中國儲能網訊：早在上世紀90年代中期，氫就作為“提供脫碳，可持續(xù)能源系統(tǒng)必不可少的元素”而被寄予厚望，但此后20年的發(fā)展進程遠遠低于人們的期望。2015年，根據《巴黎協(xié)定》設定的1.5℃溫升和凈零排放目標，2030年前全球脫碳速度需提高5倍方可實現(xiàn)既定目標。由于交通運輸和工業(yè)領域脫碳的復雜性及難度，僅靠可再生能源遠不能滿足二氧化碳或溫室氣體凈零排放的“脫碳”要求。氫能由于具備來源多樣、清潔低碳、安全、靈活高效、應用場景豐富等特點，再次受到重視，被視為未來十年替代碳氫化合物、應對氣候變化的關鍵要素。
近年來，氫能因其在能源轉型和工業(yè)脫碳中的重要作用日益受到關注，但氫能作為一個“產業(yè)”在各國都處于初步發(fā)展階段。
我國氫能產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與特點
氫能產業(yè)，無論從氫的制造、運輸和儲存，還是氫作為能源利用方面都還屬于萌芽狀態(tài)的產業(yè)。目前，我國氫能產業(yè)發(fā)展表現(xiàn)出如下三個特點。
1. 我國氫氣產業(yè)基礎較好，為氫能產業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好條件
我國存在著一個以化石能源制氫和工業(yè)副產氫回收的生產和非能源利用的“氫氣產業(yè)”，并且這一產業(yè)已經有相當規(guī)模。據中國煤炭工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據，2012—2020年，中國氫氣產量整體呈穩(wěn)步增長趨勢，年產量從1600萬噸增加到2500萬噸，是世界第一大產氫國家。其中，中國石化和國家能源集團是國內氫氣產量最大的兩家企業(yè)。2020年，中國石化氫氣年生產量達350萬噸，占全國氫氣產量的14%；國家能源集團年生產400萬噸，占氫氣總體產量的16%。此外，2020年，我國金屬儲氫材料產銷量已超過日本，成為世界最大儲氫材料產銷國。
與“氫氣”產業(yè)相比，我國“氫能”產業(yè)發(fā)展還處于初級階段。目前2500萬噸氫氣產量中，僅有1%左右作為能源使用。但我國氫氣產量和儲氫材料產銷量世界第一，為我國氫能技術開發(fā)利用和氫能產業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，主要表現(xiàn)在：
第一，我國氫燃料電池車產銷量及加氫站數(shù)量居世界前列。與電動汽車相比，全球氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展還處于萌芽狀態(tài)。根據中國汽車工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)據，2020年，全球共銷售氫燃料電池汽車9006臺。其中韓國是全球最大的氫燃料電池汽車銷售市場，銷量為5823臺；中國則是全球第二大氫燃料電池汽車銷售市場，銷量為1177臺。
截至2020年底，中國的氫燃料電池汽車保有量僅次于韓國和美國，居全球第三。韓國是全球唯一氫燃料電池汽車保有量超過1萬輛的國家。從氫燃料電池汽車的加氫站數(shù)量看，2020年，日、德、中三個國家加氫站共有311座，占全球總數(shù)的56%。其中中國加氫站為69座，居全球第三。
第二，氫能源作為技術密集型行業(yè)，有著極高的技術要求。盡管我國氫能產業(yè)鏈的一些關鍵技術與國際先進水平還有差距，但近年來我國氫能利用技術研發(fā)能力有了長足進步。
早期，我國氫能源相關技術的研發(fā)較為緩慢，專利年申請量不足百件。自2015年開始，國內氫能源專利申請數(shù)量迅速攀升。根據知識產權產業(yè)媒體IPRdaily與incoPat創(chuàng)新指數(shù)研究中心聯(lián)合發(fā)布的“2020上半年全球氫能產業(yè)發(fā)明專利排行榜（TOP100）”全球前100名企業(yè)中，中國石化的氫能產業(yè)發(fā)明專利申請數(shù)量（434件）位列第一，遠高于其他企業(yè)。入榜的前100名企業(yè)主要來自13個國家和地區(qū)，中國占比45%，日本占比15%，美國占比13%，德國占比7%；英國和韓國各占比4%。
為推進氫能技術發(fā)展及產業(yè)化，2018—2020年，國家重點研發(fā)計劃啟動實施“可再生能源與氫能技術”重點專項。其中，科技部通過該重點專項部署了27個氫能研發(fā)項目，研發(fā)經費投入約5億元。從重點轉向分布的產業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看，下游應用是氫能源2018—2020年研發(fā)任務的重點，其次是制氫和儲氫技術。在2018—2020年國家重點研發(fā)項目中，燃料電池技術類有14個，占總項目的51.9%；制氫技術類5個，占比18.5%；儲氫技術類6個，占比22.2%；加氫站技術類2個，占比7.4%。2021年，科技部更加重視重點專項研發(fā)項目分布的均衡性。
在2021年2月1日發(fā)布的《關于對“十四五”國家重點研發(fā)計劃氫能技術等18個重點專項2021年度項目申報指南征求意見的通知》中，重點專項研發(fā)項目在燃料電池技術類、制氫技術類和儲氫技術類的分布比例各為32%。
2. 我國氫能產業(yè)發(fā)展的政策框架進一步完善
在2006年國務院發(fā)布的《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》所確定的發(fā)展重點中，“氫能及燃料電池技術”被列為國家重點發(fā)展的一種先進能源技術。不過，這主要停留在科學研究層面，直到2012年國務院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》和2014年國務院辦公廳發(fā)布《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動（2014—2020年）》，國家才正式將“氫能與燃料電池”作為能源科技創(chuàng)新戰(zhàn)略的一個方向。
2020年以來，我國出臺了一系列氫能相關政策，使我國氫能產業(yè)發(fā)展政策框架得以進一步完善。主要表現(xiàn)在三個方面。
一是發(fā)布政策文件的政府部門和機構多。包括財政部、工信部、科技部、發(fā)展改革委、司法部、國家能源局、國家關稅稅則委員會、國家標準化委員會等。很多政策文件都是兩個以上的部委局聯(lián)合制定發(fā)布，這表明氫能產業(yè)發(fā)展已經上升為國家戰(zhàn)略，引起相關部委局的高度重視。
二是政策文件涵蓋了影響氫能產業(yè)的各個方面。既包括氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃與布局，也包括制氫、儲氫、燃料電池、加氫站等產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，還包括氫能技術研發(fā)支持重點、氫能支持項目申報流程和評價方法等，使我國氫能支持政策的系統(tǒng)性和嚴謹性得到極大改善。
三是政策手段以政府規(guī)劃指導和財政補貼為主。同時，通過推動產業(yè)發(fā)展技術標準的制定引導產業(yè)良性競爭，通過降低部分氫能產業(yè)鏈關鍵進口零部件關稅等方式支持國內氫能設備制造業(yè)的發(fā)展。到目前為止，我國已經發(fā)布實施氫能和燃料電池技術、應用、檢測、安全相關的國家標準80項，行業(yè)標準約40項。這些技術規(guī)范和標準對氫能和氫燃料電池汽車規(guī)范發(fā)展起到了積極的推動作用。
3. 各地氫能產業(yè)發(fā)展以燃料電池汽車為主導方向
除了國家層面的戰(zhàn)略重視之外，全國31個?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）均發(fā)布了氫能產業(yè)發(fā)展的相關政策。有的地方是在該省的“十四五”規(guī)劃與2035年遠景目標綱要這樣的綜合性政策規(guī)劃文件中對氫能發(fā)展做出部署和規(guī)劃，如安徽、湖南、云南、黑龍江、陜西等??；有的地方則在綜合性規(guī)劃文件之外，發(fā)布了專門的氫能源相關專項政策或規(guī)劃，如北京、山東、河北、天津、四川、浙江、寧夏等省市區(qū)；一些省市則通過氫燃料汽車等相關政策規(guī)劃發(fā)布氫能源產業(yè)建設目標。
值得注意的是，幾乎所有發(fā)布專門氫能產業(yè)政策的省市區(qū)都把氫能產業(yè)發(fā)展的主導方向和重點放在了燃料電池汽車及其產業(yè)鏈的發(fā)展上，盡管氫能發(fā)展目前在全球范圍受到高度重視的關鍵不在于陸地交通，而是因為氫能在一些“脫碳”難度大的工業(yè)部門所體現(xiàn)出的獨特優(yōu)勢。
從主要省市區(qū)氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃所制定的目標可以清晰地看出，燃料電池汽車及其產業(yè)鏈是各地發(fā)展氫能的主因，甚至是唯一選擇。表1中列舉的13個省市自治區(qū)中，除了寧夏以外，其余省市自治區(qū)的氫能產業(yè)規(guī)劃都具體為氫燃料電池汽車的生產或推廣目標，其中還有兩個省（山東和浙江）規(guī)劃了氫燃料電池發(fā)動機產能目標。對于氫能在其他領域的應用則沒有涉及。
表1 主要省市自治區(qū)氫能產業(yè)發(fā)展目標
資料來源：產業(yè)前瞻研究院
當前我國氫能產業(yè)發(fā)展存在的問題
在我國當前氫能利用的技術、材料和設備制造水平下，各地紛紛大規(guī)模鼓勵氫能產業(yè)發(fā)展的政策已經初步帶來了一些不利影響，突出的問題有三個。
1. 我國制氫原料以化石能源為主導，二氧化碳排放量壓力大
中國是世界第一產氫大國，2020年全國氫氣產量約2500萬噸。這些氫氣基本是作為工業(yè)原料，作為能源使用的“氫”微乎其微。從制氫的原料及方式看，我國和全球一樣，基本是化石能源制氫和工業(yè)副產品提純制氫。如表2所示，我國化石能源制氫包括煤制氫、天然氣重整制氫和石油制氫，三種制氫原料及技術路線產量占比分別為43%、16%和13%；工業(yè)副產提出制氫主要是焦爐煤氣和氯堿尾氣制氫，其產量占28%；電解水制氫和其他制氫方式占比微乎其微。
表2 我國制氫原料來源與二氧化碳排放量
資料來源：清華大學、作者計算
在氣候變化和能源轉型的大背景下，化石能源制氫必須要考慮其產生的大量二氧化碳排放問題。根據我國不同技術路線制氫的產量占比及其碳排放數(shù)據，按照2020年我國氫氣產量2500萬噸計算，2020年我國煤制氫的產量為1075萬噸，按照每公斤氫氣制備排放20公斤二氧化碳計算，其二氧化碳年排放量為2.15億噸；天然氣重整制氫產量為400萬噸，排放二氧化碳為4000萬噸；石油制氫產量325萬噸，排放二氧化碳3250萬噸；工業(yè)副產提純制氫700萬噸，排放二氧化碳3500萬噸。2020年化石能源制氫合計排放二氧化碳3.225億噸，大致占我國工業(yè)過程排放二氧化碳量的24.8%。
有鑒于此，在“綠氫”不具備真正的成本競爭力之前，大規(guī)模推動氫能產業(yè)發(fā)展，將導致“灰氫”規(guī)?？焖贁U張和二氧化碳排放量快速增加，不利于我國“雙碳”工作的推進。
2. 地方過快推進氫能產業(yè)發(fā)展導致低水平重復投資
從全球看，歐盟主要國家及美國、日本、韓國等國都發(fā)布了“氫能發(fā)展戰(zhàn)略”或“路線圖”，但在氫能開發(fā)方面，基本處于技術研發(fā)和項目示范階段，氫能開發(fā)利用技術總體上還不具備大規(guī)模商業(yè)推廣的條件。
與發(fā)達國家相比，我國在燃料電池技術發(fā)展、氫能產業(yè)裝備制造等方面相對落后。關鍵零部件主要依靠進口，燃料電池的關鍵材料包括催化劑、質子交換膜以及炭紙等材料大都采用進口材料；關鍵組件制備工藝亟需提升，膜電極、空壓機、雙極板、氫循環(huán)泵等和國外存在較大差距；氫能技術標準中關于氫品質、儲運、加氫站和安全標準的內容較少，難以滿足國際技術通則以系統(tǒng)為實驗對象的要求。
另外，高精度氫氣品質檢測和高靈敏度氫氣泄露等重要測試裝備欠缺，權威檢測認證機構仍未形成。從全球范圍氫能專利布局來看，大量核心專利掌握在美國、日本等國手中，我國尚未成為主導國際氫能發(fā)展的技術來源方。
因此，從技術研發(fā)實力和產業(yè)基礎看，我國氫能產業(yè)2025年之前還不具備大規(guī)模商業(yè)化的條件，但目前各地氫能規(guī)劃和氫能產業(yè)園區(qū)建設已呈現(xiàn)過熱苗頭。
據不完全統(tǒng)計，目前發(fā)布氫能產業(yè)規(guī)劃的省市，地級市以上有50多個，除大的省區(qū)以外，70%的省都提出要發(fā)展氫能產業(yè)，規(guī)劃氫燃料電池電堆總產能已經高達3000兆瓦，燃料電池汽車總產能超過10萬輛，規(guī)劃總投資超過2000億。在氫能產業(yè)發(fā)展仍存在自主創(chuàng)新能力不強、國產化率低、成本高等短板明顯的情況下，各地這種一哄而上大規(guī)模布局的做法，將導致氫能產業(yè)低水平重復和資源浪費，影響我國氫能產業(yè)健康發(fā)展。
3. 我國氫能產業(yè)規(guī)劃的應用場景選擇過于單一
氫能具有廣泛的應用場景，因而“綠氫”在一些難以脫碳的領域被寄予厚望。根據國際氫能委員會（HydrogenCouncil）發(fā)布的《氫能洞察》指出，從總體擁有成本（TCO）看，在全球制氫、儲運、配送成本快速下降的趨勢下，氫能在各領域的應用潛力將逐步凸顯，到2030年，氫能可在22種終端應用中成為最具競爭力的減碳解決方案，包括煉油、化肥、商用車、長途卡車運輸、航運和氫冶煉等應用領域。
然而，當前我國各地氫能發(fā)展方向基本局限在燃料電池汽車領域，示范應用主要集中在以公交車為主要應用場景的交通領域，應用場景單一，產業(yè)同質化突出。
從能源低碳轉型的過程看，我國氫能產業(yè)發(fā)展選擇場景集中在交通領域將可能導致兩個問題：
一是各地規(guī)劃的氫燃料電池汽車發(fā)展集中在乘用車，對于燃料電池技術路線更具優(yōu)勢的中重型卡車的示范運營卻很少真正開展。根據行業(yè)的看法，氫燃料電池汽車要到2025—2030年才具備產業(yè)化條件。而且，即使屆時真正具備了產業(yè)化條件，在不斷進步的三元鋰電池和磷酸鐵鋰技術成本不斷降低的情況下，氫燃料電池車在中短途也并無競爭優(yōu)勢，那么，當前把規(guī)模集中于這一領域的氫能投資可能會“打水漂”。
二是一些脫碳真正困難、需要“氫能”的領域，如化工、冶煉、軌道交通、航空航天、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)供等領域反而進展緩慢，無法真正發(fā)揮氫能的價值和潛力。
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我國氫能產業(yè)高質量發(fā)展的戰(zhàn)略思路
氫能是一種高效、清潔、靈活且應用場景廣泛的能源載體，氫能產業(yè)發(fā)展對推動我國能源轉型和經濟“脫碳”意義重大。
1. 在能源轉型趨勢下，合理確定氫能在我國未來能源系統(tǒng)中的地位
美國、歐盟和日本很早就制定了氫能的國家戰(zhàn)略。這些氫能發(fā)展國家戰(zhàn)略不僅確立了近期、中期和遠期的發(fā)展路線圖，還根據氫能的三個重要特點明確指出氫能未來發(fā)展的三個重要方向：一是氫能作為一種能源形式，在氫基交通和作為未來合成動力燃料基礎的應用；二是氫能作為一種能量儲存器，它可以根據供給需求靈活地儲存可再生能源，并起到平衡供求關系的作用，從而使氫能作為能源轉型的一個重要基石；三是氫能作為不同能源行業(yè)耦合的一個重要媒介，在無法直接使用可再生能源—電能的領域中，“綠氫”及其衍生產品是很多工業(yè)部門脫碳的重要途徑。
相比之下，我國從2019年開始在全國很多地方掀起了氫能產業(yè)發(fā)展熱潮，各地氫能產業(yè)規(guī)劃千篇一律把發(fā)展方向落在了氫能交通方面，而對氫能作為能量儲存器和不同能源行業(yè)耦合的介質這兩個特點的重要性缺乏足夠認識。我們認為，我國氫能產業(yè)發(fā)展必須在能源轉型趨勢下，合理確定氫能在我國未來能源系統(tǒng)中的地位和發(fā)展重點。
當前的能源轉型是為應對全球變暖而推動的，其完整的內涵包括“一個目標，兩個支柱”。“一個目標”是大幅度降低人類活動排放的二氧化碳量，以減緩全球變暖。兩個支柱分別是：第一，提高能源效率和節(jié)能，降低化石能源消費總量，從而降低二氧化碳排放量。這在我國能源消費以化石能源占主導地位的階段，對減少二氧化碳非常重要。第二，大力發(fā)展可再生能源替代化石能源，從而避免二氧化碳的排放。隨著一次能源消費中可再生能源比重的快速提升，這一支柱將對碳減排起到越來越重要的作用。
可見，“脫碳”是當前能源轉型的基本動因。為實現(xiàn)碳中和目標，我國能源系統(tǒng)必須提前實現(xiàn)“零碳”。由于目前還不存在成熟的氫能利用場景，因此確定氫能在我國未來零碳能源的地位與作用，必須動態(tài)考慮其他零碳能源既有作用情況下來確定。與其他可再生能源的技術路徑相比，氫能盡管有很多“理論上”的優(yōu)勢，但由于其要在5—10年才具有應用上的“經濟性”，所以，在這5—10年期間，如果其他零碳或低碳能源利用技術先于氫能獲得技術和規(guī)模上的競爭優(yōu)勢，等到氫能在一些應用場景具備產業(yè)化條件時，就沒有必要再出臺相應的政策去推動氫能替代既有的零碳或低碳能源及其利用技術了。因為它們都符合能源轉型和碳中和的要求。
從這個角度看，“氫能”未來價值最大的的應用場景不是公路交通，因為目前的純電動汽車技術不斷迭代，基礎設施逐漸完善，相對氫燃料電池車來說已經具有越來越大的競爭優(yōu)勢。因此，氫能在我國未來能源系統(tǒng)中的地位和作用，不是在已經具有成熟技術的交通領域進行大規(guī)模推廣，而是應該彌補現(xiàn)有低碳和零碳能源技術無法解決的領域和應用場景。其中特別重要的是在提高能源系統(tǒng)的靈活性方面，氫能具有非常重要的優(yōu)勢（如電力系統(tǒng)中電力供需的季節(jié)性調節(jié)），可以在解決建筑和工業(yè)部門脫碳問題上發(fā)揮獨特的作用。
2. 從我國能源產業(yè)實際出發(fā)，選擇氫能產業(yè)發(fā)展的切入點
從“綠氫”角度看，氫能產業(yè)從制氫、儲氫和運輸各個環(huán)節(jié)的技術都還不具備產業(yè)化的條件。因此，各國從自己實際出發(fā)，尋找能夠帶動氫能產業(yè)某個環(huán)節(jié)的應用場景，輔以政府扶持政策的推動，以市場規(guī)模擴張驅動氫能技術創(chuàng)新和迭代，從而帶動氫能產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的良性互動。
歐洲從2000年開始就持續(xù)地測試在天然氣中“摻氫”應用的可行性，將其作為推動氫能產業(yè)發(fā)展的切入點。這是因為，歐洲天然氣管網非常發(fā)達，天然氣通過管道進入家庭民用，或者進入燃氣輪機發(fā)電。在天然氣中摻入一定比例的氫氣，能夠在不影響設備正常運轉的情況下降低氮氧化物的排放。
歐洲經過多年示范，發(fā)現(xiàn)天然氣系統(tǒng)多數(shù)部件都能比較好地適應添加10%的氫氣。不過，天然氣汽輪機適應氫氣摻混需小于5%，經過整改和調整后的燃氣輪機能適應的摻氫百分比為5%—10%。如果這些被添加的氫氣都是來自綠電制取，則天然氣“摻氫”這一應用有利于推動“綠氫”制取技術的進步和制取成本的下降，從而帶動整體氫氣產業(yè)鏈的成本下降，有利于氫能在其他場景的應用。
我國氫能發(fā)展應借鑒歐洲的經驗，選擇符合中國實際的氫能產業(yè)發(fā)展切入點。
一是天然氣“摻氫”直接民用。我國西北地區(qū)太陽能和風能資源非常豐富，光伏發(fā)電和風力發(fā)電度電成本較低?？梢钥紤]在西北部分有水資源的地區(qū)，利用風光電直接電解水制氫，再以“摻氫”的方式通過西氣東輸天然氣管道輸送到沿途的家庭用于做飯取暖，可以為我國“綠氫”發(fā)展提供一個啟動市場，這樣可以避開當前氫氣儲存與運輸成本高昂對氫能產業(yè)發(fā)展的不利影響。
二是在鋼鐵領域推動氫還原鐵技術減碳。中國石油大學利用煤復產焦爐氣制氫還原鐵技術，能夠將我國長流程煉鋼的噸鋼二氧化碳排放量從目前的1.8噸左右下降到0.6噸左右，同時具備商業(yè)盈利性。這一技術的示范項目已經在山西落地，一旦成熟推廣，將極大促進我國鋼鐵工業(yè)在低碳轉型中的競爭力。
3. 構建創(chuàng)新驅動的氫能產業(yè)政策框架
目前我國促進氫能產業(yè)發(fā)展的政策方向過于狹窄，基本圍繞氫燃料電池汽車展開，對氫能技術創(chuàng)新的驅動作用有限。從氫能在我國未來能源系統(tǒng)中的地位和作用看，一個以創(chuàng)新驅動為導向的完整氫能產業(yè)政策框架，至少應該包括三個方面的體制改革和機制構建。
一是基于傳統(tǒng)化石能源的生產、運輸和消費的能源市場化改革和監(jiān)管機制重構。傳統(tǒng)化石能源市場體制與機制構建及其完善，是確保包括氫能在內的綠色能源和碳市場效率的基礎制度條件，這一點在國內相關討論中往往被忽略。傳統(tǒng)化石能源市場化改革和監(jiān)管機制重構，包括電力現(xiàn)貨市場、輔助服務市場及其監(jiān)管機制重構，油氣體制市場化改革與監(jiān)管機制重構，應向以市場起決定作用的能源體制機制轉變，實現(xiàn)能源市場配置的效率優(yōu)化。
二是建立和完善與氫能應用場景相關的市場機制與技術標準。如，與氫能作為能量儲存介質在電力供需季節(jié)性調節(jié)有關的市場機制的構建，這是發(fā)現(xiàn)氫能在這一“服務”市場的價值及其實現(xiàn)所必要的機制；與氫能相關的技術標準則包括氫能制取、運輸和存儲方面的設備技術標準、檢測標準和安全標準等。
三是加快碳的外部性內在化的制度建設，包括碳減排交易市場及其相關制度和碳稅等。
這是給化石能源利用排放的“碳”合理定價，使碳排放成本成為企業(yè)決策的重要因素，促進包括“綠氫”在內的可再生能源發(fā)展和低碳技術創(chuàng)新的重要制度安排。為了使二氧化碳排放主體的碳排放成本內部化，需要在逐步完善碳減排市場的同時，逐步將碳排放權交易的行業(yè)從電力擴大到鋼鐵、水泥、化工等，驅動這些行業(yè)從高碳向低碳轉型。比如，合理碳價會加快氫還原煉鐵技術落地，加快商業(yè)化進程，推動高碳鋼鐵工業(yè)向低碳鋼鐵工業(yè)轉型。（參考文獻略）
作者：朱彤 中國社會科學院工業(yè)經濟研究所
