能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)保障，當(dāng)今世界各國都十分重視能源安全戰(zhàn)略。當(dāng)前，我國正處于實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵時期，迫切需要擁有一個穩(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，已被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉矗覈仨殢膰H視野出發(fā)，深入分析氫能發(fā)展情況，走出一條適合我國國情的氫能發(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、儲氫、運氫到應(yīng)用。

　　發(fā)展氫能具有重要的意義。一是應(yīng)對氣候變化的需要。由于使用化石能源會帶來大量二氧化碳排放，形成溫室效應(yīng)，對地球生態(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為是實現(xiàn)碳中和的最佳載體。二是促進產(chǎn)業(yè)升級的需要。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、國防軍工等諸多高端制造領(lǐng)域，能有效帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級并催生新產(chǎn)業(yè)鏈。當(dāng)前在世界經(jīng)濟低迷，缺乏強有力帶動產(chǎn)業(yè)的情況下，許多國家把氫能作為未來產(chǎn)業(yè)進行規(guī)劃和發(fā)展，以期推動本國或本地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。三是推動科技革命的需要。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、儲存、運輸、燃料電池的研發(fā)等，需要科技的重大突破和進展，這會極大地促進帶動基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)材料等領(lǐng)域的發(fā)展。

　　國際氫能委員會近期發(fā)布報告顯示，預(yù)計到2030年，全球氫能領(lǐng)域投資總額將達到5000億美元。世界能源理事會預(yù)計，到2050年氫能在全球終端能源消費量中的占比可高達25%。國際能源署預(yù)測，到2070年全球?qū)錃獾男枨髮⑦_到5.2億噸。根據(jù)2017年麥肯錫研究公布的《2050年氫發(fā)展藍圖》，氫能將創(chuàng)造3000萬個工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，創(chuàng)造2.5萬億美元的市場價值。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

　　鑒于氫能的特點和對經(jīng)濟社會發(fā)展的重要意義，許多國家把氫能發(fā)展上升到國家能源戰(zhàn)略的高度來布署，我國許多省(市)也制訂相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，大力推進氫能發(fā)展。

　　(一)世界主要發(fā)達國家的氫能發(fā)展戰(zhàn)略

　　根據(jù)國際氫能理事會發(fā)布的《全球氫能觀察2021》，截至2021年2月，全球已有30多個國家發(fā)布氫能路線圖，許多經(jīng)濟體已將發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)上升為國家能源發(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)量分別達到80萬輛、1200輛、10000輛;計劃到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，韓國發(fā)布《氫能經(jīng)濟發(fā)展路線圖》，提出要在2030年進入氫能社會，2040年累計生產(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)濟打造成拉動創(chuàng)新增長的重要動力，引領(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)量擴大至15GW。

　　2019年11月，美國燃料電池和氫能協(xié)會發(fā)布《美國氫能經(jīng)濟路線圖——減排及驅(qū)動氫能在全美實現(xiàn)增長》，預(yù)測2030年氫需求量將突破1700萬噸，在美國道路上將有530萬輛氫燃料電池汽車行駛，全美將有5600個加氫站;2050年氫能有望滿足美國終端能源需求的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、57項聯(lián)合行動，旨在將澳大利亞打造成向亞洲市場出口氫能的三大基地之一，同時在氫安全、氫經(jīng)濟以及氫認證方面走在全球前列，到2050年氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造1.7萬個工作崗位，產(chǎn)值達到260億美元。

　　2020年6月，德國公布《國家氫能戰(zhàn)略》，預(yù)計到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項措施。

　　2020年7月，歐盟發(fā)布《歐盟氫能源戰(zhàn)略》，計劃到2050年將氫能在能源結(jié)構(gòu)中的占比提高到12%～14%，加大對制氫、儲氫、運氫的全產(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)略針對加拿大氫能發(fā)展提出8個方面的32項行動。計劃到2050年實現(xiàn)如下目標：(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，國內(nèi)供應(yīng)量超過2000萬噸/年;(3)建立低碳氫供應(yīng)基地，交貨價格達到1.50～3.50加元/公斤;(4)超過500萬輛燃料電池汽車投運;(5)建立全國加氫網(wǎng)絡(luò)。

　　2021年6月，美國宣布“氫能源地球計劃”，提出在10年內(nèi)實現(xiàn)綠氫成本降低80%的目標，由目前每千克5美元降至1美元，美國能源部宣布撥款5250萬美元資助31個氫能相關(guān)項目。

　　國際氫能委員會近期發(fā)布的報告顯示，自2021年2月以來，全球范圍內(nèi)啟動了131個大型氫能開發(fā)項目。總之，越來越多的國家將氫能規(guī)劃上升到國家能源戰(zhàn)略高度，逐步明確氫能在國家能源體系中的戰(zhàn)略地位，通過加強頂層發(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)推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　(二)我國各地氫能發(fā)展戰(zhàn)略

　　《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出，在類腦智能、量子信息、基因技術(shù)、未來網(wǎng)絡(luò)、深海空天開發(fā)、氫能與儲能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計劃，謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)。氫能成為我國布局未來產(chǎn)業(yè)的重要方向，各省(市)出臺相關(guān)政策，制定實施方案。截至2021年8月底，我國已發(fā)布氫能發(fā)展相關(guān)政策方案的省份及直轄市共有近30個，其中，出臺專項氫能整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的共有5省。

　　《北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案(2021—2025年)》提出，2025年前京津冀區(qū)域累計實現(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、氫能全場景示范應(yīng)用工、氫能產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)平臺建設(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)值達到500億元，基本掌握高效低成本的氫氣制取、儲運、加注和燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)，累計建成100座加氫站，燃料電池汽車規(guī)模達到1萬輛。重點建設(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個氫能項目，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)、氫氣制儲運加技術(shù)實現(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6000輛，培育國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)25家等，布署提升創(chuàng)新能力、強化氫能合作、加大示范應(yīng)用等重點任務(wù)。

　　《山東省氫能產(chǎn)業(yè)中長期發(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，綜合指標達到世界先進水平，在氫能領(lǐng)域形成創(chuàng)新引領(lǐng)優(yōu)勢，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)促進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策(試行)》提出，綠氫制取能力達到50萬噸/年，氫能產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值力爭達到1000億元，布署推動制氫產(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)用等重點任務(wù)。

　　此外，廣東、重慶、浙江、河南出臺了氫燃料汽車細分領(lǐng)域?qū)ｍ椪撸渌蠖鄶?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、我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈運營實踐

　　(一)制氫

　　制氫有3種技術(shù)路線:灰氫(化石能源制氫)、藍氫(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下，預(yù)計制氫將從“灰氫”逐步向“藍氫”“綠氫”過渡。

　　1、化石燃料制氫

　　我國煤制氫的主要企業(yè)有中國石化、國家能源集團、江蘇恒力集團以及山東利津石化。其中產(chǎn)量最大的為國家能源集團，目前年產(chǎn)超過400萬噸氫氣，居世界首位，而中國石化產(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/標準立方米，而我國天然氣較依賴進口，因此天然氣制氫成本較高，約0.8～1.75元/標準立方米。

　　2、工業(yè)副產(chǎn)制氫

　　氯堿行業(yè)的鴻興達業(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2.5萬噸/年。嘉化能源可實現(xiàn)氯堿副產(chǎn)氫1萬噸，同時其產(chǎn)業(yè)鏈可實現(xiàn)制、儲、運、加氫全覆蓋。目前，我國焦爐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)氫氣可達到5、9萬噸/年。丙烷脫氫(PDH)方面，國內(nèi)PDH項目計劃至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建成后達到7.5萬噸。目前采用PSA技術(shù)的焦爐煤氣制氫、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/標準立方米，計入PSA成本后綜合成本約1.2～1.8元/標準立方米，而焦爐煤氣提純制氫綜合成本約0.83～1.33元/標準立方米。

　　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，有蘇州競立、揚州中點、天津大陸制氫等公司，單臺最大產(chǎn)氣量為1000標準立方米/小時，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，目前國內(nèi)單臺最大產(chǎn)氣量為蘇州國能圣源的設(shè)備，產(chǎn)量為500標準立方米/小時。我國PEM總體規(guī)模與國外仍有差距。固體氧化物水電解槽(SOEC)技術(shù)的研發(fā)國內(nèi)外都在進行，主要研發(fā)機構(gòu)包括日本三菱重工、東芝、京瓷;美國Idaho國家實驗室、BloomEnergy公司;丹麥托普索燃料電池公司;韓國能源研究所;中國科學(xué)院、清華大學(xué)、中國科技大學(xué)等。電解水制氫不僅受制于技術(shù)，還受制于電價，據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告預(yù)測，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·小時和0.25元/千瓦·小時，電解水制氫的經(jīng)濟性也會隨之提升。

　　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)國內(nèi)外都在加快研發(fā)進度。

　　(二)氫氣儲運

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

　　1、儲氫

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

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

　　我國低溫液氫存儲方面相比國外較為落后。鴻達興業(yè)在內(nèi)蒙古自治區(qū)投資的國內(nèi)首個民用液氫生產(chǎn)項目于2020年4月順利產(chǎn)出液氫，這標志著我國液氫生產(chǎn)成本開始降低。有機液體儲氫應(yīng)用有機液體(環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷等)與氫氣進行可逆加氫和脫氫反應(yīng)的原理，實現(xiàn)氫的儲存。武漢氫陽是國內(nèi)目前唯一一家從事有機液態(tài)儲氫的公司，其開發(fā)的常溫常壓下液態(tài)有機儲氫(LOHC)技術(shù)攻克了氫氣常溫常壓下液態(tài)儲存和運輸?shù)碾y題，具有脫氫溫度低、儲氫可逆及載體無消耗的優(yōu)勢。

　　固態(tài)儲氫方式利用某些金屬較強的捕捉氫氣的能力，實現(xiàn)氫的儲存。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，而再次對其加熱便能將吸收的氫氣釋放。常用的儲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。國內(nèi)固態(tài)合金儲氫還在研發(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)，鎂基材料的鎂源動力、鎂格氫動。

　　2、運氫

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

　　管道運輸氫氣的方式是成本最低的運輸方式，最適宜大規(guī)模、長距離的氫氣運輸，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度增加而降低，管道長度從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)運輸距離達到300公里以上時，單位成本降至0.5元/公斤·百公里。國內(nèi)已有少量的氫氣運輸管道，如中國石化濟源—洛陽輸氫管道全長25公里，巴陵—長嶺輸氫管道全長42公里，年輸氣量分別為4.42萬噸和10.04萬噸。

　　對3種運氫方式的單位成本進行對比發(fā)現(xiàn)，管道運輸是單位成本最低的方式，而運輸距離在300公里內(nèi)，高壓氣氫管束車運輸單位成本較低，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)用端的擴張，氫能需求增大，長距離供氫管網(wǎng)和液氫海上船舶運輸均為未來發(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。目前國內(nèi)加氫站保有數(shù)量較國外存在些許差距，且國內(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。但國外，如美國，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。國內(nèi)從事加氫站建設(shè)的企業(yè)主要有舜華新能源、國富氫能、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，能量轉(zhuǎn)換效率不受到卡諾循環(huán)的限制，可達到40%～60%，且具有震動小、無噪聲、無污染等優(yōu)點。氫燃料電池應(yīng)用范圍廣泛，小至便攜式電源、可移動電源，大到氫燃料電池動力船舶、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)域是小型無人機和氫燃料電池汽車，在船舶應(yīng)用上還沒有達到成熟階段，多個國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。目前國內(nèi)電堆供應(yīng)商主要有捷氫、新源動力、廣東國鴻、濰柴動力等。捷氫于2020年發(fā)布的金屬板電堆，功率密度達3.8千瓦/升，實現(xiàn)雙極板和膜電極100%自主化與國產(chǎn)化、-30℃低溫啟動和6000小時耐久測試。大同氫雄研發(fā)的130千瓦大功率燃料電池發(fā)動機已經(jīng)進入量產(chǎn)。

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

　　2020年，氫能在我國多元化應(yīng)用示范取得積極進展。在工業(yè)領(lǐng)域，全球最大規(guī)模的太陽能電解水制氫儲能及綜合應(yīng)用示范項目在寧夏寧東能源化工基地開工，該項目是我國煤制烯烴行業(yè)首個引入綠氫的項目;同年11月，特諾恩與河鋼集團簽訂合同，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首張燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)認證，并于當(dāng)年10月將產(chǎn)品出口到歐洲市場;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)合實驗室平臺。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、我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)水平及與世界的差距

　　雖然我國氫能發(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水平還有較大差距。

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

　　燃料電池系統(tǒng)、電堆、壓縮機等已基本實現(xiàn)國產(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、氣體擴散層等正在小批量驗證，車載氫系統(tǒng)的高端碳纖維及部分管件取得了突破性進展。但燃料電池催化劑、隔膜、碳紙、空壓機、氫氣循環(huán)泵等主要依賴進口;高活性催化劑、高強度高質(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國外商業(yè)化產(chǎn)品水平，但多停留于實驗室和樣品階段;燃料電池電堆及系統(tǒng)在全工況下的性能驗證有待提高，可靠性、耐久性等與國際先進水平相比存在差距。氦制冷循環(huán)設(shè)備雖已掌握核心技術(shù)，但尚未達到量產(chǎn)水平;氫氣品質(zhì)檢測和氫氣泄漏等重要測試裝備欠缺，權(quán)威檢測認證機構(gòu)尚未形成。

　　當(dāng)前中國氫能車輛構(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、促進我國氫能發(fā)展的對策建議

　　國際氫能委員會聯(lián)合主席伯努瓦·波捷表示，氫能已成為許多經(jīng)濟體碳中和投資計劃的核心要素。國際氫能委員報告顯示，自2021年2月以來，全球范圍內(nèi)啟動了131個大型氫能開發(fā)項目;預(yù)計到2030年，全球氫能領(lǐng)域投資總額將達到5000億美元。

　　世界許多公司都加大對氫能產(chǎn)業(yè)的投資。航運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;荷蘭皇家殼牌集團在德國投資約2000萬歐元用于10兆瓦的綠氫電解槽項目;韓國現(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)施擴建;沙特NEOM新城投資50億美元用于綠氫制造項目。

　　2020年我國氫能產(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，截至2020年10月，國務(wù)院國資委監(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)中國第一大氫能公司，大量布局建設(shè)供氫中心和加氫站等;國家電投集團布局可再生能源制氫及燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā);國家能源集團布局從氫到加氫站的氫能利用全產(chǎn)業(yè)鏈;中車集團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

　　我國已出臺多個文件促進氫能發(fā)展。2020年6月，國家市場監(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試評價方法》、GB/T28816-2020《燃料電池術(shù)語》和GB/T38954-2020《無人機用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)》3項燃料電池國家標準。中國氫能聯(lián)盟還發(fā)布了全球首個“綠氫”團體標準，采用生命周期評價方法建立了低碳氫、清潔氫和可再生氫的量化標準及評價體系。然而，與發(fā)達國家相比，我國缺乏氫能發(fā)展的整體頂層設(shè)計，以及戰(zhàn)略規(guī)劃、專項規(guī)劃和政策體系。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間表、路線圖、施工圖尚待明確，氫氣仍被納入危化品進行管理，加氫站審批難度較大，對氫能產(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、產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的發(fā)展重點，構(gòu)建促進氫能產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的體制機制。

　　(二)完善政策體系

　　一是加強制度創(chuàng)新供給，在項目基礎(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，為企業(yè)與機構(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)標準體系，建立氫能產(chǎn)品檢驗監(jiān)測和認證體系;堅持安全發(fā)展理念，明確監(jiān)管主體，完善氫能發(fā)展監(jiān)管體系。四是加強金融服務(wù)保障，加大金融業(yè)對氫能產(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。五是推動國際技術(shù)合作，融入國際氫能社區(qū)，借鑒國際氫能經(jīng)濟發(fā)展最佳實踐。

　　(三)加大技術(shù)攻關(guān)

　　我國燃料電池的關(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口;關(guān)鍵組件制備工藝急需提升，膜電極、雙極板、壓縮機、氫循環(huán)泵等與國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”，也是機遇。要扎實做好基礎(chǔ)研究，設(shè)立氫能源與燃料電池重大專項，建立持續(xù)性研發(fā)支持保障機制。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家實驗室。對于企業(yè)在品種、規(guī)格或技術(shù)參數(shù)等有重大突破、具有自主知識產(chǎn)權(quán)但尚未取得市場業(yè)績的首臺(套)或首批次的裝備、系統(tǒng)和核心部件，給予研發(fā)激勵等相關(guān)措施。推動高校設(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)工人隊伍。支持民營企業(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、分布式能源儲能、航空和船舶運輸?shù)阮I(lǐng)域應(yīng)有更大作為。

　　氫能飛機、氫能船舶作為新能源交運設(shè)備，在技術(shù)與市場兩方面對我國而言都是較大的機遇，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)，并逐步實現(xiàn)氫能社會的構(gòu)建。德國已開發(fā)運行十多個氫儲能示范項目，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)用場景。

　　(五)防止盲目投資

　　2020年，全國共有超過30個地方政府發(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，大量項目密集上馬。氫燃料汽車行業(yè)當(dāng)前仍處于起步的初級階段，推廣主要依賴政府采購和補貼，推廣1000輛氫燃料汽車需高達30億～40億元的資金投入，這需要政府較為富余的財力。另外，我國氫燃料汽車產(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)鍵材料尚未國產(chǎn)化。跟風(fēng)上馬氫能及燃料電池項目，重復(fù)、低效投資將引發(fā)同質(zhì)化企業(yè)的惡性競爭。

　　實現(xiàn)2030年碳達峰與2060年碳中和的目標，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)展有利于實現(xiàn)我國能源轉(zhuǎn)型，有利于形成我國新經(jīng)濟增長點，有利于實現(xiàn)我國綠色發(fā)展目標，為此，要加快發(fā)展、科學(xué)發(fā)展。