我國氫能發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望

在日前舉辦的相關(guān)峰會上，發(fā)改委能源研究所劉堅博士在發(fā)言時表示，雖然目前氫能主要應(yīng)用在鋼鐵、化工這些工業(yè)領(lǐng)域，但未來它的能源化利用有非常大的前景，特別是在重型交通、季節(jié)性儲能等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域里，氫能都有其不可替代的價值。

發(fā)改委能源研究所劉堅博士演講實錄如下

首先非常感謝主辦方的邀請，來年會上跟大家一起來交流氫能方面的一些觀點。首先，先給大家做一個宏觀、整體的介紹，我介紹的題目是“我國氫能發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望”，包括氫能整個產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀，以及國內(nèi)和國外進展的情況。最后，我也會做一些對未來氫能的展望。

我今天介紹的內(nèi)容是氫能的特點，它的生產(chǎn)和消費的現(xiàn)狀，主要針對國內(nèi)。核心介紹的部分是氫能的技術(shù)經(jīng)濟性水平，特別是氫能與電能的對比，以及氫能未來發(fā)展的前景，主要集中在交通、工業(yè)、電力這幾個部門。最后列舉一下目前氫能發(fā)展過程中面臨的主要問題和初步的政策建議。

首先向大家介紹一下目前梳理出的氫能幾大特點。

氫能跟電力一樣是未來支撐能源清潔化轉(zhuǎn)型非常重要的能源之一。它具有清潔和低碳的作用，在使用過程中零排放，只生成水，污染物排放為零。與電能具有相似的特點，卻又不同于電能，氫能有電能沒有的優(yōu)點。比如說，氫能的應(yīng)用面更廣，像一些重型的用能場景，如重型的貨運車輛；氫能便于存儲，特別是在長周期、大容量的儲能應(yīng)用場景，氫能的競爭力是高于電化學(xué)技術(shù)。此外還有一些互聯(lián)媒介的作用，氫能可以通過燃燒電池實現(xiàn)電、熱、汽之間不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，這也是目前電力很難達到的效果。

雖然氫能具有這樣的一些特點，但是也存在一些問題。目前氫能不論是技術(shù)，還是產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在中國來講的話，雖然有一定的戰(zhàn)略規(guī)模，但是與國際最先進的水平來比，還是有一定的差距，此外，氫能的成本是比較高的，無論是初期的投資燃料電池的成本，還是在氫能的使用環(huán)節(jié)，特別是儲運和加注環(huán)節(jié)，成本都還是比較高的。還有一個氫能的安全性問題，這是有較大爭議性的問題。一方面認為氫能是高能量密度，易燃易爆的，另一方面認為氫能易擴散、逃逸快，安全性比較好控制。所以，未來氫能安全性的保障，是不容回避的問題。

介紹一下目前氫能的國內(nèi)發(fā)展的大體結(jié)構(gòu)，包括生產(chǎn)和消費。

生產(chǎn)來講的話，目前主要的制氫方式有煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫，其中工業(yè)副產(chǎn)氫追溯其上游一次能源主要還是煤和天然氣。因此，目前國內(nèi)氫能生產(chǎn)還是依靠化石能源，像電解水這種制氫方式，占比是非常有限的。

消費來講的話，氫能的消費目前主要集中在化工領(lǐng)域，比如說合成氨，合成甲醇、石油煉化等這些領(lǐng)域都會有一定的氫能消費。我們討論比較多的，是在燃料電池汽車領(lǐng)域氫能的應(yīng)用。目前看，該領(lǐng)域氫能能源化利用規(guī)模非常小。

總體看，目前我國具備一定的氫工業(yè)基礎(chǔ)，但是仍然還是以工業(yè)原料為主。氫作為能源消費的這個市場規(guī)模還是比較小的。

但是，國內(nèi)外的研究機構(gòu)對未來氫能的能源化利用，特別是氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用是有非常高的預(yù)期的。氫能燃料汽車最大的優(yōu)勢是在于其提供了與傳統(tǒng)燃油汽車性能相似的同時，它又能夠?qū)崿F(xiàn)與純電動汽車相近的環(huán)境效應(yīng)，所以是未來比較理想的車用能源的技術(shù)選擇。因此，國際能源署對FC的市場占比有比較高的預(yù)期，還認為這三種類型的車在2050年會形成三分天下的局面。

我們?yōu)槭裁窗l(fā)展燃料電池汽車或者說氫能這樣的技術(shù)，最根本的原因還是它的環(huán)境效益。

我們對比了一下新能源汽車和傳統(tǒng)燃油汽車在不同結(jié)構(gòu)下，全生命周期的排放的情況。左邊這張圖是基于2017年的國內(nèi)的電源結(jié)構(gòu)所做的結(jié)構(gòu)對比。我們主要分兩種情況來看燃料汽車，一種是直接利用目前電網(wǎng)平均的電源結(jié)構(gòu)來電解水制氫，另一種是天然氣車在裝配來制氫。觀察兩種方式的全生命周期排放的結(jié)果，可以看出，國內(nèi)到2017年煤電的占比到了69％的比重，對電解水制氫這種方式的全生命周期的開發(fā)還是比較高的。但是目前的純電動汽車已經(jīng)低于汽油車的排放水平了。相比各類技術(shù)，直接通過天然氣重整制氫的排放水平是各類路線里面最低的。

右邊這張圖是煤電占比相對較低的情況下，我們認為未來風(fēng)能、太陽能等這種可再生資源技術(shù)的規(guī)模會越來越大，整個上游的電源結(jié)構(gòu)會越來越清潔。在這種結(jié)構(gòu)下，新能源汽車特別是純電動汽車、基于電解水制氫的燃料電池汽車，排放強度會明顯的下降。未來到煤電占比20％的情況下，燃料電池電解水制氫的基礎(chǔ)路線排放就會比汽油車的排放更低。但是還是會比純電動汽車的綜合排放更高一些，主要還是由于效率轉(zhuǎn)化的問題。

燃料電池汽車不同于純電動汽車的是，它實現(xiàn)了上游發(fā)電和終端用電的時間上的“分離”。因此呢，氫能比上游波動性的風(fēng)能和太陽能（純電動車技術(shù)路線）的互補能力更強。

再來看一下目前我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。

還是想說一下目前主要的兩類新能源汽車（純電動和插電式）的進展速度。2018年度全國的電動汽車銷量已經(jīng)達到125萬輛，增速是非常迅速的，占到全球新能源汽車產(chǎn)銷量的一半以上。這是一個引領(lǐng)全球的發(fā)展速度。但相反，燃料電池汽車目前的發(fā)展還是處在一個比較早期的階段，去年全國的產(chǎn)銷量是不到兩千輛，差不多是新能源汽車的千分之一或者稍微多一點的水平，還是有很大的差距。我對比了一下，這個量是2010年的電動汽車的市場規(guī)模水平。所以，相比于純電動和插電式的電動汽車，燃料汽車的發(fā)展還是相對比較滯后，且時間比較長的。

為什么會說我們目前看到燃料電池汽車或者整個氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度沒有那么快呢？主要是兩方面原因?qū)е碌?，一方面是技術(shù)適應(yīng)性的問題，另一個是經(jīng)濟性問題。

首先來看一下技術(shù)問題，大家也看到最近幾年鋰電池技術(shù)的進展速度是非常快的，特別是能量密度、成本方面，進步是比較顯著的。使得它在一些清潔領(lǐng)域里面，比如說乘用車的一些應(yīng)用場景里面，競爭力快速提升。但是在一些重型的場景，比如說貨車或者大型客車，純電動車的優(yōu)勢會逐漸降低。燃料電池技術(shù)是把功率和能量單元進行了分離，所以在一些重型場景里面增大了它的能量裝載能力，對它的成本提升相對來說比較有限的，包括他的車重的提升是比較有限的。

純電動汽車如果要是需要更長的續(xù)航，需要裝載更多的電池，使車越來越重，導(dǎo)致車輛效率更多的下降。但對于燃料電池來講，增多儲能的規(guī)模實際上只是增加了氫能和儲罐的重量使車重不會有明顯的提升，效率損失非常小。

總體來講，目前鋰電池在一些輕型移動場景里面發(fā)展速度非常快，但是未來在一些重型貨運、高載重的應(yīng)用領(lǐng)域，氫氣能源具有先天的競爭優(yōu)勢，這是一方面。國外對未來的交通技術(shù)路線變化有一個類似的判斷，比如說德國工業(yè)聯(lián)合會做的預(yù)測，未來新能源汽車整體的發(fā)展速度比較快的情況下，到2050年，乘用車基本上都是純電動汽車，氫能會占到比較小的一部分。在貨運領(lǐng)域，技術(shù)路線組合就很豐富了。不僅僅包括電動技術(shù)，燃料電池技術(shù)也會相對占據(jù)比較高的份額。

另一方面是經(jīng)濟性問題，主要分為兩個層面，包括投資成本和運行成本。

投資的成本主要由其關(guān)鍵部件的成本所決定的。這方面直接引用了能源部對鋰電池和燃料電池的成本預(yù)測。兩者實際上是通過不同的尺度衡量的，對鋰離子電池來講，是從能量去衡量單位價格，每千瓦時多少錢去衡量；對于燃料電池來講，更多的是功率單元的成本比較高，往往是按千瓦去計算成本。

兩者之間很難直接進行比較，所以我們采用一個動力單元，比如說是五十千瓦一小時這樣的動力系統(tǒng)，去看兩者之間的成本對比。

目前來看，燃料電池汽車的成本或說動力單元的成本，顯然還是要更貴的。實際上，五十千瓦一小時這樣的動力系統(tǒng)，鋰電池差不多要六萬塊錢，燃料電池就要二十五萬，這還是比較樂觀的估計。參考美國能源部的成本下降極限預(yù)測，鋰離子電池未來的成本會降到2．5萬元，燃料電池的成本會下降1萬塊錢。鋰電池和燃料電池的成本下降極限取決于材料的成本。相比之下，鋰電池的上游材料約束會比較多，包括鋰、鈷、鎳等等上游金屬資源。燃料電池則沒有太多的約束，除了一些少數(shù)的催化劑，且催化劑的占比在逐漸下降。所以，未來燃料電池的成本其實還是有比較大的優(yōu)勢的。

還有一個比較關(guān)鍵的問題就是氫能的運營成本，也就是整個過程中制氫、儲運和使用的成本。

目前氫能的價格是取決于不同的制氫方式和不同的上游一次能源價格的。相對來說比較低的三種方式包括可再生能源制氫，煤電制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫，制氫成本在10塊錢左右。這三種方式都是大型集中的制氫方式，很難直接實現(xiàn)氫能的就地生產(chǎn)和就地利用，基本上都是需要儲運環(huán)節(jié)的。現(xiàn)在看，國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模比較小，所以儲運的成本非常貴。

參考當前師范項目來看，儲運環(huán)節(jié)氫能的成本每公斤是20－25元，假設(shè)加注是10－15元，最終氫能的售價在40－50元／公斤。這個價格與汽、柴油相比，已經(jīng)比較接近，但對于電力最終的全生命周期的使用成本明顯更高。

未來氫能的使用環(huán)節(jié)降成本的壓力相比于投資降成本來講，其實挑戰(zhàn)一點都不小，而且可能會成為最終的比較難啃的一個環(huán)節(jié)。為什么氫能儲運成本在中間占很大的份額？一方面是因為氫能的規(guī)模比較小，另一方面是因為目前的儲運技術(shù)，連技術(shù)路線都不是那么清晰。比如說，目前主要存在這幾類的氫能儲運的方式，包括高壓儲氫，液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫、有機液體儲氫等等。

高壓儲氫是目前技術(shù)比較成熟、應(yīng)用比較多的儲氫路線，它有比較多的優(yōu)點它的轉(zhuǎn)化效率相對比較高，充放電速度是比較快，未來結(jié)合大規(guī)模的管網(wǎng)，儲運成本會降低。但是它一直存在一個比較大的問題——安全性的問題。

液氫能進一步提升氫能儲運的能量密度，儲運的效率會更高。但它涉及到制冷的環(huán)節(jié)，使得它的成本會有明顯的提升。同樣它也和高壓儲氫一樣，存在安全性的隱患。

固態(tài)儲氫能夠很好的解決氫能儲運安全性的問題，但是它的能量密度比較低，限制了現(xiàn)階段在很多應(yīng)用場景的推廣。

有機液體儲氫最大優(yōu)勢是可以利用目前的管網(wǎng)進行氫能的運輸。安全性相對來說比較高，但是它也存在（與固態(tài)儲氫類似）加氫、脫氫速度比較慢、（與液態(tài)儲氫）轉(zhuǎn)換效率比較低等問題。

從技術(shù)路線來看，未來可能會呈現(xiàn)一個不確定性的階段，即各種技術(shù)都會占據(jù)一定應(yīng)用領(lǐng)域。

還有一個比較大的問題，就是氫能整體的轉(zhuǎn)換效率的問題。當然，這也取決于一次能源的采用。比如說化石能源，以天然氣為例，氫能綜合轉(zhuǎn)換效率相對于電力雖然更低一些，但是差距并不大。由于氫能存在能源介質(zhì)或者能源形勢轉(zhuǎn)換的不同，所以它的終端轉(zhuǎn)換效率仍然會比較低。但是從發(fā)電到傳輸?shù)阶罱K的使用全都是電能，這樣的過程電能綜合的損失就會明顯更小。從這個角度看，氫能的效率問題將是一個比較大的問題。

我們需要看見，實際上未來的能源系統(tǒng)能量只是其中的一部分。不同能源品種之間的對比，能量只是其中的一部分。另一部分的靈活性也是非常重要的。

這里簡單的介紹一下未來能源轉(zhuǎn)型大致的判斷。左圖是以目前的電力市場為例，電力市場定價的一個邏輯，基本上是相當于供求曲線。

供給曲線是不同的發(fā)電品種的運行成本排序，風(fēng)、光、水、電的能量成本是非常低的，接近于零，所以它會被優(yōu)先的被出清。排列下去分別是熱電、純凝、氣電，成本逐漸提高形成這樣的供給曲線。另外一條紅色的線是需求曲線，焦點是最終的電價定價的結(jié)果。新能源占比越來越多會使得供給曲線向右移，使得焦點向下走。未來的能源市場，電力市場的電價，電能的價格是往下走的。

未來新能源的占比越來越多之后，會使得靈活性調(diào)峰這種資源的價值越來越高。右邊這張圖也是一個供求曲線，但是看的是靈活性資源的供求關(guān)系。這條往上走的線是不同的排序，從火電調(diào)峰成本較低的資源到最后儲能這種成本比較高的資源排列，需求曲線取決于新能源占比，新能源占比越高，需求曲線就會向右移，使得定價點會比較高。

在高可再生能源滲透率的情況下，靈活性能源就會遠遠高于現(xiàn)在的水平。所以，未來電力市場里面，是能源和靈活性同時在定價，使得氫能就有除了能源之外額外的價值。國際能源署做的預(yù)測，將不同能源市場里面的應(yīng)用場景以及對應(yīng)的相適應(yīng)的儲能技術(shù)進行了對比。這張圖就是長周期的季節(jié)間／季節(jié)內(nèi)的儲能應(yīng)用場景，右邊對應(yīng)的就是相應(yīng)的技術(shù)。通過對比，可以看到氫能利用的可行性實際上要比傳統(tǒng)抽水蓄能和壓縮空氣儲能來的適應(yīng)性更廣。

從這個角度我們做了一個初步的測算假設(shè)2030年全國的風(fēng)能和太陽能裝機量達到13億千瓦，這樣的新能源發(fā)展的情景下，需要的季節(jié)性調(diào)峰的量大約是5000億千瓦時／年，這樣的量大約可制取900萬噸的氫能——相對成本比較低的氫能。簡單測算一下，大概可以提供4500萬輛燃料電池乘用車的加氫需求。

所以，未來新能源發(fā)電所能產(chǎn)生季節(jié)性調(diào)峰的空間，是能足夠滿足交通能源清潔化或者說燃料電池汽車的需求。

最后來簡單的說一下互聯(lián)媒介的作用。

目前的能源系統(tǒng)是按照電、熱、油、氣這樣的管網(wǎng)進行連接的，但是目前這幾個能源網(wǎng)絡(luò)之間彼此沒有太多的聯(lián)系。其實氫能是很好的中間媒介，它可以通過燃料電池技術(shù)來實現(xiàn)發(fā)電或者與化石燃料進行聯(lián)系，包括供熱。

未來氫能若能實現(xiàn)電、熱、氣管網(wǎng)之間的聯(lián)系，我們所做的優(yōu)化不僅僅是體現(xiàn)在各自的領(lǐng)域，比如說電能的優(yōu)化、熱網(wǎng)的優(yōu)化，而是能源整體系統(tǒng)集成化的優(yōu)化。所以，氫能對未來能源的轉(zhuǎn)型會起到非常好的促進作用。

剛才說了很多能源化的利用，我簡單來說一下對于工業(yè)部門，氫能還是一些特殊“角色”，比說氫能在很多工業(yè)里面的原料應(yīng)用。在一些其他的領(lǐng)域，像鋼鐵部門，氫能源還是有很大的發(fā)展前景。雖然我們認為像電爐鋼這樣的方式未來占比會越來越高，但是目前主流的高爐／轉(zhuǎn)爐鋼在2050年之前仍會占比較多，預(yù)計到2050年仍會占到40％的左右。在這樣的市場里面，氫能源還有很大的應(yīng)用價值，比如說很大程度上替代高爐／轉(zhuǎn)爐鋼中焦炭的應(yīng)用，也就是煤炭的消費。氫能可作為還原劑，來做鋼鐵的上游原料的應(yīng)用。這樣來講，氫能可以幫助我們實現(xiàn)其他工業(yè)部門的一些低碳化的轉(zhuǎn)型。

除此之外還有化工部門，實際上氫能可以在合成氨、乙烯、苯、燒堿等這些行業(yè)都會有很大的應(yīng)用前景。特別像在合成氨應(yīng)用領(lǐng)域里，氫能技術(shù)的滲透率未來會達到50％以上，會形成非常大的市場需求。

最后做一下總結(jié)，首先我們認為雖然目前氫能是主要應(yīng)用在鋼鐵、化工這些工業(yè)領(lǐng)域，但是未來它的能源化利用還是有非常大的前景，特別是在重型交通、季節(jié)性儲能。這些領(lǐng)域里，氫能都有其不可替代的價值。

氫能在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀，還是存在比較多問題，相信后面的專家都會提到，我這邊就點幾個方面包括氫能核心技術(shù)與國外還是有一定的差距，特別是終端燃料電池的技術(shù)方面。像一些工藝密度、壽命和成本方面，需要去進一步做一些工作。

就目前國內(nèi)的示范項目來看，氫能直接面對的、需要解決的問題是儲運和加注的問題，建議也是明確氫能加注站的審批流程。對氫能本身到底是作為化工燃料，還是能源的燃料，要有一個明確的定。同時也要逐步開展一些其他技術(shù)路線的示范，包括氫氣管網(wǎng)，液氫、固態(tài)儲氫、有機液體儲氫的這些技術(shù)路線，同時也要做好技術(shù)方面的研發(fā)工作。

總體來看，氫能的涉及的部門比較多，包括工業(yè)、交通、電力等等不同的部門，還是建議把氫能納入到頂層的戰(zhàn)略規(guī)劃，來協(xié)調(diào)不同部門之間的關(guān)系，來制定生產(chǎn)、儲運、加注這些不同環(huán)節(jié)的安全和技術(shù)標準，這些需要產(chǎn)業(yè)方面不斷去完善。

這就是我今天給大家介紹的內(nèi)容，謝謝大家！