綠色產(chǎn)業(yè)智庫-2023年氫儲能行業(yè)研究報告：面向新型電力系統(tǒng)的氫儲能

2023年氫儲能電力系統(tǒng)的中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心(一)產(chǎn)業(yè)鏈構成(二)應用場景介紹(一)產(chǎn)業(yè)鏈構成0101氫能氫能產(chǎn)業(yè)鏈所涉及的環(huán)節(jié)和細分領域眾多，包括與產(chǎn)業(yè)鏈上下游細分環(huán)節(jié)相關聯(lián)的產(chǎn)業(yè)；一般從上游氫能制備、中游氫能儲存運輸、下游氫能應用來看。氫儲能屬于新型儲能技術中的化學類儲能，與目前發(fā)展較為成熟的抽水蓄能、電化學儲能(鉛酸蓄電池、鋰離子電池等)甚至熔鹽熱儲能、壓縮空氣儲能等相比，應用規(guī)模仍然有限。(圖1)0303氫儲能是氫能的一種應用場景，或一類新型儲能技術，若實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，有潛力成為一個細分產(chǎn)業(yè)。(圖2)氫儲能將氫氣作為能量轉換的中間橋梁，利用多余的、電網(wǎng)發(fā)電端供應不足時，通過燃氣輪機、燃料電池、內(nèi)燃機等將氫能直接利用或轉換成電能再利用。圖1儲能技術分類及用于新能源電源側的主要技術熱儲能來源：中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心整理本次行研關注重點電去用戶或電網(wǎng)氫需求與供應預測氫交通氫能源管理系統(tǒng)燃料電池汽車加氫站燃料電池大巴/風機可再生能源電網(wǎng)大規(guī)模電制氫系統(tǒng)品…光伏電網(wǎng)控制系統(tǒng)氫儲存單元氫氣運輸電解水圖2氫儲能產(chǎn)業(yè)鏈示意圖來源：中海石油氣電集團技術研發(fā)中心中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心一.氫儲能行業(yè)概況負荷側主要應用于儲存無法被電網(wǎng)消納的剩余電能，平抑可再生能源發(fā)電波動，并協(xié)調(diào)配合電力系統(tǒng)調(diào)度安排及時調(diào)整出力■適用于并網(wǎng)型、離網(wǎng)型以及集中式(如海上風電)可再生能源電站?！隹梢詾殡娋W(wǎng)運行提供調(diào)峰輔助容量，調(diào)節(jié)容量缺口，并緩解輸配線路阻塞；■例如應對高峰電力需求時輸配電系統(tǒng)發(fā)生擁擠阻塞、電力輸送能力跟不上等問題?！隹蓞⑴c電力需求響應，例如分布式氫燃料電池電站和分布式制氫加氫一體站可作為高彈性可調(diào)節(jié)負荷■可用于峰谷電價套利，甚至是季節(jié)價差套利(如浙江省已開始實施季節(jié)價差)■可在負荷側作為應急備用電源，替代柴油發(fā)電機、鉛酸蓄電池、鋰電池等。出力波動提供調(diào)峰輔助制氫跟蹤計劃出力應急備用電源套利圖3氫儲能在新型電力系統(tǒng)中的主要應用場景來源：中海石油氣電集團技術研發(fā)中心二一.氫儲能行業(yè)概況(三)行業(yè)特征分析■氫能儲能的容量是太瓦級(TW),時間可以√氫儲能可跨長距離儲能√氫能轉化形式多樣■氫氣的體積能量密度是天然氣或甲烷的1/3■氫氣相比甲烷、氨等燃料在其他化學特性上也有諸多差異，例如氫氣燃燒熱值更高、反應性更強、傳播速度更快、延遲時間更短、火焰溫度高等?！烫贾泻湍繕讼隆帮L光-氫儲能”項目存在潛威脅解水、固體氧化物電解水制氫效率分別為63%~70%、56%~60%和74%~81%?！虤鋬δ芟到y(tǒng)成本高于抽水蓄能及主流新型儲能■熱儲能成本約3000-4000/kW綜上，在儲存容量、放電時長等性能指標上，氫儲能優(yōu)于其他儲能，且可完全滿足新型電力系統(tǒng)的要求；而在投資成本和轉化效率方面，與要求仍有一定差距。(一)政策因素(二)技術因素(三)經(jīng)濟因素(四)社會因素二.氫儲能行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀(一)政策因素為推動可再生能源發(fā)電消納，國家正從科研攻關、為推動可再生能源發(fā)電消納，國家正從科研攻關、示范應用、標準建設等層面支持中長期氫儲能的■《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》:“開展氫儲能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應用場景的示范，探索培育‘風光發(fā)電+氫儲能’一體化應用新模式”。■2023年1月，國家能源局組織編制的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書(征求意見稿)》:到2045-2060年，“通過電轉氫、電制燃料等方式與氫能等二次能源融合利用，助力構建多種能源與電能互聯(lián)互通的能源體系”。■《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》、《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》等：將氫儲能列為可再生能源發(fā)電消納的主要方式之一。(表1)“雙碳”背景下，構建新型電力系統(tǒng)的目標和任務逐步明確，規(guī)模化長時儲能技術的突破將成為支撐我國新型電力系統(tǒng)建序有關政策或文件發(fā)布時間發(fā)布機構有關氫號2023年4月國家能源局徑和可推廣的經(jīng)驗。加強新型電力系統(tǒng)、儲能、氫能、抽水蓄能、展藍皮書(征求意月國家能源局綜合司平衡過渡。2045-2060年，新能源逐步成為發(fā)電量結構主體電源，電2035年)》2022年3月國家發(fā)改委、能源局資源富集、氫氣需求量大的地區(qū)，開展集中式可再生能源制氫示范工程，探索氫儲能與波動可再生能源發(fā)電協(xié)同運行的商業(yè)化運營模式。2022年1月國家發(fā)改委、能源局等新型儲能項目建設，促進多種形式儲能發(fā)展，支撐綜合智慧能源系統(tǒng)建設。2022年1月國家發(fā)改委、能源局核心技術，力爭氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術取得突破，推動氫能技術發(fā)展和示范應用。業(yè)高質量發(fā)展做好12月國務院國資委工業(yè)、交通等領域典型用能場景，積極部署產(chǎn)業(yè)鏈進儲能、溫差能、地熱能、潮汐能等新興能源領域前瞻性布局力度。加強綠色氫能示范驗證和規(guī)模應用。行動方案》2021年國務院聚焦化石能源綠色智能開發(fā)和清潔低碳利用、可再生能源大規(guī)模利用、新型電力系統(tǒng)、節(jié)能、氫能、儲能、動力電池、二氧化碳捕集利面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》月中共中央、國務院鍵技術研發(fā)、示范和規(guī)?；瘧?。型儲能發(fā)展的指導意見》月國家發(fā)改委、能源局2025年遠景目標月中共中央、國務院前瞻謀劃未來產(chǎn)業(yè)，在氫能與儲能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領域，組織二.氫儲能行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀■地質儲氫技術(UndergroundHydrogenStorage,英文簡稱UHS)近十年間尤其得到歐美國家重視；不同地質構造下的技術經(jīng)濟性也有較大差異，目前已有試驗的地質儲氫技術主要包括鹽穴、地下含水層、枯竭油氣藏、內(nèi)襯巖洞、地下管道等地下儲氣庫。技術經(jīng)濟性方面，地質儲氫成本主要取決于地質構造、地質特征，以及采取安全保障措施耗費成本等；鹽穴儲氫成本低于地下管道和內(nèi)襯巖洞(表2),但高于枯竭油氣藏和含水層。鹽穴儲純氫技術在美國已有成功案例。另外，氫氣與其他氣體(如CH4、CO2、CO、N2等)以一定比例混合后存入地下的方式，已有枯竭油氣藏和含水層混合儲氫的工業(yè)應用。序地質類型作業(yè)壓力投資平準化儲氫成本(LCOHs)號(兆帕)516-817美元/千克3250-5147元/千克.87-2.39美元/千克11.8-15元/千克2內(nèi)襯巖洞56-116美元/千克353-731元/千克0.31-0.43美元/千克2-2.7元/千克335-38美元/千克220-239元/千克0.19-0.27美元/千克1.2-1.7元/千克電制燃料技術(PtX)可實現(xiàn)“電氫雙向儲能”——以電制氫為核心，將電能轉化為氫氣、氨氣、甲烷或汽柴油中的化學能，最后應用于化工、交通、發(fā)電、供熱、儲氣等豐富多樣的終端應用中。電轉電(P2P):“電-氫-電”,將富余電能通過電解水制氫存儲，再通過燃料電池或燃氣輪機將氫能轉化為電能。(表3)電轉氣(P2G):“電-氫”,將富余電能通過電解水制氫存儲，再通過混合天然氣或直接燃燒發(fā)電、發(fā)熱或其他用途——充分利用天然氣管網(wǎng)、燃氣發(fā)電機組、燃氣鍋爐等現(xiàn)有基礎設施，實現(xiàn)氫氣的大容量、長距離輸送和利用。■電轉其他能源：即“電-氫-其他能源”,如氫氣合成甲烷、甲醇等。項目名稱國家電投荊門綠動電廠摻氫中國湖北北京重燃(國家電投)牽頭、西門子能成套院、上海舜華等能源公園溴大利亞年風電：100MW鋰電池(儲法國可冉生能源公司林肯港項目溴大利亞機HydrogenUtility、貝克休斯、GE示范項目法國2020年年2SGT-400燃氣輪機西門子燃氣與電力公司、Engie、英國Markham儲能項目Hassfurt項目德國來源：中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心整理二.氫儲能行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀(二)技術因素■改造前，采用熱電聯(lián)產(chǎn)機組(設備為西門子SGT-400工業(yè)燃氣輪機),利用管網(wǎng)天然氣發(fā)電，并以上網(wǎng)電價將電力出售給EDF;同時熱電聯(lián)產(chǎn)機組產(chǎn)生的蒸汽用于干燥回收紙漿或制造紙板。■改造后，新增加電解槽系統(tǒng)，利用該基地剩余未并網(wǎng)的可再生能源電力電解制氫，氫氣部分儲存，部分用于與天然氣混合燃燒發(fā)電。(圖4)M壓縮機■西門子：改造升級現(xiàn)有SGT-400燃氣輪機，實現(xiàn)天然氣-氫氣混合燃燒，并計劃將摻氫比例提高到80%,最終達M壓縮機水儲氫設施電解槽■法國能源集團Engie:建造制氫和儲氫設施，包括天然氣-氫氣混合站；水儲氫設施電解槽■英國Centrax:改造后燃氣輪機的安裝調(diào)試，成套業(yè)務；可再生能源電力■德國宇航中心(DLR)、倫敦大學(UCL)、德國杜伊斯堡-埃森大學、瑞典隆德大學：支持混氫燃氣輪機技術開發(fā)；可再生能源電力■雅典國立科技大學：經(jīng)濟、環(huán)境、社會評估；■法國Arttic咨詢公司：支持項目運營管理及宣傳。綠電上網(wǎng)總預算1690萬美元，歐盟資助近70%:綠電上網(wǎng)(滿負荷)■在“地平線2020(Horizon2020)”天然氣天然氣預算資金■項目各參與方自籌資金，520萬美元。面向PtX市場的模塊化商業(yè)模式：■西門子作為項目牽頭方，采取“模塊化”思路(ModularApproach),不僅為業(yè)主提供成套設備和解決方案,并且提供面向PtX市場的“交鑰匙方案”,作為PtX工廠的EPC承包方。商業(yè)模式■具體分為：一是“可再生能源套件”,二是“氫套件”,三是“再電氣化套件”,“電子燃料(E-Fuel)套件” 二.氫儲能行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀(三)經(jīng)濟因素圖6對比基于鋰電池和基于氫儲能的風光儲系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析思路二.氫儲能行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀(三)經(jīng)濟因素圖6對比基于鋰電池和基于氫儲能的風光儲系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析思路模型仿真測算：基于氫儲能的可再生能源系統(tǒng)相對于基于鋰電池儲能系統(tǒng)，可具備一定運行經(jīng)濟性。光伏風電電池(b)氫儲能系統(tǒng)棄電電圖5基于鋰電池和基于氫儲能系統(tǒng)的風光儲系統(tǒng)來源：國家重點研發(fā)計劃項日(2018YFB0905000)傳統(tǒng)電池儲能系統(tǒng)風光儲系統(tǒng)，利用傳統(tǒng)鋰電池作為儲能設施；根據(jù)一定參數(shù)，對A/B兩地區(qū)成本分析。(圖5)氫儲能系統(tǒng)替換為電解槽、壓縮機、儲氫罐、燃料電池等；根據(jù)一定參數(shù)，對A/B兩地區(qū)成本分析。(圖5)輸出量風電曲線風電占比光伏占比可再生能源滲送率綠電比例儲能系統(tǒng)容量儲能系統(tǒng)最大充放電功率儲能系統(tǒng)綜合效率系統(tǒng)年化成本及構成靈敏度分析可調(diào)度能源價格電解槽輸出功率變化量光伏曲線負荷需求風電投資運營成本光伏投資運營成本電解槽投資成本儲氫罐投資成本燃料電池成本工業(yè)用水成本貼現(xiàn)率系統(tǒng)壽命對比不同地區(qū)的基于氫儲能與電池儲能可再生能源系統(tǒng)將非線性規(guī)劃轉化為線性規(guī)劃求解輸入量類型氫儲能系統(tǒng)電池儲能系統(tǒng)A地區(qū)B地區(qū)A地區(qū)B地區(qū)0放/(t,MW)來源：國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFB0905000)Fw:可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中風力發(fā)電占比。中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心(四)社會因素爆炸極限寬體積濃度4.0%～75.6%,在此區(qū)間內(nèi)如遇火源都可以發(fā)生爆炸。容易發(fā)生泄漏氫氣的高度穿透性，氫氣很容易通過閥門，管路接口等泄露至周圍環(huán)境從而形成爆炸性大氣環(huán)境。金屬材料在冶煉、加工、熱處理、酸洗和電鍍等過程中，或在含氫介質中長期使用時，材料由于吸氫或氫滲而造成機械性能嚴重退化，發(fā)生脆斷的現(xiàn)象；在普通鋼材、不銹鋼、鋁合金、鈦合金、鎳基合金和鋯合金中也都有此現(xiàn)象。逆焦耳-湯姆遜效應在常溫下，釋放壓力降低時，氫氣溫度會急劇升高，再加上氫的燃點低，因此非常容易自燃。中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心三.氫儲能市場競爭態(tài)勢企業(yè)總量(樣本):33家A股上市公司5000萬元以上的企業(yè)3400余家；■氫儲能上市公司：根據(jù)東方財富金融數(shù)據(jù)庫，截至2023年5月4日，A股范圍內(nèi)“氫能源”板塊上市公司數(shù)量達183家，“儲能”板塊上市公司數(shù)量達224家；兩個板塊之間的“交叉企業(yè)”數(shù)量為33家。核心產(chǎn)品：近半數(shù)聚焦車用場景■氫能：15家企業(yè)主要從事氫燃料電池等主營業(yè)務：電氣機械及器材制造居多33家上市公司中：■27家同屬制造業(yè)，其中電氣機械和器材制造企業(yè)12家，通用設備制造企業(yè)5家，化學原料和化學制品制造企業(yè)3家，計算機、通信車用場景下的氫能產(chǎn)品研發(fā)制造，5家企業(yè)布局氫能全鏈條裝備制造業(yè)務■儲能：8家企業(yè)核心產(chǎn)品在于儲能系統(tǒng)集成及相關解決方案，6家企業(yè)從事多種類型儲能設備的制造。(圖8)和其他電子設備制造企業(yè)2家，陸、海、空等交通運輸設備制造企業(yè)2家，廢棄資源綜合利用、儀器儀表、專用設備等制造企業(yè)分別有1家；■除制造業(yè)企業(yè)以外，還有2家公用事業(yè)公司、2家建筑業(yè)公司、1家專業(yè)技術服務類公司。(圖7)中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心三.氫儲能市場競爭態(tài)勢制造業(yè)(電氣機械和器材)12制造業(yè)(通用設備)5制造業(yè)(化學原料、化學制品及材料等)3制造業(yè)(陸、海、空等交通運輸設備)2制造業(yè)(計算機、通信和其他電子設備)2制造業(yè)(專用設備)1制造業(yè)(儀器儀表制造業(yè))1制造業(yè)(廢棄資源綜合利用)1電力、熱力、燃氣及水生產(chǎn)和供應業(yè)3科學研究和技術服務業(yè)1圖7A股33家氫儲能上市公司主營業(yè)務分布情況來源：中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心整理主要業(yè)務或產(chǎn)品氫能核心產(chǎn)品發(fā)電項目投資運營工業(yè)機械法動力能品品裝備(氯)氣紙遠制氙法備(工業(yè)氯)■中國能建■上海電氣■東方電氣■陽光電源■天能股份■金發(fā)科技■中國動力金風科技金通靈儲能核心產(chǎn)品來源：中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心整理中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心三.氫儲能市場競爭態(tài)勢(一)市場參與主體——財務表現(xiàn)(2022財年)>70%,3家>70%,3家13家8家企業(yè)名稱凈利潤最低5家國企，5央企，8民企，20三.氫儲能市場競爭態(tài)勢(一)市場參與主體——重點趨勢觀察燃機型號最大摻氫比例(%)摻氫燃燒技術不斷突破。菱日立動力系統(tǒng)公司(MHPS)、西班牙安薩爾多能源公司提高至100%。燃燒改造的科研攻關和商業(yè)運行。前景。■從支持我國新型電力系統(tǒng)建設的角度看，我國天然氣發(fā)電規(guī)模有限，我國東南沿海及氣源較為充足的省份還是出臺了一些鼓勵天然氣發(fā)電的政策，安排新增一定規(guī)模的調(diào)峰氣電，增強當?shù)仉娏Ｕ吓c系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力?！鋈細廨啓C摻氫燃燒技術的進步，為新能源電源側配置氫儲能提供更多可能性，為平衡可再生能源電力供需提供潛在的新型儲能解決方輪機輪機并取決于當?shù)貤l件和要求。受特殊硬件或套件調(diào)試。◎SGT5-4000F價等環(huán)節(jié)做出安排，否則難以實現(xiàn)經(jīng)濟效應。中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心—16—三.氫儲能市場競爭態(tài)勢(二)行業(yè)競爭結構(三)企業(yè)競爭能力單就氫儲能而言，目前市場份額較為分散，尚未形成產(chǎn)業(yè)格局。單就氫儲能而言，目前市場份額較為分散，尚未形成產(chǎn)業(yè)格局。氫儲能的應用場景尚處于試點示范階段；■氫儲能的市場參與主體廣泛分布在氫能產(chǎn)業(yè)鏈及儲能產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下■從價值鏈角度看，在氫儲能這一應用場景下，尚未形成由原始設備制造商(OEM)、項目運營商、運維服務商等環(huán)節(jié)企業(yè)構成的價值鏈；■從氫能產(chǎn)業(yè)總體情況看，市場集中度也較低，據(jù)統(tǒng)計2020年制氫市場■僅就儲能市場而言，市場集中度以達到較高水平，儲能電池、變流器等核心環(huán)節(jié)CR4已超80%、50%,均達到寡占型市場水平。0③替代品威脅較大，氫儲能面臨其他新型儲能技術路線④現(xiàn)有企業(yè)的競爭較小，盡管氫能和儲能領域現(xiàn)有企業(yè)數(shù)量較多，但氫儲能領域現(xiàn)有企業(yè)⑤客戶討價還價的能力強，電網(wǎng)、石化工業(yè)、交通等用氫客戶的價格敏感性高、相對氫儲能企業(yè)的集中度和規(guī)模明顯強勢。(圖16)行業(yè)新進入者客戶討價還價的能力供應商討價還價的能力新注冊企業(yè)數(shù)量(單位:新注冊企業(yè)數(shù)量(單位:0圖152011-2022年儲能產(chǎn)業(yè)鏈每年新注冊企業(yè)數(shù)量增長趨勢現(xiàn)有企業(yè)的競爭替代品威脅圖16氫儲能行業(yè)企業(yè)競爭能力的五因素分析示意圖以上數(shù)據(jù)來源：中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心整理中節(jié)能生態(tài)產(chǎn)品發(fā)展研究中心—17—圖16氫儲能行業(yè)企業(yè)競爭能力的五因素分析示意圖(三)潛在風險識別四.氫儲能發(fā)展趨勢展望電網(wǎng)側電網(wǎng)側用戶側電源側用戶側電源側針對現(xiàn)有棄風棄光的氫儲能潛力較大，儲能市場迎來政策窗口期?！ぜ訌娫淳W(wǎng)荷儲銜接，提升清潔能源消納存儲能力，并且提出并網(wǎng)項目配儲比例，引導清潔能源發(fā)電側配儲能；主體地位。加大政策傾斜。電源側需求增長相對可觀,而電網(wǎng)側和用戶側規(guī)?；l(fā)展挑戰(zhàn)較大。短期內(nèi)電網(wǎng)側大規(guī)模儲能建設增長幅度有■2019年《輸配電定價成本監(jiān)審辦法》:電網(wǎng)投資(暫行)》:電網(wǎng)企業(yè)應公平無歧視為新型儲能電力市場，配合電網(wǎng)調(diào)峰。歧視”接入服務尚難以全面落實。僅靠峰谷或季節(jié)價差的激勵政策難以推動用戶側氫儲能投資建設。側儲能市場。電價機制的通知》:要求系統(tǒng)峰谷差率超過40%的地方，峰谷電價價差原則上不低于4:1,其他地方原則上不低于3:1;動用戶側氫儲能投資建設。四.氫儲能發(fā)展趨勢展望√風光儲：理論上到2030年風光發(fā)電側有上百吉瓦的儲能需求量。2030年風、光發(fā)電側對儲能的需求規(guī)?？蛇_到■光儲：到2025年光儲需求量有望增長5倍以上，到■風儲：至2025年風儲需求量有望增長6倍以上，2030年風儲需求或有十余倍增長空間。參與市場交易。