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氢气调研报告

氢气调研报告

一、氢气行业细分产品种类分析

《GBT3642-201》将氢气分为两部分，低于部分：

工业用氢；第二部分：

纯

氢、高纯氢和超纯氢。

定义纯度99.99%以下的氢气为工业氢，大于或等于99.99%的为纯氢，大于或等于99.999%勺为高纯氢，大于或等于99.9999%勺为超纯氢。

各类技术指标见一下各表：

表1工业氢指标

项目名称

指标

优等品

一等品

合格品

氢气（H2）体积分数/10-2>

99.95

99.50

99.00

氧（。

2））体积分数/10-2<

0.01

0.20

0.40

氮加氮（N2+Ar）体积分数/10-2<

0.04

0.30

0.60

露点/C<

-43

—

—

游离水/（mL/40L瓶）

—

无游离水

<100

（数据来源GBT3634.1-2006）

表2纯氢、高纯氢和超纯氢

项目名称

指标

超纯氢

高纯氢

纯氢

氢气（叱）体积分数/10-2>

99.9999

99.999

99.99

氧（。

2））体积分数/10-6<

0.2

1

5

氮（Ar））体积分数/10-6<

供需商定

供需商定

氮（N2）体积分数/10-6<

0.4

5

60

一氧化碳（CO）体积分数/10-6<

0.1

1

5

二氧化碳（CQ）体积分数/10-6<

0.1

1

5

甲烷（CH0体积分数/10-6<

0.2

1

10

水分（H2O）体积分数/10-6<

0.5

3

10

杂质总含量（体积分数）/10-6<

1

10

--

露点/C<

-43

—

—

游离水/（mL/40L瓶）

—

无游离水

<100

（数据来源GBT3634.2-2011）

表3质子交换膜电池汽车用燃料氢气

项目名称

指标

应气纯度（摩尔分数）

yy.97%

非氢气体总盘

300Lintrl/mol

单类杂质的最大浓度

水（FfO）

5-in（]1

总监（以甲烷讨）

2ptiKilm（i1

5jjutiqJ'moI

氮（He）

300juinol/mol

M（NO和/（Ar）

100LUBol/mol

二氧化碳（COJ

2pTiio!

nidi

粒化碳（CO）

0,JRUul.Lbjl

总磕（按H.E计）

0.001Hinn]/mol

甲醉（HCHO）

0.01pmol/inol

甲酸（HCCOH）

0.2pml/mol

氨

0.1iinol/ml

总卤化合物〔按卤离子计）

0.05pmol/inol

最大颗粒物浓魔

Img/kg

杂侦总含量

“〈300girditicl

二、制氢、储运、应用全产业链

氢能产业链三大环节，每个环节都有很高的技术壁垒和技术难点，目前上游

的电解水制氢技术、中游的化学储氢技术和下游的燃料电池在车辆和分布式发电中的应用被广泛看好。

氢能的上游是氢气的制备，主要技术方式有传统能源的化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢、电解水制氢、新型制氢技术；中游是氢气的储运环节，主要技术方式包括高压气态、低温液态、固体材料储氢和有机液态储运；下游是

氢气的应用，氢气应用可以渗透到能源的各个方面，除了传统石化工业应用如合成氨、石油与煤炭深加工外，在新能源应用方面包括加氢站、燃料电池下游各种

应用

（一）上游制氢

据预测，2019年我国氢气产量将近2000万吨，到2020年将超2000万吨。

工业氢主要是煤制氢、天然气制氢、水电解制氢、其它（炼厂干气、煤炉制气、甲醇、驰放气等），纯氢、高纯氢和超纯氢主要是采用电解制氢设备、氢气发生器产氢。

产氢结构如下：

表4制氢方式占比

I中国产氢结构

■煤制氧■天然气制氧■水电解制血■其他

表5制氢成本对比

不同制氢方式成本区间

4

煤制氢天魅气制氢氨分解制氢水电解制氧甲醋制氧

（二）中游储运

氢是所有元素中最轻的，在常温常压下为气态，密度仅为0.0899kg/m3,是

水的万分之一，因此其高密度储存一直是一个世界级难题。

1、氢能的存储

有低温液态储氢、高压气态储氢、固态储氢和有机液态储氢等这几种储氢方式，有各自的优点和缺点。

表6储氢方式对比

储氢

方法

说明

单位质量

储氢密度

优点

缺点

技术商

高压

气态

储氢

通过高压压缩进行

氢气储存，目前国内

最高做到20Mpq国

外做到50-60Mpa

1.0-5.7

技术成熟、充放氢速度快、成本低、能耗

低

体积储氢密

度低、高压

风险大

日本川崎、中

国舜华、东华

固态

通过氢气与储氢材

1.0-4.5

X土、不向要

质量储氢密

上海镁源

材料

储氢

料发生物理或者化

学反应进行储氢

高压容器、可

获得高纯氢

度低、成本高、吸放氢有温度要求

低温

液态

储氢

冷却到-253C使之

液化，充装到高真空

多层绝热罐中进行

储存，储氢密度

70.6kg/m3

5.7

体积储氢密度

高

液化过程能

耗局、成本

较局

国内北京中科

富海，世界共

三家

有机

液体

储氢

通过不饱和液体后

机物的可逆加氢和

脱氢反应进行氢气

储存，储氢密度

57kg/m3

5.0-7.2

储氢密度局、

运输方便、可

多次循环使用

成本身、操

作条件苛

刻、后副反

应的可能

德国

HydrogeniousTechologiesGmbH氢阳能源、日本岩谷

2、氢能的运输

主要分为气氢拖车运输、气氢管道运输和液氢罐车运输。

氢能供应链中运氢环节定义为包括集中制氢厂的运输准备环节（氢气压缩/液化、存储及加注）

和车辆/管道运输过程所涉及所有设备。

从现阶段加氢站对运输距离（＜500km,200km为宜）和运输规模（10t/d）的需求来看，氢气最佳的运输方式仍是气氢拖车，其成本可以达到2.02元/kg,而在同等条件下的液氢运输成本可以达到12.25元/kg。

未来在液化氢技术达到

标准且氢气需求量规模上升（100t/d）的情况下，将考虑采用液氢运输的方式运送氢气。

气氢拖车运输适合小规模、短距离运输情景；气氢管道运输适合大规模、短距离运输情景；液氢罐车运输适合长距离运输。

通过研究我们可以得出结论：

1）对于气氢拖车运输方式，主要受距离因素影响，规模对运氢成本影响比例较小；

2）对于管道输氢方式，管道投资成本在运氢成本中占最大比例，适用于运

氢规模大，距离近的情况；

3）对于液氢罐车运输方式，非常适用于大规模氢气长距离运输，运氢成本

与运输规模成负相关，规模越大运氢成本越低，与运输距离成正相关，距离越远

运氢成本越加上升，但上升幅度远小于气氢拖车。

（三）下游用氢

国内外工业氢气生产和消费的最大应用领域是合成氨、甲醇、炼厂，这些领

域均由现场供应，通过管道输送。

商品氢主要用户有电子、玻璃、化工品及直接

液氢用户如火箭燃料。

主要考虑对高纯氢的纯度和使用环境等的要求：

1、氢燃料电池

采用特制多孔材料职称，不仅要为气体和电解质提供较大的接触面，还要对

电池的化学反应其催化作用，由于含C和S等化合物对电极有不可逆的毒化作用，对氢气中的杂质要求比较高。

从纯化角度看，氯碱副产氢、烷烃脱氢副产氢、电

解水制氢纯度高、杂质较少，提纯到燃料电池车用氢气标准所需费用较低，而一

次能源制氢含杂质较多，对分离提纯技术要求较高，提纯成本也相应增加。

2、半导体

该行业主要包括金属硅和砷化镓的外延片，还有其他半导元器件等，比如

氢闸流管。

半导体工业对气体纯度要求极高，微量杂质的“掺人”，将会改变半

导体的表面特性。

氢气中含有的微量一氧化碳和二氧化碳杂质会使衬底氧化，生

成多晶硅。

如果含有甲烷，则会生成碳化硅进人外延层，引起缺陷。

过去硅外延

时，要求含氧量小于1X10-6,露点低于-70C,现在要求更苛刻，在神化钱液相外延时，当氢气中含氧量降到0.03X10-6,露点低于-90C时，器件寿命可达104小时以上。

3、气相色谱仪

超高纯氢气主要用在GC-FIDGC-FPD勺燃气或载气，GC-NPD勺辅助气，GC-TCD勺载气和参考气，GC-ELCU口GC-AED勺反应气。

气相色谱仪目前以氦气为载气的比较多，据了解，有今后将限制氦气的应

用，而且氦气的成本高，所以对超高纯氢气的需求会逐渐增多，需要继续关注并

加强联系。

一般采用氢气发生器现场生产。

4、食品该行业主要包括在氢化油和富氢水两个方面的应用：

氢化油对用氢纯度要求不高（99.995%^上），而且氢化油主要用来做人造奶油，属于有害食物，国家不提倡生产，所以该行业没有必要推广。

富氢水国内发展限制，目前需求不明朗。

以医用为主，没有达到家用的程度。

如果该行业有进一步发展走进家庭，很可能对公司产品有大量需求。

所以后续紧密跟踪该行业发展。

5、冶金热处理

用作还原气：

将金属氧化物还原成金属。

用作保护气：

在金属高温锻压中，使金属不被氧化。

根据文献资料，我国粉冶企业对氢气的要求：

纯度99.99%-99.999%,含水量-45--60,含氧量小于等于0.001%,国外一些粉冶企业甚至要求更高，纯度99.999%,含水量-70,含氧量小于等于0.0002%,含氮0.005%。

6、空间技术

氢作为航空燃料的优点有很多，它不仅能满足未来航空燃料的许多要求，最重要的是，氢燃烧对环境基本不产生污染。

按单位质量计，氢的燃烧热值（119900-141900kJ/kg）比烧类燃料的燃烧热值大1.8倍。

由液氢和液氧组合成的推进剂具有很高的比推力。

因此，在空间技术中大量使用液氢。

日本对以液氢为燃料的超导磁悬浮列车进行了可行性研究。

美国波音公司和刘易斯研究中心对液氢飞机作过可行性研究。

可以预见，不久的将来必然以氢取代烧做燃料。

三、国内超高纯氢的生产及销售情况

1、调研了气体厂和制氢设备企业共12家，详见如下：

表7气体厂家

序

号

公司名称

超纯氢产品情况

其他客户

1

北京巾亚南伟业气体有限公司

气体厂

可以供应进口超

纯氢

客户很少

2

北京划、宇京辉与城气体销售中心

气体厂

可以供应进口超

纯氢

网站上有供应99.9999%超纯氢信息，田总说他们有电解制氢设备生产超纯氢。

销售人员称由于需求量小，本公司没生产，可以供应进口的

3

北京瑞基业科贸

气体厂

没有

从来没有客户了解过

有限公司

4

南京特种气体厂

有限公司

气体厂

可以供应进口超

纯氢

太阳能和硅行业的客户有需求，客户

很少

5

深圳金谷气体宿

限公司

气体厂

可以供应超纯氢，有自己的提纯方法

客户有一些需求

2、超高纯氢的生产设备

目前调研到的国内生产超高纯氢气的生产设备主要是超高纯度氢气发生器。

北京中惠普分析技术研究所是自己研发生产，是氢气发生器通过钳管提纯得到超高纯氢气，一根钳管的市场价格在1.5万元左右，可以用3-5年。

另一个是德国cmc公司在国内的代理商瑞世康科技等，仪器比较重，提纯方式暂不确定，整体仪器价格较高。

表8制氢设备企业

序

号

公司名称

超图纯氢产品情况

销售情况

1

天津大陆制氢设备有限公司

电解

制氢

设备

可以加纯化装置，同样5m3的制氢

机99.999%的70-80万，99.9999%

的要100万左右。

给一个做硅的行业配套的

进口纯化装置可以达到

99.99999%,纯化原理没有

透漏

2

北京中惠

普分析技

术研究所

氢气发生器

采用纯水型氢气发生器加进口钳管

提纯氢气到99.9999%以上

超高纯氢气发生器每年销

售量在100台左右

3

山东赛克

赛斯

氢气发生器

可以提供脱氧膜和钳管提纯，分别

达到99.9999%口99.99999%脱氧

膜1000多人民币一根，可以使用6个月。

钳管1万多元，可以使用3-5年。

有少数客户对超高纯氢有

需求

4

北京汇龙

氢气发生器

只能供应99.999%

很少有客户了解超高纯氢

气

5

安简（北

乐）科技启

限公司

氢气发生器

只能供应99.999%

很少有客户了解超高纯氢

气

6

北京中亚

气体仪器

研究所

氢气发生器

只能供应99.999%

很少有客户了解超高纯氢

气

7

瑞世康科

技-北京

办事处

氢气发生器

可以供应进口超纯氢设备（德国

cm。

价格比较局，10万兀左右

主要对口气相色谱仪销

售，量不是很大。

小结:

1、氢气发生器和制氢设备产生的氢纯度一般最高能达到99.999%,少数企

业通过脱氧膜、钳管及其他提纯方式能达到99.9999%?

口99.99999%

a脱氧膜主要是通过脱除其中的O2,CO2,N2提高Z到99.9999%=一般一只膜管只能用6个月，成本在1000多元。

b钳管可以将99.999%的氢气提纯到99.99999%,一根钳管的价格在1万多,一般能用3-5年。

2、从气体厂的反馈信息来看，目前市场对超纯氢的需求量不是很大，但确实有一些需求。

目前大部分气体厂从国外进口超纯氢来满足国内客户需求，一般价格在2300-3000元/瓶（47升），瓶子特殊生产，需要单买，大概1500元/个。

超纯氢的价格是99.999%氢价格的十几倍。

四、加氢站网络的成本分析

（一）加氢站建设模式

现有加氢站技术来源于天然气加气站，有两种建设方式：

1、站内制氢供氢加氢站技术；

来源于天然气管网标准加气站原理，即加氢站内有制氢设备（如天然气重

整制氢）产生氢气（相当于天然气管道输送来的气源）和加气站设备的组合

2）外供氢加氢站技术。

来源于天然气母站和子站原理，即从外面工厂（相当于母站提供气源）经加

氢站（子站）二次加压完成对外加气。

而中国加氢站以外供氢路线为主。

图1加氢站流程

以外供氢加氢站为例，氢气通过管束槽车运输至加氢站，经由氢气压缩机增压后储存至站内的高压储罐中，再通过氢气加气机为燃料电池汽车加注氢气。

当管束槽车的压力足够高时，可从槽车中直接给车辆加氢；压力不够部分从氢气高压储罐中给汽车进行补充氢气。

而实际操作中，氢气储罐可由多个压力级别不同的储罐并联而成，先将低压储罐中的氢气用于加注，直到低压储罐与车载容器达到压力平衡，再换为高压储罐进行加注。

目前加氢站核心设备依赖进口，国产化逐步开启加氢站的主要设备：

包括储氢装置、压缩设备、加注设备、站控系统等，其中压缩机占总成本较高（约

30%。

国内目前设备制造的发展方向主要是加速国产化进程，从而降低加氢站的建设成本，促进氢能产业链的发展。

（二）加氢站投资可行性与经济性分析

1、加氢站终端氢气售价成本分析

现阶段影响我国加氢站终端氢气售价的主要因素是氢气成本价格（占70%）,其中包括氢气原材料（50%）、氢气生产运输成本（17%）。

因此，要降低我国的氢气售价，在补贴力度较强的现阶段来看，选择合适的氢源，并降低氢气运输与储藏的成本，是最适当的选择；长远来看，随着行业的发展和补贴额度的下降，通过提高关键设备的国产化率水平来降低加氢站的建设成本则是未来降低氢气售价的明智之选。

表9终端氢气成本占比

2、加氢站建设投资、运营费用

参考已建成500kg/d规模加氢站，投资额为1250万元。

据了解，山东省关

于加氢站与氢能相关政策正在筹划：

每座加氢站最高可补贴900万，每加氢一公

斤补贴20元。

参考《佛山市南山区促进加氢站建设运营及氢能源车辆运行扶持办法》，按照2020年后建成的500kg加氢站补贴500万元。

加氢站成本中设备成本占比约80%土地成本占比约20%假设折旧年限为15年，土地折旧年限为20年，则加氢站年均折旧额为48万元。

参考已建成加氢站，年维护成本为12万元，工作人员为8人、人均工资8万元/年，加氢站用电成本为40万元/年。

则加氢站年运营成本为116万元。

加氢站建设投资、运营费用折算氢气中，费用为11元/kg。

3、加氢站利润空间测算

以石化公司产氢+气氢拖车的加氢立对运输距离200kmffi运输规模10t/d模式核算，气氢拖车运输成本在2.3元/kg。

目前公司氢气成本1.51元/Nm3,增加氢气提纯、加压装车费用2元/kg,核算18.80元/kg,利润空间测算如下：

各划、节

与油价相同

比油价低10%

比油价低20%

比油价低30%

物流车油耗

（L/100km）

10

10

10

10

油费总价（元）

60

60

60

60

氢气总价（元）

60

54

48

42

FVC耗氢（kg/100km）

1.48

1.48

1.48

1.48

氢气单价（元

/kg）

40.54

36.49

32.43

28.38

氢气出厂价

（元/kg）

18.80

18.80

18.80

18.80

运输成本（元

/kg）

2.30

2.30

2.30

2.30

加氢站运行费用（元/kg）

10.00

10.00

10.00

10.00

氢气成本价

（元/kg）

31.10

31.10

31.10

31.10

加氢站利润空间（元/kg）

9.44

5.39

1.34

-2.72

4、风险分析

1）我国加氢站基础设施建设处于导入阶段，加氢站建设数量、速度及运行参数未达到预期，与发达国家存在一定差距；

2）加氢站分布呈现产业集聚效应，东部沿海及南部地区凭借天然优势，有龙头企业带动产业技术进步，加氢站建设步伐较快。

3）加氢站建设核心技术尚未自主化，发展或将受限；加氢设备产业化能力不足，建设成本偏局。

4）完善的政策体系及专项规划尚未形成，国家加氢站补贴政策不明晰。

5）氢能源电池汽车大中介手里不及预期，获奖制约大战速度。

加氢站作为燃料电池产业的关键基础设施，具备长期投资价值，加氢站及关键设备、加氢站运营、氢气都将成为巨大的市场，短期设备机会更大，长期看氢气市场规模惊人。