徐 連 兵

(國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100011)

0 引 言

黨的十九大報告明確提出要加快推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。氫能源作為最低碳的清潔能源，是實(shí)現(xiàn)我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，推進(jìn)能源革命的重要抓手。2019年，氫能源首次寫入《政府工作報告》。2020年，國家能源局發(fā)布的《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》首次將氫能源列入能源范疇，從法律層面明確了氫能源的能源地位[1]。目前已有數(shù)十個地區(qū)發(fā)布了氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和行動計劃，我國氫能源正迎來快速發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期[2-5]。

氫能源已廣泛應(yīng)用于軍事、航天等領(lǐng)域，在民用領(lǐng)域，各國研究應(yīng)用起伏較大，20世紀(jì)70年代已有國家提出“氫經(jīng)濟(jì)”的概念，但始終未踏入商業(yè)化應(yīng)用門檻。自2015年《巴黎協(xié)定》簽署以來，全球節(jié)能減排的壓力愈發(fā)嚴(yán)峻，減少對化石能源的依賴并大力發(fā)展清潔能源的訴求愈加高漲，在全球能源向清潔化、低碳化、智能化發(fā)展的趨勢下，發(fā)展氫能源產(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。美國、日本、德國、韓國、法國等發(fā)達(dá)國家已將氫能源規(guī)劃上升到國家能源戰(zhàn)略高度，在燃料電池汽車商用及分布式發(fā)電應(yīng)用、軍事領(lǐng)域均取得了一定進(jìn)展[6-8]。對我國而言，發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)可以有效優(yōu)化能源系統(tǒng)，大幅降低交通運(yùn)輸行業(yè)石油與天然氣的消費(fèi)量，降低碳排放和環(huán)境污染，對促進(jìn)新時代能源轉(zhuǎn)型具有重大意義。

鑒于此，筆者基于我國氫能源利用現(xiàn)狀，針對氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的主要問題，進(jìn)行氫能源利用的發(fā)展條件基本判斷與前景分析，提出推進(jìn)氫能源利用的戰(zhàn)略舉措和發(fā)展建議，為我國氫能源高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。

1 我國氫能源發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 制氫發(fā)展現(xiàn)狀

我國是目前全球最大的產(chǎn)氫國，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)[9]，我國每年氫氣產(chǎn)能約4 100萬t，產(chǎn)量約3 342萬t。較為成熟的氫氣制取技術(shù)路線主要有3種：一是以煤炭、天然氣為代表的化石燃料制氫；二是以焦?fàn)t煤氣、丙烷脫氫、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)氣為原料的提純制氫；三是堿性水電解制氫[10]。前二者之和占國內(nèi)制氫產(chǎn)能的98.5%左右。電解水制氫(綠氫)產(chǎn)量僅占我國氫氣產(chǎn)量的1.5%左右。與化石原料制氫產(chǎn)能相比，綠氫的供給能力明顯偏低。綠氫制備技術(shù)需要在提高能效、降低設(shè)備投資方面進(jìn)一步加大研發(fā)力度。

1)化石燃料制氫技術(shù)。我國“富煤缺油少氣”的化石資源特點(diǎn)，決定了煤制氫是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化制氫的首選技術(shù)。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟研究院的數(shù)據(jù)，2019年煤制氫產(chǎn)量高達(dá)2 124萬t，占?xì)錃饪偖a(chǎn)量的63.55%。水蒸氣重整制氫技術(shù)(SMR)在天然氣制氫技術(shù)中發(fā)展較為成熟、應(yīng)用也較為廣泛，在我國中部地區(qū)(四川盆地、鄂爾多斯盆地)、西部地區(qū)(塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地)以及近海區(qū)域(渤海灣盆地、珠江口盆地)等天然氣資源充足的地方適合發(fā)展水蒸氣重整制氫技術(shù)。

2)工業(yè)副產(chǎn)氣提純制氫技術(shù)。變壓吸附(PSA)提純技術(shù)是當(dāng)前提純工業(yè)副產(chǎn)氫的主流工藝，不僅適用于煤氣化制氫、天然氣重整制氫等化石原料制氫的凈化提純，同樣也適用于焦?fàn)t煤氣、氯堿等工業(yè)副產(chǎn)氫提純，2019年工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)量為708萬t。

3)電解水制氫技術(shù)。水電解制氫即通過水的電解生產(chǎn)H2，同時副產(chǎn)O2。2019年電解水制氫的產(chǎn)量約50萬t，電解水制氫產(chǎn)量僅占我國氫氣產(chǎn)量的1.5%左右。與化石原料制氫產(chǎn)能相比，低碳清潔氫的供給能力明顯偏低。在技術(shù)層面，電解水制氫可分為堿水電解(ALK)、質(zhì)子交換膜水電解(PEM)、固體氧化物水電解(SOEC)和固體聚合物陰離子交換膜(AEM)水電解。比較而言，堿水電解技術(shù)作為最成熟的電解水技術(shù)，在市場化進(jìn)程中占據(jù)主導(dǎo)地位，堿水電解槽已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

總體來看，我國制氫主要以煤炭、天然氣等化石燃料為主，再加上工業(yè)副產(chǎn)提純制氫，二者之和占國內(nèi)制氫產(chǎn)能的約98.5%。電解水制氫(綠氫)產(chǎn)能僅占我國氫氣產(chǎn)量的1.5%左右。與化石原料制氫產(chǎn)能相比，綠氫的供給能力明顯偏低。綠氫制備技術(shù)需要在提高能效、降低設(shè)備投資方面進(jìn)一步加大研發(fā)力度[11-15]。

1.2 氫能源儲運(yùn)發(fā)展現(xiàn)狀

氫氣儲運(yùn)是氫能源產(chǎn)業(yè)的中間環(huán)節(jié)，連結(jié)著產(chǎn)業(yè)鏈前端的制氫和后端的氫能源利用環(huán)節(jié)。國內(nèi)主要采用壓縮氫氣的方式進(jìn)行儲存和運(yùn)輸，液氫主要作為推進(jìn)劑用于航天領(lǐng)域，在民用領(lǐng)域基本為空白。

1)高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)。該技術(shù)是目前我國最常用的儲氫技術(shù)，主要以20 MPa I型儲氫容器長管拖車進(jìn)行氫氣運(yùn)輸，單次運(yùn)輸300 kg。儲氫罐加壓過程成本較高，且隨著壓力增大，儲氫的安全性也會大幅降低，存有泄漏、爆炸的安全隱患，因此進(jìn)行安全性能提升研究刻不容緩。高壓氣態(tài)儲氫還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的方向發(fā)展，探索新型儲氫罐材料以匹配更高壓力下的儲氫需求，提高儲氫安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2)有機(jī)液態(tài)儲運(yùn)技術(shù)。我國有機(jī)液態(tài)儲氫尚處于示范階段，但相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展已有所成就，代表企業(yè)如武漢氫陽能源，選用的有機(jī)液態(tài)儲氫材料為氮乙基咔唑，建立了全球第1個常溫常壓液態(tài)有機(jī)儲氫材料工廠。有機(jī)液態(tài)儲氫擁有較大的推廣優(yōu)勢，可依托現(xiàn)有傳統(tǒng)汽油輸送方式和加油站構(gòu)架建設(shè)氫油站，未來技術(shù)研究需重點(diǎn)突破相關(guān)制備及配套設(shè)備技術(shù)，提高脫氫效率。

3)固體材料儲氫技術(shù)。目前，我國固態(tài)儲運(yùn)氫技術(shù)水平總體與國際同步，在部分儲氫材料與技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面具有一定優(yōu)勢，處于小規(guī)模示范試驗(yàn)階段。在材料體系開發(fā)方面，已研制出不同儲氫容量的固態(tài)儲氫系統(tǒng)，儲氫容量從幾升到上千立方米。在示范應(yīng)用方面，應(yīng)用領(lǐng)域包括便攜式、分布式發(fā)電、車載、固定式等不同領(lǐng)域。其中，開發(fā)的儲氫量40 m3的固態(tài)儲氫系統(tǒng)與5 kW燃料電池系統(tǒng)成功耦合為通信基站備供電，電堆持續(xù)運(yùn)行超16 h，為固態(tài)儲氫技術(shù)在通信基站備用電源領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

整體來看，由于應(yīng)用規(guī)模小、技術(shù)裝備水平低等因素，我國氫能源運(yùn)輸能力建設(shè)嚴(yán)重滯后，與國外存在顯著差距[16-17]。

1.3 加氫站發(fā)展現(xiàn)狀

截至2020年底，我國已建成運(yùn)營加氫站127座(含內(nèi)部實(shí)驗(yàn)站)，具體分布如圖1所示。這些加氫站主要以35 MPa為主，占90%以上，也有少數(shù)70 MPa加氫站已建成，暫無液氫加氫站。2019年11月建成的江蘇如皋加氫站，是國內(nèi)首個35 MPa/70 MPa國際標(biāo)準(zhǔn)的雙模加氫站。從建設(shè)類型看，固定式加氫站占比61%左右，撬裝式占比39%[18-19]。

我國35 MPa加氫站技術(shù)已趨于成熟，加氫站的設(shè)計、建設(shè)以及三大關(guān)鍵設(shè)備：45 MPa大容積儲氫罐、35 MPa加氫機(jī)整機(jī)和45 MPa隔膜式壓縮機(jī)均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。少數(shù)企業(yè)已擁有加氫站系統(tǒng)控制算法優(yōu)化與產(chǎn)品集成能力，目前加氫站的氫氣一次性利用率可提高到70%～75%。隨著氫能源應(yīng)用端需求的變化，加氫站加注壓力將從35 MPa提高到70 MPa。目前，我國已經(jīng)開始主攻70 MPa加氫站技術(shù)，首座利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電制氫的70 MPa加氫站(同濟(jì)-新源加氫站)在大連建成，集成了可再生能源現(xiàn)場制氫技術(shù)、90 MPa超高壓氫氣壓縮和存儲技術(shù)、70 MPa加注技術(shù)以及70 MPa加氫站集成技術(shù)[20-23]。

1.4 用氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在氫能源的應(yīng)用端，氫氣除應(yīng)用于煉油、合成氨、合成甲醇等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域外，主要以氫燃料電池車的方式在交通領(lǐng)域、發(fā)電領(lǐng)域以及其他信息領(lǐng)域商業(yè)化應(yīng)用。

1)氫燃料電池車領(lǐng)域。目前燃料電池乘用車的市場化仍處于弱勢，氫燃料電池乘用車普及的難點(diǎn)在于氫基礎(chǔ)設(shè)施有限，氫氣售價相對較高，導(dǎo)致使用率較低；電動乘用車技術(shù)發(fā)展較快以及充電樁部署已趨規(guī)?；?，使得燃料電池乘用車的競爭力相對處于弱勢。而近年我國氫燃料電池商用車輛實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，其發(fā)展速度明顯快于氫燃料電池乘用車。通過近十幾年的研發(fā)投入，我國燃料電池商用車技術(shù)逐漸趨于成熟，福田歐輝、鄭州宇通、佛山飛馳、上汽大通等代表性公司生產(chǎn)的燃料電池客車正逐步開始市場化進(jìn)程，同時氫燃料電池物流車也已具備商業(yè)化發(fā)展條件[20-23]。

截至2020年底，我國已經(jīng)擁有氫燃料電池商用車7 729輛[24]，占全球近1/4(中國及全球氫燃料電池汽車數(shù)量如圖2所示)。近年來，通過對關(guān)鍵材料和核心部件的攻關(guān)布局，我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)掌握了一批燃料電池相關(guān)核心技術(shù)，國內(nèi)氫能源利用產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢頭。

圖2 中國及全球氫燃料電池汽車數(shù)量Fig.2 Number of hydrogen fuel cell vehicles in China and the world

2)發(fā)電領(lǐng)域。氫氣用于發(fā)電主要有2種模式：一是氫氣直接進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)燃燒發(fā)電；二是通過大型燃料電池技術(shù)進(jìn)行儲能再發(fā)電，后者更受關(guān)注。燃料電池在固定發(fā)電方面的應(yīng)用，包括分布式發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和備用電源。其中，PEMFC(質(zhì)子交換膜燃料電池)在家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用較多，PAFC(磷酸燃料電池)、MCFC(熔融碳酸鹽燃料電池)全部應(yīng)用于大型分布式電站，SOFC(固體氧化物燃料電池)在大型分布式電站和家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)均有應(yīng)用。相比于國外，我國在氫燃料電池發(fā)電領(lǐng)域并未有太多的布局與規(guī)劃[25]。

3)其他新興領(lǐng)域。其他氫能源應(yīng)用的新興領(lǐng)域包括天然氣管網(wǎng)摻氫、氫儲能等。天然氣管網(wǎng)摻氫被認(rèn)為是解決大規(guī)模風(fēng)電/光伏消納問題的有效途徑，也是實(shí)現(xiàn)氫較低成本遠(yuǎn)距離輸送的方法，目前天然氣管網(wǎng)摻氫的研究在國內(nèi)剛剛起步。氫儲能技術(shù)被認(rèn)為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的潛在支撐，“十三五”期間氫儲能概念列入國家電網(wǎng)公司規(guī)劃，氫儲能產(chǎn)業(yè)鏈條逐漸清晰，并在國內(nèi)建成第1個兆瓦級氫能源儲能電站[26-32]。

2 我國氫能源利用存在的問題

2.1 氫能源產(chǎn)業(yè)起步晚

與發(fā)達(dá)國家相比，我國在氫能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和建設(shè)規(guī)模上差距較大。以豐田、現(xiàn)代為代表的燃料電池乘用車和氫能源大巴、物流車的生產(chǎn)均處于全球領(lǐng)先水平；近2 a，美國在燃料電池汽車方面增速放緩，但加州作為燃料電池乘用車的最大單一市場仍在整個行業(yè)里占舉足輕重的地位；歐洲的燃料電池研發(fā)起步很早，近年來奔馳等傳統(tǒng)車企以及博世等一級供應(yīng)商均已經(jīng)進(jìn)入燃料電池汽車領(lǐng)域。我國燃料電池系統(tǒng)發(fā)動機(jī)已接近國際先進(jìn)水平。我國氫燃料電池汽車已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化導(dǎo)入期，商用車燃料電池壽命已經(jīng)超過2萬h，基本滿足車輛運(yùn)行條件；氫燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)功率密度多項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)國際先進(jìn)水平。但基礎(chǔ)材料和核心零部件依賴于國外供應(yīng)商，國產(chǎn)化開發(fā)亟待解決。與先進(jìn)國家相比，總體在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品性能、核心技術(shù)研發(fā)、材料制造及成本、標(biāo)準(zhǔn)體系、應(yīng)用場景等方面均有一定差距。

2.2 “技術(shù)空心化”問題凸顯

我國各地區(qū)氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在很大程度的同質(zhì)化，普遍存在重應(yīng)用、輕研發(fā)，重短期效果、輕長期投入，急于求成等問題。各地競相開發(fā)氫能源，抓技術(shù)、挖人才、找項(xiàng)目，氫能源與燃料電池發(fā)展仍處于無序狀態(tài)。燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)供應(yīng)鏈基礎(chǔ)較為薄弱，尚未形成較成熟的零部件供應(yīng)體系。燃料電池的關(guān)鍵材料包括催化劑、質(zhì)子交換膜和碳紙等，材料大都依賴進(jìn)口；膜電極、雙極板、空壓機(jī)、氫循環(huán)泵等與國外先進(jìn)技術(shù)相比存在較大差距。仍需攻克基礎(chǔ)材料、核心技術(shù)和關(guān)鍵部件難關(guān)，尤其是膜電極等關(guān)鍵部件的產(chǎn)業(yè)化。加氫機(jī)、壓縮機(jī)、儲氫、高壓閥門等核心設(shè)備多采用進(jìn)口，加氫站建設(shè)成本高。此外，氫的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸迫切需要解決安全問題。儲氫材料及儲氫技術(shù)都是未來攻關(guān)的難點(diǎn)。燃料電池系統(tǒng)成本仍需降低，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心燃料電池隔膜及電堆技術(shù)仍需突破。其中，整體煤氣化燃料電池(IGFC)是煤炭發(fā)電的根本性變革技術(shù)，但我國投入不足、基礎(chǔ)研究薄弱，導(dǎo)致技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢。

2.3 應(yīng)用場景較為單一

受燃料電池發(fā)展技術(shù)、成本以及加氫站基礎(chǔ)設(shè)施等因素影響，我國目前氫能源的應(yīng)用場景集中在交通領(lǐng)域，主要在氫燃料電池商用車，落后于全球氫能源產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2019年工信部道路產(chǎn)品推薦目錄的燃料電池汽車產(chǎn)品中，商用車100款，乘用車0款；雖出現(xiàn)過燃料電池乘用車產(chǎn)品，但基本都停留在樣車階段。現(xiàn)有各地出臺的氫能源和燃料電池發(fā)展規(guī)劃大多圍繞交通領(lǐng)域，商業(yè)模式和持續(xù)路徑不明確。燃料電池在分布式能源、發(fā)電、供熱、特種用途等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用亟待探索。當(dāng)前，眾多國際業(yè)內(nèi)巨頭已經(jīng)進(jìn)入在華市場，國內(nèi)市場競爭日趨激烈，一旦技術(shù)“空心化”，存在產(chǎn)業(yè)失守的風(fēng)險。

2.4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展商業(yè)模式尚待市場檢驗(yàn)

氫能源產(chǎn)業(yè)處于起步階段，氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈條還未能打通，產(chǎn)運(yùn)銷等環(huán)節(jié)較分散，阻礙了產(chǎn)業(yè)的布局與發(fā)展。產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)主要分布在燃料電池零部件及應(yīng)用環(huán)節(jié)，上游氫氣儲輸及加氫基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，規(guī)模企業(yè)占比僅10%。加氫站高昂的建設(shè)運(yùn)營成本無法通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)平衡收支。下游應(yīng)用除交通領(lǐng)域外，儲能、分布式發(fā)電、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域尚未開展氫能源應(yīng)用示范。燃料電池車還存在技術(shù)開發(fā)不充分、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，購置成本高、運(yùn)營成本高、燃料成本高等問題。需要積極探索適合中國國情的氫能源商業(yè)化發(fā)展模式。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，中國燃料電池汽車仍屬于產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化仍是一個中長期的發(fā)展過程。目前形成了以上海為代表的長三角地區(qū)、以廣東為代表的珠三角地區(qū)以及以北京為代表的京津冀地區(qū)。

3 我國氫能源利用前景與應(yīng)用場景分析

3.1 發(fā)展條件基本判斷

長期來看，氫能源產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展前景非常廣闊，但根據(jù)目前發(fā)展?fàn)顩r判斷，未來氫能源產(chǎn)業(yè)要立足于人類商業(yè)能源領(lǐng)域，需具備以下前提條件：① 發(fā)展前期必須予以強(qiáng)力政策支持。包括資金補(bǔ)貼和示范項(xiàng)目，也包括氫能源在能源、環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展上適應(yīng)國家發(fā)展的社會目標(biāo)。② 在產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)上，成本均具備一定競爭力，包括在供給環(huán)節(jié)上與化石能源的價格競爭，在儲運(yùn)及應(yīng)用環(huán)節(jié)中與鋰電池的競爭等。③ 技術(shù)安全可靠性保障，包括技術(shù)安全保障、法律規(guī)范保障和提高社會認(rèn)知接受度等。滿足以上條件，進(jìn)而提高氫能源產(chǎn)業(yè)競爭力的核心要素是增加投資以擴(kuò)大規(guī)模、擴(kuò)大氫能源價值鏈，需要包括政府、企業(yè)在內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)體全員參與和投入。

3.2 發(fā)展前景分析

未來30 a，中國氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景可以按照3個階段進(jìn)行分析[33]。

第1階段(當(dāng)前到2025年)：政策引導(dǎo)局部示范導(dǎo)入期。該階段屬于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)入期。在“以獎代補(bǔ)”政策的引導(dǎo)下，“十四五”期間，通過“十城千輛”的示范，建立氫能源和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵核心技術(shù)取得突破，逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。與此同時，氫能源行業(yè)將推動完成氫能源在中國的發(fā)展定位與戰(zhàn)略目標(biāo)，形成自上而下相對健全的行業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見、審批管理等政策，初步建立產(chǎn)業(yè)政策、監(jiān)管方式、商業(yè)模式，為產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

第2階段(2025—2035年)：市場驅(qū)動商業(yè)模式培育期。該階段屬于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展市場培育期。在燃料電池系統(tǒng)價格下降、生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、可再生能源在制氫過程中使用比例提升及加氫基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善等多個因素的驅(qū)動下，燃料電池車對于商用車，尤其是重卡的成本將大幅下降，與電動車及燃油車相比，具有很強(qiáng)的市場競爭力，燃料電池有軌電車、燃料電池分布式電源也將參與到細(xì)分領(lǐng)域的市場競爭，整個氫能源產(chǎn)業(yè)將形成一定發(fā)展規(guī)模。探索固定式可再生氫能源系統(tǒng)的儲存和管理，與其在交通出行領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)生協(xié)同作用，形成高效、安全、低成本的供氫網(wǎng)絡(luò)雛形，可為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在此階段，氫燃料電池、制氫、加氫、運(yùn)氫、儲氫關(guān)鍵裝備技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；產(chǎn)業(yè)政策逐步健全、行業(yè)監(jiān)管相對完善，商業(yè)模式較為成熟，產(chǎn)業(yè)處于市場驅(qū)動下有序競爭且日益發(fā)展的發(fā)展環(huán)境。

第3階段(2035—2050年)：產(chǎn)業(yè)生態(tài)綠色智慧成熟期。該階段屬于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟期?？稍偕茉粗茪涑蔀楹诵臍湓矗瑲錃庠谶@個階段能夠更系統(tǒng)地生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸和分銷。氫能源將同電動車和其他新興技術(shù)一樣，充分進(jìn)入交通、電站和儲能等各個細(xì)分市場參與競爭，在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)將綠色能源轉(zhuǎn)化為動力的系統(tǒng)解決方案。在這個階段，社會生產(chǎn)系統(tǒng)將由不同的技術(shù)提供動力，氫能源產(chǎn)業(yè)將實(shí)現(xiàn)與工業(yè)、電力、建筑、交通行業(yè)不同程度的融合，最終實(shí)現(xiàn)電力與氫能源互補(bǔ)的能源供應(yīng)體系。

3.3 應(yīng)用場景分析

1)交通領(lǐng)域[34]。氫燃料電池車輛被認(rèn)為是未來交通領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的理想方案之一，根據(jù)交通工具質(zhì)量及其運(yùn)行范圍，氫能源在交通領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，涉及乘用車、客運(yùn)車、叉車、輕型卡車、重型卡車、城市軌道交通車輛、船舶等。

乘用車方面，應(yīng)以技術(shù)改革創(chuàng)新為基礎(chǔ)，包括燃料電池核心材料、燃料電池過程機(jī)理、燃料電池系統(tǒng)層級的集成技術(shù)和應(yīng)用于整車層級的集成技術(shù)、關(guān)鍵零部件以及基礎(chǔ)設(shè)施等相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，其目的是有效降低燃料電池乘用車的成本、提高可靠性和安全性。

商用車方面，是我國發(fā)展氫能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)方向和突破口，其在節(jié)能環(huán)保方面及車輛充能時間上具有不可替代的優(yōu)勢。同時，以商用車為先導(dǎo)發(fā)展，可為今后提升燃料電池車整體的技術(shù)優(yōu)勢、逐步降低生產(chǎn)成本、有效帶動燃料電池乘用車的發(fā)展做好準(zhǔn)備。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，燃料電池商用車的發(fā)展相比其他產(chǎn)業(yè)鏈更契合我國基本國情，通過打造燃料電池商用車平臺，可以有效培育產(chǎn)業(yè)鏈，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。

特種車輛方面，長續(xù)航、大載重的重型卡車也逐漸成為電動化的重要領(lǐng)域。由于蓄電池車輛存在續(xù)航短、充電時間長、低溫衰減快等缺陷，氫燃料電池成為重型卡車電動化領(lǐng)域更有前景的技術(shù)方案。已有能源企業(yè)正在開展110 t氫燃料電池礦用重卡的研制，重點(diǎn)研究高功率長壽命燃料電池堆的穩(wěn)定性與可靠性，通過多套燃料電池系統(tǒng)的串并聯(lián)提升動力系統(tǒng)的總功率。

軌道交通車輛方面，國家能源集團(tuán)已立項(xiàng)開展重載鐵路氫能源應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)，正在研制基于氫能源動力的調(diào)車機(jī)車和氫能源動力接觸網(wǎng)作業(yè)車，并配套研發(fā)重載鐵路氫能源動力裝備供氫技術(shù)，將大幅降低交通運(yùn)輸過程的碳排放。

船舶方面，氫燃料電池系統(tǒng)可用于多種用途船舶，包括游艇、公務(wù)船、漁船、貨輪等。圍繞氫燃料電池推進(jìn)技術(shù)在節(jié)能、環(huán)保、安全、高效船舶推進(jìn)裝置領(lǐng)域的市場需求和發(fā)展趨勢，以突破具有自主知識產(chǎn)權(quán)的船用氫燃料電池推進(jìn)技術(shù)工程化為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)船用氫燃料電池推進(jìn)裝置自主化和工程化，加快推進(jìn)船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，以適應(yīng)高性能綠色船舶在內(nèi)河、近海、遠(yuǎn)洋船舶領(lǐng)域的市場需求。

2)電力領(lǐng)域[35-37]。氫氣用于發(fā)電主要有2種模式：一是燃?xì)廨啓C(jī)直接摻入氫氣發(fā)電，國內(nèi)已有相關(guān)電力企業(yè)正在開展此方面的研究和示范。二是通過大型及分布式發(fā)電或調(diào)峰應(yīng)用，在偏遠(yuǎn)地區(qū)或惡劣天氣以及其他極端情況下，可以為電網(wǎng)或通信線路提供恒定的電力。

3)冶金領(lǐng)域[38]。鋼鐵行業(yè)是去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)行業(yè)，將氫氣加入鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈中，以氫氣(可再生能源制氫)全部或部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)以碳為主的冶金工藝，能夠從根本上解決現(xiàn)有冶金工藝的能源結(jié)構(gòu)和排放，是當(dāng)前鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展、能源變革的重要方向之一。

4)煤化工領(lǐng)域。結(jié)合西北地區(qū)的大型風(fēng)光基地和煤化工項(xiàng)目，利用可再生能源制取的氫氣，開展現(xiàn)代煤化工和綠氫耦合技術(shù)和工程示范，探索煤制油化工產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑[39]。

5)其他新興領(lǐng)域。在無人機(jī)方面，氫燃料電池?zé)o人機(jī)可以作為長航時無人機(jī)的動力源，國內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)提供無人機(jī)用氫燃料電池產(chǎn)品，續(xù)航時間超過以鋰離子電池為動力的無人機(jī)2倍以上。在氫儲能方面，依托沙漠、戈壁地區(qū)的大型風(fēng)電光伏基地，開展風(fēng)光氫儲產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)，可提升新能源利用效率，增強(qiáng)高比例可再生能源接入系統(tǒng)能力。

4 推進(jìn)氫能源利用的戰(zhàn)略舉措和建議

4.1 戰(zhàn)略舉措

1)契合國家戰(zhàn)略，堅(jiān)持規(guī)劃引領(lǐng)。一方面要深刻認(rèn)識氫能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的客觀要求。做好氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，以高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)，培育新動能、打造新引擎。堅(jiān)持把創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，把創(chuàng)新擺在氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展全局的核心位置，大力推動氫能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，加強(qiáng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的廣泛融合，持續(xù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)中高端發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展。另一方面要堅(jiān)持戰(zhàn)略引領(lǐng)和安全發(fā)展原則，緊跟新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，系統(tǒng)研究氫能源產(chǎn)業(yè)政策、市場、技術(shù)走向，切實(shí)增強(qiáng)氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢前景預(yù)見性，準(zhǔn)確把握氫能源產(chǎn)業(yè)布局方向，嚴(yán)防戰(zhàn)略風(fēng)險。

2)突出平臺效應(yīng)，協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。以資本為紐帶、以產(chǎn)權(quán)為基礎(chǔ)依法自主開展改革創(chuàng)新，堅(jiān)持市場化手段推進(jìn)改革創(chuàng)新，提升運(yùn)營效率；發(fā)揮好各類核心氫能源產(chǎn)業(yè)化平臺作用，將氫能源產(chǎn)業(yè)打造成吸引全球能源資源的窗口和匯集氫能源行業(yè)優(yōu)質(zhì)合作伙伴的開放平臺，平臺要通過氫能源產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的廣泛融合，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，培育壯大新動能[40-41]。

3)堅(jiān)持科技創(chuàng)新，深化產(chǎn)學(xué)研合作。一是充分發(fā)揮科技創(chuàng)新在全面創(chuàng)新中的引領(lǐng)作用。利用優(yōu)質(zhì)科技資源，攻關(guān)氫能源產(chǎn)業(yè)核心關(guān)鍵技術(shù)；加強(qiáng)科技創(chuàng)新研發(fā)投入，加強(qiáng)科技項(xiàng)目過程管理，聚焦氫能源產(chǎn)業(yè)中具有先進(jìn)性和創(chuàng)新性的技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)國產(chǎn)化；二是加強(qiáng)與國內(nèi)外著名高校、科研院所以及領(lǐng)先企業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新，充分利用全球科技資源，廣泛采取合作研發(fā)、技術(shù)并購、戰(zhàn)略聯(lián)盟等多種方式引進(jìn)外部技術(shù)，建立全球化的研發(fā)模式，積極參與“一帶一路”建設(shè)，加強(qiáng)國際合作和關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)力度，推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)輸出。

4)健全人才機(jī)制，打造核心優(yōu)勢。一是健全氫能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的人才激勵機(jī)制，推行中長期激勵辦法，充分體現(xiàn)氫能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域緊缺的人才價值，激發(fā)人才活力；二是按照“統(tǒng)籌考慮、適度超前”的原則，逐步加大一流學(xué)科人才特招和重點(diǎn)專業(yè)人才直招力度，形成一批技術(shù)過硬的成熟人才；三是加強(qiáng)對外交流與合作，營造開放、流動、競爭的科研氛圍，充分調(diào)動科技人員的積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)造就一批具有國際水平的戰(zhàn)略科技人才、科技領(lǐng)軍人才、青年科技人才和高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

4.2 發(fā)展建議

1)強(qiáng)化氫能源在國家能源體系中的重要地位。① 出臺氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃及實(shí)施路線圖，加強(qiáng)氫能源行業(yè)管理，加強(qiáng)行業(yè)發(fā)展協(xié)調(diào)與監(jiān)管。目標(biāo)到2025年，燃料電池汽車和車用氫能源達(dá)到國際先進(jìn)水平、初步商業(yè)化，儲能調(diào)峰、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)供等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)核心技術(shù)突破和規(guī)模示范；到2030年，燃料電池汽車得到大規(guī)模推廣，其他領(lǐng)域全面開啟商業(yè)化進(jìn)程，清潔低碳的氫能源制儲運(yùn)及應(yīng)用技術(shù)體系基本健全；到2045年，氫能源得到大范圍普及應(yīng)用，成為能源體系的關(guān)鍵支撐，基本建立氫電互補(bǔ)的終端用能體系。② 建立科學(xué)長效的產(chǎn)業(yè)發(fā)展扶持與激勵政策，堅(jiān)持市場主導(dǎo)與政策驅(qū)動并行，逐步建立科學(xué)合理的產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼政策與相關(guān)機(jī)制。應(yīng)研究系列相關(guān)稅收、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)補(bǔ)貼等政策機(jī)制；拓寬產(chǎn)業(yè)投融資渠道，鼓勵政府金融平臺與社會資本加入的多元化投資體系，支持設(shè)立產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)基金；支持前沿性氫能源設(shè)施裝備制造、率先采用國家科技專項(xiàng)成果的儲運(yùn)及加氫項(xiàng)目資金獎勵、風(fēng)險補(bǔ)償與融資貼息等支持。③ 成立全國性一級氫能源協(xié)會。目前，由于中央政策的支持，各地競相開發(fā)氫能源，抓技術(shù)、挖人才、找項(xiàng)目，氫能源與燃料電池發(fā)展處于無序狀態(tài)。成立國家級氫能源與燃料電池協(xié)會，集中資源規(guī)劃全國氫能源與燃料電池發(fā)展，制定路線圖、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范等，既可做好氫能源行業(yè)自律，又可為政府服務(wù)，提供可信度高的咨詢意見、政策建議等。

2)加強(qiáng)核心技術(shù)自主研發(fā)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。① 設(shè)立氫能源與燃料電池國家科技重大專項(xiàng)，協(xié)同攻關(guān)掌握氫能源關(guān)鍵核心技術(shù)。面向2030年重大科技項(xiàng)目的研發(fā)需求，建議設(shè)立固體氧化物燃料電池等重大專項(xiàng)，布局氫能源與燃料電池領(lǐng)域國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，推動關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)迭代。推進(jìn)重載商用車及其氫系統(tǒng)、站用關(guān)鍵裝備研發(fā)驗(yàn)證。加大“可再生能源制氫與工業(yè)部門深度脫碳”科技攻關(guān)力度。建立一批工業(yè)領(lǐng)域氫能源利用綜合示范工程。② 高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格規(guī)范氫能源產(chǎn)業(yè)鏈安全與應(yīng)急管理體系建設(shè)，積極開展務(wù)實(shí)國際合作。同步建立產(chǎn)品檢測和認(rèn)證機(jī)制。推動支持開展聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究，加快構(gòu)建國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制。充分利用全球創(chuàng)新資源，積極參與全球燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新合作，尤其是國際標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)研制。

3)因地制宜選擇氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線。① 堅(jiān)持交通領(lǐng)域推廣為先導(dǎo)、核心技術(shù)突破為關(guān)鍵、氫能源基礎(chǔ)設(shè)施為支撐、氫能源供給體系緊密銜接、其他行業(yè)應(yīng)用梯次跟進(jìn)，逐步建立健全我國氫能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)。加快推進(jìn)褐煤制氫，高效大容量燃料電池系統(tǒng)，氫燃料電池交通領(lǐng)域公交、物流、清衛(wèi)等商務(wù)用車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，優(yōu)先開展物流車“柴改氫”示范工程。優(yōu)先在重點(diǎn)地區(qū)和相關(guān)領(lǐng)域推進(jìn)柴改氫試驗(yàn)示范，支持交通領(lǐng)域多場景應(yīng)用，逐步完善產(chǎn)業(yè)鏈體系示范。② 拓寬氫能源與燃料電池在城市(區(qū)域)、企業(yè)、家庭等不同場景的分布式應(yīng)用，全面推動氫能源社會發(fā)展。結(jié)合城市和企業(yè)、家庭在電力、取暖的需求差異性，推廣多元化的氫能源應(yīng)用。要根據(jù)區(qū)域的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、可再生能源賦存條件和生態(tài)環(huán)境約束等綜合特征，科學(xué)合理規(guī)劃天然氣管道摻氫、分布式熱電聯(lián)產(chǎn)、可再生能源制氫等氫能源與燃料電池在不同場景的應(yīng)用推廣。針對地區(qū)、企業(yè)、醫(yī)院、學(xué)校和家庭等不同對象制定差異化的氫能源應(yīng)用優(yōu)惠政策。促進(jìn)氫能源領(lǐng)域的軍民融合。

4)適當(dāng)引導(dǎo)國有資本在氫能源產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化布局。① 應(yīng)堅(jiān)持穩(wěn)妥有序進(jìn)入原則。國有資本相關(guān)企業(yè)原則上應(yīng)在原有產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上適時、合理進(jìn)入氫能源產(chǎn)業(yè)，做前瞻性戰(zhàn)略布局。應(yīng)做好相關(guān)企業(yè)的協(xié)同發(fā)展，避免一哄而上、無序競爭。應(yīng)尊重市場規(guī)律、遵循市場規(guī)則，根據(jù)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈不同特點(diǎn)和應(yīng)用場景，有序引導(dǎo)國有資本采用資本運(yùn)作、產(chǎn)業(yè)運(yùn)營、綜合服務(wù)總包等各種靈活形式穩(wěn)妥、有序布局氫能源產(chǎn)業(yè)。② 應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)。中央企業(yè)應(yīng)當(dāng)聯(lián)合申請?jiān)O(shè)立氫能源與燃料電池國家科技重大專項(xiàng)，協(xié)同攻關(guān)掌握氫能源關(guān)鍵核心技術(shù)。國有資本應(yīng)重點(diǎn)投入氫能源產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)，掌握關(guān)鍵核心技術(shù)工藝與材料裝備，打破國外的技術(shù)壁壘，減少對外依賴；應(yīng)重點(diǎn)投入投資強(qiáng)度大、具有基礎(chǔ)支撐作用的運(yùn)輸體系、加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。同時，充分鼓勵其他主體進(jìn)入氫能源產(chǎn)業(yè)鏈各類細(xì)分領(lǐng)域，建立一種市場響應(yīng)快、協(xié)同強(qiáng)的發(fā)展模式，培育一個健康可持續(xù)的氫能源生態(tài)圈。③ 有針對性地施以必要的考核引導(dǎo)。在氫能源產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期(還未成熟時期)，可采用對央企氫能源示范工程和基礎(chǔ)研究費(fèi)用均認(rèn)定為研發(fā)投入計入研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入強(qiáng)度考核范疇，或可直接按一定比例視同利潤核減考核指標(biāo)。在產(chǎn)業(yè)培育期，在有其他國家產(chǎn)業(yè)獎勵激勵政策情況下，適度設(shè)定類似營收、利潤占比之類考核指標(biāo)，產(chǎn)業(yè)成熟期或失敗期(退潮期)應(yīng)果斷退出考核。④ 加強(qiáng)國有資本監(jiān)管，確保國有資本多維度回報。注意協(xié)調(diào)國有資本在氫能源投資領(lǐng)域的規(guī)模與方向，避免燃料電池領(lǐng)域國有資本同業(yè)競爭。外部注意協(xié)調(diào)國有資本與民間資本、外資等各種經(jīng)濟(jì)成分的合作。構(gòu)建國有資本在氫能源產(chǎn)業(yè)規(guī)范化專業(yè)化管理體系，構(gòu)建國有資本在氫能源產(chǎn)業(yè)高效運(yùn)營新機(jī)制，保持國有資本在氫能源領(lǐng)域的規(guī)模效應(yīng)，確保國有資本多維度回報率，實(shí)現(xiàn)國有資本的保值增值。⑤ 引入混改機(jī)制，提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展效率。國有企業(yè)具有資金雄厚、平臺寬闊、應(yīng)用場景豐富的先天優(yōu)勢，但在人才激勵機(jī)制、技術(shù)選擇效率等方面受限較多，可適時、適度、有選擇地引入混改機(jī)制，在國家監(jiān)督管理的前提下，加強(qiáng)與民間企業(yè)、海外企業(yè)的協(xié)同配合，揚(yáng)長避短，合理探索氫能源產(chǎn)業(yè)開發(fā)新模式，共同提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展效率，打造氫能源社會體系。

5 展 望

《關(guān)于2019年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況與2020年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計劃草案的報告》指出，將制定國家氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，相關(guān)實(shí)施意見近期會陸續(xù)出臺，并通過持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)與規(guī)模化示范，結(jié)合全國已有6省(自治區(qū))24市發(fā)布?xì)淠茉匆?guī)劃和指導(dǎo)意見，判斷“十四五”期間，我國將量化氫能源在我國能源體系的發(fā)展目標(biāo)，形成自上而下相對健全的行業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見、發(fā)展路徑及保障措施，氫能源產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入可持續(xù)健康發(fā)展通道。