(shí)也表明，未來(lái)兩年內(nèi)加氫站建設(shè)進(jìn)度會(huì)急劇增加，相關(guān)方面需求巨大，也是機(jī)會(huì)點(diǎn)。

技術(shù)路線：看好站內(nèi)制氫加氫方案發(fā)展前景

加氫站的技術(shù)路線有：站內(nèi)制氫技術(shù)和外供氫技術(shù)。站內(nèi)制氫加氫站技術(shù)主要是用天然氣或者其他原料在加氫站內(nèi)自己制氫然后加注到燃料電池汽車(chē)中，或者通過(guò)電解水制取氫氣然后壓縮，再加注到氫能源燃料電池汽車(chē)中。天然氣通過(guò)管道輸送到加氫站，加氫站配備有自己的制氫和壓縮氫氣的設(shè)備。其中，電解水制氫技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)十分成熟，歐洲大多數(shù)加氫站都采用這種技術(shù);外供氫加氫站的氫氣供氫氣來(lái)源多樣，包括中央產(chǎn)氫廠產(chǎn)出的氫氣、氯堿廠副產(chǎn)氫等多種來(lái)源，一般使用高壓氫氣瓶集束拖車(chē)運(yùn)輸。

我們看好站內(nèi)制氫加氫方案的發(fā)展前景。站內(nèi)制氫加氫比外供氫氣少了汽車(chē)運(yùn)輸成本，可以利用原有的天然氣管道或者送水管道，成本相對(duì)較低。而且電解水在現(xiàn)階段仍因?yàn)殡妰r(jià)因素綜合成本高于天然氣制氫成本，從成本角度和配套設(shè)施完備程度來(lái)看，使用天然氣的站內(nèi)制氫加氫站比較符合實(shí)際情況。從便利性角度看，站內(nèi)制氫加氫可以隨時(shí)制取，方便快捷。但是加氫站一般建在城市內(nèi)或者城市周邊，面積限制決定了其氫氣產(chǎn)能產(chǎn)量不一定夠用，因此中央制氫通過(guò)運(yùn)氫車(chē)運(yùn)到加氫站的模式作為補(bǔ)充形式具有存在的合理性。考慮到中央制氫廠建設(shè)投入大，資金需求高，且運(yùn)營(yíng)成本高，因此可能是由政府部門(mén)建設(shè)運(yùn)營(yíng)，形成“市場(chǎng)化的站內(nèi)制氫加氫站點(diǎn)主導(dǎo)，少數(shù)大型中央產(chǎn)氫廠補(bǔ)充”的格局。我們看好站內(nèi)加氫制氫模式帶來(lái)的投資機(jī)會(huì)。

氫燃料電池

氫能源燃料電池是氫能源清潔高效利用的核心，同樣也是整條氫能源主產(chǎn)業(yè)鏈的核心所在。燃料電池主要由膜電極組(MEA)、雙極板、集流板、端板組成，其中膜電極組又是由質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層組成。

一塊MEA單體正負(fù)極之間的理論電壓在0.7V，需要串聯(lián)起來(lái)使用才能提供高電壓。而用外接導(dǎo)線串聯(lián)則會(huì)有較多的電壓降和電量損失，因此采用雙極板在各個(gè)MEA之間充當(dāng)傳輸氣體和連接電路的作用。最后燃料電池的結(jié)構(gòu)就變成“...雙極板-MEA-雙極板-MEA-雙極板-MEA-雙極板-MEA...”的結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于高分聚合物重復(fù)的單體結(jié)構(gòu)。

催化劑在燃料電池的總成本中占比最高，在年產(chǎn)1000套燃料電池時(shí)，催化劑占總成本25%，當(dāng)年產(chǎn)電池?cái)?shù)量達(dá)到10萬(wàn)套和50萬(wàn)套時(shí)，催化劑成本就會(huì)達(dá)到40%左右。因此，從成本角度看，催化劑是整個(gè)燃料電池汽車(chē)降低成本的關(guān)鍵所在，但是燃料電池最為關(guān)鍵的技術(shù)在質(zhì)子交換膜上。