氫能應(yīng)用環(huán)節(jié)及市場(chǎng)空間的概況
雙碳目標(biāo)下，國(guó)內(nèi)氫能源具有巨大的發(fā)展空間，氫能將主要應(yīng)用于交通運(yùn)輸、工業(yè)、電力、建筑等領(lǐng)域。在“碳達(dá)峰碳中和”（3060）的目標(biāo)導(dǎo)向下，氫能作為一種最清潔無碳的二次能源，憑借著來源豐富、靈活高效、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在全球都迎來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。
氫能作為脫碳最有效手段，原料和燃料屬性皆具備，有望在交通運(yùn)輸（燃料電池車等）、工業(yè)領(lǐng)域（冶金、化工等）、建筑領(lǐng)域（供熱取暖等）、電力（電網(wǎng)平衡等）等四大領(lǐng)域大顯身手。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟測(cè)算，至2060年，我國(guó)氫氣的年需求量將達(dá)到1.3億噸左右（2019年約為2500萬噸），可減排二氧化碳18億噸，約占當(dāng)前國(guó)內(nèi)二氧化碳總排放量19%，其中工業(yè)領(lǐng)域用氫約7794萬噸，占總用氫量約60%，交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫4051萬噸，占比約為31%，發(fā)電與電網(wǎng)平衡用氫600萬噸，占比約為5%，建筑領(lǐng)域用氫585萬噸，占比約為4%。
燃料電池將是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的抓手，2050年氫能產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)將會(huì)是10萬億以上級(jí)別市場(chǎng)。燃料電池裝臵有助于實(shí)現(xiàn)氫能的移動(dòng)化、輕量化和大規(guī)模普及，可廣泛應(yīng)用在交通、工業(yè)、建筑、軍事等場(chǎng)景，因此燃料電池成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的抓手。截至2019年，氫能在我國(guó)能源體系中占比僅為2.7%，預(yù)計(jì)到2050年提升至10%，2060年提升至20%，氫氣需求量也將分別達(dá)到6000萬噸、1.3億噸。2050年加氫站建設(shè)達(dá)到1萬座，燃料電池車產(chǎn)量達(dá)到500萬輛/年，固定式電源將達(dá)到2萬座，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)能達(dá)到550萬套/年，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到12萬億元級(jí)別。
燃料電池車具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，有望迎來爆發(fā)式的增長(zhǎng)
燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成。與鋰電池作為儲(chǔ)能裝臵不同，燃料電池是一種非燃燒過程的能量轉(zhuǎn)換裝臵，通過電化學(xué)反應(yīng)將陽極的氫氣和陰極的氧氣（或空氣）的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。燃料電池核心組件是電堆，主要有膜電極組件和雙極板組成，其中膜電極組件包括質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層，為反應(yīng)發(fā)生場(chǎng)所，雙極板是帶流道的金屬或石墨薄板，其主要作用是通過流場(chǎng)給膜電極組件輸送反應(yīng)氣體，同時(shí)收集和傳導(dǎo)電流并排出反應(yīng)產(chǎn)生的水和熱。燃料電池電堆配套氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)附件等，構(gòu)成了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，再輔之以直流電壓變換器（DC/DC）、車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)等，就構(gòu)成了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)為燃料電池車輛提供核心動(dòng)力來源。
燃料電池具體工作過程如下：（1）反應(yīng)氣體在氣體擴(kuò)散層內(nèi)擴(kuò)散；（2）反應(yīng)氣體在催化層內(nèi)被催化劑吸附后被離解；（3）陽極反應(yīng)生產(chǎn)的氫離子穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極與氧氣反應(yīng)生產(chǎn)水，而電子通過外電路到達(dá)陰極生產(chǎn)電。
燃料電池汽車相比電動(dòng)車在低溫性能、加注時(shí)間、續(xù)航里程等方面具有強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著碳排放壓力的日益增大，交通運(yùn)輸領(lǐng)域主要用鋰電池、燃料電池等新能源產(chǎn)品替代傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)以緩解碳排放帶來的環(huán)境壓力。燃料電動(dòng)車相比鋰電池車，在低溫性能方面（-30℃低溫自啟動(dòng)），加注時(shí)間方面（商用車15分鐘）和續(xù)航里程方面（>500km）具有非常強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)決定著燃料電池車在商用車等領(lǐng)域具備極具競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)。
縱觀全球，近年來中國(guó)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)后來居上，發(fā)展迅猛。燃料電池車為代表的交通領(lǐng)域是氫能初期應(yīng)用的突破口與主要市場(chǎng)。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）的統(tǒng)計(jì)，截至2021上半年末，全球合計(jì)有燃料電池車保有量4.3萬輛，其中韓國(guó)、美國(guó)、中國(guó)、日本、歐洲、其他地區(qū)等分別有1.46萬輛、1.11萬輛、0.84萬輛、0.56萬輛、0.31萬輛及0.03萬輛，占比分別為34%、26%、20%、13%、7%和1%?？梢杂^察到，2017年以來中國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)后來居上，從2017年末50輛增長(zhǎng)到2021上半年末的8440輛，不到四年時(shí)間增長(zhǎng)了168倍。2020年全球存量的燃料電池車合計(jì)3.48萬輛，其中乘用車2.6萬輛、公交車0.57萬輛、商用車0.32萬輛，占比分別為75%/16%/9%，當(dāng)前全球范圍來看，燃料電池車以乘用車為主。
根據(jù)測(cè)算：
1、氫燃料電池客車，到2030年，續(xù)航里程將達(dá)到500KM以上，車輛購臵成本與同等續(xù)航里程的純電動(dòng)客車相當(dāng)。氫耗降至5kg/100km以下，氫氣銷售價(jià)格低于40元/kg，其全生命周期的TCO優(yōu)于純電動(dòng)車。（TCO包括購臵成本、維護(hù)成本、燃料成本以及殘值等四方面）
2、氫燃料電池物流車，載荷能力≥3噸、續(xù)航里程>400KM的氫燃料電池物流車將于2025-2030年間TCO成本經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于純電動(dòng)車型。
3、氫燃料電池重卡，載荷能力≥35噸、續(xù)航里程≥500KM的氫燃料電池物流車將于2030年左右TCO成本經(jīng)濟(jì)性超過純電動(dòng)車型。
4、氫燃料電池乘用車，續(xù)航里程在500KM以上的乘用車將于2040年后達(dá)到同等續(xù)航能力的純電動(dòng)車型相當(dāng)?shù)娜芷诔杀窘?jīng)濟(jì)性。
