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1、绿氢产业发展分析1、氢能将重塑全球能源格局国际可再生能源署2022年1月发布的能源转型的地缘政治：氢因素显示，到2050年，氢能将占到全球能源使用量的12%；同时,将有30%以上的氢气用于国际贸易。这一比例高于目前的天然气，因此，氢能尤其是基于可再生能源的“绿氢”，将重塑全球能源格局，改变世界能源贸易的竞争环境。为了加快氢能技术发展，全球多国出台了氢能顶层设计和战略路线。今年4月，日本宣布拟修订“氢能源基本战略”，新修订纲要明确规定2040年氢气供应量达到1200万吨/年，投入约合7730亿元人民币建设大规模供应链和产业园区；2020年，欧盟发布欧盟氢能战略，指出将通过大规模部署氢能覆盖所有难
2、以脱碳领域，最终实现2050年“气候中性”目标；2020年，美国发布了氢能计划发展规划，设定了到2030年氢能发展的技术和经济指标，如工业和电力部门氢气价格1美元kg,研究、开发和验证氢能转化相关技术，解决技术和市场壁垒，最终实现跨应用领域的广泛部署。2022年3月，国家发展和改革委员会牵头制定的氢能产业发展中长期规划(20212035年)正式出台，明确了氢能的总体战略定位一一氢能是未来国家能源体系的重要组成部分；氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体；氢能产业是战略性新兴产业和未来重点发展方向。2、绿氢产业经济性分析绿氢制取成本由维护成本（主要是电力费用）和固定投资成本（主要是电解系统费用
3、）构成。电力费用一般占比为50%70%,由可再生能源电价与电解系统能耗组成；电解系统费用占比为20%-30%o目前，真正可以商业化的电解水制氢技术路线只有两个：一是碱性（ALK）电解水制氢，二是PEM（质子交换膜）制氢。1 .制氢产业经济性分析从制氢产业发展来看，碱性（ALK）电解水技术成熟度较高，我国绿氢示范项目几乎都采用该技术。目前,碱性电解制氢系统单体产氢量为IoOo2000Nm3h,制氢能耗为4.55.0kWhNm3T2,系统成本约为2000元/kW。按照陆上风电度电成本0.25元/kWh计算，当前碱性制氢成本约为20元kgT20PEM制氢单体产氢量约为200300Nm3h,采用贵金属
4、催化剂、钛基双板等材料，系统成本是碱性电解水成本的35倍，当前PEM制氢成本约为28元/kg-H2。随着可再生能源装机规模增加，度电成本将进一步降低（最新报道的陆上风电度电成本已低于01元/kWh）o通过加快制氢技术升级降低系统能耗和成本，同时开展装备自动化制造工艺开发降低批量化生产成本，510年后，绿氢制取成本将会与煤制氢价格持平甚至更低，绿氢将成为终端氢气消费的主力。2 .氢能输配经济性分析氢能输运有高压气态、管道、液氢以及氢载体（如氨、甲醇、甲烷等）输配等方式。高压气态管束式集装箱技术适合于氢气量小、短距离（小于20Okm）的输配。我国可再生资源是“西富东贫”，经济发展（与氢能发展速度一
5、致）正好相反。因此，长距离大规模输氢势在必行。最适合规模化、产业化发展的氢气输配方式为液氢和管道输配。管道运输成本严重依赖基础设施建设以及运输能力利用率。液氢适用于长距离、中大规模的氢能运输。液氢制取和输配在美国、日本等国家应用较广泛。美国液氢总产能达到326吨/天，而我国仅在航天和军事领域使用，总产能不到10吨/天。液氢运输成本由液化能耗费用、设备固定投资及运营成本组成。能耗费用占比约40%50%,设备费用占比约30%40虬目前，我国膨胀机及液氢阀门等核心设备较依赖进口，液氢制取能耗指标为12kWhkgo按照度电成本0.5元/kWh计算，液氢输配成本约为12元/kg-H2。降低氢气液化能耗,
6、自主化开发核心设备，开展规范化示范应用，是产业未来发展方向。3、绿氢技术发展路线1 .绿氢制取技术第一，ALK电解制氢技术路线（见图1）。关健材料核心装备安全员活控制高活性催化剂高比表面积；捧杂少员贵金属高气阻、高离子传导隔膜孑U切孔隙率调控；增强减薄零间隙膜电极大面枳涂布技术；界面电阻优化 高一致性双极板涂层致望：气液/均匀高功率度度电解懵懈席组装技术；专部件接融均匀 低能髭蜘化系统氢氧压壁控制技术故匿诊断及预饕技术多对一控制技术 快速冷启动技术故e智能识别技术 大数据管控技术关鲤材料：国产率Ioo%；自动生产技术核心装备：智能化组装；在战检测；视觉识别技术2030年规接化部署：灵活、抵成本
7、琳慢制氧系境图1ALK电解制氢技术路线安金控制主动适应电通波动的 超前控制方法一致性管控技术故厘诊断及预雪技术一是聚焦高催化活性催化剂、低阻抗隔膜等关键材料研发。二是研发零间隙膜电极、高一致性双极板等核心组件，研究电解小室流道结构对气/液的分布特性，开发高均一致性双极板，以使核心装备技术取得突破。三是通过数值模拟与试验相结合，深挖氢氧混合机理,开发氢氧压差控制技术、除氧技术，实现ALK制氢系统适应宽波动负荷；建立故障诊断与预警模型，提高制氢系统安全性；开展宽波动、低能耗氢气纯化系统、小型气液分离器技术攻关。目标：2025年，ALK制氢系统的电流密度达到0.6A/cm2l.8V,负载的调节范围达
8、到10%-150%,冷启动的时间低于IOnIin,成本低于100o元kW,装机规模达到50GW,制氢的成本低于15元/kg-H2；2030年，电流密度达到LOA/cm2L8V,成本达到700元kW,装机规模超过IOoGW,制氢成本低于10元/kg-H2。第二，PEM电解制氢技术路线（见图2）。核心装备低It贵金属催化剂多元望合催化剂：耐就化、 比面照就体：核壳、纳米阵列等新 型结构：非贵金属耐高压、低电阻质子交换服暨芳烧类复合皎：废结构修饰高传质腹电极催化剂浆料配方；粉对卷工艺低成本双极板表面处理技术；薄里涂层；一体化技术紧凑型电解槽机械应力均衡与封装技术；单池间结构与过程偏差敏感度分析202
9、5年小规横示范：低成本质子交换Bl电解制氧系统高压水气分离与回水安全控制技术 大数据管控技术关St材料：国产率60%；耐高压质子交换膜、密封件；批量生产技术；贵金属回收技术穆心装备：千标方高压蚣槽集成技术；物能化组装；在线检测2030年小规模化部:低成本窗能化质子交换RR电解制氧系统0B2PEM电解制氢技术路线一是研发低成本复合催化剂、核壳结构新型催化剂及高性能质子交换膜。二是开展高电导、耐腐蚀的涂层材料和制备工艺体系研究,开发自动化、智能化组装装备工艺。三是研究主动适应电源波动的超前控制方法，开发故障诊断与预警技术，提高系统整体性能。目标:2025年，PEM电解制氢电流密度达到2A/cm21
10、.8V,成本控制在5000元kW,寿命超过5万小时，装机规模达到5GW,制氢的成本低于20元kgT2;2030年,PEM电解制氢电流密度达到3A制m2L8V,寿命达到8万小时，装机规模超过15GW,制氢的成本低于15元/kg-H22 .氢能输配技术路线一是阐明压力瞬态释放工况下密封材料失效机制，开发材料在超低温、超高压下长疲劳周期测试平台。二是突破氢膨胀机结构设计、动密封和绝热技术，开发高效率氢气膨胀机。三是开展多种冷能利用优化工艺、连续正仲氢转化技术，攻克液氢制取工艺中能耗高、规模小的问题。液氢输配技术发展路线图（见图3）。制备工艺金属材料表面状态与氢吸附动力学 参数关系开发具有纳米级航扩散
11、通道的抗氧 掂材自低能耗氧气能胀机液固多场耦合仿真技术；动密封技术; 绝热技术高压液氢泵气蚀问时；超低温环境对活塞泵的影响自主化的液SUH取工艺 设计仿H平台多种冷畿利用优化工艺连续正仲氧转化技术开发扇耐磨、高强度受封材料大流量加氧机新型磁制冷技术核心装备2025年期模示范：颖备零部件80%国产化关曜材料：国产率60%;酎高压质子交换膜、密封件；批量生产高压水气分离与回水安全控制技术技术：贵金M回收技术核心装备：千标方高压单槽集成技术；智能化组装；在税检测大数据管控技术2030年规横化部H：输配成本低于7元Zkg圄3液氯输配技术发履路线目标：2025年，零部件80%国产化，液氢制取规模达到20
12、吨/天，能耗低于IOkWhkg液氢，氢膨胀机等端膨胀效率大于80%,流量大于500gs,储运成本低于8元/kg-H2。2030年，零部件100%国产化,单体液氢制取项目规模大于50吨/天,液化能耗低于7kWhkg,液氢储运成本低于5元kg-H204、氢能产业发展建议大力发展氢能产业尤其是绿氢，是实现零排放的有力武器之一，它可以有效助力“双碳”目标实现，目前已经吸引了全球投资者的目光。预计，我国“十四五”期间绿氢制取装机量将由2021年的350MW增长到2025年的15GW。伴随着装机量的快速增长，成本问题是必须解决的关键问题，这有赖于攻克从绿氢能制备到输配环节的一系列技术难题，以及“政策一示范
13、一产业模式”等层面的综合推进。1 .明确政策，完善标准明确绿氢制取项目属性，将其与传统危险化学品制取项目区分开来，建立和出台全国统一的制氢项目立项、审批、监管等办法；完善绿氢制取、液氢制取、输配相关规范和标准的制定，促进氢能产业可持续发展。2 .以产带研，打造绿色氢能综合应用示范项目统筹规划国家可再生能源制氢项目，发挥大型能源企业和装备制造企业优势，在可再生能源丰富地区，建设一批“可再生能源发电一制氢一氢能长途运输一氢能综合应用”示范项目，打造在可再生能源丰富地区制氢、在经济发达地区用氢的整体低成本绿氢制取及大规模、远距离储运一综合应用的跨地区绿氢供应链技术及模式。3 .加强技术攻关和原创技术开发加大对绿氢制取技术的支持力度，提高绿氢制取安全性、灵活性和可靠性，以适应快速增长的可再生能源制取装机规模，同时开发新型绿氢制取技术，大幅降低制氢能耗；加大对氢能低成本储运技术的研发，在突破全国产化液氢制取技术同时，探索新型液氢制取技术、温和条件下储运氢载体技术，引领氢能原创技术发展。
