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全球氫能發(fā)展態(tài)勢(shì)及我國(guó)的戰(zhàn)略選擇

中國(guó)國(guó)際工程咨詢有限公司

氫能戰(zhàn)略研究課題組

摘要：氫能作為一種清潔、低碳、高效的綠色能源，正在成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。本文分析了氫能發(fā)展的起源以及當(dāng)前世界主要國(guó)家氫能發(fā)展的動(dòng)向，并從新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的視角，分析了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史性契機(jī)，在此基礎(chǔ)上，分析我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)以及存在的問(wèn)題。本文認(rèn)為，雖然我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，但可堅(jiān)持“戰(zhàn)略引領(lǐng)、揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短、協(xié)同推進(jìn)”的原則，依托龐大的能源體系和完整的工業(yè)體系兩大優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)齊科技短板，把握好發(fā)展步伐，促進(jìn)上下游協(xié)同發(fā)展，在世界氫能產(chǎn)業(yè)和科技競(jìng)爭(zhēng)格局中贏得主動(dòng)。

關(guān)鍵詞：氫能；科技革命；碳中和

一、氫能有望在綠色低碳能源體系中發(fā)揮重要作用

（一）氫能被譽(yù)為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?/strong>

氫是宇宙中最常見的元素，主要以化合物的形態(tài)存在，通常的單質(zhì)形態(tài)是氫氣（H2），一般可通過(guò)一定反應(yīng)從水、化石燃料等含氫物質(zhì)中制取，是重要的工業(yè)原料和能源載體。16世紀(jì)，瑞士醫(yī)學(xué)界首次發(fā)現(xiàn)氫氣，早期主要應(yīng)用于醫(yī)藥化工領(lǐng)域，氫氣作為能源則起源于第二次世界大戰(zhàn)之后的航天領(lǐng)域。氫能是指氫在物理與化學(xué)變化過(guò)程中釋放的能量，作為一種能源載體,相對(duì)于其他能源而言,氫能具有來(lái)源豐富、質(zhì)量輕、能量密度高、綠色低碳、儲(chǔ)存方式與利用形式多樣等特點(diǎn),其作為電能最有效的補(bǔ)充，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(wèn)題的永久性系統(tǒng)（Sherif et al.，2005）。對(duì)于目前規(guī)?；瘧?yīng)用的能源而言，只有石油可以同時(shí)用作熱、電和交通工具燃料（IEA，2019）。而在未來(lái)，氫氣將和石油一樣，可同時(shí)被用作供熱、發(fā)電和交通工具燃料，并且綠色低碳。因此，氫能發(fā)展越來(lái)越受到各界的重視，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?, 是未來(lái)人類能源發(fā)展的重要方向。

（二）氫能產(chǎn)業(yè)將成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力

1.加快推動(dòng)新一輪科技革命

能源科技革命是歷次工業(yè)革命的核心要素，極大地促進(jìn)了人類社會(huì)的發(fā)展。以蒸汽機(jī)為代表的科技革命推動(dòng)了第一次工業(yè)革命,電力的發(fā)展和應(yīng)用推動(dòng)了第二次工業(yè)革命,原子能、電子計(jì)算機(jī)等科技的突破標(biāo)志著第三次科技革命的到來(lái),目前以新能源技術(shù)、智能技術(shù)為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命正在演化。隨著科技的不斷發(fā)展，氫能及氫燃料電池技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用和發(fā)展。作為氫能應(yīng)用的核心技術(shù)，燃料電池的原理研究起步于1839年。20世紀(jì)60年代，堿性燃料電池（AFC）作為電源在美國(guó)的登月飛船、航天飛機(jī)中得到應(yīng)用；1983 年，加拿大國(guó)防部資助巴拉德公司研發(fā)質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），1993年首批PEMFC大功率電池成功應(yīng)用于公交車，引起發(fā)達(dá)國(guó)家和各大公司高度重視，并投巨資發(fā)展這一技術(shù)。氫能產(chǎn)業(yè)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，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，是能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革的重要領(lǐng)域。

2.促進(jìn)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造

氫能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，涉及氫氣“制、儲(chǔ)、運(yùn)、用”等環(huán)節(jié)。以關(guān)鍵材料質(zhì)子交換膜為例，要提高氫能轉(zhuǎn)換的效率、降低成本、延長(zhǎng)壽命，必須有強(qiáng)大的精細(xì)化學(xué)工業(yè)作為基礎(chǔ)；75兆帕高壓、超低溫液態(tài)儲(chǔ)氫瓶則對(duì)鋼材的性能提出了極高的要求；氫要實(shí)現(xiàn)密閉儲(chǔ)存，對(duì)設(shè)備的精密度要求可以說(shuō)近乎苛刻，目前僅有德國(guó)等少數(shù)國(guó)家企業(yè)可以生產(chǎn)加氫槍等加注設(shè)備。氫能科技和產(chǎn)業(yè)每一個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展，都將極大帶動(dòng)基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)材料等領(lǐng)域的發(fā)展。                 

3.培育新興產(chǎn)業(yè)

氫能產(chǎn)業(yè)是一個(gè)規(guī)模龐大的體系，加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，將推動(dòng)制氫、儲(chǔ)運(yùn)、氫氣利用等上下游產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展（見圖1）。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，將帶動(dòng)能源架構(gòu)、產(chǎn)業(yè)鏈底層經(jīng)濟(jì)運(yùn)作模式的深刻變化，進(jìn)一步帶動(dòng)大規(guī)模的氫能產(chǎn)業(yè)投資。1972年，國(guó)際學(xué)者提出“氫能經(jīng)濟(jì)”的概念。2014年12月，豐田首輛燃料電池汽車Mirai下線，目前已累計(jì)銷售超11000輛。與此同時(shí)，韓國(guó)現(xiàn)代的Nexo燃料電池汽車售出也超過(guò)了10000輛。氫能及燃料電池汽車已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的初級(jí)階段，競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)從技術(shù)研發(fā)逐步轉(zhuǎn)向全產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)2017年麥肯錫研究公布的《2050年氫發(fā)展藍(lán)圖》研究，氫能將創(chuàng)造3千萬(wàn)個(gè)工作崗位，減少60億噸二氧化碳，創(chuàng)造2.5萬(wàn)億美元的市場(chǎng)價(jià)值。2019年,國(guó)際氫能委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍,預(yù)計(jì)到2030年全球燃料電池乘用車將達(dá)到1000萬(wàn)~1500萬(wàn)輛。

（三）碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入新的階段

1.氫能的特殊優(yōu)勢(shì)在于靈活高效，可有效解決可再生能源更好融入能源系統(tǒng)的瓶頸問(wèn)題。由于可再生能源具有波動(dòng)性、間歇性，每年大量的棄風(fēng)、棄光、棄水，不僅造成大量資源浪費(fèi)，而且制約了可再生能源行業(yè)自身可持續(xù)發(fā)展。如何讓規(guī)模龐大且持續(xù)增長(zhǎng)的可再生能源有效融入能源系統(tǒng)，成為一個(gè)長(zhǎng)期亟待解決的關(guān)健性問(wèn)題。氫能的突出優(yōu)勢(shì)在于轉(zhuǎn)換靈活和可大規(guī)模存儲(chǔ)。在碳達(dá)峰、碳中和背景下，氫能作為一種清潔能源，可在能源供給側(cè)和消費(fèi)側(cè)助力深度脫碳，是推動(dòng)電力綠色轉(zhuǎn)型的有效手段。在未來(lái)高比例可再生能源系統(tǒng)中，以“氫電協(xié)同”為核心，將電力和氫氣作為能源系統(tǒng)中的兩個(gè)重要轉(zhuǎn)化載體，根據(jù)特性需求將其他能源轉(zhuǎn)化為電力或者氫氣，并實(shí)現(xiàn)電力和氫氣之間的相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)多種能源之間互融互通，不僅可以提升我國(guó)能源體系的彈性，解決可再生能源大規(guī)模消納問(wèn)題，而且可以提升各類能源開發(fā)利用深度，進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，并從根本上提升能源安全自主保障水平。

2.氫資源來(lái)源廣泛，技術(shù)進(jìn)步將使大規(guī)?？稍偕茉粗茪渥兊迷絹?lái)越經(jīng)濟(jì)。氫氣按照制取來(lái)源可分為三種：一是從工業(yè)副產(chǎn)氣提取的氫氣；二是從煤或天然氣等化石燃料中制得的氫氣；三是通過(guò)可再生電力或核能來(lái)生產(chǎn)的氫氣。目前，化石能源制氫是氫氣的主要來(lái)源，成本相對(duì)較低，約合0.6元/立方米~1.2元/立方米；而可再生能源電解水制氫成本相對(duì)較高，約合3元/立方米~4元/立方米。低成本的工業(yè)副產(chǎn)氫可作為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步基礎(chǔ)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著可再生能源發(fā)電成本的下降以及電解水制氫效率的不斷提升，可再生能源制氫將變得越來(lái)越有競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)彭博新能源預(yù)測(cè)，可再生能源制氫成本將從2019年的2.5美元/公斤~6.8美元/公斤降至2030年的1.4美元/公斤~2.9美元/公斤（折合約0.87元/立方米~1.8元/立方米）。行業(yè)專家預(yù)計(jì)，在解決關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品的一致性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題之后，2025 年左右氫能產(chǎn)業(yè)有望進(jìn)入快速發(fā)展階段。

二、發(fā)達(dá)國(guó)家普遍將氫能作為推動(dòng)能源創(chuàng)新發(fā)展的重要方向

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)布了氫能路線圖（Hydrogen Concil,2021）。美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家將氫能規(guī)劃上升到國(guó)家能源戰(zhàn)略高度，逐步明確了氫能在國(guó)家能源體系中的戰(zhàn)略地位，并通過(guò)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。

（一）美國(guó)

1969年，氫動(dòng)力燃料電池系統(tǒng)為首次實(shí)現(xiàn)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。自1969年以來(lái)，美國(guó)一直是燃料電池和氫能技術(shù)的引領(lǐng)者。1995年，美國(guó)總統(tǒng)科技政策辦公室將氫燃料電池列為對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)家安全至關(guān)重要的27個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域之一。

2019年11月6日，美國(guó)燃料電池和氫能協(xié)會(huì)發(fā)布了《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)》，報(bào)告顯示，在過(guò)去十年里美國(guó)能源部為氫和燃料電池提供的資金從每年約1億美元到2.8億美元不等，報(bào)告預(yù)測(cè)2030年氫需求量將突破1700萬(wàn)噸，在美國(guó)道路上有530萬(wàn)輛氫燃料電池汽車，全美有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%。

（二）日本

在多年研發(fā)基礎(chǔ)上，日本近年提出構(gòu)建“氫能社會(huì)”，采取多種措施在引領(lǐng)氫燃料電池技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中取得先機(jī)。日本政府先后發(fā)布《日本復(fù)興戰(zhàn)略》《能源戰(zhàn)略計(jì)劃》《氫能源基本戰(zhàn)略》《氫能及燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，規(guī)劃實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)戰(zhàn)略的技術(shù)路線。2019年公布的《氫/燃料電池戰(zhàn)略路線圖》將未來(lái)一段時(shí)期的氫能及燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略分為三個(gè)階段：第一階段，從當(dāng)前到2025年，快速擴(kuò)大氫能使用范圍；第二階段，從2020年中期到2030年底，全面引入氫發(fā)電，建立大規(guī)模氫能供應(yīng)系統(tǒng)；第三階段，從2040年開始，建立零碳的供氫系統(tǒng)。日本氫能和燃料電池技術(shù)擁有專利數(shù)全球領(lǐng)先，已實(shí)現(xiàn)燃料電池車和家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)的大規(guī)模商業(yè)化推廣。

（三）歐洲

歐盟將氫能作為能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要保障。在能源戰(zhàn)略層面提出《2005歐洲氫能研發(fā)與示范戰(zhàn)略》《2020氣候和能源一攬子計(jì)劃》《2030氣候和能源政策框架》《2050低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》等文件，在能源轉(zhuǎn)型層面發(fā)布了《可再生能源指令》《新電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)指令和規(guī)范》等文件。歐盟燃料電池與氫聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目（FCH JU）對(duì)歐洲氫能及燃料電池的研發(fā)和推廣提供了大量的資金支持，2014— 2020 年預(yù)算總額為6.65億歐元（王賡等，2021）。在歐洲國(guó)家中，德國(guó)是較具代表性的國(guó)家，德國(guó)政府專門成立了國(guó)家氫能與燃料電池技術(shù)組織推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域工作，并在 2006 年啟動(dòng)了氫能和燃料電池技術(shù)國(guó)家創(chuàng)新計(jì)劃（NIP），2007— 2016年共投資14億歐元，資助了超過(guò)240家企業(yè)、50家科研和教育機(jī)構(gòu)以及公共部門；2017— 2019年開展第二階段的工作，計(jì)劃投資2.5億歐元。憑借FCU JU和NIP項(xiàng)目支持，德國(guó)確立了氫能及燃料電池領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，可再生能源制氫規(guī)模全球第一，燃料電池的供應(yīng)和制造規(guī)模全球第三。德國(guó)長(zhǎng)期致力于推廣可再生能源發(fā)電制氫技術(shù)（Power to Gas），通過(guò)氫氣連接電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)，并利用現(xiàn)有成熟的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施作為巨大的儲(chǔ)能設(shè)備（中國(guó)氫能聯(lián)盟，2020）。2021年5月，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)部和聯(lián)邦交通部宣布，將啟動(dòng)62個(gè)由國(guó)家資助的大型氫能項(xiàng)目，作為實(shí)施國(guó)家氫戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要措施，同時(shí)也是歐洲聯(lián)合氫能項(xiàng)目的一部分。

（四）韓國(guó)

韓國(guó)氫燃料電池汽車研發(fā)有數(shù)十年積累，目前已將“氫經(jīng)濟(jì)”列為三大創(chuàng)新增長(zhǎng)戰(zhàn)略之一。2008年以來(lái)，韓國(guó)政府持續(xù)加大對(duì)氫能技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣的扶持力度，先后投入3500億韓元實(shí)施“低碳綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略”“綠色氫城市示范”等項(xiàng)目，持續(xù)推進(jìn)氫能及燃料電池技術(shù)研發(fā)。2018年，韓國(guó)政府將氫能產(chǎn)業(yè)定為三大戰(zhàn)略投資領(lǐng)域之一，并在2019年初正式發(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(wàn)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?，引領(lǐng)全球氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2018年，韓國(guó)現(xiàn)代汽車正式發(fā)布第二代燃料電池車Nexo，電堆最大輸出功率達(dá)到95千瓦，續(xù)航里程達(dá)800千米。韓國(guó)完備的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施支持了燃料電池項(xiàng)目的迅速普及，包括世界上能量最密集、最大的燃料電池公園，并計(jì)劃2040年將燃料電池產(chǎn)量擴(kuò)大至15吉瓦。

三、我國(guó)氫能發(fā)展有較好基礎(chǔ)但要加強(qiáng)謀劃才能形成整體優(yōu)勢(shì)

（一）我國(guó)氫能發(fā)展現(xiàn)狀與基礎(chǔ)

1.政策體系日益完善

自“九五”時(shí)期以來(lái)，我國(guó)一直將燃料電池作為國(guó)家支持的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。近年來(lái)，氫能正逐漸被納入國(guó)家能源發(fā)展規(guī)劃。

《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014— 2020年）》（國(guó)辦發(fā)〔2014〕31號(hào)）明確將“氫能與燃料電池”作為能源科技創(chuàng)新戰(zhàn)略方向。財(cái)政部、科技部、工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于2016— 2020年新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策的通知》（財(cái)建〔2015〕134號(hào)），對(duì)于燃料電池汽車的財(cái)政補(bǔ)貼提高至20萬(wàn)元／輛，并提出2017— 2020年除燃料電池汽車外，其他車型補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)退坡?！赌茉醇夹g(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃2016— 2030年》《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》等國(guó)家級(jí)規(guī)劃，都將氫能發(fā)展與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，列為重點(diǎn)發(fā)展方向。地方政府和企業(yè)積極探索氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，出臺(tái)了不少支持政策，初步形成制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的完整產(chǎn)業(yè)鏈（見表1）。氫能產(chǎn)業(yè)布局由珠三角、長(zhǎng)三角、京津冀等先發(fā)區(qū)逐步向環(huán)渤海、大中原、華北、西北及東北區(qū)域擴(kuò)展。

2.氫氣資源潛力巨大

一方面，在我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段，充足且價(jià)格較低的工業(yè)副產(chǎn)氫可成為支撐氫能產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。2019年，我國(guó)副產(chǎn)氫的商用剩余量約為80萬(wàn)噸/年，按每輛車年行駛2萬(wàn)公里計(jì)算，可為400萬(wàn)輛氫燃料電池車提供1年燃料使用量。另有198萬(wàn)噸/年的潛在專業(yè)制氫產(chǎn)能可做后續(xù)氫源供應(yīng)。另一方面，我國(guó)可再生能源規(guī)模領(lǐng)先全球，風(fēng)電和光伏裝機(jī)分別達(dá)到2億千瓦，合計(jì)約占全球的40%。但由于可再生能源具有波動(dòng)性、間歇性，每年棄風(fēng)、棄光、棄水規(guī)模數(shù)百億度電，如果將這些可再生能源用來(lái)電解制氫，則可以制備上百萬(wàn)噸氫氣，將不能儲(chǔ)存的電制成氫儲(chǔ)存起來(lái)應(yīng)用，對(duì)電站穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益、延長(zhǎng)發(fā)電設(shè)備壽命、充分利用可再生資源有重大意義。

3.相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速

第一，燃料電池技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)燃料電池技術(shù)發(fā)展迅速，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件國(guó)產(chǎn)化率不斷提高。在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)逐步具備量產(chǎn)能力，有望降低對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴；在催化劑領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)催化劑尚不能替代進(jìn)口產(chǎn)品，但是近幾年我國(guó)在科研領(lǐng)域取得重大進(jìn)展；在膜電極領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)建成投產(chǎn)工業(yè)化的膜電極生產(chǎn)線；在空壓機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)目前有十多家企業(yè)開發(fā)了空壓機(jī)產(chǎn)品。第二，電解水制氫方面，電解水制氫技術(shù)主要有堿性水電解槽（AE）、質(zhì)子交換膜水電解槽（PEM）和固體氧化物水電解槽（SOE）。其中，堿性水電解槽技術(shù)最為成熟，生產(chǎn)成本較低，國(guó)內(nèi)單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為1000立方米/小時(shí)；質(zhì)子交換膜水電解槽流程簡(jiǎn)單，能效較高，國(guó)內(nèi)單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為50立方米/小時(shí)，但因使用貴金屬電催化劑等材料，成本偏高；固體氧化物水電解槽采用水蒸氣電解，高溫環(huán)境下工作，能效最高，但尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段（中國(guó)氫能聯(lián)盟，2020）。第三，儲(chǔ)氫技術(shù)方面，氫的儲(chǔ)存主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固體儲(chǔ)氫三種方式。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫已得到廣泛應(yīng)用，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫尚處于示范階段。

4.產(chǎn)業(yè)規(guī)劃不斷擴(kuò)大

我國(guó)燃料電池汽車已進(jìn)入商業(yè)化初期，截至2020年底，我國(guó)燃料電池汽車保有量7352輛。加氫基礎(chǔ)設(shè)施是氫能利用和發(fā)展的中樞環(huán)節(jié)，是為燃料電池車充裝燃料的專門場(chǎng)所。不同來(lái)源的氫氣經(jīng)氫氣壓縮機(jī)增壓后，儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)罐內(nèi)，再通過(guò)氫氣加注機(jī)為氫燃料電池車加注氫氣。在商業(yè)運(yùn)行模式下，乘用車氫氣加注時(shí)間一般控制在3~5分鐘。截至2020年底，全球加氫站約為544座，我國(guó)建成加氫站128座。同時(shí)，中石油、中石化、國(guó)家能源集團(tuán)等二十余家大型央企紛紛布局發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。

（二）氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問(wèn)題

1.氫能在我國(guó)能源戰(zhàn)略中的定位有待明確

雖然我國(guó)從戰(zhàn)略層面肯定氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但還缺乏整體頂層設(shè)計(jì)與戰(zhàn)略規(guī)劃，專項(xiàng)規(guī)劃以及政策體系缺位，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（景春梅，2019）。

2.氫能產(chǎn)業(yè)尚未形成較為成熟可行的產(chǎn)業(yè)模式

氫作為燃料的價(jià)格仍遠(yuǎn)高于化石燃料,用氫成本包括從制、儲(chǔ)、運(yùn)到加注的全過(guò)程成本。與傳統(tǒng)燃油車相比，目前氫燃料電池車百公里消耗的燃料費(fèi)用要高于燃油車。此外,氫燃料電池車成本較高限制了商業(yè)化銷售規(guī)模,氫燃料電池車尚未規(guī)?；a(chǎn)，市場(chǎng)銷量有限。氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)億華通與宇通客車、福田汽車、中通客車等車企合作，建設(shè)了國(guó)內(nèi)首條自動(dòng)化氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線，年產(chǎn)能約1萬(wàn)臺(tái)(于廣欣等，2021)。

3.關(guān)鍵材料和核心技術(shù)存在瓶頸

與國(guó)外先進(jìn)水平相比，我國(guó)氫燃料電池核心關(guān)鍵組件和制備工藝方面還有待繼續(xù)提升，如膜電極、雙極板、空壓機(jī)、氫循環(huán)泵等方面與國(guó)際存在較大差距；燃料電池用催化劑、質(zhì)子交換膜、炭紙等關(guān)鍵材料的開發(fā)多處于實(shí)驗(yàn)室和樣品階段。近些年，我國(guó)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件國(guó)產(chǎn)化率不斷提高，但是質(zhì)子交換膜、催化劑、膜電極、大排量壓縮機(jī)、加氫槍等主要依賴進(jìn)口。

4.氫能產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈條還不夠完善

按照國(guó)家相關(guān)法規(guī)，氫氣等危險(xiǎn)化學(xué)品要進(jìn)化工園區(qū)。上海、廣州、佛山等投放燃料電池汽車數(shù)量較多的城市或地區(qū)，經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，制氫廠多搬遷至距離城市中心較遠(yuǎn)的地區(qū)。氫氣運(yùn)輸效率低，單位質(zhì)量氫氣運(yùn)輸成本高。氫能供應(yīng)鏈盈利能力不足，企業(yè)參與度低。加氫站數(shù)量仍然較少，不能有效支撐投放市場(chǎng)的氫燃料電池汽車用氫需求。

5.氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系較為滯后

氫能與燃料電池汽車標(biāo)準(zhǔn)體系已初步建立，但氫能領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步完善，還存在一些不協(xié)調(diào)、不配套的問(wèn)題，與國(guó)際接軌的程度也有待提高。如氫氣供給涉及的儲(chǔ)、運(yùn)氫系統(tǒng)安全要求和試驗(yàn)方法，加氫站建設(shè)及運(yùn)營(yíng)規(guī)范，車用氫氣品質(zhì)要求、燃料電池汽車整車安全要求及試驗(yàn)方法，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法等方面還有待完善。

（三）“揚(yáng)長(zhǎng)避短”制定我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體戰(zhàn)略

我國(guó)在氫能開發(fā)利用領(lǐng)域起步相對(duì)較晚，要在這場(chǎng)科技和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中贏得主動(dòng)，必須做好謀篇布局。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，氫能具有成為新的主體能源的潛力。初步預(yù)測(cè)，2035年我國(guó)氫氣消費(fèi)量將達(dá)到3500萬(wàn)噸，其中用于終端能源消費(fèi)達(dá)到600萬(wàn)噸。氫能產(chǎn)業(yè)體系涉及三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)：一是核心技術(shù)的突破，即電解水制氫、燃料電池等相關(guān)技術(shù)；二是構(gòu)建完整的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)；三是充足且價(jià)格合理的氫氣供應(yīng)。從目前的競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，在核心技術(shù)方面，日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家處于領(lǐng)先地位，我國(guó)處于加快發(fā)展和趕超階段。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，雖然日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的加氫站數(shù)量上稍微領(lǐng)先，但總體都處于起步階段，這也是我們可以集中力量辦大事、迅速取得進(jìn)展的基礎(chǔ)領(lǐng)域。2015年我國(guó)僅有加氫站8座，2020年底達(dá)到128座。在氫資源方面，我國(guó)能源體系規(guī)模大、結(jié)構(gòu)多元，為開發(fā)氫資源提供了廣闊的空間。總的來(lái)看，在氫能源發(fā)展國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)合作當(dāng)中，我們?cè)谌箨P(guān)鍵環(huán)節(jié)具有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)、一個(gè)短板。應(yīng)通過(guò)整體謀劃，發(fā)揮好氫氣資源和基礎(chǔ)設(shè)施兩大優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)齊技術(shù)和材料短板，憑借我國(guó)廣闊的市場(chǎng)空間，實(shí)現(xiàn)三大環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展，率先實(shí)現(xiàn)突破，帶動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

四、政策建議

（一）加強(qiáng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展頂層設(shè)計(jì)

堅(jiān)持“戰(zhàn)略引領(lǐng)、揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短、協(xié)同發(fā)展”的總體思路，明確我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的路線圖和時(shí)間表，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和突破口。突出氫能在能源結(jié)構(gòu)中的地位，在《能源法》的研究制定中，將氫能確立為我國(guó)未來(lái)能源發(fā)展的重要方向。堅(jiān)持發(fā)揮比較優(yōu)勢(shì)，控制好發(fā)展步伐，爭(zhēng)取氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。堅(jiān)持協(xié)同推進(jìn)，形成牽頭部門負(fù)責(zé)、相關(guān)部門配合的權(quán)責(zé)一致、規(guī)范有序、運(yùn)行高效的協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

（二）統(tǒng)籌推進(jìn)科技攻關(guān)和基礎(chǔ)研究

堅(jiān)持科技決定能源未來(lái)、科技創(chuàng)造未來(lái)能源的理念，大力支持氫能科技自主創(chuàng)新研發(fā)，系統(tǒng)分析我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展面臨的技術(shù)短板，實(shí)現(xiàn)電堆、系統(tǒng)集成與控制、關(guān)鍵零部件等核心技術(shù)跟蹤國(guó)際水平，關(guān)鍵指標(biāo)與國(guó)際接軌。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。完善氫能發(fā)展首臺(tái)（套）政策，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。

（三）加快推動(dòng)關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化發(fā)展

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)泵等和國(guó)外存在較大差距。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。要支持行業(yè)企業(yè)協(xié)調(diào)做好關(guān)鍵材料研發(fā)和規(guī)?；瘧?yīng)用，推進(jìn)關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

（四）積極探索氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式

制氫方面，以工業(yè)副產(chǎn)氫、棄電制氫等低成本制氫為先導(dǎo)，逐步發(fā)展可再生能源電解水，最終形成在可再生能源驅(qū)動(dòng)下的水-氫-水循環(huán)的綠色制氫模式。應(yīng)用方面，以氫燃料電池汽車等為基礎(chǔ)，逐步拓展固定式發(fā)電方面應(yīng)用領(lǐng)域。技術(shù)方面，以填補(bǔ)氫能產(chǎn)業(yè)鏈短板為重點(diǎn)任務(wù)，同時(shí)兼顧智能化氫-電融合協(xié)調(diào)發(fā)展。加快形成氫能“制-儲(chǔ)-運(yùn)-用”全產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)布局。穩(wěn)步推進(jìn)氫能示范應(yīng)用，立足各地資源稟賦、制造水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，按照“創(chuàng)新引領(lǐng)、高點(diǎn)定位、特色鮮明”的基本要求，選擇若干地區(qū)創(chuàng)建國(guó)家級(jí)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)，并加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和政策支持。支持相關(guān)地區(qū)積極開展氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注和利用等自主技術(shù)示范。

（五）完善氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策體系

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，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃審批流程，加快各類基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)化建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。二是建設(shè)公共服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)交流，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；研究修訂城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾項(xiàng)l例，將氫氣視同燃?xì)夤芾恚朴嗛L(zhǎng)輸天然氣管道摻氫標(biāo)準(zhǔn)；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。完善政銀企溝通交流機(jī)制，加大金融業(yè)對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持力度。進(jìn)一步拓展股權(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，提升市場(chǎng)主體活力和發(fā)展?jié)摿?，支持和引?dǎo)向氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域、關(guān)鍵環(huán)節(jié)集聚。五是推動(dòng)國(guó)際技術(shù)合作。堅(jiān)持自主研發(fā)和國(guó)際合作并舉，融入國(guó)際氫能社區(qū)，并充分調(diào)動(dòng)市場(chǎng)力量參與，借鑒國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展最佳實(shí)踐，推動(dòng)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)加快實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

中國(guó)國(guó)際工程咨詢有限公司氫能戰(zhàn)略研究課題組

謝明華 陳梅濤 張繼龍 趙永輝 王凡 丁丹

參考文獻(xiàn)

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注：原文載自《財(cái)經(jīng)智庫(kù)》2021年7月號(hào)。文中圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)。