綠氫已成為未來維護能源安全的重要方向

■文/程明睿 高宏（賽迪智庫）

為應(yīng)對自身日益嚴重的能源危機，緩解對俄羅斯天然氣的嚴重依賴，2022年5月18日，歐盟發(fā)布了REPowerEU能源安全計劃，將提振綠氫全球產(chǎn)能、促進歐盟綠氫進口、引領(lǐng)制定綠氫貿(mào)易框架作為歐盟清潔能源戰(zhàn)略下一階段的主要目標。綠氫即綠色氫氣，是由太陽能、風(fēng)能等清潔能源經(jīng)電解水制備而來的氫能，是國際碳減排戰(zhàn)略中代替化石能源的重要能量來源。作為未來能源體系的重要組成部分，我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚處于起步階段，賽迪研究院安全產(chǎn)業(yè)研究所認為，我國應(yīng)加大力度研究如何積極開展綠氫布局，在全球碳減排貿(mào)易中搶得先機。

一、各國積極開展綠氫布局

綠氫是低碳氫/清潔氫的高級形式，其下位則是“藍氫”，即由化石燃料生產(chǎn)后經(jīng)過碳回收處理的氫氣。目前使用最多的是更低端的“灰氫”，即由化石燃料直接制備、不進行碳回收的氫氣。綠氫作為綠色能源，具有生產(chǎn)過程不依賴化石能源的特性，隨著各國能源安全需求快速提升，綠氫已成為多國掌控自身能源安全的新希望。

（1）在產(chǎn)能建設(shè)方面，歐盟、中國、美國的綠氫項目開展較早，產(chǎn)能和市場全球領(lǐng)先（見圖1）。中美兩國分別是當(dāng)今世界第一和第二大氫氣生產(chǎn)國和消費國，但由于能源來源較多，對綠氫的關(guān)注剛剛起步，更多的是注重提升灰氫、藍氫的生產(chǎn)效率和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在綠氫方面不如歐盟激進，產(chǎn)能也排在歐盟之后。作為能同時解決能源安全問題和占據(jù)碳減排高地的“一石二鳥”之計，歐盟大力發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)。2020年歐盟的綠氫產(chǎn)能超過140兆瓦，占到全球產(chǎn)能的40%以上，同期我國綠氫產(chǎn)能為23.47兆瓦，美國綠氫產(chǎn)能約為17兆瓦。在項目開展方面，歐盟綠氫項目開展最早、總數(shù)最大，最早可追溯到2000年的法國ALK 和西班牙PEM電解水制氫項目，德國項目總數(shù)最多，達67個；我國綠氫項目建設(shè)起步晚，但總數(shù)處于高增長態(tài)勢，2019年之前共有綠氫項目7個，2020年新增21個，2021年新增23個；美國綠氫項目最早可追溯到2004年的兩個ALK電解水制氫項目。

圖1 世界各國家或地區(qū)綠氫項目總數(shù)及占比情況

（2）在政策方面，各國積極開展綠氫戰(zhàn)略布局，以歐盟、日本發(fā)展意向最為強烈（見表1）。歐盟嚴重依賴俄羅斯天然氣供應(yīng)，在每年消費的約5000億立方米天然氣中有45%來自俄羅斯。烏克蘭危機發(fā)生后，為盡快擺脫對俄羅斯天然氣的依賴，歐盟制定了REPowerEU計劃，從近期利用現(xiàn)有資源、中期開展工業(yè)碳減排改造和氫電解槽示范工程建設(shè)、長期聚焦綠氫發(fā)展等三個階段和多種渠道，削減和抵消俄羅斯天然氣進口量。該計劃共投資約3000億歐元，其中1130億歐元用于發(fā)展綠氫上下游。此外，歐盟還積極構(gòu)建綠氫市場框架，在REPowerEU計劃中提出，要建設(shè)首個歐洲可再生氫交易中心，開展歐元—綠氫交易，以跳出美元石油框架。日本嚴重依賴能源進口，長期以來致力于掌握新興能源市場話語權(quán)。早在2003年日本就提出了“氫能社會構(gòu)想”，將綠氫作為該構(gòu)想的最終發(fā)展階段，同時還致力于構(gòu)建國際氫能供應(yīng)鏈，從2018年起已連續(xù)三年主辦氫能源部長級會議，主導(dǎo)并推動全球“氫能社會”發(fā)展。美國能源供應(yīng)充足，灰氫和藍氫產(chǎn)量和需求僅次于我國，在綠氫發(fā)展上采取與我國類似的穩(wěn)健策略，不急于推動綠氫大規(guī)模應(yīng)用，但已著手在海外開展綠氫布局。英國能源安全的總體形勢和綠氫戰(zhàn)略均與歐盟相近，盡快實現(xiàn)綠氫的大規(guī)模應(yīng)用是其主要目標。韓國發(fā)展綠氫成本高，總體還處于規(guī)劃布局階段，目前由樂天化學(xué)、曉星集團等大型企業(yè)自行探索。印度布局綠氫積極性高、投資力度大，但缺乏自產(chǎn)的電解槽生產(chǎn)線，也缺乏能夠?qū)崿F(xiàn)綠氫產(chǎn)能目標的大型電解槽，裝備自主化水平較低。

表1 各國綠氫戰(zhàn)略布局概況

（3）在發(fā)展?jié)摿Ψ矫妫鱽?、非洲、拉丁美洲等地區(qū)有望成為質(zhì)優(yōu)價廉的綠氫供給基地。當(dāng)前綠氫產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的主要瓶頸在于綠氫生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)成本相對較高。國際可再生能源機構(gòu)（IRENA）在《能源轉(zhuǎn)型的地緣政治——氫能因素》報告中描繪了全球廉價綠氫的供應(yīng)潛力，并認為5個未來全球廉價綠氫供應(yīng)潛力最大的地區(qū)依次是：西亞和北非、撒哈拉以南非洲、北美、大洋洲、拉丁美洲。綠氫發(fā)展激進的國家不但在本土積極發(fā)展綠氫，還著力推進海外綠氫生產(chǎn)基地建設(shè)。通過盡早與綠氫發(fā)展?jié)摿^大地區(qū)建立合作關(guān)系來保障未來綠氫進口供應(yīng)安全。到2030年，歐盟REPowerEU計劃增加1000萬噸氫氣進口需求，為此，歐盟試圖從北海地區(qū)（挪威和英國）、地中海南部和烏克蘭建立三個主要的氫進口走廊，并與埃及、摩洛哥和日本積極開展綠氫合作，同時還在歐洲地區(qū)以跨歐洲能源監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)（TEN-E）為核心，鼓勵非歐盟成員國參與歐盟重點項目建設(shè)，從多種角度提升綠氫進口能力、保障綠氫進口安全。日本則計劃到2030年進口3600萬噸液化氫，為此，積極與澳大利亞開展綠氫項目合作建設(shè)，而澳大利亞地區(qū)在綠氫發(fā)展?jié)摿ε琶形涣械谒?。綠氫發(fā)展?jié)摿^高區(qū)域的國家積極與優(yōu)勢國家開展合作，充分發(fā)揮自身太陽能、風(fēng)能和水資源充足優(yōu)勢，在歐盟、日本等綠氫需求迫切國家和地區(qū)的幫助下開展綠氫布局（見表2）。

表2 綠氫發(fā)展?jié)撃茌^大地區(qū)綠氫戰(zhàn)略布局概況

二、我國綠氫發(fā)展需在政策、技術(shù)、市場層面發(fā)力

與歐盟相關(guān)政策對比，我國綠氫發(fā)展政策扎實穩(wěn)健，但在搶占先機方面略有不足（見表3）。一是在國際合作方面，延續(xù)了以“一帶一路”為核心與技術(shù)領(lǐng)先國家合作的策略，但缺乏在全球其他太陽能、風(fēng)能充足地區(qū)開展綠氫生產(chǎn)布局、搶占合作機遇的強烈意愿。二是對我國綠氫交易市場未來發(fā)展速度的估計較為謹慎，缺乏類似歐盟“建設(shè)歐洲第一個綠氫交易中心”的明確目標。

表3 2020年以來我國支持綠氫發(fā)展的主要政策

（1）我國綠氫技術(shù)發(fā)明增長迅速，但技術(shù)積累仍較薄弱。近年來，我國氫氣生產(chǎn)領(lǐng)域總體發(fā)明數(shù)量躍居全球首位，但高質(zhì)量發(fā)明遠落后于發(fā)達國家（見圖2）。2005—2020年，在與綠氫生產(chǎn)緊密相關(guān)的制氫電解槽領(lǐng)域，我國總發(fā)明數(shù)以8621項居全球榜首，大幅領(lǐng)先第二位的日本（5952項），但具有國際備案的發(fā)明數(shù)量僅294項，位居全球第七，排在美國（2222項）、日本（1878項）、德國（1052項）、韓國（608項）、法國（580項）和荷蘭（362項）之后，英國（288項）、加拿大（267項）和丹麥（206項）之前。這表明我國綠氫技術(shù)發(fā)明專利的國際認可度較低，不利于我國主導(dǎo)或參與綠氫生產(chǎn)標準制定工作，專利總體質(zhì)量還有待提升。

圖2 2010—2019年全球氫氣生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)明質(zhì)量情況

（2）我國氫能總體供需市場廣闊，但綠氫占比僅為1.5%。我國是世界上最大的氫能生產(chǎn)和消費國，每年各類氫氣年產(chǎn)能約4000萬噸、實際年產(chǎn)量約3300萬噸，氫氣年消費量超過2400萬噸。中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》顯示，我國生產(chǎn)的氫氣絕大多數(shù)為灰氫，煤制氫和天然氣制氫占比約77.3%，來自焦爐煤氣、氯堿、丙烷脫氫等工業(yè)副產(chǎn)品的氫氣21.2%，綠氫占比極少。綠氫生產(chǎn)靠電解，2019年以來我國氫電解槽裝機量增長迅速，2020年達23.47MW，在全球總裝機量中的占比由2019年的2%上升至8%（見圖3）。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和政策的支持，我國綠氫產(chǎn)能和需求有望進一步提高。

圖3 2015—2020年世界氫氣電解槽裝機量

三、幾點建議

（1）在政策制定方面，放眼長遠，加快建立綠氫發(fā)展制度。一是構(gòu)建和完善支持綠氫發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策。積極開展綠氫領(lǐng)域的學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)和政產(chǎn)學(xué)研用合作，并依據(jù)我國氫能發(fā)展狀況、能源安全需求變化和零碳排放工作進展情況，適時編制發(fā)布綠氫產(chǎn)業(yè)總體規(guī)劃，明確我國綠氫發(fā)展的總體要求、具體目標、發(fā)展重點、發(fā)展策略和保障措施等，并根據(jù)我國各地太陽能、風(fēng)能資源情況和氫能需求進行總體布局，便于各地開展綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃制定工作。

（2）在創(chuàng)新驅(qū)動方面，以自主創(chuàng)新為核心，提升氫能產(chǎn)業(yè)化水平。一是認真落實支持綠氫技術(shù)發(fā)展的有關(guān)政策，以提升綠氫能量轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本為主要目標開展技術(shù)攻關(guān)；以太陽能、風(fēng)能制氫和高效大功率電解槽研制等重點項目為抓手，提升我國綠氫生產(chǎn)能力；積極開展氫氣液化、儲運及安全應(yīng)用共性關(guān)鍵技術(shù)研究，并對安全可靠、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低的先進技術(shù)裝備加以推廣，為綠氫產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供實現(xiàn)基礎(chǔ)。二是積極探索綠氫在鋼鐵、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用，發(fā)展綠氫煉鋼和綠氫煤化工等，并提升對零碳排放園區(qū)的獎補力度，加快綠氫在工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，激發(fā)各行業(yè)綠氫應(yīng)用轉(zhuǎn)型的能動性。

（3）在市場引導(dǎo)方面，加大投資合作，在國內(nèi)外有序布局綠氫產(chǎn)能。一是加快我國太陽能、風(fēng)能建設(shè)，由國企帶頭開展國內(nèi)綠氫產(chǎn)能建設(shè)，積極研制大型高效電解槽，利用我國西部地區(qū)豐富的太陽能和風(fēng)能資源，發(fā)揮東部海上制氫優(yōu)勢，提升我國綠氫產(chǎn)能，通過規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化降低我國綠氫設(shè)備綜合成本。二是依托“一帶一路”倡議提供的優(yōu)質(zhì)貿(mào)易環(huán)境，充分發(fā)揮“21世紀海上絲綢之路”途經(jīng)西亞北非的優(yōu)勢，加快進行地區(qū)綠氫項目合作，打造我國海外綠氫生產(chǎn)基地，構(gòu)建長期綠氫貿(mào)易合作伙伴關(guān)系。三是在全國碳排放權(quán)交易市場基礎(chǔ)上，探索建設(shè)國內(nèi)、國際綠氫交易市場。依托“一帶一路”能源合作伙伴關(guān)系、發(fā)揮我國全球最大氫能供需方的市場引領(lǐng)作用，參與和引領(lǐng)國際綠氫交易市場建設(shè)，提升人民幣在國際綠氫貿(mào)易中的地位，進而提升能源進口安全水平。