中國氫能產(chǎn)業(yè)2020年發(fā)展綜述及未來展望

程一步，王曉明，李楊楠，孟憲玲

（中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 100029）

1 2020年我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述

1.1 氫能產(chǎn)業(yè)步入新一輪快速發(fā)展期

1.1.1 氫能產(chǎn)業(yè)投資逆勢(shì)增長(zhǎng)

疫情未改變氫能產(chǎn)業(yè)投資增長(zhǎng)局面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，盡管受到疫情影響，2020年氫能產(chǎn)業(yè)上半年整體發(fā)展速度有所放緩。但在投資方面，投資金額仍實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，顯示了市場(chǎng)對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)依舊充滿信心。從投資類型看，主要分為產(chǎn)業(yè)園區(qū)投資、公司直投、產(chǎn)業(yè)基金及聯(lián)營合營四類，其中產(chǎn)業(yè)園區(qū)與公司直投仍是資金主要去向，占比分別達(dá)53%和36%。產(chǎn)業(yè)園區(qū)投資擴(kuò)大意味著布局氫能產(chǎn)業(yè)的地方政府?dāng)?shù)量仍在增加。公司直投規(guī)模增加意味著目前氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設(shè)已取得一定成效，大量項(xiàng)目落地。我國氫能產(chǎn)業(yè)投資增長(zhǎng)情況見圖1。

圖1 我國氫能產(chǎn)業(yè)投資增長(zhǎng)情況

1.1.2 燃料電池汽車已進(jìn)入商業(yè)化初期

2020年底超過7 000輛燃料電池商務(wù)車進(jìn)入示范運(yùn)營。根據(jù)中國汽車協(xié)會(huì)公布的汽車工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，2020年我國燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成1 199輛和1 177輛，2020年底我國燃料電池汽車保有量已達(dá)7 352輛，已在北京、上海、廣州等36個(gè)城市進(jìn)行了商業(yè)化的示范運(yùn)行。2020年前公告車型主要是以中輕型客車、公交車和中輕型物流車為主。2020年后由于燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷提升，逐漸推出適用于多種場(chǎng)景的車型，如城際公交車、城際渣土車、港口運(yùn)輸車、礦用自卸車、環(huán)衛(wèi)車、冷鏈物流車等。燃料電池汽車正在向大功率、長(zhǎng)距離、重載車型發(fā)展。

1.1.3 加氫站建設(shè)進(jìn)度逐步加快

2020年底，初步統(tǒng)計(jì)我國加氫站已建成128座，“十三五”規(guī)劃100座加氫站目標(biāo)已超額完成。已建加氫站分布在全國17個(gè)省份，主要集中在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)，其中上海、武漢、佛山等地已制定或出臺(tái)了明確的管理辦法。

1.1.4 大型能源央企跨界氫能產(chǎn)業(yè)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020年10月，國務(wù)院國資委監(jiān)管的96家央企中，開展氫能相關(guān)業(yè)務(wù)或布局的中央企業(yè)有26家，數(shù)量占比為27%。工業(yè)能源領(lǐng)域已有超過10家大型能源央企涉及氫能業(yè)務(wù)布局，各企業(yè)根據(jù)自身特點(diǎn)，在氫能產(chǎn)業(yè)布局各異。如中國石化提出將氫能全產(chǎn)業(yè)鏈作為新能源發(fā)展的核心業(yè)務(wù)，錨定建設(shè)中國第一大氫能公司，大量布局建設(shè)供氫中心和加氫站等。國家電投集團(tuán)布局主要集中在利用集團(tuán)可再生能源制氫，以及燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)兩方面。國家能源集團(tuán)布局從氫到加氫站的氫能利用全產(chǎn)業(yè)鏈，并開展氫燃料電池的研制與開發(fā)。中船重工旗下的718所布局利用可再生能源棄電制氫技術(shù)、氫氣隔膜壓縮機(jī)等加氫設(shè)備；712所布局船用燃料電池系統(tǒng)解決方案。東方電氣布局燃料電池、儲(chǔ)氫容器等。中車集團(tuán)布局氫燃料電池客車、氫能源有軌電車，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)集成及核心輔機(jī)，燃料電池系統(tǒng)核心部件等。寶武集團(tuán)與中核集團(tuán)布局核能—制氫—冶金耦合技術(shù)。能源央企相比其他企業(yè)有能源、資金及企業(yè)信用上的優(yōu)勢(shì)，不僅可吸引更多的風(fēng)險(xiǎn)投資和發(fā)起基金，還可集聚更多的產(chǎn)、學(xué)、研方面技術(shù)資源，通過加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新，探索并推動(dòng)氫能從制取、儲(chǔ)運(yùn)到應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)突破。

1.2 引導(dǎo)氫能發(fā)展政策不斷出臺(tái)

1.2.1 氫能列入“十四五”規(guī)劃編制重點(diǎn)任務(wù)

2020年4月，國家能源局發(fā)布《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》，氫能被列入能源范疇，同月國家能源局綜合司印發(fā)的《關(guān)于做好可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃編制工作有關(guān)事項(xiàng)的通知》提出將應(yīng)用氫能技術(shù)納入“十四五”可再生能源發(fā)展主要任務(wù)和重大項(xiàng)目布局。2020年5月，《關(guān)于2019年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況與2020年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃草案的報(bào)告》提出“制定國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃”。2020年10月國務(wù)院發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》明確提出到2035年實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展愿景。

1.2.2 完善氫能標(biāo)準(zhǔn)體系與扶持政策

燃料電池汽車“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”政策落地。2020年4月，工業(yè)和信息化部印發(fā)《2020年新能源汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作要點(diǎn)》提出持續(xù)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)體系，加快燃料電池汽車等重點(diǎn)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研制，積極參與全球技術(shù)法規(guī)協(xié)調(diào)，深入?yún)⑴c國際標(biāo)準(zhǔn)制定，廣泛開展國際合作交流。同月，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，提出調(diào)整補(bǔ)貼方式，將當(dāng)前對(duì)燃料電池汽車的購置補(bǔ)貼，調(diào)整為選擇有基礎(chǔ)、有積極性、有特色的城市或區(qū)域，重點(diǎn)圍繞關(guān)鍵零部件的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開展示范，中央財(cái)政將采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方式對(duì)示范城市給予獎(jiǎng)勵(lì)，爭(zhēng)取4年左右建立氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈，完善關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)突破，形成布局合理、協(xié)同發(fā)展的良好局面。2020年9月，國家財(cái)政部、工業(yè)生產(chǎn)和信息化管理部、國家科技部、發(fā)展改革委、能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》確定將燃料電池汽車的購置補(bǔ)貼政策，調(diào)整為燃料電池汽車示范應(yīng)用支持政策，以形成布局合理、各有側(cè)重、協(xié)同推進(jìn)的燃料電池汽車發(fā)展新模式。示范期暫定為4年。

1.2.3 大部分省份及地方政府發(fā)布?xì)淠芤?guī)劃，十余個(gè)城市群提交燃料電池汽車示范方案

隨著國家對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的大力支持，各省市結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)布局，完善氫能產(chǎn)業(yè)鏈。目前氫能產(chǎn)業(yè)已形成京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角三大集聚區(qū)，出現(xiàn)以北京、上海、廣東等為代表的先行城市（見表1）。盡管由于不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及資源條件約束，氫能規(guī)劃目標(biāo)差異明顯，但多地規(guī)劃都提及階段發(fā)展目標(biāo)，包括產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、投用車輛數(shù)、加氫站建設(shè)、企業(yè)培育等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在已經(jīng)發(fā)布的地方規(guī)劃中到2025年即將推廣燃料電池汽車?yán)塾?jì)超過12萬輛，加氫站超過600座，氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)累計(jì)產(chǎn)值將超過9千億元。2020年9月21日國家財(cái)政部、發(fā)改委等五部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于氫能燃料電池汽車示范應(yīng)用推廣的通知》后，全國已有上海、浙江、江蘇、廣東、湖北、山西、山東、遼寧、北京、河北、四川等十余個(gè)省市確定申報(bào)。

表1 中國主要地區(qū)氫能發(fā)展規(guī)劃

1.3 技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈繼續(xù)突破和完善

1.3.1 氫能供應(yīng)鏈關(guān)鍵零部件和技術(shù)開發(fā)有突破

氫能產(chǎn)供技術(shù)總體與國外差距較小。制氫技術(shù)國內(nèi)已擁有20萬Nm3/h煤制氫、8萬Nm3/h天然氣制氫、4萬Nm3/h甲醇制氫的工程技術(shù)集成能力與實(shí)際工程案例，并掌握氫氣液化關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，堿性電解水裝置的單機(jī)制氫能力也可達(dá)1 000～1 200 m3/h，并擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備制造、工藝集成能力。堿性電解槽我國整體處于世界領(lǐng)先水平。副產(chǎn)氫高純凈化方面，我國具有成套技術(shù)裝備，處于世界先進(jìn)水平。加氫站國內(nèi)具有自主研發(fā)生產(chǎn)35 MPa加氫機(jī)能力，完成70 MPa加氫機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)開發(fā)；壓縮機(jī)具備45 MPa小流量壓縮機(jī)的完全自主研發(fā)制造能力，并可通過進(jìn)口關(guān)鍵零部件，實(shí)現(xiàn)中等流量壓縮機(jī)自主集成；同時(shí)，擁有87.5 MPa壓力等級(jí)壓縮機(jī)的試驗(yàn)樣機(jī)。固定儲(chǔ)氫擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的45 MPa與98 MPa固定儲(chǔ)氫容器設(shè)計(jì)與制造能力，其中，45 MPa儲(chǔ)氫容器單體水容積可達(dá)到20 m3，使用壽命可達(dá)5萬次以上，98 MPa固定儲(chǔ)氫容器單體水容積可達(dá)到1 m3。液氫儲(chǔ)罐可完全國產(chǎn)化，最大容積可達(dá)300 m3；氦制冷循環(huán)設(shè)備已掌握核心技術(shù)。

1.3.2 氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善

燃料電池系統(tǒng)、電堆、空壓機(jī)等已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，氫氣循環(huán)泵、增濕器2020年底可小批量供貨。質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層等正在小批量驗(yàn)證。車載氫系統(tǒng)的高端碳纖維及部分管拔件取得了突破性進(jìn)展。自主研發(fā)的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)性能及環(huán)境適應(yīng)性不斷提升，系統(tǒng)功率已超過100 kW，系統(tǒng)功率密度達(dá)500 W/kg，實(shí)現(xiàn)-30℃低溫冷啟動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)工程化設(shè)計(jì)方面，由過去開發(fā)單一產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為開發(fā)模塊化、平臺(tái)化系列產(chǎn)品，由于掌握了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的核心技術(shù)，可在產(chǎn)品外觀不變的情況下，為客戶提供不同功率搭配的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。燃料電池系統(tǒng)國產(chǎn)化率目前已超過80%。燃料電池電堆性能改善情況見圖2。

圖2 燃料電池電堆性能改善情況

1.4 仍需提高產(chǎn)業(yè)化水平和完善法規(guī)

1.4.1 氫燃料電池汽車技術(shù)產(chǎn)業(yè)化水平滯后

技術(shù)產(chǎn)業(yè)化水平低，核心技術(shù)與國外技術(shù)尚有差距（見圖3）。目前，氫能與燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)多來源于國家科技研發(fā)項(xiàng)目，開發(fā)應(yīng)用主體多為科研院所或科技型企業(yè)，實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的能力不足或力度不夠，導(dǎo)致我國氫燃料電池汽車技術(shù)產(chǎn)業(yè)化水平滯后。如PEM是未來電解槽的發(fā)展方向，我國目前只有為數(shù)不多的單位在實(shí)驗(yàn)室開展研究，工業(yè)化顯著落后于美國、日本、德國。燃料電池催化劑、隔膜、碳紙、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等主要依賴進(jìn)口；高活性催化劑、高強(qiáng)度高質(zhì)子電導(dǎo)率復(fù)合膜、碳紙、低鉑電極、高功率密度雙極板等盡管已達(dá)國外商業(yè)化產(chǎn)品水平，但多停留于實(shí)驗(yàn)室和樣品階段，尚不具備批量生產(chǎn)技術(shù)。燃料電池電堆及系統(tǒng)在全工況下的性能驗(yàn)證有待提高，可靠性、耐久性等與國際先進(jìn)水平存在差距。氦制冷循環(huán)設(shè)備雖已掌握核心技術(shù)，但尚未達(dá)到量產(chǎn)水平；氫氣品質(zhì)檢測(cè)和氫氣泄漏等重要測(cè)試裝備欠缺，權(quán)威檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)尚未形成。氫能產(chǎn)業(yè)鏈的制、儲(chǔ)、運(yùn)、加各環(huán)節(jié)尚未完全打通。

圖3 國內(nèi)外氫燃料電池產(chǎn)品與技術(shù)差距

1.4.2 成本居高不下，盈利困難

可再生能源制氫尚不具備經(jīng)濟(jì)性。2019年我國陸上風(fēng)電和光電平均成本約0.39元/kW·h，按照每制備1 kg氫氣需50 kW·h電計(jì)算，1 kg氫氣制氫成本超過20元。

氫能儲(chǔ)運(yùn)分銷成本高，盈利困難?；A(chǔ)設(shè)施是保障燃料電池在汽車、火車、船舶、發(fā)電裝置等領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。我國加氫站基本采用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，儲(chǔ)量有限，國外已有30%加氫站儲(chǔ)存液氫；國內(nèi)車載儲(chǔ)氫瓶壓力主要采用35 MPa，國外多為70 MPa。國內(nèi)氫氣運(yùn)輸基本采用20 MPa長(zhǎng)管拖車，運(yùn)量小，運(yùn)輸半徑有限，成本較高，國外采用45 MPa長(zhǎng)管拖車以及液氫槽車。國內(nèi)氫氣管線主要為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的工業(yè)用戶，距離較短。我國將氫氣作為?；饭芾?，各地管理體系不清晰，且受站址用地等因素影響，加氫站建設(shè)較為滯后，建設(shè)費(fèi)用高、利用率低、補(bǔ)貼政策不到位，氫氣價(jià)格高企，目前盈利較為困難。

燃料電池仍處小批量生產(chǎn)階段，成本居高不下。我國雖已建成部分氫能產(chǎn)業(yè)園，但分布較為分散，未形成足夠規(guī)模的產(chǎn)業(yè)集群，燃料電池產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)?；l(fā)展階段。

1.4.3 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)管理制度亟待完善

2020年4月，國家能源局發(fā)布《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》，首次將氫能列為能源范疇，但氫能在《意見稿》中的表述仍很有限?，F(xiàn)代氫能經(jīng)濟(jì)正在逐步建立綠色、經(jīng)濟(jì)、高效的氫能供應(yīng)體系，在此過程中，不可避免地會(huì)遇到一系列新問題。在氫氣運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用、管理等環(huán)節(jié)，亟待具有可操作性的措施。如傳統(tǒng)煉化行業(yè)將氫氣作為工業(yè)原料使用，氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)則作為燃料使用。我國東西部能源分布不均導(dǎo)致上游氫能資源與下游氫能應(yīng)用市場(chǎng)的空間分布不匹配，需通過大規(guī)模、長(zhǎng)距離運(yùn)輸來實(shí)現(xiàn)又一輪“西氣東輸”，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失與管理體制等問題極大地限制了氫能儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)發(fā)展。國家法規(guī)雖對(duì)氫氣的存儲(chǔ)與運(yùn)輸提出監(jiān)管要求，但在執(zhí)行層面責(zé)任主體不明確、管理體系不完善；標(biāo)準(zhǔn)體系建立過程阻礙大，20 MPa以上高壓氣氫、液氫、管道運(yùn)輸?shù)壬袩o相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是全球研發(fā)重點(diǎn)，具有儲(chǔ)氫密度高等特點(diǎn)，可減少車輛運(yùn)輸頻次、提高加氫站單站供應(yīng)能量。但在我國受到法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所限，該方式目前僅用于航天服務(wù)，尚無民用液氫輸送案例。加氫站建設(shè)審批程序復(fù)雜且涉及部門眾多，主管部門不明確、政策體系不完善導(dǎo)致了若干難題。由于制氫屬于工業(yè)用地性質(zhì)，加氫站屬商業(yè)用地性質(zhì)，具有成本優(yōu)勢(shì)的電解水制氫加氫一體站項(xiàng)目通常只能建于工業(yè)園區(qū)，無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。此外，出于安全考慮，按照政策要求，制氫和加氫環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格分離，現(xiàn)階段我國暫不允許在加氫站內(nèi)直接制氫。目前國內(nèi)政策法規(guī)尚不允許儲(chǔ)氫瓶使用非金屬內(nèi)膽，車載氫瓶還要拆卸后檢測(cè)等。

1.4.4 氫能產(chǎn)業(yè)低水平擴(kuò)張苗頭已顯

各地同質(zhì)化低水平急劇擴(kuò)張。由于氫能及燃料電池是我國重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，近幾年多地加速布局，逐漸形成了京津冀、華東、華南、西南、華中、西北、東北為主要覆蓋區(qū)域的產(chǎn)業(yè)集群。總體來看，目前國內(nèi)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出“遍地開花”之勢(shì)。2020年以來，盡管受新冠疫情影響，產(chǎn)業(yè)發(fā)展依舊沒有減速。發(fā)布?xì)淠芟嚓P(guān)政策的省市從上年的約30個(gè)增至今年的近50個(gè)，部分地區(qū)還在持續(xù)加碼，相關(guān)企業(yè)也在加速涌入和扎堆布局，大量項(xiàng)目密集上馬。但氫燃料汽車行業(yè)當(dāng)前仍處于發(fā)展初級(jí)階段，推廣主要依賴政府采購和補(bǔ)貼。測(cè)算顯示，從氫氣制取到車輛運(yùn)行，推廣1 000輛氫燃料汽車需高達(dá)30～40億元的資金投入，根據(jù)“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”新政，國家獎(jiǎng)勵(lì)資金至多17億元，地方政府需自籌資金約20億元。另外，我國氫燃料汽車產(chǎn)業(yè)還面臨諸多技術(shù)“短板”。核心技術(shù)尚未突破，部分零部件和關(guān)鍵材料尚未國產(chǎn)。當(dāng)前部分不具備條件的地區(qū)未立足當(dāng)?shù)匾延挟a(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和量力而行，跟風(fēng)上馬氫能及燃料電池項(xiàng)目，重復(fù)、低效投資將引發(fā)同質(zhì)化企業(yè)的惡性競(jìng)爭(zhēng)，最終將導(dǎo)致低水平重復(fù)建設(shè)。

2 國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)

2.1 國內(nèi)外均繼續(xù)看好氫能發(fā)展遠(yuǎn)景

日本、德國、美國、韓國等20余個(gè)發(fā)達(dá)國家近幾年均制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，其目標(biāo)均是2030年后實(shí)施氫燃料電池汽車商業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用，總應(yīng)用規(guī)模超過1 000萬輛。國外能源企業(yè)如英國石油、殼牌、道達(dá)爾等也布局加氫站和可再生能源制氫業(yè)務(wù)。國際氫能委員會(huì)樂觀預(yù)測(cè)，到2050年氫能將承擔(dān)全球18%能源需求。

國內(nèi)行業(yè)樂觀預(yù)測(cè)，2035年氫燃料電池汽車達(dá)到百萬輛級(jí)應(yīng)用規(guī)模。2020年10月，中國電動(dòng)汽車百人會(huì)發(fā)布《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》，預(yù)測(cè)2050年氫能在我國能源體系中的占比約10%，氫氣需求量6 000萬噸，年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值12萬億元，全國加氫站數(shù)量達(dá)1.2萬座。氫經(jīng)濟(jì)基本發(fā)展成熟，交通運(yùn)輸、工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)氫能普及應(yīng)用，燃料電池車年產(chǎn)量達(dá)到3 000萬輛?！吨袊鴼淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》預(yù)測(cè)中國氫能發(fā)展總體目標(biāo)見表2。

表2 中國電動(dòng)汽車百人會(huì)對(duì)中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)

如果政策支持力度大、技術(shù)發(fā)展快，氫能有可能會(huì)快速發(fā)展。預(yù)計(jì)2025年前，國內(nèi)氫燃料汽車和加氫站數(shù)量會(huì)有較多增加；2035年后，隨著可再生能源制氫、氫燃料電池系統(tǒng)成本大幅下降，氫燃料車與柴油車相比購車成本相當(dāng)，燃料成本略低，碳減排壓力加大，氫燃料電池汽車（主要是物流車、公交車和重卡）、加氫站在部分地區(qū)將會(huì)大幅增加。

2.2 制氫向“綠氫”發(fā)展

2030年后“綠氫（可再生能源制氫）”和“藍(lán)氫（化石能源制氫＋CCUS）”是主要?dú)湓础Ｄ壳?，我國氫能產(chǎn)業(yè)以化石能源制氫或工業(yè)副產(chǎn)氫為主要?dú)湓矗稍偕茉粗茪湓谫Y源條件適合的地區(qū)逐步應(yīng)用。目前“灰氫（化石能源制氫）”“藍(lán)氫”“綠氫”制氫成本比例約為1∶1.6∶2，未來，在政策引導(dǎo)和可再生電力成本下滑帶動(dòng)下，預(yù)計(jì)加氫站氫源將從“灰氫”逐步向“藍(lán)氫”“綠氫”過渡。我國制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)見圖4。

圖4 我國制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)

2.3 液氫、氫氣管道運(yùn)輸將快速發(fā)展

液氫、管輸氫將承擔(dān)未來長(zhǎng)距離氫能運(yùn)輸任務(wù)。隨著氫經(jīng)濟(jì)規(guī)模不斷擴(kuò)大，我國氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將逐步完善，包括液氫、氫氣管道運(yùn)輸在內(nèi)的多種運(yùn)輸形式都將快速發(fā)展。預(yù)計(jì)2030-2035年形成液氫運(yùn)輸主干線和部分氫氣長(zhǎng)距離輸送管道，液氫運(yùn)輸占1/3以上，實(shí)現(xiàn)氫氣長(zhǎng)輸管線超過3 000 km。我國氫運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)見圖5。

圖5 我國氫運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)

2.4 加氫站近期以合建站為主，中遠(yuǎn)期多元化發(fā)展

選址和用地是制約加氫站建設(shè)的重要因素，一般加氫站土地費(fèi)用占總投資20%以上。在局部地區(qū)加氫站需求大量增加時(shí)，改造加油站和加氣站并合建加氫站成為較為理想的模式。油氫合建站一方面便于解決市區(qū)內(nèi)用地問題，一方面可降低加氫站建設(shè)和運(yùn)營成本。近期多個(gè)地方政府發(fā)布的氫能相關(guān)政策顯示，加氫站建設(shè)優(yōu)先考慮合建站成為主流。如上海嘉定區(qū)發(fā)布的15座加氫站布局與選址規(guī)劃油氫合建站占70%以上；2020年2月發(fā)布的《佛山市南海區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020-2035年）》要求新建、遷建加油站必須合建加氫站。長(zhǎng)期來看，油氫合建站是加氫站最具競(jìng)爭(zhēng)力的建設(shè)模式。

液氫加氫站比氣態(tài)加氫節(jié)約用地1/3，發(fā)展?jié)摿Υ?。目前從全球來看，液氫加氫站?00多座加氫站中的1/3，絕大多數(shù)分布在美國和日本。目前國內(nèi)由于政策約束和單站加氫量較少，外送氫氣加氫站在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都會(huì)是加氫站的主流。但液氫加氫站占地面積更小，大規(guī)模加氫站建設(shè)中，液氫加氫站建造成本更有優(yōu)勢(shì)。氫液化和再氣化過程，純度提高，有利于增加燃料電池壽命及電量。因此，未來中長(zhǎng)期液氫加氫站（最大可做到4～6噸/日）更適合市場(chǎng)化大規(guī)模運(yùn)營，發(fā)展?jié)摿Ω蟆?/p>

站內(nèi)制氫可解決氫氣運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì)問題。由于國內(nèi)法規(guī)對(duì)制氫場(chǎng)地的限制仍較為嚴(yán)格，目前國內(nèi)站內(nèi)制氫加氫站僅在山西大同建成一座，該項(xiàng)目由大同市政府與大同氫雄云頂氫能科技有限公司合建，制氫方式以電解水制氫為主，制氫加氫量500 kg。由于站內(nèi)制氫加氫站可省去氫氣遠(yuǎn)距離運(yùn)輸費(fèi)用，可利用谷電或棄風(fēng)、棄光、棄水等可再生能源電力制氫，從而降低終端供氫成本。因此，站內(nèi)制氫未來應(yīng)是加氫站的一種建設(shè)模式。

2.5 替代商用車為主

替代城市大客、長(zhǎng)途重卡的燃料電池汽車將是交通領(lǐng)域氫能燃料的主要用戶。與歐美氫能車輛主要是乘用車不同，當(dāng)前中國氫能車輛構(gòu)成主要以非乘用車為主，特別是氫能巴士和輕型/中型氫能卡車。截至2019年底，中國氫能巴士保有量4 297輛，占全球的96.4%，輕型/中型氫能卡車1 807輛，占全球的98.5%，而氫能乘用車不足百輛，僅占全球的0.4%。2020年9月，國家財(cái)政部、工業(yè)生產(chǎn)和信息化管理部、國家科技部、發(fā)展改革委、能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》明確示范重點(diǎn)推動(dòng)燃料電池汽車在中遠(yuǎn)途、中重型商用車領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。我國燃料電池商用車發(fā)展路線見表3。

表3 我國燃料電池商用車發(fā)展路線

燃料電池發(fā)電在部分特殊領(lǐng)域開展應(yīng)用。燃料電池在發(fā)電效率、環(huán)境保護(hù)、能量密度、工作噪聲、可靠性上都有較大優(yōu)勢(shì)。燃料電池發(fā)電不受傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)卡諾循環(huán)的限制，理論上發(fā)電效率可達(dá)85%～90%，但由于工作時(shí)各種極化的限制，通電過程有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，電能轉(zhuǎn)化效率40%～60%。若實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，燃料總利用率可達(dá)80%以上。此外，燃料電池發(fā)電可靠性高，具有組裝式結(jié)構(gòu)，安裝維修方便。跟其他二次電池一樣，燃料電池會(huì)很快響應(yīng)負(fù)載的變化。無論處于額定功率以上過載運(yùn)行或低于額定功率運(yùn)行，它都能承受且效率變化不大。由于燃料電池的運(yùn)行高度可靠，可作為各種應(yīng)急電源和不間斷電源使用。目前燃料電池發(fā)電在美國、西歐和日本等發(fā)達(dá)國家已有一定應(yīng)用規(guī)模，既包括艦艇、無人航行器等軍用領(lǐng)域，也包括民用領(lǐng)域，作為傳統(tǒng)發(fā)電的高效、可靠替代方案，為公共事業(yè)部門、市政設(shè)施、商業(yè)機(jī)構(gòu)等多種場(chǎng)所提供清潔、可靠的主要或備用電源。

2.6 難以減排領(lǐng)域的氫能開發(fā)利用

目前在鋼鐵生產(chǎn)過程中需要使用焦炭作為還原劑，在石化和化工行業(yè)需要使用來自化石能源的氫氣作為原料，我國這些領(lǐng)域造成的CO2排放約15億噸/年，且都屬于“難以減排領(lǐng)域”。物流重卡、船舶、無人機(jī)等對(duì)于續(xù)航能力和能量密度要求較高的交通領(lǐng)域，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看氫燃料電池比鋰電池更有適用性和競(jìng)爭(zhēng)力，氫燃料電池能夠?qū)ζ洮F(xiàn)有化石燃料進(jìn)行有效替代，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域清潔低碳發(fā)展。未來隨著大數(shù)據(jù)中心、5G通信基站建設(shè)，氫燃料電池應(yīng)急保障電源也有較好的應(yīng)用前景。氫能將有望在“難以減排領(lǐng)域”，如工業(yè)原料、高品位熱源、重卡、船舶、應(yīng)急保障電源等領(lǐng)域等得到大規(guī)模應(yīng)用，完成這些領(lǐng)域的脫碳。

2.7 氫儲(chǔ)能會(huì)成為主要儲(chǔ)能方法

從我國能源轉(zhuǎn)型需要大量生產(chǎn)消納新能源的角度來看，儲(chǔ)能技術(shù)的解決是實(shí)現(xiàn)未來能源系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。通過可再生能源發(fā)電—儲(chǔ)電或電解水制氫—儲(chǔ)氫是解決可再生能源波動(dòng)性和間歇性的重要途徑。為提高可再生能源利用率，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑可再生能源的波動(dòng)性，以電能和氫氣進(jìn)行儲(chǔ)能，可有效降低可再生能源發(fā)電的棄電率。電池的能量密度較低且存在自放電現(xiàn)象，適合于短期儲(chǔ)能；氫氣儲(chǔ)能具有能量密度高的特點(diǎn)，適合于長(zhǎng)期儲(chǔ)能。電池和氫能儲(chǔ)能結(jié)合可較好解決未來能源儲(chǔ)能問題。氫儲(chǔ)能技術(shù)是利用了電力和氫能的互變性而發(fā)展起來的。利用富余的、非高峰的或低質(zhì)量的電力大規(guī)模制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存起來，在電力輸出不足時(shí)利用氫氣通過燃料電池或其他反應(yīng)補(bǔ)充發(fā)電，能夠有效解決當(dāng)前模式下的可再生能源發(fā)電并網(wǎng)問題，同時(shí)也可以將此過程中生產(chǎn)的氫氣分配到交通、冶金等其他工業(yè)領(lǐng)域中直接利用，提高經(jīng)濟(jì)性。目前，氫儲(chǔ)能技術(shù)在國外已有應(yīng)用實(shí)例。如德國已開發(fā)運(yùn)行了十多個(gè)氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，并不斷拓寬氫能應(yīng)用領(lǐng)域，包括供應(yīng)周邊加氫站、直接燃燒發(fā)電、使用燃料電池技術(shù)發(fā)電、與CO2反應(yīng)制取甲烷等“電轉(zhuǎn)氣（PtG）”技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。我國已開始探索大規(guī)?？稍偕茉粗茪涞目尚行浴?020年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃的主要任務(wù)中明確指出支持新能源汽車、儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，氫能/儲(chǔ)能在支持之列。2020年國家征集可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃重大基地和示范工程的通知中，也包含有新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能、新能源發(fā)電與氫能融合發(fā)展類項(xiàng)目。因此，雖然氫儲(chǔ)能現(xiàn)階段尚未大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，但未來15～20年有商業(yè)推廣應(yīng)用潛力。

3 結(jié)語

氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有利于實(shí)現(xiàn)我國能源轉(zhuǎn)型，有利于實(shí)現(xiàn)我國綠色發(fā)展目標(biāo)，有利于保障我國能源安全，有利于形成我國新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，已成為我國能源戰(zhàn)略布局的重要部分。在碳達(dá)峰、碳中和背景下，氫能將在石化、鋼鐵、交通等領(lǐng)域推進(jìn)一些較難脫碳行業(yè)的深度脫碳。隨著技術(shù)進(jìn)步、法規(guī)完善，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將步入新一輪快速發(fā)展期。