分析京津冀協(xié)同發(fā)展氫能路徑

　　1引言

　　氫能與燃料電池是全球能源技術革命的重要方向，氫燃料電池也是汽車產業(yè)未來發(fā)展的戰(zhàn)略制高點。

　　加快發(fā)展氫能產業(yè)，是應對全球氣候變化、保障國家能源供應安全和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，是貫徹落實黨的十九大精神、構建“清潔低碳、安全高效”能源體系、推動能源供給側結構性改革的重要舉措，是探索以能源變革帶動區(qū)域經濟高質量發(fā)展的重要實踐。

　　2全球興起氫能發(fā)展新熱潮

　　全球主要國家高度重視氫能產業(yè)發(fā)展。美國、日本、德國、韓國等發(fā)達國家已經將氫能上升到國家能源戰(zhàn)略高度，并作為國家能源體系的重要組成部分。通過核心技術研發(fā)扶持、燃料電池技術綜合應用示范和加氫基礎設施補貼等政策手段積極發(fā)展氫能。

　　日本率先提出“成為全球實現(xiàn)氫能社會的國家”的戰(zhàn)略目標，先后發(fā)布了《日本復興戰(zhàn)略》、《能源戰(zhàn)略計劃》、《氫能源基本戰(zhàn)略》和《氫能及燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，規(guī)劃了實現(xiàn)氫能社會戰(zhàn)略的技術路線，并計劃以2020年東京奧運會為契機推廣燃料電池汽車。目前，日本已初步實現(xiàn)了以豐田Mirai汽車和Ene-Farm家用熱電聯(lián)產系統(tǒng)為代表的成熟產品體系。歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織（FCHJU）發(fā)布的“歐洲氫能路線圖”提出，發(fā)展氫能是歐洲能源轉型的可持續(xù)發(fā)展途徑，預計到2050年氫能將占終端能源需求的24%，可為歐盟公司的燃料和相關設備創(chuàng)造約8200億歐元的產業(yè)和540萬個就業(yè)崗位，減少560億t的二氧化碳排放。

　　韓國明確提出2030年進入氫能社會，并發(fā)布“氫能路線圖2040”，計劃到2040年氫燃料電池汽車累計產量達到620萬輛，加氫站達到1200個，使氫能經濟成為拉動創(chuàng)新增長的重要動力。除主要發(fā)達國家政府推動外，相關國際知名企業(yè)紛紛開展合作以保持領先優(yōu)勢，發(fā)起成立了國際氫能委員會（HydrogenCouncil）、加氫基礎設施聯(lián)盟（H2Mobility）以及汽車集團雙邊技術聯(lián)盟等跨國產業(yè)組織，企業(yè)間協(xié)同合作已經漸成趨勢。

　　截至2018年底，全球燃料電池的裝機量超過2090.5MW；燃料電池乘用車銷售累計約9900輛；燃料電池商用車的銷售量主要集中于中國，2018年國內燃料電池商用車銷量達到1527輛；全球運營加氫站369座，其中亞洲136座（日本96座，中國23座）、歐洲152座、北美洲78座。

　　3中國氫能產業(yè)化態(tài)勢積極

　　隨著全球氫能發(fā)展步入新一輪機遇期，國家引領、企業(yè)合作、產業(yè)協(xié)同已成為世界氫能發(fā)展的大趨勢。進入新時代，我國氫能產業(yè)要擔負起引領產業(yè)轉型升級和生態(tài)文明建設的雙重使命。未來，氫能在我國終端能源中占比將達到10%，與電力協(xié)同互補，共同成為我國終端能源的消費主體。

　　2011年以來，我國相繼發(fā)布《“十三五”戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030年）》、《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》、《中國制造2025》等頂層規(guī)劃，并將“推進加氫設施建設”寫入政府工作報告，引導并鼓勵氫能及燃料電池產業(yè)發(fā)展。

　　與發(fā)達國家相比，我國在氫能產業(yè)治理、裝備制造、基礎設施建設以及燃料電池技術發(fā)展等方面仍相對落后，主要原因在于基礎研究和核心技術投入不足，應用領域政策支持不完善，產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)集中度不夠等。整體上看，盡管我國氫能及燃料電池產業(yè)鏈較為薄弱，但產業(yè)化態(tài)勢全球最佳。

　　我國氫能及燃料電池產業(yè)化逐步呈現(xiàn)以下3個顯著特點：

　?。?）能源與制造大型骨干企業(yè)加速布局。與國外產業(yè)巨頭積極介入氫能與燃料電池領域不同，我國氫能及燃料電池產業(yè)發(fā)展初期以中小企業(yè)、民營企業(yè)為主，能源與制造業(yè)大型骨干企業(yè)的介入程度有限。隨著我國氫能源及燃料電池產業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的成立，大型骨干企業(yè)加速布局氫能產業(yè)。截至2018年國內氫能及燃料電池產業(yè)鏈規(guī)模以上企業(yè)約309家，能源與制造業(yè)大型骨干企業(yè)占比近20%。

　?。?）基礎設施薄弱，有待集中突破。多數(shù)企業(yè)主要分布在燃料電池零部件及應用環(huán)節(jié)，氫能儲運及加氫基礎設施發(fā)展薄弱。目前，我國在營加氫站23座，全球占比6.2%。按照我國《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》規(guī)劃，到2020年、2025年、2030年，我國加氫站數(shù)量將分別超過100座、300座和1000座，規(guī)模全球領先。

　?。?）區(qū)域產業(yè)集聚效應顯著。近年來，北京、上海、廣東、江蘇、山東、河北等地紛紛開展地方氫能發(fā)展規(guī)劃，并先行先試推動氫能及燃料電池產業(yè)化，產業(yè)鏈相關企業(yè)合計占全國規(guī)模以上企業(yè)總數(shù)的51%。2018年，僅廣東省、北京、河北三地的燃料電池汽車銷售量的占比就高達79.56%。

　　目前，河北、山東、山西等10省市自治區(qū)已將發(fā)展氫能作為政府工作重點，超過30個城市初步發(fā)布氫能發(fā)展規(guī)劃，涉及產業(yè)鏈投資近千億元，資本市場更是蓄勢待發(fā)。為推動我國氫能產業(yè)的高質量發(fā)展，國家應從能源戰(zhàn)略高度，逐步將氫能納入國家能源體系，加快頂層設計，指導各地市結合自身資源技術稟賦發(fā)展氫能產業(yè)。通過京津冀、長江流域等環(huán)保剛性約束重點地區(qū)先行先試，充分發(fā)揮氫能零排放生態(tài)優(yōu)勢，打造氫能及燃料電池產業(yè)鏈示范，積極支撐可再生能源發(fā)展。

　　4京津冀藍天保衛(wèi)戰(zhàn)

　　推動京津冀協(xié)同發(fā)展是我國的一個重大國家戰(zhàn)略，對于打造新型首都經濟圈、推動京津冀一體化發(fā)展、促進全國區(qū)域協(xié)調發(fā)展、提升國家形象和國際競爭力具有重大意義。京津冀協(xié)同發(fā)展是一個系統(tǒng)工程，而區(qū)域生態(tài)環(huán)境首當其沖。京津冀地區(qū)當前環(huán)境形勢仍十分嚴峻。

　　從2013年我國發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》，到2018年實施《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》以來，京津冀以調整產業(yè)結構、能源結構和交通結構為重點，持續(xù)實施大氣污染防治行動，全力落實秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動各項措施。2018年，京津冀區(qū)域細顆粒物（PM2.5）平均濃度為60μg/m3，較2013年下降43.4%，提前實現(xiàn)了《京津冀協(xié)同發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》提出的“到2020年PM2.5濃度比2013年下降40%左右”的階段目標。雖然區(qū)域空氣質量整體有所改善，但排放總量依然較大，形勢依然嚴峻。京津冀地區(qū)2018年細顆粒物（PM2.5）平均濃度超過國家標準（35μg/m3）71.43%，是全國平均水平（39μg/m3）的1.54倍。京津冀及周邊地區(qū)的二氧化硫排放強度是全國平均水平的3.6倍，NOx和煙粉塵排放分別是全國平均水平的4倍和6倍，遠超區(qū)域環(huán)境承載力。生態(tài)環(huán)境部《中國經濟生態(tài)生產總值核算發(fā)展報告2018》顯示，京津冀年生態(tài)環(huán)境損失成本高達3087億元。

　　京津冀地區(qū)是我國重要的能源消費地區(qū)之一，聚集了大量的電力、鋼鐵、建材、有色、化工等高耗能產業(yè)，能源消費結構以化石能源特別是煤炭為主，清潔能源消費比重低，能源對外依存度較高、供應保障壓力大，公路貨運比例高，重型貨車污染物的集中排放，是全國污染物排放強度最大的區(qū)域。據(jù)測算，京津冀及周邊區(qū)域進入采暖季后，二氧化硫排放增加近50%，一次PM2.5排放增加約30%，尤其作為PM2.5主要組份的有機碳排放增加近1倍。隨著“降煤增氣”的深入推進，京津冀區(qū)域采暖季“氣荒”蔓延，2017年新增天然氣需求為31.6億m3，占中國冬季天然氣需求增量的50%。因此，京津冀的大氣污染綜合治理需要從能源革命角度優(yōu)化思路，注入新動能，實現(xiàn)經濟發(fā)展和污染防治同向而行，持續(xù)鞏固藍天保衛(wèi)戰(zhàn)成果。

　　4.1氫能綜合利用與京津冀大氣污染防治

　　按照《京津冀能源協(xié)同發(fā)展規(guī)劃（2016—2025年）》思路，京津冀能源發(fā)展除了“降煤增氣”外，要著力推進可再生能源發(fā)展和消納，規(guī)劃建設能源高端應用示范，實現(xiàn)綠色發(fā)展。氫能在其中可以扮演重要角色：積極探索工業(yè)副產氫提純利用和可再生能源發(fā)電制氫，完善氫氣“制備—儲運—分發(fā)”基礎設施建設，一方面探索開展天然氣摻氫（HCNG）應用，推動形成天然氣摻氫相關標準規(guī)范，提升能源綜合利用效率，緩解季節(jié)性天然氣供應不足等問題；另一方面大力推進燃料電池在交通領域的應用，尤其加快柴油車替代。燃料電池汽車（FCEV）相對于傳統(tǒng)汽柴油動力車輛和鋰電池動力車輛具有綜合效率高、清潔環(huán)保、良好的低溫適用性和駕駛體驗感，并且順應“電動化、智能化、共享化”融合大勢，將在未來新能源汽車戰(zhàn)略中占據(jù)重要地位；且燃料電池車在生成電能的過程中，可凈化大氣中99.9%的可吸入顆粒物，被譽為“移動的空氣凈化器”。雙管齊下可有效降低傳統(tǒng)化石能源污染物集中排放，同時充分利用現(xiàn)有基礎設施，避免大范圍改造成本和持續(xù)補貼。

　　混氫天然氣（HCNG）途徑。將氫氣按一定比例摻入天然氣（小于20%）可直接通過現(xiàn)有管網(wǎng)進行民用燃氣示范、工業(yè)示范以及應用于交通車輛，尤其是壓縮天然氣（CNG）出租車和公交車。

　　2017年，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017—2021年）》，京津冀地區(qū)天然氣消費總量達到336億m3，增速22.7%，創(chuàng)下歷史新高，河北省的天然氣供需缺口達到10%~20%。預計京津冀地區(qū)2020年、2025年的天然氣需求量將達到540億m3和757億m3?？紤]按10%比例摻燒，將產生54億m3和75.7億m3氫氣需求1，有助于緩解京津冀地區(qū)冬季天然氣采暖需求集中釋放，實現(xiàn)天然氣調峰需求，確保煤炭清潔利用工程的有序推進，并且年均減少約750萬t二氧化碳、2.4萬t二氧化硫和2.1萬t氮氧化物排放。

　　燃料電池汽車（FCVE）途徑。重型貨車的排放治理是京津冀“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”的重要方向。京津冀地區(qū)物流貨運嚴重依賴重型貨車為主的公路運輸，公路運輸占84.4%，高出全國平均水平近10個百分點，重型柴油車實際排放超標和過境車輛占比過高問題嚴重。2019年1月，國家11部委聯(lián)合印發(fā)《柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》，明確提出鼓勵開展燃料電池等清潔能源汽車示范運營。2017年，京津冀地區(qū)汽車保有量2417萬輛，柴油貨車保有量181.9萬輛，占全國的10.76%。其中重型柴油載貨車輛77萬輛，占全國的12.49%?？紤]按照2025年和2030年不同車輛滲透率，并適度考慮技術進步和產業(yè)化情況，京津冀地區(qū)柴油貨車替代領域將產生約120億m3和296億m3氫氣需求1，年均減少約2600萬t二氧化碳、0.78萬t二氧化硫和13萬t氮氧化物排放。

　　4.2氫能在京津冀藍天保衛(wèi)戰(zhàn)中的實現(xiàn)路徑

　　氫源保障。結合京津冀地區(qū)的天然氣摻燒和燃料電池汽車發(fā)展路徑，2020年、2025年和2030年氫氣需求分別約為60億m3，200億m3和400億m3，因此構建有效的氫源保障十分重要。京津冀地區(qū)富集的鋼鐵、石油化工產業(yè)副產氫產能豐富，年副產氫產能超過100億m3，提純成本約1元/kg。京津冀地區(qū)2018年棄風、棄光電量約18億kWh，可以利用這部分電量，通過電解水可提供約4億m3氫氣，按照張家口的可再生能源制氫鼓勵政策，風光制氫成本能夠控制在20元/kg。

　　2020年、2030年可再生能源裝機容量分別約3700萬kW和1.93億kW，按照30%的電量用于制氫則可穩(wěn)定供應氫氣分別為50億m3和232億m3。市場發(fā)展初期，可以利用區(qū)域棄風、棄光電量電解制氫和工業(yè)副產氫氣提純滿足需要；2025—2030年，區(qū)域內可再生能源電解水制氫和化工副產提純制氫可分別滿足市場需求的75%和83%，其余氫氣則需要通過特高壓消納“三北”地區(qū)可再生能源發(fā)電制氫或通過管道輸運西北煤制氫。我國《“十三五”能源規(guī)劃》中提到，鼓勵“三北”地區(qū)風電和光伏發(fā)電參與電力市場交易和大用戶直供，支持采用供熱、制氫、儲能等多種方式，擴大消納能力。按照當前“三北”可再生能源裝機發(fā)電量的10%用于制氫，每年可提供氫氣近百億立方米，是穩(wěn)定的綠色氫源保障。

　　三大支點。構筑京津冀地區(qū)氫能的“點線面”發(fā)展路徑，初期以張家口、雄安和唐山三地開展示范行動。建設可再生能源和氫能示范區(qū)。張家口擁有風、光清潔能源裝機容量5000萬kW（2030年）。在建的國網(wǎng)公司“500kV四端柔性直流輸變電工程”和國家能源集團“大規(guī)模風/光互補制氫關鍵技術研究及示范工程”為大規(guī)模低成本氫氣制備打下了堅實基礎，2022年可以滿足低碳奧運專區(qū)用能實現(xiàn)100%可再生能源覆蓋。

　　應充分發(fā)揮冬奧示范效應，推動北京、張家口等城市廣泛使用綠色能源，加快氫氣在儲能、管道輸氫、燃料電池客車等場景低成本應用，服務于城市和區(qū)域高質量發(fā)展。建設氫能高端應用示范區(qū)。通過京津冀區(qū)域可再生能源一體化消納制氫，統(tǒng)籌規(guī)劃布局雄安地區(qū)氫能基礎設施、燃料電池軌道交通、零碳建筑建設，鼓勵多能互補、智能融合的能源利用新模式；通過建設未來能源小鎮(zhèn)、氫科學研究院，探索氫能在能源、交通、建筑、醫(yī)療和農業(yè)等領域的交叉應用范圍，引領全球氫科學與技術領域的發(fā)展。

　　建設大功率氫燃料電池車輛示范區(qū)。唐山地區(qū)鋼鐵產能超過1億t，占河北省的55%、占全國的13%，煤炭、鐵礦石及鋼鐵等物品運輸總量6億t/a。當前“公改鐵”僅能解決部分原料輸入的問題，難以解決產品輸出的問題，且鐵路專線運營效率低，單位成本高，適宜大規(guī)模發(fā)展燃料電池重載車輛和港口物流車示范。唐山市煉焦產能約為3600萬t，可提純氫氣約50億m3，可支持3萬輛重卡車運行。待可再生能源制氫規(guī)模提升后，可考慮開展氫能在鋼鐵等工業(yè)領域脫碳應用示范。

　　通過張家口、雄安和唐山三大氫能示范區(qū)的建設，統(tǒng)一規(guī)劃京津冀地區(qū)氫能制取基地和加氫基礎設施布局，降低用氫成本，探索氫能在能源、交通、工業(yè)、建筑、農業(yè)等領域的應用，逐步培育京津冀區(qū)域氫能消費市場。結合京津冀地區(qū)現(xiàn)有的裝備制造基礎，逐步建成氫氣提純、儲輸、燃料電池汽車應用全產業(yè)鏈體系，優(yōu)化區(qū)域經濟結構，實現(xiàn)能源供給和消費革命。通過京津冀地區(qū)的輻射帶動作用，加快“三北”地區(qū)的風電、光伏發(fā)電等可再生能源建設和消納，推動北方地區(qū)經濟動能調整。

　　5結語

　　為推動我國氫能產業(yè)有序且健康發(fā)展，首先應堅持戰(zhàn)略引領，實現(xiàn)氫能產業(yè)高質量發(fā)展。支持有條件的重點區(qū)域先行先試，避免各地一哄而上低水平重復建設；其次要強化創(chuàng)新驅動，支撐氫能產業(yè)可持續(xù)發(fā)展，加快氫能源及燃料電池產業(yè)關鍵環(huán)節(jié)的全球協(xié)同研發(fā)，攻克核心技術、關鍵部件和基礎材料難關，搶占氫能產業(yè)全球制高點。完善行業(yè)標準體系，保障氫能產業(yè)健康發(fā)展。

　　研究完善氫能作為能源的體系標準，盡快破除制約氫能和燃料電池汽車發(fā)展的標準檢測障礙和市場準入壁壘，打通交通、工業(yè)等多場景應用標準。

　　在政府的積極作為、科技的支撐引領、巨大的市場規(guī)模、創(chuàng)新的商業(yè)模式共同作用下，我國氫能產業(yè)會加快市場導入，重點區(qū)域將率先成長，引領和加速全球氫能發(fā)展進程。（文/萬燕鳴 國家能源投資集團有限責任公司）