2021年氫能源產業發展趨勢分析

一、概念

“十年半導體，百年碳中和”。2020年9月22日，在第75屆聯合國大會上，國家領導人提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和?！?/span>

那么究竟什么是“碳中和”呢?字面意思來看, “碳”即二氧化碳，“中和”即正負相抵，綜合起來說就是排出的二氧化碳或溫室氣體被植樹造林，節能減排等形式抵消，但這并不代表著“零”排放，而是說使用清潔能源減少碳的排放和加大碳的吸收，做到碳排放和吸收的均衡，從而起到環保的目的，這就是所謂的“碳中和”。

二、發展

“碳中和”這個概念早在1997年就已經在美國問世，后來經過發展，實現了從“前衛”到“大眾”的轉變。2006年，《新牛津美國字典》將“碳中和”評為當年年度詞匯；2013年7月，國際航空運輸協會提出的航空業“2020年碳中和”方案浮出水面；2018年10月，聯合國政府間氣候變化專門委員會發布報告，呼吁各國采取行動，為把升溫控制在1.5攝氏度之內而努力。

三、原因

碳排放過量是海洋生態系統破壞嚴重、海洋酸化、海平面上升、冰川退縮等現象的導火索。近年來，我國地表平均溫升速率接近全球的2倍，海平面上升速度也高于全球平均水平。

根據第三次《氣候變化國際評估報告》，本世紀以來由于氣候變化造成的直接經濟損失平均占國內生產總值的1.07%，超過同期全球平均水平（0.14%）的7倍。顯然，氣候變化已對我國糧食安全、水安全、生態安全、能源安全、基礎設施安全以及人民生產財產安全構成了較為嚴重的威脅。

《巴黎協定》確立了2020年后，國際社會合作應對氣候變化的基本框架。提出把全球平均氣溫，較工業化前水平升高幅度控制在2℃之內，并為把升溫控制1.5℃之內而努力。世界氣象組織的報告顯示，2019年全球平均溫度比工業化前水平高出1.1℃。面對持續增長的碳排放，從而導致的溫度提升，實行“碳中和”刻不容緩。

四、各方舉措

1.中國

2018年8月1日，四川省舉行了“碳中和”項目啟動儀式，計劃于2018年10月在成都龍泉山城市森林公園建設500畝“碳中和”林。用20年時間增加碳匯，用以完全抵消本次會議產生的921噸碳排放總量。

2019年10月，第一期全國A級旅游景區質量提升培訓班在陜西舉辦，并成為全國首個“碳中和”景區培訓班。

2020年12月24日，中國第一家從事“碳中和”基礎研究的機構“中國科學院大氣物理研究所碳中和研究中心”在北京正式掛牌成立。

2021年1月，全國首個“碳中和”垃圾分類站落地四川成都，居民可以投放自己日常產生的可回收物，通過回收抵消碳排放量，還能獲得收益。

2021年3月5日，國務院總理在2021年國務院政府工作報告中指出，扎實做好“碳達峰”、“碳中和”各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案，優化產業結構和能源結構。

2021年3月15日，總書記主持召開中央財經委員會第九次會議，這次會議明確了“碳達峰”、“碳中和”工作的定位，尤其是為今后5年做好“碳達峰”工作謀劃了清晰的“施工圖”。

五.作用

1.經濟發展的信號，決定未來經濟的走向和面貌

比如，可再生能源行業將會迎來大發展機遇。而煤炭采掘、煤炭燃燒發電等行業會逐漸被淘汰，國民經濟會受到全面的影響。

2.對空氣質量改善也會產生深遠影響

“綠水青山就是金山銀山”，“碳中和”目標的提出，實際上就是提出了更高的空氣質量改善目標。

3.驅動能源新舊轉換，提升國家能源安全

工業化階段，煤炭、石油、天然氣等傳統化石能源，其能量釋放伴隨大量二氧化碳的排放，是全球碳排放增量的重要來源。而“碳中和”戰略則鼓勵新型清潔可再生能源對傳統化石能源的逐步替代，這將從根本上轉變經濟發展動力的“碳排放”需求。

在逆全球化趨勢下，能源安全重要性不言而喻。而“碳中和”戰略，有望推動我國的能源安全戰略從渠道端向源頭端延伸，在根本上提升能源安全，增強經濟發展確定性與穩定性。

4.倒逼產能提效降耗，加速產業轉型升級

近20年工業部門能源消耗比例一直維持在65%以上，這直接決定了工業部門的“碳瘦身”成為我國“碳減排”的重要環節。一方面，“碳中和”戰略將進一步倒逼低效產能的升級換代和落后產能的淘汰，另一方面還將推動國內工業制造效能的全面提升，通過加速電氣化，互聯化和智能化等多個維度切實推進工業部門的生產效能。

5.從供給側改革到經濟轉型，產業升級向各個行業不斷滲透

“碳中和”目標中單位增加值對應的碳排放，實際上是一個對各行業均適用的效能評價指標。而且這種指標更有利于推動產業各環節的全面升級，進一步推動中國制造從“高質量”走向“綠色高質量”。

6.發掘中國優勢，進一步提升中國影響力

我國可再生能源優勢顯著，“零碳”新能源產能豐富。2013年以來，我國可再生能源總產能加速攀升。截至2019年底，我國可再生能源產能約75.86萬兆瓦，同期歐盟和美國產能僅分別約為49.68萬兆瓦和26.45萬兆瓦，優勢明顯。

從水能、風能和太陽能等“零”碳排放的能源產能看，我國太陽能和風能產能分別在2017和2018年超越歐盟，產能優勢全球領先，而這些產能儲備都將是我國“碳中和”目標實現的重要支撐。此外，我國采取行動積極應對氣候變化，盡早達峰邁向近零碳排放，這不僅是國際責任擔當，也是美麗中國建設的需要和保障。

“碳中和”六大實現路徑

一、源頭減量

壓減落后產能，限制高耗能產品，降低能耗進而減少二氧化碳排放。

源頭減量是實現碳減排的首要途徑，也是短期內行之有效的措施之一。我國鋼鐵行業碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是國內碳排放量最高的制造業行業，目前鋼鐵行業源頭減量最可能的方式有兩種：1.壓降粗鋼產量；2.提高全廢鋼短流程工藝占比。

壓降粗鋼產量短期見效快，但可能會給市場供需關系特別是普鋼供需帶來階段性錯配，進而形成供給缺口。對于煤炭行業，煤炭的高碳屬性是沒有辦法改變的，但是可以通過技術手段加以清潔低碳利用，比如強化煤層氣高效開采技術，通過煤制氣等技術進行能源轉化，從而解決部分高碳排放問題。

2019年，煤炭占中國能源消費的58%，占全國二氧化碳總排放的80%；煤電裝機高達10.4億千瓦，占全球煤電總裝機的50%。這要求中國嚴控新增煤電，淘汰落后產能。

碳排放總量位居全國第三的江蘇省，為了應對氣候變化，按下低碳發展加速鍵。把降碳作為源頭治理的“牛鼻子”，嚴格控制煤炭總量，持續壓減低端落后化工、水泥、鋼鐵、玻璃產能，強化溫室氣體與大氣污染物協同治理。

二、能源替代

即清潔替代，也就是說由清潔能源（如可再生能源）替代高碳能源，在源頭上減少碳排放。

發展新能源，推動能源結構轉型是實現“碳中和”的關鍵。新能源的主要類型有太陽能、風能、氫能、核能，新材料儲能等，與煤炭、石油，天然氣等傳統含碳化石能源相比，新能源在理論技術、利用成本、環境影響，管理方式等方面有顯著不同。

隨著新能源技術快速發展和互聯網+、人工智能，新材料等技術不斷進步，新能源產業處于突破期，逐漸進入黃金發展期，已成為全球能源增長新動力，并將逐步替代化石能源，在“碳中和”進程中發揮關鍵作用。

碳排放問題的根源是化石能源大量開發和使用，治本之策是轉變能源發展方式，加快推進清潔替代和電能替代，徹底擺脫化石能源依賴。實現能源生產清潔化和能源消費電氣化，是實現“雙碳”目標最根本的措施。

電能具有清潔、高效、安全、便捷等優勢，是利用效率最高、經濟效率最高的終端能源品種。能源消費環節加快電能替代、提升電氣化率十分必要。隨著工業、交通、建筑等領域電能替代推進，電能在全社會終端能源消費占比將從目前的27%提升至66%，這將帶動電力需求快速增長，達到14-15萬億千瓦時。

三、回收利用

再生資源的回收利用可以有效減少初次生產過程中的碳排放，如廢鋼利用，塑料回收，動力電池回收以及垃圾分類。

“碳中和”背景下，金屬資源的循環利用不僅可以解決未來可能面對的資源短缺問題，也可以有效地實現節能減排，減少對環境的污染，是助力我國減碳的一條路徑。

我們知道電解鋁是高耗能、高碳排放行業，生產一噸電解鋁的碳排放為鋼鐵的6.2倍。2019年，我國電解鋁碳排放量達4.3億噸，約占全國總碳排放量的5%。限制電解鋁，嚴控電解鋁新增產能，支持再生鋁應得到廣泛應用。

與此同時，對垃圾分類回收也是一個很不錯的舉動。2021年1月14日，全國首創“碳中和”垃圾分類站在成都落地使用，群眾通過綠豆芽APP參與日常減碳行動，了解更多的“碳中和”知識，實實在在地參與到“碳中和”的環保行動中，為實現“碳中和”貢獻自己的綿薄之力。

四、節能提效

能源再利用，提高公共建筑能效水平。

改革開放以來，我國能源結構不斷改善，能效明顯提高，但仍不夠革命性。產業偏重、能效偏低、結構高碳等瓶頸，使我國環境問題日趨尖銳。

近年來，雖然我國已將能源強度、碳強度列入考核指標，能源彈性系數逐步下降，但目前能源強度依然是世界平均水平的1.5倍，這顯然是不可持續的。如果這一數字提升至1.0，就意味著同等規模的GDP可節省十幾億噸標煤。

因此，節能提效應為我國能源戰略之首，成為綠色、低碳的第一能源，保障國家能源供需安全和能源環境安全的要素。特別是在當前以化石能源為主的能源結構下，節能提效應是減排的主力。

“十四五”期間，能源行業要走上高質量發展新征程?；茉匆M可能適應能源轉型需要，如煤炭要實現清潔高效利用，石油行業仍要“穩油增氣”，且要大力發展非化石能源。

五、工藝改造

工業過程中對生產工藝進行優化、升級、改造，主要集中在對電池技術升級、智慧電網、能源互聯網等方面。

面對碳排放總量大、高碳發展慣性強的嚴峻形勢，中國要用不到10年的時間實現“碳達峰”，再用30年左右的時間實現“碳中和”，任務非常艱巨。因此需要在生產過程中對生產工藝進行優化、升級、改造。

比如中國能源互聯網實質是“智能電網+特高壓電網+清潔能源”，加快發展特高壓電網是構建中國能源互聯網的關鍵。沒有特高壓電網，我國清潔能源無法大規模開發利用，霧霾、酸雨等環境問題不能根本解決，“碳中和”目標將難以實現。

在電池技術方面，純電動汽車的續航一直是大家最后詬病的。因此制造商可以改進技術，研發出更高容量密度的同類型電池，從而增加車輛的續航里程。

六、碳捕集、利用與封存

將高碳企業排放的二氧化碳收集起來，并用各種方法儲存（地質封存、海洋封存）以避免排放到大氣中的一種技術。

我國能源系統規模龐大、需求多樣，從兼顧實現“碳中和”目標和保障能源安全的角度考慮，碳捕集、利用與封存（CCUS）是我國實現“碳中和”目標技術組成的重要構成部分，是目前實現大規?；茉戳闩欧爬玫妮^好技術選擇，是“碳中和”目標下保持電力系統靈活性的主要技術手段。

綜合考慮CCUS技術在電力系統、工業部門的應用及其負排放潛力，研究顯示，預計到2050年，CCUS技術科提供減排貢獻為11億-27億噸二氧化碳。

以上6種路徑中，在其他減排路徑經濟技術較為一般或時間成本較高的情況下，短期壓減產能或許是一條行之有效的措施。我們這里主要想分析的是能源替代，是因為無論從需求端還是供給端來看，能源替代符合戰略性新興產業發展規劃，同時也是對“十四五”規劃的很好踐行。

實現“碳中和”的能源替代

一、供給側：光伏、風電

近年來，為了促進戰略性新興產業的發展，國家出臺了多項扶持政策。在新能源產業方面，3月份，國家能源局等5部門聯合發布了《關于引導加大金融支持力度 促進風電和光伏發電等行業健康有序發展的通知》，通過加大金融政策支持，聚焦市場企業關注的補貼拖欠問題，穩定市場預期。據估算，到2020年末，光伏、風電項目累計補貼缺口將達到4000億元左右。

本次通知的下發，從多個方面緩解風、光電項目在資金上的緊張局面，有利于在平價上網時代，風，電項目的平穩運營，明確了政府支持可再生能源發展的信心和決心。在《關于2021年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知》中，國家能源局相關負責人表示，為加快推動“碳達峰”、“碳中和”工作，將加快清潔能源開發利用，制定更加積極的新能源發展目標，推進陸上風電和光伏發電全面實現平價無補貼上網。

據專家測算，2030年風電、光伏新增裝機量分別為1.53、1.88億千瓦。2060年風電、光伏新增裝機量進一步達到為2.19、2.7億千瓦。光伏、風電單位投資成本保持下降趨勢，到2030年分別達到0.371元/瓦、5.63元/瓦。到2060年分別達到1.35元/瓦、4.5 元/瓦。預測“碳中和”將為可再生能源發電領域累計增加約84萬億元人民幣的新增投資，其中光伏、風電裝機建設投資規模約60萬億元。

二、需求側：終端電氣化

由于能源供給側向綠色電力轉變，所以需求側的脫碳首先意味著終端電氣化。根據國網能源研究院2019年12月的研究成果，終端電氣化率在2050年達到50%以上，其中工業、建筑，交通部門分別達到52%、65%，35%。

1.工業電氣化

2019年我國鋼鐵行業90%以上的產能采用高爐（BOF）技術，而電爐技術（EAF）僅占生產總量的9%，特別是以廢鋼為原料的短流程煉鋼技術，碳排放量僅0.4噸二氧化碳/噸鋼，若使用綠色電力為電爐供能，則碳排放量可降為0。

2.建筑電氣化

制冷、照明、家電已經實現了100%電氣化，供暖和烹飪的電氣化推進較為緩慢。我國北方城鎮普遍實行集中供暖，主要熱源為燃煤熱電聯產和燃煤鍋爐。建筑部門電氣化需綜合考慮公共部門與居民住宅，也要考慮南北方氣候差異。隨著人民生活水平提高，家用電器的數量和使用強度呈上升趨勢。未來采暖電氣化應逐步替代燃煤鍋爐，炊事電氣化應重點關注餐廳電氣化和住宅炊事習慣引導。

3.交通電氣化

發展新能源汽車是我國實現“碳中和”目標、應對氣候變化、推動綠色發展的重要國策。2020年中國新能源汽車產銷量雙雙突破130萬輛，全國新能源汽車累計保有量已經超過500萬輛。

2021年是“十四五”的開局之年，從政府工作報告中可以看出，隨著新能源汽車后市場基礎設施建設的加速，政府不斷在消費端釋放利好信號，為穩定新能源汽車消費市場發展建立更多長效機制。增加停車場、充電樁、換電站、電池回收等設施，將進一步完善新能源汽車產業鏈結構，加快推進新能源汽車代替傳統汽車的進程。

氫能源汽車和電動汽車同屬于新能源汽車賽道，電動汽車的快速發展，對于氫能源汽車來說是一個良好的勢頭，具有一定的發展共性。氫能源汽車的發展將有望推動其上游氫燃料電池的發展。

氫燃料電池產業鏈介紹

一、上游：氫能供應商（制氫、儲氫、運氫、加注）和組件供應商

中國制氫規模居世界第一，2019年全年氫能源產量超過2100萬噸，目前主要包括煤制氫、天然氣重整、甲醇重整制氫和化學工業副產制氫、電解水制氫等方法。

其中，東中部地區能源相對緊缺，環境約束要求高，經濟承受力強，以工業副產氫、甲醇制氫為主；西北地區有大量的煤化工工廠、焦化工廠、氯堿工廠；西南地區有大量的天然氣合成氨、天然氣甲醇工廠，也有煤化工工廠，均可成為氫源。

總的來說，中國的制氫技術處于較成熟的階段，產氫形式比較多，氫能產能充分。目前使用比較廣泛的儲氫手段有高壓儲氫、液態儲氫、金屬氧化物儲氫、碳基材料儲氫以及化學儲氫等。

電池組件包括燃料電池電堆、空壓機、水泵、氫泵、儲氫器、加濕器等，其中電堆又可劃分為雙極板、電解質、催化劑、氣體擴散層。

目前常用的商業化質子交換膜是全氟磺酸膜，國內的武漢理工新能源公司、山東東岳集團、上海神力科技、大連新源動力和三愛富都有均質膜的生產能力。

燃料電池催化劑主要生產商國內大連化物所具備小規模生產的能力；制備氣體擴散層的炭材料，我國對炭紙的研發主要集中于中南大學、武漢理工大學以及北京化工大學等，上海和森公司已有小批量碳紙產品?？偟膩碚f，在組件供應方面，我國自己具備了自己生產的能力。

二、中游：氫燃料電池

產業鏈中游是燃料電池系統的組裝部分，即將上游的材料和部件進行組裝，集成到燃料電池系統。燃料電池系統分為燃料電池電堆和輔助子系統兩大部分。目前我國氫燃料電池系統集成技術比較成熟，但冷啟動溫度一般為-20℃，與豐田的-30℃還有差距。

三、下游：燃料電池應用

氫能是公認的最潔凈的燃料，所以交通領域漸成核心場景。2019年中國氫能源汽車保有量為6459輛，我國氫燃料電池汽車目前確定的發展目標為：到2020年，實現氫燃料電池汽車技術規?；痉哆\行，示范車輛達到5000輛；到2025年，實現氫燃料電池汽車技術的推廣應用，商用車達到萬輛規模，乘用車規模達到4萬輛。到2030年，實現氫燃料電池汽車的大規模推廣應用，氫燃料電池汽車產銷規模達到50萬輛。

在技術方面，氫能源汽車的續航里程，使用壽命都有一定的提高，氫燃料加注時間也明顯縮短。比如宇通第3代氫燃料電池客車采用350MPa鋁內膽碳纖維全纏繞儲氫系統，實現了氫燃料加注時間僅需10分鐘，單次加氫續駛里程達600公里；還結合了宇通?？?.0技術，將電池艙體溫度控制在15-35℃，滿足氫燃料電池26℃左右的適宜工作狀態，使其壽命也達到了5000小時。

氫燃料電池未來發展前景

通過上述對氫燃料電池產業鏈的分析，其上游氫能源行業符合能源轉型需求，下游新能源汽車市場規模增長迅速，有望共同驅動氫燃料電池行業向好發展。

一、產業鏈上的可能性

在產業鏈的上游，制氫、儲氫、運氫都已經相對成熟，比較薄弱的是加氣環節，目前我國從事加氫核心設備研發的企業較少，主要依賴進口，自主產品發展不成熟，導致了我國加氫站建設成本較高。

《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2016）》提出了2020年建設100座加氫站，2030年建設1000座加氫站的目標，與此同時，國家也出臺了相應的政策扶持氫能的發展。

在電池組件中，催化劑是關鍵材料之一，常用的催化劑是Pt/C，由于世界上僅有少數國家生產鉑金屬，使得鉑價格昂貴，此外還存在耐久性問題，所以目前的一些研究專注于開發尋找可以替代鉑的、低成本的、資源豐富的催化劑。

常用的質子交換膜是全氟磺酸膜，但由于成本高，不耐高溫等缺點，各研究機構也在研究其他類型的膜，比如復合膜、高溫膜、堿性膜等，這樣就使得催化劑可選擇的范圍更寬泛。

在產業鏈的下游，和其他燃料電池相比，氫燃料電池工作溫度低、響應速度快和體積小等特點完全適用于電動汽車的動力源，是未來新能源汽車最重要的發展方向之一。

二、政策的扶持

2018年國務院印發的《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》曾提出：要系統推進燃料電池汽車研發與產業化，到2020年，實現燃料電池汽車批量生產和規?；痉稇?。

2019年《中國氫能及燃料電池產業白皮書》指出氫能源產業的發展事關中國能源戰略體系，事關中國生態文明建設，事關戰略新興產業布局；在《中國制造2025》中，也明確支持燃料電池汽車的發展，推動新能源汽車與國際先進水平接軌的戰略。

在燃料電池領域出臺政策的密度越來越集中，戰略高度也越來越高，對于燃料電池的發展規劃也更加細節化、具體化，財政補貼也由點及面，由原來只限于試點城市擴及到全國范圍。在政府大力補貼及扶持下，我國燃料電池產業化進程也正在逐步推進中。目前已有許多示范性項目，商業化應用也在逐步展開。

相信在國家政策的支持下，以及技術的不斷提升，產業鏈不斷完善，氫能及氫燃料電池產業是一片藍海，是21世紀的朝陽產業，將共同推動“雙碳”目標的實現。

我國敢于承諾爭取2060年前實現“碳中和”，底氣來自于近年來積極應對氣候變化國家戰略所取得的顯著成效。

截至2019年底，我國碳強度較2005年降低約48.1%，非化石能源占一次能源消費比重達15.3%，提前完成我國對外承諾的到2020年目標，扭轉了二氧化碳排放快速增長的局面。

2020年，我國單位國內生產總值二氧化碳排放比2015年下降18.8%，完成“十三五”單位國內生產總值二氧化碳排放下降18%的目標。

從本質上來看，“碳中和”目標是一次能源技術革新。它要求人類在經濟發展的同時，提高能源利用效率、開發清潔能源，減少對化石能源的依賴，實現能源技術和減排技術的創新，實現經濟結構的調整和制度變革，追求綠色GDP，實現人類生存發展觀念的根本性轉變。

雖然我國還處在工業化、城鎮化的中后期，實現“碳達峰”，“碳中和”難度更大，但我國的后發優勢在于更好的技術條件和技術支撐。我們堅信，在全國人民的共同努力下，我國的“碳中和”目標實現指日可待。