在全球能源轉型、實現(xiàn)碳中和過程中，氫能承擔著不可替代的重要角色。我國具有良好制氫基礎和大規(guī)模應用市場，氫能產業(yè)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢。2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，從戰(zhàn)略層面對氫能產業(yè)發(fā)展進行了頂層設計。本期邀請專家圍繞氫能產業(yè)健康有序發(fā)展進行研討。

　　主持人

　　本報理論部主任、研究員 徐向梅

　　我國氫能產業(yè)進入快速發(fā)展窗口期

　　主持人：我國氫能產業(yè)經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程?

　　劉毅(清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院副院長)：氫能是未來零碳能源體系中至關重要的組成部分，是目前唯一大規(guī)模跨季節(jié)存儲可再生能源的手段。其中，綠氫是諸多行業(yè)深度脫碳的唯一手段，包括以石化、化工、鋼鐵為代表的工業(yè)領域，以冷暖供應為代表的建筑行業(yè)以及以重卡、航運和航空為代表的交通行業(yè)?？稍偕茉闯杀鞠陆怠⒕G氫制備應用技術進步和全球“雙碳”轉型要求，推動綠氫快速發(fā)展。歐盟、美國、德國、英國、日本、韓國等主要經(jīng)濟體紛紛推出氫能發(fā)展戰(zhàn)略。

　　“十四五”規(guī)劃之前，氫燃料電池汽車是氫能發(fā)展重點。2000年，我國正式開展氫燃料電池汽車研發(fā)工作。隨后，氫燃料電池及技術相繼納入《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016—2030年)》等政策規(guī)劃計劃中。特別是，“推動充電、加氫等設施建設”寫入了2019年《政府工作報告》。經(jīng)過多年努力，我國初步掌握了氫燃料電池電堆及其關鍵材料、動力系統(tǒng)、整車集成和氫能基礎設施等領域的核心技術，培育出億華通、重塑股份等領先企業(yè)，燃料電池成為氫能較為成熟的應用領域。2020年啟動的燃料電池示范城市群申報工作，進一步推動了氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展。從各城市群發(fā)布規(guī)劃來看，北京、上海、山東、內蒙古等11個重點省(區(qū)、市)將在2025年實現(xiàn)共計超過8萬輛燃料電池汽車的應用推廣。2021年我國氫燃料電池汽車年銷售1881輛，建成加氫站264座。

　　2020年是我國氫能產業(yè)發(fā)展的重要年份。氫能首次寫入《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》，從法律上正式步入能源體系。隨著“雙碳”目標和“1+N”體系確立，我國氫能規(guī)劃從以燃料電池為主，向能源、工業(yè)、建筑等多領域拓展。自2021年以來發(fā)布的碳達峰、碳中和“1+N”系列政策文件都涉及氫能，但對其定位最清晰準確的還是《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，即從生產端：氫能是未來國家能源體系的重要組成部分;從消納端：氫能是用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉型的重要載體;從產業(yè)端：氫能產業(yè)是戰(zhàn)略性新興產業(yè)和未來產業(yè)重點發(fā)展方向。

　　隨后各地氫能產業(yè)政策密集出臺，近30個省份及直轄市發(fā)布氫能發(fā)展相關政策方案。多數(shù)省(區(qū)、市)將氫能發(fā)展規(guī)劃納入新能源汽車產業(yè)、整體能源發(fā)展、戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展或區(qū)域“十四五”規(guī)劃當中，北京、山東、四川、河北、內蒙古5個省(區(qū)、市)專門出臺了氫能整體產業(yè)發(fā)展規(guī)劃和政策，重心從交通為主轉向多領域拓展。從區(qū)域布局來看，各地結合頂層設計與自身資源稟賦推行氫能政策，力爭成為細分領域的領頭羊。廣東聚集有16家燃料電池系統(tǒng)企業(yè)、13家電堆企業(yè)、13家膜電極企業(yè)等大量燃料電池相關產業(yè)鏈企業(yè)，形成了燃料電池產業(yè)集群，但氫氣資源相對缺乏，因此以佛山為代表的地區(qū)一直深耕高附加值的燃料電池產品，通過關鍵零部件研發(fā)補貼、加氫站建設補貼等方式推動行業(yè)發(fā)展;內蒙古、寧夏等地擁有豐富的可再生能源與氫能應用場景，各級政府積極支持風光制氫一體化發(fā)展，并開展“多能互補+氫”“源網(wǎng)荷儲+氫”等多個綠氫示范項目;北京、上海等地擁有豐富的工業(yè)副產氫以及大量科研院所，適合氫能產業(yè)綜合發(fā)展與前沿技術開發(fā)，推出多項措施對氫能研發(fā)單位、科研成果給予獎勵補貼。

　　需要注意的是，我國氫能在儲能、發(fā)電和工業(yè)等新領域的應用仍處于發(fā)展初期階段。為做好相應技術攻關，2021年《關于組織開展“十四五”第一批國家能源研發(fā)創(chuàng)新平臺認定工作的通知》《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》陸續(xù)印發(fā)，鼓勵氫能與可再生能源協(xié)同發(fā)展，推動氫能在化工、冶金等行業(yè)的關鍵技術攻關及應用。一批綠氫應用項目即將落地，為推動氫能多元利用、穩(wěn)步構建氫能產業(yè)體系開了一個好頭。

　　我國氫能產業(yè)進入快速發(fā)展窗口期，圍繞生產、消納、產業(yè)等方面定位，氫能產業(yè)發(fā)展進入“從氫燃料到氫能源再到多領域拓展，區(qū)域布局強調統(tǒng)籌謀劃、因地制宜、重點突出，產業(yè)發(fā)展以市場主導、創(chuàng)新驅動、完善規(guī)范”的新階段。

　　世界氫能產業(yè)加速布局

　　主持人：世界氫能利用及發(fā)展趨勢如何?我國氫能產業(yè)發(fā)展有哪些特點?

　　魏鎖(中國產業(yè)發(fā)展促進會氫能分會會長)：全球能源結構正在向以清潔能源為主體的新型能源系統(tǒng)方向轉變，氫能作為最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗?，一方面能有效解決可再生能源大規(guī)模發(fā)展面臨的消納問題，另一方面也是實現(xiàn)交通、工業(yè)和建筑等領域大規(guī)模深度脫碳的有效路徑。各國積極布局氫能產業(yè)，全球已有20個國家和地區(qū)發(fā)布氫能發(fā)展戰(zhàn)略，氫能產業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢。

　　氫燃料電池產業(yè)化浪潮加速。經(jīng)過近30年持續(xù)研發(fā)，燃料電池在能量效率、功率密度、低溫啟動等方面取得突破性進展，新一輪燃料電池汽車產業(yè)化浪潮正在迫近。國際領先企業(yè)已開展燃料電池電堆、催化劑、質子交換膜及燃料電池汽車等商業(yè)布局，燃料電池產業(yè)正從小規(guī)模示范轉向大規(guī)模商業(yè)化應用。

　　低碳氫能呈現(xiàn)巨大發(fā)展空間。當前，傳統(tǒng)化石能源制氫仍是主要制氫方式，占全球氫氣產量的78%以上，但低碳制氫取代傳統(tǒng)能源制氫的速度正在加快。包括藍氫和綠氫在內的低碳制氫技術快速發(fā)展，全球各大能源公司多傾向將化石能源制氫和副產氫配備碳捕獲、封存及利用技術(CCUS)作為向綠氫過渡階段的主要制氫技術，同時電解制氫設備運營規(guī)模提升，2021年全球低碳制氫產能達55萬噸/年，新增電解制氫設備運營規(guī)模468MW(兆瓦)。在全球節(jié)能減排大背景下，“可再生能源+氫能”替代化石能源成為能源變革的重要方向，據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2021年，全球約有500個氫能項目，其中約120個在建綠氫項目，全球規(guī)劃中的吉瓦級綠氫項目規(guī)模合計達144.1GW(裝機容量)。

　　儲運技術成為氫能產業(yè)鏈發(fā)展的關鍵。從全球氫儲運技術來看，主要以管道、高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)等形式為主，各國依托既有產業(yè)技術和基礎采取不同儲運方式。歐洲以發(fā)展管道輸氫為主，利用現(xiàn)有天然氣基礎設施逐步建設泛歐洲氫氣管網(wǎng)，預計2040年總長度達2.3萬公里;美國管道輸氫和液態(tài)儲運技術成熟，擁有全球一半里程的輸氫管道，運營15座以上液氫工廠，總產能超過326噸/天，居全球首位;日本和韓國正發(fā)展有機化合物、液氨和液氫的跨洋運輸供應鏈。

　　加氫站建設穩(wěn)步推進。全球加氫網(wǎng)絡建設加快，截至2021年全球建成加氫站800多座，其中30%為液氫加氫站，主要分布在日本和美國，歐洲大多數(shù)加氫站采用站內電解水制氫技術，我國35MPa(車載儲氫瓶壓力等級)商用車加氫站及混合加氫站布局速度居全球首位。從各國發(fā)展戰(zhàn)略看，預計2030年全球加氫站數(shù)量將超過4500座，形成多元化、網(wǎng)絡化氫能基礎設施體系。

　　氫能應用領域逐漸拓寬。隨著產業(yè)技術快速發(fā)展，氫能能源屬性逐漸明確，有望在氫冶金、綠氫化工、氫儲能、綜合能源、智慧能源系統(tǒng)中全面應用。同時，國際氫能標準體系日趨完善，截至2021年ISO(國際標準化組織)氫能技術現(xiàn)行標準為89項，主要涉及氫能儲運、氫能安全、氫能檢測試驗方法、氫能制取設備和加注環(huán)節(jié)關鍵部件;IEC(國際電工委員會)燃料電池方面技術現(xiàn)行標準26項，主要圍繞燃料電池術語、燃料電池模塊以及不同類型燃料電池的安全性、相關試驗及測試方法等方面。

　　近年來，我國已初步形成較為完整的氫能產業(yè)鏈，自主化水平快速提升，氫能技術基本能夠支撐產業(yè)發(fā)展。具體看，一是政策體系不斷完善。目前已啟動兩批燃料電池示范城市群建設，“氫進萬家”等一系列支持產業(yè)發(fā)展政策相繼出臺，各省(區(qū)、市)因地制宜布局氫能產業(yè)，累計出臺相關政策164項。二是產業(yè)規(guī)模快速增長。2021年我國氫氣總產量達3300萬噸，應用場景進一步擴大，交通領域燃料電池汽車保有量近9000輛，工業(yè)、建筑、分布式能源領域應用正加快布局。三是氫能技術研發(fā)持續(xù)突破。制氫環(huán)節(jié)，可再生能源電解水制氫是主要發(fā)展方向，我國堿液制氫技術全球領先，質子交換膜制氫技術正加速發(fā)展;儲運環(huán)節(jié)，目前氫氣運輸以20MPa高壓氣態(tài)儲運為主，管道輸氫、液氫儲運技術和裝備處于研發(fā)驗證階段，化合物儲氫在局部地區(qū)實現(xiàn)應用;應用環(huán)節(jié)，氫燃料電池領域快速突破，催化劑、質子膜、碳紙、膜電極、電堆等多項技術已實現(xiàn)國產化。與國際先進技術相比，我國在氫能各個環(huán)節(jié)裝備及產品性能、使用壽命、制造工藝等方面還有一定差距，特別是高性能材料和精密制造部件仍存在“卡脖子”現(xiàn)象，在產業(yè)規(guī)模、技術水平、材料研發(fā)、生產工藝、專利和標準輸出等方面仍需加強創(chuàng)新攻關。

　　總體來看，國際氫能產業(yè)尚處于培育期。我國雖起步較晚但發(fā)展較快，具備快速推進氫能規(guī)?；瘧门c技術迭代升級的能力和條件，有著巨大的市場空間，有望在2030年前達到國際先進水平。

　　圍繞綠氫供應疏通產業(yè)鏈堵點

　　主持人：作為新興產業(yè)，氫能終端應用前景如何，還有哪些瓶頸待突破?

　　劉堅(國家發(fā)展改革委能源研究所副研究員)：能源結構轉型是推進“雙碳”目標工作的主線，需要我們同步推動能源生產和消費革命，既要在能源生產側大力發(fā)展可再生能源，又要盡可能提升終端用能電氣化率，進而最大程度減少化石能源消費。但以風電、太陽能發(fā)電為主的可再生能源電力存在間歇性、波動性問題，化石能源作為工業(yè)原料、交通燃料以及高品質供熱的終端用能消費難以直接通過電力替代。氫能憑借能量密度高、便于大規(guī)模存儲、應用場景多等特點，在為高比例新能源電力系統(tǒng)提供大規(guī)模長周期儲能的同時，也為用能終端脫碳提供了全新選擇。在未來高比例可再生能源系統(tǒng)中，綠氫與綠電可以優(yōu)勢互補共同助力可再生能源價值從電力系統(tǒng)拓展至整個能源系統(tǒng)。

　　近年來，隨著燃料電池汽車試點推進和資本投入規(guī)模不斷加大，國內燃料電池核心零部件技術水平及系統(tǒng)集成能力顯著提升。相比之下，當前氫能生產主要依賴煤炭、天然氣等化石能源“灰氫”，而以可再生能源為基礎的綠氫供應在制、儲、運、加等環(huán)節(jié)仍存在堵點，需要從技術、標準、管理等方面突破。

　　一是聚焦綠氫供應鏈短板，加強核心技術攻關。目前堿性電解水設備成本較低，但在波動電源適應性、能耗、占地、維護成本方面存在劣勢。質子交換膜(PEM)純水電解對波動性電源的適應性較強，但目前國內研發(fā)制造PEM純水電解設備的企業(yè)比較少，規(guī)模經(jīng)濟不足。高溫固體氧化物電解轉換效率高，但目前仍處于技術研發(fā)和示范階段。地質儲氫和電制燃/原料是氫能大規(guī)模長周期存儲的重要方向，我國氫儲能研究起步較晚，氫儲能項目數(shù)量和技術水平與國際先進水平仍存在差距。在金屬儲氫、有機物儲氫以及合成氨儲氫等方面國際上仍處于探索階段，應用前景具有較大不確定性。因此建議重點攻關低成本、高靈活、高效率的電解水制氫技術，加強電解水制氫與上游波動性可再生能源發(fā)電和下游綠氫化工生產工藝的無縫銜接，降低終端化工產品碳強度。加大燃料電池關鍵材料技術研發(fā)力度，降低燃料電池對稀有金屬的依賴。評估地質儲氫資源潛力，深入研究氫能長周期儲能可行性和經(jīng)濟性。不斷提升關鍵技術自主創(chuàng)新能力，打造具有完全自主知識產權的綠氫技術鏈條。

　　二是加大行業(yè)間協(xié)調力度，完善綠氫監(jiān)管與標準體系。氫能屬于危險化學品，制氫場地需建設在化工園區(qū)，加氫站商業(yè)用地與制氫工業(yè)用地的性質矛盾還未調和，可再生能源制氫及制儲加一體站的建設運營面臨障礙。目前40MPa高壓及液態(tài)氫民用化進程緩慢，缺乏相關標準和規(guī)范。建議盡快明確綠氫生產、儲運、應用等環(huán)節(jié)的歸口管理部門，完善相關管理章程和法規(guī)，制定統(tǒng)一、完善、連貫的制氫站、加氫站建設和運營審批政策及流程。加快現(xiàn)有涉氫標準規(guī)范修訂工作，從通用安全要求、臨氫材料、氫氣密封、防爆等方面細化和完善氫能標準設計，建立健全包含檢測、計量及售后服務保障在內的技術產品標準體系。

　　三是多措并舉降低綠氫供應成本。用電成本是影響電解制氫經(jīng)濟性的核心因素，目前采用電網(wǎng)電制氫成本遠高于煤制氫。雖然利用可再生能源棄電制氫可降低制氫電價，但可再生能源棄電時長受新能源處理特性、電網(wǎng)調峰能力等不確定性因素影響。儲運方面，采用高壓氫氣管束車運輸，運氫規(guī)模小，單位成本高，氫氣管道、高壓深冷、液氫、氨存儲等大容量、長距離氫氣儲運存在投資高、損耗大等問題。建議綜合考慮綠氫制、儲、運、加等環(huán)節(jié)實際經(jīng)濟性水平，研究制定面向上游綠氫供應的稅收、電價優(yōu)惠等過渡期扶持政策，降低終端用戶用氫成本。加快鋼鐵、化工等高耗能行業(yè)碳交易市場建設，將綠氫納入碳市場交易。制定液氫及管道運氫導入時間表，加快形成氫氣大規(guī)模、長距離、低成本運輸解決方案。