1、氫氣制取是氫能利用經(jīng)濟(jì)性考量的重要環(huán)節(jié)

1.1 氫燃料電池“顛覆”傳統(tǒng)用能方式

氫能作為能源技術(shù)革命的重要發(fā)展方向，其潛力和重要性愈發(fā)受到全球的普遍認(rèn) 可，被視為21世紀(jì)最具前景的清潔能源之一。氫能以其清潔環(huán)保、效能高、來源廣、 可儲(chǔ)能等優(yōu)勢(shì)，被稱為“終極能源”，是未來替代礦物能源的最佳選擇，并且能夠有 效解決可再生能源的消納問題，以解決全球化石能源危機(jī)、全球變暖以及環(huán)境污染等。

燃料電池是將氫能轉(zhuǎn)化為電能最有效的轉(zhuǎn)換裝置。使用氫做燃料時(shí)，氫燃料電池 理論上不產(chǎn)生任何空氣污染物，總生命周期排放量取決于氫的生產(chǎn)過程(與電力一樣)， 而且在非常小的尺寸下也具有很高的轉(zhuǎn)換效率。燃料電池具備的模塊化特性意味著燃 料電池可以廣泛應(yīng)用在從小型便攜式電子設(shè)備到大型固定設(shè)備，以及交通運(yùn)輸?shù)炔煌?領(lǐng)域。燃料電池被視為一種“顛覆性技術(shù)”，它可以顯著加快我們從現(xiàn)有世界向一個(gè) 新的、更清潔、更高效的氫能源世界的轉(zhuǎn)變。根據(jù)E4Tech數(shù)據(jù)顯示，交通運(yùn)輸是當(dāng)前 燃料電池最主要的應(yīng)用場(chǎng)景，裝機(jī)量出貨規(guī)模占據(jù)70%。燃料電池汽車不僅能量轉(zhuǎn)換 效率高于內(nèi)燃機(jī)，而且在汽車使用周期內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)了零污染、零排放。由于燃料電池 機(jī)械構(gòu)造簡(jiǎn)單，燃料電池汽車還具備平穩(wěn)，舒適和噪音低的特點(diǎn)。

1.2 氫氣成本是制約燃料電池汽車商業(yè)化的瓶頸之一

目前燃料電池汽車較高的綜合使用成本是限制其商業(yè)化的主因。通過與目前市 場(chǎng)上其他類型汽車的使用成本拆解對(duì)比，燃料電池汽車的高成本主要來源有二：1） 車輛購置成本，主要是當(dāng)前技術(shù)和規(guī)模下較高的生產(chǎn)成本所致；2）燃料消耗成本， 氫氣在制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^程中需要更多技術(shù)處理而導(dǎo)致更高的單位使用成本。最 終直接導(dǎo)致燃料電池電動(dòng)車的綜合成本偏高。

氫氣相比于其他燃料更高的價(jià)格主要來自生產(chǎn)制備環(huán)節(jié)。氫氣的制備、存儲(chǔ)和運(yùn) 輸?shù)燃夹g(shù)均影響到氫氣燃料能否方便快捷低成本地獲取，其中氫氣的大規(guī)模、低成本 和高效制備是需首要解決的關(guān)鍵性難題。據(jù)中商情報(bào)網(wǎng)，從我國(guó)目前的供氫基礎(chǔ)設(shè)施 完善程度和技術(shù)水平來看，包括制氫和儲(chǔ)運(yùn)在內(nèi)的氫氣成本占到加氫站終端售價(jià)的70% 左右，其中氫氣原材料成本占比達(dá)到50%。因此制氫環(huán)節(jié)較大程度上決定了氫燃料使 用的經(jīng)濟(jì)性。

1.3 氫能來源廣泛，制備技術(shù)多元

氫能是一種二次能源，因?yàn)闅湓谧匀唤缰兄灰曰衔锏男问酱嬖冢孕枰ㄟ^ 特定的生產(chǎn)過程才能獲取利用。氫能來源多樣，不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等 化石能源重整、生物質(zhì)熱裂解，或微生物發(fā)酵等途徑制取，還可以來自焦化、氯堿、 鋼鐵、冶金等工業(yè)副產(chǎn)氣，也可以利用電解水制取。若與可再生能源發(fā)電結(jié)合，不僅 實(shí)現(xiàn)全生命周期綠色清潔，更拓展了可再生能源的利用方式。

目前已有多種制氫技術(shù)，以如下三種技術(shù)路線為主導(dǎo)：一是以煤和天然氣為主的 化石能源重整制氫;二是以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為主的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫， 三是電解水制氫。其他制氫工藝包括生物質(zhì)制氫、太陽能光解水制氫等尚處于實(shí)驗(yàn)開 發(fā)階段。當(dāng)前制氫原料主要以石油、天然氣、煤炭等化石資源為主,較之于其他制氫 方法,化石能源重整制氫工藝更為成熟,原料價(jià)格相對(duì)低廉,但會(huì)排放大量的溫室氣體, 污染環(huán)境。從全球范圍來看，天然氣制氫是現(xiàn)今最主流的形式，占比近50%；醇類次之，占比為30%；僅有4%左右來源于電解水。我國(guó)則以煤炭制氫為主，占比為62%，天 然氣次之，占比為19%，與“富煤貧油少氣”的能源稟賦特征相符。

1.4 中國(guó)具備氫能制取的稟賦優(yōu)勢(shì)

作為全球氫能利用的大國(guó), 中國(guó)自2009年工業(yè)氫氣產(chǎn)量首次突破1,000×104t以 來, 已經(jīng)連續(xù)9年保持世界第一。我國(guó)氫氣的需求量和生產(chǎn)量旺盛, 呈逐年上升的態(tài) 勢(shì), 目前保持著供需平衡的狀態(tài)。2015年度氫氣產(chǎn)量超過1,800萬噸，但超過95%以上 的氫氣用于煉化、煤制化學(xué)品、合成氨等產(chǎn)業(yè)，目前用于燃料電池應(yīng)用的氫氣占比較 低。我國(guó)氫能來源廣泛，既有大量的工業(yè)副產(chǎn)氫氣，又有大量的棄風(fēng)棄光電、低谷電 等可供制氫的存量資源。

根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟估算，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能2,500萬噸/年，工業(yè)副產(chǎn)氫、天 然氣重整制氫等可以提供低成本的氫氣供應(yīng)；富集的煤炭資源配合二氧化碳捕捉與封 存技術(shù)(ccs)可提供大規(guī)模低成本的穩(wěn)定氫源供給。同時(shí)中國(guó)還是全球第一大可再生 能源發(fā)電國(guó)，由于分布不平衡導(dǎo)致發(fā)電中心與用電負(fù)荷中心脫離，電的遠(yuǎn)距離跨區(qū)域 輸送需求超出現(xiàn)有電網(wǎng)配套能力，大量的水電、風(fēng)電和光電成為棄電，每年僅風(fēng)電、 光伏等可再生能源棄電約1,000億千瓦時(shí)。氫能將是富余可再生能源消納和轉(zhuǎn)移的重 要方式，若將棄電按照10%用于制氫計(jì)算，可滿足超過100萬輛乘用車用氫需求，未來 隨著燃料電池汽車大規(guī)模應(yīng)用，棄風(fēng)、棄光等可再生能源電解水制氫是最為環(huán)保的能 源利用方式。

2、化石能源制氫：需結(jié)合地區(qū)資源條件，因地制宜

2.1 煤制氫工藝成熟，成本低廉但下降空間小

煤是我國(guó)制氫的主要原料,雖然煤焦化副產(chǎn)的焦?fàn)t氣也用于制氫,但煤氣化制氫 目前在國(guó)內(nèi)氫氣生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位。煤氣化制氫是先將煤炭與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng), 進(jìn)而與水反應(yīng),得到以氫氣和CO為主要成分的氣態(tài)產(chǎn)品,然后經(jīng)過脫硫凈化,CO繼續(xù)與 水蒸氣發(fā)生變換反應(yīng)生成更多的氫氣,最后經(jīng)分離、提純等過程而獲得一定純度的產(chǎn) 品氫。煤氣化制氫技術(shù)的工藝過程一般包括煤氣化、煤氣凈化、CO變換以及氫氣提純 等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

煤制氫歷史悠久、技術(shù)成熟，是制備合成氨、甲醇、液體燃料、天然氣等多種產(chǎn) 品的原料，廣泛應(yīng)用于煤化工、石化、鋼鐵等領(lǐng)域。幾十年來，化工和化肥行業(yè)一直 在使用這項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)氨 (尤其在中國(guó))。全球約有130座煤炭氣化廠在營(yíng)，其中80%以 上在中國(guó)。煤制氫技術(shù)路線成熟高效，可大規(guī)模穩(wěn)定制備，是當(dāng)前成本最低的制氫方 式。據(jù)IEA數(shù)據(jù)，煤氣化制氫的成本中，資本支出約占50%，燃料需求占15%-20%，因 此，煤的可用性和成本對(duì)煤制氫項(xiàng)目的可行性起著重要的決定作用。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián) 盟測(cè)算，以技術(shù)成熟成本較低煤氣化技術(shù)為例，每小時(shí)產(chǎn)能為54萬方合成氣的裝置， 在原料煤（6000大卡，含碳量80%以上)價(jià)格600元/噸的情況下，制取氫氣成本約為8.85 元/公斤。

煤制氫工藝二氧化碳排放量約是天然氣制氫的4倍，需結(jié)合碳捕集與封存(ccs)技 術(shù)實(shí)現(xiàn)減排。據(jù)IEA數(shù)據(jù)，在煤制氫生產(chǎn)中加入CCS預(yù)計(jì)將使資本支出和燃料成本分別 增加5%和130%，中國(guó)氫能聯(lián)盟計(jì)算在前述基礎(chǔ)上增加ccs后煤制氫成本約增加至 15.85元/公斤。中國(guó)作為煤炭大國(guó)，煤炭資源豐富易得，并且已建立了大量煤炭開采 基礎(chǔ)設(shè)施。由于國(guó)內(nèi)缺乏廉價(jià)的天然氣源，配備CCS的煤制氫工藝很可能至少在中期 是清潔制氫中最便宜的選擇。

2.2 天然氣制氫受制于國(guó)內(nèi)高原料成本

天然氣制取氫氣的工藝技術(shù)主要根據(jù)氧化劑性質(zhì)的不同分為三種：

? 蒸汽重整(Steam reforming): 純水蒸氣用作氧化劑，反應(yīng)需要吸熱;

? 部分氧化(Partial oxidation): 使用氧氣或空氣，反應(yīng)過程放熱；

? 自熱重整(Autothermal reforming):蒸汽重整和部分氧化的結(jié)合，混合空氣 和水蒸氣，并調(diào)整兩種氧化劑的比例，使之不需要吸收或排放熱量(等溫)。

甲烷蒸汽重整(SMR)是目前天然氣大規(guī)模制氫最廣泛的技術(shù)。重整是通過化學(xué)過程在 催化劑條件下將碳?xì)浠衔锖痛嫁D(zhuǎn)化為氫，產(chǎn)生副產(chǎn)品水(蒸汽)、一氧化碳和二氧化 碳。反應(yīng)溫度大約在700℃和900℃之間。在短期內(nèi)，SMR仍將是大規(guī)模制氫的主導(dǎo)技 術(shù)，因?yàn)樗慕?jīng)濟(jì)效益更好，并且在世界范圍內(nèi)有大量的SMR裝置在運(yùn)行。

天然氣的制氫流程主要包括四個(gè):原料氣預(yù)處理、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化、一氧化碳變 換、氫氣提純。首先是原料預(yù)處理, 這里主要指的就是原料氣脫硫, 實(shí)際工藝運(yùn)行當(dāng) 中一般采用天然氣鈷鉬加氫串聯(lián)氧化鋅作為脫硫劑將天然氣中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī) 硫再進(jìn)行去除。其次是進(jìn)行天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化爐中采用鎳系催化劑, 將天然氣 中的烷烴轉(zhuǎn)化成為主要成分是一氧化碳和氫氣的原料氣。然后是一氧化碳變換, 使 其在催化劑存在的條件下和水蒸氣發(fā)生反應(yīng),從而生成氫氣和二氧化碳,得到主要成 分是氫氣和二氧化碳的變換氣。最后一個(gè)步驟就是提純氫氣,現(xiàn)在最常用的一種氫氣 提純系統(tǒng)就是變壓吸附凈化分離(PAS)系統(tǒng),這種系統(tǒng)能耗低、流程簡(jiǎn)單、制取氫氣的 純度較高,最高時(shí)氫氣的純度可達(dá)99.99%。

天然氣制氫成本受多種技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素的影響，其中天然氣價(jià)格和資本支出是最重 要的兩個(gè)因素。燃料成本是最大的成本組成部分，在不同國(guó)家和地區(qū)占生產(chǎn)成本的45%至75%。中東、俄羅斯和北美的天然氣價(jià)格較低，因此制氫成本也最低。中國(guó)等天然 氣進(jìn)口國(guó)因?yàn)槊鎸?duì)更高的天然氣進(jìn)口價(jià)格，導(dǎo)致氫氣生產(chǎn)成本上升。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟 數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)天然氣原料占制氫成本的比重達(dá)70%以上，天然氣價(jià)格是決定制氫價(jià)格的 重要因素。并且考慮到碳排放處理需要結(jié)合CCUS技術(shù)，會(huì)導(dǎo)致平均資本支出增加約50%， 燃料成本增加約10%。由于二氧化碳的運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本，還導(dǎo)致平均運(yùn)營(yíng)成本增加一 倍。考慮到中國(guó)“缺油少氣”的資源稟賦條件，僅有中西部等少數(shù)天然氣資源富集的 地區(qū)可以開展探索這一制氫路徑。

3、工業(yè)副產(chǎn)氫：可滿足短期需求的低成本分布式氫源

人們對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)氫氣興趣逐漸高漲可追溯至1980年代左右，當(dāng)時(shí) 以燃料電池為驅(qū)動(dòng)的車輛數(shù)目逐漸增長(zhǎng)，以氫作為運(yùn)輸燃料可行性的討論日趨激烈。 一些研究評(píng)估了將工業(yè)副產(chǎn)氫用于燃料電池汽車早期示范的潛力，副產(chǎn)氫可作為可再 生能源制氫廣泛應(yīng)用前的切入點(diǎn)。并且，分布式的工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施也可看作是普遍性供 氫系統(tǒng)的基礎(chǔ)或墊腳石。工業(yè)副產(chǎn)氫氣主要分布在鋼鐵、化工等行業(yè)，主要來源包括 焦?fàn)t煤氣制氫、氯堿副產(chǎn)品制氫、輕烴裂解副產(chǎn)氫等幾種方式。提純利用其中的氫氣 既能提高資源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益，又可降低污染、改善環(huán)境。

3.1 焦?fàn)t煤氣制氫理論規(guī)模龐大

中國(guó)是全球最大的焦炭生產(chǎn)國(guó)，2018年國(guó)內(nèi)焦炭產(chǎn)量達(dá)到4.3億噸，每噸焦炭可 產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣約350-450立方米，焦?fàn)t煤氣中氫氣含量約占50%-60%，可副產(chǎn)氫氣700 萬噸以上，數(shù)量極大,占據(jù)工業(yè)副產(chǎn)氫總量的90%以上。除用于回爐助燃、城市煤氣、 發(fā)電和化工生產(chǎn)外，剩余部分可采用變壓吸附(PSA)提純技術(shù)制取純度高,價(jià)格低的氫 氣(凈化和提氫運(yùn)行費(fèi)用0.3～0.5元/m3)。焦?fàn)t煤氣組分復(fù)雜、原料氣壓力低、產(chǎn)品氫 氣純度要求高,工藝流程由壓縮工序、預(yù)處理工序、變壓吸附工序和凈化工序組成。 另外為使系統(tǒng)排放的污水能達(dá)到環(huán)保要求,還應(yīng)配有一套污水處理工序。焦?fàn)t煤氣制 氫的關(guān)鍵在于雜質(zhì)的凈化和產(chǎn)品氫氣中微量雜質(zhì)的控制,只有解決這兩方面的難題, 才能長(zhǎng)周期穩(wěn)定地生產(chǎn)出滿足氫燃料電池用的合格氫氣。

3.2 氯堿副產(chǎn)氫提純成本低、純度高

考慮到焦?fàn)t煤氣制氫雖然規(guī)模較大，但所制氫氣純度不高（含硫），且制氫的過 程耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境造成污染，如果再經(jīng)過脫硫脫硝的步驟則增加了制氫的成本。相比之下，氯堿副產(chǎn)制氫具備提純成本低、難度小、純度高等優(yōu)勢(shì)。煤制氫氣中含有雜質(zhì) 較多，對(duì)于純化裝置要求較高從而增加了成本，因此作為氯堿工業(yè)副產(chǎn)品的氫氣用于 供應(yīng)給燃料電池作為原料的路線較為常見。氯堿廠以食鹽水(NaCl)為原料，采用離子 膜或石棉隔膜電解槽生產(chǎn)燒堿(NaOH)和氯氣(Cl2),同時(shí)可得到副產(chǎn)品氫氣。經(jīng)過PSA 提氫裝置處理去掉雜質(zhì)后，可獲得高純度氫氣（氫純度可達(dá)99%~99.999%）。目前已有 很多氯堿廠將回收的部分氫氣用于雙氧水、制藥、電子等工業(yè)中, 1m3純氫的生產(chǎn)成 本約1.3元人民幣。

我國(guó)是世界燒堿產(chǎn)能最大的國(guó)家,占全球產(chǎn)能的40%,除2015年產(chǎn)量有所下滑,近 幾年依然保持著較大的增長(zhǎng)勢(shì)頭，產(chǎn)量基本穩(wěn)定在3,000萬-3,500萬噸之間。根據(jù)氯 堿平衡表，燒堿與氫氣的產(chǎn)量配比為40:1，以生產(chǎn)1t燒堿產(chǎn)生270m3氫氣計(jì)算得到,我 國(guó)氯堿工業(yè)每年副產(chǎn)氫氣75萬-87.5萬噸。目前氯堿廠約60%的氫氣被配套聚氯乙烯和 鹽酸利用，剩余約28萬-34萬噸直接燃燒，產(chǎn)生熱能。但因后者投資較大，因此高達(dá) 30%的氫氣實(shí)際上都被氯堿廠直接放空。按每輛氫燃料電池車每天加注5公斤氫氣計(jì)算， 這些剩余副產(chǎn)氫每年可供15萬輛以上燃料電池車行駛。

氯堿化工單個(gè)企業(yè)可利用放空副產(chǎn)氫量較小，且產(chǎn)能分散，單個(gè)企業(yè)可利用的放空氫量均不超過1萬噸。因此氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫更適合使用運(yùn)輸半徑較短的氣氫運(yùn)輸。

3.3 輕烴裂解是頗具潛力的潛在氫源

除上述兩類工業(yè)副產(chǎn)氫氣外，包括丙烷脫氫(PDH)和乙烷裂解在內(nèi)的輕烴裂解副 產(chǎn)氫氣也可作為燃料電池供氫的潛在來源。輕烴的原料組分決定其氫氣雜質(zhì)含量遠(yuǎn)低 于煤制氫和焦?fàn)t氣制氫，因此氫氣純度較高，提純難度小。亞化咨詢數(shù)據(jù)顯示，截至 2018年5月，中國(guó)共有8個(gè)PDH項(xiàng)目投產(chǎn)、5個(gè)在建，還有多家企業(yè)PDH項(xiàng)目處于前期工 作，其中有確切投產(chǎn)年份規(guī)劃的有4個(gè)，17個(gè)PDH項(xiàng)目丙烯總產(chǎn)能將達(dá)975萬噸/年，副 產(chǎn)氫氣37萬噸/年，按每輛氫燃料電池車每天加注5公斤氫氣計(jì)算，這些副產(chǎn)氫氣每年 可供約20萬輛氫燃料電池車行駛。

4.電解水制氫：利用可再生能源中國(guó)具備比較優(yōu)勢(shì)

4.1 用電成本是電解水制氫的關(guān)鍵

電解水是一種將水分解成氫和氧的電化學(xué)過程。通過這種方法可生產(chǎn)很高純度的 氫。取決于技術(shù)類型和負(fù)載系數(shù)的不同，目前電解槽系統(tǒng)的效率在60%到81%之間。目 前存在三種主要的電解槽技術(shù):堿性電解槽(AE)、質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽和固體氧化 物電解槽(SOEC)。堿性電解槽技術(shù)最為成熟，生產(chǎn)成本較低，國(guó)內(nèi)單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為 1,000立方米/小時(shí);質(zhì)子交換膜電解槽流程簡(jiǎn)單，能效較高，國(guó)內(nèi)單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為 50立方米/小時(shí)，因使用貴金屬電催化劑等材料，成本偏高;固體氧化物水電解糟采用 水蒸氣電解，能效最高，尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

電解水制氫的優(yōu)勢(shì)是綠色環(huán)保、生產(chǎn)靈活、純度高(通常在99.7%以上)以及副產(chǎn) 高價(jià)值氧氣等，其氫氣產(chǎn)品的純度一般可以達(dá)到99-99.9%水平，且主要雜質(zhì)只有H2O 和O2，特別適合對(duì)CO等雜質(zhì)含量要求嚴(yán)格的質(zhì)子交換膜燃料電池。但其單位能耗約在 4-5千瓦時(shí)/立方氫，制取成本受電價(jià)的影響很大，電價(jià)占到總成本的70%以上。據(jù)中 國(guó)氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，若采用市電生產(chǎn)，制氫成本約為30-40元/公斤。一般認(rèn)為當(dāng)電價(jià)低 于0.3元/千瓦時(shí)(利用“谷電”電價(jià))，電解水制氫成本會(huì)接近傳統(tǒng)化石能源制氫。

4.2 可再生能源電力制氫是長(zhǎng)期必然趨勢(shì)

考慮到目前電解水制氫用電結(jié)構(gòu)中火電占比較大，依然面臨碳排放問題。按照當(dāng) 前中國(guó)電力的平均碳強(qiáng)度計(jì)算，電解水制得1公斤氫氣的碳排放為35.84千克，是化石 能源重整制氫單位碳排放的3-4倍。我國(guó)可再生能源豐富，開發(fā)力度居世界前列，新 能源新增及累計(jì)裝機(jī)容量均位列世界第一，但新能源電力發(fā)電量受季節(jié)及氣候影響波 動(dòng)較大，無法滿足用電側(cè)負(fù)荷的穩(wěn)定性，因而棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象十分嚴(yán)重。大量棄風(fēng)棄 水棄光導(dǎo)致的棄電是發(fā)展電解水制氫的有利條件。生產(chǎn)低成本氫必須獲得充足的低成 本電力以確保電解槽能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，可再生能源推廣產(chǎn)生的大量低成本棄電，利用 其進(jìn)行水電解制氫并儲(chǔ)存供以后使用，也是利用棄電的方法之一。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟數(shù) 據(jù)，局部區(qū)域棄風(fēng)、棄光、棄水及棄核制氫可提供的制氫量約263萬噸/年。

由于棄風(fēng)棄電產(chǎn)生的電壓不穩(wěn)定、難以大規(guī)模推廣，棄電的不可持續(xù)性限制了其 使用，因?yàn)楦咻d荷運(yùn)行并支付額外電力的電解槽比僅使用棄電低載荷運(yùn)行的電解槽成 本更低。如果低成本的電力一年內(nèi)只能使用較少時(shí)間，意味著電解槽利用率低，高資 本支出導(dǎo)致氫氣成本變高，雖然電力成本隨著時(shí)間的增加而增加，但電解槽利用率的 提高能使單位氫成本下降。因此從長(zhǎng)期來看，棄電不是解決電解水制氫成本問題的最 佳選擇，未來光伏和風(fēng)電等可再生能源平價(jià)上網(wǎng)為電網(wǎng)電力制氫提供了另一種選擇。 隨著太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的成本降低，在可再生資源豐富的地區(qū)建造電解槽制氫可 能成為低成本的供氫來源。

中國(guó)太陽能和風(fēng)能資源條件優(yōu)越，未來可能受益于制氫的成本優(yōu)勢(shì)。從世界范圍 內(nèi)看，中國(guó)擁有非常豐富的可再生能源資源。雖然這些資源往往分布在遠(yuǎn)離大型產(chǎn)業(yè) 集群的廣袤人煙稀少的地區(qū)，但即使考慮到從偏遠(yuǎn)地區(qū)向終端用戶輸送氫氣的較高的輸送成本，資源條件優(yōu)越的地區(qū)也能降低氫氣的總供應(yīng)成本。國(guó)際能源署的經(jīng)濟(jì)評(píng)估 顯示，中國(guó)部分省份的可再生能源產(chǎn)氫成本為2-2.3美元/kgH2，優(yōu)于世界其它地區(qū)。

5.發(fā)展趨勢(shì)：結(jié)合各地區(qū)實(shí)際條件，不存在單一最優(yōu)路徑

如上所述，以目前來看國(guó)內(nèi)可用于燃料電池汽車供氫的資源非?？捎^，可供選擇 的制氫途徑也較為多樣：可再生能源方面，僅棄電如果全部用來電解水制氫的話可生 產(chǎn)清潔氫氣200萬噸以上；工業(yè)副產(chǎn)氫方面，氯堿工業(yè)加上丙烷脫氫和即將上馬的乙 烷裂解項(xiàng)目，可合計(jì)副產(chǎn)氫量超過100萬噸；兩者合計(jì)能夠提供超過300萬噸的清潔氫 氣，足以滿足中短期的氫能產(chǎn)業(yè)需求。

但各類型制氫路線的經(jīng)濟(jì)性尚不足以保障燃料電池汽車的大規(guī)模商業(yè)化。參考 平均原料價(jià)格比較不同制氫工藝下的制氫成本：煤制氫成本為9-11元/公斤，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)成本最低的制氫路線（煤炭?jī)r(jià)格為550元/噸時(shí)）；天然氣制氫成本為20-24元（天 然氣價(jià)格為3.5元/立方米時(shí)）；甲醇制氫成本為23元－25元/公斤（甲醇價(jià)格為3000元 /噸時(shí)）；電解水制氫成本為40元－50元/公斤（電力價(jià)格為0.6元/kWh時(shí)）。工業(yè)副產(chǎn) 氫平均成本為12元－18元/公斤。

原料價(jià)格和當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)能源價(jià)格決定了化石能源和電解水制氫的氫氣生產(chǎn)成本;提 純處理裝置等資本支出決定了工業(yè)副產(chǎn)氫氣的成本。同時(shí)還應(yīng)考慮到的是目前氫氣儲(chǔ) 運(yùn)環(huán)節(jié)存在的掣肘，氫氣運(yùn)輸瓶頸尚未完全突破、成本較高，有時(shí)下游用戶需要支付 的儲(chǔ)運(yùn)成本甚至比氫氣生產(chǎn)成本還高。目前氫氣運(yùn)輸主要以管拖車短距離氣態(tài)運(yùn)輸為 主，經(jīng)濟(jì)半徑在200-300km以內(nèi);液氫運(yùn)輸和管道運(yùn)輸尚未大規(guī)模應(yīng)用，長(zhǎng)距離氫氣運(yùn) 輸成本很高，整個(gè)供氫系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施還不健全。以上海某加氫站為例，其購買的氯 堿副產(chǎn)氫出廠價(jià)格為20元/公斤，經(jīng)過儲(chǔ)運(yùn)后的到站價(jià)格已超過50元/公斤。可見在當(dāng) 前供氫體系下，包括生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)在內(nèi)的氫氣成本不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，根據(jù)地區(qū) 資源稟賦選擇生產(chǎn)成本適宜的氫源并且下游氫氣消納市場(chǎng)位于運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)半徑以內(nèi)更 加合理。

綜上，單純以生產(chǎn)成本為依據(jù)決定采用哪種制氫方式并不可取，還需要考慮當(dāng)?shù)?的資源情況。因此可以預(yù)見，中西部水電、天然氣資源豐富，價(jià)格相對(duì)較低，天然氣 重整制氫加分布式電解水制氫是可采方案；東部沿海和環(huán)渤海地區(qū)化工、鋼鐵企業(yè)較 多，工業(yè)副產(chǎn)氫是更好的選擇；東北、華北、西北地區(qū)光伏、風(fēng)能等可再生資源豐富， 電解制氫可獲得較好發(fā)展；內(nèi)蒙、山西、陜西等地煤炭資源優(yōu)渥，煤制氫潛力巨大。

下游加氫站布局和應(yīng)用市場(chǎng)的建立對(duì)上游制氫企業(yè)亦至關(guān)重要，前段制氫環(huán)節(jié) 與后端應(yīng)用環(huán)節(jié)結(jié)合較好的區(qū)域能得地利之勢(shì)。中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)已初步形成“東西南北 中”五大發(fā)展區(qū)域，貫穿從制氫到應(yīng)用整條產(chǎn)業(yè)鏈的配套建設(shè)，商業(yè)生態(tài)初具雛形， 不論是當(dāng)?shù)卣恼哂押枚冗€是產(chǎn)業(yè)鏈配套完整度都發(fā)展較好。再結(jié)合制氫原料的 資源稟賦，短期看好長(zhǎng)三角地區(qū)、長(zhǎng)期看好四川和河北地區(qū)，布局于此的企業(yè)更具潛 力。

長(zhǎng)期來看可再生能源制氫是唯一選擇。氫能開發(fā)的初衷是降低碳排放，當(dāng)前中國(guó) 氫源結(jié)構(gòu)以煤為主，這與發(fā)展氫能實(shí)現(xiàn)中國(guó)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的目標(biāo)無異于南轅北轍。 據(jù)測(cè)算，若2050年實(shí)現(xiàn)1億噸氫氣的終端應(yīng)用，需要消耗煤炭、天然氣等化石能源超 過5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，排放二氧化碳接近12億－18億噸，氫能產(chǎn)業(yè)反而會(huì)成為最大的耗能 和碳排放領(lǐng)域。

煤制氫雖然技術(shù)成熟、成本低廉，但過程中需要消耗大量煤炭，并造成環(huán)境污染 和碳排放；2018年我國(guó)天然氣進(jìn)口量超過45%，已超過能源安全警戒線，且天然氣制 氫后再利用效率與經(jīng)濟(jì)性反倒降低，屬于舍本逐末；化工副產(chǎn)氫具有一定開發(fā)潛力， 但在副產(chǎn)氫氣的同時(shí)也不可避免地副產(chǎn)大量碳排放，并且中國(guó)大部分傳統(tǒng)化工產(chǎn)品都 已產(chǎn)能過剩，并且如果鼓勵(lì)開發(fā)化工副產(chǎn)氫，可能造成企業(yè)“主副顛倒”、提高化工 品產(chǎn)量，造成更嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩問題；電解水制氫雖然在制氫環(huán)節(jié)清潔，但用煤電來 電解水制氫，高消耗、高污染、高排放等問題將更為嚴(yán)重，從全生命周期角度測(cè)算， 煤電制氫的能耗、碳排放比煤制氫更高。因此若要合理發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)，突破可再生能 源電力制氫的技術(shù)瓶頸是唯一途徑。

6.相關(guān)投資標(biāo)的

制氫環(huán)節(jié)是決定氫燃料電池汽車經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。從短期來看，工業(yè)副產(chǎn)氫是 解決氫氣需求的過渡性辦法，從中長(zhǎng)期來看，可再生能源電解制氫是氫源的終極解決 方法，一方面取決于可再生能源電力生產(chǎn)成本的進(jìn)一步下降；另一方面，風(fēng)光水等可 再生能源地區(qū)往往遠(yuǎn)離用氫負(fù)荷中心，儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)成本下降也需要同步配合，如管道運(yùn) 氫，液罐運(yùn)氫等的發(fā)展，擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑?？紤]1-9月份我國(guó)燃料電池汽車產(chǎn)銷分 別完成1315輛和1251輛，雖然比上年同期分別增長(zhǎng)7.7倍和7.6倍，但數(shù)量畢竟有限， 工業(yè)副產(chǎn)氫以及分散式電解水制氫已經(jīng)能滿足用氫量需求。從未來2-3年來甚至更長(zhǎng) 的時(shí)間來看，還是以工業(yè)副產(chǎn)氫為主，建議關(guān)注工業(yè)副產(chǎn)氫相關(guān)上市企業(yè)。

（報(bào)告來源：萬聯(lián)證券）