＊朱曉玉 孫廣林

（1.東營市發(fā)展和改革委員會(huì) 山東 257100 2.廣饒經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì) 山東 257300）

1.氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展背景

氫能是一種既清潔又高效的二次能源，實(shí)現(xiàn)了電、氣、熱等不同能源形式間的相互轉(zhuǎn)化，其被科學(xué)家們廣泛視為21世紀(jì)中最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦湍茉?，是我們未來能源技術(shù)發(fā)展的重要方向。氫能產(chǎn)業(yè)是科技密集型產(chǎn)業(yè)，覆蓋價(jià)值鏈各個(gè)環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游制氫，中游氫儲(chǔ)運(yùn)、加氫站，以及下游市場的相關(guān)應(yīng)用，涉及新能源新材料、交通運(yùn)輸、工業(yè)制造、電力裝備、國防工業(yè)、軍事應(yīng)用等諸多領(lǐng)域，可極大推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效并催生新業(yè)態(tài)、新模式。現(xiàn)如今我國經(jīng)濟(jì)形勢持續(xù)低迷、嚴(yán)重缺乏強(qiáng)有力的新型帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)，隨著對(duì)氫能認(rèn)識(shí)的不斷增加，我國逐漸將氫能提升至國家戰(zhàn)略層面，并對(duì)其發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展路線圖及其相關(guān)支持政策都做了部署，以期保障能源安全，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前我國氫氣的產(chǎn)能約為每年4100萬噸左右，其產(chǎn)量約為3342萬噸左右，既是目前世界最大氫能生產(chǎn)國也是最大的消費(fèi)國[1]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測到2050年我國氫氣的需求量將會(huì)接近6000萬噸左右，預(yù)計(jì)可以減排約7億噸的CO2，屆時(shí)氫氣將會(huì)占我國終端能源消耗總量的份額接近10%。

作為工業(yè)和能源大省的山東，目前正面臨著傳統(tǒng)化石燃料消費(fèi)總量與環(huán)境容量的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，處在新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵階段。山東一直在積極加快推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推進(jìn)新型能源生產(chǎn)和能源的消費(fèi)革命，著力構(gòu)建清潔高效合理的能源體系，助力山東省的新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。鑒于山東省傳統(tǒng)的工業(yè)基礎(chǔ)，首先山東立足自身產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，不斷加強(qiáng)全省的產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計(jì)，實(shí)行科學(xué)謀劃整體布局。2018年山東省印發(fā)了《山東省新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2018—2028年），此后2020年山東省又率先出臺(tái)了省級(jí)層面氫能的十年發(fā)展規(guī)劃—《山東省氫能產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃(2020—2030年)》，該規(guī)劃強(qiáng)調(diào)力爭利用10年時(shí)間，實(shí)現(xiàn)山東省氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模從小到大、產(chǎn)能由弱變強(qiáng)的突破，并提出全力打造以濟(jì)南為核心的“中國氫谷”和以青島為核心的“東方氫島”兩大品牌，規(guī)劃建設(shè)“魯氫經(jīng)濟(jì)帶”，實(shí)施“氫進(jìn)萬家”工程，同時(shí)發(fā)展國家氫能與燃料電池示范區(qū)，為實(shí)現(xiàn)山東省的高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)保障[2-3]。

2.山東省氫能產(chǎn)業(yè)近況

山東省“兩高”問題比較突出，因此在山東大力推廣發(fā)展氫能，對(duì)于緩解當(dāng)前山東不合理的能源結(jié)構(gòu)以及所面臨的能源緊缺和難以根除的環(huán)保難題是非常重要的。能源大省轉(zhuǎn)型向“氫”，是對(duì)山東省如期實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)新路徑的重要探索，這將會(huì)為山東的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變帶來前所未有的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。山東省的年均氫產(chǎn)量一直占據(jù)全國首位，且其大部分氫為具有品質(zhì)好、價(jià)格低等優(yōu)勢的工業(yè)副產(chǎn)氫[3]。目前，山東省集聚了山東能源、山東重工、濰柴集團(tuán)、勝利油田、東岳集團(tuán)、中國重汽集團(tuán)、山東高速集團(tuán)等一大批涉氫的大中型龍頭企業(yè)及事業(yè)單位，這些單位貫穿了氫能發(fā)展的全產(chǎn)業(yè)鏈中的各個(gè)環(huán)節(jié)。總之，山東作為我國最重要的化工產(chǎn)業(yè)基地，本身具有其他省市所沒有的先天優(yōu)勢，為山東省推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)力支持。

（1）氫能制備。目前全球范圍內(nèi)，傳統(tǒng)化石能源的化學(xué)重整依然是制備氫能最成熟且最主要的途徑，天然氣重整約占總氫產(chǎn)能的48%，而目前在大力推進(jìn)發(fā)展的可再生能源電解水制氫僅占目前市場的4%左右。工業(yè)副產(chǎn)氣和煤氣化制氫是我國制氫主要方式，我國采用電解水制氫比例很小，只能占到1%[4]。

①化石燃料制氫。由于我國天然氣資源貧瘠、對(duì)外依存度較高，制氫成本為0.8～1.75元/m3，相對(duì)來說較高。而我國煤炭產(chǎn)量充足、煤制氫技術(shù)較為成熟，其成本約為0.55～0.83元/m3[4]。山東兗礦集團(tuán)是山東省運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)的代表企業(yè)，目前兗礦利用其一流的煤制氫技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)低成本和大規(guī)模制氫，打造了氫能從制備到純化再到儲(chǔ)存運(yùn)輸一整套的產(chǎn)業(yè)體系，已經(jīng)做到推進(jìn)氫能源分布式和集中式供給系統(tǒng)示范應(yīng)用。

②工業(yè)副產(chǎn)制氫。工業(yè)副產(chǎn)氫是指在某些化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中，副產(chǎn)出氫氣。目前我國企業(yè)已經(jīng)推廣采用變壓吸附技術(shù)（PSA）提純制氫，主要以焦?fàn)t煤氣和氯堿尾氣為原料。山東能源集團(tuán)、山東重工和山東國惠共同成立山東氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，同時(shí)該聯(lián)盟又與中國石油大學(xué)（華東）共建了“石大-山能”新能源學(xué)院，已掌握了工業(yè)副產(chǎn)制氫的核心技術(shù)，其中包括利用焦?fàn)t煤氣制氫，并實(shí)現(xiàn)了高純氫氣的分離，而且也建成首座將“氫、電、醇、氣、油”融為一體的綜合能源補(bǔ)給站[5]。此外，齊魯石化研究院也在該方面做了大量的工作和研究，由該研究院承擔(dān)的節(jié)能型氫類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑組合技術(shù)研發(fā)專項(xiàng)課題已經(jīng)取得了階段性成果，該項(xiàng)技術(shù)順利投產(chǎn)使用后可以降低偏遠(yuǎn)地區(qū)的氫氣輸送成本，從而可以實(shí)現(xiàn)燃料電池所需氫氣的低成本快捷式。

圖1 氫能制備原理圖

③電解水制氫?，F(xiàn)在電解水制氫的成本正在逐步下降，可再生能源電解水制氫將成為主要制氫方式，并逐漸替代傳統(tǒng)化石能源制氫[6-8]。2022年8月，山東奧揚(yáng)科技公司正式下線了山東省的首臺(tái)1200Nm/h堿式電解水制氫裝備，該制氫裝備是目前山東省單槽產(chǎn)能最大的用于電解水制氫的裝備，在安全、壽命、效率三方面領(lǐng)先于行業(yè)的同類產(chǎn)品，同時(shí)該成果也成功填補(bǔ)了我國在堿式電解水制氫技術(shù)方面的多項(xiàng)空白。2023年5月，勝利油田石化組織的《光伏發(fā)電電解水制氫示范工程》正式啟動(dòng)，該項(xiàng)目利用已建6MW分布式光伏發(fā)電工程所發(fā)綠電作為清潔電源，建設(shè)堿性電解水制氫裝置1套。該項(xiàng)目主要采用堿式電解水制氫工藝的技術(shù)來制取綠氫，可以實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)99.999%的高純度的綠氫至少123噸，與現(xiàn)有干氣制氫相比，可以實(shí)現(xiàn)年減排CO2至少2535噸。此外，山東塞克賽斯氫能源有限公司專注于利用固體聚合物電解質(zhì)陽離子（質(zhì)子）交換膜，之前由該公司承擔(dān)并組織研發(fā)的《兆瓦級(jí)固體聚合物電解質(zhì)純水電解》的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，已被中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部評(píng)定為重點(diǎn)專項(xiàng)重大成果，該技術(shù)的未來發(fā)展應(yīng)用潛力巨大。

（2）氫能儲(chǔ)運(yùn)。高壓儲(chǔ)氫罐氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、金屬固態(tài)儲(chǔ)氫是當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的儲(chǔ)氫技術(shù)。氫能的運(yùn)輸主要通過陸上輸送、海上輸送以及管道輸送等方式進(jìn)行[9]。高壓儲(chǔ)氫罐氣態(tài)儲(chǔ)氫主要是指在氫氣臨界溫度以上利用高壓壓縮存儲(chǔ)氣態(tài)氫于高壓罐中，該項(xiàng)儲(chǔ)氫技術(shù)是目前全世界發(fā)展最成熟也是最為常用的儲(chǔ)氫技術(shù)，目前我國的絕大部分加氫站都是采用高壓儲(chǔ)氫罐氣態(tài)儲(chǔ)氫[10]。2017年，勝利新大新材料股份有限公司參與了中石化重大項(xiàng)目碳纖維車載儲(chǔ)氫氣瓶的研制，并配合完成車載Ⅳ型儲(chǔ)氫氣瓶的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證工作，掌握了量產(chǎn)的初步技術(shù)，力爭成為國內(nèi)首個(gè)產(chǎn)業(yè)化70MPa碳纖維儲(chǔ)氫氣瓶的單位。2021年，中國石化山東石油建設(shè)的全國首座高速公路加氫站在濟(jì)青高速公路淄博服務(wù)區(qū)投入運(yùn)營，串聯(lián)起了以齊魯石化為中心的淄博、濟(jì)南、濱州氫能產(chǎn)業(yè)圈。山東港口集團(tuán)也重磅推出了智慧綠色港項(xiàng)目計(jì)劃，計(jì)劃投資建成我國首個(gè)港口加氫站、2座集卡自動(dòng)換電站、5座LNG加氣站，首創(chuàng)橋吊柔性光伏發(fā)電，電、氣、氫等清潔用能占比達(dá)到55%。

（3）氫能應(yīng)用。氫燃料電池通過氫與氧的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，不同于傳統(tǒng)熱機(jī)，不需要熱能和機(jī)械能發(fā)生器的中間轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到40%～60%，并且無污染、無噪聲。濰柴動(dòng)力、東岳集團(tuán)、力行氫能等企業(yè)都有所布局。其中由濰柴集團(tuán)牽頭組織開展了《燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及商用車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與應(yīng)用》的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題，同時(shí)濰柴集團(tuán)牽頭創(chuàng)建了國家燃料電池技術(shù)創(chuàng)新中心，開發(fā)了可以應(yīng)用到多種場景的30～120kW的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品，并且建成了超大規(guī)模氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)工廠。東岳集團(tuán)持續(xù)加大對(duì)質(zhì)子交換膜及其相關(guān)的配套材料的研發(fā)投入，先后推出氫燃料電池膜、液流電池膜、電解制氫膜等核心產(chǎn)品，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了燃料電池質(zhì)子交換膜關(guān)鍵裝備和核心技術(shù)的完全自主可控。此外，山東能源研究院組建了氫能燃料電池功能實(shí)驗(yàn)室，主要致力于攻克燃料電池關(guān)鍵技術(shù)和示范應(yīng)用。2021年，中石化青島煉化公司承擔(dān)了青島市氫能資源基地項(xiàng)目建設(shè)，該項(xiàng)目的啟動(dòng)是目前山東省內(nèi)最大的氫燃料電池供氫工程，極大提升了山東省的氫氣生產(chǎn)和氫氣供應(yīng)能力，這為山東省打造“東方氫島”提供了強(qiáng)有力保障。

3.未來發(fā)展重點(diǎn)方向

總體而言，山東省氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在全國已經(jīng)處于領(lǐng)先水平，但仍存在裝備制造水平不高、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力薄弱、部分核心零部件和關(guān)鍵技術(shù)仍然被國外卡脖子等問題。

首先，我們應(yīng)該積極主動(dòng)去突破氫能產(chǎn)業(yè)的核心關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)其國有化。緊密圍繞氫能產(chǎn)業(yè)鏈，統(tǒng)籌整合科研資源，推動(dòng)精干力量攻堅(jiān)突破綠色制氫、氫氣儲(chǔ)運(yùn)、車用燃料電池和整車制造等四大方向：發(fā)展綠色制氫技術(shù)，重點(diǎn)攻克MW級(jí)PEM電解制氫技術(shù)；力爭攻克70MPa高壓儲(chǔ)氫罐的核心制造技術(shù)，繼續(xù)加強(qiáng)金屬儲(chǔ)氫技術(shù)開發(fā)；全力支持開發(fā)價(jià)格低、穩(wěn)定性好、耐久性強(qiáng)的高功率車用燃料電池堆；重點(diǎn)研究燃料電池整車氫—電混合動(dòng)力系統(tǒng)，提高燃料電池整車經(jīng)濟(jì)性、安全性。

其次，優(yōu)化氫能設(shè)施布局建設(shè)。進(jìn)一步加強(qiáng)“制”“儲(chǔ)”“運(yùn)”“用”全產(chǎn)業(yè)鏈條配套設(shè)施，推廣與氫能開發(fā)應(yīng)用相協(xié)調(diào)的一系列基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。積極加快推進(jìn)加氫站建設(shè)，優(yōu)先支持在濟(jì)南、青島、淄博等地布局建設(shè)加氫站；支持利用現(xiàn)有加油加氣站的常規(guī)設(shè)施改擴(kuò)建加氫站，鼓勵(lì)探索站內(nèi)制氫儲(chǔ)氫加氫一體化模式。發(fā)揮我省較發(fā)達(dá)高速公路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，在具備建設(shè)條件的高速公路服務(wù)區(qū)配套建加氫站，積極打造氫能高速走廊。

最后，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。積極推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)與石油化工、機(jī)械制造、新材料、鋼鐵、海上風(fēng)電等產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合、互動(dòng)發(fā)展。探索氫能產(chǎn)業(yè)與新興的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等數(shù)字化技術(shù)相融合，在山東省全面建設(shè)氫能運(yùn)營監(jiān)測調(diào)控體系。同時(shí)，還應(yīng)該大力支持氫能產(chǎn)業(yè)與旅游、電子商務(wù)、物流等服務(wù)業(yè)的相互融合發(fā)展，讓氫能逐步有序的融入社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，早日應(yīng)用到我們的生活場景中。