長(zhǎng)三角氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑

中國(guó)已經(jīng)是世界能源最大的生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，同時(shí)也是世界上最大的碳排放國(guó)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步持續(xù)發(fā)展，中國(guó)的能源發(fā)展問(wèn)題將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。黨的十九大報(bào)告中，習(xí)近平總書(shū)記從保障國(guó)家能源安全的全局高度，提出“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的能源安全新戰(zhàn)略，推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。2020 年 9 月，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上表示：中國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于 2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。能源高質(zhì)量發(fā)展將關(guān)系到能源行業(yè)全局深刻變，可以預(yù)見(jiàn)，低碳、高效、清潔是世界能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。

長(zhǎng)三角使用了全國(guó)17%的能源消費(fèi)總量，支撐了全國(guó)超過(guò)23%的經(jīng)濟(jì)總量，且90%的能源都來(lái)自于外省市的支援。通過(guò)對(duì)我國(guó)能源發(fā)展問(wèn)題、“碳中和”實(shí)現(xiàn)路徑問(wèn)題、國(guó)內(nèi)外氫能發(fā)展現(xiàn)狀等問(wèn)題進(jìn)行分析，為長(zhǎng)三角氫能發(fā)展路徑提供思路。

能源高質(zhì)量發(fā)展的挑戰(zhàn)

1.1 我國(guó)能源發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

(1)供給安全問(wèn)題日益突出

推動(dòng)我國(guó)能源高質(zhì)量發(fā)展是確保能源安全的前提和基礎(chǔ)。在世界油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)和不確定因素增多的背景下，我國(guó)能源供應(yīng)安全問(wèn)題日益突出。近年來(lái)，中國(guó)的石油和天然氣對(duì)外依存度一直在上升。到2019年，中國(guó)原油對(duì)外依存度和石油對(duì)外依存度均超過(guò)70%，其中原油為72.4%，石油為70.8%，同時(shí)，天然氣對(duì)外依存度達(dá)到43%。詳見(jiàn)圖1。

圖 1 1995-2018 年我國(guó)油氣對(duì)外依存度

(2)現(xiàn)有能源體系仍存在結(jié)構(gòu)性缺陷

我國(guó)的資源稟賦一直是“富煤缺油少氣”。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2019 年，中國(guó)煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)總量的 57.7%;水電、核電、風(fēng)電等可再生能源消耗占比 14.9%，詳見(jiàn)表 1。從 發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，中國(guó)能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化趨勢(shì)，其中低碳能源的份額逐漸增加?？傮w上，盡 管清潔能源消費(fèi)占比持續(xù)提升，但煤炭在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將處于主體性地位，“碳中 和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)仍將面臨巨大挑戰(zhàn)。

表 1 2010—2019 年中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)占比 %

(3)能源需求和化石能源消費(fèi)仍持續(xù)增長(zhǎng)

目前，中國(guó)仍處于工業(yè)化和城市化加速發(fā)展階段，未來(lái)能源需求增長(zhǎng)與其他國(guó)家和地區(qū)相比仍然較為強(qiáng)勁。2019 年，中國(guó)能源消費(fèi)總量達(dá)到 48.6 億 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長(zhǎng) 3.3%，其中化石能源為 41.4 億 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，占比 85.1%。據(jù)估計(jì)，到 2025 年，中國(guó)能源消費(fèi)需求將為 55 億至 56 億t標(biāo)準(zhǔn)煤，詳見(jiàn)圖2，其中化石能源占比將降低至 82%。未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，在能源結(jié)構(gòu)持續(xù)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，化石能源消費(fèi)總量仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

圖 2 2000—2025 年我國(guó)能源消費(fèi)總量及增速變化

(4)生態(tài)環(huán)境壓力加大，碳排放問(wèn)題異常突出

過(guò)去10年，全球碳排放量持續(xù)上漲，詳見(jiàn)圖3。2019年全球CO2排放量達(dá)到368億t，其中，我國(guó) CO2排放量為 98 億 t，約占世界總量的 28.8%，是世界上溫室氣體排放量最大的國(guó) 家。中國(guó)承諾在 2030 年左右達(dá)到碳排放峰值，并將非化石能源在一次能源消費(fèi)中的比例提高 到 20%，還有很長(zhǎng)的路要走。總體看，我國(guó)仍將長(zhǎng)期面臨巨大減排壓力。

圖 3 2000—2018 年世界主要國(guó)家 CO2排放情況

1.2 全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加速

(1)世界能源清潔綠色轉(zhuǎn)型正在加速

近年來(lái)，全球一次能源消費(fèi)穩(wěn)步增長(zhǎng)，詳見(jiàn)圖4。2019年，全球一次能源消費(fèi)同比增長(zhǎng)1.3%，其中，可再生能源消費(fèi)增長(zhǎng)占比41%。全球可再生能源裝機(jī)容量達(dá)25.37億 kW，在電力總裝機(jī)中占34.7%，占電力新增裝機(jī)的 72%。從整體趨勢(shì)看，世界能源正在朝著清潔綠色方向轉(zhuǎn)型加速，其中可再生能源占比也在穩(wěn)步提升，將成為未來(lái)電力增量的主體，詳見(jiàn)表2。

圖 4 全球一次能源消費(fèi)量發(fā)展趨勢(shì)

表 2 2013—2019 年全球可再生能源累計(jì)裝機(jī)總量 GW

(2)低碳轉(zhuǎn)型促使全球能源體系發(fā)生根本性變化

2020年9月，BP發(fā)布了《BP 世界能源展望》(2020)。從能源的整體發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看:第一，油氣煤在全球能源體系中的比重將下降，可再生能源比重將上升;第二，風(fēng)能、太陽(yáng)能主導(dǎo)的可再生能源將是未來(lái) 30 年增長(zhǎng)最快的能源;第三，到2050年，石油、天然氣和煤炭在一次能源中的比例將從2018年的85%下降到65%～20%，而可再生能源將增加到20%～60%，詳見(jiàn)圖5?？梢灶A(yù)見(jiàn)，低碳轉(zhuǎn)型將導(dǎo)致全球能源體系發(fā)生根本性變化。

圖 5 1990—2050 年全球能源發(fā)展趨勢(shì)

1.3 大國(guó)擔(dān)當(dāng)下的“碳中和”承諾

根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署 2019 年碳排放差距報(bào)告，當(dāng)前僅 G20 國(guó)家的碳排放量就占到全球 總排放量的 78%。截至 2020 年 11 月，G20 成員國(guó)中有 9 個(gè)國(guó)家已出臺(tái)時(shí)間表來(lái)承諾實(shí)現(xiàn)凈 零排放目標(biāo)：中國(guó)、加拿大、法國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、南非、英國(guó)和歐盟。習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上向全球首次明確中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間點(diǎn)，是向世界傳遞中國(guó)未來(lái)綠色發(fā)展的決心和毅力。

氫能——推動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇

2.1 氫能是“碳中和”目標(biāo)下的解決方案

(1)氫能有望成為下一個(gè)“主體能源”

2015 年國(guó)際能源署(IEA) 根據(jù)能源的應(yīng)用形式將能源分為熱、電和交通工具燃料三類。對(duì)于目前能夠規(guī)模化應(yīng)用的能源而言，只有石油是能夠同時(shí)用作熱、電和交通工具燃料這三類的能源。氫是宇宙中最為豐富的元素，能量密度高，可儲(chǔ)存，無(wú)碳。國(guó)際能源署(IEA)認(rèn)為，未來(lái)的能源中，氫氣將和石油一樣，是能夠同時(shí)用作熱、電和交通工具燃料的能源。因此，在“碳中和”發(fā)展目標(biāo)框架下，氫能有望成為下一個(gè)“主體能源”。

(2)氫能是實(shí)現(xiàn)“碳中和”發(fā)展目標(biāo)的最優(yōu)解

要實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)，就必須在能源結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整，增加清潔能源比重。而氫能是 100%的清潔能源，是實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的重要途徑，具有以下不可比擬的優(yōu)勢(shì)：一是零碳排放，其能量轉(zhuǎn)化后的最終產(chǎn)物只有水;二是可以實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)，可以作為電、熱、氣轉(zhuǎn)換的媒介，是在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)實(shí)現(xiàn)跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化的有效途徑[8];三是應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，可應(yīng)用于交通、工業(yè)、民生、發(fā)電等眾多領(lǐng)域;四是儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)明顯，其具有儲(chǔ)能密度高、周期長(zhǎng)、環(huán)保無(wú)污染、電能質(zhì)量高等特點(diǎn)。

(3)藍(lán)氫是同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤炭高效轉(zhuǎn)化與碳捕集的有效途徑

世界能源理事會(huì)把伴有大量二氧化碳排放制得的氫稱為“灰氫”;把將二氧化碳通過(guò)捕 集、埋存、利用，避免了大量排放制得的氫稱為“藍(lán)氫”;把以可再生能源發(fā)電獲得的清潔電力進(jìn)行電解，全程沒(méi)有碳排放制得的氫稱為“綠氫”。綠氫是氫能利用的理想形態(tài)，但現(xiàn)在距離真正綠氫的實(shí)現(xiàn)仍有較遠(yuǎn)距離，目前的主流制氫手段是化石燃料制氫，得到的是“灰氫”。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，灰氫不可取，未來(lái)的氫能制取將以藍(lán)氫為過(guò)渡措施，同時(shí)，積極向綠氫發(fā)展。結(jié)合 CCUS 技術(shù)的制氫，化石燃料的 CO2排放量能降低 90%。

當(dāng)前國(guó)外氫能發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)

(1)全球氫能發(fā)展趨勢(shì)

隨著全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)向低碳轉(zhuǎn)型的加速，氫能作為一種清潔的二次能源再次受到各方關(guān)注。日本、美國(guó)、歐盟、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)逐步明確了氫能在國(guó)家能源體系中的戰(zhàn)略地位，制定了與氫能相關(guān)的多元化政策，并結(jié)合自身的資源稟賦和產(chǎn)業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，引導(dǎo)其氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，詳見(jiàn)圖6。

圖 6 2000 年以來(lái)世界主要國(guó)家氫能戰(zhàn)略與計(jì)劃

(2)歐美日等國(guó)氫能發(fā)展路徑

如表 3 所示，美國(guó)采用融合氫能模式，提出大規(guī)模融合氫能的能源系統(tǒng)概念，推動(dòng)氫能的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。美國(guó)更注重氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的確立和前瞻性技術(shù)的控制，注重氫能整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，并積極推動(dòng)商業(yè)應(yīng)用。

表 3 歐美日等國(guó)和地區(qū)氫能發(fā)展特點(diǎn)比較

日本選擇的是自下而上的氫能發(fā)展模式，是目前全球氫能發(fā)展的積極推動(dòng)者。其希望在前期普及氫能和燃料電池的下游應(yīng)用，不斷擴(kuò)大下游市場(chǎng)規(guī)模，大力推進(jìn)家用燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)、燃料電池商業(yè)化等氫能項(xiàng)目，并致力于建設(shè)氫能社會(huì)，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)多元化，提高能源自給率。

德國(guó)選擇自上而下的氫能發(fā)展模式，重點(diǎn)發(fā)展電轉(zhuǎn)氣(P2G)模式，大力發(fā)展可再生能源電 解水制氫，盡快為下游氫能應(yīng)用提供便利基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)而激活下游應(yīng)用場(chǎng)景。

歐盟建立一體化能源系統(tǒng)模式，結(jié)合風(fēng)能、太陽(yáng)能生產(chǎn)可再生氫能，實(shí)現(xiàn)能源密集產(chǎn)業(yè)規(guī)模化應(yīng)用。歐盟將氫能作為能源轉(zhuǎn)型和低碳發(fā)展的重要保障，并將綠色氫作為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。歐盟計(jì)劃建立一個(gè)一體化綜合能源系統(tǒng)，讓氫支持整個(gè)歐洲的工業(yè)、交通、發(fā)電和建筑的脫碳，將氫能的潛力轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。

長(zhǎng)三角氫能發(fā)展的優(yōu)劣勢(shì)分析

3.1 優(yōu)勢(shì)明顯

(1)長(zhǎng)三角政策環(huán)境優(yōu)越

持續(xù)加快推進(jìn)氫能發(fā)展是推動(dòng)長(zhǎng)三角地區(qū)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重大戰(zhàn)略舉措，也是落實(shí)推進(jìn)長(zhǎng)三角區(qū)域一體化戰(zhàn)略、打造世界級(jí)先進(jìn)制造集群的重要突破口。長(zhǎng)三角地區(qū)對(duì)推動(dòng)氫能發(fā)展已達(dá)成基本共識(shí)，紛紛出臺(tái)了相關(guān)政策規(guī)劃，如表 4 所示。

表 4 長(zhǎng)三角氫能相關(guān)政策及規(guī)劃

(2)長(zhǎng)三角工業(yè)副產(chǎn)氫富裕，先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯

氫能發(fā)展初期最可靠、最經(jīng)濟(jì)的來(lái)源就是工業(yè)副產(chǎn)氫，而長(zhǎng)三角區(qū)域擁有大量的氯堿、乙烷裂解、丙烯脫氫(PHD)等工業(yè)副產(chǎn)氫資源，可利用的工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)能在33萬(wàn) t 以上,可供 150 萬(wàn)輛以上燃料電池乘用車使用。

(3)長(zhǎng)三角有良好的氫能制造業(yè)基礎(chǔ)

長(zhǎng)三角區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)實(shí)力雄厚，聚集了大量氫能產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)企業(yè)，如上游制氫的上海啟元空分、淳華氫能、蘇州競(jìng)立等企業(yè);中游儲(chǔ)運(yùn)的上海浦江特種氣體、液化空氣(上海)、林德氣體(上海)、富瑞特種裝備、浙江巨化等;下游應(yīng)用的上海重塑能源、上燃動(dòng)力、明天氫能、寧波索福人等。特別是氫燃料電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈齊全，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

(4)長(zhǎng)三角科技研發(fā)能力強(qiáng)

長(zhǎng)三角區(qū)域擁有一批國(guó)內(nèi)頂尖的科研院所，同時(shí)，許多實(shí)力企業(yè)擁有自己的科研機(jī)構(gòu)，研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁，如浙大、同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)、杭氧、舜華、愛(ài)德曼等高校和企業(yè)，共同為長(zhǎng)三角區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定科研創(chuàng)新基礎(chǔ)，日益縮小在氫能高端裝備制造和燃料電池基礎(chǔ)研究領(lǐng)域與歐美日差距。

存在的瓶頸

(1)發(fā)展目標(biāo)不明確，政策落地難

2019 年 5 月，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布《長(zhǎng)三角氫能走廊建設(shè)發(fā)展規(guī)劃》，加快長(zhǎng)三角氫能產(chǎn)業(yè)一體化進(jìn)程。但目前上游、中游、下游仍缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和具體目標(biāo)，各城市乃至各單位間存在缺乏協(xié)作、單打獨(dú)斗等問(wèn)題，尚未有效達(dá)成站車協(xié)調(diào)、互通聯(lián)動(dòng)、互利共贏的局面。同時(shí)，還存在以下問(wèn)題：①基礎(chǔ)設(shè)施不足，不同地區(qū)間加氫站缺乏協(xié)作;②操作過(guò)程中仍把氫作為危化品，政策落地難;③氫能汽車規(guī)模小、運(yùn)營(yíng)范圍小，運(yùn)營(yíng)成本高;④合作模式相對(duì)比較單一，主要集中在氫基礎(chǔ)設(shè)施與氫燃料電池汽車。

(2)長(zhǎng)三角發(fā)展綠氫資源少，制氫成本高

近期來(lái)看，工業(yè)副產(chǎn)氫氣將是長(zhǎng)三角氫能的主要來(lái)源。中長(zhǎng)期來(lái)看，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排壓力的雙重作用，長(zhǎng)三角化學(xué)工業(yè)的發(fā)展將進(jìn)一步受到限制，電解制氫等新的制氫路線將成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。同時(shí)，主要依靠可再生能源水解制氫的綠氫也是實(shí)現(xiàn)“碳中和”發(fā)展目標(biāo)的最佳方式。但長(zhǎng)三角地區(qū)的可再生能源并不豐富，基本上不存在“三棄”問(wèn)題，且電解水制氫成本高昂，詳見(jiàn)圖7。

圖 7 浙江省各類原料成本測(cè)算制氫成本比較

(3)商業(yè)化推廣模式尚未建立

氫能發(fā)展還存在的一個(gè)問(wèn)題就是商業(yè)化推廣模式尚未建立。仍需加強(qiáng)氫能在各個(gè)領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，開(kāi)展重點(diǎn)地區(qū)的商業(yè)化示范運(yùn)營(yíng)，拉伸整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐能力，提高整個(gè)產(chǎn)業(yè)的成熟度，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

長(zhǎng)三角氫能發(fā)展建議

(1)明確氫能發(fā)展目標(biāo)，完善政策標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系

長(zhǎng)三角氫能生態(tài)圈的建設(shè)，需要逐步推進(jìn)以下幾點(diǎn)：①明確氫能發(fā)展目標(biāo)，完善政策標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系;②在保障安全的前提下，放開(kāi)制氫場(chǎng)所限;③明確加氫站主管部門，加強(qiáng)規(guī)劃管理;④制定可落地的加氫站補(bǔ)貼政策;⑤因地制宜給予電解水制氫電價(jià)優(yōu)惠政策;⑥積極推動(dòng)長(zhǎng)三角氫能團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，為促進(jìn)行業(yè)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的建立打好“前哨戰(zhàn)”。

(2)統(tǒng)籌構(gòu)建氫能資源保障體系

未來(lái)的氫源將主要表現(xiàn)為大規(guī)模集中供氫和小規(guī)模分散式供氫，而現(xiàn)階段仍處于小規(guī)模分散式供氫，氫源比較分散。為合理利用長(zhǎng)三角區(qū)域豐富的氫資源，需完善頂層設(shè)計(jì)和跨省聯(lián)動(dòng)，在發(fā)展初期充分利用長(zhǎng)三角灰氫資源，同時(shí)發(fā)展藍(lán)氫，突破 CCUS 技術(shù)并大幅降低 CCUS成本;并布局綠氫降低可再生能源電解水成本。根據(jù)各地的資源優(yōu)勢(shì)以及氫能市場(chǎng)情況合理布局和使用氫資源，縮短氫源補(bǔ)給距離，防止各地盲目開(kāi)展重復(fù)建設(shè)，并進(jìn)一步優(yōu)化氫源產(chǎn)業(yè)布局。

(3)長(zhǎng)三角氫能一體化生態(tài)圈建設(shè)

為應(yīng)對(duì)不同市場(chǎng)和地區(qū)需求，降低氫氣銷售價(jià)格，實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)同發(fā)展，長(zhǎng)三角一體化供氫、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)建設(shè)必不可少，力爭(zhēng)形成與現(xiàn)有汽柴油供應(yīng)“無(wú)差異”的加氫網(wǎng)絡(luò)，形成短距離高壓氣態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)、長(zhǎng)距離低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)為主的運(yùn)輸方式。同時(shí)，開(kāi)展天然氣管道摻氫關(guān)鍵技術(shù)研究，探索管道運(yùn)輸可行性。

(4)氫能應(yīng)用安全保障體系

氫氣在制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、充裝和使用過(guò)程中的安全性非常重要，一旦發(fā)生災(zāi)難性事故，就可能會(huì)損害公眾對(duì)氫能和燃料電池的看法。在氫能產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展中，安全必然是首位。具體措施建議如下：①加強(qiáng)氫的制、儲(chǔ)、運(yùn)各環(huán)節(jié)安全技術(shù)研究，確保技術(shù)裝備安全可靠;②加強(qiáng)行業(yè)監(jiān)管，完善氫能應(yīng)用的安全標(biāo)準(zhǔn)體系和安全管理規(guī)范;③建立長(zhǎng)三角地區(qū)各城市認(rèn)可的氫能產(chǎn)業(yè)質(zhì)量和產(chǎn)品檢測(cè)平臺(tái)。