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摘要：碳達(dá)峰碳中和背景下，建設(shè)新型電力系統(tǒng)將是保障能源電力安全、推進(jìn)能源革命、推動能源綠色發(fā)展的必由之路，氫儲能作為一項適合大規(guī)模、長時、跨區(qū)域儲能的潛在技術(shù)路徑和解決方案，有助于提高電力系統(tǒng)的可再生能源消納水平、提高能源利用效率。首先，采用SWOT分析法，分析氫儲能行業(yè)的優(yōu)劣勢及面臨的機遇和威脅。然后，從市場參與主體、行業(yè)競爭機構(gòu)、企業(yè)競爭能力等方面分析當(dāng)前氫儲能市場競爭態(tài)勢。最后，從政策、應(yīng)用場景、技術(shù)等角度提出氫儲能發(fā)展趨勢觀察。
關(guān)鍵詞：氫儲能；新型電力系統(tǒng)；企業(yè)；行業(yè)特征；市場
中圖分類號：[T-9] 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
1.引言
對于新型電力系統(tǒng)而言，氫儲能具有上游利用可再生能源能源發(fā)電并制備“綠氫”、中游環(huán)節(jié)將氫能以直接或間接方式進(jìn)行儲存、下游應(yīng)用時根據(jù)電力系統(tǒng)需要將儲存的能量調(diào)度利用等特點?！半p碳”背景下，規(guī)?；L時儲能技術(shù)的突破將成為支撐我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵支柱，而氫儲能作為一種潛在的解決方案，具有良好發(fā)展前景。本文旨在分析氫儲能行業(yè)特征、市場競爭態(tài)勢、發(fā)展趨勢等，為企業(yè)更好識別和把握氫儲能行業(yè)發(fā)展機遇提供參考。
2.氫儲能行業(yè)特征分析
2.1 優(yōu)勢
對于新型電力系統(tǒng)而言，首先，氫儲能有別于電化學(xué)儲能，氫儲能更適合大規(guī)模、長時、跨區(qū)域儲能[1]。電化學(xué)儲能電站的容量是兆瓦級（MW），儲能時長通常在1天以內(nèi)；抽水蓄能容量是吉瓦級（GW），儲能時長在1周至1個月；而氫能儲能的容量為太瓦級（TW），儲能時長可達(dá)1年以上。其次，制備得到的氫氣可以跨區(qū)域、長距離運輸，做到跨區(qū)域儲能，這也得益于氫能轉(zhuǎn)化形式多樣的特點。最后，在新型電力系統(tǒng)中，氫儲能有助于解決新能源消納問題，相對電化學(xué)儲能技術(shù)而言，氫儲能不失為一種潛在的解決方案[2]。
2.2 劣勢
氫儲能系統(tǒng)效率相對較低。抽水蓄能、飛輪儲能、鋰電池、鈉硫電池等儲能技術(shù)目前的能量轉(zhuǎn)化效率普遍達(dá)到70%以上。而對于氫儲能系統(tǒng)，其中“電?氫”轉(zhuǎn)化通常采用的三種技術(shù)路徑——堿性電解水、PEM電解水和固體氧化物電解水制氫效率大致處于63%~70%、56%~60%和74%~81%區(qū)間，也就是說目前固體氧化物電解水制氫效率與上述儲能方式有一定可比性；此外，“氫?電”轉(zhuǎn)化過程的燃料電池發(fā)電效率處于50%~60%，其中有相當(dāng)一部分能量以熱能形式損失。綜上，“電?氫?電”過程存在兩次能量轉(zhuǎn)換，降低了系統(tǒng)整體效率（約在40%~50%）。
2.3 機遇
一方面，若未來新能源電力價格以及固定資本支出下降，氫儲能中的電解系統(tǒng)成本有望大幅下降[3]；據(jù)國際氫能委員會（Hydrogen Council）測算，若規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)且技術(shù)日趨成熟，堿性和PEM電解槽投資成本將以每年9%和13%的學(xué)習(xí)率下降，氫燃料電池和儲氫罐成本也將分別以11%~17%、10%~13%的速率下降[4]。另一方面，從系統(tǒng)經(jīng)濟性的角度看，已有較多研究通過建模和案例測算論證，含氫儲能的綜合能源系統(tǒng)通過優(yōu)化調(diào)度，可以實現(xiàn)較好的年度平均效益和平準(zhǔn)化能源效益，含氫儲能的系統(tǒng)建設(shè)方案具備潛在可行性[5]。
2.4 威脅
對于新型電力系統(tǒng)而言，氫儲能的市場化發(fā)展或?qū)⒚媾R其他新型儲能技術(shù)的威脅。當(dāng)前，氫儲能系統(tǒng)成本仍遠(yuǎn)高于抽水蓄能及其他處于快速發(fā)展階段的新型儲能技術(shù)——抽水蓄能和壓縮空氣儲能的投資成本約在3000~5000元/kW，鉛酸蓄電池和鉛炭電池約為500~1000元/kW，熱儲能的成本約為3000~4000/kW，而氫儲能系統(tǒng)成本在6000~8000元/kW。此外，氫的生產(chǎn) 制備到利用環(huán)節(jié)仍存在較多技術(shù)壁壘或商業(yè)化挑戰(zhàn)；例如，固體氧化物電解槽技術(shù)（SOECs）尚未實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，另外氫氣具有燃燒熱值更高、反應(yīng)性更強、傳播速度更快、延遲時間更短、火焰溫度高等特性，在應(yīng)用環(huán)節(jié)存在技術(shù)挑戰(zhàn)。
3.氫儲能市場競爭態(tài)勢
3.1 市場參與主體
本文基于A股范圍分析當(dāng)前國內(nèi)氫儲能市場參與主體。截至2023年5月4日，A股“氫能源”板塊上市公司數(shù)量達(dá)183家，“儲能”板塊上市公司數(shù)量達(dá)224家；兩個板塊之間的“交叉企業(yè)”數(shù)量為33家，包含中國能建、上海電氣、陽光電源、天能股份、明陽智能等企業(yè)。從主營業(yè)務(wù)看，33家上市公司中有27家屬于制造業(yè)企業(yè)，其中電氣機械和器材制造企業(yè)12家（圖1）。
圖1 A股33家氫儲能上市公司主營業(yè)務(wù)分布情況（單位：企業(yè)個數(shù)）
從核心產(chǎn)品看，在氫能方面，近半數(shù)企業(yè)主要從事氫燃料電池等車用場景下的氫能產(chǎn)品研發(fā)制造，5家企業(yè)主要開展氫能制、儲、運、用等環(huán)節(jié)的裝備制造業(yè)務(wù)，另有5家企業(yè)聚焦綠氫制備裝備，3家企業(yè)聚焦工業(yè)副產(chǎn)氫制備裝備。從儲能方面看，33家公司中8家企業(yè)的核心產(chǎn)品為儲能系統(tǒng)集成及相關(guān)解決方案，6家企業(yè)從事例如壓縮空氣儲能、抽水蓄能、熱蓄能等多種類型儲能設(shè)備的制造，僅5家企業(yè)主要開展風(fēng)光儲多能互補項目的開發(fā)運營類業(yè)務(wù)。
從營業(yè)收入看，33家公司最近一年營業(yè)收入總和達(dá)到2160億元人民幣，其中僅5家上市公司營業(yè)收入超百億元，且第一名（中國能建，885億元）與第33名（動力源，1.7億元）營業(yè)收入差距懸殊。從營業(yè)收入同比變化情況看，陽光電源營業(yè)收入同比增長幅度最大（同比增長175%），其次是南網(wǎng)科技（同比增長超88%），下降幅度最大的是明陽智能（同比下降近62%）。
從凈利潤來看，6家企業(yè)凈利潤為負(fù)，凈利潤最高的仍然是陽光電源（15億元），第二名為金風(fēng)科技 （12億元）；從同比變化幅度看，凈利潤同比增長最大的是主打DC/DC、逆變器制造的英威騰（同比增長3017%），其次是上海電氣（2802%）；此外，降幅最大的是金通靈（-1080%），該公司主營空壓機等流體機械設(shè)備制造，在氫能領(lǐng)域主要從事氫燃料電池壓縮機制造，在儲能領(lǐng)域主要是壓縮空氣儲能設(shè)備集成以及EPC總包服務(wù)等。
從總資產(chǎn)看，資產(chǎn)總額最高的5家企業(yè)依次是動力源（6984億元）、首航高科（2871億元）、北京科銳（1298億元）、金通靈（1185億元）、奕東電子（893億元）。從資產(chǎn)負(fù)債率水平看，僅3家企業(yè)負(fù)債率處于較高位，超過70%，9家企業(yè)負(fù)債率低于40%，處于較低水平。
3.2 行業(yè)競爭態(tài)勢
目前氫儲能市場份額較為分散，尚未形成產(chǎn)業(yè)格局。基于上述分析，氫儲能市場參與主體廣泛分布在氫能或儲能產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游不同環(huán)節(jié)，特別是儲能行業(yè)市場集中度已達(dá)到較高水平[6]。但針對氫儲能這一細(xì)分市場而言，尚未形成由原始設(shè)備制造商（OEM）、項目運營商、運維服務(wù)商等環(huán)節(jié)企業(yè)構(gòu)成的價值鏈，氫儲能尚未形成產(chǎn)業(yè)格局，企業(yè)集中度較低，市場份額較分散[7]。
3.3 企業(yè)競爭能力
從行業(yè)新進(jìn)入者威脅來看，不論儲能還是氫能行業(yè)目前熱度都較高，新進(jìn)入者快速增加，威脅較大，特別是在氫能或儲能行業(yè)有一定技術(shù)或產(chǎn)品經(jīng)驗的企業(yè)有條件快速進(jìn)入。從供應(yīng)商討價還價能力看，盡管目前重點設(shè)備技術(shù)成本較高，但市場需求有限。從替代品的威脅看，氫儲能面臨其他新型儲能技術(shù)路線或其他新能源類型的威脅較大，多個新型儲能技術(shù)路線的單位成本處于下降通道。從現(xiàn)有企業(yè)的競爭來看，氫儲能領(lǐng)域市場格局尚未形成。此外，考慮到電網(wǎng)、石化工業(yè)、交通等用氫大客戶的價格敏感性高，自身垂直整合能力強，且對產(chǎn)品和市場供需的了解度較高，客戶討價還價的能力強（圖2）。
圖2 氫儲能行業(yè)企業(yè)競爭能力的五因素分析示意圖
4.氫儲能發(fā)展趨勢觀察
政策方面，“雙碳”目標(biāo)下，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)和任務(wù)逐步明確，規(guī)?；L時儲能技術(shù)的突破將成為支撐我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵支柱。為推動可再生能源發(fā)電消納，國家正從科研攻關(guān)、示范應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)等層面支持中長期氫儲能的發(fā)展?！丁笆奈濉毙滦蛢δ馨l(fā)展實施方案》《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》等均將氫儲能列為可再生能源發(fā)電消納的主要方式之一?！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035 年）》明確指出“開展氫儲能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場景的示范”。2023年6月，國家能源局組織發(fā)布的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》指出，“到2045~2060年，通過電轉(zhuǎn)氫、電制燃料等方式與氫能等二次能源融合利用，助力構(gòu)建多種能源與電能互聯(lián)互通的能源體系”[8]。
應(yīng)用場景方面，氫儲能在“源網(wǎng)荷”側(cè)均有豐富應(yīng)用場景，其中電源側(cè)需求增長相對可觀，而電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)規(guī)模化發(fā)展挑戰(zhàn)較大。電源側(cè)方面，針對現(xiàn)有棄風(fēng)棄光的氫儲能潛力較大，儲能市場迎來政策窗口期。從國家到地方層面，一方面注重加強源網(wǎng)荷儲銜接，提升清潔能源消納存儲能力，提出并網(wǎng)項目配儲比例，引導(dǎo)清潔能源發(fā)電側(cè)配儲能；另一方面，支持商業(yè)模式創(chuàng)新，明確新型儲能獨立市場主體地位； 資源豐富地區(qū)對多能互補式新型儲能電站項目不斷加大政策傾斜。電網(wǎng)側(cè)方面，儲能成本的疏導(dǎo)機制尚不完善[9]。用戶側(cè)方面，僅靠峰谷價差或季節(jié)價差的政策激勵預(yù)計尚難以驅(qū)動用戶側(cè)的氫儲能投資建設(shè)[10]。
技術(shù)方面，電制燃料技術(shù)（PtX）發(fā)展趨勢下，全球燃?xì)廨啓C市場正加快轉(zhuǎn)型，摻氫燃燒技術(shù)不斷突破。西門子公司表示目前其制造的大部分渦輪機已適用于含氫燃料，且摻氫比例不斷提高；美國GE電力公司、日本三菱日立動力系統(tǒng)公司（MHPS）、西班牙安薩爾多能源公司（Ansaldo Energia）都在開發(fā)高比例摻氫燃機；三菱日立動力系統(tǒng)（MHPS）表示將在2045年前將旗下“J系列”燃機的摻氫比例全部提高至100%[11]。國內(nèi)方面，國家電投所屬荊門綠動電廠在運燃機也已實現(xiàn)30%摻氫燃燒改造的科研攻關(guān)和商業(yè)運行[12]。
對我國電力系統(tǒng)而言，天然氣發(fā)電市場的氫氣替代空間有限，但作為輔助與平衡可再生能源電力供需的潛在解決方案，氫儲能具有較好發(fā)展前景。從支持我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的角度看，我國天然氣發(fā)電規(guī)模有限，截至2021年我國天然氣發(fā)電裝機容量占全國發(fā)電裝機規(guī)模的4.6%，遠(yuǎn)低于部分發(fā)達(dá)國家30%的水平，天然氣發(fā)電替代市場需求有限。不過我國東南沿海和氣源較為充足的省份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(dāng)?shù)仉娏?yīng)保障與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。未來燃?xì)廨啓C摻氫燃燒技術(shù)的進(jìn)步，有望為新能源電源側(cè)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案。
5.結(jié)語
通過對A股上市公司的調(diào)查可見，目前從事氫儲能業(yè)務(wù)的企業(yè)數(shù)量仍然有限，圍繞新型電力系統(tǒng)建設(shè)布局氫儲能應(yīng)用場景的企業(yè)則更少。但該領(lǐng)域發(fā)展熱度較高，業(yè)內(nèi)已有研究顯示，含氫儲能的綜合能源系統(tǒng)通過優(yōu)化調(diào)度具有潛在經(jīng)濟性，國外領(lǐng)先能源企業(yè)在摻氫技術(shù)等方面也取得長足進(jìn)步。氫能、儲能等相關(guān)行業(yè)企業(yè)應(yīng)密切關(guān)注氫儲能發(fā)展動向，識別發(fā)展威脅和風(fēng)險因素，把握新型電力系統(tǒng)下的氫儲能商業(yè)機遇。
