中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)踐及發(fā)展前景

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)保障，當(dāng)今世界各國(guó)都十分重視能源安全戰(zhàn)略。當(dāng)前，我國(guó)正處于實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵時(shí)期，迫切需要擁有一個(gè)穩(wěn)定、清潔、可靠的能源供應(yīng)體系。氫能具有來源豐富、能量密度高、綠色低碳等特點(diǎn)，已被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉矗覈?guó)必須從國(guó)際視野出發(fā)，深入分析氫能發(fā)展情況，走出一條適合我國(guó)國(guó)情的氫能發(fā)展新路子。

一、氫能及其重要意義

氫能是指氫在物理與化學(xué)變化過程中釋放的能量。16世紀(jì)瑞士醫(yī)學(xué)界首次發(fā)現(xiàn)氫氣，但氫氣早期主要醫(yī)用于醫(yī)藥化工領(lǐng)域。1839年，人類開始研究氫燃料電池;1969年，利用堿性燃料電池(AFC)為首次登月的阿波羅系統(tǒng)提供電力和水，并依靠液態(tài)氫作為燃料推動(dòng)火箭，此后氫能開始應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。1983年，加拿大巴拉德公司研發(fā)出質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC);1993年，這種大功率電池開始應(yīng)用于公交車。Sherifetal.(2005)指出，氫能可以滿足幾乎所有能源特性的需求，從而形成一個(gè)解決能源問題的永久性系統(tǒng)。氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫到應(yīng)用。

發(fā)展氫能具有重要的意義。一是應(yīng)對(duì)氣候變化的需要。由于使用化石能源會(huì)帶來大量二氧化碳排放，形成溫室效應(yīng)，對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，而氫能作為高密度、無污染的二次能源被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳中和的最佳載體。二是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的需要。氫能產(chǎn)業(yè)是科技和資本密集型產(chǎn)業(yè)，涉及新材料、電力裝備、新能源汽車、航空航天、國(guó)防軍工等諸多高端制造領(lǐng)域，能有效帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)并催生新產(chǎn)業(yè)鏈。當(dāng)前在世界經(jīng)濟(jì)低迷，缺乏強(qiáng)有力帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的情況下，許多國(guó)家把氫能作為未來產(chǎn)業(yè)進(jìn)行規(guī)劃和發(fā)展，以期推動(dòng)本國(guó)或本地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。三是推動(dòng)科技革命的需要。能源科技革命是歷次工業(yè)革命的核心要素，氫能產(chǎn)業(yè)包括氫氣的制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、燃料電池的研發(fā)等，需要科技的重大突破和進(jìn)展，這會(huì)極大地促進(jìn)帶動(dòng)基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)材料等領(lǐng)域的發(fā)展。

國(guó)際氫能委員會(huì)近期發(fā)布報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到2030年，全球氫能領(lǐng)域投資總額將達(dá)到5000億美元。世界能源理事會(huì)預(yù)計(jì)，到2050年氫能在全球終端能源消費(fèi)量中的占比可高達(dá)25%。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2070年全球?qū)錃獾男枨髮⑦_(dá)到5.2億噸。根據(jù)2017年麥肯錫研究公布的《2050年氫發(fā)展藍(lán)圖》，氫能將創(chuàng)造3000萬個(gè)工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，創(chuàng)造2.5萬億美元的市場(chǎng)價(jià)值。全球范圍內(nèi)，氫能產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷前所未有的政治和商業(yè)勢(shì)頭。

二、全球視野中的氫能發(fā)展戰(zhàn)略綜述

鑒于氫能的特點(diǎn)和對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要意義，許多國(guó)家把氫能發(fā)展上升到國(guó)家能源戰(zhàn)略的高度來布署，我國(guó)許多省(市)也制訂相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，大力推進(jìn)氫能發(fā)展。

(一)世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家的氫能發(fā)展戰(zhàn)略

根據(jù)國(guó)際氫能理事會(huì)發(fā)布的《全球氫能觀察2021》，截至2021年2月，全球已有30多個(gè)國(guó)家發(fā)布?xì)淠苈肪€圖，許多經(jīng)濟(jì)體已將發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)上升為國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略。

2017年12月，日本公布《氫能源基本戰(zhàn)略》，計(jì)劃到2030年，形成30萬噸/年的商業(yè)化供應(yīng)能力，將制氫成本降至3美元/公斤，建設(shè)900座加氫站，燃料電池乘用車、燃料電池公共汽車、燃料電池叉車產(chǎn)量分別達(dá)到80萬輛、1200輛、10000輛;計(jì)劃到2050年，將氫能產(chǎn)量提高到1000萬噸/年，制氫成本下降至2美元/公斤，以氫能發(fā)電替代天然氣發(fā)電，以加氫站取代加油站，以燃料電池汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車。

2019年初，韓國(guó)發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖》，提出要在2030年進(jìn)入氫能社會(huì)，2040年累計(jì)生產(chǎn)620萬輛氫燃料電池汽車，建成1200座加氫站;普及發(fā)電用、家庭用和建筑用氫燃料電池裝置。把氫能經(jīng)濟(jì)打造成拉動(dòng)創(chuàng)新增長(zhǎng)的重要?jiǎng)恿ΓI(lǐng)全球氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2040年將燃料電池產(chǎn)量擴(kuò)大至15GW。

2019年11月，美國(guó)燃料電池和氫能協(xié)會(huì)發(fā)布《美國(guó)氫能經(jīng)濟(jì)路線圖———減排及驅(qū)動(dòng)氫能在全美實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)》，預(yù)測(cè)2030年氫需求量將突破1700萬噸，在美國(guó)道路上將有530萬輛氫燃料電池汽車行駛，全美將有5600個(gè)加氫站;2050年氫能有望滿足美國(guó)終端能源需求的14%。

2019年11月，澳大利亞公布《澳大利亞氫能戰(zhàn)略》，確定了15大發(fā)展目標(biāo)、57項(xiàng)聯(lián)合行動(dòng)，旨在將澳大利亞打造成向亞洲市場(chǎng)出口氫能的三大基地之一，同時(shí)在氫安全、氫經(jīng)濟(jì)以及氫認(rèn)證方面走在全球前列，到2050年氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造1.7萬個(gè)工作崗位，產(chǎn)值達(dá)到260億美元。

2020年6月，德國(guó)公布《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》，預(yù)計(jì)到2030年電解制氫能力為5GW，2035—2040年，再增建5GW能力;為此在氫氣制取和應(yīng)用領(lǐng)域共制定了38項(xiàng)措施。

2020年7月，歐盟發(fā)布《歐盟氫能源戰(zhàn)略》，計(jì)劃到2050年將氫能在能源結(jié)構(gòu)中的占比提高到12%～14%，加大對(duì)制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫的全產(chǎn)業(yè)鏈，以及現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施、碳捕集和封存技術(shù)等投資。

2020年11月，智利發(fā)布國(guó)家綠氫戰(zhàn)略，到2030年生產(chǎn)世界上最便宜的綠氫，2040年成為世界三大氫出口國(guó)之一。

2020年12月，加拿大公布《加拿大氫能戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略針對(duì)加拿大氫能發(fā)展提出8個(gè)方面的32項(xiàng)行動(dòng)。計(jì)劃到2050年實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo):(1)30%的能源以氫的形式輸送;(2)成為全球前三大清潔氫生產(chǎn)國(guó)，國(guó)內(nèi)供應(yīng)量超過2000萬噸/年;(3)建立低碳?xì)涔?yīng)基地，交貨價(jià)格達(dá)到1.50～3.50加元/公斤;(4)超過500萬輛燃料電池汽車投運(yùn);(5)建立全國(guó)加氫網(wǎng)絡(luò)。

2021年6月，美國(guó)宣布“氫能源地球計(jì)劃”，提出在10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)綠氫成本降低80%的目標(biāo)，由目前每千克5美元降至1美元，美國(guó)能源部宣布撥款5250萬美元資助31個(gè)氫能相關(guān)項(xiàng)目。

國(guó)際氫能委員會(huì)近期發(fā)布的報(bào)告顯示，自2021年2月以來，全球范圍內(nèi)啟動(dòng)了131個(gè)大型氫能開發(fā)項(xiàng)目。總之，越來越多的國(guó)家將氫能規(guī)劃上升到國(guó)家能源戰(zhàn)略高度，逐步明確氫能在國(guó)家能源體系中的戰(zhàn)略地位，通過加強(qiáng)頂層發(fā)展政策指引，加大研發(fā)投入力度，加快基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用示范建設(shè)，持續(xù)推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(二)我國(guó)各地氫能發(fā)展戰(zhàn)略

《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，在類腦智能、量子信息、基因技術(shù)、未來網(wǎng)絡(luò)、深?？仗扉_發(fā)、氫能與儲(chǔ)能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實(shí)施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃，謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)。氫能成為我國(guó)布局未來產(chǎn)業(yè)的重要方向，各省(市)出臺(tái)相關(guān)政策，制定實(shí)施方案。截至2021年8月底，我國(guó)已發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展相關(guān)政策方案的省份及直轄市共有近30個(gè)，其中，出臺(tái)專項(xiàng)氫能整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的共有5省。

《北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案(2021—2025年)》提出，2025年前京津冀區(qū)域累計(jì)實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模1000億元以上;規(guī)劃京津冀區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)布局、京北全面布局氫能產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新應(yīng)用示范區(qū)、京南打造氫能高端裝備制造與應(yīng)用示范區(qū);布署關(guān)鍵技術(shù)突破工程、京津冀氫能產(chǎn)業(yè)鏈工程、氫能全場(chǎng)景示范應(yīng)用工、氫能產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)工程四大任務(wù)。

《河北省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》提出，到2025年氫能產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到500億元，基本掌握高效低成本的氫氣制取、儲(chǔ)運(yùn)、加注和燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)，累計(jì)建成100座加氫站，燃料電池汽車規(guī)模達(dá)到1萬輛。重點(diǎn)建設(shè)加氫服務(wù)網(wǎng)絡(luò)提升工程、氫能多元化利用工程、燃料電池性能提升工程、產(chǎn)學(xué)研用服務(wù)保障工程等八大工程，謀劃布局128個(gè)氫能項(xiàng)目，構(gòu)建“一區(qū)、一核、兩帶”產(chǎn)業(yè)格局。

《四川省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2025年)》提出，到2025年，燃料電池核心技術(shù)、氫氣制儲(chǔ)運(yùn)加技術(shù)實(shí)現(xiàn)階段性突破，燃料電池汽車(含重卡、中輕型物流、客車)應(yīng)用規(guī)模達(dá)6000輛，培育國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)25家等，布署提升創(chuàng)新能力、強(qiáng)化氫能合作、加大示范應(yīng)用等重點(diǎn)任務(wù)。

《山東省氫能產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2020—2030年)》提出，到2025年，氫能產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值規(guī)模突破1000億元，到2030年，關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，綜合指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平，在氫能領(lǐng)域形成創(chuàng)新引領(lǐng)優(yōu)勢(shì)，并提出產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的發(fā)展路徑。

《內(nèi)蒙古自治區(qū)促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策(試行)》提出，綠氫制取能力達(dá)到50萬噸/年，氫能產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值力爭(zhēng)達(dá)到1000億元，布署推動(dòng)制氫產(chǎn)業(yè)多元發(fā)展、開展氫能關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、推進(jìn)加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推廣氫能多領(lǐng)域應(yīng)用等重點(diǎn)任務(wù)。

此外，廣東、重慶、浙江、河南出臺(tái)了氫燃料汽車細(xì)分領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)政策，其他大多數(shù)省份均將氫能相關(guān)發(fā)展規(guī)劃納入新能源汽車產(chǎn)業(yè)或整體能源發(fā)展等規(guī)劃中。

三、我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)營(yíng)實(shí)踐

(一)制氫

制氫有3種技術(shù)路線:灰氫(化石能源制氫)、藍(lán)氫(化石能源制氫+CCUS)和綠氫(可再生能源制氫)。目前，3種制氫技術(shù)路線成比例約為1∶1.6∶2。從全球看，氫能制備的主要途徑還是依靠傳統(tǒng)能源的化學(xué)重整，其中天然氣重整占比約48%，真正綠色途徑的電解水制氫僅占4%。而日本在電解水制氫方面發(fā)展較快，其鹽水電解制氫的產(chǎn)能占總產(chǎn)能的63%。我國(guó)制氫則主要依賴煤氣化制氫及工業(yè)副產(chǎn)氫的方式，電解水制氫上我國(guó)應(yīng)用得很少，僅占1%。在政策引導(dǎo)和可再生電力成本下滑帶動(dòng)下，預(yù)計(jì)制氫將從“灰氫”逐步向“藍(lán)氫”“綠氫”過渡。

1.化石燃料制氫

我國(guó)煤制氫的主要企業(yè)有中國(guó)石化、國(guó)家能源集團(tuán)、江蘇恒力集團(tuán)以及山東利津石化。其中產(chǎn)量最大的為國(guó)家能源集團(tuán)，目前年產(chǎn)超過400萬噸氫氣，居世界首位，而中國(guó)石化產(chǎn)量為300萬噸/年。天然氣制氫企業(yè)主要有常州蘭博凈化、亞聯(lián)高科技、上海華西化工等。煤制氫技術(shù)較為成熟，成本約0.55～0.83元/標(biāo)準(zhǔn)立方米，而我國(guó)天然氣較依賴進(jìn)口，因此天然氣制氫成本較高，約0.8～1.75元/標(biāo)準(zhǔn)立方米。

2.工業(yè)副產(chǎn)制氫

氯堿行業(yè)的鴻興達(dá)業(yè)和濱化股份在氫能方面已有布局，兩者燒堿產(chǎn)能超過100萬噸，副產(chǎn)氫可達(dá)2.5萬噸/年。嘉化能源可實(shí)現(xiàn)氯堿副產(chǎn)氫1萬噸，同時(shí)其產(chǎn)業(yè)鏈可實(shí)現(xiàn)制、儲(chǔ)、運(yùn)、加氫全覆蓋。目前，我國(guó)焦?fàn)t煤氣制氫龍頭是擁有660萬噸焦炭產(chǎn)能的美錦能源，副產(chǎn)氫氣可達(dá)到5.9萬噸/年。丙烷脫氫(PDH)方面，國(guó)內(nèi)PDH項(xiàng)目計(jì)劃至2023年產(chǎn)氫37.04萬噸/年。衛(wèi)星石化未來有250萬噸乙烷裂解項(xiàng)目投產(chǎn)，產(chǎn)氫16萬噸。東華能源現(xiàn)有副產(chǎn)氫5萬噸，寧波二期PDH建成后達(dá)到7.5萬噸。目前采用PSA技術(shù)的焦?fàn)t煤氣制氫、氯堿尾氣制氫等裝置已經(jīng)得到推廣。當(dāng)前氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫生產(chǎn)成本約1.1～1.4元/標(biāo)準(zhǔn)立方米，計(jì)入PSA成本后綜合成本約1.2～1.8元/標(biāo)準(zhǔn)立方米，而焦?fàn)t煤氣提純制氫綜合成本約0.83～1.33元/標(biāo)準(zhǔn)立方米。

3.電解水制氫

電解水制氫有3種技術(shù)路線:堿性水電解槽(ALK)、質(zhì)子交換膜水電解槽(PEM)、固體氧化物水電解槽(SOEC)。堿性水電解槽(ALK)技術(shù)較為成熟，有蘇州競(jìng)立、揚(yáng)州中點(diǎn)、天津大陸制氫等公司，單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，但設(shè)備體積大以及存在污染等問題。質(zhì)子交換膜水電解槽(PEM)需要采用貴金屬催化劑，成本較高，目前國(guó)內(nèi)單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為蘇州國(guó)能圣源的設(shè)備，產(chǎn)量為500標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)。我國(guó)PEM總體規(guī)模與國(guó)外仍有差距。固體氧化物水電解槽(SOEC)技術(shù)的研發(fā)國(guó)內(nèi)外都在進(jìn)行，主要研發(fā)機(jī)構(gòu)包括日本三菱重工、東芝、京瓷;美國(guó)Idaho國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、BloomEnergy公司;丹麥托普索燃料電池公司;韓國(guó)能源研究所;中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)等。電解水制氫不僅受制于技術(shù)，還受制于電價(jià)，據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告預(yù)測(cè)，在2030年光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電成本分別降至0.2元/千瓦·小時(shí)和0.25元/千瓦·小時(shí)，電解水制氫的經(jīng)濟(jì)性也會(huì)隨之提升。

總體而言，隨著電解水制氫成本降低，傳統(tǒng)化石能源制氫方式產(chǎn)量逐漸降低，并被可再生能源發(fā)電結(jié)合電解水制氫方式取代。電解水制氫方式中，PEM電解制氫處在快速發(fā)展階段，SOEC電解技術(shù)國(guó)內(nèi)外都在加快研發(fā)進(jìn)度。

(二)氫氣儲(chǔ)運(yùn)

為了提高氫能的儲(chǔ)存運(yùn)輸效率，目前使用較多的儲(chǔ)氫技術(shù)是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫等，氫能運(yùn)輸主要采用陸上運(yùn)輸、海上運(yùn)輸以及管道運(yùn)輸。

1.儲(chǔ)氫

高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫方面，國(guó)外主流壓力等級(jí)為70兆帕氫瓶;而國(guó)內(nèi)主要采用35兆帕氫瓶，70兆帕高壓儲(chǔ)氫還在推廣階段。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)35兆帕儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)公司主要包括中材科技、沈陽斯林達(dá)、京城股份等，其中沈陽斯林達(dá)已具備70兆帕儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)資格。

低溫液態(tài)儲(chǔ)氫可將氣態(tài)氫體積壓縮至原體積的1/800，能量密度遠(yuǎn)高于高壓氣態(tài)氫氣，但在液化以及運(yùn)輸?shù)倪^程中會(huì)有很大的能耗。1公斤氫氣液化需耗電4～10千瓦·小時(shí)，且液態(tài)氫過低的溫度在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中也會(huì)從外界吸熱造成蒸發(fā)，這對(duì)保溫材料有極高的要求。目前國(guó)外儲(chǔ)氫大多數(shù)采用低溫液態(tài)儲(chǔ)氫，其中又以美國(guó)市場(chǎng)占比最大，亞洲市場(chǎng)份額中，日本占據(jù)2/3。

我國(guó)低溫液氫存儲(chǔ)方面相比國(guó)外較為落后。鴻達(dá)興業(yè)在內(nèi)蒙古自治區(qū)投資的國(guó)內(nèi)首個(gè)民用液氫生產(chǎn)項(xiàng)目于2020年4月順利產(chǎn)出液氫，這標(biāo)志著我國(guó)液氫生產(chǎn)成本開始降低。有機(jī)液體儲(chǔ)氫應(yīng)用有機(jī)液體(環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷等)與氫氣進(jìn)行可逆加氫和脫氫反應(yīng)的原理，實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存。武漢氫陽是國(guó)內(nèi)目前唯一一家從事有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫的公司，其開發(fā)的常溫常壓下液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫(LOHC)技術(shù)攻克了氫氣常溫常壓下液態(tài)儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)碾y題，具有脫氫溫度低、儲(chǔ)氫可逆及載體無消耗的優(yōu)勢(shì)。

固態(tài)儲(chǔ)氫方式利用某些金屬較強(qiáng)的捕捉氫氣的能力，實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存。這些金屬不需要很高的溫度和壓力便能吸收大量的氫氣，生成金屬氫化物，而再次對(duì)其加熱便能將吸收的氫氣釋放。常用的儲(chǔ)氫材料有稀土類化合物、鈦系化合物、鎂系化合物以及釩、鈮等金屬合金。國(guó)內(nèi)固態(tài)合金儲(chǔ)氫還在研發(fā)階段，主要企業(yè)有應(yīng)用稀土材料的北京浩云金能、廈門鎢業(yè)，鎂基材料的鎂源動(dòng)力、鎂格氫動(dòng)。

2.運(yùn)氫

當(dāng)前無論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，采用車輛運(yùn)氫占大多數(shù)，只是國(guó)內(nèi)大多為高壓氣氫運(yùn)輸，國(guó)外液氫技術(shù)較為成熟的國(guó)家大多采用液氫槽車運(yùn)輸。液氫槽車運(yùn)輸?shù)姆绞絾翁丝蛇\(yùn)輸更多的氫，經(jīng)濟(jì)性更高。即便采用運(yùn)量較大的液氫槽車進(jìn)行運(yùn)輸，其單趟氫運(yùn)量也僅在數(shù)噸以內(nèi)，而采用液氫運(yùn)輸船進(jìn)行海上運(yùn)輸，單趟氫運(yùn)量可達(dá)到百噸甚至更多，這種運(yùn)氫方式相比液氫槽車單趟可運(yùn)輸更多的氫能。近年來，日本開展的海上氫能供應(yīng)項(xiàng)目較多，澳大利亞、新西蘭、挪威、文萊等國(guó)均開展海上供氫項(xiàng)目。但這些項(xiàng)目均為有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫而非低溫液態(tài)儲(chǔ)氫。國(guó)內(nèi)在海上運(yùn)氫方面尚未有應(yīng)用。

管道運(yùn)輸氫氣的方式是成本最低的運(yùn)輸方式，最適宜大規(guī)模、長(zhǎng)距離的氫氣運(yùn)輸，但此方式依賴于整體用氫系統(tǒng)規(guī)模的成型。輸氫成本隨著管道長(zhǎng)度增加而降低，管道長(zhǎng)度從25～500公里，輸氫單位成本可從2.75元/公斤·百公里下降至0.48元/公斤·百公里;當(dāng)運(yùn)輸距離達(dá)到300公里以上時(shí)，單位成本降至0.5元/公斤·百公里。國(guó)內(nèi)已有少量的氫氣運(yùn)輸管道，如中國(guó)石化濟(jì)源—洛陽輸氫管道全長(zhǎng)25公里，巴陵—長(zhǎng)嶺輸氫管道全長(zhǎng)42公里，年輸氣量分別為4.42萬噸和10.04萬噸。

對(duì)3種運(yùn)氫方式的單位成本進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，管道運(yùn)輸是單位成本最低的方式，而運(yùn)輸距離在300公里內(nèi)，高壓氣氫管束車運(yùn)輸單位成本較低，300公里以上液氫槽罐車單位成本要低于管束車。隨著氫能應(yīng)用端的擴(kuò)張，氫能需求增大，長(zhǎng)距離供氫管網(wǎng)和液氫海上船舶運(yùn)輸均為未來發(fā)展方向。

(三)氫能應(yīng)用

1.加氫站

截至2020年末，我國(guó)已建成加氫站118座(不含已拆除的3座)，在建和擬建加氫站有167

座，數(shù)量上廣東和上海占據(jù)前兩位。目前國(guó)內(nèi)加氫站保有數(shù)量較國(guó)外存在些許差距，且國(guó)內(nèi)加氫站全部采用高壓氣態(tài)氫氣，受制于政策及技術(shù)問題，沒有采用液氫加氫站。但國(guó)外，如美國(guó)，液氫加氫站技術(shù)較為成熟，后續(xù)建設(shè)液氫加氫站數(shù)量將超過高壓氣態(tài)加氫站。國(guó)內(nèi)從事加氫站建設(shè)的企業(yè)主要有舜華新能源、國(guó)富氫能、氫楓能源、海德利森、中極氫能、雄韜股份等。

2.氫燃料電池

氫燃料電池不同于傳統(tǒng)熱機(jī)，能量轉(zhuǎn)換效率不受到卡諾循環(huán)的限制，可達(dá)到40%～60%，且具有震動(dòng)小、無噪聲、無污染等優(yōu)點(diǎn)。氫燃料電池應(yīng)用范圍廣泛，小至便攜式電源、可移動(dòng)電源，大到氫燃料電池動(dòng)力船舶、氫燃料電池發(fā)電站。當(dāng)前，氫燃料電池應(yīng)用最多的領(lǐng)域是小型無人機(jī)和氫燃料電池汽車，在船舶應(yīng)用上還沒有達(dá)到成熟階段，多個(gè)國(guó)家正在開展氫燃料電池在大型船舶上的應(yīng)用研究。

在車用燃料電池技術(shù)上，國(guó)外較為領(lǐng)先，以日本為代表，本田和豐田均有較為成熟的氫燃料電池汽車產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)電堆供應(yīng)商主要有捷氫、新源動(dòng)力、廣東國(guó)鴻、濰柴動(dòng)力等。捷氫于2020年發(fā)布的金屬板電堆，功率密度達(dá)3.8千瓦/升，實(shí)現(xiàn)雙極板和膜電極100%自主化與國(guó)產(chǎn)化、-30℃低溫啟動(dòng)和6000小時(shí)耐久測(cè)試。大同氫雄研發(fā)的130千瓦大功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)。

在船舶應(yīng)用方面，中國(guó)船級(jí)社在2019年中國(guó)國(guó)際海事展上發(fā)布了500千瓦內(nèi)河燃料電池貨船的AIP原理認(rèn)可，屬于國(guó)內(nèi)首例，國(guó)際領(lǐng)先，此船儲(chǔ)供氫和動(dòng)力系統(tǒng)由中船動(dòng)力研究院有限公司設(shè)計(jì)。當(dāng)前，歐美各國(guó)已將采用氫燃料電池作為動(dòng)力源的中型、大型船舶方案列為下一步的工作目標(biāo)。

2020年，氫能在我國(guó)多元化應(yīng)用示范取得積極進(jìn)展。在工業(yè)領(lǐng)域，全球最大規(guī)模的太陽能電解水制氫儲(chǔ)能及綜合應(yīng)用示范項(xiàng)目在寧夏寧東能源化工基地開工，該項(xiàng)目是我國(guó)煤制烯烴行業(yè)首個(gè)引入綠氫的項(xiàng)目;同年11月，特諾恩與河鋼集團(tuán)簽訂合同，開工建設(shè)綠氫直接還原鐵工廠。在能源領(lǐng)域，2020年9月，江蘇鏵德氫能獲得我國(guó)首張燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)認(rèn)證，并于當(dāng)年10月將產(chǎn)品出口到歐洲市場(chǎng);同月，弗爾賽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)亮相西安交大信息物理融合能源系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)。氫能在其他方面的應(yīng)用仍然較少，如依托燃料電池技術(shù)，建立分布式能源網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域或城市電力、熱能和冷能的聯(lián)合供應(yīng)等。未來，氫能有望在“難以減排領(lǐng)域”，如工業(yè)原料、高品位熱源、重卡、船舶、應(yīng)急保障電源等領(lǐng)域等得到大規(guī)模應(yīng)用，完成這些領(lǐng)域的脫碳。

四、我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)水平及與世界的差距

雖然我國(guó)氫能發(fā)展取得了顯著成效，但在技術(shù)水平上，在許多方面與世界先進(jìn)水平還有較大差距。

在副產(chǎn)氫高純凈化方面，我國(guó)具有成套技術(shù)裝備，處于世界先進(jìn)水平;電解水制氫方面，堿性電解槽我國(guó)整體處于世界領(lǐng)先水平，但PEM制氫與世界先進(jìn)水平有差距。國(guó)內(nèi)氫能儲(chǔ)運(yùn)方式主要為高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫結(jié)合管束車運(yùn)輸，且主要采用35兆帕高壓儲(chǔ)氫罐，70兆帕儲(chǔ)氫罐初步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);國(guó)外以低溫液態(tài)儲(chǔ)氫結(jié)合液氫槽車運(yùn)輸居多，其中又以美國(guó)市場(chǎng)占比最大，以低溫液氫巨頭公司AP和PRAX為代表。我國(guó)加氫站基本采用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，儲(chǔ)量有限，國(guó)外已有30%加氫站儲(chǔ)存液氫。國(guó)內(nèi)車載儲(chǔ)氫瓶壓力主要采用35兆帕，國(guó)外多為70兆帕;國(guó)內(nèi)氫氣運(yùn)輸基本采用20兆帕長(zhǎng)管拖車，運(yùn)量小，運(yùn)輸半徑有限，成本較高，國(guó)外采用45兆帕長(zhǎng)管拖車以及液氫槽車。

燃料電池系統(tǒng)、電堆、壓縮機(jī)等已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，氫氣循環(huán)泵、增濕器2020年底可小批量供貨，質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層等正在小批量驗(yàn)證，車載氫系統(tǒng)的高端碳纖維及部分管件取得了突破性進(jìn)展。但燃料電池催化劑、隔膜、碳紙、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等主要依賴進(jìn)口;高活性催化劑、高強(qiáng)度高質(zhì)子電導(dǎo)率復(fù)合膜、碳紙、低鉑電極、高功率密度雙極板等盡管已達(dá)國(guó)外商業(yè)化產(chǎn)品水平，但多停留于實(shí)驗(yàn)室和樣品階段;燃料電池電堆及系統(tǒng)在全工況下的性能驗(yàn)證有待提高，可靠性、耐久性等與國(guó)際先進(jìn)水平相比存在差距。氦制冷循環(huán)設(shè)備雖已掌握核心技術(shù)，但尚未達(dá)到量產(chǎn)水平;氫氣品質(zhì)檢測(cè)和氫氣泄漏等重要測(cè)試裝備欠缺，權(quán)威檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)尚未形成。

當(dāng)前中國(guó)氫能車輛構(gòu)成主要以非乘用車為主，如氫能巴士和輕型/中型氫能卡車。截至2019年底，中國(guó)氫能巴士保有量4297輛，占全球的96.4%，輕型/中型氫能卡車1807輛，占全球的98.5%，而氫能乘用車不足百輛，僅占全球的0.4%。

五、促進(jìn)我國(guó)氫能發(fā)展的對(duì)策建議

國(guó)際氫能委員會(huì)聯(lián)合主席伯努瓦·波捷表示，氫能已成為許多經(jīng)濟(jì)體碳中和投資計(jì)劃的核心要素。國(guó)際氫能委員報(bào)告顯示，自2021年2月以來，全球范圍內(nèi)啟動(dòng)了131個(gè)大型氫能開發(fā)項(xiàng)目;預(yù)計(jì)到2030年，全球氫能領(lǐng)域投資總額將達(dá)到5000億美元。

世界許多公司都加大對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的投資。航運(yùn)巨頭馬士基的母公司A.P.穆勒控股投入2000萬歐元，投資一家使用可再生能源生產(chǎn)綠氫的模塊化電解槽供應(yīng)商;荷蘭皇家殼牌集團(tuán)在德國(guó)投資約2000萬歐元用于10兆瓦的綠氫電解槽項(xiàng)目;韓國(guó)現(xiàn)代汽車投資約7.6萬億韓元(約合64億美元)用于與氫相關(guān)的研發(fā)和設(shè)施擴(kuò)建;沙特NEOM新城投資50億美元用于綠氫制造項(xiàng)目。

2020年我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)投融資規(guī)模為712億元，在氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的投融資金額達(dá)515億元，部分先發(fā)地區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)初步形成，匯聚產(chǎn)值規(guī)模突破千億元。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020年10月，國(guó)務(wù)院國(guó)資委監(jiān)管的96家央企中，開展氫能相關(guān)業(yè)務(wù)或布局的央企有26家，數(shù)量占比為27%。中國(guó)石化提出將氫能全產(chǎn)業(yè)鏈作為新能源發(fā)展的核心業(yè)務(wù)，錨定建設(shè)中國(guó)第一大氫能公司，大量布局建設(shè)供氫中心和加氫站等;國(guó)家電投集團(tuán)布局可再生能源制氫及燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā);國(guó)家能源集團(tuán)布局從氫到加氫站的氫能利用全產(chǎn)業(yè)鏈;中車集團(tuán)布局氫燃料電池客車、氫能源有軌電車等。

(一)制定發(fā)展戰(zhàn)略

我國(guó)已出臺(tái)多個(gè)文件促進(jìn)氫能發(fā)展。2020年6月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局正式發(fā)布GB/T38914-2020《車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆使用壽命測(cè)試評(píng)價(jià)方法》、GB/T28816-2020《燃料電池術(shù)語》和GB/T38954-2020《無人機(jī)用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)》3項(xiàng)燃料電池國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)氫能聯(lián)盟還發(fā)布了全球首個(gè)“綠氫”團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，采用生命周期評(píng)價(jià)方法建立了低碳?xì)?、清潔氫和可再生氫的量化?biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)體系。然而，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)缺乏氫能發(fā)展的整體頂層設(shè)計(jì)，以及戰(zhàn)略規(guī)劃、專項(xiàng)規(guī)劃和政策體系。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)間表、路線圖、施工圖尚待明確，氫氣仍被納入?；愤M(jìn)行管理，加氫站審批難度較大，對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成制約。必須加快明確在“雙碳”背景下的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路，確定氫能產(chǎn)業(yè)在能源體系中的角色定位、階段性可量化指標(biāo)、產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的發(fā)展重點(diǎn)，構(gòu)建促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的體制機(jī)制。

(二)完善政策體系

一是加強(qiáng)制度創(chuàng)新供給，在項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地、規(guī)劃選址、安全、環(huán)保等方面完善政策措施。二是建設(shè)公共服務(wù)平臺(tái)，為企業(yè)與機(jī)構(gòu)提供政策、行業(yè)信息、技術(shù)分析等服務(wù)。三是加快建立氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立氫能產(chǎn)品檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)和認(rèn)證體系;堅(jiān)持安全發(fā)展理念，明確監(jiān)管主體，完善氫能發(fā)展監(jiān)管體系。四是加強(qiáng)金融服務(wù)保障，加大金融業(yè)對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持力度，拓展股權(quán)投資、供應(yīng)鏈金融、融資租賃等綜合性金融服務(wù)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)有條件的各類資本設(shè)立燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)基金。五是推動(dòng)國(guó)際技術(shù)合作，融入國(guó)際氫能社區(qū)，借鑒國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展最佳實(shí)踐。

(三)加大技術(shù)攻關(guān)

我國(guó)燃料電池的關(guān)鍵材料包括催化劑、質(zhì)子交換膜及炭紙等材料主要依賴進(jìn)口;關(guān)鍵組件制備工藝急需提升，膜電極、雙極板、壓縮機(jī)、氫循環(huán)泵等與國(guó)外相比存在較大差距。耐高溫連接板材料以及集成系統(tǒng)等亟須加大研發(fā)力度。這些產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“痛點(diǎn)”，也是機(jī)遇。要扎實(shí)做好基礎(chǔ)研究，設(shè)立氫能源與燃料電池重大專項(xiàng)，建立持續(xù)性研發(fā)支持保障機(jī)制。以重大需求為導(dǎo)向，協(xié)同開展基礎(chǔ)性研究和科技攻關(guān)，依托骨干企業(yè)、高校、科研院所組建氫能與燃料電池國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。對(duì)于企業(yè)在品種、規(guī)格或技術(shù)參數(shù)等有重大突破、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)但尚未取得市場(chǎng)業(yè)績(jī)的首臺(tái)(套)或首批次的裝備、系統(tǒng)和核心部件，給予研發(fā)激勵(lì)等相關(guān)措施。推動(dòng)高校設(shè)立氫能相關(guān)專業(yè)，培養(yǎng)氫能研究型人才和產(chǎn)業(yè)工人隊(duì)伍。支持民營(yíng)企業(yè)承擔(dān)氫能科技攻關(guān)和基礎(chǔ)研究。

(四)拓展產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改造加油站和加氣站，并合建加氫站，如上海嘉定區(qū)規(guī)劃的15座加氫站中，油氫合建站占70%以上;佛山南海區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃要求新建、遷建加油站必須合建加氫站。氫能在工業(yè)領(lǐng)域深度脫碳、分布式能源儲(chǔ)能、航空和船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域應(yīng)有更大作為。

氫能飛機(jī)、氫能船舶作為新能源交運(yùn)設(shè)備，在技術(shù)與市場(chǎng)兩方面對(duì)我國(guó)而言都是較大的機(jī)遇，深空深海裝備同樣如此。加快建設(shè)從微型熱電聯(lián)供至大型電站化熱電聯(lián)產(chǎn)，并逐步實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)的構(gòu)建。德國(guó)已開發(fā)運(yùn)行十多個(gè)氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，不斷拓寬氫能應(yīng)用領(lǐng)域，包括供應(yīng)周邊加氫站、直接燃燒發(fā)電、使用燃料電池技術(shù)發(fā)電、與二氧化碳反應(yīng)制取甲烷等“電轉(zhuǎn)氣(PtG)”技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。

(五)防止盲目投資

2020年，全國(guó)共有超過30個(gè)地方政府發(fā)布了氫能發(fā)展相關(guān)規(guī)劃，涉及加氫站數(shù)量超過1000座、燃料電池車數(shù)量超過25萬輛;相關(guān)企業(yè)也在加速涌入和扎堆布局，大量項(xiàng)目密集上馬。氫燃料汽車行業(yè)當(dāng)前仍處于起步的初級(jí)階段，推廣主要依賴政府采購和補(bǔ)貼，推廣1000輛氫燃料汽車需高達(dá)30億～40億元的資金投入，這需要政府較為富余的財(cái)力。另外，我國(guó)氫燃料汽車產(chǎn)業(yè)還面臨諸多技術(shù)“短板”，核心技術(shù)尚未突破，部分零部件和關(guān)鍵材料尚未國(guó)產(chǎn)化。跟風(fēng)上馬氫能及燃料電池項(xiàng)目，重復(fù)、低效投資將引發(fā)同質(zhì)化企業(yè)的惡性競(jìng)爭(zhēng)。

實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰與2060年碳中和的目標(biāo)，必然與氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、氫能生態(tài)的建立密切相關(guān)。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型，有利于形成我國(guó)新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)綠色發(fā)展目標(biāo)，為此，要加快發(fā)展、科學(xué)發(fā)展。