上海市氫能發(fā)展的優(yōu)勢與技術選擇

　　氫能相比傳統(tǒng)化石能源具有來源廣、能量密度高、環(huán)保效果好和用途范圍廣等優(yōu)勢，正逐漸成為世界各國普遍認同的未來能源。

　　國際氫能委員會發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調研報告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍。

　　上海市作為國內(nèi)較早介入氫能和燃料電池領域的城市，一直處于國內(nèi)“領頭羊”的位置，但與國際先進城市的氫能發(fā)展尤其是燃料電池技術和應用相比我們還有不小的差距。

　　在當前國家鼓勵發(fā)展氫能利用的背景下，找準定位、明確技術路線可以為今后上海更好的發(fā)展氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)提供思路。

　　我國氫能發(fā)展總體情況

　　我國氫能發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國高度重視氫能與燃料電池的發(fā)展，自2011年以來，在戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)結構、科技、財政等方面相繼發(fā)布了一系列政策，引導并鼓勵包括氫燃料電池和相關產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　2016年，氫能與燃料電池更是被列為我國能源科技重點發(fā)展的十五個領域之一，但對標國際先進水平，我國在氫能儲運、氫燃料電池以及燃料電池汽車整車技術上還存在較大差距，關鍵設備的國產(chǎn)化率仍存在較大提升空間。

　　上游：制氫路線多元、優(yōu)勢各異

　　我國大規(guī)模制氫主要采用成本較低的煤氣化法、工業(yè)尾氣提純法，小規(guī)模分散制氫主要采用甲醇蒸汽重組、水電解和氨氣裂解。

　　其中：煤制氫符合我國的資源稟賦、具備經(jīng)濟性優(yōu)勢，但存在增加煤炭消費總量、污染物排放和碳排放等問題，且無法擺脫對化石能源的依賴。

　　可再生能源制氫（電解水）雖然成本高、能效天花板明顯，但是有利于釋放我國資源紅利，消化可再生能源過剩產(chǎn)能，尤其是解決我國西部地區(qū)的“三棄”問題。

　　工業(yè)尾氣提純雖然較好的提升煉化副產(chǎn)品的附加值，實現(xiàn)資源的梯度利用且具備經(jīng)濟性優(yōu)勢，但是面臨生產(chǎn)端與用戶端不匹配、規(guī)模不可控等情況，利用規(guī)模和利用方式相對受限。

　　中游：儲運、加氫環(huán)節(jié)是制約我國氫能發(fā)展的卡脖子問題

　　儲運上，我國氫能儲運主要采用高壓和低溫液態(tài)路線，形成了法國液化空氣公司、氣體產(chǎn)品公司和林德集團為代表的外企寡頭壟斷格局，設備國產(chǎn)化率低。加氫環(huán)節(jié)，2006年以來，我國已建成加氫站12座，另有20余座加氫站在建（見表1）。

　　下游：我國氫氣應用領域仍以化工為主

　　目前我國年產(chǎn)氫氣2000萬t，其中50%用于石油和煤化工領域，45%用于合成氨。受制于技術水平，氫氣在能源領域的應用尚未實現(xiàn)商業(yè)化、規(guī)?；耐黄啤?/p>

　　以燃料電池汽車為例，我國氫能下游技術水平距離商業(yè)化運營要求存在一定差距，突出體現(xiàn)在三個方面：一是電堆功率偏低；二是催化劑損耗量高；三是車輛耐久性較差。

　　國家氫能發(fā)展政策

　　頂層設計是產(chǎn)業(yè)導入期行業(yè)發(fā)展的“風向標”。我國氫能發(fā)展正處于從示范運營到商業(yè)化擴張的過渡階段，頂層設計呈現(xiàn)出國家引導信號釋放充分、地方規(guī)劃布局百花齊放的特征。

　　國家層面：政策導向逐漸由技術儲備轉向產(chǎn)業(yè)化集成

　　“十五”和“十一五”期間，我國氫能發(fā)展政策主要以引導技術儲備為導向。2006年2月國務院出臺《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》，將氫能及燃料電池技術列入先進能源技術。

　　“十二五”期間，我國氫能發(fā)展政策逐步過渡到引導產(chǎn)業(yè)化集成。《當前優(yōu)先發(fā)展的高技術產(chǎn)業(yè)化重點領域指南（2011年度）》《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014—2020年）》《中國制造2025》等都將發(fā)展氫能納入了高技術產(chǎn)業(yè)、新能源汽車產(chǎn)業(yè)和能源發(fā)展戰(zhàn)略的“版圖”。

　　“十三五”以來，我國氫能發(fā)展政策站位更加明確、路線更加清晰。《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030年）》《國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等進一步將氫能上升到了國家能源戰(zhàn)略和國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的高度。

　　地方層面：各地積極從規(guī)劃、補貼和審批政策三方面布局

　　截至2018年8月，我國已有14個省份布局氫能產(chǎn)業(yè)，相關政策設計主要圍繞行業(yè)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)補貼、加氫站審批三個維度展開。

　?。?）北京、上海、武漢、蘇州等市紛紛發(fā)布產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，明確發(fā)展目標，其中：《北京市加快科技創(chuàng)新培育新能源智能汽車產(chǎn)業(yè)的指導意見》《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》重點布局燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)；《武漢市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃建議方案》《蘇州市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導意見》等在發(fā)展燃料電池技術的同時，進一步明確了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的近期目標和遠期目標。

　?。?）北京、上海、武漢、蘇州、西安、海南、河南、廣東、重慶、深圳等省市先后出臺燃料電池汽車補貼政策，其中：深圳側重整車環(huán)節(jié)的補貼；佛山、中山側重加氫站環(huán)節(jié)的補貼；佛山對引進氫能相關的新能源汽車企業(yè)還額外提供一次性獎勵（見表2）。

　?。?）圍繞氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問題——加氫站審批流程，各地在政策設計上進行了積極探索。廣東省將氫燃料的性質定義為“能源”，并鼓勵利用現(xiàn)有的加油（氣）站建設油（氣）氫合建站。

　　佛山要求各部門盡量實行同步并聯(lián)合辦理或提前對接，不互為審批前置；武漢建立了“聯(lián)席會議”解決機制；江蘇如皋、湖北十堰取消了節(jié)能審查，精簡了審批流程、壓縮了審批時間。

　　上海市氫能發(fā)展基礎與趨勢

　　從區(qū)域比較看，上海市在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，雖然面臨“中游短板”，但是具備“三大優(yōu)勢”——氫氣資源稟賦優(yōu)勢、加氫站先發(fā)優(yōu)勢、高端制造優(yōu)勢。

　　上游：氫能發(fā)展家底厚、資源稟賦佳

　　上海市作為國內(nèi)主要的煉化基地之一，擁有充足的工業(yè)副產(chǎn)氫，具備制氫的資源稟賦。

　　據(jù)初步統(tǒng)計，目前上海市5家氣體公司和2家化工公司的年產(chǎn)氫量（含副產(chǎn)氫）合計超過13萬噸，按照百公里氫能消耗2kg、日行100km測算，理論上可支撐約18萬輛燃料電池汽車的運營。

　　中游：先發(fā)優(yōu)勢明顯、國產(chǎn)化率逐步提高

　　上海市早在“十五”期間就開始參與燃料電池汽車和關鍵設備的研發(fā)，在科技部“863”計劃的支持下，2006年建設了全國第一座示范運營固定站——安亭加氫站。

　　建成之初，該站的設備和零部件全部依賴進口，運營方上海舜華通過十多年的自主研發(fā)改造，陸續(xù)在加氫機、站控系統(tǒng)、儲氫瓶組上實現(xiàn)了國產(chǎn)化，國產(chǎn)化率已達到了20%～30%。

　　目前該站儲氫量最大可達800公斤，一次能連續(xù)為6輛大巴、20輛小汽車加注氫氣，未來如果能夠進一步在壓縮機、管閥件、報警探頭和槍頭等核心部件上實現(xiàn)國產(chǎn)化，將會對我國氫能利用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成更大的助力。

　　下游：汽車制造能力卓越、示范運營經(jīng)驗豐富

　　上海市是新能源汽車行業(yè)的排頭兵，2017年燃料電池汽車銷售量達590輛，居全國第一。

　　從2003年“超越一號”燃料電池汽車到2015年上汽榮威950燃料電池汽車，上海市燃料電池汽車技術始終代表了我國燃料電池汽車發(fā)展的最高水平。

　　上海市擁有豐富的示范運營經(jīng)驗，自2003年開始，在GEF/UNDP支持下，上海市先后參與“促進中國燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展”的二期、三期示范項目，燃料電池汽車累計示范運行里程超過140萬km。

　　上海市聚集了產(chǎn)業(yè)鏈上下游的龍頭企業(yè)，初步形成了燃料電池整車廠商，核心部件研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，測試、評價和認證機構，示范運營商以及基礎設施建設商等在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系，上海市專注于氫能與燃料電池汽車技術研發(fā)、制造的企業(yè)數(shù)量已超過30家。

　　上海市氫能發(fā)展技術路線建議

　　制氫：工業(yè)副產(chǎn)氫和電解氫是上海市近期和遠期氫能的重要來源

　　近中期來看，工業(yè)副產(chǎn)氫是上海市發(fā)展氫能的主力資源。

　　一是上海市具備氫氣資源稟賦，據(jù)測算，上海市化工區(qū)的副產(chǎn)氫資源量約為1.5萬—2萬標方/小時（折合約1.2萬—1.7萬噸/年），基本可以滿足《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》中期目標提出的2025年不少于2萬輛燃料電池乘用汽車的氫氣需要。

　　二是工業(yè)副產(chǎn)氫在現(xiàn)有制氫技術水平下具備經(jīng)濟性優(yōu)勢，適用于推廣氫能的初期階段。按2018年12月的價格水平估算，綜合考慮土地投資，工業(yè)尾氣提純到氫氣的成本僅11.3元/公斤，制氫成本較低。按照每公斤氫氣運輸成本0.1元/公里測算，工業(yè)副產(chǎn)氫的經(jīng)濟運輸半徑約170km，基本可以覆蓋除崇明外的上海市域范圍。

　　三是從其他氫源來看，化石能源制氫與節(jié)能減排目標（尤其是控煤指標）相悖，可再生能源制氫在短期內(nèi)無法突破制取儲運技術約束，難以解決電解水制氫的經(jīng)濟性問題和“源”“荷”的距離問題。

　　中長期來看，電解氫以及其他新型制氫路線將成為重要發(fā)展方向。

　　在產(chǎn)業(yè)結構調整和節(jié)能減排壓力的雙重作用下，化工產(chǎn)業(yè)在上海市的發(fā)展會進一步受限，資源稟賦將逐漸被弱化，預計未來工業(yè)副產(chǎn)氫規(guī)模將難以滿足車用氫能的需求。

　　而隨著電力供需逐漸走向平衡，可再生能源消化壓力將逐漸加大，同時制氫電耗單價將走低，利用電解水就地制氫、就地用氫的分布式利用方式既具備必要性，又將具有經(jīng)濟性上的可行性，還可以帶動一批電解和儲氫裝備制造產(chǎn)業(yè)的技術升級。

　　儲運：液態(tài)儲氫將成為技術突破的重要方向

　　儲運環(huán)節(jié)氫氣形態(tài)將逐漸由氣態(tài)向液態(tài)轉變。

　　液態(tài)氫具備密度高、純度高的特點，低溫液態(tài)氫比壓縮氫（70兆帕）的運輸效率高12倍，是突破氫能儲運效率的有效途徑。

　　其他液態(tài)儲氫路線包括有機液體儲氫、液氨儲氫等，除了具備液態(tài)氫儲運效率高的特點外，還通過化學反應脫氫破解了低溫運輸?shù)陌踩詥栴}。

　　但目前上述技術還存在反應條件苛刻、能耗大、不適宜間歇性生產(chǎn)等一系列技術難點。

　　未來，從新材料（吸附介質）開發(fā)、高效催化劑、工藝工程優(yōu)化等角度切入，是突破液態(tài)儲氫約束條件的方向（見表3）。

　　應用：氫燃料電池汽車有望較快迎來新一輪發(fā)展機遇

　　雖然氫作為一種具有高能量密度的能源表現(xiàn)形式，已經(jīng)在航空航天和部分軍事領域得到了較為成熟的使用，但是與其他能源品種的規(guī)模化和商業(yè)化應用相比還存在較大的差距。

　　當前，世界各國紛紛出臺燃油車退出計劃，退出時間集中在2025、2030和2040年，德國斯圖加特、法國巴黎已經(jīng)開始先行試點柴油車退出，新能源汽車市場規(guī)模的擴大成為確定性趨勢。

　　根據(jù)上述國家擬定的技術替代方案，氫燃料電池汽車將對電動車形成補充，在長距離運輸中發(fā)揮比較優(yōu)勢（見表4）。

　　與此同時，我國也明確提出到2020年將普及500萬輛新能源汽車（含插電式混合動力汽車、純電動汽車和氫燃料電池汽車），隨著插電式混合動力汽車和純電動汽車的補貼在2020年全面退坡，而氫燃料電池汽車的補貼維持現(xiàn)有標準不變，我們判斷，2020年有望成為氫燃料電池汽車規(guī)?；茝V的節(jié)點年。

　　綜上，我們認為上海市的氫能利用應當首先依托自身工業(yè)副產(chǎn)氫的優(yōu)勢，結合較為成熟的高壓儲運技術，實現(xiàn)在氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)領域的規(guī)模化推廣，并借此提升上海市在燃料電池技術方面的研發(fā)水平。

　　中期隨著市場規(guī)模的擴大，結合化石能源重整技術的使用和液態(tài)儲氫技術的完善，實現(xiàn)向儲能和分布式能源應用領域的拓展；遠期隨著應用領域的進一步拓展，上海市可在氫能利用的全產(chǎn)業(yè)鏈上構建技術制高點（見圖1）。

　　結語

　　2019年全國兩會期間，氫能產(chǎn)業(yè)一度成為了代表委員們討論的熱點話題，這對進一步加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場化應用無疑會形成很好的頂層推動作用。

　　上海市作為氫能應用領域的“排頭兵、先行者”，應當在找準自身定位，明確城市氫能發(fā)展路線的前提下，勇于探索、創(chuàng)新實踐，實現(xiàn)上海市未來能源多元化發(fā)展，氫能和燃料電池關鍵技術突破，提升核心裝備自主研發(fā)和生產(chǎn)能力等經(jīng)驗積累，結合上海市“五個中心”和“四大品牌”建設，形成輻射長三角、服務全國的氫能產(chǎn)業(yè)和技術新高地。