陳贇

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)保障。氫能具有來(lái)源豐富、能量密度高、綠色低碳等特點(diǎn)，它被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础Ｎ覈?guó)必須從國(guó)際視野出發(fā)，深入分析氫能發(fā)展現(xiàn)狀，走出適合我國(guó)國(guó)情的氫能發(fā)展路子。

一、我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫到應(yīng)用等環(huán)節(jié)（見(jiàn)圖）。

圖 氫能產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)

（一）制氫

制氫有三種技術(shù)路線：灰氫（化石能源制氫）、藍(lán)氫（化石能源制氫＋CCUS）和綠氫（可再生能源制氫），目前它們制氫比例約為1∶1.6∶2。從全球來(lái)看，目前氫能制備的主要途徑是依靠傳統(tǒng)能源的化學(xué)重整，其中天然氣重整占比約48%，真正綠色途徑的電解水制氫僅占4%。而日本在電解水制氫方面步伐較快，其鹽水電解制氫的產(chǎn)能占總產(chǎn)能的63%。我國(guó)制氫則主要依賴煤氣化制氫及工業(yè)副產(chǎn)氫的方式，電解水制氫上我國(guó)應(yīng)用的很少，僅約1%。在政策引導(dǎo)和可再生電力成本下滑帶動(dòng)下，預(yù)計(jì)制氫將從“灰氫”逐步向“藍(lán)氫”“綠氫”過(guò)渡。

1.化石燃料制氫。我國(guó)煤制氫的主要企業(yè)有中國(guó)石化、國(guó)家能源集團(tuán)、江蘇恒力集團(tuán)以及山東利津石化。其中，產(chǎn)量最大的為國(guó)家能源集團(tuán)，目前年產(chǎn)超過(guò)400萬(wàn)噸氫氣；中國(guó)石化產(chǎn)量約為300萬(wàn)噸/年。天然氣制氫企業(yè)主要有常州藍(lán)博凈化、四川亞聯(lián)高科技、上海華西化工等。煤制氫技術(shù)較為成熟，煤制氫成本約0.55-0.83元/m；由于我國(guó)天然氣部分依賴進(jìn)口，因此天然氣制氫成本較高，約0.8-1.75元/m。

2.工業(yè)副產(chǎn)制氫。氯堿行業(yè)的鴻達(dá)興業(yè)和濱化股份在氫能方面已有布局，二者燒堿產(chǎn)能超過(guò)100萬(wàn)噸，副產(chǎn)氫可達(dá)2.5萬(wàn)噸/年，嘉化能源可實(shí)現(xiàn)氯堿副產(chǎn)氫1萬(wàn)噸，同時(shí)其產(chǎn)業(yè)鏈可實(shí)現(xiàn)制、儲(chǔ)、運(yùn)、加氫全覆蓋。目前我國(guó)焦?fàn)t煤氣制氫龍頭是擁有660萬(wàn)噸焦炭產(chǎn)能的美錦能源，副產(chǎn)氫氣可達(dá)到5.9萬(wàn)噸/年。丙烷脫氫（PDH）方面，國(guó)內(nèi)PDH項(xiàng)目計(jì)劃2023年產(chǎn)氫37.04萬(wàn)噸/年，衛(wèi)星石化未來(lái)有250萬(wàn)噸乙烷裂解項(xiàng)目投產(chǎn)，產(chǎn)氫16萬(wàn)噸；東華能源現(xiàn)有副產(chǎn)氫5萬(wàn)噸，寧波二期PDH建成后達(dá)到7.5萬(wàn)噸。目前采用變壓吸附法（PSA）技術(shù)的焦?fàn)t煤氣制氫、氯堿尾氣制氫等裝置已經(jīng)得到推廣。當(dāng)前氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫生產(chǎn)成本約1.1-1.4元/Nm，計(jì)入PSA成本后綜合成本約1.2-1.8元/Nm，而焦?fàn)t煤氣提純制氫綜合成本約0.83-1.33元/Nm。

3.電解水制氫。電解水制氫有三種技術(shù)路線：堿性水電解槽（ALK）、質(zhì)子交換膜水電解槽（PEM）、固體氧化物水電解槽（SOEC）。ALK技術(shù)較為成熟，有蘇州競(jìng)立、揚(yáng)州中電、天津大陸制氫等公司，單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為1000Nm/h，但存在設(shè)備體積大以及污染的問(wèn)題。PEM需要采用貴金屬催化劑，成本較高，目前國(guó)內(nèi)單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為蘇州國(guó)能圣源的設(shè)備，可提供500Nm/h產(chǎn)量。我國(guó)PEM總體規(guī)模與國(guó)外仍有差距。SOEC技術(shù)的研發(fā)國(guó)內(nèi)外都在進(jìn)行。電解水制氫不僅受制于技術(shù)，還受制于電價(jià)，如果光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電成本下降，電解水制氫的經(jīng)濟(jì)性也會(huì)隨之提升。

總體而言，隨著電解水制氫成本降低，傳統(tǒng)化石能源制氫方式產(chǎn)量逐漸降低，并被可再生能源發(fā)電結(jié)合電解水制氫方式取代。電解水制氫方式中，PEM電解制氫處在快速發(fā)展階段，SOEC電解技術(shù)國(guó)內(nèi)外都處在加快研發(fā)階段。

（二）氫氣儲(chǔ)運(yùn)

為了提高氫能的儲(chǔ)存運(yùn)輸效率，目前儲(chǔ)氫技術(shù)使用較多的是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫等，氫能運(yùn)輸主要采用陸上運(yùn)輸、海上運(yùn)輸以及管道運(yùn)輸方式。

1.儲(chǔ)氫。目前高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫方面，國(guó)外主流壓力等級(jí)為70MPa氫瓶，而國(guó)內(nèi)主要采用35MPa氫瓶，70MPa高壓儲(chǔ)氫在國(guó)內(nèi)還在推廣階段。當(dāng)前國(guó)內(nèi)35MPa儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)公司主要包括中材科技、沈陽(yáng)斯林達(dá)、京城股份等，其中沈陽(yáng)斯林達(dá)已具備70MPa儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)資格。

低溫液態(tài)儲(chǔ)氫可將氣態(tài)氫體積壓縮800倍，能量密度遠(yuǎn)高于高壓氣態(tài)氫氣，但在液化以及運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)存在很大的能耗，當(dāng)前將1kg氫氣液化需耗電4-10kWh，且液態(tài)氫過(guò)低的溫度在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)從外界吸熱造成蒸發(fā)，這對(duì)保溫材料有極高的要求。鴻達(dá)興業(yè)在內(nèi)蒙古投資的國(guó)內(nèi)首個(gè)民用液氫生產(chǎn)項(xiàng)目于2020年4月順利產(chǎn)出液氫，這也標(biāo)志著我國(guó)液氫生產(chǎn)成本降低的開(kāi)始。

有機(jī)液體儲(chǔ)氫通過(guò)利用有機(jī)液體（環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷等）與氫氣進(jìn)行可逆加氫和脫氫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存。武漢氫陽(yáng)是從事有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫的公司，其開(kāi)發(fā)的常溫常壓下液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫（LOHC）技術(shù)攻克了氫氣常溫常壓下液態(tài)儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)碾y題，具有脫氫溫度低、儲(chǔ)氫可逆及載體無(wú)消耗的優(yōu)勢(shì)。

固態(tài)儲(chǔ)氫方式利用某些金屬較強(qiáng)的捕捉氫氣的能力，這些金屬不需要很高的溫度和壓力便能吸收大量的氫氣，生成金屬氫化物，而再次對(duì)其加熱便能將吸收的氫氣釋放。常用的儲(chǔ)氫材料有稀土類化合物、鈦系化合物、鎂系化合物以及釩、鈮等金屬合金。國(guó)內(nèi)固態(tài)合金儲(chǔ)氫還在研發(fā)階段，主要包括應(yīng)用稀土材料的北京浩運(yùn)金能、廈門(mén)鎢業(yè)，鎂基材料的鎂源動(dòng)力、鎂格氫動(dòng)。

2.運(yùn)氫。當(dāng)前無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，采用車(chē)輛的陸上運(yùn)氫占大多數(shù)，只是國(guó)內(nèi)大多為高壓氣氫運(yùn)輸，國(guó)外液氫技術(shù)較為成熟的國(guó)家大多采用液氫槽車(chē)運(yùn)輸。液氫槽車(chē)運(yùn)輸?shù)姆绞絾翁丝蛇\(yùn)輸更多的氫，經(jīng)濟(jì)性更高。即便采用當(dāng)前運(yùn)量較大的液氫槽車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，其單趟運(yùn)量也僅在數(shù)噸以內(nèi)，而采用液氫運(yùn)輸船進(jìn)行海上運(yùn)輸，單趟運(yùn)量可達(dá)到百噸甚至更多，這種運(yùn)氫方式相比液氫槽車(chē)單趟可運(yùn)輸更多的氫能，且可以實(shí)現(xiàn)全球轉(zhuǎn)運(yùn)。目前我國(guó)在海上運(yùn)氫方面尚未有應(yīng)用。

管道運(yùn)輸氫氣的方式是成本最低的運(yùn)輸方式，最適宜大規(guī)模、長(zhǎng)距離的氫氣運(yùn)輸，但此方式依賴于整體用氫系統(tǒng)規(guī)模的成型。輸氫單位成本隨著管道長(zhǎng)度增加而降低，管道長(zhǎng)度在25km至500km，相應(yīng)的輸氫單位成本可從2.75元/kg百公里下降至0.48元/kg百公里，當(dāng)運(yùn)輸距離達(dá)到300km以上時(shí)，單位成本降至0.5元/kg百公里。國(guó)內(nèi)已有少量的氫氣運(yùn)輸管道，如中國(guó)石化濟(jì)源-洛陽(yáng)全長(zhǎng)25km，巴陵-長(zhǎng)嶺輸氫管道全長(zhǎng)42km，年輸氣量分別為4.42萬(wàn)噸和10.04萬(wàn)噸。

對(duì)三種運(yùn)氫方式的單位成本進(jìn)行對(duì)比，管道運(yùn)輸是單位成本最低的方式，而運(yùn)輸距離在300km內(nèi)，高壓氣氫管束車(chē)運(yùn)輸單位成本較低，300km以上液氫槽罐車(chē)單位成本要低于管束車(chē)。隨著氫能應(yīng)用端的擴(kuò)張，氫能需求增大，長(zhǎng)距離供氫管網(wǎng)和液氫海上船舶運(yùn)輸均為未來(lái)發(fā)展方向。

（三）氫能應(yīng)用

1.加氫站。截至2020年，我國(guó)建成加氫站118座（不含已拆除的3座），在建和擬建加氫站有167座之多，數(shù)量上廣東和上海位居前兩位。目前國(guó)內(nèi)加氫站全部采用高壓氣態(tài)氫氣，受制于政策及技術(shù)問(wèn)題，沒(méi)有采用液氫加氫站。國(guó)內(nèi)從事加氫站建設(shè)的企業(yè)主要包括舜華新能源、國(guó)富氫能、氫楓能源、海德利森、中極氫能、雄韜股份等。

2.氫燃料電池。氫燃料電池不同于傳統(tǒng)熱機(jī)，能量轉(zhuǎn)換效率不受到卡諾循環(huán)的限制，可達(dá)到40%-60%，且具有震動(dòng)小、無(wú)噪聲、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。氫燃料電池應(yīng)用范圍廣泛，小至便攜式電源、可移動(dòng)電源，大到氫燃料電池動(dòng)力船舶、氫燃料電池發(fā)電站。當(dāng)前，氫燃料電池應(yīng)用最多的領(lǐng)域是小型無(wú)人機(jī)和氫燃料電池汽車(chē)，在實(shí)船應(yīng)用上還沒(méi)有達(dá)到相當(dāng)成熟的階段，多個(gè)國(guó)家都在開(kāi)展氫燃料電池在大型船舶上的應(yīng)用工作。

在車(chē)用燃料電池技術(shù)上，目前國(guó)內(nèi)電堆供應(yīng)商主要為捷氫、新源動(dòng)力、廣東國(guó)鴻、濰柴動(dòng)力等。捷氫2020年發(fā)布的金屬板電堆，功率密度達(dá)3.8kW/L，實(shí)現(xiàn)雙極板和膜電極100%自主化與國(guó)產(chǎn)化、-30℃低溫啟動(dòng)和6000h耐久測(cè)試。大同氫雄云鼎研發(fā)的130kW大功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)程序。

在船舶應(yīng)用方面，中國(guó)船級(jí)社在2019年海事展上發(fā)布了500kW內(nèi)河燃料電池貨船的AIP原理認(rèn)可，屬于國(guó)內(nèi)首例，處于國(guó)際領(lǐng)先，此船儲(chǔ)供氫和動(dòng)力系統(tǒng)由中船動(dòng)力研究院有限公司設(shè)計(jì)。

2020年，氫能在我國(guó)多元化應(yīng)用示范取得積極進(jìn)展。在工業(yè)領(lǐng)域，全球最大規(guī)模的太陽(yáng)能電解水制氫儲(chǔ)能及綜合應(yīng)用示范項(xiàng)目在寧夏寧東能源化工基地開(kāi)工，該項(xiàng)目是我國(guó)煤制烯烴行業(yè)首個(gè)引入綠氫的項(xiàng)目；同年11月，特諾恩與河鋼集團(tuán)簽訂合同，開(kāi)工建設(shè)綠氫直接還原鐵工廠。在能源領(lǐng)域，2020年9月，江蘇鏵德氫能源科技有限公司獲得我國(guó)首張燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)認(rèn)證，并于當(dāng)年10月將產(chǎn)品出口到了歐洲市場(chǎng)；同月，弗爾賽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)亮相西安交大信息物理融合能源系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)。氫能在其他方面的應(yīng)用還較少，如依托燃料電池技術(shù)，建立分布式能源網(wǎng)絡(luò)，做到區(qū)域或城市電力、熱能和冷能的聯(lián)合供應(yīng)等。

二、進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議

國(guó)際氫能委員會(huì)聯(lián)合主席伯努瓦·波捷表示，氫能已成為許多經(jīng)濟(jì)體碳中和投資計(jì)劃的核心要素。國(guó)際氫能委員會(huì)近期發(fā)布報(bào)告顯示，自今年2月以來(lái)，全球范圍內(nèi)啟動(dòng)了131個(gè)大型氫能開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)到2030年，全球氫能領(lǐng)域投資總額將達(dá)到5000億美元。世界能源理事會(huì)預(yù)計(jì)，到2050年氫能在全球終端能源消費(fèi)量中的占比可高達(dá)25%。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2070年全球?qū)錃獾男枨髮⑦_(dá)到5.2億噸。根據(jù)2017年麥肯錫研究公布的《2050年氫發(fā)展藍(lán)圖》，氫能將創(chuàng)造3000萬(wàn)個(gè)工作崗位，減少60億噸CO，創(chuàng)造2.5萬(wàn)億美元的市場(chǎng)價(jià)值。作為未來(lái)產(chǎn)業(yè)的氫能產(chǎn)業(yè)，我國(guó)應(yīng)加快發(fā)展，搶占先機(jī)。

（一）制訂發(fā)展戰(zhàn)略

我國(guó)已出臺(tái)多個(gè)文件促進(jìn)氫能發(fā)展，并發(fā)布燃料電池國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)氫能聯(lián)盟還發(fā)布了全球首個(gè)“綠氫”團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。然而，與歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)還缺乏氫能發(fā)展的整體頂層設(shè)計(jì)與戰(zhàn)略規(guī)劃。根據(jù)國(guó)際氫能理事會(huì)發(fā)布的《全球氫能觀察2021》，截至2021年2月，全球已有30多個(gè)國(guó)家發(fā)布了氫能路線圖，許多經(jīng)濟(jì)體已將發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)上升為國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略。如日本2017年12月公布《氫能源基本戰(zhàn)略》，歐盟2020年7月發(fā)布《歐盟氫能源戰(zhàn)略》，美國(guó)2021年6月宣布“氫能源地球計(jì)劃”。我國(guó)必須加快制訂氫能發(fā)展戰(zhàn)略，明確在“碳達(dá)峰、碳中和”背景下的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路，提出氫能產(chǎn)業(yè)在能源體系中的角色定位、階段性可量化指標(biāo)、產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的發(fā)展重點(diǎn)，構(gòu)建促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的體制機(jī)制。

（二）完善政策體系

一是加強(qiáng)制度創(chuàng)新供給，在項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地、規(guī)劃選址、安全、環(huán)保等方面完善政策措施。二是建設(shè)公共服務(wù)平臺(tái)，為企業(yè)與機(jī)構(gòu)提供政策、行業(yè)信息、技術(shù)分析等服務(wù)。三是加快建立氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立氫能產(chǎn)品檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)和認(rèn)證體系；堅(jiān)持安全發(fā)展理念，明確監(jiān)管主體，完善氫能發(fā)展監(jiān)管體系。四是加強(qiáng)金融服務(wù)保障，加大金融業(yè)對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持，拓展股權(quán)投資、供應(yīng)鏈金融、融資租賃等綜合性金融服務(wù)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)有條件的各類資本設(shè)立燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)基金。五是推動(dòng)國(guó)際技術(shù)合作，融入國(guó)際氫能社區(qū)，借鑒國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展最佳實(shí)踐。

（三）加大技術(shù)攻關(guān)

扎實(shí)做好基礎(chǔ)研究，設(shè)立氫能源與燃料電池重大專項(xiàng)，建立持續(xù)性研發(fā)支持保障機(jī)制。以重大需求為導(dǎo)向，協(xié)同開(kāi)展基礎(chǔ)性研究和科技攻關(guān)，依托骨干企業(yè)、高校、科研院所組建氫能與燃料電池國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。對(duì)于企業(yè)在品種、規(guī)格或技術(shù)參數(shù)等有重大突破、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)但尚未取得市場(chǎng)業(yè)績(jī)的首臺(tái)（套）或首批次的裝備、系統(tǒng)和核心部件，給予研發(fā)激勵(lì)等相關(guān)措施。推動(dòng)高校設(shè)立氫能相關(guān)專業(yè)，培養(yǎng)氫能研究型人才和產(chǎn)業(yè)工人隊(duì)伍。支持民營(yíng)企業(yè)承擔(dān)氫能科技攻關(guān)和基礎(chǔ)研究。

（四）拓展產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改造加油站和加氣站并合建加氫站，如上海嘉定區(qū)發(fā)布的15座加氫站中油氫合建站占70%以上；佛山南海區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃要求新建、遷建加油站必須合建加氫站。氫能在工業(yè)領(lǐng)域深度脫碳、分布式能源儲(chǔ)能、航空和船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域應(yīng)有更大作為。氫能飛機(jī)、氫能船舶作為新能源交運(yùn)設(shè)備，我國(guó)在技術(shù)與市場(chǎng)兩方面都面臨較大的機(jī)遇，深空深海裝備同樣如此。要加快建設(shè)從微型熱電聯(lián)供至大型電站化熱電聯(lián)產(chǎn)，并逐步實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)的構(gòu)建。依托燃料電池技術(shù)，建立分布式能源網(wǎng)絡(luò)，做到區(qū)域或城市電力、熱能和冷能的聯(lián)合供應(yīng)等。如德國(guó)已開(kāi)發(fā)運(yùn)行十多個(gè)氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，不斷拓寬氫能應(yīng)用領(lǐng)域，包括供應(yīng)周邊加氫站、直接燃燒發(fā)電、使用燃料電池技術(shù)發(fā)電、與CO反應(yīng)制取甲烷等“電轉(zhuǎn)氣（PtG）”技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。

（五）防止盲目投資

2020年，全國(guó)共有超過(guò)30個(gè)地方政府發(fā)布了氫能發(fā)展相關(guān)規(guī)劃，涉及加氫站數(shù)量超過(guò)1000座、燃料電池車(chē)數(shù)量超過(guò)25萬(wàn)輛；相關(guān)企業(yè)也在加速涌入和扎堆布局，大量項(xiàng)目密集上馬。但氫燃料汽車(chē)行業(yè)當(dāng)前仍處于發(fā)展初級(jí)階段，推廣主要依賴政府采購(gòu)和補(bǔ)貼，推廣1000輛氫燃料汽車(chē)需高達(dá)30億-40億元的資金投入，這需要政府較為富余的財(cái)政收入。另外，我國(guó)氫燃料汽車(chē)產(chǎn)業(yè)還面臨諸多技術(shù)短板，核心技術(shù)尚未突破，部分零部件和關(guān)鍵材料尚未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)。跟風(fēng)上馬氫能及燃料電池項(xiàng)目，重復(fù)、低效投資將引發(fā)同質(zhì)化企業(yè)的惡性競(jìng)爭(zhēng)。

實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰與2060年碳中和的目標(biāo)，必然與氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、氫能生態(tài)的建立密切相關(guān)。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型，有利于形成我國(guó)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)綠色發(fā)展目標(biāo)，我們要加快發(fā)展、科學(xué)發(fā)展。