【圆方视角】氢能的应用场景和降本路径

1.    氢能将成为未来的主流能源之一

氢能具备储量高、热值高、零碳排的特点，未来将成为低碳社会的主要能源之一。

氢燃料的热值高，是常见燃料中最高的，达到142KJ/g，约为石油的3倍，煤炭的5倍，乙醇的4倍。这意味着，消耗相同质量的燃料，氢气所提供的能量最高。

氢气的高热值特点，决定了其在能量替代、以及交通工具轻量化方面将发挥重要作用。

其次，氢能源使用排放物仅为水，几乎零碳排

此外，氢是宇宙中含量非常高的元素，储量排名第三；且容易获取。

氢能符合各国的战略需求，因此目前一致预期为2050年氢能将在全球能源中占比达到18%，最终有多种应用领域，但中短期将主要运用在汽车领域。

2.    四大运用场景

氢能因为热能高、能量效率高（但储存不易）等原因，适合使用的场合包括交通运输、储能、工业、建筑四大场景。

交通领域会最先实现应用：1）氢燃料电池汽车、2）氢燃料电池船舶、飞机，这些有想象的空间。如果成本、技术达到一定程度，氢储能也将有很大发展，将和锂电储能、抽水蓄能等方式形成互补。

需求：2050年供应全球18%的能源

供应：制氢环节，制氢成本降低是主要关注的，制氢环节是可以快速降本的；在储氢运氢方面，除了安全、成本问题外，还需要有储氢技术的突破。

3.    性能: 高热值、高续航、充能快

氢能的热值很高，是汽油的约3倍，能量密度很高（续航长）目前量产最多的氢能源汽车丰田Mirai2021版续航652km。

4.    大规模运用的瓶颈主要是安全性和成本高企

1. 氢燃料制备成本高，便宜的制备方法有污染- 煤电制氢10元/kg，绿色能源制氢则成本过高(目前光伏风电电解水制氢40-50元/kg), 绿氢是主要鼓励方向。

2. 储运技术不成熟、成本高。

3. 加氢站高额的投资成本，1300万/台设备，建设加氢站核心的设备80%进口，国家补贴一个加氢站是300-400万元。

4. 极端条件下，有一定的安全性隐患，但氢气的爆炸极限的最小值比汽油蒸汽和天然气都要高。只有达到1）浓度极高 2）密闭空间 3）足够点火量的时候，才具备燃烧条件。

5.    成本如何下降

氢能产业链分为制氢、储运氢能、用氢三个环节。

因为中短期的运用场景以汽车为主，以燃料电池汽车为例，用氢成本=制氢成本+储运成本+加氢站成本+加氢站的合理利润。

制氢环节：目前提倡的是用绿色能源电解水来制氢-即绿氢，主要成本是电费成本、电解槽的成本。以当前工业电价6毛算，电费成本占比60-80%，叠加电解槽成本，需要40-50元制备1kg 氢气。电费低于3毛，成本和其他工业制氢路线成本相当。

未来光伏发电成本下降到1毛5，电解水制氢成本下降到20元以内。

制氢环节成本下降主要来自发电成本下降、电解槽成本下降或国产化（目前很多进口零部件）。目前我国电解水制氢占比很小-2020年小于4%，预计到2030年达到10%。规模大小也取决于降本速度。

储运环节：分为气态（长管拖车、管道等）、液态、固态三种方式。目前气态为主，但主要适用于少量、短距离运输，超过200km经济性会迅速下降。管道运输投资过高，每km500万。

液态储氢当前应用少，储氢密度大，适合长距离运输，是较为理想的模式。但因为压缩氢气到液态的成本很高，无法大规模使用。

固态储氢是用特定的储氢材料作为介质去吸纳氢气，然后运送到使用地，再通过反应释放氢气，但目前没有特别合适的介质，或是整个吸纳、释放过程还可能产生其他反应，技术不够成熟；另外也面临金属（介质）重量过重不好运输的问题。

在储运环节，气态运输适合短途，长途还是寄希望于液态储氢或是固态储氢技术的突破，以及降本。

加氢站成本下降主要来自于设备的国产化、规模效应；目前80%设备为进口，价格高昂。

用氢的成本需要低于40元/kg 才具有竞争性。当用氢成本在20-30元/kg,时，氢能用于汽车的运营成本可以和汽油车相媲美（预计2030之后），但和锂电的经济性仍然差距较远。

6.    大规模使用氢能有什么隐患

一名加州理工大学教授发表在“科学”杂志的论文指出，氢气使用是清洁能源，但在使用过程中不可避免的要造成氢气泄露，他测算在氢气的制备、储能过程中不可避免的会有15%的氢气泄露到大气层，使得氢气在大气占比从之前的0.5%增加到2.3%，氢气的泄露可能会导致臭氧层的减少最终达到10%。

另外，美国的大气学家还表示，不光会破坏臭氧层，还会使大气比例失衡，使得以氢气为营养物的太古代微生物繁殖增加，带来未知后果。

任何能源规模化使用都可能带来不可逆转的一些后果，因此各国在制定氢能源政策时，也应适当考虑过度使用氢能源造成的环境后果。