我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線(xiàn)

楊凡

1.中石化石油機(jī)械股份有限公司研究院；2.中石化石油機(jī)械裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

氫能作為二次能源，具有來(lái)源廣泛、適應(yīng)大范圍儲(chǔ)能、用途廣泛、能量密度大、零污染等多種優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前全球呼吁實(shí)現(xiàn)“碳中和”的背景下，其作用已為世界各國(guó)所重視。僅2020年，就有九個(gè)國(guó)家及歐盟公布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。我國(guó)雖已將氫能納入能源體系，但至今尚未就其發(fā)展公布國(guó)家戰(zhàn)略。我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線(xiàn)尚不明確。

一、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

（一）氫氣制取

目前國(guó)際上商業(yè)應(yīng)用的大規(guī)模氫氣是以化石能源制氫為主，以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫為輔。以美國(guó)為例，95%的氫由天然氣制氫方式制取，其余部分來(lái)源于電解水制氫。在我國(guó)氫氣產(chǎn)能中，煤制氫占50%，工業(yè)副產(chǎn)氫占36.4%，而電解水制氫和生物制氫僅占2%-4%。

（二）氫氣儲(chǔ)運(yùn)

國(guó)際上，氫氣儲(chǔ)運(yùn)采用的方式包括長(zhǎng)管拖車(chē)氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、液氫罐車(chē)儲(chǔ)運(yùn)和管道運(yùn)輸?shù)?，其中長(zhǎng)管拖車(chē)氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)成熟，而液氫罐車(chē)儲(chǔ)運(yùn)和管道運(yùn)輸已在美國(guó)和歐洲小范圍應(yīng)用。氫氣管網(wǎng)方面，美國(guó)現(xiàn)有總里程達(dá)2720km，歐洲現(xiàn)有總里程約2600km，我國(guó)總里程約為400km。

（三）氫能應(yīng)用

世界各國(guó)對(duì)于氫能的應(yīng)用各有偏重。德國(guó)將氫能廣泛應(yīng)用于天然氣摻氫、分布式燃料電池發(fā)電或供熱、氫能煉鋼、化工、氫燃料電池汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域；日本的氫能應(yīng)用主要圍繞氫燃料電池在車(chē)用和家用領(lǐng)域的應(yīng)用展開(kāi)；澳大利亞、俄羅斯等資源出口大國(guó)，則將氫能視為其國(guó)內(nèi)資源出口的延續(xù)手段；我國(guó)氫能應(yīng)用集中于石油化工、鋼鐵冶金領(lǐng)域，正在向氫燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域拓展，但推廣緩慢。

二、國(guó)內(nèi)氫能發(fā)展面臨的困難

（一）產(chǎn)業(yè)鏈布局困難

當(dāng)前我國(guó)并未就氫能發(fā)展發(fā)布國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，由于缺少頂層設(shè)計(jì)，各地對(duì)于氫能的發(fā)展無(wú)章可循，缺乏統(tǒng)籌安排，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化問(wèn)題較為突出，整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)、重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)等態(tài)勢(shì)。氫能屬于我國(guó)新開(kāi)發(fā)的綠色清潔新能源，地方發(fā)展均享有一定的補(bǔ)貼政策，地方政府搶占先機(jī)獲得相關(guān)補(bǔ)貼，但產(chǎn)業(yè)規(guī)劃趨同性，缺少對(duì)于產(chǎn)業(yè)中下游的統(tǒng)籌措施，關(guān)鍵材料和核心技術(shù)存在偏差，發(fā)展?jié)摿?yán)重不足。氫能的市場(chǎng)需求相對(duì)單一，多應(yīng)用于交通領(lǐng)域，其中以氫能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)為主。單一的推廣市場(chǎng)導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)能大于市場(chǎng)需求，最終加大了氫能產(chǎn)業(yè)鏈布局的難度。

（二）核心技術(shù)缺乏

現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)鏈的很多核心技術(shù)尚不能自主?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)液氫民用化技術(shù)嚴(yán)重滯后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家；清華大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)等科研院所已經(jīng)開(kāi)展了天然氣摻氫技術(shù)和LOHC技術(shù)研究，但大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用尚有困難；氫燃料電池的關(guān)鍵材料質(zhì)子交換膜、碳紙主要依賴(lài)進(jìn)口；加氫站關(guān)鍵設(shè)備氫氣壓縮機(jī)、加注機(jī)等仍以進(jìn)口為主。

（三）成本偏高

氫燃料電池汽車(chē)作為產(chǎn)品要能被市場(chǎng)所接受，購(gòu)置成本和終端氫氣總成本都必須符合消費(fèi)者的心理預(yù)期。氫燃料電池的制造要求高、關(guān)鍵材料依賴(lài)進(jìn)口，導(dǎo)致購(gòu)置成本居高不下；我國(guó)終端氫氣總成本尚不能穩(wěn)定控制在40元/kg以下，導(dǎo)致運(yùn)行成本偏高。氫能源在常溫環(huán)境下呈氣態(tài)，需經(jīng)過(guò)液體儲(chǔ)運(yùn)才能投入使用，而氫能源的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題更是世界性難題。采用液氫罐車(chē)低溫儲(chǔ)運(yùn)方式，對(duì)于環(huán)境、容器的要求較高，且儲(chǔ)量較小，難以滿(mǎn)足實(shí)際需求，性?xún)r(jià)比較差，無(wú)法進(jìn)行推廣應(yīng)用。長(zhǎng)管拖車(chē)氣態(tài)高壓儲(chǔ)運(yùn)對(duì)于儲(chǔ)存容器的要求相對(duì)較低，但儲(chǔ)量較低，大規(guī)模的儲(chǔ)運(yùn)難度較大。同時(shí)，因儲(chǔ)存容器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，安全性能較差，并非理想選擇。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，氫能源不適合長(zhǎng)途運(yùn)輸，運(yùn)輸管道和加氫站的建設(shè)也加大了氫能產(chǎn)業(yè)的成本投入。

（四）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足

在上游，我國(guó)氫氣產(chǎn)能對(duì)于燃料電池用氫的供給不足?，F(xiàn)階段我國(guó)氫能源產(chǎn)品多為灰氫，不滿(mǎn)足燃料電池用氫的忖度需求，同時(shí)與國(guó)家的環(huán)保發(fā)展理念不符，不適合產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展；在中游，儲(chǔ)運(yùn)方式單一，運(yùn)輸能力有限，對(duì)于輸氫管道和液氫罐車(chē)的投入不足。安全高效的輸氫技術(shù)是氫能擴(kuò)大發(fā)展的前提，管道輸氫方式是最為高效的運(yùn)輸方式，但成本投入大大高于長(zhǎng)管拖車(chē)氣態(tài)高壓儲(chǔ)運(yùn)，而目前我國(guó)的輸氫管道并未形成官網(wǎng)體系，進(jìn)行管道輸氫的限制較多；在下游，我國(guó)的氫燃料汽車(chē)行業(yè)發(fā)展處于起步階段，投入運(yùn)行的車(chē)倆數(shù)量較少，對(duì)于加氫站的實(shí)際需求并不高。而隨著氫燃料汽車(chē)行業(yè)發(fā)展，加氫站數(shù)量雖有所增長(zhǎng)，但覆蓋區(qū)域有限，且多為示范站。而受限于氫能源的儲(chǔ)運(yùn)，加氫站的選址也有了一定的要求，更加限制了加氫站的發(fā)展。

三、我國(guó)氫能發(fā)展方向建議

（一）加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

在借鑒全球氫能發(fā)展四種模式精髓的基礎(chǔ)上，立足于國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)、能源結(jié)構(gòu)明確氫能產(chǎn)業(yè)定位，構(gòu)建多元化氫能應(yīng)用場(chǎng)景，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)中央與地方、技術(shù)與市場(chǎng)、供應(yīng)與需求、短期目標(biāo)與長(zhǎng)期目標(biāo)等多方面因素，城市及區(qū)域間互補(bǔ)、系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展，不斷完善現(xiàn)有立法和監(jiān)管機(jī)制，引導(dǎo)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)有序、平穩(wěn)發(fā)展，盡量避免結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過(guò)剩情況的出現(xiàn)，集中人力、物力、財(cái)力解決關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)突破。推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)的建立，應(yīng)用氫能源領(lǐng)域的領(lǐng)先條件，與電力系統(tǒng)、新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)、軌道交通產(chǎn)業(yè)等多行業(yè)進(jìn)行協(xié)同發(fā)展，形成大規(guī)模示范的優(yōu)勢(shì)。

（二）注重技術(shù)創(chuàng)新，夯實(shí)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

通過(guò)國(guó)家科技計(jì)劃、專(zhuān)項(xiàng)等渠道加大對(duì)關(guān)鍵技術(shù)、材料的攻關(guān)支持：在上游，以CCUS技術(shù)、核能制氫技術(shù)、可再生能源制氫技術(shù)為主要攻關(guān)方向，為我國(guó)從“灰氫”向“藍(lán)氫”“綠氫”過(guò)渡提供技術(shù)支撐；在中游，以液氫技術(shù)、天然氣摻氫技術(shù)和LOHC技術(shù)等儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)為主要攻關(guān)方向，解決氫氣大規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)景下的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題；在下游，一方面以電堆關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化為主要攻關(guān)方向，降低成本，促進(jìn)氫能民用領(lǐng)域拓展，另一方面開(kāi)展氫能應(yīng)用研究，為氫氣應(yīng)用場(chǎng)景多元化提供支撐。

（三）加快配套建設(shè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)循環(huán)

終端氫氣總成本與制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫各階段的實(shí)際處理能力相關(guān)，加快配套建設(shè)，提高處理能力，有效降低各階段的成本，最終實(shí)現(xiàn)終端氫氣總成本降至40元/kg以下，使氫能產(chǎn)業(yè)脫離政府補(bǔ)貼，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)良性循環(huán)。政府方面加大政策扶持力度，不僅限于經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，同時(shí)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)，加快配套設(shè)施建設(shè)，引進(jìn)相關(guān)發(fā)展技術(shù)，打造氫能產(chǎn)業(yè)全新發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈。

四、結(jié)語(yǔ)

氫氣是“碳中和”時(shí)代的理想能源，當(dāng)前全球正在興起氫能產(chǎn)業(yè)的建設(shè)熱潮。我國(guó)在這次熱潮中暫時(shí)不在隊(duì)伍前列，相關(guān)技術(shù)研究較為滯后，但所幸的是為時(shí)未晚，全球的氫能產(chǎn)業(yè)都還是處于發(fā)展初期，我國(guó)只要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)科研力量和相關(guān)資源，有計(jì)劃地開(kāi)展各項(xiàng)研究和進(jìn)行有序建設(shè)，實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)大有希望。

相關(guān)鏈接

二次能源是聯(lián)系一次能源和能源用戶(hù)的中間紐帶。二次能源又可分為“過(guò)程性能源”“含能體能源”。當(dāng)今電能就是應(yīng)用最廣的“過(guò)程性能源”;柴油、汽油則是應(yīng)用最廣的“含能體能源”。由于目前“過(guò)程性能源”很難大量地直接貯存，因此汽車(chē)、輪船、飛機(jī)等機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具就無(wú)法大量使用從發(fā)電廠(chǎng)輸出來(lái)的電能，只能大量使用像柴油、汽油和天然氣這一類(lèi)“含能體能源”。但是隨著電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)的發(fā)展，“過(guò)程性能源”也可以部分替代“含能體能源”。隨著，人們將目光也投向?qū)で笮碌摹昂荏w能源”，作為二次能源的電能，可從各種一次能源中生產(chǎn)出來(lái)，例如煤炭、石油、天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力、潮汐能、地?zé)崮堋⒑巳剂系染芍苯由a(chǎn)電能。而作為二次能源的汽油和柴油等則不然，生產(chǎn)它們幾乎完全依靠化石燃料。隨著化石燃料耗量的日益增加，其儲(chǔ)量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴(lài)化石燃料的、儲(chǔ)量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種在常規(guī)能源危機(jī)的出現(xiàn)、在開(kāi)發(fā)新的二次能源的同時(shí)人們期待的新的二次能源。