文/朱松強(qiáng) 孫士恩 李想 王濤 許好好 吳舒琴 厲勁風(fēng)，浙江浙能技術(shù)研究院 浙江能源集團(tuán) 浙江火力發(fā)電高效節(jié)能與污染物控制技術(shù)研究重點實驗室，現(xiàn)代化工
中國已經(jīng)是世界能源最大的生產(chǎn)國和消費國，同時也是世界上最大的碳排放國，隨著中國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步持續(xù)發(fā)展，中國的能源發(fā)展問題將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。黨的十九大報告中，習(xí)近平總書記從保障國家能源安全的全局高度，提出“四個革命、一個合作”的能源安全新戰(zhàn)略，推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。2020 年 9 月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上表示：中國二氧化碳排放力爭于 2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和。能源高質(zhì)量發(fā)展將關(guān)系到能源行業(yè)全局深刻變，可以預(yù)見，低碳、高效、清潔是世界能源發(fā)展的必然趨勢。
長三角使用了全國17%的能源消費總量，支撐了全國超過23%的經(jīng)濟(jì)總量，且90%的能源都來自于外省市的支援。通過對我國能源發(fā)展問題、“碳中和”實現(xiàn)路徑問題、國內(nèi)外氫能發(fā)展現(xiàn)狀等問題進(jìn)行分析，為長三角氫能發(fā)展路徑提供思路。
1. 能源高質(zhì)量發(fā)展的挑戰(zhàn)
1.1 我國能源發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
（1）供給安全問題日益突出
推動我國能源高質(zhì)量發(fā)展是確保能源安全的前提和基礎(chǔ)。在世界油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)險和不確定因素增多的背景下，我國能源供應(yīng)安全問題日益突出。近年來，中國的石油和天然氣對外依存度一直在上升。到2019年，中國原油對外依存度和石油對外依存度均超過70%，其中原油為72.4%，石油為70.8%，同時，天然氣對外依存度達(dá)到43%。詳見圖1。
圖 1 1995-2018 年我國油氣對外依存度
（2）現(xiàn)有能源體系仍存在結(jié)構(gòu)性缺陷
我國的資源稟賦一直是“富煤缺油少氣”。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2019 年，中國煤炭消費占能源消費總量的 57.7%；水電、核電、風(fēng)電等可再生能源消耗占比 14.9%，詳見表 1。從 發(fā)展趨勢來看，中國能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化趨勢，其中低碳能源的份額逐漸增加?？傮w上，盡 管清潔能源消費占比持續(xù)提升，但煤炭在未來很長一段時間內(nèi)仍將處于主體性地位，“碳中 和”目標(biāo)的實現(xiàn)仍將面臨巨大挑戰(zhàn)。
表 1 2010—2019 年中國能源消費結(jié)構(gòu)占比 %
（3）能源需求和化石能源消費仍持續(xù)增長
目前，中國仍處于工業(yè)化和城市化加速發(fā)展階段，未來能源需求增長與其他國家和地區(qū)相比仍然較為強(qiáng)勁。2019 年，中國能源消費總量達(dá)到 48.6 億 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長 3.3%，其中化石能源為 41.4 億 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，占比 85.1%。據(jù)估計，到 2025 年，中國能源消費需求將為 55 億至 56 億t標(biāo)準(zhǔn)煤，詳見圖2，其中化石能源占比將降低至 82%。未來較長時期內(nèi)，在能源結(jié)構(gòu)持續(xù)轉(zhuǎn)型過程中，化石能源消費總量仍呈增長態(tài)勢。
圖 2 2000—2025 年我國能源消費總量及增速變化
（4）生態(tài)環(huán)境壓力加大，碳排放問題異常突出
過去10年，全球碳排放量持續(xù)上漲，詳見圖3。2019年全球CO2排放量達(dá)到368億t，其中，我國 CO2排放量為 98 億 t，約占世界總量的 28.8%，是世界上溫室氣體排放量最大的國 家。中國承諾在 2030 年左右達(dá)到碳排放峰值，并將非化石能源在一次能源消費中的比例提高 到 20%，還有很長的路要走?？傮w看，我國仍將長期面臨巨大減排壓力。
圖 3 2000—2018 年世界主要國家 CO2排放情況
1.2 全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加速
（1）世界能源清潔綠色轉(zhuǎn)型正在加速
近年來，全球一次能源消費穩(wěn)步增長，詳見圖4。2019年，全球一次能源消費同比增長1.3%，其中，可再生能源消費增長占比41%。全球可再生能源裝機(jī)容量達(dá)25.37億 kW，在電力總裝機(jī)中占34.7%，占電力新增裝機(jī)的 72%。從整體趨勢看，世界能源正在朝著清潔綠色方向轉(zhuǎn)型加速，其中可再生能源占比也在穩(wěn)步提升，將成為未來電力增量的主體，詳見表2。
圖 4 全球一次能源消費量發(fā)展趨勢
表 2 2013—2019 年全球可再生能源累計裝機(jī)總量 GW
（2）低碳轉(zhuǎn)型促使全球能源體系發(fā)生根本性變化
2020年9月，BP發(fā)布了《BP 世界能源展望》(2020)。從能源的整體發(fā)展趨勢來看:第一，油氣煤在全球能源體系中的比重將下降，可再生能源比重將上升；第二，風(fēng)能、太陽能主導(dǎo)的可再生能源將是未來 30 年增長最快的能源；第三，到2050年，石油、天然氣和煤炭在一次能源中的比例將從2018年的85%下降到65%～20%，而可再生能源將增加到20%～60%，詳見圖5?？梢灶A(yù)見，低碳轉(zhuǎn)型將導(dǎo)致全球能源體系發(fā)生根本性變化。
圖 5 1990—2050 年全球能源發(fā)展趨勢
1.3 大國擔(dān)當(dāng)下的“碳中和”承諾
根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 2019 年碳排放差距報告，當(dāng)前僅 G20 國家的碳排放量就占到全球 總排放量的 78％。截至 2020 年 11 月，G20 成員國中有 9 個國家已出臺時間表來承諾實現(xiàn)凈 零排放目標(biāo)：中國、加拿大、法國、德國、日本、韓國、南非、英國和歐盟。習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上向全球首次明確中國實現(xiàn)碳中和的時間點，是向世界傳遞中國未來綠色發(fā)展的決心和毅力。
2. 氫能——推動能源高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇
2.1 氫能是“碳中和”目標(biāo)下的解決方案
（1）氫能有望成為下一個“主體能源”
2015 年國際能源署(IEA) 根據(jù)能源的應(yīng)用形式將能源分為熱、電和交通工具燃料三類。對于目前能夠規(guī)?；瘧?yīng)用的能源而言，只有石油是能夠同時用作熱、電和交通工具燃料這三類的能源。氫是宇宙中最為豐富的元素，能量密度高，可儲存，無碳。國際能源署（IEA）認(rèn)為，未來的能源中，氫氣將和石油一樣，是能夠同時用作熱、電和交通工具燃料的能源。因此，在“碳中和”發(fā)展目標(biāo)框架下，氫能有望成為下一個“主體能源”。
（2）氫能是實現(xiàn)“碳中和”發(fā)展目標(biāo)的最優(yōu)解
要實現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)，就必須在能源結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整，增加清潔能源比重。而氫能是 100%的清潔能源，是實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的重要途徑，具有以下不可比擬的優(yōu)勢：一是零碳排放，其能量轉(zhuǎn)化后的最終產(chǎn)物只有水；二是可以實現(xiàn)能源互補(bǔ)，可以作為電、熱、氣轉(zhuǎn)換的媒介，是在可預(yù)見的未來實現(xiàn)跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化的有效途徑[8]；三是應(yīng)用場景廣泛，可應(yīng)用于交通、工業(yè)、民生、發(fā)電等眾多領(lǐng)域；四是儲能優(yōu)勢明顯，其具有儲能密度高、周期長、環(huán)保無污染、電能質(zhì)量高等特點。
（3）藍(lán)氫是同時實現(xiàn)煤炭高效轉(zhuǎn)化與碳捕集的有效途徑
世界能源理事會把伴有大量二氧化碳排放制得的氫稱為“灰氫”；把將二氧化碳通過捕 集、埋存、利用，避免了大量排放制得的氫稱為“藍(lán)氫”；把以可再生能源發(fā)電獲得的清潔電力進(jìn)行電解，全程沒有碳排放制得的氫稱為“綠氫”。綠氫是氫能利用的理想形態(tài)，但現(xiàn)在距離真正綠氫的實現(xiàn)仍有較遠(yuǎn)距離，目前的主流制氫手段是化石燃料制氫，得到的是“灰氫”。從長遠(yuǎn)看，灰氫不可取，未來的氫能制取將以藍(lán)氫為過渡措施，同時，積極向綠氫發(fā)展。結(jié)合 CCUS 技術(shù)的制氫，化石燃料的 CO2排放量能降低 90％。
2.2 當(dāng)前國外氫能發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢
（1）全球氫能發(fā)展趨勢
隨著全球能源消費結(jié)構(gòu)向低碳轉(zhuǎn)型的加速，氫能作為一種清潔的二次能源再次受到各方關(guān)注。日本、美國、歐盟、韓國等國家和地區(qū)逐步明確了氫能在國家能源體系中的戰(zhàn)略地位，制定了與氫能相關(guān)的多元化政策，并結(jié)合自身的資源稟賦和產(chǎn)業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，引導(dǎo)其氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，詳見圖6。
圖 6 2000 年以來世界主要國家氫能戰(zhàn)略與計劃
（2）歐美日等國氫能發(fā)展路徑
如表 3 所示，美國采用融合氫能模式，提出大規(guī)模融合氫能的能源系統(tǒng)概念，推動氫能的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。美國更注重氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢的確立和前瞻性技術(shù)的控制，注重氫能整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，并積極推動商業(yè)應(yīng)用。
表 3 歐美日等國和地區(qū)氫能發(fā)展特點比較
日本選擇的是自下而上的氫能發(fā)展模式，是目前全球氫能發(fā)展的積極推動者。其希望在前期普及氫能和燃料電池的下游應(yīng)用，不斷擴(kuò)大下游市場規(guī)模，大力推進(jìn)家用燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)、燃料電池商業(yè)化等氫能項目，并致力于建設(shè)氫能社會，實現(xiàn)能源供應(yīng)多元化，提高能源自給率。
德國選擇自上而下的氫能發(fā)展模式，重點發(fā)展電轉(zhuǎn)氣(P2G)模式，大力發(fā)展可再生能源電 解水制氫，盡快為下游氫能應(yīng)用提供便利基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)而激活下游應(yīng)用場景。
歐盟建立一體化能源系統(tǒng)模式，結(jié)合風(fēng)能、太陽能生產(chǎn)可再生氫能，實現(xiàn)能源密集產(chǎn)業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用。歐盟將氫能作為能源轉(zhuǎn)型和低碳發(fā)展的重要保障，并將綠色氫作為未來發(fā)展的重點。歐盟計劃建立一個一體化綜合能源系統(tǒng)，讓氫支持整個歐洲的工業(yè)、交通、發(fā)電和建筑的脫碳，將氫能的潛力轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。
3. 長三角氫能發(fā)展的優(yōu)劣勢分析
3.1 優(yōu)勢明顯
（1）長三角政策環(huán)境優(yōu)越
持續(xù)加快推進(jìn)氫能發(fā)展是推動長三角地區(qū)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重大戰(zhàn)略舉措，也是落實推進(jìn)長三角區(qū)域一體化戰(zhàn)略、打造世界級先進(jìn)制造集群的重要突破口。長三角地區(qū)對推動氫能發(fā)展已達(dá)成基本共識，紛紛出臺了相關(guān)政策規(guī)劃，如表 4 所示。
表 4 長三角氫能相關(guān)政策及規(guī)劃
（2）長三角工業(yè)副產(chǎn)氫富裕，先發(fā)優(yōu)勢明顯
氫能發(fā)展初期最可靠、最經(jīng)濟(jì)的來源就是工業(yè)副產(chǎn)氫，而長三角區(qū)域擁有大量的氯堿、乙烷裂解、丙烯脫氫（PHD）等工業(yè)副產(chǎn)氫資源，可利用的工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)能在33萬 t 以上,可供 150 萬輛以上燃料電池乘用車使用。
（3）長三角有良好的氫能制造業(yè)基礎(chǔ)
長三角區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)實力雄厚，聚集了大量氫能產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢企業(yè)，如上游制氫的上海啟元空分、淳華氫能、蘇州競立等企業(yè)；中游儲運的上海浦江特種氣體、液化空氣（上海）、林德氣體(上海)、富瑞特種裝備、浙江巨化等；下游應(yīng)用的上海重塑能源、上燃動力、明天氫能、寧波索福人等。特別是氫燃料電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈齊全，居國內(nèi)領(lǐng)先地位。
（4）長三角科技研發(fā)能力強(qiáng)
長三角區(qū)域擁有一批國內(nèi)頂尖的科研院所，同時，許多實力企業(yè)擁有自己的科研機(jī)構(gòu)，研發(fā)實力強(qiáng)勁，如浙大、同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)、杭氧、舜華、愛德曼等高校和企業(yè)，共同為長三角區(qū)域氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定科研創(chuàng)新基礎(chǔ)，日益縮小在氫能高端裝備制造和燃料電池基礎(chǔ)研究領(lǐng)域與歐美日差距。
3.2 存在的瓶頸
（1）發(fā)展目標(biāo)不明確，政策落地難
2019 年 5 月，中國汽車工程學(xué)會發(fā)布《長三角氫能走廊建設(shè)發(fā)展規(guī)劃》，加快長三角氫能產(chǎn)業(yè)一體化進(jìn)程。但目前上游、中游、下游仍缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和具體目標(biāo)，各城市乃至各單位間存在缺乏協(xié)作、單打獨斗等問題，尚未有效達(dá)成站車協(xié)調(diào)、互通聯(lián)動、互利共贏的局面。同時，還存在以下問題：①基礎(chǔ)設(shè)施不足，不同地區(qū)間加氫站缺乏協(xié)作；②操作過程中仍把氫作為?；?，政策落地難；③氫能汽車規(guī)模小、運營范圍小，運營成本高；④合作模式相對比較單一，主要集中在氫基礎(chǔ)設(shè)施與氫燃料電池汽車。
（2）長三角發(fā)展綠氫資源少，制氫成本高
近期來看，工業(yè)副產(chǎn)氫氣將是長三角氫能的主要來源。中長期來看，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排壓力的雙重作用，長三角化學(xué)工業(yè)的發(fā)展將進(jìn)一步受到限制，電解制氫等新的制氫路線將成為一個重要的發(fā)展方向。同時，主要依靠可再生能源水解制氫的綠氫也是實現(xiàn)“碳中和”發(fā)展目標(biāo)的最佳方式。但長三角地區(qū)的可再生能源并不豐富，基本上不存在“三棄”問題，且電解水制氫成本高昂，詳見圖7。
圖 7 浙江省各類原料成本測算制氫成本比較
（3）商業(yè)化推廣模式尚未建立
氫能發(fā)展還存在的一個問題就是商業(yè)化推廣模式尚未建立。仍需加強(qiáng)氫能在各個領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，開展重點地區(qū)的商業(yè)化示范運營，拉伸整個產(chǎn)業(yè)鏈的支撐能力，提高整個產(chǎn)業(yè)的成熟度，實現(xiàn)商業(yè)化運營。
4. 長三角氫能發(fā)展建議
（1）明確氫能發(fā)展目標(biāo)，完善政策標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系
長三角氫能生態(tài)圈的建設(shè)，需要逐步推進(jìn)以下幾點：①明確氫能發(fā)展目標(biāo)，完善政策標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系；②在保障安全的前提下，放開制氫場所限；③明確加氫站主管部門，加強(qiáng)規(guī)劃管理；④制定可落地的加氫站補(bǔ)貼政策；⑤因地制宜給予電解水制氫電價優(yōu)惠政策；⑥積極推動長三角氫能團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，為促進(jìn)行業(yè)、國家標(biāo)準(zhǔn)的建立打好“前哨戰(zhàn)”。
（2）統(tǒng)籌構(gòu)建氫能資源保障體系
未來的氫源將主要表現(xiàn)為大規(guī)模集中供氫和小規(guī)模分散式供氫，而現(xiàn)階段仍處于小規(guī)模分散式供氫，氫源比較分散。為合理利用長三角區(qū)域豐富的氫資源，需完善頂層設(shè)計和跨省聯(lián)動，在發(fā)展初期充分利用長三角灰氫資源，同時發(fā)展藍(lán)氫，突破 CCUS 技術(shù)并大幅降低 CCUS成本；并布局綠氫降低可再生能源電解水成本。根據(jù)各地的資源優(yōu)勢以及氫能市場情況合理布局和使用氫資源，縮短氫源補(bǔ)給距離，防止各地盲目開展重復(fù)建設(shè)，并進(jìn)一步優(yōu)化氫源產(chǎn)業(yè)布局。
（3）長三角氫能一體化生態(tài)圈建設(shè)
為應(yīng)對不同市場和地區(qū)需求，降低氫氣銷售價格，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)同發(fā)展，長三角一體化供氫、儲運系統(tǒng)建設(shè)必不可少，力爭形成與現(xiàn)有汽柴油供應(yīng)“無差異”的加氫網(wǎng)絡(luò)，形成短距離高壓氣態(tài)氫儲運、長距離低溫液氫儲運為主的運輸方式。同時，開展天然氣管道摻氫關(guān)鍵技術(shù)研究，探索管道運輸可行性。
（4）氫能應(yīng)用安全保障體系
氫氣在制備、儲存、運輸、充裝和使用過程中的安全性非常重要，一旦發(fā)生災(zāi)難性事故，就可能會損害公眾對氫能和燃料電池的看法。在氫能產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展中，安全必然是首位。具體措施建議如下：①加強(qiáng)氫的制、儲、運各環(huán)節(jié)安全技術(shù)研究，確保技術(shù)裝備安全可靠；②加強(qiáng)行業(yè)監(jiān)管，完善氫能應(yīng)用的安全標(biāo)準(zhǔn)體系和安全管理規(guī)范；③建立長三角地區(qū)各城市認(rèn)可的氫能產(chǎn)業(yè)質(zhì)量和產(chǎn)品檢測平臺。
