國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)“領(lǐng)頭羊” 長(zhǎng)三角氫能發(fā)展的優(yōu)勢(shì)與技術(shù)選擇

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

　　國(guó)際氫能委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍。

　　長(zhǎng)三角作為國(guó)內(nèi)較早介入氫能和燃料電池領(lǐng)域的城市，一直處于國(guó)內(nèi)“領(lǐng)頭羊”的位置，但與國(guó)際先進(jìn)城市的氫能發(fā)展尤其是燃料電池技術(shù)和應(yīng)用相比我們還有不小的差距。

　　在當(dāng)前國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展氫能利用的背景下，找準(zhǔn)定位、明確技術(shù)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。

　　一、我國(guó)氫能發(fā)展總體情況

　　我國(guó)氫能發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國(guó)高度重視氫能與燃料電池的發(fā)展，自2011年以來(lái)，在戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技、財(cái)政等方面相繼發(fā)布了一系列政策，引導(dǎo)并鼓勵(lì)包括氫燃料電池和相關(guān)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(guó)能源科技重點(diǎn)發(fā)展的十五個(gè)領(lǐng)域之一，但對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平，我國(guó)在氫能儲(chǔ)運(yùn)、氫燃料電池以及燃料電池汽車整車技術(shù)上還存在較大差距，關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率仍存在較大提升空間。

　　上游：制氫路線多元、優(yōu)勢(shì)各異

　　我國(guó)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(guó)的資源稟賦、具備經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，但存在增加煤炭消費(fèi)總量、污染物排放和碳排放等問(wèn)題，且無(wú)法擺脫對(duì)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(guó)資源紅利，消化可再生能源過(guò)剩產(chǎn)能，尤其是解決我國(guó)西部地區(qū)的“三棄”問(wèn)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(shí)現(xiàn)資源的梯度利用且具備經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，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(duì)受限。

　　中游：儲(chǔ)運(yùn)、加氫環(huán)節(jié)是制約我國(guó)氫能發(fā)展的卡脖子問(wèn)題

　　儲(chǔ)運(yùn)上，我國(guó)氫能儲(chǔ)運(yùn)主要采用高壓和低溫液態(tài)路線，形成了法國(guó)液化空氣公司、氣體產(chǎn)品公司和林德集團(tuán)為代表的外企寡頭壟斷格局，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率低。

　　加氫環(huán)節(jié)，2006年以來(lái)，我國(guó)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(guó)氫氣應(yīng)用領(lǐng)域仍以化工為主

　　目前我國(guó)年產(chǎn)氫氣2000萬(wàn)t，其中50%用于石油和煤化工領(lǐng)域，45%用于合成氨。受制于技術(shù)水平，氫氣在能源領(lǐng)域的應(yīng)用尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、規(guī)模化的突破。

　　以燃料電池汽車為例，我國(guó)氫能下游技術(shù)水平距離商業(yè)化運(yùn)營(yíng)要求存在一定差距，突出體現(xiàn)在三個(gè)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(guó)家氫能發(fā)展政策

　　頂層設(shè)計(jì)是產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期行業(yè)發(fā)展的“風(fēng)向標(biāo)”。我國(guó)氫能發(fā)展正處于從示范運(yùn)營(yíng)到商業(yè)化擴(kuò)張的過(guò)渡階段，頂層設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出國(guó)家引導(dǎo)信號(hào)釋放充分、地方規(guī)劃布局百花齊放的特征。

　　國(guó)家層面：政策導(dǎo)向逐漸由技術(shù)儲(chǔ)備轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化集成

　　“十五”和“十一五”期間，我國(guó)氫能發(fā)展政策主要以引導(dǎo)技術(shù)儲(chǔ)備為導(dǎo)向。2006年2月國(guó)務(wù)院出臺(tái)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》，將氫能及燃料電池技術(shù)列入先進(jìn)能源技術(shù)。

　　“十二五”期間，我國(guó)氫能發(fā)展政策逐步過(guò)渡到引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化集成?！懂?dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)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(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》《中國(guó)制造2025》等都將發(fā)展氫能納入了高技術(shù)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(lái)，我國(guó)氫能發(fā)展政策站位更加明確、路線更加清晰?！赌茉醇夹g(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等進(jìn)一步將氫能上升到了國(guó)家能源戰(zhàn)略和國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略的高度。

　　地方層面：各地積極從規(guī)劃、補(bǔ)貼和審批政策三方面布局

　　截至2018年8月，我國(guó)已有14個(gè)省份布局氫能產(chǎn)業(yè)，相關(guān)政策設(shè)計(jì)主要圍繞行業(yè)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼、加氫站審批三個(gè)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(biāo)，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(dǎo)意見》《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》重點(diǎn)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(dǎo)意見》等在發(fā)展燃料電池技術(shù)的同時(shí)，進(jìn)一步明確了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的近期目標(biāo)和遠(yuǎn)期目標(biāo)。

　?。?）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(tái)燃料電池汽車補(bǔ)貼政策，其中：深圳側(cè)重整車環(huán)節(jié)的補(bǔ)貼；佛山、中山側(cè)重加氫站環(huán)節(jié)的補(bǔ)貼；佛山對(duì)引進(jìn)氫能相關(guān)的新能源汽車企業(yè)還額外提供一次性獎(jiǎng)勵(lì)（見表2）。

　　3）圍繞氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問(wèn)題——加氫站審批流程，各地在政策設(shè)計(jì)上進(jìn)行了積極探索。

　　廣東省將氫燃料的性質(zhì)定義為“能源”，并鼓勵(lì)利用現(xiàn)有的加油（氣）站建設(shè)油（氣）氫合建站。

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

　　二、長(zhǎng)三角氫能發(fā)展基礎(chǔ)與趨勢(shì)

　　從區(qū)域比較看，長(zhǎng)三角在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，雖然面臨“中游短板”，但是具備“三大優(yōu)勢(shì)”——氫氣資源稟賦優(yōu)勢(shì)、加氫站先發(fā)優(yōu)勢(shì)、高端制造優(yōu)勢(shì)。

　　上游：氫能發(fā)展家底厚、資源稟賦佳

　　以上海為代表的長(zhǎng)三角作為國(guó)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(jì)，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(jì)超過(guò)13萬(wàn)噸，按照百公里氫能消耗2kg、日行100km測(cè)算，理論上可支撐約18萬(wàn)輛燃料電池汽車的運(yùn)營(yíng)。

　　中游：先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯、國(guó)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(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)，在科技部“863”計(jì)劃的支持下，2006年建設(shè)了全國(guó)第一座示范運(yùn)營(yíng)固定站——安亭加氫站。

　　建成之初，該站的設(shè)備和零部件全部依賴進(jìn)口，運(yùn)營(yíng)方上海舜華通過(guò)十多年的自主研發(fā)改造，陸續(xù)在加氫機(jī)、站控系統(tǒng)、儲(chǔ)氫瓶組上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)到了20%～30%。

　　目前該站儲(chǔ)氫量最大可達(dá)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(lái)如果能夠進(jìn)一步在壓縮機(jī)、管閥件、報(bào)警探頭和槍頭等核心部件上實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，將會(huì)對(duì)我國(guó)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(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)豐富

　　長(zhǎng)三角是新能源汽車行業(yè)的排頭兵，以上海市為代表，2017年燃料電池汽車銷售量達(dá)590輛，居全國(guó)第一。

　　從2003年“超越一號(hào)”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(shù)始終代表了我國(guó)燃料電池汽車發(fā)展的最高水平。

　　長(zhǎng)三角擁有豐富的示范運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，自2003年開始，在GEF/UNDP支持下，上海市先后參與“促進(jìn)中國(guó)燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展”的二期、三期示范項(xiàng)目，燃料電池汽車?yán)塾?jì)示范運(yùn)行里程超過(guò)140萬(wàn)km。

　　長(zhǎng)三角聚集了產(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(cè)試、評(píng)價(jià)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)，示范運(yùn)營(yíng)商以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)商等在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系，其中上海市專注于氫能與燃料電池汽車技術(shù)研發(fā)、制造的企業(yè)數(shù)量已超過(guò)30家。

　　三、長(zhǎng)三角氫能發(fā)展技術(shù)路線建議

　　制氫：工業(yè)副產(chǎn)氫和電解氫是長(zhǎng)三角近期和遠(yuǎn)期氫能的重要來(lái)源

　　近中期來(lái)看，工業(yè)副產(chǎn)氫是長(zhǎng)三角發(fā)展氫能的主力資源。

　　一是長(zhǎng)三角具備氫氣資源稟賦，據(jù)測(cè)算，僅上海市化工區(qū)的副產(chǎn)氫資源量約為1.5萬(wàn)—2萬(wàn)標(biāo)方/小時(shí)（折合約1.2萬(wàn)—1.7萬(wàn)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(biāo)提出的2025年不少于2萬(wàn)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(shù)水平下具備經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，適用于推廣氫能的初期階段。按2018年12月的價(jià)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(yùn)輸成本0.1元/公里測(cè)算，工業(yè)副產(chǎn)氫的經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(lái)看，化石能源制氫與節(jié)能減排目標(biāo)（尤其是控煤指標(biāo)）相悖，可再生能源制氫在短期內(nèi)無(wú)法突破制取儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)約束，難以解決電解水制氫的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題和“源”“荷”的距離問(wèn)題

　　中長(zhǎng)期來(lái)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(jié)構(gòu)調(diào)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(huì)進(jìn)一步受限，資源稟賦將逐漸被弱化，預(yù)計(jì)未來(lái)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(shí)制氫電耗單價(jià)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(jì)性上的可行性，還可以帶動(dòng)一批電解和儲(chǔ)氫裝備制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)。

　　儲(chǔ)運(yùn)：液態(tài)儲(chǔ)氫將成為技術(shù)突破的重要方向

　　儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)氫氣形態(tài)將逐漸由氣態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變。

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

　　其他液態(tài)儲(chǔ)氫路線包括有機(jī)液體儲(chǔ)氫、液氨儲(chǔ)氫等，除了具備液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)效率高的特點(diǎn)外，還通過(guò)化學(xué)反應(yīng)脫氫破解了低溫運(yùn)輸?shù)陌踩詥?wèn)題。

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

　　未來(lái)，從新材料（吸附介質(zhì)）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(chǔ)氫約束條件的方向（見表3）。

　　應(yīng)用：氫燃料電池汽車有望較快迎來(lái)新一輪發(fā)展機(jī)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(lǐng)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(yīng)用相比還存在較大的差距。

　　當(dāng)前，世界各國(guó)紛紛出臺(tái)燃油車退出計(jì)劃，退出時(shí)間集中在2025、2030和2040年，德國(guó)斯圖加特、法國(guó)巴黎已經(jīng)開始先行試點(diǎn)柴油車退出，新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大成為確定性趨勢(shì)。

　　根據(jù)上述國(guó)家擬定的技術(shù)替代方案，氫燃料電池汽車將對(duì)電動(dòng)車形成補(bǔ)充，在長(zhǎng)距離運(yùn)輸中發(fā)揮比較優(yōu)勢(shì)（見表4）。

　　與此同時(shí)，我國(guó)也明確提出到2020年將普及500萬(wàn)輛新能源汽車（含插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和氫燃料電池汽車），隨著插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車的補(bǔ)貼在2020年全面退坡，而氫燃料電池汽車的補(bǔ)貼維持現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)年。

　　綜上，我們認(rèn)為長(zhǎng)三角的氫能利用應(yīng)當(dāng)首先依托自身工業(yè)副產(chǎn)氫的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合較為成熟的高壓儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的規(guī)?；茝V，并借此提升燃料電池技術(shù)方面的研發(fā)水平。

　　中期隨著市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，結(jié)合化石能源重整技術(shù)的使用和液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的完善，實(shí)現(xiàn)向儲(chǔ)能和分布式能源應(yīng)用領(lǐng)域的拓展；遠(yuǎn)期隨著應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展，長(zhǎng)三角可在氫能利用的全產(chǎn)業(yè)鏈上構(gòu)建技術(shù)制高點(diǎn)（見圖1）。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　2019年全國(guó)兩會(huì)期間，氫能產(chǎn)業(yè)一度成為了代表委員們討論的熱點(diǎn)話題，這對(duì)進(jìn)一步加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)化應(yīng)用無(wú)疑會(huì)形成很好的頂層推動(dòng)作用。

　　長(zhǎng)三角作為氫能應(yīng)用領(lǐng)域的“排頭兵、先行者”，應(yīng)當(dāng)在找準(zhǔn)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(shí)踐，實(shí)現(xiàn)區(qū)域未來(lái)能源多元化發(fā)展，氫能和燃料電池關(guān)鍵技術(shù)突破，提升核心裝備自主研發(fā)和生產(chǎn)能力等經(jīng)驗(yàn)積累，建設(shè)服務(wù)全國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)新高地。（作者：張瀚舟）