我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

劉福建 周莎

摘? 要：氫能是能源載體起著支撐未來能源轉(zhuǎn)型升級的作用。氫能來源廣泛、清潔環(huán)保、可儲運、使用場景廣。文章從我國氫能的發(fā)展現(xiàn)狀和目前應(yīng)用遇到的問題出發(fā)，分析氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢和推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的下一步著力點。針對我國在關(guān)鍵材料及核心零部件方面的不足、基礎(chǔ)設(shè)施不完善、政策體系不健全的問題，建議整個產(chǎn)業(yè)需要在頂層設(shè)計、發(fā)展規(guī)劃、技術(shù)研究、行業(yè)監(jiān)管、標(biāo)準(zhǔn)體系方面進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。使氫能起到改善我國能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的作用。

關(guān)鍵詞：氫能;燃料電池;核心部件;基礎(chǔ)設(shè)施

中圖分類號：F416.6? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）25-0037-03

Abstract： Hydrogen energy is the carrier of energy， which plays a role in supporting the transformation and upgrading of energy in the future. Hydrogen energy has a wide range of sources， clean and environmentally friendly， can be stored and transported， and has a wide range of use scenarios. Based on the present situation of the development of hydrogen energy in China and the problems encountered in its application， this paper analyzes the development trend of hydrogen energy industry and the next step in promoting the development of hydrogen energy industry. In view of the shortcomings of China's key materials and core parts， the imperfect infrastructure， and the imperfect policy system， it is suggested that the whole industry needs unified planning in top-level design， development planning， technical research， industry supervision and standard system， so that hydrogen can play a role in improving China's energy structure and realizing sustainable development.

Keywords： hydrogen energy; fuel cell; core components; infrastructure

1 氫能特點

隨著世界各國對排放要求的提高及全球能源危機，探尋可再生及環(huán)保的清潔能源迫在眉睫。在眾多能源中，氫能正被提升到能源戰(zhàn)略高度和技術(shù)改革的方向;因為它有如下優(yōu)點：（1）清潔、高效。氫能反應(yīng)后不生成污染物只有電能和水，發(fā)電效率可達(dá)50%以上，可保障高效清潔。（2）氫能是能源互相轉(zhuǎn)化的“橋梁”，是能源互聯(lián)的媒介，起到建立能源網(wǎng)絡(luò)的作用。（3）可再生。氫能可儲存、運輸，可把棄風(fēng)、棄水、棄光用來制氫，提升資源利用率和搭建穩(wěn)定的能源體系。（4）應(yīng)用廣泛。

2 氫能應(yīng)用領(lǐng)域分析

氫能不僅來源十分豐富，應(yīng)用領(lǐng)域更是非常廣泛，如交通、儲能、工業(yè)、化工等。凡用到電的，都能用氫氣發(fā)電實現(xiàn)。邊疆地區(qū)的用電和棄風(fēng)、棄水、棄光之間存在矛盾，而氫能的應(yīng)用可有效解決。白天風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電除了滿足白天使用外，還有不少電因儲能技術(shù)不足只能白白浪費;如果把浪費的這部分電用于電解水制氫，把氫氣儲存起來，在晚上用電高峰期進(jìn)行發(fā)電，不僅能夠保證邊疆區(qū)域的用電量，甚至多余的氫氣還可以用于交通領(lǐng)域等。我國四川等地棄水、山西煤炭豐富，各個區(qū)域可根據(jù)自身的優(yōu)勢，充分利用氫能源媒介的作用，達(dá)到清潔可再生能源的利用。

3 國內(nèi)氫能發(fā)展現(xiàn)狀及分析

我國氫能產(chǎn)業(yè)上中下游都有布局，我國制氫工藝已經(jīng)很成熟，全國每年可獲得低成本工業(yè)副產(chǎn)氫（焦?fàn)t煤氣、氯堿、合成氨等）兩千多萬噸;截止19年3月底運營加氫站24座，在建29座;近22個氫能產(chǎn)業(yè)園等成立，多省市正在開展氫能源汽車的示范運行。

3.1 國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀

氫能產(chǎn)業(yè)鏈可從上中下游來分析，上游制氫，中游氫氣的儲存和運輸，下游氫氣的應(yīng)用。氫能在傳統(tǒng)領(lǐng)域和新能源領(lǐng)域都舉足輕重，從國家氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展看，應(yīng)加強統(tǒng)一規(guī)劃和氫電安全、注重氫能的規(guī)?；瘧?yīng)用。我國目前純度99%以上的H2使用量約600萬噸，90%用于化工領(lǐng)域，有2%-4%用于工業(yè)領(lǐng)域，用于汽車還不到1%。我國氫氣主要來源是工業(yè)副產(chǎn)氫，其它的方式有煤制氫、電解水制氫和化石原料制氫。從整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展看，我國氫能應(yīng)用以工業(yè)原料為主，已具備一定的工業(yè)基礎(chǔ)，但氫能源的產(chǎn)業(yè)規(guī)模有限。

我國在2001年出臺了相關(guān)政策支持新能源包括氫燃料電池的發(fā)展，《中國制造2025》明確提出燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃，將發(fā)展氫燃料電池提升到了戰(zhàn)略高度[1];《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》首提我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖，制定了我國在氫能領(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施和燃料電池汽車的發(fā)展目標(biāo)[2];2019年將加強氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)寫進(jìn)了《政府工作報告》。我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈在技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施方面都初具規(guī)模，但是國外相比差距明顯。

3.2 我國氫能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

3.2.1 國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及問題

我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成了京津冀、長三角、珠三角、華中發(fā)展地區(qū)集聚且具有上中下游閉環(huán)效應(yīng);多數(shù)城市都規(guī)劃建設(shè)了產(chǎn)業(yè)園和開展了燃料電池汽車示范運行。伴隨對新能源行業(yè)的關(guān)注和氫能產(chǎn)投資的增加，與氫能相關(guān)的企業(yè)數(shù)量增至近千家。我國氫能產(chǎn)業(yè)從商用車開始破局，現(xiàn)商用車已具產(chǎn)業(yè)化，多地開展了公交車與物流車的示范運行。國外在燃料電池乘用車方面已經(jīng)成熟，我國在乘用車領(lǐng)域處于示范階段[3]，在奧運會和世博會上有汽車使用。叉車憑借特定的運行場景在國外得到了廣泛應(yīng)用，隨著我國市場和技術(shù)的成熟，叉車將很快被推廣應(yīng)用。

基礎(chǔ)設(shè)施方面，我國在設(shè)計和運營方面有企業(yè)布局，目前運營中加氫站有20多座，日本100多座，差距明顯。我國現(xiàn)階段商業(yè)化運營的儲氫系統(tǒng)使用的是35MPa，國外現(xiàn)70MPa技術(shù)水平成熟，我國在壓力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面想要提升，需要加快乘用車的示范運行。

3.2.2 國內(nèi)氫燃料電池技術(shù)現(xiàn)狀及問題

我國在PEMFC系統(tǒng)方面技術(shù)成熟，已開發(fā)出具備自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品且有年產(chǎn)量萬臺的生產(chǎn)線。系統(tǒng)關(guān)鍵零部件現(xiàn)無成熟的國產(chǎn)化產(chǎn)品，落后于國外技術(shù)水平。我國電堆的企業(yè)數(shù)量和相關(guān)生產(chǎn)線產(chǎn)能等都在大幅提升，電堆廠商有自主研發(fā)的企業(yè)也有通過引進(jìn)國外成熟技術(shù)的合資企業(yè)。

因石墨板加工成本高，樹脂復(fù)合雙極板等得到快速發(fā)展。金屬板的能量密度更高，所以在乘用車的應(yīng)用中金屬板比石墨板和復(fù)合雙極板更有優(yōu)勢。金屬板在國內(nèi)處于研發(fā)驗證階段，設(shè)計及加工技術(shù)落后于國外先進(jìn)水平，但是國內(nèi)也在規(guī)劃量產(chǎn)能力超過萬臺的自動化產(chǎn)線。

我國質(zhì)子交換膜的技術(shù)成熟且已實現(xiàn)量產(chǎn)，有年產(chǎn)能超過萬平方米的生產(chǎn)線，大批量的生產(chǎn)技術(shù)待加強;我國生產(chǎn)全氟磺酸膜的企業(yè)在市場上可與美國、加拿大等國同臺競爭。

國內(nèi)對催化劑處于研究階段，處于實驗室的驗證及優(yōu)化，不具備量產(chǎn)的能力，國外在催化劑方面領(lǐng)先[4]。

綜上所述，我國在燃料電池系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件方面都有布局，但是在催化劑、氫循環(huán)泵等關(guān)鍵材料與部件等方面仍處于研發(fā)或小批量生產(chǎn)階段，在產(chǎn)品的可靠性和耐久性等方面與國際的先進(jìn)產(chǎn)品存在較大差距[3]。

4 我國氫能發(fā)展瓶頸分析

氫能產(chǎn)業(yè)在我國屬于起步階段，在基礎(chǔ)設(shè)施和產(chǎn)業(yè)園建設(shè)方面無統(tǒng)一規(guī)劃遍地開花，有部分地區(qū)相對雜亂;標(biāo)準(zhǔn)和測評體系等待完善;氫能和燃料電池的核心部件產(chǎn)業(yè)化不足;氫能商業(yè)運營還需經(jīng)過市場的考驗。

4.1 核心部件等未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

我國在氫能及燃料電池方面的發(fā)展已取得很大突破[1]，整個產(chǎn)業(yè)鏈都有布局，但在關(guān)鍵材料和核心部件仍停留在研發(fā)驗證階段，不具備批量化生產(chǎn)能力。催化劑、氫氣循環(huán)泵和空壓機等核心部件主要依賴進(jìn)口，阻礙了我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。雖然我國各大實驗室和研究機構(gòu)都已研制出了催化劑、雙極板等部件，性能方面不輸于國外現(xiàn)有的商業(yè)化產(chǎn)品，但還未實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，停留在樣品階段缺少大批量生產(chǎn)的能力。因而要加快催化劑、循環(huán)泵等產(chǎn)線的建設(shè)和實現(xiàn)量產(chǎn)。電堆方面需要提高比功率和催化劑的消耗量控制，達(dá)到降低成本的目的。

4.2 系統(tǒng)性能有待提高

我國雖然實現(xiàn)了燃料電池系統(tǒng)的量產(chǎn)，但可靠耐久性能還有較大的提升空間，明顯落后于國外水平。系統(tǒng)的性能不僅僅與電堆相關(guān)，同時與系統(tǒng)配套部件緊密聯(lián)系，水熱管理和電控等都會影響系統(tǒng)的性能。因此，燃料電池產(chǎn)品性能的提升需要對燃料電池系統(tǒng)的控制策略和環(huán)境適應(yīng)性等的研究，以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。

4.3 氫源及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本居高不下

我國運營加氫站數(shù)量較少，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和氫氣儲運成本高，導(dǎo)致加氫站的加氫費用高，不利于氫能產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。要完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，首先要有明確的審批流程和相關(guān)的責(zé)任部門;其次加氫站用核心設(shè)備實現(xiàn)國產(chǎn)化，從而降低加氫站的建設(shè)成本;再次通過加速技術(shù)革新和采用新型材料等降低氫氣的儲運成本，如液氫儲運、管道運輸?shù)取Ｍ瑫r，根據(jù)各地優(yōu)勢，開展不同形式的氫燃料電池汽車的商業(yè)化運營，使加氫站的技術(shù)水平得到提高同時增加氫氣使用量降低運營成本。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)及測評體系待完善

氫能產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范還不健全，不能規(guī)范整個氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，體現(xiàn)在制氫、儲運及加注等標(biāo)準(zhǔn)的缺失，同時在氫燃料電池從部件到系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)不完善及測試評價體系不健全，從而氫燃料電池產(chǎn)品的商用化應(yīng)用和推廣受到極大的制約。所以急需要我國研究機構(gòu)等對燃料電池相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制修訂，同時加快完善整個產(chǎn)業(yè)鏈的測試評價體系，為加速技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)品推廣提供保證。

5 我國氫能發(fā)展展望

我國對氫能發(fā)展已提升到戰(zhàn)略層面，同時整個氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的布局也比較完整，但目前存在成本高、安全性待突破、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱等問題，我國氫能產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展商用車領(lǐng)域，商用車特定的行駛路徑、布置空間充足的特點優(yōu)先開展商業(yè)化應(yīng)用，為整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)培育及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等積攢經(jīng)驗。

為加快我國氫能產(chǎn)業(yè)高效、協(xié)調(diào)、有序推進(jìn)，提出以下幾點看法：

國家層面要健全政策管理體系，完善氫能頂層設(shè)計，制定合理的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖。

地方層面要結(jié)合地方優(yōu)勢，積極推動氫能發(fā)展，積極完善氫能基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)的審批流程，把控補貼政策等，規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

科研院所層面需要加強關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化，盡快實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品的國產(chǎn)化降低成本，積極制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和測試評價體系，助推氫能發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)層面要積極參與標(biāo)準(zhǔn)的制修訂等工作，推動氫能及燃料電池汽車的商業(yè)化運營，總結(jié)經(jīng)驗加快產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破、國產(chǎn)化推廣和成本下降，氫能作為能源互聯(lián)的媒介優(yōu)勢明顯，上升為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分[5]，加快促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，希望我國盡早步入清潔環(huán)保的“氫能社會”。

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