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氫能作為清潔的二次能源，將成為全球能源低碳轉型背景下我國能源結構的重要組成部分，成為新型電力體系的有力補充。 然而，由於氫氣的物理和化學性質，氫能的生產、運輸和分配仍存在許多瓶頸，高昂的最終使用成本限制了氫能的大規模應用。
然而，氫能不僅可以作為交通領域的綠色燃料，而且在鋼鐵冶金、石油化工等領域也具有廣泛的應用前景。 作為全球氫氣產銷量第一大國，中國綠色氫替代化石燃料氫氣具有廣闊的市場空間。 通過工業綠色氫氣需求管道，有望突破氫能規模化發展的瓶頸。 
本報告分析了氫能在工業、交通、能源等領域的潛在應用場景，構建了中國未來綠色氫需求的分析框架，並基於過往行業資料，確立了中國潛在綠氫需求規模。 
基於報告的研究子行業**，隨著綠色氫在化學過程中逐漸取代化石燃料，其需求將隨著綠色氫滲透率的提高而快速增長，研究估計，2024年綠色氮肥和綠色甲醇行業對綠色氫的需求將分別達到17萬噸和13萬噸。
在冶金和石油精煉行業，到2024年將分別產生22萬噸和16萬噸綠色氫氣。 在交通和能源領域，到 2030 年，綠色氫需求可能分別達到 750,000 噸和 140 萬噸。 基於上述需求**，預計2024年我國綠氫終端需求總量將達到約285萬噸，可支撐氫能長輸管道和電解製氫裝備行業長期發展。
綠色電解水是獲得綠色氫氣的唯一途徑
氫能種類繁多，不僅通過煤、石油、天然氣等化石能源重整、生物質熱解或微生物發酵，而且從焦化、氯鹼、鋼鐵、冶金等工業副產氣體中，也可以通過電解水生產。 與其他製氫方式相比，化石能源重整製氫工藝較為成熟，原料含量相對較低，但會排放大量溫室氣體，汙染環境。 據中國氫能聯盟預測，我國目前製氫仍以煤炭為主，佔比64%，其次是天然氣，佔比14%，符合“富煤、貧油、低氣”的能源稟賦特徵。 在目前的技術水平下，只有電解水製氫與可再生能源發電相結合，才能實現綠色清潔的生命週期，擴大可再生能源的使用。
電解水製氫的基本原理是在直流電的作用下，通過電化學過程將水分子解離成氫氣和氧氣，分別在陰極和陽極析出。 根據工藝和結構原理的不同，可分為鹼性水電解（ALK）、質子交換膜純水電解（PEM）、陰離子交換膜電解水（AEM）、固體氧化物水電解（SOEC）等方案，前三種反應溫度約為70-90攝氏度，SOEC需要在700-800攝氏度的高溫下反應。 其中，鹼性水電解（ALK）和質子交換膜（PEM）電解製氫已經商業化，而AEM和SOEC仍處於實驗室開發階段。
隨著我國可再生能源和新型電力系統的不斷發展，對電解製氫裝置的波動適應性要求也將越來越高。 質子交換膜製氫裝置具有較好的調控效能，但其較高的初始投資阻礙了其規模化推廣，需要通過自主化打破國外技術壁壘，降低成本和增量，推動規模化應用。
機遇與挑戰
隨著雙碳戰略的推進，低碳氫需求將長期保持高增長。 在深度脫碳需求持續釋放、工業、交通、能源等各行業排放政策不斷收緊的背景下，我們認為低碳氫需求將長期保持高增長。
工業深度脫碳和大功率長距離交通領域對氫氣的需求具有高度的確定性。 我們認為，綠色氫氣將取代灰色氫氣作為化學原料並且由於電池能量密度的物理限制，氫能在大功率和長距離運輸領域可以有很高的確定性替代化石燃料。
在目前的技術水平上，綠色電解製氫將是獲取綠色製氫的主要途徑，對電解製氫裝置的需求將長期保持高增長。 考慮到化石燃料製氫+CCUS的技術成熟度、經濟性和產業鏈長度，我們認為，在目前的技術水平下，綠色電解製氫將是獲取綠色氫氣的一種更經濟的方式，因此，相應地，作為電解製氫的關鍵裝置，其需求有望長期保持較快增長。
獲取綠色氫氣成本高，需要持續降低綠色電力和電解製氫裝置成本，不斷完善碳配額等相關政策，合理評估化石燃料外部性。 目前，綠色電力生產成本的70%以上是電力，而目前的用電量是在大工業電價中實施的，導致其成本與化石燃料製氫相比並不經濟。 同時，碳交易等現行政策（即綠色證書）尚未全面實施，導致化石燃料排放定價不足。 
綠色氫氣需要通過多個環節開發，以降低終端使用成本。 氫能乘用車的發展不盡如人意，正受到電動汽車的挑戰。 目前，電動乘用車具有明顯的先發優勢和完善的基礎設施，而氫乘用車的相關法律法規，即配套基礎設施並不完善，購置和使用成本較高，給氫乘用車的發展帶來了巨大挑戰。
鹼性水電解製氫裝置調壓能力差，難以承擔電網調峰和儲能的責任，而質子交換膜製氫裝置調峰能力強，未來從技術角度看將是較好的選擇，但自主降本之路任重道遠。 風能、太陽能、氫能與新型電力系統的耦合，對製氫裝置的快速反應能力提出了更高的要求，鹼性水電解製氫裝置難以完全滿足。 PEM製氫裝置調節效能良好，但其較高的初始投資阻礙了其規模化推廣，需要通過自主化、降低成本和增量來突破國外技術壁壘，推動規模化應用。
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化石能源-氫能與燃料電池產業：氫能產業發展研究報告-長城**-20231221[第32頁]。
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