能源危机开启了氢能开发和利用的探索之路。
1973 年 10 月第四次中东战争爆发，石 油输出国组织（OPEC）为了打击对手以色列及支持以色列的国家，宣布石油禁运，暂停 出口，造成油价上涨。中东战争引发了全球的石油危机，美国为了摆脱对进口石油的依赖， 首次提出“氢经济”概念，认为未来氢气能够取代石油成为支撑全球交通的主要能源。1960 年至 2000 年，作为氢能利用重要工具的燃料电池获得飞速发展，在航天航空、发电以及交 通领域的应用实践充分证明了氢能作为二次能源的可行性。氢能产业在 2010 年前后进入低 潮期。2014 年丰田公司“未来”燃料电池汽车的发布引发了又一次氢能热潮。随后，多国 先后发布了氢能发展战略路线，主要围绕发电及交通领域推动氢能及燃料电池产业发展。
从这些年的发展路线来看，这几大阵营在氢能产业布局上各有侧重，特点比较鲜明， 比如，欧盟以制氢为突破口，发展氢储能和天然气管网掺氢等应用；美国相对全面一些， 关键材料、叉车、乘用车、重卡、分布式电站、备用电源等都有所布局；日本以燃料电池 乘用车和家庭热电联产系统为主；中国则以氢燃料商用车示范为主；沙特也利用其低成本 优势拓展氢能布局。
欧盟将氢能作为能源安全和能源转型的重要保障。欧盟将氢能作为能源安全和能源转 型的重要保障。在能源战略层面提出了《2005 欧洲氢能研发与示范战略》《2020 气侯和能 源一揽子计划》《2030 气侯和能源框架》《2050 低碳经济战略》等文件，在能源转型层面 发布了《可再生能源指令》《新电力市场设计指令和规范》等文件。欧盟燃料电池与氢联合 行动计划项目(FCHJU)对欧洲氢能及燃料电池的研发和推广提供了大量的资金支持。 2014-2020 年间预算总额为 6.65 亿欧元。
2013 年，欧盟宣布在 2014-2020 年启动 Horizon2020 计划，预计将在氢能和燃料电 池产业投入 220 亿欧元的预算。2015 年，英国低排放汽车办公室批准 600 万英镑（约 970 万美元）的加氢站基础设施补助金，计划 2 年内为英国增加 12 个氢基础设施项目。2016年，德国交通部计划于 2019 年前投资 2.5 亿欧元（约 18 亿人民币），用于氢燃料电池汽车 研发和推广，并实现规模化生产。同时德国政府制定了基金项目，计划在 2030 年前建设将 近 400 座加氢站。
《欧盟氢能战略》推动氢能在工业、交通、发电等全领域应用。欧盟主要采用化石能 源制氢，据《碳中和系列：2021 年中国氢能产业链研究》，其中 55%来自天然气制氢、30% 来自烃类或石油制氢。氢气的价格在 75 元/kg 左右。据 Hydrogen Central 提供的数据，2022 年欧洲创纪录地新建了 45 个公共加氢站，比 2021 年增长了 22%，至此，欧洲公共加氢站 的总数达到 254 个。其中德国加氢站数量 105 座，是欧洲拥有最多的公共加氢设施的国家， 法国以拥有 44 座加氢站位列第二，英国拥有 17 座加氢站与荷兰并列第三。
2020 年，欧洲发布了《欧盟氢能战略》，旨在推动氢能在工业、交通、发电等全领域 应用。欧盟目前的首要任务是开发主要利用风能和太阳能生产的可再生氢。从短期和中期 来看，还需要其他形式的低碳氢能，主要是为了迅速减少当前制氢中的碳排放量并支持当 前和未来使用的可再生氢能。从长期来看，可再生氢能是与欧盟的气候中和以及零污染目 标最兼容的选择，也是与一体化能源系统最协调的选择。
美国是最早将氢能及燃料电池作为能源战略的国家。美国对氢能源的关注可以追溯到 上世纪 70 年代的石油能源危机时期，早在 1970 年便提出“氢经济”概念。在小布什出任 美国总统期间，美国政府大力推动“氢经济”。2019 年，美国燃料电池与氢能协 会（FCHEA）发布《氢能经济路线图》，目标到 2025 年，各种应用的氢需求总量将达到 1300 万吨，将有 12.5 万辆氢燃料电池汽车。制 定多项关键技术经济指标，期望成为氢能产业链中的市场领导者。 美国以天然气制氢为主，占比 95%，电解水制氢占比 5%。下游消费领域以炼化为主， 占比 57%；合成氨同合成甲醇合计占比 38%，冶金占比 2%，其他占比 4%。氢气的价格 在 105 元/kg 左右。根据 Hydrogen Central 提供的数据，截止 2022 年，美国新增加油站 11 座，全国合计 89 座，其中 California 州 70 座。
2022 年 8 月，美国通过 了《通胀削减法案》。该法案提供了大量税收抵免。美国政府将基于碳强度，敦促生产商专 注于清洁氢。法案规定，排放 2.5-4kgCO2/kgH2 的氢气项目可以获得 60 美分/kg 的补助， 排放 1.5-2.5kgCO2/kgH2 的氢气项目可以获得 75 美分/kg 的补助，排放 0.45-1.5kgCO2/kgH2的氢气项目可以获得 1 美元/kg 的补助，排放小于 0.45kgCO2/kgH2 的氢气项目可以获得 3 美元/kg 的补助。补助计划自 2023 年 1 月 1 日开始实施持续十年。 这一法案的实施将使美国的可再生氢能成为世界上最便宜的氢能。目前，几个区域集 团现在正在争夺基础设施投资和法案提供的资金份额。据 Energy News 援引大西洋理事会全球能源中心，墨西哥湾受益于重要的能源资源，得克萨斯州的太阳能发电量高，沿海地 区的二氧化碳捕集和封存能力也很强，如果该地区成功获得资金，每年可生产约 320 万吨 可再生氢。
日本是目前全球氢能发展最为领先的国家。日本政府很早就在《能源基本计划》中 将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源，并提出建设“氢能社会”的愿景， 希望通过氢燃料电池实现氢能在家庭、工业、交通甚至全社会领域的应用，从而实现真 正的能源安全以及能源独立。
1973 年，日本成立“氢能源协会”，以大学研究人员为中心开展氢能源技术研发。 1981 年，日本启动了燃料电池的开发。1990 年代，丰田、日产和本田汽车制造商启动 燃料电池车的开发，同时三洋电机、松下电器和东芝公司也启动了家庭燃料电池的开发。 2013 年 12 月，日本经济产业省成立了由行业、研究机构和政府各界代表广泛参与的氢 和氢燃料电池战略协议会。该组织在 2014 年 6 月公布了《氢和氢燃料电池战略路线图》， 明确了当前到 2050 年之间的氢能长期发展路线图，并于 2020 年初步构建国际氢能供应 链。2015 年日本政府开始为氢燃料电池汽车消费者提供高额的补贴。同年，NEDO 出台 氢能源白皮书，将氢能源定义为国内发电的三大支柱。
日本从国家战略层面致力于实现氢能社会。政府高度重视氢能产业的发展，提出“日 本将成为全球第一个实现氢能社会的国家”。为此，先后发布了《日本复兴战略》、《能源 战略计划》、《氢能源基本战略》、《氢能及燃料电池战略路线图》，规划了实现氢能社会战 略的技术路线。2018 年，日本召开全球首届氢能部长级会议，来自 20 多个国家和欧盟 的能源部长及政府官员参加会议。日本拟以 2020 年东京奥运会为契机推广燃料电池汽 车，打造氢能小镇。 在过去的 30 年里，日本政府先后投入数千亿日元用于氢能及资燃料电池技术的研究 和推广，并对加氢站等氢能基础设施建设和燃料电池汽车进行补贴。日本氢能和燃料电 池技术拥有专利数全球第一，已实现燃料电池汽车和家用热电联供系统的大规模商业化 推广，并拥有世界上首个在城市地区使用氢燃料的热电联产系统。
沙特天然禀赋加持有望成为全球氢经济领导者。沙特拥有全球最好的光照条件和天 然气储量，低廉的一次能源价格和沙漠土地价格极大地增强了绿氢、蓝氢的出口竞争力。 沙特“2030 愿景”提出，到 2030 年实现 400 万吨氢气年产量和出口量的目标，成为全 球氢能经济的领导者。凭借自身成本优势和优越地理位臵，沙特有望将蓝氢、绿氢出口欧 洲、东北亚等地区。根据中国产业发展促进会氢能分会，2020 年 10 月，沙特已向日本 出口了世界首批 40 吨氢基蓝氨。
沙特“2030 愿景”旨在创造一个更加多样化和可持续的经济体，减少对石油经济的 依赖，鼓励私营企业的发展，改善营商环境。沙特与我国具有良好的能源合作基础。2022 年 12 月 8 日，在两国领导人的见证下，中沙两国就氢能等领域合作签署政府间协议和谅 解备忘录。中沙两国在应对气候变化、能源绿色转型方面有着共同的愿景，可实现氢能产业链多要素优势互补，共同打造世界氢能产业高地。
沙特属于典型的氢能出口国，我国中短期内蓝氢、绿氢具有较大的进口空间，远期有 氢能出口潜力。我国目前虽是全球最大的制氢国，但氢气制取方式仍是以化石能源为主、 工业副产氢为辅，碳中和目标下蓝氢和绿氢在我国的重型交通、冶金、化工等难以脱碳领 域应用潜力巨大。沙特的蓝氢、绿氢具有显著的价格优势，短期内我国可为沙特氢气出口 提供需求市场，通过液氨载体或液态有机氢载体进行船舶远洋海运。2023 年 1 月 31 日， 国富氢能与 TIJAN 共同签署协议，双方将重点围绕沙特氢能战略，在沙特成立合资公司 共同推进沙特的氢能项目。
目前全球氢能市场供需情况
目前，全球氢气的主要生产、消费领域都来自于化石能源。2021 年，全球氢气产量 9400 万吨，主要为化石能源制氢。2021 年，天然气制氢占比 62%，煤制氢占比 19%， 工业副产品制氢占比 18%，电解水制氢占比 0.04%。全球氢气需求主要集中在化工领域。 其中，对纯氢的需求方面：炼化端需求占比 33%，合成氨占比 27%，交通运输占比不足 0.01%，其他占比 3%；对掺氢混合气需求方面：用于生产甲醇占比 10%，冶金占比 3%， 其他（如供热等）占比 23%。
未来全球氢能市场展望
未来全球氢气需求将持续增加，以工业及交通需求为主，交通需求增速最快。根据 国际氢能委员会预测，至 2030 年，全球氢气需求达 1.40 亿吨，下游应用领域进一步拓 宽至新工业原料，建筑及供热，交通运输，发电等；至 2040 年，全球氢气需求达 3.85 亿吨；至 2050 年，全球氢气需求达 6.60 亿吨，是 2020 年需求量的 8 倍。其中，交通运 输将成为拉动全球氢气需求增长的主要方面。
中国作为世界上最大的制氢国，氢能发展优势凸显，已初步形成“东西南北中”五 大发展区域。早在 2000 年，“973 计划——氢能的规模制备、储运及相关燃料电池的基 础研究”项目就已启动。2001 年，科技部开展“863 计划”后续能源主题“氢能技术和 高温燃料电池技术”的研究。2006 年，科技部“863 计划”专门设立了“氢能及燃料电 池技术”专题。自此，中国的氢能发展开始真正起步。
储能领域。积极开展储能领域示范应用发挥氢能调节周期长、储能容量大的优势，开 展氢储能在可再生能源消纳、电网调峰等应用场景的示范，探索培育“风光发电+氢储能” 一体化应用新模式，逐步形成抽水蓄能、电化学储能、氢储能等多种储能技术相互融合的 电力系统储能体系。探索氢能跨能源网络协同优化潜力，促进电能、热能、燃料等异质能 源之间的互联互通。
发电领域。合理布局发电领域多元应用根据各地既有能源基础设施条件和经济承受能 力，因地制宜布局氢燃料电池分布式热电联供设施，推动在社区、园区、矿区、港口等区 域内开展氢能源综合利用示范。依托通信基站、数据中心、铁路通信站点、电网变电站等 基础设施工程建设，推动氢燃料电池在备用电源领域的市场应用。在可再生能源基地，探 索以燃料电池为基础的发电调峰技术研发与示范。结合偏远地区、海岛等用电需求，开展 燃料电池分布式发电示范应用。
工业领域。逐步探索工业领域替代应用不断提升氢能利用经济性，拓展清洁低碳氢能 在化工行业替代的应用空间。开展以氢作为还原剂的氢冶金技术研发应用。探索氢 10 能 在工业生产中作为高品质热源的应用。扩大工业领域氢能替代化石能源应用规模，积极引 导合成氨、合成甲醇、炼化、煤制油气等行业由高碳工艺向低碳工艺转变，促进高耗能行 业绿色低碳发展。
目前我国氢能市场供需情况
目前，我国氢气的主要生产、消费领域都来自于化石能源。中国是全球最大的氢气 生产国，也是最大的氢气消费国，生产和消费领域的氢气大多来源于化石燃料。2021 年，氢气产能为 4100 万吨，氢气产量为 3300 万吨，主要来自于石化、炼焦等行业。2020 年，煤制氢占总量 57%，天然气制氢 22%，工业副产氢 18%，电解水制氢 1.42%，其 他来源 1.5%。 从终端消费看，氢气消费领域集中在合成氨、甲醇等产品，而现有电解水制氢则主要 用于浮法玻璃、电子等产业。2020 年，合成氨需求占比 32%，合成甲醇占比 27%，炼化 与煤化工占比 25%，交通领域占比仅为 0.06%，其他纯氢需求占比 2%，其他（如热等） 约占 14%。
未来我国氢能市场展望
未来我国氢气产量将持续增加，成本持续下降，可再生氢成为供应主体。据中国氢 能联盟预测，至 2025 年，我国氢气产量 3500 万吨，可再生氢产量 35 万吨。至 2030 年， 我国氢气产量 3800 万吨，可再生氢产量增至 500 万吨。至 2060 年，我国氢气总产量 12500 万吨，可再生氢产量增至 10000 万吨。 1）成本方面。至 2025 年，光伏与风电新增装机发电平均成本将低于 0.3 元/千瓦时， 可再生能源电解水制氢成本将低于 25 元/千克，将具备与天然气制氢进行竞争的条件；至 2030 年，光伏与风电的新增装机发电平均成本将低于 0.2 元/千瓦时，可再生能源电解水 制氢成本将低于 15 元/千克，具备与配套 CCUS 的煤制氢进行竞争的条件。
2）产能结构。据中国氢能联盟预测，至 2025 年，可再生氢产量仅占比 1%。至 2030 年，可再生氢产量占比将增至 13%（其中近 90%的可再生氢生产来自化工行业和钢铁行 业——化工行业生产可再生氢用来合成氨和甲醇，钢铁行业生产可再生氢用来还原铁）； 与此同时，化石能源制氢将逐步配套 CCUS 技术，与可再生电解水制氢为代表的清洁氢 共同成为我国氢源供应主体。至 2060 年，可再生电解水制氢占比 80%左右，将成为具有 成本竞争力的制氢工艺；耦合 CCUS 的化石能源制氢产量则占比 16%左右，其他占 4%。
未来我国氢气需求将持续增加，工业需求占比最大，交通需求增速最快。据中国氢 能联盟预测，在 2030 年碳达峰情景下，我国氢气的年需求量将达到 3715 万吨，在终端 能源消费中占比约为 5%（按热值换算）。在 2060 年碳中和情景下，我国氢气的年需求 量将增至 1.3 亿吨左右，在终端能源消费中占比约为 20%。
1）需求结构。至 2060 年，工业领域用氢占比仍然最大，约 7794 万吨，占氢能总 需求量 60%；交通运输领域用氢 4051 万吨，占比 31%；建筑领域用氢 585 万吨，占比 4%；发电与电网平衡用氢 600 万吨，占比 5%。 2）需求增速。从需求增长比例看来，由于 FCEV 的部署，在 IEA 承诺目标情景和 中国氢能联盟的模型场景中，交通运输业都是氢能应用增速最快的部门（36-42%），其 次是合成碳氢化合物和合成氨生产（16-28%），以及工业过程（30-35%）。此外，电解 槽行业有望成为除 FCEV 之外的氢能第二大子行业。
交通领域将是氢能消费的重要突破口。近年来，交通部门的碳排放年均增速保持在 5%以上，成为温室气体排放增长最快的领域之一，约占全国终端碳排放 15%左右。与 此同时，中国人均出行距离与千人汽车保有量仍远低于发达国家，交通部门能源需求量 仍会惯性增加。交通领域将是氢能消费的重要突破口，实现从辅助能源到主力能源的过 渡。据中国氢能联盟预测，到 2060 年交通部门氢消费量约 4000 万吨。 道路交通。
以氢燃料电池汽车协同纯电动汽车是道路交通全面电气化实现深度脱碳 的关键。目前中国汽车电气化率不足 2%。据中国氢能联盟预计，2035 年前，在轻型道 路交通领域，纯电动汽车仍将占据主流，氢燃料电池汽车将在中重型和长途道路交通领 域起到至关重要的作用。2060 年氢燃料电池汽车市场占比约 15%左右。结合燃料电池与电动化技术，道路交通有望在 2050 年前实现净零排放。2060 年道路交通氢气消费量 3570 万吨。
船运领域。通过动力电池和氢燃料电池技术可实现内河和沿海船运电气化，通过生 物燃料或零碳氢气合成氨等新型燃料实现远洋船运脱碳。后期随着氢燃料存储优势逐步 显现，燃料电池船舶市场渗透率将逐步提升至纯电动船舶水平。据中国氢能联盟，预计 2030 年开始市场化推广，到 2050 年约 6%的船运能源消耗通过氢燃料电池技术，氢气 消费量接近 120 万吨，2060 年氢气消费量 280 万吨。 航空领域。以生物燃料、合成燃料为主，氢能等为辅共同实现脱碳。以氢为燃料的 飞机可能成为中短途航空飞行的主要脱碳路径。目前，全球已有多种机型正在开发和试 验。但在长距离航空领域，仍须依赖航空燃油，可通过生物质转化或零碳氢气与二氧化 碳合成制得。预计 2060 年氢气消费量 200 万吨。
工业领域当前脱碳难度最大。氢气作为工业原料，在传统工业中，需求量呈现先增 后降的趋势；但在新工业原料（氢治金、合成燃料）、工业燃料等行业增量需求的带动 下，据中国氢能联盟预测，2060 年工业部门氢气需求量约 7794 万吨。
传统工业。氢气是合成氨、合成甲醇、石油精炼和煤化工行业中的重要原料，还有 小部分作为回炉助燃的工业燃料使用。目前，工业用氢基本全部依赖化石能源制取，未 来通过低碳清洁氢替代应用潜力巨大。1）合成氨方面。合成氨的需求主要来自农业化 肥和工业两大方面，其中农业肥料占 70%左右。目前，我国合成氨行业步入微量增长阶段。随着肥效提高和有机肥替代，未来合成氨在农业消费量将下降至 60%。非农业领域 消费量受环保、新材料、专用化学品等工业消费拉动，需求量增长，但合成氨整体呈稳 中有降趋势。2）合成甲醇方面。传统领域甲醇消费增长较为缓慢，新兴的甲醇消费的 增长主要受甲醇制烯烃和甲醇燃料的发展推动。
3）石油精炼方面。石油精炼氢气主要 用于石脑油加氢脱硫、精柴油加氢脱硫以改善航空燃油的品质。随着石油消费量的增长 和成品油品质要求的不断提升，石油精炼行业的氢气消费量有望持续增加。2030 年以后， 由于油品标准、交通部门能源效率和电气化率持续提升，炼厂氢气消费将持续下降。4） 煤化工方面。出于我国能源安全的考虑，未来仍将发挥战略作用。整体来说，现有工业 氢气需求量将呈现先增后降趋势，2060 年降低至 2800 万吨。
新工业原料。氢气通过氢冶金、合成航空燃料、合成氨作为运输用燃料等方式，在 钢铁、航空、船运等难以脱碳行业中将发挥重要作用。据中国氢能联盟：1）氢冶金方 面。绿色转型下钢铁行业具有巨大清洁氢气需求。2020 年我国粗钢产量首次突破 10.65 亿吨，占全球产量 50%以上。2030 年后，氢气作为治金还原剂的需求开始释放，到 2060 年电炉钢市场占比有望提升至 60%，超过 30%钢铁产量采用氢治金工艺，氢气需求量超 过 1400 万吨。2）合成燃料方面。氢气与一氧化碳经费托合成生成绿色柴油，航空燃料 等，与氮气在高温高压和催化剂作用下合成绿氨，从而对重型货运、船运及工业领域传 统燃料形成替代。2060 年，合成燃料方面氢气需求量 1560 万吨，占船运与航空能源需 求总量的 40%。
工业燃料。氢气可通过专用燃烧器提供高品位热源，从而替代天然气等化石燃料， 弥补电力在该领域的不足。例如，高能耗的水泥、钢铁、炼化行业中需要大量的高温热 量。其中，钢铁和水泥热耗中高品位热占比近 87.5%。预计 2060 年氢气在钢铁和水泥 生产过程中将提供 35%热量需求需求量达到 1980 万吨。
城镇化提高带动建筑部门氢能需求增长。2022 年，我国常住人口城镇化率为 65.22%，比 2021 年提高 0.50 个百分点。据中国氢能联盟，至 2030 年，建筑部门终 端能源需求将达到 7.9 亿吨标准煤。建筑部门能源需求主要用于采暖、生活热水、炊事 和各种电器设备的消耗。建筑部门完全脱碳的难点在于供暖与炊事，尤其在季节性和日 间变化的情况下，峰值热需求波动相当大。
一方面可以通过集中空调系统供暖、电力烹饪等技术实现建筑电气化，另一方面通 过燃氢锅炉和燃料电池等方式与分布式风光等可再生能源结合逐步打造零碳建筑。根据 国际氢能委员会的研究，对于现有天然气为供能基础的建筑，到 2030 年通过燃氢锅炉 供暖的经济性可以与热泵技术相媲美。尤其管网与电解水制氢技术结合，可以实现储能 与更有效的需求波动管理，支撑低碳清洁氢的推广应用。此外，对于部分公共及商业建 筑，燃料电池热电联产与热泵将是完美的零碳解决方案。据中国氢能联盟预测，2060 年预计 20%天然气供暖需求被纯氢替代，剩余需求可以通过一定比例的掺氢实现脱碳， 预计 2060 年建筑供热供电领域氢气消费量将达到 585 万吨。
氢能发电领域重在技术进步。随着可再生能源装机规模的快速扩展，掺氢燃气轮机 和燃氢轮机技术的成熟，以及固体氧化物等燃料电池技术的进步，氢作为储能和调峰电 源的需求将得到释放。电解槽可以设计为一种灵活的需求侧调节工具，一方面通过分布式促进电力系统负荷灵活调整，保障电网安全稳定，另一方面为高比例可再生能源发电 提供消纳途径，绝大多数富余电力以氢气形式流向交通和工业等部门，不足 10%可再生 氢通过以电力形式回到电网。据中国氢能联盟，预计 2060 年，发电与电网平衡用氢 600 万吨。
