氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇

國家發(fā)展改革委、國家能源局近期聯(lián)合發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》(簡稱《規(guī)劃》)?！兑?guī)劃》明確了氫的能源屬性，從中長期和大能源的角度，明確了氫能在我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型中的戰(zhàn)略定位、總體要求和發(fā)展目標(biāo)，為我國氫能產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展描繪了宏偉藍(lán)圖?！兑?guī)劃》是對我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的頂層設(shè)計，將成為指導(dǎo)我國氫能產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的綱領(lǐng)性、指導(dǎo)性文件。

明確了氫能三大戰(zhàn)略定位。從《規(guī)劃》中對氫能的三大定位來看，不僅明確了氫能的能源屬性，更把氫能作為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要載體和推動高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

明確了四項發(fā)展原則。一是把創(chuàng)新放在首位，并豐富了創(chuàng)新內(nèi)涵，覆蓋技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新。二是把安全作為發(fā)展的前提，加強(qiáng)對氫能全鏈條安全監(jiān)管，堅守安全底線。三是平衡政府和市場的關(guān)系，市場是主導(dǎo)，企業(yè)是主體，政府積極有為。四是明確穩(wěn)慎發(fā)展、示范引領(lǐng)，既積極引導(dǎo)，又避免過熱過頭，一哄而上，有利于氫能產(chǎn)業(yè)在政策引導(dǎo)和示范引領(lǐng)下有序有效發(fā)展。

明確了3個階段的發(fā)展目標(biāo)。《規(guī)劃》分階段提出了2025年、2030年、2035年的實現(xiàn)目標(biāo)。大體而言，“十四五”是市場導(dǎo)入期，以科技攻關(guān)和示范應(yīng)用為主。“十五五”為市場發(fā)展期，商業(yè)化條件逐步形成。“十六五”為市場成熟期，進(jìn)入全面商業(yè)化階段，氫能多元化應(yīng)用生態(tài)逐步發(fā)展成熟。

明確了4個方面14項重要舉措?！兑?guī)劃》部署了4個方面推動氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措。一是系統(tǒng)構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系。圍繞以質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)為代表的燃料電池領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新，氫能制、儲、輸、用全鏈條安全技術(shù)，特別是綠色低碳?xì)淠苤迫『蛻?yīng)用等方面加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)、平臺建設(shè)和人才培養(yǎng)。二是統(tǒng)籌全國氫能產(chǎn)業(yè)布局和氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，初期以工業(yè)副產(chǎn)氫就地消納和示范城市群建設(shè)，帶動產(chǎn)業(yè)示范起步，逐步推動構(gòu)建清潔化、低成本的多元制氫體系和高密度、低成本、多元化的氫能儲運(yùn)體系，以市場需求為導(dǎo)向推進(jìn)加氫網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)。三是有序推進(jìn)氫能多元化應(yīng)用，以交通領(lǐng)域為先行引領(lǐng)，逐步推動氫能在石化、冶金、水泥、電力和儲能等領(lǐng)域的應(yīng)用，探索形成商業(yè)化發(fā)展路徑。四是牢固樹立安全底線，建立健全氫能政策和制度保障體系，完善氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)安全監(jiān)管，保障氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

《規(guī)劃》突出強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新引領(lǐng)。氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，首先要解決核心技術(shù)關(guān)鍵裝備的自主可控和競爭力的有效提升問題。在制氫領(lǐng)域，我國目前以化石能源制氫為主。可再生能源制氫方面，堿性電解水制氫技術(shù)相對成熟，質(zhì)子交換膜、光解水制氫技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)還有較大差距。在儲運(yùn)氫方面，70兆帕高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和管道輸氫、有機(jī)液體化合物儲氫、金屬儲氫等適應(yīng)大規(guī)模氫能應(yīng)用的儲運(yùn)技術(shù)需要持續(xù)攻關(guān)。因此，《規(guī)劃》把創(chuàng)新擺在了更加突出的位置，要求準(zhǔn)確把握氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展方向，聚焦短板弱項，突破氫能制備、儲存、輸運(yùn)、應(yīng)用全鏈條關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)核心零部件以及關(guān)鍵裝備國產(chǎn)化。

《規(guī)劃》反復(fù)強(qiáng)調(diào)安全為先。氫能作為一個新的能源品類，與現(xiàn)有的能量載體(汽油、煤油、柴油、天然氣、電力、煤炭)相比，公眾認(rèn)識度低，對其安全的擔(dān)憂一直存在。對氫能產(chǎn)業(yè)而言，自身具有較高的安全風(fēng)險，加上現(xiàn)階段我國產(chǎn)業(yè)相關(guān)主體在氫安全方面的專業(yè)能力和管控水平還存在很多不足，一定要把安全作為發(fā)展的基線、底線、生命線。否則，一旦發(fā)生重大事故，對整個行業(yè)將帶來災(zāi)難性、顛覆性的影響。氫氣在制取、儲存、運(yùn)輸、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)對安全都有較高要求，需要加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)、材料研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)建設(shè)，通過技術(shù)提升和法規(guī)約束保障安全。因此，《規(guī)劃》要求加強(qiáng)對氫能全鏈條安全監(jiān)管，堅守安全底線，落實安全生產(chǎn)責(zé)任制，確保氫能利用安全可控。

《規(guī)劃》重點強(qiáng)調(diào)穩(wěn)慎發(fā)展。從大概念長周期而言，氫能的前景可期、前途光明。同時，未來也還有很多未知風(fēng)險與不確定性?，F(xiàn)階段氫能發(fā)展還面臨眾多挑戰(zhàn)，目前在技術(shù)產(chǎn)品、商業(yè)模式、政策制度、監(jiān)督管理等方面還存在諸多問題，需要在發(fā)展中認(rèn)識、實踐、總結(jié)、提高。氫能的制、儲、輸、用各環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)是否會有更大的突破，氫能成本能否在技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的驅(qū)動下大幅降低，氫能的應(yīng)用場景是否會實現(xiàn)多元化規(guī)模化發(fā)展，氫能在終端能源中的比重最終能占據(jù)多少，都需要在實踐中去探索路徑。因此，《規(guī)劃》明確了穩(wěn)慎應(yīng)用、示范先行的原則，并在確定發(fā)展目標(biāo)時堅持審慎務(wù)實的態(tài)度，三階段三步走的安排體現(xiàn)了對節(jié)奏把控的高度重視。

《規(guī)劃》特別強(qiáng)調(diào)氫能對綠色低碳的價值貢獻(xiàn)。在戰(zhàn)略定位中，明確氫能是未來國家能源體系的重要組成部分和用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。在目標(biāo)設(shè)定和規(guī)劃部署中，強(qiáng)調(diào)可再生能源制氫的科技攻關(guān)，推動構(gòu)建清潔化、低碳化的多元制氫體系，不斷擴(kuò)大氫能的綠色供應(yīng)，推動在高耗能、高排放、難脫碳行業(yè)的應(yīng)用，不斷提升可再生能源制氫在終端能源消費(fèi)中的比重?！兑?guī)劃》指出要探索培育“風(fēng)光發(fā)電+氫儲能”一體化應(yīng)用新模式，打通“電—氫—電”綠色電力閉環(huán)，探索推廣綠氫在電力和儲能領(lǐng)域的多元化應(yīng)用。需要說明的是，《規(guī)劃》在強(qiáng)調(diào)氫能遠(yuǎn)期綠色低碳方向的同時，也明確在近中期優(yōu)先就近利用工業(yè)副產(chǎn)氫等低成本氫能，滿足產(chǎn)業(yè)化初期的供氫需求。

突出科技創(chuàng)新 實現(xiàn)電—氫業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展

文/趙秦峰 中國石油石油化工研究院氫能研究所所長

氫能是一種來源豐富、清潔低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，對減少二氧化碳等溫室氣體排放、實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》(簡稱《規(guī)劃》)，對我國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

在能源供給端，明確了氫能在未來能源體系中的重要地位。“雙碳”背景下，建立清潔低碳、安全高效的新一代能源體系是新一輪能源革命的核心目標(biāo)。我國新一代能源系統(tǒng)是以電力為中心，以電網(wǎng)為主干和平臺，各種一次、二次能源的生產(chǎn)、傳輸、交易、使用、存儲和轉(zhuǎn)換裝置及它們的信息、通信、控制和保護(hù)裝置直接或間接連接的網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)技術(shù)涵蓋了包括氫能與燃料電池技術(shù)在內(nèi)的先進(jìn)可再生能源發(fā)電及綜合利用、高比例可再生能源友好并網(wǎng)、新一代電網(wǎng)、新型儲能、多能互補(bǔ)與供需互動等技術(shù)。

氫能具有清潔低碳的能源屬性，其能量密度高，比電更容易大規(guī)模、長周期存儲，且可實現(xiàn)電氫間的靈活轉(zhuǎn)化，被定位為可再生能源規(guī)模化高效利用的重要載體，通過“風(fēng)光氫儲”一體化融合發(fā)展，為可再生能源規(guī)?；{提供了有效解決方案，可支撐新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)建設(shè);通過燃料電池?zé)犭娐?lián)供等氫能利用技術(shù)的開發(fā)使用，可實現(xiàn)氫能—電能—熱能深度融合發(fā)展。

在能源消費(fèi)端，充分發(fā)揮氫能清潔低碳的特點，推動交通、工業(yè)等用能終端和高耗能、高排放行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。交通領(lǐng)域占我國終端碳排放的15%左右，氫燃料電池汽車將取代部分柴油車在中重型和長途交通領(lǐng)域發(fā)揮深度脫碳作用，逐步建立燃料電池電動汽車與鋰電池純電動汽車的互補(bǔ)發(fā)展模式。

氫氣是重要的工業(yè)原料。如采用可再生能源制綠氫，將在合成氨、甲醇、煉化等行業(yè)具有極大的清潔替代應(yīng)用場景。以合成氨為例，2020年全國產(chǎn)量約5000萬噸，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)1噸氨排放二氧化碳近2噸，若全部實施綠氫合成氨每年可減排二氧化碳近1億噸。因此，必須從氫氣生產(chǎn)源頭上加強(qiáng)管控，嚴(yán)格限制化石能源制氫、鼓勵發(fā)展可再生能源制氫。

在產(chǎn)業(yè)端，《規(guī)劃》將創(chuàng)新擺在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心位置，聚焦氫的制備、儲存、輸運(yùn)、應(yīng)用全鏈條，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，提升裝備自主可控能力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈深入融合發(fā)展。在氫氣制備技術(shù)方面，質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫技術(shù)具有啟停響應(yīng)快、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬的優(yōu)勢，適合可再生能源發(fā)電的不連續(xù)性和波動性，將進(jìn)入快速發(fā)展階段。而我國PEM電解水制氫技術(shù)成本高、壽命缺乏系統(tǒng)驗證。“十四五”期間，將集中攻關(guān)高效低成本MW級PEM電解水制氫系統(tǒng)，通過開展規(guī)?；目稍偕茉粗茪涫痉叮瑢崿F(xiàn)技術(shù)的迭代進(jìn)步。

在氫氣儲運(yùn)技術(shù)方面，我國將集中攻關(guān)突破50兆帕氣態(tài)運(yùn)輸用氫氣瓶技術(shù)，通過將國內(nèi)20兆帕運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)提高到歐美國家常見的50兆帕，單車次氫氣運(yùn)輸量預(yù)計提高3倍，成本有望下降一半。另外，開展氫氣長距離管輸、低溫液氫、固態(tài)儲運(yùn)等技術(shù)研究示范，構(gòu)建多元化氫能儲運(yùn)體系。

隨著氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，35兆帕儲氫瓶已逐漸不能滿足車輛對儲氫量的需求，70兆帕氫氣儲運(yùn)、加注成為國內(nèi)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須突破的環(huán)節(jié)。在氫氣加注關(guān)鍵技術(shù)方面，“十四五”期間我國將集中攻關(guān)研制低預(yù)冷能耗、滿足國際加氫協(xié)議的70兆帕加氫機(jī)和高可靠性、低能耗的90兆帕壓縮機(jī)等關(guān)鍵裝備，建成加氫站示范工程。

在燃料電池技術(shù)方面，我國開展了高性能、長壽命質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)電堆重載集成、結(jié)構(gòu)設(shè)計、精密制造關(guān)鍵技術(shù)研究，突破固體氧化物燃料電池(SOFC)系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計技術(shù)及運(yùn)行特性與負(fù)荷響應(yīng)規(guī)律，開展百千瓦級及以上多場景下燃料電池固定式發(fā)電及分布式供能示范應(yīng)用。

在氫安全防控及氫氣品質(zhì)保障技術(shù)方面，還需要開展臨氫環(huán)境下臨氫材料和零部件氫泄漏檢測及危險性試驗研究，研發(fā)氫氣燃燒事故防控與應(yīng)急處置技術(shù)裝備;開展工業(yè)副產(chǎn)氫純化關(guān)鍵技術(shù)研究。

依托龍頭企業(yè)整合行業(yè)創(chuàng)新資源，在化工、材料、電控、機(jī)械、熱工等多學(xué)科人才隊伍的緊密配合下，通過上述氫能核心技術(shù)、關(guān)鍵材料、裝備的集中突破，打造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新增長點，為我國經(jīng)濟(jì)注入新動能。

“風(fēng)光氫儲”一體化模式下的電—氫業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展，是能源企業(yè)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的理性選擇。“風(fēng)光發(fā)電+綠氫制備+交通/工業(yè)領(lǐng)域替代”構(gòu)成了“風(fēng)光氫儲”一體化模式的核心單元，可再生能源電解水制綠氫不僅可規(guī)?；{不穩(wěn)定性、時空不均勻性的風(fēng)光電力，支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)，同時也能為煉化企業(yè)的主力用氫場景(油品加氫、合成氨、甲醇)提供綠氫，并以綠氫為基礎(chǔ)重塑煉化業(yè)務(wù)傳統(tǒng)產(chǎn)品鏈、服務(wù)鏈和價值鏈，逐步推動煉化企業(yè)在氫能生產(chǎn)端和應(yīng)用端的技術(shù)進(jìn)步，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。