氫能產業如何健康有序發展

在全球能源轉型、實現碳中和過程中，氫能承擔著不可替代的重要角色。我國具有良好制氫基礎和大規模應用市場，氫能產業呈現積極發展態勢。2022年，國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》，從戰略層面對氫能產業發展進行了頂層設計。本期邀請專家圍繞氫能產業健康有序發展進行研討。

　　主持人

　　本報理論部主任、研究員 徐向梅

　　我國氫能產業進入快速發展窗口期

　　主持人：我國氫能產業經歷了怎樣的發展歷程？

　　劉毅（清華四川能源互聯網研究院副院長）：氫能是未來零碳能源體系中至關重要的組成部分，是目前唯一大規模跨季節存儲可再生能源的手段。其中，綠氫是諸多行業深度脫碳的唯一手段，包括以石化、化工、鋼鐵為代表的工業領域，以冷暖供應為代表的建筑行業以及以重卡、航運和航空為代表的交通行業。可再生能源成本下降、綠氫制備應用技術進步和全球“雙碳”轉型要求，推動綠氫快速發展。歐盟、美國、德國、英國、日本、韓國等主要經濟體紛紛推出氫能發展戰略。

　　“十四五”規劃之前，氫燃料電池汽車是氫能發展重點。2000年，我國正式開展氫燃料電池汽車研發工作。隨后，氫燃料電池及技術相繼納入《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》等政策規劃計劃中。特別是，“推動充電、加氫等設施建設”寫入了2019年《政府工作報告》。經過多年努力，我國初步掌握了氫燃料電池電堆及其關鍵材料、動力系統、整車集成和氫能基礎設施等領域的核心技術，培育出億華通、重塑股份等領先企業，燃料電池成為氫能較為成熟的應用領域。2020年啟動的燃料電池示范城市群申報工作，進一步推動了氫燃料電池汽車行業發展。從各城市群發布規劃來看，北京、上海、山東、內蒙古等11個重點省（區、市）將在2025年實現共計超過8萬輛燃料電池汽車的應用推廣。2021年我國氫燃料電池汽車年銷售1881輛，建成加氫站264座。

　　2020年是我國氫能產業發展的重要年份。氫能首次寫入《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》，從法律上正式步入能源體系。隨著“雙碳”目標和“1+N”體系確立，我國氫能規劃從以燃料電池為主，向能源、工業、建筑等多領域拓展。自2021年以來發布的碳達峰、碳中和“1+N”系列政策文件都涉及氫能，但對其定位最清晰準確的還是《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》，即從生產端：氫能是未來國家能源體系的重要組成部分；從消納端：氫能是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體；從產業端：氫能產業是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。

　　隨后各地氫能產業政策密集出臺，近30個省份及直轄市發布氫能發展相關政策方案。多數省（區、市）將氫能發展規劃納入新能源汽車產業、整體能源發展、戰略性新興產業發展或區域“十四五”規劃當中，北京、山東、四川、河北、內蒙古5個省（區、市）專門出臺了氫能整體產業發展規劃和政策，重心從交通為主轉向多領域拓展。從區域布局來看，各地結合頂層設計與自身資源稟賦推行氫能政策，力爭成為細分領域的領頭羊。廣東聚集有16家燃料電池系統企業、13家電堆企業、13家膜電極企業等大量燃料電池相關產業鏈企業，形成了燃料電池產業集群，但氫氣資源相對缺乏，因此以佛山為代表的地區一直深耕高附加值的燃料電池產品，通過關鍵零部件研發補貼、加氫站建設補貼等方式推動行業發展；內蒙古、寧夏等地擁有豐富的可再生能源與氫能應用場景，各級政府積極支持風光制氫一體化發展，并開展“多能互補+氫”“源網荷儲+氫”等多個綠氫示范項目；北京、上海等地擁有豐富的工業副產氫以及大量科研院所，適合氫能產業綜合發展與前沿技術開發，推出多項措施對氫能研發單位、科研成果給予獎勵補貼。

　　需要注意的是，我國氫能在儲能、發電和工業等新領域的應用仍處于發展初期階段。為做好相應技術攻關，2021年《關于組織開展“十四五”第一批國家能源研發創新平臺認定工作的通知》《“十四五”工業綠色發展規劃》陸續印發，鼓勵氫能與可再生能源協同發展，推動氫能在化工、冶金等行業的關鍵技術攻關及應用。一批綠氫應用項目即將落地，為推動氫能多元利用、穩步構建氫能產業體系開了一個好頭。

　　我國氫能產業進入快速發展窗口期，圍繞生產、消納、產業等方面定位，氫能產業發展進入“從氫燃料到氫能源再到多領域拓展，區域布局強調統籌謀劃、因地制宜、重點突出，產業發展以市場主導、創新驅動、完善規范”的新階段。

　　世界氫能產業加速布局

　　主持人：世界氫能利用及發展趨勢如何？我國氫能產業發展有哪些特點？

　　魏鎖（中國產業發展促進會氫能分會會長）：全球能源結構正在向以清潔能源為主體的新型能源系統方向轉變，氫能作為最具發展潛力的清潔能源之一，一方面能有效解決可再生能源大規模發展面臨的消納問題，另一方面也是實現交通、工業和建筑等領域大規模深度脫碳的有效路徑。各國積極布局氫能產業，全球已有20個國家和地區發布氫能發展戰略，氫能產業發展呈現以下趨勢。

　　氫燃料電池產業化浪潮加速。經過近30年持續研發，燃料電池在能量效率、功率密度、低溫啟動等方面取得突破性進展，新一輪燃料電池汽車產業化浪潮正在迫近。國際領先企業已開展燃料電池電堆、催化劑、質子交換膜及燃料電池汽車等商業布局，燃料電池產業正從小規模示范轉向大規模商業化應用。

　　低碳氫能呈現巨大發展空間。當前，傳統化石能源制氫仍是主要制氫方式，占全球氫氣產量的78%以上，但低碳制氫取代傳統能源制氫的速度正在加快。包括藍氫和綠氫在內的低碳制氫技術快速發展，全球各大能源公司多傾向將化石能源制氫和副產氫配備碳捕獲、封存及利用技術（CCUS）作為向綠氫過渡階段的主要制氫技術，同時電解制氫設備運營規模提升，2021年全球低碳制氫產能達55萬噸/年，新增電解制氫設備運營規模468MW（兆瓦）。在全球節能減排大背景下，“可再生能源+氫能”替代化石能源成為能源變革的重要方向，據不完全統計，截至2021年，全球約有500個氫能項目，其中約120個在建綠氫項目，全球規劃中的吉瓦級綠氫項目規模合計達144.1GW（裝機容量）。

　　儲運技術成為氫能產業鏈發展的關鍵。從全球氫儲運技術來看，主要以管道、高壓氣態、低溫液態等形式為主，各國依托既有產業技術和基礎采取不同儲運方式。歐洲以發展管道輸氫為主，利用現有天然氣基礎設施逐步建設泛歐洲氫氣管網，預計2040年總長度達2.3萬公里；美國管道輸氫和液態儲運技術成熟，擁有全球一半里程的輸氫管道，運營15座以上液氫工廠，總產能超過326噸/天，居全球首位；日本和韓國正發展有機化合物、液氨和液氫的跨洋運輸供應鏈。

　　加氫站建設穩步推進。全球加氫網絡建設加快，截至2021年全球建成加氫站800多座，其中30%為液氫加氫站，主要分布在日本和美國，歐洲大多數加氫站采用站內電解水制氫技術，我國35MPa（車載儲氫瓶壓力等級）商用車加氫站及混合加氫站布局速度居全球首位。從各國發展戰略看，預計2030年全球加氫站數量將超過4500座，形成多元化、網絡化氫能基礎設施體系。

　　氫能應用領域逐漸拓寬。隨著產業技術快速發展，氫能能源屬性逐漸明確，有望在氫冶金、綠氫化工、氫儲能、綜合能源、智慧能源系統中全面應用。同時，國際氫能標準體系日趨完善，截至2021年ISO（國際標準化組織）氫能技術現行標準為89項，主要涉及氫能儲運、氫能安全、氫能檢測試驗方法、氫能制取設備和加注環節關鍵部件；IEC（國際電工委員會）燃料電池方面技術現行標準26項，主要圍繞燃料電池術語、燃料電池模塊以及不同類型燃料電池的安全性、相關試驗及測試方法等方面。

　　近年來，我國已初步形成較為完整的氫能產業鏈，自主化水平快速提升，氫能技術基本能夠支撐產業發展。具體看，一是政策體系不斷完善。目前已啟動兩批燃料電池示范城市群建設，“氫進萬家”等一系列支持產業發展政策相繼出臺，各省（區、市）因地制宜布局氫能產業，累計出臺相關政策164項。二是產業規模快速增長。2021年我國氫氣總產量達3300萬噸，應用場景進一步擴大，交通領域燃料電池汽車保有量近9000輛，工業、建筑、分布式能源領域應用正加快布局。三是氫能技術研發持續突破。制氫環節，可再生能源電解水制氫是主要發展方向，我國堿液制氫技術全球領先，質子交換膜制氫技術正加速發展；儲運環節，目前氫氣運輸以20MPa高壓氣態儲運為主，管道輸氫、液氫儲運技術和裝備處于研發驗證階段，化合物儲氫在局部地區實現應用；應用環節，氫燃料電池領域快速突破，催化劑、質子膜、碳紙、膜電極、電堆等多項技術已實現國產化。與國際先進技術相比，我國在氫能各個環節裝備及產品性能、使用壽命、制造工藝等方面還有一定差距，特別是高性能材料和精密制造部件仍存在“卡脖子”現象，在產業規模、技術水平、材料研發、生產工藝、專利和標準輸出等方面仍需加強創新攻關。

　　總體來看，國際氫能產業尚處于培育期。我國雖起步較晚但發展較快，具備快速推進氫能規模化應用與技術迭代升級的能力和條件，有著巨大的市場空間，有望在2030年前達到國際先進水平。

　　圍繞綠氫供應疏通產業鏈堵點

　　主持人：作為新興產業，氫能終端應用前景如何，還有哪些瓶頸待突破？

　　劉堅（國家發展改革委能源研究所副研究員）：能源結構轉型是推進“雙碳”目標工作的主線，需要我們同步推動能源生產和消費革命，既要在能源生產側大力發展可再生能源，又要盡可能提升終端用能電氣化率，進而最大程度減少化石能源消費。但以風電、太陽能發電為主的可再生能源電力存在間歇性、波動性問題，化石能源作為工業原料、交通燃料以及高品質供熱的終端用能消費難以直接通過電力替代。氫能憑借能量密度高、便于大規模存儲、應用場景多等特點，在為高比例新能源電力系統提供大規模長周期儲能的同時，也為用能終端脫碳提供了全新選擇。在未來高比例可再生能源系統中，綠氫與綠電可以優勢互補共同助力可再生能源價值從電力系統拓展至整個能源系統。

　　近年來，隨著燃料電池汽車試點推進和資本投入規模不斷加大，國內燃料電池核心零部件技術水平及系統集成能力顯著提升。相比之下，當前氫能生產主要依賴煤炭、天然氣等化石能源“灰氫”，而以可再生能源為基礎的綠氫供應在制、儲、運、加等環節仍存在堵點，需要從技術、標準、管理等方面突破。

　　一是聚焦綠氫供應鏈短板，加強核心技術攻關。目前堿性電解水設備成本較低，但在波動電源適應性、能耗、占地、維護成本方面存在劣勢。質子交換膜（PEM）純水電解對波動性電源的適應性較強，但目前國內研發制造PEM純水電解設備的企業比較少，規模經濟不足。高溫固體氧化物電解轉換效率高，但目前仍處于技術研發和示范階段。地質儲氫和電制燃/原料是氫能大規模長周期存儲的重要方向，我國氫儲能研究起步較晚，氫儲能項目數量和技術水平與國際先進水平仍存在差距。在金屬儲氫、有機物儲氫以及合成氨儲氫等方面國際上仍處于探索階段，應用前景具有較大不確定性。因此建議重點攻關低成本、高靈活、高效率的電解水制氫技術，加強電解水制氫與上游波動性可再生能源發電和下游綠氫化工生產工藝的無縫銜接，降低終端化工產品碳強度。加大燃料電池關鍵材料技術研發力度，降低燃料電池對稀有金屬的依賴。評估地質儲氫資源潛力，深入研究氫能長周期儲能可行性和經濟性。不斷提升關鍵技術自主創新能力，打造具有完全自主知識產權的綠氫技術鏈條。

　　二是加大行業間協調力度，完善綠氫監管與標準體系。氫能屬于危險化學品，制氫場地需建設在化工園區，加氫站商業用地與制氫工業用地的性質矛盾還未調和，可再生能源制氫及制儲加一體站的建設運營面臨障礙。目前40MPa高壓及液態氫民用化進程緩慢，缺乏相關標準和規范。建議盡快明確綠氫生產、儲運、應用等環節的歸口管理部門，完善相關管理章程和法規，制定統一、完善、連貫的制氫站、加氫站建設和運營審批政策及流程。加快現有涉氫標準規范修訂工作，從通用安全要求、臨氫材料、氫氣密封、防爆等方面細化和完善氫能標準設計，建立健全包含檢測、計量及售后服務保障在內的技術產品標準體系。

　　三是多措并舉降低綠氫供應成本。用電成本是影響電解制氫經濟性的核心因素，目前采用電網電制氫成本遠高于煤制氫。雖然利用可再生能源棄電制氫可降低制氫電價，但可再生能源棄電時長受新能源處理特性、電網調峰能力等不確定性因素影響。儲運方面，采用高壓氫氣管束車運輸，運氫規模小，單位成本高，氫氣管道、高壓深冷、液氫、氨存儲等大容量、長距離氫氣儲運存在投資高、損耗大等問題。建議綜合考慮綠氫制、儲、運、加等環節實際經濟性水平，研究制定面向上游綠氫供應的稅收、電價優惠等過渡期扶持政策，降低終端用戶用氫成本。加快鋼鐵、化工等高耗能行業碳交易市場建設，將綠氫納入碳市場交易。制定液氫及管道運氫導入時間表，加快形成氫氣大規模、長距離、低成本運輸解決方案。