氫是宇宙中分布最廣泛的元素，構成了宇宙質量的 75%。氣態形式的氫氣可從水、化石燃料等含氫物質中制取，并通過物理與化學變化過程存儲或釋放能量，是重要的工業原料和能源載體，可用于儲能、交通、石化、冶金等領域。
氫能是高效環保的二次能源，能量密度與相對安全性高于其他燃料。其能量密度高，是汽油的 3 倍有余；其使用裝置的使用效率高，燃料電池的能量轉換效率是傳統內燃機的 2 倍；其反應產物是水，排放產物絕對干凈，沒有污染物以及溫室氣體排放；安全性相對可控，引爆條件比汽油更為嚴苛；其物質儲備豐富，未來氫能的制取存在更多可能性。
化石能源在地球儲備有限，根據中國生態環境部報告數據，2020年我國煤炭、石油、天然氣在能源消費中分別占比56.8%、18.9%、8.4%。特別地，我國是油氣進口大國，石油與天然氣對外依存度達 73%、43%，因此需在上述化石能源之外，尋找新的能源保障。同時，當某種能源受到限制時，氫能可以快速作為補充，因此打造可再生能源多元化的供應體系勢在必行。在全球碳中和的框架下，氫能的環保性以及可再生性，使其具有舉足輕重的作用。
氫能源作為新興產業，其發展速度很大程度上取決于政府的支持力度。 2019年 氫能源首次被寫入《政府工作報告》，氫燃料電池的發展進入新的階段；2020 年 9 月，財政部、發改委等五部門聯合印發燃料電池示范應用通知，對燃料電池汽車的購置補貼政策，調整為燃料電池汽車示范應用支持政策，即所謂的“以獎代補”。
11月17日，行內專家透露：經過較長時間的規劃研討之后，國家氫能頂層設計有望加快對外發布。這是一份涉及氫能產業的中長期規劃，將對未來氫能產業的持續發展起到引領作用。
今年多省發布“十四五”氫能產業規劃。據不完全統計，截至目前，全國已有 20 余省或直轄市發布了氫能產業鏈相關政策，并從產業規模、企業數量、燃料電池汽車、加氫站等方面明確階段目標。據中國氫能聯盟預測，2025 年中國氫能產業產值將達到1 萬億元。
接下去介紹一下氫能源的整個產業鏈，并且將每一個產業鏈也簡單的介紹一下。
首先是制氫：目前，全球制氫技術的主流選擇是化石能源制氫，主要是由于化石能源制氫的成本較低，其中天然氣重整制氫由于清潔性好、效率高、成本相對較低，占到全球 48%。我國能源結構為“富煤少氣”，煤制氫成本要低于天然氣制氫，因而國內煤制氫占比最大（64%），其次為工業副產（21%）。
因為上述幾種方式中，都會產生副產物二氧化碳，因此用這種方式制成的氫被稱為灰氫。在這個基礎上再加上CCUS技術，將二氧化碳等溫室氣體給捕捉收集并加以利用，就可以制成藍氫。
“綠氫”全稱可再生能源電解水制氫。電解水制氫的原理是在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發生電化學反應，分解成氫氣和氧氣。其中電費成本占據了目前電解水制氫85.3%的成本；據估算，當電價低于 0.3 元時，電解水制氫成本與其他工藝路線相當。長期來看，綠氫占比有望大幅提升。根據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》的預測，受益于可再生能源成本下降以及碳排放約束，2020-2030年間綠氫比例將從 1%上升 15%。2050 年我國氫氣需求量將接近 6000 萬噸，在終端能源體系中占比 10%，其中綠氫比例進一步增長到 70%。
目前全國大部分地區的光伏度電成本在 0.3-0.4 元，午間光伏的“谷電”成本還要更低，青海等優質資源地區已降至 0.2 元。總體而言，光伏制氫是最具潛力的電解水制氫方式，目前已經初具經濟性。
光伏、石化等跨界龍頭企業紛紛布局。隆基股份、陽光電源、中國石化、寶豐能源等跨界龍頭企業已開始紛紛布局光伏制氫賽道，從技術研發、工程建設、商業模式等多方面展開探索。
講完制氫之后，接下來再講一下儲氫和運氫。儲氫有三種方式，氣態，固態和液態。
高壓氣態是目前國內儲運最主要的方式。其儲存方式是采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里。目前所使用的容器是鋼瓶，它的優點是結構簡單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快。但是存在泄露爆炸隱患，安全性能較差。現階段中國普遍采用 20Mpa 氣態高壓儲氫與管束管車運輸氫氣，未來更大規模發展需依靠管道運輸。
更大規模的運輸的方式是管道運輸。因為氫氣容易在接觸普通鋼材時發生“氫脆”的現象，所以管道必須使用蒙乃爾合金等特殊材料，導致管道運輸的前期投資成本大，高達500 萬/km。但是運輸氫氣量也巨大,適合有固定站點大量使用氫氣的情況。截至 2017 年底，我國氫氣管道總里程約 400 公里，主要分布在環渤海灣、長三角等地。
液態儲運的儲氫密度高，能運送大量氫氣，適用長距離運輸氫氣。但液態氫的密度是氣體氫的 845 倍。液態氫的體積能量密度比壓縮狀態下的氫氣高出數倍，如果氫氣能以液態形式存在，那它替換傳統能源將水到渠成，儲運簡單安全體積占比小。但事實上，要把氣態的氫變成液態的并不容易，液化 1kg 的氫氣需要耗電 4-10 kWh，液氫的存儲也需要耐超低溫和保持超低溫的特殊容器，儲存容器需要抗凍、抗壓以及必須嚴格絕熱。
我國油氣公司在 LNG 和 LPG 領域有豐富的經驗和運輸車輛儲備，若成本下降得以實現，未來有望在液態氫氣運輸上具備競爭力。目前海外超過 1/3 的加氫站使用液態儲運的方式。
接下去就是將氫運送到加氫站。加氫站是氫能產業發展的重要環節，其作用類似加油站給汽油/柴油車加油，加氫站是給氫動力車提供氫氣的燃氣站。自 2014 年以來，全球加氫站的數量不斷增長，到 2020 年底達到了 553 站。加氫站的主要技術路線有站內制氫技術和外供氫技術。
截至 2020 年底，我國國內累計建成加氫站 118 座，建成并運營加氫站 101 座，待運營 17 座，建設中和規劃建設的加氫站約 170 座。中國石化主管人員在其主辦的交通能源轉型產業研討會上表示規劃到 2025 年，建設 1000 座加氫站或油氫合建站、5000 座充換電站、7000 座分布式光伏發電站點。
基于目前單獨的加氫站建設成本較高，氫氣需求量相對較少，獨立運營加氫站面臨虧損的局面，綜合性的油氫混合站是未來加氫站發展的方向之一。對氫能產業園而言，短期內的氫能源市場需求仍處于低位，單站建設的加氫站運營經濟效益有限。油氫合建站是相對更可行的方式，同時聯合建設比單獨建設加氫站在土地審批環節也更容易。以佛山為例，2019年 7 月 1 日，國內首座油氫合建站——中國石化佛山樟坑油氫合建站正式建成，日供氫能力為 500kg。該油氫合建站采取加油、加氫、充電分區管理方式，是全國首座集油、氫、電能源供給及現代化綜合服務于一體的新型網點。對氫能產業而言，油氫合建站有望成為現階段最具有經濟性的氫能商業模式。
氫能下游應用空間廣闊，交運、儲能、工業、建筑齊發力。據能源轉型委員會預測，全球氫能需求有望從 2019 年 1.15 億噸上升至 2050 年 10 億噸，其中氫燃料電池車應用可達 6000 萬噸，儲能應用可達 2.7 億噸，遠超車用氫能，工業領域氫能需求超過 3 億噸。
氫能作為清潔能源解決建筑用能仍處起步階段。國外正積極探索建筑應用的技術解決方式。目前，以日本、韓國、歐洲為代表正在應用戶用燃料電池裝置，日本應用居多，為建筑發電的同時，產生余熱用于供暖、洗浴熱水。我國目前技術路徑尚不清晰，建筑與人口密度大，管道系統復雜，用能特點與國外有較大差異。
氫能助力工業部門深度脫碳，碳中和背景下，工業部門將是氫能發展的催化劑。氫氣在現代工業中主要應用于石油領域的煉油和化學工業的主要原料。全球每年在工業領域消耗的氫氣量超過了 500 億 Nm3。目前，為了改善石油和天然氣等化石燃料品質，必須對其進行精煉，如烴的增氫、煤的氣化、重油的精煉等，這些過程中都需要消耗大量的氫氣。在化工業中，制備甲醇和合成氨均需要氫氣做原料，尤其是合成氨的用氫量最大。未來工業領域的應用將主要在氫能煉鋼、綠氫化工和天然氣摻氫三大場景，由此助力工業部門深度脫碳。
可再生能源發電量占比提升，電網在輸配、波動性調控等方面的難度增大。碳排放趨嚴+全球平價到來，光伏風電、水電等可再生能源發電占比快速提升，2020年光伏風電發電量達7270億千瓦時，發電占比9.5%，但可再生能源發電具有不穩定性、間歇性的問題，提高了電網在輸配容量、電頻波動控制等方面的要求，需要依賴儲能形成可控制、可調度的電網運營模式。
截至2020年底全球儲能裝機量191.1GW，同增3.5%；中國儲能裝機量35.6GW，同增9.9%。2020年國內電化學儲能裝機重回快增長，新增首次突破1GW。2019年由于國家發改委明確電網側儲能不能計入輸配電價成本等因素影響，儲能發展遭遇急剎車，2020年因儲能成本下降+政策支持+電網側投資加大，儲能重回高速增長，國內新增電化學儲能1.2GW/2.3GWh，同比+168%，累計裝機2.6GW/4.7GWh，同比+95%，占光伏累計裝機的1.0%，發展空間龐大。
因成本低、壽命長、技術成熟，物理機械儲能，尤其是抽水蓄能應用廣泛，但受地理環境制約、投資高、建設周期長等影響發展漸緩；電磁儲能和光熱儲能綜合效率高，但尚處于技術開發階段，電化學儲能性價比高，已經進入商業化階段，隨成本的逐漸降低，電化學儲能-鋰離子電池是目前新建儲能主要的應用類型。
“新能源+氫儲能”是未來能源發展大方向。氫氣發電建設成本僅580美元/kW，遠低于光伏、風能、天然氣、石油等眾多方式，能量密度是其他化石燃料的3倍多。氫能能量密度高，運行維護成本低，可同時適用于極短或極長時間供電的能量儲備，是少有的能夠儲存上百GWh以上的儲能形式，被認為是極具潛力的新型大規模儲能技術。但2021年氫儲的往返效率較低，儲能周期中約60％的初始電能會損失，而鋰電池損耗約為15%，當放電時間在50小時內，鋰電池和抽水蓄能的成本更低，隨著放電時間的延長，氫儲的將變得更具吸引力。
氫燃料電池車先行，氫燃料電池船舶、氫燃料電池飛機蓄勢待發。在交通運輸領域，氫能不僅應用于燃料電池車，目前正向其他交通運輸領域擴展，例如氫燃料電池船舶，氫燃料電池飛機。至 2050 年氫燃料電池船舶與氫燃料電池飛機的氫氣需求將會遠超氫燃料電池車對于氫氣的需求。
2050 年，氫能源將承擔全球 18%的能源需求，有望創造超過 2.5 萬億美元的市場，燃料電池汽車將占據全球車輛的 20-25%。雖然當前整體基數較小，但近年來氫能源汽車都保持了較高的銷量和保有量增速，2016 年和 2019 年年復合增長率分別為 63%和 114%。
氫能源熱值高，約為石油的三倍以上，是理想的化石燃料替代品。氫能源燃燒使用后不產生任何有害或溫室氣體，對我國實現“碳達峰”、“碳中和”等目標具有重要意義。
我國燃料電池汽車銷量于 2016 年開始快速起步，根據中汽協數據，2015年至 2021 年 1-9 月，我國新能源汽車銷量分別達 33.1 萬輛、50.7 萬輛、77.7 萬輛、125.6萬輛、120.6 萬輛、136.7 萬輛和 215.7 萬輛，而氫燃料電池汽車銷量分別為 10 輛、629輛、1272 輛、1527 輛、2737 輛、1182 輛和 906 輛，累計8263輛氫燃料電池車。從 2015 年發展至今，燃料電池汽車仍然處于產業化的初級階段，氫燃料電池汽車在新能源汽車中的滲透率仍然很低，其產業化進程明顯滯后于純電動汽車。各省密集出臺氫能規劃，按規劃到 2025 年氫能車進入 10 萬輛級別規模。
目前我國交通運輸領域主要運用鋰電池、燃料電池等新能源產品代替傳統燃油發動機以緩解碳排放帶來的環保壓力，相較于鋰電池與傳統發動機，燃料電池的主要技術特點、優劣勢如圖所示：
相比于傳統汽車，氫能源汽車使用氫燃料電池作為動力來源，具有能量轉換效率高和完全無污染的優點。相比于鋰電池電動車，氫能源汽車除了不受溫度影響、續航里程更長以外，還具有能迅速補充燃料的優點。
2020 年 10 月，工信部及汽車工程學會發布了《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，路線圖中明確了燃料電池汽車的推廣應用路徑，提出燃料電池汽車以客車和城市物流車為切入領域，重點在可再生能源制氫和工業副產氫豐富的區域推廣中大型客車、物流車，逐步推廣至載重量大、長距離的中重卡、牽引車、港口拖車及乘用車等，實現氫燃料電池車更大范圍的應用。
因此未來氫燃料電池車與動力電池車將會變成互補的關系，兩者不會形成強烈的市場份額競爭。
“以獎代補”新政鼓勵車型朝大功率與重載方向發展。在 2020 年 9 月發布的“以獎代補”新政中，大功率、高載重的重卡同樣成為補貼最多的車型，以 2021 年積分標準測算，其中功率≥110kw，載重 31 噸以上的重卡最多可享受國補 50.4 萬元，假設地補按照 1:1 比例實施，則該型號重卡最多可享受補貼 100 萬元，而當前配備 110kw功率的燃料電池重卡售價仍普遍在 130~150 萬元左右，對比同規格的柴油重卡銷售價格，實施完補貼后的氫燃料重卡將在初次購買成本上獲得優勢。
北京市公布《北京市氫能產業發展實施方案(2021-2025年)》，北京將依托2022年冬奧會及冬殘奧會，建設氫燃料電池汽車示范工程。應用燃料電池汽車，在延慶等山地賽區承擔觀眾或工作人員的運送服務，延慶賽區賽時燃料電池車的客運服務應用規模212輛，將主要用于客運服務。河北張家口明確氫能公交需求 2000 輛。
正在進行的第十九屆廣州國際車展上，廣汽、上汽、長城等主流車企紛紛宣布將大力發展氫燃料電池汽車并亮相真車，海馬等地方車企則正在加速氫能配套設施建設。
雖然我國燃料電池汽車銷量在近幾年獲得明顯增加，已進入商業化的初期階段，但由于總體產量規模仍然較小，燃料電池系統成本仍然較高，因此現階段整車成本仍然高于動力電池汽車和燃油車，成為制約燃料電池汽車產業發展的因素之一。未來隨著生產規模的擴大，燃料電池系統成本將快速下降。隨著國產替代化進程，技術研發進步和規模化生產，預計從 2020-2030 年每年燃料電池系統成本下降 14%左右。因此長期來看，未來燃料電池汽車成本有望達到和動力電池汽車、燃油汽車的成本相當。
最后是各個產業鏈環節中上市與非上市的公司總結
