關(guān)于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)測及研究

摘要：氫能與多種能源間可高效轉(zhuǎn)化，將可再生能源儲存，并實(shí)現(xiàn)溫室氣體和污染物零排放。氫正逐步從工業(yè)氣體向能源氣體轉(zhuǎn)變，被譽(yù)為人類“終極能源”、“能源貨幣”。

關(guān)鍵詞：氫能源;產(chǎn)業(yè)發(fā)展;預(yù)測

氫是自然界中最豐富的元素，氫能具有安全高效、清潔豐富的特點(diǎn)，被譽(yù)為未來的“終極能源”，受到世界各國政府、科研機(jī)構(gòu)和跨國公司的高度重視，紛紛加大氫能應(yīng)用的技術(shù)開發(fā)力度，積極探索加氫業(yè)務(wù)的發(fā)展。

一、未來能源發(fā)展方向

目前煤炭、石油、天然氣是當(dāng)前最主要的能源，但資源耗用的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的想象。當(dāng)前被普遍看好的鋰電池續(xù)航里程也僅為200-500公里以內(nèi)，使用壽命為3-5年，從環(huán)保方面講，鋰電池能源不屬于清潔能源，在短距離、城市內(nèi)有一定的優(yōu)勢，但僅僅是交通能源走向“零碳時代”的過渡方案。而氫能是未來的終極解決方案，氫質(zhì)量占宇宙全體的70%以上，氫能具有儲量豐富、清潔高效、安全環(huán)保、熱值高（是汽油發(fā)熱值的3倍）等特點(diǎn)，被譽(yù)為人類的終極能源。

2015年，國家主席習(xí)近平在出席第21屆聯(lián)合國氣候變化大會時表示，中國將于2030年左右使二氧化碳排放達(dá)到峰值并爭取盡早實(shí)現(xiàn)，2030年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。在十九大報告中習(xí)主席指出，建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計。必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境，實(shí)行最嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度，形成綠色發(fā)展方式和生活方式。日益嚴(yán)重的霧霾增加了百姓對改善空氣質(zhì)量的呼聲，氫能利用可以減少污染物排放、提高空氣質(zhì)量、改善居民環(huán)境。

同時，中國石油對外依賴度快速上升， 2015年底已經(jīng)突破60%，而美國僅為21.3%;中國石油對外依賴度高，且中東進(jìn)口石油占比51%，假如發(fā)生戰(zhàn)爭，波斯灣封鎖而石油運(yùn)輸中斷，中國僅能正常供應(yīng)石油74.8天，即2個半月，與美國相比，差距巨大。從國家能源安全的要求出發(fā)，我國亟需發(fā)展清潔、安全、可持續(xù)的新能源。

二、氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可行性分析

（一）低成本氫氣制造技術(shù)已經(jīng)成熟。目前我國的氫氣主要來源于工業(yè)副產(chǎn)物、化石燃料制氫及電解水制氫等成熟技術(shù)。工業(yè)副產(chǎn)氫主要來自于氯堿化工副產(chǎn)氫和焦?fàn)t煤氣純化制氫，是目前最為廉價的氫氣來源，根據(jù)產(chǎn)地和產(chǎn)量，利用氯堿化工尾氣和焦?fàn)t煤氣制氫的成本可以低至0.2元/方。利用“棄風(fēng)、棄光、棄水”電量電解水制氫是目前解決國家電網(wǎng)清潔電力的重要途徑。目前我國每年的“三棄”電量達(dá)到約1500億度，這些電量都能充分利用可制氫350億方，可滿足約62萬輛公交車輛的加氫需求。

（二）氫氣安全儲運(yùn)技術(shù)日新月異。由于氫是最輕的氣體，如果氫氣泄露，它會快速地向上擴(kuò)散而不會在空氣中聚集，氫氣上升的速度接近每秒鐘20米，減少了氫氣爆炸和燃燒的可能性。氫的擴(kuò)散系數(shù)比空氣大3.8倍，所以微量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快稀釋成安全的混合氣，很難達(dá)到氫氣的爆炸體積濃度區(qū)間4.1%～74.2%。此外，氫燃料汽車一般都有氫氣泄露傳感器，提前進(jìn)行預(yù)警和處理，高壓儲氫及低溫液態(tài)儲氫均可安全儲運(yùn)。目前除了傳統(tǒng)的高壓儲氫和液態(tài)儲氫外，利用化學(xué)物質(zhì)儲氫也實(shí)現(xiàn)了氫氣的安全高效儲運(yùn)。中國地質(zhì)大學(xué)開發(fā)的常溫常壓儲氫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氫氣在常溫常壓下的高密度存儲（單臺槽車的運(yùn)氫能力超過3萬方，遠(yuǎn)大于目前高壓管束氫氣拖車4000方的運(yùn)載水平），為大規(guī)模的推廣氫能應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

（三）氫燃料電池關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)突破。目前，武漢地質(zhì)資源環(huán)境工業(yè)技術(shù)研究院有限公司與瑞典PowerCell公司合作的國際領(lǐng)先的氫燃料電池技術(shù)，使用壽命達(dá)到25000小時。如果按照每天使用5小時計算，可以使用13.7年。在低溫冷啟動方面，可以實(shí)現(xiàn)零下20度啟動，解決了其他電池技術(shù)在高寒地區(qū)的使用問題。整體燃料電池實(shí)現(xiàn)了小型化、輕量化，約電腦機(jī)箱大小的燃料電池發(fā)動機(jī)，可實(shí)現(xiàn)50Kw的功率。

（四）基礎(chǔ)設(shè)施加氫站建設(shè)加速。目前，全球已經(jīng)建設(shè)完成了約300座加氫站，其中2/3以上的加氫站實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營。全球加氫站主要分布在日本、歐洲和美國。我國現(xiàn)有12座加氫站，在建加氫站數(shù)量超過30座。為推動氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各地均在緊鑼密鼓的制定相應(yīng)規(guī)劃。湖北省提出了氫燃料電池汽車“十百千”示范應(yīng)用工程。即：2018年、2019年及2020年氫燃料汽車分別達(dá)到10輛、100輛及1000輛，并在武漢市配套建設(shè)21座加氫站;《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》中，明確上海市2020年前新增加氫站5-10座，2025年前建成投運(yùn)加氫站50座，全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值突破1000億元。為推動加氫站基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，國家陸續(xù)出臺了氫能利用的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。GB50516-2010《加氫站技術(shù)規(guī)范》、GB/T34584-2017《加氫站安全技術(shù)規(guī)范》等明確了加氫站、油氫以及氣氫合建站的安全標(biāo)準(zhǔn)。

（五）氫燃料電池汽車成本大幅降低。氫燃料電池汽車動力主要由燃料電池+儲氫裝置組成，儲氫裝置決定行駛里程。氫燃料電池汽車同樣具有功率和能量分開的特性，此特性及燃料電池發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)決定了氫能在新能源領(lǐng)域的未來及優(yōu)勢。氫燃料電池汽車整車成本隨批量生產(chǎn)，將比燃油汽車、鋰電純電動車價格更低。無論從縱向看還是橫向看，氫能產(chǎn)業(yè)是未來的發(fā)展方向和產(chǎn)業(yè)布局的重點(diǎn)。氫能產(chǎn)業(yè)目前處于市場導(dǎo)入期，未來3～5年將進(jìn)入爆發(fā)式增長期。

三、未來氫能發(fā)展方向及應(yīng)用研究

（一）國外發(fā)展方向及應(yīng)用。美、日、歐盟等主要國家和地區(qū)將氫燃料電池汽車納入國家或地區(qū)戰(zhàn)略發(fā)展體系進(jìn)行規(guī)劃，并制定各種政策搶占先機(jī)。美國將氫能上升為國家能源戰(zhàn)略，并將氫能確定為維系經(jīng)濟(jì)繁榮和國家安全的技術(shù)之一。加州立法通過20億美元補(bǔ)貼法案，支持氫燃料電池汽車和加氫站建設(shè)（補(bǔ)貼至2023年），加州能源委員會已資助49座加氫站建設(shè)。2015年，歐盟委員會制定發(fā)布了“歐盟氫能發(fā)展路線圖”。挪威、荷蘭計劃2025年開始停售汽柴油車。德國將氫能上升為交通戰(zhàn)略，2030年前禁售內(nèi)燃機(jī)汽車，計劃在2023年左右普及10萬輛氫燃料電池汽車，建設(shè)400座加氫站，寶馬等汽車巨頭組成聯(lián)盟進(jìn)行氫燃料電池汽車商業(yè)化協(xié)同攻關(guān)。英國、法國計劃在2040年年底前禁止銷售汽油和柴油動力汽車。日本政府2017年12月26日正式發(fā)布“氫能源基本戰(zhàn)略”，主要目標(biāo)包括到2030年左右實(shí)現(xiàn)氫能源發(fā)電商用化，以削減碳排放并提高能源自給率。

（二）國內(nèi)發(fā)展方向及應(yīng)用。我國氫能利用已上升為國家能源戰(zhàn)略，近兩年國家相關(guān)部委密集出臺政策，大力支持氫燃料電池汽車發(fā)展?！秶覄?chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《中國制造2025》、《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》、《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》等紛紛將發(fā)展氫能技術(shù)列為重點(diǎn)任務(wù)，將氫燃料電池汽車列為重點(diǎn)支持領(lǐng)域，并明確提出：2020年實(shí)現(xiàn)5000輛氫燃料電池汽車在特定地區(qū)公共服務(wù)用車領(lǐng)域的示范應(yīng)用，建成100座加氫站;2025年實(shí)現(xiàn)五萬輛氫燃料電池汽車的應(yīng)用，建成300座加氫站;2030年實(shí)現(xiàn)百萬輛氫燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用，建成1000座加氫站。目前，聯(lián)合國開發(fā)計劃署支持的氫能公交車商業(yè)化示范運(yùn)行項(xiàng)目參與示范的城市將從前兩期的北京、上海進(jìn)一步擴(kuò)展到鄭州、佛山等四個城市，多個城市正在積極爭取氫能城市。武漢市將氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)列入市“十三五”規(guī)劃和《武漢制造2025行動綱要》，廣東和上海更是發(fā)布了氫燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃。

（三）主要企業(yè)發(fā)展方向及應(yīng)用。國際知名車企相繼發(fā)布?xì)淙剂想姵仄嚵慨a(chǎn)計劃。2013年2月26日， 現(xiàn)代汽車韓國蔚山工廠正式下線，成為世界上第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池汽車。2015年，豐田發(fā)布了首款商業(yè)化量產(chǎn)的氫燃料電池汽車，拉開了車企進(jìn)軍氫燃料電池汽車領(lǐng)域的序幕。豐田首款氫燃料汽車售價折合人民幣不到30萬，加一次氫氣3-5分鐘，可保證600km的續(xù)駛里程，駕駛體驗(yàn)和普通電動車基本無差異。2016年，本田發(fā)布了量產(chǎn)氫燃料電池汽車車型，與現(xiàn)代和豐田展開競爭。近年，寶馬、奔馳等知名汽車企業(yè)紛紛發(fā)布自己的量產(chǎn)氫燃料電池汽車車型，并展開市場推廣。2017年，全球銷售氫燃料電池汽車數(shù)量超過6000臺，大部分集中在美國、日本和歐洲。從品牌和車型角度來看，豐田遙遙領(lǐng)先，占據(jù)了超過四分之三的全球市場份額。剩余的銷量則主要被現(xiàn)代途勝氫燃料電池汽車和本田瓜分。為推廣中國市場，豐田2017年10月30日在常熟建設(shè)投產(chǎn)了首座70MPa加氫站，并開始了氫燃料電池汽車在中國的實(shí)證試驗(yàn)。

結(jié)束語：目前，全球已經(jīng)建設(shè)完成了約300座加氫站，其中2/3以上的加氫站實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營。全球加氫站主要分布在日本、歐洲和美國。我國現(xiàn)有12座加氫站，在建加氫站數(shù)量超過30座，主要分布在大力發(fā)展氫燃料電池汽車和氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的地區(qū)。但可以預(yù)見的是，氫能產(chǎn)業(yè)是未來的發(fā)展方向，該產(chǎn)業(yè)處于培育導(dǎo)入期，隨著技術(shù)進(jìn)步和成本的大幅下降，氫能產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化爆發(fā)前夜，正處于投資布局的窗口期，未來收益不可估量。

作者簡介：

杜華?。?980.12），漢族，大學(xué)學(xué)歷，男，籍貫四川巴中，中級職稱，研究方向?yàn)槭褪靶履茉础?/p>

作者單位：中國石油湖北銷售公司