中國工程院凌文院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2022年第3期發(fā)表《我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究》一文。文章從“雙碳”目標(biāo)背景和氫能在我國構(gòu)建清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系中的作用出發(fā)，系統(tǒng)梳理了全球氫能產(chǎn)業(yè)的進展情況，從氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)特點、產(chǎn)業(yè)政策等方面分析了我國氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展需求和面臨的主要問題。當(dāng)前，我國氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局不斷強化，氫能基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域投資逐步開展，區(qū)域產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)初步顯現(xiàn)，但存在標(biāo)準(zhǔn)體系不健全、產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化苗頭顯現(xiàn)、產(chǎn)業(yè)鏈尚未打通且應(yīng)用場景單一等挑戰(zhàn)，為此，文章建議，進一步加強氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展頂層設(shè)計，系統(tǒng)構(gòu)建制氫、儲氫及用氫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，加大氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的試點示范與推廣，提升氫能科技創(chuàng)新，實現(xiàn)高水平自立自強，進而推動我國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

 

一、前言

 

自16世紀(jì)氫氣首次被發(fā)現(xiàn)以來，因其來源豐富、質(zhì)量輕、能量密度高、綠色低碳、儲存方式與利用形式多樣等諸多優(yōu)點被視為未來重要的清潔能源，但受安全、成本、技術(shù)等因素制約，以往氫能主要用于軍事、航天等尖端領(lǐng)域，在民用領(lǐng)域長期發(fā)展緩慢，始終未踏入商業(yè)化應(yīng)用門檻。近年來，隨著《巴黎協(xié)定》的簽訂，應(yīng)對氣候變化成為今后很長時期內(nèi)能源、經(jīng)濟和社會長遠發(fā)展的頂層戰(zhàn)略，以綠色低碳為特征的清潔能源成為未來能源發(fā)展的重要方向。而氫能作為21世紀(jì)人類可持續(xù)發(fā)展最具潛力的二次清潔能源，受到全球范圍的高度重視，在我國也得到廣泛關(guān)注，未來有望在我國能源轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”過程中發(fā)揮重要作用。國際上，美國、歐盟、日本、韓國等發(fā)達國家和地區(qū)紛紛將氫能源納入國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，持續(xù)推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

 

當(dāng)前，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入新的歷史時期，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》將氫能正式納入我國能源戰(zhàn)略體系，提出要系統(tǒng)構(gòu)建支撐氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)新體系，統(tǒng)籌推進氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，穩(wěn)步推進氫能多元化示范應(yīng)用，不斷完善氫能發(fā)展政策和制度保障體系，圍繞規(guī)劃形成1+N政策體系。為此，亟需充分認(rèn)識發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的重要意義，從思想、認(rèn)識和行動統(tǒng)一到氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略部署上來，做好改革創(chuàng)新，破解發(fā)展難題，抓好自主核心技術(shù)裝備攻關(guān)，爭取在技術(shù)、市場、體制機制等領(lǐng)域不斷取得突破性進展。

 

二、氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況

 

（一） 發(fā)展意義

 

在全球能源向清潔化、低碳化、智能化的發(fā)展趨勢下，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)前世界能源技術(shù)變革的重要方向。氫能是保障能源結(jié)構(gòu)清潔化和多元化的重要支撐，對全球能源清潔、低碳、高效、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

 

氫能是交通運輸、工業(yè)和建筑等高碳排放領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模脫碳、降碳的重要抓手。交通運輸領(lǐng)域是全球碳排放的第二大排放源，約占總量的25%。氫燃料電池運載工具具有加氫時間短、續(xù)航里程長、零排放的特點，在大載重、長續(xù)駛、高強度的交通運輸體系中具有先天優(yōu)勢。在工業(yè)領(lǐng)域，氫能利用自身還原劑和燃燒熱值高的特性，在鋼鐵、冶金、石化、水泥的生產(chǎn)過程被用作原料或提供高位熱能，是工業(yè)領(lǐng)域深度脫碳的重要手段；在建筑領(lǐng)域，利用氫替代天然氣供暖是實現(xiàn)建筑領(lǐng)域能源消費低碳轉(zhuǎn)型的重要發(fā)展方向。

 

 

氫能將在能源多元化和清潔化領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。“低于2 ℃”情境下的全球能源轉(zhuǎn)型，需要大幅提高可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例。氫能作為重要能源載體，能夠完成跨時間調(diào)節(jié)、跨區(qū)域配置和跨品種耦合的任務(wù)，實現(xiàn)與其他能源品種之間的轉(zhuǎn)化，可提高可再生能源的消納、提供長時間儲能、優(yōu)化區(qū)域物質(zhì)流和能量流，進而建立多元化的能源體系。在跨領(lǐng)域耦合方面，通過利用可再生能源發(fā)電制氫，可靈活調(diào)配滿足終端領(lǐng)域能源消費需求。在跨時空方面，電網(wǎng)融合高比例可再生能源會加劇供需不平衡，通過規(guī)模化儲存氫能，可調(diào)節(jié)用電峰荷。

 

氫能應(yīng)用靈活、廣泛，可充分利用已有能源基礎(chǔ)設(shè)施。在交通運輸領(lǐng)域，與純電動汽車相比，氫燃料電池汽車在續(xù)航里程、燃料補給速度、節(jié)能減排降噪等方面有綜合優(yōu)勢，體驗方面接近傳統(tǒng)燃油車，更符合用戶偏好。在能源和建筑領(lǐng)域，可直接將氫氣按一定比例混合到天然氣管網(wǎng)中進行摻燒，或利用氫氣合成氨、甲醇、甲烷，可大規(guī)模復(fù)用現(xiàn)有的終端設(shè)備，且不需要對基礎(chǔ)設(shè)施進行大規(guī)模改造升級。

 

（二） 發(fā)展背景

 

2015年，196個國家或地區(qū)政府為應(yīng)對氣候變化簽訂了《巴黎協(xié)定》，確定了2050年全球氣溫升幅與工業(yè)革命前水平相比不超過2 ℃的總體目標(biāo)。氫能作為“零碳”能源具有不俗的減碳能力，據(jù)國際氫能委員會預(yù)測，2050年氫能的規(guī)模化應(yīng)用可減排6×109 t CO2，為目標(biāo)減排量的20%。為此，全球主要發(fā)達國家與地區(qū)出臺了一系列政策措施，通過加強頂層發(fā)展政策指引、加大研發(fā)投入力度、加快基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用示范建設(shè)等舉措，持續(xù)推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

 

美國以豐富而全面的政策為基礎(chǔ)，注重氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，積極促進商業(yè)化應(yīng)用，目前擁有全球最大的氫能產(chǎn)業(yè)市場，美國燃料電池與氫能協(xié)會（FCHEA）發(fā)布的《氫能經(jīng)濟路線圖》顯示，美國2030年氫需求量將突破1.7×106 t，擬建設(shè)5600個加氫站，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達1400億美元；歐盟將氫能作為新能源發(fā)展戰(zhàn)略和低碳經(jīng)濟模式的主要形式，積極在戰(zhàn)略層面布局規(guī)劃，憑借強大的政策支持，在市場化運作下已逐步打造起趨于完善的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，其中德國是歐盟發(fā)展氫能最具代表性的國家，氫能與可再生能源融合發(fā)展是德國可持續(xù)能源系統(tǒng)和低碳經(jīng)濟的重要組成部分，德國還專門成立了國家氫能技術(shù)組織推進相關(guān)領(lǐng)域工作；日本從國家戰(zhàn)略層面致力于實現(xiàn)氫能社會，2014年頒布的“能源基本計劃”中將氫能定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，提出建設(shè)“氫能社會”的愿景，通過氫能在交通、家庭、工業(yè)乃至全社會領(lǐng)域的普及應(yīng)用，實現(xiàn)真正的能源安全；韓國將氫能作為三大戰(zhàn)略投資領(lǐng)域之一，出臺了多項鼓勵政策，加速了燃料電池在交通和發(fā)電領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，據(jù)韓國《氫能經(jīng)濟路線圖》數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計2040年其國內(nèi)氫氣年供應(yīng)量將達到5.26×106 t，加氫站擬增至1200個，氫燃料電池汽車?yán)塾嫯a(chǎn)量達620萬輛。綜上所述，美國、歐盟、日本和韓國已將氫能發(fā)展提升至國家/地區(qū)戰(zhàn)略層面，并通過多年的政策引導(dǎo)，由大型企業(yè)引領(lǐng)建立了較成熟的氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，在制氫、儲運加氫和用氫方面積累了先進的核心技術(shù)。按照上述國家和地區(qū)在氫能產(chǎn)業(yè)上的投入和未來規(guī)劃，氫能將逐漸得到大規(guī)模應(yīng)用并在能源領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的地位。

 

三、我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求

 

我國提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。作為全球能源消費第一大國，長期以來我國能源結(jié)構(gòu)呈“一煤獨大”特點。為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，需要加快以煤為主的能源體系轉(zhuǎn)型，除了大力發(fā)展可再生能源以外，還需要其他零碳能源作為重要補充。其中，氫能的作用體現(xiàn)在以下幾個方面。

 

（一） 氫能可促進交通、鋼鐵、化工等領(lǐng)域大規(guī)模減碳

 

在交通領(lǐng)域，氫燃料電池汽車加注時間短、續(xù)航里程長，在大載重、長續(xù)駛、高強度的道路交通運輸體系中具有先天優(yōu)勢，相比純電動路線，氫燃料電池中重卡更加符合終端用戶的使用習(xí)慣。結(jié)合綠氫生產(chǎn)，氫燃料電池汽車是推動我國道路交通領(lǐng)域碳減排的主要途徑之一。在工業(yè)領(lǐng)域，鋼鐵和化工等不以電力為主要能源供給的高能耗產(chǎn)業(yè)，工業(yè)流程仍高度依賴一次化石能源。降低鋼鐵工業(yè)煤炭消耗的核心是改變現(xiàn)有的以煤炭為主要還原劑和燃料的高爐煉鐵工藝。結(jié)合綠氫的氫冶金技術(shù)，是鋼鐵產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展的終極方向。電能和氫能替代、及二氧化碳捕捉技術(shù)能夠顯著降低化工行業(yè)的碳排放。通過綠氫替代生產(chǎn)綠色合成氨和二氧化碳加氫制備甲醇、乙醇等燃料，利用乙烯、丙烯、芳烴等有機材料合成最重要和最基本的化工原料，解決二氧化碳碳捕捉后的規(guī)模化利用問題，是化工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要途徑。由此可見，氫能是優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，解決相關(guān)領(lǐng)域深度脫碳的重要方案。

 

 

（二） 以電能制氫促進可再生能源多用途高效利用，支撐高比例可再生能源電力系統(tǒng)安全運行

 

“十四五”期間，我國居民能源消費水平增長預(yù)期有望達到年均2%，2025年能源需求將達到5.5×109 tce，能源消費總量增長空間巨大。加大可再生能源開發(fā)是我國能源行業(yè)在資源約束和碳排放的約束下，提高能源保障能力的主要途徑。隨著可再生能源裝機的增大，高比例可再生能源電量場景需要數(shù)倍于負(fù)荷的裝機容量。可再生能源長時間高出力給系統(tǒng)消納、安全和儲能技術(shù)帶來極大挑戰(zhàn)；在低出力時段，電力系統(tǒng)需要常規(guī)能源等非可再生能源機組實現(xiàn)功率平衡。據(jù)測算，國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營區(qū)在“十四五”末靈活性資源需求將達到7×108 kW，其中負(fù)荷峰谷差調(diào)峰需求占三分之二以上，可再生能源調(diào)峰需求占比為15.7%。未來電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力至關(guān)重要，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)平衡安全全局，決定可再生能源的消納利用水平。發(fā)揮氫氣大規(guī)模、長時間存儲優(yōu)勢，大規(guī)模部署電解水制氫儲能作為靈活性資源，在電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)跟蹤可再生能源波動性，靈活響應(yīng)削減系統(tǒng)中多余的功率，實現(xiàn)可再生能源電力時間、空間轉(zhuǎn)移，有效提升能源供給質(zhì)量、提高可再生能源消納利用水平。

 

（三） 氫能有助于豐富我國的多元化能源供應(yīng)，保障能源供需安全

 

受“富煤、貧油、少氣”資源稟賦影響，我國能源消費長期依賴煤炭，油氣資源對外依存度居高不下。2021年我國能源消費總量約為5.23×109 tce，清潔能源消費占比為25.3%，煤炭消費占比為56%。能源供應(yīng)和消費品種較為單一，以煤炭為主，石油次之，能源供需平衡和能源價格穩(wěn)定性容易受到國際能源市場變化及重大危機事件沖擊。以電能制氫促進可再生能源開發(fā)及多用途高效利用，在“可再生能源和綠能”的新資源稟賦觀下，氫電協(xié)同構(gòu)建多元清潔的能源供應(yīng)體系，推進天然氣摻氫管網(wǎng)規(guī)劃，提升天然氣調(diào)峰能力，強化能源供應(yīng)安全保障。此外，氫燃料電池還可被用作備用應(yīng)急電源，在維護公共安全領(lǐng)域發(fā)揮影響力，未來隨著5G基站和大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，氫能備用應(yīng)急電源的應(yīng)用場景將進一步擴展。結(jié)合氫能在燃料電池、綠色化工和綠色鋼鐵領(lǐng)域的應(yīng)用，以氫代油、以氫代煤推動終端用能多元化、清潔化，結(jié)合綠氫供應(yīng)，促進能源供給側(cè)和需求側(cè)雙向協(xié)同，保障能源供需安全。

 

（四） 加快“三北”地區(qū)可再生能源及綠氫開發(fā)布局，實現(xiàn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展

 

隨著可再生能源制氫技術(shù)完善和成本不斷降低，我國風(fēng)能、光伏資源富集的“三北”地區(qū)，將成為新型資源“富礦”區(qū)域。受輸送和消納限制，導(dǎo)致風(fēng)電和光伏資源不能得到全面開發(fā)。以我國Ⅱ？類地區(qū)為例，綜合考慮制氫設(shè)備固定投資和運行維護費用后，風(fēng)電光伏發(fā)電孤網(wǎng)制氫可以實現(xiàn)每千克成本小于20元，進一步規(guī)模化后有望進一步降至不超過15元。電解水制氫工藝每制備1 t氫氣只需要消耗不足10 t水，綠氫開發(fā)并不會使我國西北地區(qū)因綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展而導(dǎo)致水資源短缺。可再生能源電解水制氫所獲得的氫氣純度和品質(zhì)相對較高，統(tǒng)籌考慮提純、脫碳后的綜合成本，目前可再生能源制氫已在我國風(fēng)光富集地區(qū)初步具有經(jīng)濟性。在綠氫保障和綠色工業(yè)體系構(gòu)建的基礎(chǔ)上，“三北”地區(qū)將在不增加當(dāng)?shù)匚廴九欧藕吞寂欧潘降幕A(chǔ)上成為我國新型高載能產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，并依托可再生能源開發(fā)，聚集形成可再生發(fā)電裝備制造、電解水制氫裝備制造、綠色化工、綠色冶金等新興產(chǎn)業(yè)集群，從根本上建立我國西北地區(qū)經(jīng)濟持續(xù)循環(huán)模式。

 

四、我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

 

（一） 產(chǎn)業(yè)規(guī)模

 

近年來，我國氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展加快，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷增大。根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》的數(shù)據(jù)，我國氫氣產(chǎn)能約為每年4.1×107 t，產(chǎn)量每年約為3.342×107 t。截至2021年年底，我國已建成加氫站255座，氫燃料電池汽車保有量約9315輛，已成為全球最大的產(chǎn)氫國和燃料電池商用車市場。從產(chǎn)業(yè)未來規(guī)劃來看，目前已有北京市、河北省、上海市、河南省、浙江省、山東省、四川省、重慶市、山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、廣州市、武漢市、蘇州市、佛山市、蘭州市等數(shù)十個省（市）和地區(qū)發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃/實施方案/行動計劃；在已經(jīng)發(fā)布的地方規(guī)劃中，預(yù)計到2025年燃料電池汽車?yán)塾嬐茝V量將超過15萬輛，加氫站將超過1000座，氫能產(chǎn)業(yè)累計產(chǎn)值將超過9600億元。另外，從研發(fā)投入來看，盡管我國的氫能源布局較晚，但正逐漸成為研發(fā)預(yù)算投入增幅最大的國家。

 

 

（二） 產(chǎn)業(yè)布局

 

經(jīng)過多年科技攻關(guān)，中國已掌握了部分氫能基礎(chǔ)設(shè)施與燃料電池相關(guān)的核心技術(shù)，制定出臺了國家標(biāo)準(zhǔn)112項次，具備一定的產(chǎn)業(yè)裝備及燃料電池整車的生產(chǎn)能力。當(dāng)前我國氫能產(chǎn)業(yè)整體特點如下：

 

一是行業(yè)快速發(fā)展，許多省份紛紛出臺文件，加快培育一批擁有氫能源產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備和創(chuàng)新能力的企業(yè)，并且開始布局關(guān)鍵材料和核心部件以及制氫、儲運、加氫站、燃料電池汽車、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)等重點項目，國內(nèi)氫能源產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢。

 

二是大型能源企業(yè)開始入局，隨著“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”列入2019年國務(wù)院政府工作報告，以及中國石油化工集團有限公司、國家能源集團、中國石油天然氣集團有限公司、國家電力投資集團公司等大型能源企業(yè)加大氫能產(chǎn)業(yè)布局，氫能基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域投資逐步開展。

 

三是區(qū)域性特征明顯，在區(qū)域產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)也初步顯現(xiàn)，例如：北部的北京、張家口、天津；中部的武漢、鄭州；東部的濟南、青島、濰坊；長江三角洲的上海、蘇州、寧波；西南地區(qū)的成都；珠江三角洲的佛山、廣州等根據(jù)自身資源稟賦研究編制地方氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，并先行先試推動氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

 

（三） 產(chǎn)業(yè)政策

 

近幾年，我國出臺了系列政策和文件鼓勵及支持氫能發(fā)展。2019年3月，中國第一次將氫能發(fā)展納入政府工作報告。國家能源委員會會議提出：要加快能源開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)和重大裝備攻關(guān)，探索先進儲能、氫能等商業(yè)化路徑，依托互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展能源新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式。同時，我國發(fā)布的《中國制造2025》《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《“十三五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》等系列政策，都在積極鼓勵氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2022年3月，國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，對氫能在未來國家能源體系的重要地位給予肯定，并從產(chǎn)業(yè)目標(biāo)、裝備建設(shè)和應(yīng)用示范幾個方面入手，為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。

 

五、我國氫能發(fā)展存在的主要問題與挑戰(zhàn)

 

（一） 氫能的定位與頂層設(shè)計滯后

 

與發(fā)達國家將氫能納入國家能源體系不同，我國氫能定位與頂層設(shè)計布局較晚，直到近期才頒布了我國氫能源中長期規(guī)劃，正式明確了氫能的能源體系定位，但尚未全面建立產(chǎn)業(yè)垂直管理與監(jiān)管體系。與此同時，針對國家層面的戰(zhàn)略目標(biāo)、科技創(chuàng)新、重大裝備研制、示范工程、產(chǎn)業(yè)化方向等方面提出的要求還需進一步深入研究，氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展政策保障體系與實施路線圖仍需進一步探索，立足長遠的國家氫能產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計仍需進一步加強。

 

（二） 氫能管理部門待明確且標(biāo)準(zhǔn)體系不健全

 

氫能產(chǎn)業(yè)鏈“制?儲?輸?用”等環(huán)節(jié)系統(tǒng)全面的標(biāo)準(zhǔn)體系尚不健全。燃料電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系逐步完善，但在氫氣制取碳排放標(biāo)準(zhǔn)、車載儲氫瓶組標(biāo)準(zhǔn)、液氫民用標(biāo)準(zhǔn)、氫安全體系標(biāo)準(zhǔn)等方面仍然薄弱。各地在氫能發(fā)展過程中的先行先試極大地提升了氫能的發(fā)展速度，產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)參與方眾多，由于標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一給地方帶來了管理歸屬不統(tǒng)一的問題。目前，涉及氫能相關(guān)環(huán)節(jié)的規(guī)劃、安全、標(biāo)準(zhǔn)、項目核準(zhǔn)等沒有明確主管部門，相比于電動汽車由國家主導(dǎo)、地方落實、企業(yè)推動的模式，中國氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出自下而上的發(fā)展態(tài)勢，更多的是由地方和企業(yè)來主導(dǎo)。

 

（三） 地區(qū)層面存在產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化苗頭

 

氫能產(chǎn)業(yè)橫跨能源、材料、裝備制造等多個領(lǐng)域，既能有效帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，又能催生新產(chǎn)業(yè)鏈。因此，地方政府發(fā)展氫能的積極性高，多地發(fā)起氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)，各企業(yè)也在尋求項目落地。但由于缺少氫能產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游的統(tǒng)籌，地方和企業(yè)規(guī)劃雷同性較高，甚至出現(xiàn)低水平的重復(fù)建設(shè)，短時間內(nèi)面臨產(chǎn)能過剩風(fēng)險。同時，各地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)普遍存在重應(yīng)用、輕研發(fā)，重短期效果、輕長期投入等問題，各地競相開發(fā)氫能，抓技術(shù)、挖人才、找項目，目前氫能發(fā)展處于無序狀態(tài)。

 

（四） 產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善且應(yīng)用場景有待擴展

 

經(jīng)過近年來的快速發(fā)展，我國已在氫能產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)系統(tǒng)集成以及關(guān)鍵零部件的自主化，但在電解槽的膜催化劑、氫瓶密封管閥件材料、加氫槍套管材料等原材料和基礎(chǔ)制造工藝方面以及氫安全機理研究與檢測裝備技術(shù)方面仍存在明顯短板。同時，我國氫能產(chǎn)業(yè)目前仍處于起步階段，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈條有待進一步完善。受技術(shù)、成本以及基礎(chǔ)設(shè)施等因素影響，目前我國氫能應(yīng)用場景集中在交通領(lǐng)域，氫能產(chǎn)業(yè)鏈落后于全球氫能產(chǎn)業(yè)化進程，且現(xiàn)有各地出臺的氫能源發(fā)展規(guī)劃也大多圍繞交通領(lǐng)域，商業(yè)模式和持續(xù)路徑不明確。

 

六、我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)與實施路徑

 

綜合國際國內(nèi)形勢以及目前我國氫能源發(fā)展存在的問題與挑戰(zhàn)，充分立足于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展對我國綠色低碳發(fā)展、推動能源革命、建設(shè)制造強國的作用，從氫能產(chǎn)業(yè)的制備、存儲和應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，科學(xué)分析產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的重點任務(wù)和實施路徑，通過改革創(chuàng)新破解發(fā)展難題，助力實現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

 

 

（一） 發(fā)展目標(biāo)

 

1. 2021—2025年：政策引導(dǎo)局部示范導(dǎo)入期

 

到2025年，形成較好的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展制度政策環(huán)境，初步具備較為完善的氫能供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)體系。氫能示范應(yīng)用取得顯著成效，制氫、儲氫和用氫相關(guān)技術(shù)取得較大進展，具有一定的市場競爭力，且初步建立氫能供應(yīng)體系。

 

2. 2026—2035年：市場驅(qū)動商業(yè)模式培育期

 

到2035年，形成較完備的氫能技術(shù)創(chuàng)新體系，整體產(chǎn)業(yè)鏈布局合理，可再生能源制氫得到廣泛應(yīng)用，消費占比顯著增加，在交通、儲能、工業(yè)等領(lǐng)域具有很強的市場競爭力，為我國實現(xiàn)碳達峰和能源轉(zhuǎn)型發(fā)揮重要支撐作用。

 

3. 2036—2060年：產(chǎn)業(yè)生態(tài)綠色智慧成熟期

 

該階段屬于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟期，氫能源將同傳統(tǒng)能源一樣，充分進入交通、電站和儲能等各個細(xì)分市場參與競爭，到2060年，氫能占終端能源消費比重達到20%左右，在全國乃至全球范圍內(nèi)實現(xiàn)將綠色能源轉(zhuǎn)化為動力的系統(tǒng)解決方案。

 

（二）實施路徑

 

1. 制氫環(huán)節(jié)

 

（1）加強可再生能源電力輸入條件下電解水制氫重要性的認(rèn)識，加快可再生能源直接制氫技術(shù)研發(fā)，開展應(yīng)用示范。針對電解水設(shè)備跟隨可再生能源電力的響應(yīng)能力、可再生能源波動性對電解效率和設(shè)備壽命的影響、電解設(shè)備接入可再生能源電力的模式以及風(fēng)場和光伏場等廠級電解水設(shè)備的配置與運行模式等開展模擬仿真與示范運行，強化數(shù)據(jù)支撐。此外，加大可再生能源電解制氫與綠氫消納結(jié)合的相關(guān)示范力度。

 

（2）持續(xù)提高堿性電解水技術(shù)水平，降低可再生能源電解制氫的成本。目前電解制氫的成本仍然高于化石能源制氫，降低可再生能源電解制氫的成本除了依賴于可再生能源度電成本的下降之外，還取決于電解水制氫技術(shù)的進步。堿性電解水（ALK）技術(shù)是短期內(nèi)最有潛力實現(xiàn)低成本制取綠氫的技術(shù)。提高堿性電解水技術(shù)的電流密度是降低綠氫成本的重要途經(jīng)，當(dāng)電流密度從0.4 A/cm2提高到0.8 A/cm2時，在相當(dāng)?shù)碾娊獠鄢杀鞠庐a(chǎn)氫量提高一倍，可降低氫氣成本約2元/kg。國際可再生能源機構(gòu)在2020年度報告中提出，將來堿性電解水的電流密度目標(biāo)為大于等于2 A/cm2，不僅可顯著降低氫氣成本，而且電解設(shè)備將實現(xiàn)緊湊小型化。

 

（3）持續(xù)攻關(guān)質(zhì)子交換膜（PEM）和固體氧化物電解電池（SOEC）電解水技術(shù)。PEM電解水技術(shù)采用質(zhì)子交換膜，使用貴金屬鉑和銥分別作為析氫和析氧催化劑，具有電流密度高（≥1 A/cm2）、氫氣純度高、耐高壓和體積小、重量輕的優(yōu)點。在場地有限制、壓力有要求的應(yīng)用場景具有明顯優(yōu)勢，如加氫站現(xiàn)場制氫、管網(wǎng)注氫和分布式加氫樁等。SOEC電解水技術(shù)不同于PEM技術(shù)，是一種高溫電解水技術(shù)。其運行溫度在700——850 ℃，具有比PEM更高的電效率，適應(yīng)于高溫?zé)嵩磮鼍啊ι鲜鰞煞N制氫技術(shù)，應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用需求，有針對性地在成本、壽命方面加大研發(fā)力度，促進技術(shù)應(yīng)用。

 

（4）加快煤制氫耦合碳捕集、利用與封存（CCUS）的示范論證及技術(shù)研發(fā)。與CCUS結(jié)合，是化石原料制氫的必然選擇，而CCUS技術(shù)實現(xiàn)其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化取決于技術(shù)成熟度、經(jīng)濟性、自然條件承載力及其與產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)合的可行性。CCUS技術(shù)在各行業(yè)廣泛推廣應(yīng)用不僅可實現(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳利用，而且可與可再生能源結(jié)合實現(xiàn)負(fù)排放，成為我國建設(shè)綠色低碳多元能源體系的關(guān)鍵技術(shù)。國內(nèi)外CCUS技術(shù)均處于研發(fā)示范階段，需要持續(xù)降低捕集能耗和成本，拓展轉(zhuǎn)化利用途徑并提升利用效率，突破陸上輸送管道安全運行保障技術(shù)，開發(fā)經(jīng)濟安全的封存方式及監(jiān)測方法等。

 

2. 儲運環(huán)節(jié)

 

（1）加快高壓氣氫儲運技術(shù)和裝備研發(fā)應(yīng)用。提高存儲壓力等級，增加氫氣存儲密度，提升儲運效率是當(dāng)前有效降低儲運成本的方式之一。在高壓氫氣路運方面，逐步開發(fā)50 MPa、70 MPa大容量管束瓶，由現(xiàn)有的Ⅰ型瓶和Ⅱ型瓶逐步過渡至III型瓶和IV型瓶，儲氫密度提高到5 wt%以上。在車載高壓儲氫方面，突破70 MPa以上Ⅳ型瓶設(shè)計制造和瓶口組合閥關(guān)鍵技術(shù)，開展高性能碳纖維材料、碳纖維纏繞技術(shù)及成套設(shè)備攻關(guān)，優(yōu)化35 MPa瓶口組合閥工藝。在固定式儲氫裝備方面，持續(xù)優(yōu)化50 MPa以上超大容積固定式儲氫容器材料工藝，破解存儲空間和成本障礙。在安全性測試方面，提高70 MPa儲氫容器及配套裝備驗證和性能綜合評價核心能力。

 

（2）加速大規(guī)模氫氣液化與液氫儲運關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。在運輸成本、儲存純度、計量便捷性等方面，液氫儲運要顯著優(yōu)于高壓儲運，在尚未具備大規(guī)模管道輸氫的階段，將氫液化以提高儲運密度是解決氫大規(guī)模儲運的最直接有效方法。在長距離大規(guī)模氫儲運需求方面，突破大規(guī)模氫氣液化技術(shù)與成套技術(shù)裝備，實現(xiàn)大規(guī)模高效低成本儲運。在液氫制備方面，重點開展大規(guī)模、低能耗氫液化系統(tǒng)研制，高效率、大流量氫透平膨脹機研制，高活性、高強度催化劑研制。在液氫運輸方面，重點開展低漏熱、高儲重比移動式液氫容器研制。在液氫儲運方面，優(yōu)化大型固定式球形液氫儲罐和運輸用深冷儲罐工藝，提高性能水平，降低日蒸發(fā)率，開展車載深冷+常壓儲氫技術(shù)研究，落實深冷+高壓超臨界儲氫技術(shù)布局，開展適用于固定式儲罐和車載儲氫瓶的常壓、大流量和高壓、低流量液氫加注泵方案設(shè)計和技術(shù)工藝。依托大規(guī)模氫氣液化與液氫儲運關(guān)鍵技術(shù)與示范項目，提高氫液化技術(shù)和裝備水平。

 

（3）布局管道規(guī)模化輸氫及綜合利用關(guān)鍵技術(shù)。針對長距離、大規(guī)模氫氣輸運與多元化氫氣終端脫碳應(yīng)用需求，開展天然氣管道摻氫輸送關(guān)鍵技術(shù)研究及氫綜合應(yīng)用示范項目，推動交通、建筑、工業(yè)與發(fā)電全域型應(yīng)用領(lǐng)域的脫碳以及傳統(tǒng)能源基礎(chǔ)設(shè)施的再利用。重點開展天然氣管道及裝備材料摻氫輸送適用性評價技術(shù)及安全邊界研究、天然氣和氫氣混合氣的氫氣分離技術(shù)開發(fā)研究、摻氫管道內(nèi)檢測技術(shù)研究、天然氣管道摻氫輸送示范項目方案設(shè)計及建設(shè)研究、摻氫輸送終端設(shè)備（燃?xì)庠睢崴鳌㈠仩t等）適應(yīng)性測試研究、氫氣分離與純化工藝及設(shè)備開發(fā)研究，推進純氫管道輸送試驗管線示范。

 

（4）建立大容量、低能耗、快速加氫站技術(shù)與裝備體系。在技術(shù)裝備方面，研究90 MPa壓縮機設(shè)計制造技術(shù)，優(yōu)化45 MPa壓縮機工藝，突破大排量、大壓比、低功耗、高可靠金屬隔膜式和往復(fù)式壓縮機裝備；完成70 MPa加氫槍技術(shù)裝備試驗驗證，實現(xiàn)加氫軟管、拉斷閥、流量計等核心零部件實現(xiàn)國產(chǎn)化；突破液氫加氫站在材料、結(jié)構(gòu)、絕熱、密封等多方面技術(shù)難題，實現(xiàn)液氫加氫站的產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模應(yīng)用。在基礎(chǔ)體系方面形成35/70 MPa加氫機、壓縮機性能評價與檢測認(rèn)證體系，包括可靠性、計量、能耗、加注速率、壽命等重要性能指標(biāo)。建立加氫站安全監(jiān)控與評價體系。針對國內(nèi)儲運環(huán)節(jié)成本較高問題，開展制氫加氫一體站關(guān)鍵技術(shù)研究及示范項目，突破一體站內(nèi)高集約化制氫純化一體化技術(shù)，開發(fā)高性能國產(chǎn)化加氫機、壓縮機、工藝控制系統(tǒng)，為加氫站運營企業(yè)降低設(shè)備成本。

 

3. 用氫環(huán)節(jié)

 

（1）交通領(lǐng)域：以重卡、公交車等商用車為突破口，建立柴改氫示范。我國氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用處于初期階段，加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚不完善，而商用車應(yīng)用場景和運營路線較為固定，能夠大幅減少對加氫基礎(chǔ)設(shè)施的依賴。燃料電池功率大、替換柴油的特性在商用車領(lǐng)域可以得到很好的發(fā)揮，加氫問題也能較好的解決。以商用車的規(guī)模化示范應(yīng)用為基礎(chǔ)，逐步實現(xiàn)加氫基礎(chǔ)設(shè)施的全面覆蓋，進而帶動乘用車的推廣應(yīng)用。

 

（2）發(fā)電領(lǐng)域：“氫儲能+固定式燃料電池電站”模式有望成為發(fā)展出路之一。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)需要尋找合適的發(fā)電場景和區(qū)域。國內(nèi)發(fā)達的電網(wǎng)及廉價的電價使大型分布式燃料電池的發(fā)展較為困難，也缺乏相關(guān)的激勵政策，同時現(xiàn)階段國內(nèi)的燃料電池技術(shù)水平與國外差距較大。但是隨著可再生能源的發(fā)展，燃料電池成本的下降，固定發(fā)電結(jié)合氫儲能將是國內(nèi)發(fā)展的一個方向。

 

（3）建筑領(lǐng)域：天然氣管網(wǎng)摻氫可以有效解決大規(guī)模可再生能源消納問題。將大規(guī)模風(fēng)電、光伏制造的氫按一定比例摻入天然氣，并依托現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)進行輸送，摻氫天然氣可被直接利用，也可以將氫與天然氣分離后分別單獨使用。可開展社區(qū)天然氣管道改造，推動天然氣摻氫在居民家庭的綜合供能應(yīng)用，對社區(qū)和建筑內(nèi)的天然氣管道進行改造，使之具有摻氫能力，并通過管道輸送至居民房屋內(nèi)部，滿足居民的日常取暖、烹飪等生活需求。考慮安全性需求，需要結(jié)合我國的實際情況進行管道材料與摻氫天然氣相容性的試驗研究，對現(xiàn)有天然氣管道輸送風(fēng)險進行評估利用，為管道安全輸送提供依據(jù)。

 

（4）儲能領(lǐng)域：在大容量、長周期儲能系統(tǒng)中，氫儲能更具競爭力。氫儲能被認(rèn)為是當(dāng)前一種新興的儲能方式，該技術(shù)對我國智能電網(wǎng)構(gòu)建以及規(guī)模化可再生能源發(fā)電意義重大。要推動氫儲能技術(shù)的發(fā)展，關(guān)鍵是要解決電力到氫能的高效率轉(zhuǎn)化、降低規(guī)模化儲氫成本、提高氫能綜合利用效率等難題，突破風(fēng)能、太陽能、水能等可再生能源波動性制氫、電管網(wǎng)絡(luò)互通以及協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)，建立高效率、低成本、規(guī)模化的氫儲能系統(tǒng)。

 

七、措施建議

 

（一）加強氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展頂層設(shè)計

 

加快出臺國家氫能發(fā)展1+N政策支撐體系，制定詳細(xì)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施路線圖。充分立足于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對我國綠色低碳循環(huán)發(fā)展、推動能源革命、建設(shè)制造強國的貢獻，科學(xué)分析產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)路線、時間表與重點任務(wù)。發(fā)揮省級政府的作用，統(tǒng)籌發(fā)展需求和實施資源，加快氫能綜合應(yīng)用示范區(qū)建設(shè)。引導(dǎo)行業(yè)骨干企業(yè)向有基礎(chǔ)、有條件、有優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)布局，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集聚。加大氫能產(chǎn)業(yè)對外開放合作，積極參與國際氫能產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)筑互助、共贏、安全、可控的供應(yīng)鏈體系。

 

（二）加快氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

 

加快建立健全我國氫能標(biāo)準(zhǔn)體系，逐步建立和探索以氫能領(lǐng)跑者計劃等項目為抓手，建立健全產(chǎn)業(yè)鏈重點技術(shù)裝備的計量 ? 檢測 ? 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及體系，積極引導(dǎo)行業(yè)高質(zhì)量開展技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)編制。開發(fā)快速高效的氫燃料檢測與計量方法，建立氫燃料質(zhì)量評定流程，適時建立國家氫燃料質(zhì)量檢測中心；參照充電設(shè)施，盡快出臺將加氫站納入城市建設(shè)規(guī)劃的指導(dǎo)意見。建立氫能作為能源的監(jiān)管體制機制，做好氫能行業(yè)基礎(chǔ)性監(jiān)管工作，依托中國氫能聯(lián)盟大數(shù)據(jù)平臺，全面掌握各地氫能行業(yè)發(fā)展情況、企業(yè)運行情況。推動綠色氫能減碳標(biāo)準(zhǔn)及機制研究，結(jié)合碳足跡全生命周期和《低碳?xì)洹⑶鍧崥渑c可再生氫標(biāo)準(zhǔn)與評價》標(biāo)準(zhǔn)，建立基于氫能產(chǎn)業(yè)的碳足跡標(biāo)準(zhǔn)和測量指標(biāo)，制定氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展路徑，形成低碳、清潔、高效的生產(chǎn)供應(yīng)鏈。建立覆蓋氫氣全生命周期的安全管理體系和安全維護作業(yè)記錄數(shù)據(jù)庫，確保安全發(fā)展。

 

（三）加大氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的試點示范與推廣

 

充分考慮目前氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)不成熟等現(xiàn)狀，早期以試點示范為主，逐步擴大應(yīng)用規(guī)模。大力倡導(dǎo)以氫能產(chǎn)業(yè)重點地區(qū)為試點的政策支持力度，加強針對氫能產(chǎn)業(yè)的市場環(huán)境監(jiān)管，控制限制煤炭、石油等石化能源消費總量，嚴(yán)格執(zhí)行碳稅、碳排放交易等價格機制，為氫能產(chǎn)業(yè)市場培育與有序發(fā)展提供保障。結(jié)合氫能及燃料電池試點示范工作，出臺氫能“十四五”專項規(guī)劃，圍繞氫能交通、工業(yè)、儲能多元化應(yīng)用，通過合理布局，加快探索形成有效的氫能商業(yè)化發(fā)展路徑。借鑒國際示范經(jīng)驗，支持建設(shè)一批規(guī)模化可再生能源制氫綜合應(yīng)用示范基地，通過規(guī)模化降低制氫成本，鼓勵“風(fēng)光氫儲融”一體化、“油氫氣電”綜合能源站等創(chuàng)新發(fā)展模式，對于化工等減排需求較大的行業(yè)，新增綠氫用能不納入能源消費總量控制。

 

（四）提升氫能科技創(chuàng)新，實現(xiàn)高水平自立自強

 

健全完善氫能基礎(chǔ)研發(fā)體系。從市場需求出發(fā)，采取龍頭企業(yè)主導(dǎo)的方式，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)、科研院所，建設(shè)涵蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同創(chuàng)新平臺，聚焦氫能領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，進行設(shè)備、材料、零部件等共性技術(shù)開發(fā)和中試。集中資源推進頭部企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，建立氫能自主化重大技術(shù)裝備評定制度，列入“能源重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄”在能源項目建設(shè)中推廣應(yīng)用，并給予相關(guān)單位研發(fā)費用及稅收優(yōu)惠。超前開展產(chǎn)業(yè)鏈安全工作部署，鼓勵本土產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)加強技術(shù)合作，通過產(chǎn)業(yè)基金強化產(chǎn)業(yè)鏈資本聯(lián)動和產(chǎn)業(yè)聯(lián)動，構(gòu)建自主可控、安全可靠的生產(chǎn)供應(yīng)體系。

 

 

 

凌文，系統(tǒng)工程與能源工程管理專家，中國工程院院士。

 

長期致力于運用系統(tǒng)工程理論解決大型工程管理難題，積累了豐富的系統(tǒng)工程實踐經(jīng)驗。主持了十余項煤基能源重大工程研究，為豐富系統(tǒng)工程理論與實踐、推動產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展做出了重要貢獻，在煤炭行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，推動了我國煤炭安全、高效、綠色開發(fā)和清潔轉(zhuǎn)化利用整體水平的提升。