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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(dòng)能源綠色發(fā)展的必由之路，氫儲(chǔ)能作為一項(xiàng)適合大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)、跨區(qū)域儲(chǔ)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(chǔ)能行業(yè)的優(yōu)劣勢(shì)及面臨的機(jī)遇和威脅。然后，從市場(chǎng)參與主體、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力等方面分析當(dāng)前氫儲(chǔ)能市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。最后，從政策、應(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)等角度提出氫儲(chǔ)能發(fā)展趨勢(shì)觀察。
關(guān)鍵詞：氫儲(chǔ)能；新型電力系統(tǒng)；企業(yè)；行業(yè)特征；市場(chǎng)
中圖分類號(hào)：[T-9] 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
1.引言
對(duì)于新型電力系統(tǒng)而言，氫儲(chǔ)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(chǔ)存、下游應(yīng)用時(shí)根據(jù)電力系統(tǒng)需要將儲(chǔ)存的能量調(diào)度利用等特點(diǎn)?！半p碳”背景下，規(guī)?；L(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的突破將成為支撐我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵支柱，而氫儲(chǔ)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(chǔ)能行業(yè)特征、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)、發(fā)展趨勢(shì)等，為企業(yè)更好識(shí)別和把握氫儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展機(jī)遇提供參考。
2.氫儲(chǔ)能行業(yè)特征分析
2.1 優(yōu)勢(shì)
對(duì)于新型電力系統(tǒng)而言，首先，氫儲(chǔ)能有別于電化學(xué)儲(chǔ)能，氫儲(chǔ)能更適合大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)、跨區(qū)域儲(chǔ)能[1]。電化學(xué)儲(chǔ)能電站的容量是兆瓦級(jí)（MW），儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)通常在1天以內(nèi)；抽水蓄能容量是吉瓦級(jí)（GW），儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)在1周至1個(gè)月；而氫能儲(chǔ)能的容量為太瓦級(jí)（TW），儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)可達(dá)1年以上。其次，制備得到的氫氣可以跨區(qū)域、長(zhǎng)距離運(yùn)輸，做到跨區(qū)域儲(chǔ)能，這也得益于氫能轉(zhuǎn)化形式多樣的特點(diǎn)。最后，在新型電力系統(tǒng)中，氫儲(chǔ)能有助于解決新能源消納問(wèn)題，相對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)而言，氫儲(chǔ)能不失為一種潛在的解決方案[2]。
2.2 劣勢(shì)
氫儲(chǔ)能系統(tǒng)效率相對(duì)較低。抽水蓄能、飛輪儲(chǔ)能、鋰電池、鈉硫電池等儲(chǔ)能技術(shù)目前的能量轉(zhuǎn)化效率普遍達(dá)到70%以上。而對(duì)于氫儲(chǔ)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(shuō)目前固體氧化物電解水制氫效率與上述儲(chǔ)能方式有一定可比性；此外，“氫?電”轉(zhuǎn)化過(guò)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(guò)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(jī)遇
一方面，若未來(lái)新能源電力價(jià)格以及固定資本支出下降，氫儲(chǔ)能中的電解系統(tǒng)成本有望大幅下降[3]；據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)（Hydrogen Council）測(cè)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(chǔ)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(jì)性的角度看，已有較多研究通過(guò)建模和案例測(cè)算論證，含氫儲(chǔ)能的綜合能源系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)較好的年度平均效益和平準(zhǔn)化能源效益，含氫儲(chǔ)能的系統(tǒng)建設(shè)方案具備潛在可行性[5]。
2.4 威脅
對(duì)于新型電力系統(tǒng)而言，氫儲(chǔ)能的市場(chǎng)化發(fā)展或?qū)⒚媾R其他新型儲(chǔ)能技術(shù)的威脅。當(dāng)前，氫儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)——抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)能的成本約為3000~4000/kW，而氫儲(chǔ)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(shí)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(qiáng)、傳播速度更快、延遲時(shí)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(chǔ)能市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)
3.1 市場(chǎng)參與主體
本文基于A股范圍分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)氫儲(chǔ)能市場(chǎng)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(chǔ)能”板塊上市公司數(shù)量達(dá)224家；兩個(gè)板塊之間的“交叉企業(yè)”數(shù)量為33家，包含中國(guó)能建、上海電氣、陽(yáng)光電源、天能股份、明陽(yáng)智能等企業(yè)。從主營(yíng)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(jī)械和器材制造企業(yè)12家（圖1）。
圖1 A股33家氫儲(chǔ)能上市公司主營(yíng)業(yè)務(wù)分布情況（單位：企業(yè)個(gè)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(chǎng)景下的氫能產(chǎn)品研發(fā)制造，5家企業(yè)主要開(kāi)展氫能制、儲(chǔ)、運(yùn)、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(chǔ)能方面看，33家公司中8家企業(yè)的核心產(chǎn)品為儲(chǔ)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(chǔ)能、抽水蓄能、熱蓄能等多種類型儲(chǔ)能設(shè)備的制造，僅5家企業(yè)主要開(kāi)展風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)類業(yè)務(wù)。
從營(yíng)業(yè)收入看，33家公司最近一年?duì)I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(yíng)業(yè)收入超百億元，且第一名（中國(guó)能建，885億元）與第33名（動(dòng)力源，1.7億元）營(yíng)業(yè)收入差距懸殊。從營(yíng)業(yè)收入同比變化情況看，陽(yáng)光電源營(yíng)業(yè)收入同比增長(zhǎng)幅度最大（同比增長(zhǎng)175%），其次是南網(wǎng)科技（同比增長(zhǎng)超88%），下降幅度最大的是明陽(yáng)智能（同比下降近62%）。
從凈利潤(rùn)來(lái)看，6家企業(yè)凈利潤(rùn)為負(fù)，凈利潤(rùn)最高的仍然是陽(yáng)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(rùn)同比增長(zhǎng)最大的是主打DC/DC、逆變器制造的英威騰（同比增長(zhǎng)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(yíng)空壓機(jī)等流體機(jī)械設(shè)備制造，在氫能領(lǐng)域主要從事氫燃料電池壓縮機(jī)制造，在儲(chǔ)能領(lǐng)域主要是壓縮空氣儲(chǔ)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(dòng)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)
目前氫儲(chǔ)能市場(chǎng)份額較為分散，尚未形成產(chǎn)業(yè)格局。基于上述分析，氫儲(chǔ)能市場(chǎng)參與主體廣泛分布在氫能或儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游不同環(huán)節(jié)，特別是儲(chǔ)能行業(yè)市場(chǎng)集中度已達(dá)到較高水平[6]。但針對(duì)氫儲(chǔ)能這一細(xì)分市場(chǎng)而言，尚未形成由原始設(shè)備制造商（OEM）、項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)商、運(yùn)維服務(wù)商等環(huán)節(jié)企業(yè)構(gòu)成的價(jià)值鏈，氫儲(chǔ)能尚未形成產(chǎn)業(yè)格局，企業(yè)集中度較低，市場(chǎng)份額較分散[7]。
3.3 企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力
從行業(yè)新進(jìn)入者威脅來(lái)看，不論儲(chǔ)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(chǔ)能行業(yè)有一定技術(shù)或產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)有條件快速進(jìn)入。從供應(yīng)商討價(jià)還價(jià)能力看，盡管目前重點(diǎn)設(shè)備技術(shù)成本較高，但市場(chǎng)需求有限。從替代品的威脅看，氫儲(chǔ)能面臨其他新型儲(chǔ)能技術(shù)路線或其他新能源類型的威脅較大，多個(gè)新型儲(chǔ)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(jìng)爭(zhēng)來(lái)看，氫儲(chǔ)能領(lǐng)域市場(chǎng)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(jià)格敏感性高，自身垂直整合能力強(qiáng)，且對(duì)產(chǎn)品和市場(chǎng)供需的了解度較高，客戶討價(jià)還價(jià)的能力強(qiáng)（圖2）。
圖2 氫儲(chǔ)能行業(yè)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的五因素分析示意圖
4.氫儲(chǔ)能發(fā)展趨勢(shì)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的突破將成為支撐我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵支柱。為推動(dòng)可再生能源發(fā)電消納，國(guó)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(zhǎng)期氫儲(chǔ)能的發(fā)展?！丁笆奈濉毙滦蛢?chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》等均將氫儲(chǔ)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(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035 年）》明確指出“開(kāi)展氫儲(chǔ)能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場(chǎng)景的示范”。2023年6月，國(guó)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(guò)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(chǎng)景方面，氫儲(chǔ)能在“源網(wǎng)荷”側(cè)均有豐富應(yīng)用場(chǎng)景，其中電源側(cè)需求增長(zhǎng)相對(duì)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(duì)現(xiàn)有棄風(fēng)棄光的氫儲(chǔ)能潛力較大，儲(chǔ)能市場(chǎng)迎來(lái)政策窗口期。從國(guó)家到地方層面，一方面注重加強(qiáng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)銜接，提升清潔能源消納存儲(chǔ)能力，提出并網(wǎng)項(xiàng)目配儲(chǔ)比例，引導(dǎo)清潔能源發(fā)電側(cè)配儲(chǔ)能；另一方面，支持商業(yè)模式創(chuàng)新，明確新型儲(chǔ)能獨(dú)立市場(chǎng)主體地位； 資源豐富地區(qū)對(duì)多能互補(bǔ)式新型儲(chǔ)能電站項(xiàng)目不斷加大政策傾斜。電網(wǎng)側(cè)方面，儲(chǔ)能成本的疏導(dǎo)機(jī)制尚不完善[9]。用戶側(cè)方面，僅靠峰谷價(jià)差或季節(jié)價(jià)差的政策激勵(lì)預(yù)計(jì)尚難以驅(qū)動(dòng)用戶側(cè)的氫儲(chǔ)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(shì)下，全球燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)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(jī)已適用于含氫燃料，且摻氫比例不斷提高；美國(guó)GE電力公司、日本三菱日立動(dòng)力系統(tǒng)公司（MHPS）、西班牙安薩爾多能源公司（Ansaldo Energia）都在開(kāi)發(fā)高比例摻氫燃機(jī)；三菱日立動(dòng)力系統(tǒng)（MHPS）表示將在2045年前將旗下“J系列”燃機(jī)的摻氫比例全部提高至100%[11]。國(guó)內(nèi)方面，國(guó)家電投所屬荊門綠動(dòng)電廠在運(yùn)燃機(jī)也已實(shí)現(xiàn)30%摻氫燃燒改造的科研攻關(guān)和商業(yè)運(yùn)行[12]。
對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)而言，天然氣發(fā)電市場(chǎng)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(chǔ)能具有較好發(fā)展前景。從支持我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的角度看，我國(guó)天然氣發(fā)電規(guī)模有限，截至2021年我國(guó)天然氣發(fā)電裝機(jī)容量占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的4.6%，遠(yuǎn)低于部分發(fā)達(dá)國(guó)家30%的水平，天然氣發(fā)電替代市場(chǎng)需求有限。不過(guò)我國(guó)東南沿海和氣源較為充足的省份出臺(tái)了一些鼓勵(lì)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(qiáng)當(dāng)?shù)仉娏?yīng)保障與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)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(chǔ)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(chǔ)能解決方案。
5.結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)A股上市公司的調(diào)查可見(jiàn)，目前從事氫儲(chǔ)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(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)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(chǔ)能的綜合能源系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化調(diào)度具有潛在經(jīng)濟(jì)性，國(guó)外領(lǐng)先能源企業(yè)在摻氫技術(shù)等方面也取得長(zhǎng)足進(jìn)步。氫能、儲(chǔ)能等相關(guān)行業(yè)企業(yè)應(yīng)密切關(guān)注氫儲(chǔ)能發(fā)展動(dòng)向，識(shí)別發(fā)展威脅和風(fēng)險(xiǎn)因素，把握新型電力系統(tǒng)下的氫儲(chǔ)能商業(yè)機(jī)遇。
