氢能应用环节及市场空间的概况
双碳目标下，国内氢能源具有巨大的发展空间，氢能将主要应用于交通运输、工业、电力、建筑等领域。在“碳达峰碳中和”（3060）的目标导向下，氢能作为一种最清洁无碳的二次能源，凭借着来源丰富、灵活高效、应用场景广泛等优点，在全球都迎来了巨大的发展机遇。
氢能作为脱碳最有效手段，原料和燃料属性皆具备，有望在交通运输（燃料电池车等）、工业领域（冶金、化工等）、建筑领域（供热取暖等）、电力（电网平衡等）等四大领域大显身手。根据中国氢能联盟测算，至2060年，我国氢气的年需求量将达到1.3亿吨左右（2019年约为2500万吨），可减排二氧化碳18亿吨，约占当前国内二氧化碳总排放量19%，其中工业领域用氢约7794万吨，占总用氢量约60%，交通运输领域用氢4051万吨，占比约为31%，发电与电网平衡用氢600万吨，占比约为5%，建筑领域用氢585万吨，占比约为4%。
燃料电池将是氢能产业发展的抓手，2050年氢能产业预计将会是10万亿以上级别市场。燃料电池装臵有助于实现氢能的移动化、轻量化和大规模普及，可广泛应用在交通、工业、建筑、军事等场景，因此燃料电池成为氢能产业发展的抓手。截至2019年，氢能在我国能源体系中占比仅为2.7%，预计到2050年提升至10%，2060年提升至20%，氢气需求量也将分别达到6000万吨、1.3亿吨。2050年加氢站建设达到1万座，燃料电池车产量达到500万辆/年，固定式电源将达到2万座，燃料电池系统产能达到550万套/年，产业规模将达到12万亿元级别。
燃料电池车具有独特优势，有望迎来爆发式的增长
燃料电池发动机系统的构成。与锂电池作为储能装臵不同，燃料电池是一种非燃烧过程的能量转换装臵，通过电化学反应将阳极的氢气和阴极的氧气（或空气）的化学能转换为电能。燃料电池核心组件是电堆，主要有膜电极组件和双极板组成，其中膜电极组件包括质子交换膜、催化剂和气体扩散层，为反应发生场所，双极板是带流道的金属或石墨薄板，其主要作用是通过流场给膜电极组件输送反应气体，同时收集和传导电流并排出反应产生的水和热。燃料电池电堆配套氢气供给系统、氧气供给系统、发动机控制器、发动机附件等，构成了燃料电池发动机，再辅之以直流电压变换器（DC/DC）、车载储氢系统等，就构成了燃料电池发动机系统，系统为燃料电池车辆提供核心动力来源。
燃料电池具体工作过程如下：（1）反应气体在气体扩散层内扩散；（2）反应气体在催化层内被催化剂吸附后被离解；（3）阳极反应生产的氢离子穿过质子交换膜到达阴极与氧气反应生产水，而电子通过外电路到达阴极生产电。
燃料电池汽车相比电动车在低温性能、加注时间、续航里程等方面具有强劲的竞争优势。随着碳排放压力的日益增大，交通运输领域主要用锂电池、燃料电池等新能源产品替代传统燃油发动机以缓解碳排放带来的环境压力。燃料电动车相比锂电池车，在低温性能方面（-30℃低温自启动），加注时间方面（商用车15分钟）和续航里程方面（>500km）具有非常强劲的竞争优势，这些优势决定着燃料电池车在商用车等领域具备极具竞争力的优势。
纵观全球，近年来中国燃料电池汽车产业后来居上，发展迅猛。燃料电池车为代表的交通领域是氢能初期应用的突破口与主要市场。根据国际能源署（IEA）的统计，截至2021上半年末，全球合计有燃料电池车保有量4.3万辆，其中韩国、美国、中国、日本、欧洲、其他地区等分别有1.46万辆、1.11万辆、0.84万辆、0.56万辆、0.31万辆及0.03万辆，占比分别为34%、26%、20%、13%、7%和1%。可以观察到，2017年以来中国燃料电池产业后来居上，从2017年末50辆增长到2021上半年末的8440辆，不到四年时间增长了168倍。2020年全球存量的燃料电池车合计3.48万辆，其中乘用车2.6万辆、公交车0.57万辆、商用车0.32万辆，占比分别为75%/16%/9%，当前全球范围来看，燃料电池车以乘用车为主。
根据测算：
1、氢燃料电池客车，到2030年，续航里程将达到500KM以上，车辆购臵成本与同等续航里程的纯电动客车相当。氢耗降至5kg/100km以下，氢气销售价格低于40元/kg，其全生命周期的TCO优于纯电动车。（TCO包括购臵成本、维护成本、燃料成本以及残值等四方面）
2、氢燃料电池物流车，载荷能力≥3吨、续航里程>400KM的氢燃料电池物流车将于2025-2030年间TCO成本经济性优于纯电动车型。
3、氢燃料电池重卡，载荷能力≥35吨、续航里程≥500KM的氢燃料电池物流车将于2030年左右TCO成本经济性超过纯电动车型。
4、氢燃料电池乘用车，续航里程在500KM以上的乘用车将于2040年后达到同等续航能力的纯电动车型相当的全生命周期成本经济性。
