氫能發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望

近期，氫能作為推動全球能源轉型的一種可行技術路線，逐漸成為世界能源領域的熱點話題，從歐美政府到國際能源署等重要國際組織，都對氫能經濟寄予厚望。我國也在今年國民經濟和社會發(fā)展計劃的主要任務中，首次提出要制定國家氫能產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。

全球氫能產業(yè)處于快速發(fā)展前期，預計隨著技術研發(fā)和產業(yè)資本的持續(xù)投入，未來10~20年全球氫能產業(yè)將迎來快速發(fā)展的重大機遇期。

●氫能發(fā)展?jié)摿υ佾@國際關注●

20世紀70年代以來，受石油價格沖擊，各國開始關注氫能研發(fā)與應用。21世紀初以來，受全球氣候變化和環(huán)境問題影響，節(jié)能減排和能源清潔化步伐加快，氫能在能源轉型中的潛力再次獲得人們關注。氫能是理想的清潔二次能源，用可再生能源制氫，用儲氫材料儲氫，用氫燃料電池發(fā)電，將構成“凈零排放”可持續(xù)利用的氫能系統(tǒng)，成為可再生能源之外實現(xiàn)“深度脫碳”的重要路徑。

氫能發(fā)展?jié)摿υ絹碓奖粐H認可，歐美日韓等地區(qū)和國家積極制定支持氫能投資政策。截至目前，占世界GDP70%的18個國家制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，全球直接支持氫能源部署的政策總計約50項。美國自2010年以來，每年對氫能和燃料電池的資助達1億~2.8億美元。歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織于2019年2月發(fā)布《歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉型的可持續(xù)發(fā)展路徑》研究報告，提出了歐盟面向2030年、2050年的氫能發(fā)展路線圖;歐盟委員會于2020年3月10日宣布成立“清潔氫能聯(lián)盟”;日本將“氫能社會”納入國家發(fā)展戰(zhàn)略，2014年以來先后制定《第四次能源基本計劃》《氫能基本戰(zhàn)略》《第五次能源基本計劃》《氫能與燃料電池路線圖》，計劃到2025年，燃料電池汽車數(shù)量達到20萬輛，到2030年達到80萬輛，燃料補給網絡包括900個加氫站，是目前的9倍左右。

歐美日韓等地區(qū)和國家在積極推動氫能發(fā)展的同時，相互之間的合作意愿強烈，在2019年G20(大阪)峰會召開期間，美日歐三方簽署《關于未來氫能和燃料電池技術合作的聯(lián)合聲明》，致力于未來氫能及燃料電池技術全面合作，引導能源體系向氫能過渡。近日，加拿大正在制定國家氫能戰(zhàn)略，以加速推進能源產業(yè)清潔轉型;而德國則聯(lián)合法國、荷蘭、奧地利、比利時與盧森堡等國，呼吁歐盟盡快就氫能源技術進行立法并增加資金支持。

雖然氫能在能源轉型中的潛力再受關注，但全球制氫的最主要原料是化石能源。目前，全球氫氣年產量約為7000萬噸，其中76%以天然氣為原料，剩余部分(23%)幾乎都以煤炭為原料，電解法制氫僅占1%。每年氫氣生產共消耗天然氣約2050億立方米(占全球天然氣總消耗量6%)，煤炭1.07億噸(占全球煤炭總消耗量的2%)。盡管化石能源制氫技術相對成熟，但存在碳排放問題，加裝碳捕捉與封存裝置(CCS)是緩解碳排放的一個措施。隨著近年來可再生能源發(fā)電成本快速下降，直接利用可再生電力電解水制氫成為關注焦點。

當前，越來越多的國家和機構投入到大型可再生能源制氫的研究與項目開發(fā)中。近日，由歐洲氫能組織、沙漠計劃、非洲氫能伙伴計劃、烏克蘭氫能委員會等機構聯(lián)合發(fā)布的《綠色制氫：歐洲2×4000萬千瓦倡議》提出，在北非和歐洲地區(qū)分別建設4000萬千瓦清潔光伏/風電電解制氫設備和互聯(lián)互通管道設施，并預計到2025年制氫成本可降至1.62~2.16美元/千克。全球正在推進中的可再生能源制氫項目規(guī)模迅速擴大，從2019年10月份的320萬千瓦提高到2020年3月底的820萬千瓦，近期新增在建項目的單個容量都在10萬千瓦及以上，主要分布在澳大利亞、法國、德國、葡萄牙、英國、美國、荷蘭、巴拉圭。

●面臨五大挑戰(zhàn)●

近年來，氫能作為潛在新興能源，逐步進入中央和地方政府中長期規(guī)劃視野。在《中國制造2025》《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等多個國家規(guī)劃中，明確提出將“氫能與燃料電池”作為戰(zhàn)略重點，《能源法(征求意見稿)》中首次將氫能列入能源范疇。2019年、2020年，氫能均寫入國務院政府工作報告。在地方政府層面，僅在2019年，山東等多個省市就出臺了70多條氫能和燃料電池汽車激勵政策。

事實上，我國已經是世界上最大的氫能生產國和消費國。全球投入運營的煤氣化廠達130座，其中80%位于我國。國家能源集團擁有煤氣化爐80座，年產氫氣總量達800萬噸，約占全球氫氣總產量的12%。2017年以來，我國氫能及燃料電池汽車產業(yè)快速發(fā)展，截至2019年年底，在建和已建的加氫站有130多座，其中61座已經建成，投入運營的加氫站有52座。目前，我國已形成京津冀、長三角、珠三角、華中、西北、西南、東北7個氫能產業(yè)集群，相關的產業(yè)配套和商業(yè)化應用體系也在逐漸探索和完善，在示范運營區(qū)域運行的各類汽車近4000輛，燃料電池商用車產銷和商業(yè)示范應用的規(guī)模位居國際前列。

盡管我國氫能產業(yè)發(fā)展已經具備一定基礎，但是要破解我國能源發(fā)展難題，發(fā)揮氫能在我國能源轉型中的巨大潛力，還有不少現(xiàn)實問題和挑戰(zhàn)亟待解決。

第一是公眾認知問題。氫氣的化學性質活潑，長期以來，我國一直將氫氣作為危化品進行管理，應用領域局限在化學品，未將氫能作為能源管理，公眾認知水平較低。事實上，各種實驗數(shù)據(jù)表明，氫氣的危險系數(shù)低于油氣。只要具備較強的技術支撐和安全運行管理能力，按照規(guī)范操作和使用，氫的安全性是可控的。

第二是頂層設計問題。不論是從氫能的生產、儲運，還是技術要求等環(huán)節(jié)，目前國家對于氫能的支持僅出現(xiàn)于新能源發(fā)展等政策中，還沒有專門的氫能政策，尚未制定專門的氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，也沒有出臺能夠提振市場預期的發(fā)展路線圖，上下游產業(yè)不協(xié)調問題較為突出，氫能產業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展將受到嚴重制約。

第三是技術裝備問題。燃料電池等氫能裝備關鍵零部件較多、系統(tǒng)較復雜，用材特殊、制作工藝繁瑣，但我國相關核心技術和設備自主化程度不足，核心零部件和關鍵材料尚依賴進口。氫由化學品轉為能源，在生產、儲運、終端設施以及應用領域產品開發(fā)等全產業(yè)鏈上都需要有創(chuàng)新型技術作為長期支撐和引領。

第四是基礎設施問題。氫能基礎設施尤其是加氫站的建設布局，在很大程度上限制了氫能經濟的規(guī)模化，制約了氫能汽車的市場發(fā)展。截至目前，我國加氫站僅有寥寥數(shù)十座，分布到有關省市更是屈指可數(shù)，加氫站建設主體眾多，缺乏國家統(tǒng)籌和政策配套措施。加氫站及相關基礎設施的布局能否快速啟動，其實又取決于氫成本的下降速度以及加氫站運營過程中政府的補貼力度。

第五是發(fā)展成本問題。氫氣需要二次制取，運氫、儲氫、加氫各環(huán)節(jié)成本較高，引發(fā)人們對氫能經濟性的質疑?，F(xiàn)階段氫能成本高，是技術原因，更是應用規(guī)模有限所致，國際能源署、國際氫能委員會、彭博新能源財經等機構的研究均表明，產業(yè)規(guī)模化是降低氫能成本的關鍵。當前，可再生能源制氫成本高達3~7.5美元/千克，但隨著可再生能源成本的下降和氫氣產量擴大，到2030年利用可再生能源制氫的成本可以在目前的基礎上下降30%。目前車用氫燃料電池的成本為230美元/千瓦，預計近期可以降到180美元/千瓦，遠期下降到50~75美元/千瓦，屆時高里程氫燃料電池汽車的經濟性將超過電動汽車。

●需多方協(xié)同發(fā)力●

從世界范圍看，氫能發(fā)展已經越來越受到各國政府、能源生產企業(yè)、裝備制造企業(yè)和研究機構的關注。國際氫能委員會預測，到2050年全球氫能占能源比重約為18%，氫能產業(yè)鏈產值將超過2.5萬億美元。全球氫能產業(yè)已處于快速發(fā)展前期，預計隨著技術研發(fā)和產業(yè)資本的持續(xù)投入，未來10~20年全球氫能產業(yè)將迎來快速發(fā)展的重大機遇期。我國是世界第一大能源生產國和消費國，能源生產和消費結構均以化石能源為主，應對氣候變化、保護生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力和挑戰(zhàn)，氫能巨大發(fā)展?jié)摿槠平馕覈茉窗l(fā)展難題提供了新的可能性。鑒于氫能技術要求高、產業(yè)鏈復雜、投資需求大，需要政府、企業(yè)和行業(yè)組織等多方協(xié)同發(fā)力，搶占未來氫能經濟發(fā)展先機。

首先，規(guī)劃先行。加快頂層設計，盡快制定出臺國家氫能產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，明確氫能在我國能源體系中的定位，根據(jù)我國不同區(qū)域的資源、市場、產業(yè)等特點，整體規(guī)劃氫能產業(yè)重點發(fā)展區(qū)域，提出氫能產業(yè)發(fā)展路線圖，整體規(guī)劃氫能產生、運輸、儲存、利用等全環(huán)節(jié)發(fā)展路徑。綠色氫能經濟規(guī)模亟須擴大。總體看，在氫能市場發(fā)展初期，繼續(xù)發(fā)展低成本工業(yè)副產制氫，結合清潔能源基地建設探索開展可再生能源電解制氫項目示范;發(fā)展中期，可在煤制氫基礎上配置碳捕捉與封存設施，推動可再生能源電解水制氫產業(yè)化;發(fā)展遠期，隨著我國能源結構轉向可再生能源為主的多元格局，可再生能源電解水制氫將成為制氫主流方案，煤制氫配合碳捕捉與封存技術、生物制氫等技術成為有效補充，實現(xiàn)整體綠色規(guī)模經濟。

其次，技術引領。氫能發(fā)展離不開全產業(yè)鏈技術創(chuàng)新和突破。依托大型能源企業(yè)成立國家級聯(lián)合研發(fā)和推廣應用平臺，有效整合社會資源，推動全社會相關領域科研力量的廣泛參與和協(xié)同攻關，聚焦核心技術，加快突破薄弱環(huán)節(jié)，同時也為新技術新產品的推廣應用提供成熟的產業(yè)依托和試用平臺，健全產業(yè)標準體系。

最后，政策支持。政策主要解決氫能產業(yè)“雞生蛋、蛋生雞”的問題。眾所周知，依靠強有力政策扶持，丹麥成為世界風電的先行者，丹麥也據(jù)此催生了全球領先的風電產業(yè)鏈，培育了當今世界最大的風機制造商和最大海上風電開發(fā)商。我國應借鑒對新能源發(fā)展初期的政策支持經驗，從基礎研發(fā)投入、財政補貼、扶持重點企業(yè)以及標準規(guī)范、開展示范項目等方面，制定出臺支持氫能產業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的金融財稅優(yōu)惠政策，鼓勵市場主體積極投資和參與氫能產業(yè)，實現(xiàn)政策支持-規(guī)模擴大-成本降低-投資聚集的良性循環(huán)。

(作者均供職于全球能源互聯(lián)網集團有限公司)