1.美国氢能发展概述

　　1.1美国氢能政策梳理

　　6月5日，拜登政府发布了《美国国家清洁氢战略和路线图》，提出了未来十年至更远时期全政府参与的氢能发展路径，并对未来氢气为国家脱碳目标做出贡献的机会进行评估。氢能路线图要求十余个政府部门，以及社会各界广泛参与，并至少每3年进行一次更新。美国氢能发展政策可追溯至2020年：2020年，美国能源部（DOE）即提出了氢能项目计划，初步规划了到2030年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架。

　　2021年，氢能攻关计划（Hydrogen Energy Earthshot）首次提出了降本目标，预计到2030年，清洁氢成本降低80%至1美元/千克。

　　2021年11月，拜登签署了《两党基础设施法》（BIL），提出对清洁氢产业投资95亿美元，其中：1）80亿美元用于区域氢能中心建设；2）10亿美元用于电解水制氢计划，包括从研发、示范到产业化的完整创新链，投资初期从降低电解槽资本支出入手；3）5亿美元用于制氢和回收，并支持美国清洁氢设备的制造。

　　2022年8月的通货膨胀削减法案为氢能产业链环节提供补贴和贷款，主要包括上游制氢、制氢设备、下游工业示范部门、氢燃料电池车等。

　　2022年9月，DOE发布了国家清洁氢能战略和路线图草案，2023年6月发布了国家清洁氢能战略和路线图，全面概述了美国氢气生产、运输、储存和使用的潜力，美国实现清洁氢能的主要挑战，及促进氢能发展的关键战略。路线图的目标为在2030年碳排放水平较2005年低50-52%，2035实现100%的无碳污染电力，2050年实现净零排放。根据路线图的预计，美国2030、2040、2050年清洁氢的预计市场空间分别为1000/2000/5000万吨，2030年氢能建设可以带来10万个直接和间接净新增就业。

　　图：美国氢能政策梳理

图：美国能源部H2@Scale深度脱碳倡议

　　1.2 美国氢能发展概况

　　2021年，美国氢气产量达到1000万吨，主要应用于石油精炼（55%）、制氨和甲醇（35%）。当前美国电解槽装机规模超3.7GW，（更多纪要加微：Syfbbd123）截至2022年底，公开宣布的清洁氢生产项目生产潜力达到1200万吨。在储运端，美国当前有专用氢气管道1600英里，约2575千米，以及三个地质储氢洞穴。终端包括6万+台燃料电池叉车、50个加氢站、80+台燃料电池公交车、1.6万+台燃料电池车。

　　图：截至2022年底美国公开宣布的清洁氢生产项目

图：美国PEM电解槽产能分布

　　预计到2030年、2040年、2050年清洁氢气潜在需求分别达到1000/2000/5000万吨。其中，2030年清洁氢需求以石油化工和产氨为主；2040年重卡和储能领域用氢量显著增加，两者占比达到一半，生物燃料领域的应用增长，石油化工领域显著下降。2050年需求更加多元化，工业、交通、电力、生物燃料液体燃料分别有600-1100、500-800、400-800、200-600万吨的氢气需求。预计随着IRA法案对氢能产业的补贴，氢气成本有望进一步下降，从而催生更多的清洁氢需求。

　　图：2030、2040、2050年美国各领域氢气需求（百万吨）

图：2050年美国五大领域潜在氢气需求（百万吨）

　　2.美国氢能三大发展战略

　　2.1 针对战略性、影响力大的领域

　　清洁氢的首要用途是支持难以进行深度脱碳的领域，通过发挥其燃料属性和化学属性，帮助各领域深度脱碳，清洁氢将首先用于工业部门、重型运输、长时储能领域。

　　工业领域：工业是全球最大的能源消耗领域，2020年全球工业领域氢需求达到5100万吨，占总需求的57%。1）氢气在工业领域主要用作生产氨和甲醇的重要原料，过去氨和甲醇主要通过天然气重整生产合成气，直接在下游转化，采用清洁氢气替代天然气重整可以有效降低碳排。2）在炼钢领域，氢气可以取代焦炭或天然气作为还原剂，并降低炼钢全生命周期碳排放40-70%。3）工业加热领域的氢替代相对较为缓慢，混合加热过程对氢气价格更为敏感，仍依赖于化石燃料的燃烧。

　　交通领域：2019年交通部门的温室气体排放量占全国的33%，氢燃料电池反应只生成水，能有效降低交通领域的碳排。氢燃料电池适用于长续航历程的重型卡车，具有充氢速度快、适应低温的优点，DOE强调氢能在重型卡车、公交车、采矿设备、渡轮、铁路等重型交通领域的应用。

　　电力领域：氢气可以作为长期储能、发电和电网服务的媒介，当前的储能方式呈现多元化发展，抽水蓄能为主体方式，锂电储能发展加速。然而随着电网低碳化发展，长时储能的需求持续增加，大规模氢储能可以采用电网上的多余电力生产氢气，经压缩以后大规模储存，并在需求旺盛的时间利用氢气发电。（更多纪要加微：Syfbbd123）2022年犹他州将一个220MW碱性电解槽和盐穴储氢结合，建成了第一个长期季节性储氢设施。氢气还可以替代柴油发电机，作为备用电源和固定电源，用于需要全天候供电的关键场所，如医院、数据中心等。

　　图：氢储能模式

　　2.2 降低清洁氢气的生产和交付成本

　　预计到2026年电解水制氢生产成本达到2美元/kg，2031年达到1美元/kg。2020年美国电解水制氢的生产成本在3.5-6美元/kg，降低电解水制氢的成本主要依赖于降低发电成本、电解槽资本成本，以及提高生产效率和使用率。2020年美国能源部成立的H2NEW联盟不断推进电解槽技术的进步，预计到2031年电解槽系统成本将下降至2020年的1/10，达到150美元/kW。

　　储运成本方面，2020年美国输氢成本5-11美元/kg，预计到2030年实现2美元/kg。几种输氢方式中，氢管道运输成本将达到0.1美元/kg，高压气态拖车运输将达到0.7-1.5美元/kg，液氢运输0.2-0.3美元/kg（不包括压缩、液化、储存等成本）。

　　下游应用方面，2019年车载存储成本16-21美元/kWh，预计到2030年实现1美元/kg；2021年燃料电池系统成本185-323美元/kW，预计到2030年实现80美元/kW。

　　图：电解槽系统降本目标（美元/kW）

图：储运端2030年成本预期及下游应用

　　2.3 关注区域网络

　　路线图要求促进氢产业集群发展，提升产业规模。氢区域中心应根据地区太阳能、风能、水电、核能、生物质能等资源和终端用户距离，综合考虑制定各地区最优方案。氢能区域中心的三大支柱包括生产商和地区资源、附近的基础设施、清洁氢消纳（工业、电力、交通、建筑等）。

　　能源部的区域清洁氢网络将创造短期和长期就业机会，为地区经济增加税收，并减少排放，包括DOL在内的多个机构将共同努力，确定短期和持续就业福利的机会。由BIL支持的区域清洁氢枢纽将创建氢生产商、消费者和当地连接基础设施的网络，以加速氢作为清洁能源载体的使用，可以提供或存储大量的能源。中游基础设施需要快速扩大，预计到2026年将投资80亿美元，用于建设6-10个氢区域中心。从2023年到2030年，投资需求从每年20亿美元增长到每年30亿美元；从2030年到2050年，每年增加到150亿美元到200亿美元。

　　图：美国各区域制氢潜力

图：氢能产业集群发展要素

　　3.氢能发展时间表

　　图：近期、中期和长期的行动时间表

　　3.1 2022-2025（近期）

　　清洁制氢：①从生命周期、可持续性、成本、区域和公平角度评估制氢路径；②建立清洁氢标准；③示范热解制氢、废物制氢、可再生能源制氢和核能制氢等清洁技术；④通过对制造工艺、电堆、辅助系统组件的研发、示范和部署，大规模降低电解槽成本；⑤通过模块化设计和过程强化的研发、示范和部署，降低热解制氢技术成本；⑥开发低成本、耐用的膜和分离材料；⑦促进组件标准化，减少对关键材料的依赖，并建立稳健的供应链；⑧设计并实施加速应力试验技术以评估和改善耐久性；⑨发布关于路径、排放和成本的个案研究；⑩为今后的部署制定严格的数据收集和监测框架等。

　　储运与设施：①开发和更新分析模型和工具，以评估输送和存储技术路径、确定差距并确定策略的优先顺序；②开发严格监测和减少氢泄漏和汽化损耗的技术；③评估管道和组件材料与氢气和氢气/天然气混合物的相容性；④提出低成本、高效的氢液化和降低汽化损耗的新方法；⑤发现和开发用于大量存储和分配的氢载体材料；⑥识别可用于大量储氢的地质地层，以及相关的开发和运行要求；⑦开发和优化关键应用中的氢基础设施设计，如工业和储能；⑧开发了针对重型车辆的高通量氢气分配技术；（更多纪要加微：Syfbbd123）⑨制定和协调氢用于重型卡车和越野车辆的燃料协议；⑩加快研发、示范和部署，以降低高压和液氢储罐成本，包括碳纤维复合材料容器；⑩建立数据监测和收集框架，评估上游和现场排放。

　　终端市场：①为清洁氢的生产、加工、输运、存储和终端应用的大规模部署奠定监管基础；②开展跨领域工作（如核能、可再生能源、化石燃料、CCS、储能），确定监管和政策差距，以及解决这些差距的关键战略，以最大限度地减少影响；③制定氢气管道和大型项目的最新指南，促进利益相关方参与并解决环境、能源和公平优先事项；④制定市场政策和收购协议，以加速市场的发展；⑤启动难脱碳行业向清洁氢过渡，并确定可能扩大规模的具体场景（如氨、炼油厂、钢铁）；⑥推进有效的终端应用技术并扩大规模；⑦通过建模和改进数据采集，量化氢气泄漏的气候影响；⑧制定最佳做法和指南，以评估实际部署的清洁氢的生命周期排放，并为“原产地保证”和认证计划提供信息。⑨建立安全、风险和可靠性的数据监测和收集框架；⑩催化长期的、值得信赖的收购，包括正在采用清洁氢的新兴行业。

　　3.2 2026-2029（中期）

　　清洁制氢：①大规模部署可再生能源、核能、化石+CCS的清洁氢气；②实现电解制氢成本2美元/kg；③国内电解槽产能达到GW级；④可最大限度地减少关键材料用量，同时实现性能和耐久性有竞争力的催化剂和组件；⑤优化电解槽和清洁能源供应之间的集成，以降低成本，提高效率和弹性；⑥提出目前实验室规模下最有前景的制氢概念，如热化学、光电化学或生物法制氢；⑦从真实环境的示范中收集数据，为研发、示范和部署提供信息，并持续改善性能和耐久性；⑧细化和更新路径评估，以确保以最可持续、公平、弹性和可负担的方法为目标；⑨通过分析经验教训、最佳做法和利益相关方反馈来确定扩大规模的途径和好处。

　　储运与设施：①验证和改进分析模型和工具，以确定各种应用的输送和存储优先顺序；②示范高效可靠的氢气管道压缩机运行；③量化气氢和液氢基础设施损耗，为大规模部署提供信息；④开发商业规模的新型高效氢气液化系统设计；⑤提出有前景的氢载体系统概念，设计可靠、低成本的系统；⑥启动区域大规模储氢示范，包括地下储氢，并确保当地利益；⑦示范新型、高效、低成本的大规模氢气输送方法；⑧部署可扩展的加氢站，以支持氢能交通早期市场，如重型卡车和公共汽车；⑨部署针对潜在的氢气和其他排放/释放的监测系统，确保数据收集；在关键地点设计可持续和公平的区域清洁氢能网络，以最大限度地发挥效益，确保能源正义、环境的正义和公平。

　　终端市场：①使氢能技术相关的规范和标准能够实现国际协调；②开发市场模式以加快部署进展，克服监管障碍，促进可再生能源电力用于电解槽；③通过公开访问的平台分享安全最佳做法以及从早期部署中汲取的经验教训；④部署至少两个清洁氢能中心，示范氢在难脱碳行业（如工业和重型卡车）中的使用；⑤制定国家对氢掺混限制的指南；⑥供应清洁氢，使得到2030年利用生物质和废物生产至少30亿加仑的可持续航空燃料；⑦提高电解槽、燃料电池和氢价值链中其他部件的原料回收和循环利用的效率和成本效益，以使其能够不赖依于进口。⑧收集和分析安全、风险和可靠性数据，以开发能够影响未来部署的早期见解。

　　3.3 2030-2035（长期）

　　清洁制氢：①到2030年，清洁氢产能至少达到1000万吨/年；②不同来源的清洁氢成本达到1美元/kg；③示范可最大限度地减少关键材料使用，并达到目标性能和耐久性的电解电堆；④利用不同原料（如废水或高温热）大规模生产氢的商业可行方法；⑤确保建设弹性和可持续的国内供应链，适用于所采用的所有制氢途径，并能够不依赖于进口；⑥继续收集真实数据，为研发、示范和部署提供信息，确定差距并完善战略；⑦应用最佳做法、经验教训和分析，包括通过全球合作和可持续性框架，确保提出最可持续、公平、弹性且经济的办法，以最大限度地发挥效益；⑧维持大学、社区学院和工会培训计划。

　　储运与设施：①与当地社区和利益相关方合作，设计针对区域供需优化的氢能基础设施网络，以最大限度地发挥效益，确保实现能源、环境和公平目标；②示范先进液化技术，比当前概念的效率提高一倍；③制定长期储氢计划/氢战略储备，以确保供应弹性；④部署至少4个拥有先进低成本清洁氢存储和基础设施的区域清洁氢能中心；⑤从实际环境中的氢分配示范（如通过管道或载体）收集数据，包括排放数据，为研发、示范和部署提供信息，从而降低成本并提高可靠性；⑥持续收集数据，为扩大最佳输送和存储技术部署以及研发、示范和部署提供信息；⑦确保在不同的利益相关方之间共享与氢能基础设施相关的任何安全或其他最佳实践，以实现持续改进；⑧通过氢能基础设施的全球合作，为长期投资计划和氢出口机会提供信息。

　　终端市场：①开发市场模式监管指南，以实现清洁氢的出口；②利用从大规模部署中获得的经验教训，确定未来增长的优先领域，重点是支持最有效、经济、与气候目标一致的整体方法，最大限度地改善公共健康安全和环境；③示范和量化氢能在改进未来清洁能源系统的弹性和避免中断供应方面的益处；④到2030年实现纯氢燃料超低氮氧化物排放燃气轮机和低铂族金属含量燃料电池在100%氢气下的发电运行；（更多纪要加微：Syfbbd123）⑤启动至少一个清洁氢能中心，示范氢在清洁电网储能中的应用，并量化氢支持到2035年实现零碳电网的机会，包括区域因素。⑥继续收集和分析安全、风险和可靠性数据，并开发能够持续改进的见解。