中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：目前，全球已有20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)布了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，氫能已成為加快能源轉(zhuǎn)型升級(jí)、培育經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)的重要戰(zhàn)略選擇。國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì)，到2030年，全球氫能領(lǐng)域投資總額將達(dá)到5000億美元，到2050年，全球氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造3000萬個(gè)工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，在全球能源消費(fèi)中的占比達(dá)到18%。世界能源理事會(huì)預(yù)計(jì)，到2050年氫能在全球終端能源消費(fèi)量中的占比可高達(dá)25%。
綜觀近期全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新動(dòng)向及趨勢(shì)，可以看出，在推動(dòng)氫能發(fā)展的過程中，全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家從各自資源稟賦、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、市場(chǎng)承載能力及財(cái)力等方面系統(tǒng)謀劃，制定分階段分領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略，加速低碳制氫技術(shù)發(fā)展，在液氫、有機(jī)儲(chǔ)氫等氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方面進(jìn)行諸多探索，加強(qiáng)液氫加氫站研究、應(yīng)用和推廣，并在工業(yè)、交通、儲(chǔ)能、發(fā)電等多個(gè)領(lǐng)域開展實(shí)踐探索，逐步形成了各具特色的發(fā)展模式。
我國(guó)具有良好制氫基礎(chǔ)和大規(guī)模應(yīng)用市場(chǎng)，氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢(shì)。2022年3月出臺(tái)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，從戰(zhàn)略層面對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)。而氫能技術(shù)鏈條長(zhǎng)、難點(diǎn)多，目前，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期，相較于國(guó)際先進(jìn)水平，仍存在產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力不強(qiáng)、技術(shù)裝備水平不高、部分關(guān)鍵核心零部件和基礎(chǔ)材料依賴進(jìn)口等問題，產(chǎn)業(yè)發(fā)展形態(tài)和發(fā)展路徑尚需進(jìn)一步探索。本文總結(jié)全球主要國(guó)家和地區(qū)氫能戰(zhàn)略走向，并分析全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈最新動(dòng)態(tài)及趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上研究提出促進(jìn)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議，供參考。
一、全球主要經(jīng)濟(jì)體氫能發(fā)展戰(zhàn)略走向
歐盟、美國(guó)、俄羅斯、日本、中國(guó)等世界主要經(jīng)濟(jì)體都在積極布局氫能產(chǎn)業(yè)。目前，全球已有20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)布了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，為氫能在制取、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用以及技術(shù)創(chuàng)新和投資方面制定了行動(dòng)框架。而不同經(jīng)濟(jì)體的能源資源稟賦、能源轉(zhuǎn)型壓力和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間存在差異，所發(fā)布的氫能戰(zhàn)略重心及在全球氫能市場(chǎng)的定位也有所不同，致使各主要經(jīng)濟(jì)體氫能項(xiàng)目發(fā)展各有側(cè)重。其中，歐盟將氫能作為能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分；美國(guó)投入巨資加速開發(fā)低成本清潔制氫技術(shù)；俄羅斯把氫能作為資源出口創(chuàng)匯新增長(zhǎng)點(diǎn)；日本致力于打造全球化氫氣供應(yīng)鏈；中國(guó)則將氫能作為用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。
（一）歐盟：氫能成為能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分
近年來，歐盟逐步建立以氫能為中心的清潔能源戰(zhàn)略規(guī)劃布局。特別是今年以來，俄烏沖突加速了歐盟國(guó)家能源轉(zhuǎn)型步伐，安全性成為當(dāng)前歐盟政策制定者的首要考慮因素，可再生能源和氫能在確保能源安全方面的作用變得更加清晰?！稓W洲氫能戰(zhàn)略》提出，到2024年，將在歐盟境內(nèi)建成裝機(jī)容量6吉瓦的電解槽，綠氫年產(chǎn)量達(dá)到100萬噸；到2030年，綠氫年產(chǎn)量達(dá)到1000萬噸。歐盟近期發(fā)布的“REpowerEU”計(jì)劃再次明確了2030年綠氫產(chǎn)量達(dá)到1000萬噸的目標(biāo)。同時(shí)，歐盟還宣布了大型的融資計(jì)劃支持氫能發(fā)展，其目的是鼓勵(lì)歐盟各成員國(guó)加大氫能技術(shù)研發(fā)，擴(kuò)大綠氫產(chǎn)量。
然而，大規(guī)模的綠氫生產(chǎn)需要耗費(fèi)大量綠電，為避免制氫領(lǐng)域與工業(yè)或電動(dòng)汽車領(lǐng)域出現(xiàn)“搶綠電”的現(xiàn)象，歐盟委員會(huì)公布了一個(gè)授權(quán)法草案，生產(chǎn)綠氫的電力需來自現(xiàn)有電力以外，即未來電解水制取的氫如果被視為純綠氫，那么使用的電力必須是增量綠電。草案一經(jīng)發(fā)布就引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注。
德國(guó)是歐盟發(fā)展氫能最具代表性的國(guó)家。2020年，德國(guó)政府發(fā)布《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》，確立綠氫戰(zhàn)略地位，并致力于成為綠氫領(lǐng)域全球領(lǐng)導(dǎo)者，政府計(jì)劃采用兩步走策略，2023年前重點(diǎn)打造國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基礎(chǔ)，加速市場(chǎng)啟動(dòng)，并將在清潔氫制備、氫能交通、工業(yè)原料、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面領(lǐng)域采取38項(xiàng)行動(dòng)。在頒布一系列氫能政策的同時(shí)，德國(guó)加大氫能技術(shù)研發(fā)投入。德國(guó)政府出資80億歐元，在歐洲氫能聯(lián)合項(xiàng)目框架下資助62個(gè)大型氫能項(xiàng)目，貫穿整個(gè)氫能生產(chǎn)價(jià)值鏈，總投資預(yù)計(jì)將達(dá)330億歐元；啟動(dòng)3個(gè)綠氫先導(dǎo)項(xiàng)目，資助7億歐元，分別探索水電解器批量生產(chǎn)、海上風(fēng)能制氫和氫氣安全運(yùn)輸問題，重點(diǎn)解決氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的技術(shù)障礙。在氫能貿(mào)易方面，德國(guó)和挪威正在考慮建造一條跨國(guó)氫氣輸送管道，以減少對(duì)俄羅斯能源供應(yīng)的依賴。預(yù)計(jì)2022年年內(nèi)德國(guó)將首次從阿聯(lián)酋進(jìn)口藍(lán)氫。據(jù)了解，截至目前，德國(guó)已經(jīng)與納米比亞、南非、摩洛哥等非洲國(guó)家達(dá)成了雙邊氫能合作協(xié)議。
（二）美國(guó)：加速低成本清潔氫技術(shù)突破
美國(guó)是全球較早提出氫能發(fā)展規(guī)劃的國(guó)家。在2021年宣布重返《巴黎協(xié)定》后，美國(guó)推動(dòng)氫能技術(shù)攻關(guān)、建立氫能經(jīng)濟(jì)的步伐明顯加快。同年7月，美國(guó)能源部（DOE）宣布啟動(dòng)首個(gè)“氫能攻關(guān)計(jì)劃”，目標(biāo)是在未來10年使可再生能源制氫的成本降低80%至1美元/千克，并將清潔氫的產(chǎn)量增加5倍。11月，美國(guó)簽署《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》，計(jì)劃2022-2026年間撥款80億美元用于區(qū)域氫能中心建設(shè)，15億美元用于電解槽和氫能全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)和示范。此前，美國(guó)能源部還發(fā)布了《氫能計(jì)劃發(fā)展規(guī)劃》，提出建立未來十年及更長(zhǎng)時(shí)期的氫能研究、開發(fā)和示范總體戰(zhàn)略框架。根據(jù)該計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2030年，美國(guó)氫能項(xiàng)目每年可創(chuàng)造1400億美元的收入和70萬個(gè)工作崗位；到2050年，每年可創(chuàng)造7500億美元的收入和340萬個(gè)工作崗位，從而加強(qiáng)美國(guó)能源領(lǐng)導(dǎo)地位并推動(dòng)美國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
2022年3月，美國(guó)能源部宣布投入2800萬美元用于清潔氫能的研發(fā)和前端工程設(shè)計(jì)（FEED）項(xiàng)目，旨在開發(fā)創(chuàng)新的下一代制氫技術(shù)，利用城市固廢、殘留煤炭廢物、廢塑料和生物質(zhì)原料低成本生產(chǎn)清潔氫，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)“氫能攻關(guān)計(jì)劃”。同時(shí)，美國(guó)國(guó)會(huì)正在審議的《氫生產(chǎn)稅收抵免法案》中要求使用《清潔空氣法案》的可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)來確定氫生產(chǎn)的碳強(qiáng)度，并將減少溫室氣體排放與稅收抵免掛鉤。
美國(guó)氫能委員會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年11月，美國(guó)已宣布的氫能大型項(xiàng)目累計(jì)數(shù)量達(dá)522個(gè)。預(yù)計(jì)近四分之三的項(xiàng)目將在未來十年中部分或全部投入使用，其中五分之二的項(xiàng)目已經(jīng)獲得資金支持或正在建設(shè)中。
（三）俄羅斯：爭(zhēng)搶全球氫能出口市場(chǎng)
俄羅斯以能源產(chǎn)業(yè)為財(cái)政收入主要來源，近年來正在加快布局氫能貿(mào)易，確保其全球主要能源出口國(guó)的地位。在2020年6月發(fā)布的《2035年俄羅斯聯(lián)邦能源戰(zhàn)略》中，俄計(jì)劃2035年出口200萬～700萬噸氫氣，出口創(chuàng)收78億～211億美元；2050年出口790萬～3340萬噸氫氣，出口創(chuàng)收236億～1002億美元。在2021年8月批準(zhǔn)的《2050年前俄羅斯聯(lián)邦低碳?xì)淠馨l(fā)展構(gòu)想》中，俄計(jì)劃到2050年在全球氫能市場(chǎng)中占據(jù)至少20%的份額，氫出口規(guī)模達(dá)到1500萬～5000萬噸。俄羅斯政府表示，國(guó)家有能力完成上面提到的任務(wù)目標(biāo)，通過氫出口替代油氣出口，以保持能源大國(guó)的地位。
在制取環(huán)節(jié)，俄羅斯主要依托豐富的油氣資源，投資和擴(kuò)建制氫產(chǎn)能，此外還利用可再生資源和核能制氫。俄羅斯低碳制氫技術(shù)主要包括甲烷蒸汽重整制氫和甲烷熱解制氫。俄氣公司通過蒸汽甲烷重整技術(shù)每年能夠生產(chǎn)35萬噸氫氣，通過甲烷熱解制氫技術(shù)每年能夠生產(chǎn)1萬噸氫氣。未來，俄氣集團(tuán)將在亞馬爾半島投建蒸汽甲烷重整設(shè)施，配套碳捕獲和封存項(xiàng)目，用天然氣裂解制備藍(lán)氫，實(shí)現(xiàn)從灰氫向藍(lán)氫的轉(zhuǎn)型。
在運(yùn)輸環(huán)節(jié)，俄計(jì)劃通過天然氣管網(wǎng)摻氫、改造現(xiàn)有天然氣管道等方式建立氫氣管網(wǎng)。著名的“北溪2號(hào)”天然氣管道實(shí)際上已具備輸氫能力，只是該管道是否還能啟用，仍是未知數(shù)。
在應(yīng)用環(huán)節(jié)，俄氣公司從2021年開始建造并測(cè)試以天然氣制氫為動(dòng)力的渦輪機(jī)，計(jì)劃2024年開始生產(chǎn)氫氣并研究氫氣作為燃料的不同應(yīng)用。俄羅斯原子能集團(tuán)負(fù)責(zé)的氫動(dòng)力載人火車試點(diǎn)項(xiàng)目，最早將于2024年開始進(jìn)行測(cè)試。
（四）日本：致力于國(guó)際氫氣供應(yīng)鏈開發(fā)
日本國(guó)內(nèi)能源資源較為匱乏，能源供給高度依賴進(jìn)口，在能源安全方面始終存在危機(jī)感。福島核事故后，日本堅(jiān)定發(fā)展氫能的決心，構(gòu)筑氫能社會(huì)已成為日本能源發(fā)展主要戰(zhàn)略之一。2017年，日本制定的《氫能基本戰(zhàn)略》提出，將在2030年前后建立商業(yè)規(guī)模的供應(yīng)鏈，每年采購約300萬噸氫氣，實(shí)現(xiàn)約30日元/標(biāo)準(zhǔn)立方米的氫氣成本。2021年10月，日本更新的第六版能源戰(zhàn)略計(jì)劃提出，2030年氫能在能源結(jié)構(gòu)中的占比要達(dá)到11%，這主要指的是氫能在汽車、家庭、工業(yè)、發(fā)電等領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，除了應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)和俄烏沖突影響，日本的能源策略仍然傾向于創(chuàng)建氫能社會(huì)，并在氫能發(fā)展戰(zhàn)略中提高了氫能源在2030年能源結(jié)構(gòu)中的使用占比。
建設(shè)氫能社會(huì)，前提是氫氣庫存充足且可以低價(jià)采購。因此，日本致力于打造全球化氫氣供應(yīng)鏈開發(fā)，包括開展配套設(shè)備研發(fā)，打造集氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、利用為一體的供應(yīng)鏈，并建立“全球可再生燃料網(wǎng)絡(luò)”。2022年，日本與澳大利亞、文萊、挪威和沙特就氫燃料采購問題已達(dá)成合作協(xié)議。日本和印尼確定在氫、氨和碳捕獲與封存等脫碳技術(shù)方面開展合作。此外，日本作為島國(guó)，搭建全球供應(yīng)鏈主要依靠海上運(yùn)氫。近幾年，日本利用液化氫運(yùn)輸和甲基環(huán)己烷（MCH）運(yùn)輸，已有多個(gè)示范項(xiàng)目成功運(yùn)行。
（五）中國(guó)：氫能是用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體
中國(guó)是世界上最大的制氫國(guó)，年制氫產(chǎn)量約3300萬噸，其中，達(dá)到工業(yè)氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的約1200萬噸。同時(shí)中國(guó)可再生能源裝機(jī)量全球第一，在清潔低碳的氫能供給上具有巨大潛力。目前，中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)雖處于發(fā)展初期階段，但呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢(shì)。已初步掌握氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、加氫、燃料電池和系統(tǒng)集成等主要技術(shù)和生產(chǎn)工藝，在部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)燃料電池汽車小規(guī)模示范應(yīng)用。全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)超過300家，集中分布在長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、京津冀等區(qū)域。已成立國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。專家表示，中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚但發(fā)展較快，具備快速推進(jìn)氫能規(guī)?；瘧?yīng)用和技術(shù)迭代升級(jí)的能力和條件，有著巨大的市場(chǎng)空間，有望在2030年前達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
中國(guó)于2022年3月出臺(tái)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，為氫能產(chǎn)業(yè)指明了發(fā)展方向，首次明確氫能是未來國(guó)家能源體系的組成部分。《規(guī)劃》提出，要深挖跨界應(yīng)用潛力，因地制宜引導(dǎo)多元應(yīng)用，推動(dòng)交通、工業(yè)等用能終端的能源消費(fèi)轉(zhuǎn)型和高耗能、高排放行業(yè)綠色發(fā)展，減少溫室氣體排放。在氫能頂層政策出臺(tái)后，6月出臺(tái)的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》進(jìn)一步提出，推進(jìn)化工、煤礦、交通等重點(diǎn)領(lǐng)域綠氫替代。推廣燃料電池在工礦區(qū)、港區(qū)、船舶、重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)等示范應(yīng)用，統(tǒng)籌推進(jìn)綠氫終端供應(yīng)設(shè)施和能力建設(shè)，提高交通領(lǐng)域綠氫使用比例。在政策引導(dǎo)下，全國(guó)已有多地出臺(tái)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案或投資規(guī)劃，央企國(guó)企帶頭加速布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈，支持用能終端綠色低碳發(fā)展。
二、全球氫能產(chǎn)業(yè)鏈最新動(dòng)態(tài)及趨勢(shì)分析
全球氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)正在形成。在制氫環(huán)節(jié)，綠氫備受關(guān)注，電解槽裝機(jī)不斷擴(kuò)大。在儲(chǔ)運(yùn)與加氫環(huán)節(jié)，鹽穴成為地質(zhì)儲(chǔ)氫的理想選擇；美國(guó)、歐洲和日本等國(guó)已搶先開展液氫儲(chǔ)運(yùn)和加注；有機(jī)儲(chǔ)氫儲(chǔ)運(yùn)成為研發(fā)重點(diǎn)；管道運(yùn)氫有望成為最優(yōu)運(yùn)輸方式之一。在應(yīng)用環(huán)節(jié)，氫能廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、儲(chǔ)能、發(fā)電等領(lǐng)域，也是冶煉等高耗能、高排放行業(yè)的優(yōu)質(zhì)替代能源，將有效減少二氧化碳排放。
（一）制取環(huán)節(jié)
1.低碳制氫技術(shù)快速發(fā)展，國(guó)際能源巨頭加大綠氫投資
當(dāng)前，傳統(tǒng)化石能源制氫仍是主要制氫方式，約占全球氫氣產(chǎn)量的78%以上，但包括藍(lán)氫和綠氫在內(nèi)的低碳制氫取代傳統(tǒng)能源制氫的速度正在加快。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2021年，全球約有500個(gè)氫能項(xiàng)目，其中在建綠氫項(xiàng)目約120個(gè)，全球規(guī)劃中的吉瓦級(jí)綠氫項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模合計(jì)達(dá)144.1吉瓦。與此同時(shí)，電解制氫設(shè)備運(yùn)營(yíng)規(guī)模提升，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全球低碳制氫產(chǎn)能達(dá)55萬噸/年，新增電解制氫設(shè)備運(yùn)營(yíng)規(guī)模468兆瓦。
與此同時(shí)，近一年來，雪佛龍、道達(dá)爾、BP等國(guó)際能源巨頭多傾向?qū)⒒茉粗茪浜透碑a(chǎn)氫配備碳捕獲、封存及利用技術(shù)（CCUS）作為向綠氫階段過渡的主要制氫技術(shù)，并不斷加大對(duì)綠氫項(xiàng)目的投資。如，美國(guó)油氣巨頭雪佛龍與哈薩克斯坦國(guó)家石油天然氣股份公司已簽署諒解備忘錄，雙方計(jì)劃合作開發(fā)CCUS、氫氣、能源效率提升、甲烷管理和碳財(cái)務(wù)披露方法等低碳項(xiàng)目。法國(guó)能源巨頭道達(dá)爾宣布，將收購印度企業(yè)Adani New Industries Limited（ANIL）25%的股權(quán)，用來打造綠氫生態(tài)系統(tǒng)。該項(xiàng)目計(jì)劃到2030年年產(chǎn)綠氫100萬噸，并具備約30吉瓦的可再生能源發(fā)電能力。BP已同意收購澳大利亞綠氫開發(fā)項(xiàng)目“亞洲可再生能源中心（AREH）”40.5%的股權(quán)，并成為該項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)商。該項(xiàng)目計(jì)劃分階段開發(fā)陸上風(fēng)電和太陽能發(fā)電，總發(fā)電量將高達(dá)26吉瓦，預(yù)計(jì)每年生產(chǎn)約160萬噸綠氫或900萬噸綠氨。作為當(dāng)前全球最大的油氣生產(chǎn)商之一，沙特國(guó)家石油公司沙特阿美同樣計(jì)劃布局氫能產(chǎn)業(yè)，除了使用天然氣生產(chǎn)藍(lán)氫之外，還將探索利用國(guó)內(nèi)豐富的風(fēng)光等可再生能源生產(chǎn)綠氫。中國(guó)石化稱，旗下的新疆庫車綠氫示范項(xiàng)目開建，這是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目，投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達(dá)2萬噸。
可以看出，以俄羅斯、美國(guó)、沙特為代表的傳統(tǒng)油氣大國(guó)正積極致力于成為低碳?xì)淠艿纳a(chǎn)、出口大國(guó)。未來全球氫能貿(mào)易的發(fā)展或與傳統(tǒng)化石燃料的貿(mào)易路徑類似——?dú)W洲和東北亞將成為主要?dú)淠苓M(jìn)口地區(qū)，而澳大利亞和中東地區(qū)在太陽能利用方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此具有巨大的綠氫發(fā)展?jié)摿Α?
資料來源：Strategy&
圖1 全球未來綠氫供需情景
2.基于SOEC等顛覆性電解制氫技術(shù)快速發(fā)展
目前可再生能源電解水制氫包括堿性水電解槽（ALK）、質(zhì)子交換膜水電解槽（PEM）、陰離子交換膜電解槽（AEM）、固體氧化物電解槽（SOEC）等4種主流技術(shù)，其中ALK、PEM技術(shù)的成熟度較高，已經(jīng)開始商業(yè)應(yīng)用，SOEC技術(shù)處于示范階段，而AEM技術(shù)尚且還處于小樣機(jī)試驗(yàn)階段。雖然SOEC技術(shù)還處于前期研究階段，但該技術(shù)具有能量轉(zhuǎn)化效率高且不需要使用貴金屬催化劑等優(yōu)點(diǎn)，能夠在大幅提升生產(chǎn)效率的同時(shí)顯著降低生產(chǎn)成本，目前全球多國(guó)均在積極推進(jìn)對(duì)SOEC的研究和示范，如日本三菱重工、東芝、京瓷等公司對(duì)SOEC電極、電解質(zhì)、連接體等材料和部件持續(xù)開展研究；美國(guó)愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、BloomEnergy、韓國(guó)能源研究所以及歐盟Relhy高溫電解技術(shù)發(fā)展項(xiàng)目也對(duì)SOEC技術(shù)開展了研究，研究方向由電解池材料研究逐漸轉(zhuǎn)向電解池堆和系統(tǒng)集成。其中，美國(guó)愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室SOEC電堆功率達(dá)到15千瓦；德國(guó)Sunfire公司在2017年推出SOEC初期產(chǎn)品并在加氫站進(jìn)行示范；中國(guó)也將推進(jìn)SOEC制氫、光解水制氫、核能制氫等高溫制氫技術(shù)研發(fā)。北京、青島、濟(jì)寧、大同、岳陽等地方已出臺(tái)相關(guān)氫能專項(xiàng)政策積極推進(jìn)SOEC技術(shù)關(guān)鍵材料與部件的研究及試點(diǎn)示范。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)在固體氧化物燃料電池研究基礎(chǔ)上，持續(xù)開展對(duì)SOEC的探索。
隨著材料技術(shù)的不斷突破，SOEC有望進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段，同時(shí)AEM也開始逐步邁進(jìn)早期市場(chǎng)。另外，各國(guó)新型制氫研發(fā)投入不斷增大，可能促進(jìn)顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)，比如生物、陽光水分子裂解技術(shù)等。
（二）儲(chǔ)運(yùn)與加氫環(huán)節(jié)
1.鹽穴是地下大規(guī)模儲(chǔ)氫的最佳選擇
長(zhǎng)時(shí)且大量的氫氣可以被儲(chǔ)存到鹽穴、枯竭油氣層或含水層。作為最輕的氣體，氫易于擴(kuò)散，因此氫儲(chǔ)能對(duì)密閉性有著極為嚴(yán)格的要求。鹽穴不僅有良好的氣密性，而且具有不與氫氣反應(yīng)的特點(diǎn)，使得鹽穴成為地下大規(guī)模儲(chǔ)氫的最佳選擇。目前全球有4個(gè)正在運(yùn)營(yíng)的鹽穴儲(chǔ)氫項(xiàng)目，其中3個(gè)位于美國(guó)墨西哥灣地區(qū)，而廢棄油氣田儲(chǔ)氫尚在小型實(shí)驗(yàn)階段。
除正在運(yùn)營(yíng)中的4座儲(chǔ)氫庫外，歐美多國(guó)積極開展儲(chǔ)氫庫建設(shè)的前期調(diào)研和測(cè)試。2020年?，歐盟投入9300萬歐元支持氫能和燃料電池領(lǐng)域24個(gè)技術(shù)主題的研究，其中包括小型鹽穴中可再生氫氣存儲(chǔ)的循環(huán)測(cè)試、鹽穴進(jìn)行氫氣循環(huán)存儲(chǔ)的可行性和中試規(guī)模示范。2021年，由歐盟支持的首個(gè)鹽穴工業(yè)規(guī)模綠色儲(chǔ)氫項(xiàng)目?HyPSTER?啟動(dòng)，項(xiàng)目首先進(jìn)行地下鹽穴和地表工程研究，然后將進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段，旨在測(cè)試鹽穴中綠氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)存及該方法在歐洲其他地點(diǎn)的可復(fù)制性。
德國(guó)也十分重視鹽穴儲(chǔ)氫的發(fā)展。2019年開展的“德國(guó)東部氫能存儲(chǔ)和解決方案”（Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany）項(xiàng)目中包含一個(gè)為期?2?年的“洞穴儲(chǔ)氫研究”（H2 Research Cavern）項(xiàng)目，其主要任務(wù)是開發(fā)鹽穴儲(chǔ)氫研究平臺(tái)。作為該研究項(xiàng)目的一部分，德國(guó)中部的地下氫儲(chǔ)存試點(diǎn)項(xiàng)目于2019年5月啟動(dòng)。該設(shè)施是歐洲大陸上第一個(gè)鹽穴儲(chǔ)氫設(shè)施，也是全球首個(gè)存儲(chǔ)可再生綠氫的地下設(shè)施。2020年，德國(guó)推進(jìn)地下儲(chǔ)氫可行性研究，其“儲(chǔ)能資助倡議”將地質(zhì)儲(chǔ)能列為具有戰(zhàn)略意義的資助領(lǐng)域，計(jì)劃于2023年建設(shè)3500噸氫氣的鹽穴儲(chǔ)存示范項(xiàng)目。同年，德國(guó)聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部（BMVI）投資近600萬歐元資助“機(jī)動(dòng)性氫氣洞穴”（HyCAVmobil）項(xiàng)目。其中，德國(guó)航空航天中心（DLR）負(fù)責(zé)研究和評(píng)估如何將氫儲(chǔ)存在鹽穴中，并計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的測(cè)試成功之后，在德國(guó)奧爾登堡能源公司（EWE）經(jīng)營(yíng)的一個(gè)鹽穴中進(jìn)行測(cè)試。
英國(guó)方面，2020年，英國(guó)政府推出“綠色工業(yè)革命十點(diǎn)計(jì)劃”，其中提到2030年實(shí)現(xiàn)5吉瓦低碳?xì)洚a(chǎn)能，并制定了“英國(guó)氫能網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃”，旨在有效推動(dòng)英國(guó)地下儲(chǔ)氫的發(fā)展。2021年8月，英國(guó)發(fā)布首個(gè)國(guó)家氫能戰(zhàn)略，鹽穴儲(chǔ)氫作為氫氣儲(chǔ)運(yùn)方案被提及。英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（BGS）還強(qiáng)調(diào)了地質(zhì)學(xué)在支持英國(guó)長(zhǎng)期能源轉(zhuǎn)型中的重要性，指出地下儲(chǔ)氫是英國(guó)實(shí)現(xiàn)凈零排放的四項(xiàng)技術(shù)之一。為了支持更多地使用地下儲(chǔ)能技術(shù)，英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局正在進(jìn)行試驗(yàn)，研究鹽穴的可循環(huán)使用性和安全性。
而美國(guó)早在20世紀(jì)70年代就已開始研究將氫氣儲(chǔ)于地下的可能性，大型儲(chǔ)罐和地質(zhì)儲(chǔ)氫是美國(guó)能源部研發(fā)項(xiàng)目的重要內(nèi)容。2019年，位于美國(guó)猶他州的“先進(jìn)清潔能源儲(chǔ)存”項(xiàng)目啟動(dòng)，項(xiàng)目計(jì)劃2025年前在該州德爾塔鎮(zhèn)附近建立一個(gè)大型綠色儲(chǔ)氫中心，并將電解水制取的氫儲(chǔ)存在100個(gè)巨大的地下鹽穴中，以平衡季節(jié)性的能源需求。2020年，美國(guó)地質(zhì)儲(chǔ)氫的識(shí)別、評(píng)估和論證被列為關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)及示范重點(diǎn)。2022年，美國(guó)能源部向上述提到的大型綠色儲(chǔ)氫中心提供5億美元貸款，該中心將利用猶他州獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造，通過兩個(gè)巨大的鹽穴儲(chǔ)存綠氫，每個(gè)鹽穴能夠存儲(chǔ)150吉瓦時(shí)的能量，從而形成全球最大的單一儲(chǔ)氫鹽穴。
鹽穴的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能能力有助于提高可再生資源的充分利用，并降低成本，由其存儲(chǔ)的過?？稍偕茉?，在需要時(shí)可調(diào)度回電網(wǎng)。全球能源咨詢公司伍德麥肯茲（Wood Mackenzie）發(fā)布報(bào)告稱，由太陽能電解生產(chǎn)的綠氫，到2030年將在澳大利亞、德國(guó)和日本實(shí)現(xiàn)成本平價(jià)，而鹽穴儲(chǔ)氫將為綠氫生產(chǎn)提供儲(chǔ)存設(shè)施。已有研究表明，鹽穴儲(chǔ)氫成本至少比電池儲(chǔ)氫成本低100倍。另據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)（BNEF）分析，目前鹽穴、廢棄氣田、巖洞及人工容器基準(zhǔn)儲(chǔ)平準(zhǔn)化儲(chǔ)氫成本在0.19～1.9美元/千克之間，未來可能降至0.11～1.07美元/千克。
2.液氫、有機(jī)儲(chǔ)氫儲(chǔ)運(yùn)成為研發(fā)重點(diǎn)
目前，以日、美、德為代表的多個(gè)國(guó)家及其企業(yè)在液氫、有機(jī)儲(chǔ)氫等氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方面進(jìn)行了諸多探索，利用液化氫運(yùn)輸和甲基環(huán)己烷運(yùn)輸已獲得一些成功示范。
液氫儲(chǔ)運(yùn)效率高，但技術(shù)門檻高，對(duì)制、儲(chǔ)、運(yùn)等各環(huán)節(jié)裝備均有較高要求?，F(xiàn)階段，液氫技術(shù)成本持續(xù)下降，日、美、德等國(guó)已將液氫的運(yùn)輸成本降低到高壓氫氣的八分之一左右。目前，美國(guó)是全球最大、最成熟的液氫生產(chǎn)和應(yīng)用地域，其液氫工廠產(chǎn)能全部為5噸/日以上的中大規(guī)模，其中10～30噸/日以上占據(jù)主流。
國(guó)外液氫技術(shù)較為成熟的國(guó)家大多采用液氫槽車運(yùn)輸。雖然這種運(yùn)輸方式單趟可運(yùn)輸更多的氫，經(jīng)濟(jì)性更高，但即便采用運(yùn)量較大的液氫槽車進(jìn)行運(yùn)輸，其單趟氫運(yùn)量也僅在數(shù)噸以內(nèi)，而采用液氫運(yùn)輸船進(jìn)行海上運(yùn)輸，單趟氫運(yùn)量可達(dá)到百噸甚至更多，這種運(yùn)氫方式相比液氫槽車可運(yùn)輸更多的氫能。2022年，日本川崎重工研發(fā)的Suiso Frontier成功從澳大利亞運(yùn)輸液化氫到日本神戶，是全球首次以液化氫為載體的大型海上氫氣運(yùn)輸，成功地降低了氫燃料運(yùn)輸成本。所運(yùn)氫氣由澳大利亞的褐煤生產(chǎn)，在當(dāng)?shù)氐囊夯剞D(zhuǎn)化為液化氫，然后運(yùn)輸?shù)饺毡旧駪舻呢浳镅b卸基地。此外，川崎重工在神戶機(jī)場(chǎng)建成了全球首個(gè)液化氫裝卸基地“Hytouch神戶”，專門用于接收經(jīng)由船運(yùn)而來的液化氫。日本還將港口內(nèi)現(xiàn)有各種設(shè)備的尺寸增加至32倍，以便實(shí)現(xiàn)規(guī)模化并降低成本。日本的目標(biāo)是到2030年將氫供應(yīng)成本降至30日元/標(biāo)準(zhǔn)立方米。
有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)難度高、密度高、安全性好，適合長(zhǎng)距離、大規(guī)?？鐓^(qū)域氫氣儲(chǔ)運(yùn)，未來有望成為重點(diǎn)儲(chǔ)氫技術(shù)之一。有機(jī)液體儲(chǔ)氫的關(guān)鍵在于有機(jī)物儲(chǔ)氫介質(zhì)的選擇。德國(guó)Hydrogenious公司主要研究方向?yàn)槎S基甲苯，目前已進(jìn)展到應(yīng)用示范階段。日本千代田公司主要研究方向?yàn)榧谆h(huán)己烷，于2020年實(shí)現(xiàn)了全球首次遠(yuǎn)洋氫運(yùn)輸，于2022年初實(shí)現(xiàn)了有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫示范，成功以甲基環(huán)己烷形式接收到來自文萊的氫能源。以甲基環(huán)己烷儲(chǔ)氫儲(chǔ)運(yùn)是一種潛在的全球清潔能源解決方案，這種方式有助于國(guó)際社會(huì)脫碳供應(yīng)鏈的形成與發(fā)展。
3.管道運(yùn)氫有望成為最優(yōu)運(yùn)輸方式之一
雖然管道運(yùn)輸?shù)那捌谕顿Y非常高，但管道運(yùn)輸?shù)男?、成本都具?yōu)勢(shì)，適用于大規(guī)模、長(zhǎng)距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)且氫氣量供需穩(wěn)定的場(chǎng)景。隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，未來管道運(yùn)氫有望成為氫氣運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)選擇，其成本也將進(jìn)一步降低，而降本核心在于加氫站規(guī)?；ㄔO(shè)，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，屆時(shí)管道運(yùn)輸配合氣氫、液氫運(yùn)輸將實(shí)現(xiàn)全面降本。管道儲(chǔ)運(yùn)氫氣包括純氫管道運(yùn)輸和利用現(xiàn)有天然氣管道摻氫運(yùn)輸兩種模式：
◆ 純氫管道運(yùn)輸
目前全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道總里程為5000千米左右，主要分布在美國(guó)和歐洲。全球近期以投資建設(shè)新的專用氫氣管道為主。如，歐洲開展了“歐洲氫能主體計(jì)劃”項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2040年建成近4萬千米的氫氣管道，并且歐洲天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商及石油和公用事業(yè)公司正在計(jì)劃修建一條130千米長(zhǎng)的輸氫管道，為德國(guó)西北部的工業(yè)用戶提供電力。到2030年歐盟開發(fā)的輸氫管道容量將超過20吉瓦，其中超過1吉瓦已在建設(shè)中或已承諾投入資金。德國(guó)和挪威正在考慮建設(shè)一條連接兩國(guó)的氫氣管道，以減少歐洲對(duì)俄羅斯能源供應(yīng)的依賴。非洲國(guó)家埃及則正在興建一條可以輸送11.62吉瓦、相當(dāng)于157萬噸綠氫的輸氫管道。該項(xiàng)目建成后，埃及綠氫輸送管道長(zhǎng)度將可躋身全球前三名，僅次于澳大利亞，與毛里塔尼亞持平，項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2035年前投產(chǎn)。
資料來源：Rystad energy research and analysis
圖2 全球氫能管道容量TOP10國(guó)家
由于長(zhǎng)距離氣體管道采用的鋼鐵材料面臨著建設(shè)成本高、氫脆等一系列問題，因此，如何降低管道輸氫的成本與安全風(fēng)險(xiǎn)一直是全球討論的熱點(diǎn)問題。荷蘭企業(yè)SoluForce開發(fā)了一種應(yīng)用于氫氣的可纏繞增強(qiáng)熱塑性工業(yè)管道系統(tǒng)（RTP）。經(jīng)認(rèn)證，該管道系統(tǒng)可用于高達(dá)42巴工作壓力的氫氣。與鋼鐵材質(zhì)管道相比，這種即用型柔性管道解決方案有望極大地促進(jìn)綠氫規(guī)?；瘧?yīng)用，但該柔性輸氫管道方案尚未進(jìn)行大規(guī)模的驗(yàn)證，能否被市場(chǎng)接受也未可知。
多個(gè)國(guó)家推出補(bǔ)貼政策，刺激本國(guó)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。比如德國(guó)于2021年11月通過的一項(xiàng)法規(guī)，在全球范圍首次對(duì)新建氫氣輸送管道項(xiàng)目的回報(bào)率進(jìn)行保障，將回報(bào)率設(shè)為9%，這幾乎是新建天然氣輸送管道現(xiàn)有回報(bào)率（4.6%）的兩倍。
◆ 天然氣管道摻氫運(yùn)輸
基于現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢(shì)，將氫氣摻混入天然氣管道網(wǎng)絡(luò)也被視為可行的氫氣運(yùn)輸解決方案。在此方面，歐美國(guó)家走在全球前列，相繼開展了天然氣摻氫可行性研究、天然氣管道摻氫輸送示范工程建設(shè)，測(cè)試了不同比例的摻氫天然氣對(duì)管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、終端設(shè)備的影響。各國(guó)開展的項(xiàng)目中天然氣摻氫比例范圍介于5%～30%之間，以不顯著改變管道和終端燃燒設(shè)備為前提，多數(shù)國(guó)家的天然氣管網(wǎng)可接受高達(dá)20%的摻氫比例。
英、美、德、法等國(guó)致力于管網(wǎng)中混合天然氣和氫氣的研究，啟動(dòng)了摻氫比例達(dá)20%的天然氣管道運(yùn)輸項(xiàng)目。美國(guó)南加州天然氣公司利用可再生能源發(fā)電生產(chǎn)氫氣，然后將氫氣注入天然氣管道（主要是聚乙烯管道）與天然氣摻混。測(cè)試結(jié)果表明，在不改造天然氣管道的情況下，20%是能夠保證天然氣管網(wǎng)正常運(yùn)行的最高摻氫比例。發(fā)電廠及其他工業(yè)中的終端設(shè)備在低于20%的摻氫比例下均能高效、正常運(yùn)行。德國(guó)的目標(biāo)是到2025年將天然氣管網(wǎng)中的氫混合比例增加到20%，并將升級(jí)部分天然氣管道，以滿足未來輸送100%氫氣的需求。英國(guó)計(jì)劃從2023年起，通過其國(guó)內(nèi)天然氣管道網(wǎng)絡(luò)向各地的家庭和企業(yè)用戶提供20%的混合氫氣，以替代目前使用的部分天然氣。
除歐美外，其他國(guó)家的天然氣摻氫實(shí)踐也在增加。2022年1月，日本三菱和日立動(dòng)力系統(tǒng)有限公司（MIPS）將比例為30%的氫氣與天然氣混合并用于驅(qū)動(dòng)大型燃?xì)廨啓C(jī)。測(cè)試結(jié)果表明，燃?xì)廨啓C(jī)基本實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行；與單純?nèi)紵烊粴庀啾龋瑩交鞖錃夂蟮幕旌咸烊粴饪梢詼p少10%的二氧化碳排放量；燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率大于63%；在此過程中除了燃燒器以外，其他部件可以不用改動(dòng)，減少了改造的成本。澳大利亞目前也在進(jìn)行混氫試驗(yàn)，預(yù)計(jì)到2025年將有9個(gè)項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)，目標(biāo)是到2030年在區(qū)域管網(wǎng)可注入100%氫氣。澳大利亞政府已同意對(duì)國(guó)家氣體監(jiān)管框架進(jìn)行修訂，將氫氣納入其中。中國(guó)首個(gè)電解制氫摻入天然氣項(xiàng)目“朝陽可再生能源摻氫示范項(xiàng)目”已進(jìn)入試驗(yàn)階段，山東、張家口、佛山南海等地亦陸續(xù)開展摻氫天然氣示范項(xiàng)目，全面驗(yàn)證示范氫氣“制取-儲(chǔ)運(yùn)-摻混-綜合利用”產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)。
國(guó)際能源署發(fā)布的報(bào)告指出，如果正在推行的天然氣摻氫項(xiàng)目都能落地，預(yù)計(jì)項(xiàng)目規(guī)模將增加700多倍，氫氣總摻入量將超過200萬噸。如果要達(dá)成2030年全球凈零排放目標(biāo)，氫氣總摻入量應(yīng)提升至5300萬噸。天然氣管道摻氫運(yùn)輸是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既要考慮技術(shù)可行性，還受安全性、經(jīng)濟(jì)性的制約。盡管現(xiàn)階段國(guó)際上有很多示范項(xiàng)目，但天然氣摻氫仍存在安全標(biāo)準(zhǔn)不明晰、規(guī)范缺乏、缺乏廣泛數(shù)據(jù)支撐等問題。
表1 三種氫能運(yùn)輸模式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
4.液氫加氫站成為新的選擇
按照氫氣儲(chǔ)存方式，加氫站可分為高壓氣氫站和液氫站。相比氣氫儲(chǔ)運(yùn)，液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站占地面積更小、存儲(chǔ)量更大，但是建設(shè)難度也相對(duì)更高，適合滿足大規(guī)模加氫需求。數(shù)據(jù)顯示，截至2021年，全球建成加氫站800多座，其中30%為液氫加氫站，主要分布在美國(guó)、歐洲和日本。預(yù)計(jì)2030年全球加氫站數(shù)量將超過4500座。
德國(guó)是液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站研究、應(yīng)用和推廣的先鋒，以德國(guó)林德公司開發(fā)的罐內(nèi)液氫泵增壓技術(shù)加氫站為代表，液氫高效增壓已在世界主要燃料電池推廣國(guó)家地區(qū)的加氫站得到應(yīng)用。美國(guó)ACD公司、法國(guó)Cryostar公司開發(fā)的是臥式管道活塞泵，為美國(guó)Plugpower、AP和法國(guó)液化空氣集團(tuán)等公司開發(fā)的液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站提供核心裝備。日本巖谷產(chǎn)業(yè)公司已建立液氫加氫站16座。中國(guó)現(xiàn)階段的加氫站主要為高壓氣氫站，液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站也得到初步探索，由中科富海和美國(guó)空氣產(chǎn)品公司合作的首座液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站正在建設(shè)中。
（三）應(yīng)用環(huán)節(jié)
1.工業(yè)領(lǐng)域氫能替代應(yīng)用空間持續(xù)拓展
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，氫氣是重要的清潔低碳工業(yè)原料，應(yīng)用場(chǎng)景豐富。氫可作為還原劑，在冶金行業(yè)替代焦炭，作為富氫原料，在合成氨、合成甲醇、煉化、煤制油氣等工藝流程替代化石能源，實(shí)現(xiàn)由高碳工藝向低碳工藝的轉(zhuǎn)變，推進(jìn)高耗能行業(yè)脫碳生產(chǎn)。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)計(jì)，2022年，鋼鐵、制氨、甲醇、化工和煉油五大行業(yè)的清潔氫使用量將超過全球5.1萬輛氫能汽車的總耗氫量。
世界鋼鐵協(xié)會(huì)近期發(fā)布的《2022年世界鋼鐵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)》顯示，2021年全球粗鋼產(chǎn)量同比增長(zhǎng)3.8%至19.51億噸。據(jù)了解，全球75%煉鋼所用的能源直接或間接來自煤炭，鋼鐵碳排放量占全球能源系統(tǒng)排放量的7%左右。鋼鐵行業(yè)是低碳化的關(guān)鍵領(lǐng)域，在該領(lǐng)域氫氣有望在十年內(nèi)成為具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的替代品。2021年，全球首個(gè)使用無化石電力和氫氣的煉鋼示范項(xiàng)目在瑞典鋼鐵公司HYBRIT啟動(dòng)。除HYBRIT以外，瑞典另一家綠鋼企業(yè)H2 Green Steel以可再生能源生成的綠電和綠氫代替煤炭完成鋼鐵冶煉，從2025年到2032年，H2 Green Steel位于瑞典北部的工廠將向德國(guó)采埃孚公司供應(yīng)鋼材25萬噸/年，減少二氧化碳排放約47.5萬噸/年。中國(guó)多家鋼鐵公司都在大力布局氫能冶金，河鋼集團(tuán)的氫冶金示范工程已啟動(dòng)建設(shè)，山西晉南鋼鐵集團(tuán)已經(jīng)形成鋼-焦-化-氫全閉環(huán)低碳生產(chǎn)鏈條。從全球發(fā)展形勢(shì)看，氫冶金等新一代鋼鐵冶煉技術(shù)剛剛起步，其代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)的開發(fā)周期長(zhǎng)，大規(guī)模應(yīng)用還需時(shí)間和資金。
此外，氫氣也可作為替代燃料用于玻璃、水泥和陶瓷制造等行業(yè)，以取代化石燃料的使用。如，2021年，英國(guó)玻璃企業(yè)皮爾金頓（Pilkington）啟動(dòng)了全球首個(gè)使用100%氫氣生產(chǎn)浮法（片）玻璃的試驗(yàn)，該試驗(yàn)項(xiàng)目是英國(guó)“HyNet工業(yè)燃料轉(zhuǎn)換”項(xiàng)目的一部分，證明了使用氫氣安全有效運(yùn)營(yíng)浮法玻璃工廠的可行性，預(yù)計(jì)到2030年將減少二氧化碳排放1000萬噸/年，相當(dāng)于減少400萬輛汽車上路。未來英國(guó)“HyNet工業(yè)燃料轉(zhuǎn)換”項(xiàng)目還將在食品、飲料、電力和廢物等領(lǐng)域大規(guī)模使用氫氣。
2.氫燃料電池多樣化、規(guī)?；瘧?yīng)用加速
2022年北京冬奧會(huì)期間，共有1200多輛氫燃料電池汽車投運(yùn)，并配備30多個(gè)加氫站，這是全球最大的一次燃料電池汽車示范。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，全球氫燃料電池汽車總銷量1.6萬輛以上，增長(zhǎng)幅度達(dá)到六倍以上。受強(qiáng)勁補(bǔ)貼政策驅(qū)動(dòng)，韓國(guó)市場(chǎng)延續(xù)了2020年的增長(zhǎng)勢(shì)頭，全年共售出超8000輛氫燃料電池汽車，約占全球總銷量的一半。
資料來源：香橙會(huì)研究院
圖3 2021年全球主要國(guó)家氫燃料電池汽車銷量
過去幾十年，日美歐等國(guó)一直在探索氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化之路。豐田、現(xiàn)代、通用等全球主要汽車公司對(duì)氫燃料電池汽車的布局也逐步提速。其中，豐田推出第二代MIRAI氫燃料電池汽車，并在北京冬奧會(huì)上大量使用。其2021款氫燃料電池汽車Mirai續(xù)航再突破，一次加氫可行駛1000千米以上?，F(xiàn)代汽車方面則表示，其氫燃料電池汽車NEXO中國(guó)版在國(guó)內(nèi)開放道路首試，預(yù)計(jì)將于今年上市。與此同時(shí)，法國(guó)雷諾推出最新款氫混合動(dòng)力概念車ScenicVision，采用氫燃料作為內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力來源，續(xù)航里程可達(dá)497英里，預(yù)計(jì)2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。值得一提的是，ScenicVision使用的材料70%可回收，包括電池。同時(shí)，作為混合動(dòng)力汽車，該車的碳排放比傳統(tǒng)電動(dòng)汽車低75%。
氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用并不局限于燃料電池汽車，還推廣至重型卡車、輪船、飛機(jī)等領(lǐng)域。韓國(guó)現(xiàn)代汽車的氫燃料電池重型卡車XCIENT Fuel Cel在歐洲正式商用化，以批量出口瑞士的氫燃料重卡為開端，截至2021年6月，在瑞士總行駛里程已經(jīng)超過100萬千米。新西蘭首輛現(xiàn)代Xcient FCEV氫燃料電池卡車已投運(yùn)。近期新西蘭還與美國(guó)氫能商用車開發(fā)商Hyzon Motor簽署了20輛氫燃料電池卡車的交付協(xié)議。
2022年，多種氫動(dòng)力船舶也取得積極進(jìn)展。中國(guó)首艘氫燃料電池動(dòng)力工作船“三峽氫舟1號(hào)”正式動(dòng)工建造；荷蘭航運(yùn)公司Van Dam Shipping與印度鋼鐵公司Tata Steel合作，計(jì)劃推出首艘氫動(dòng)力短途船。挪威清潔技術(shù)公司TECO 2030與其合作伙伴推出了氫動(dòng)力概念油輪“Hy-Ekotank”號(hào)。概念油輪通過在現(xiàn)有Ekotank船上使用壓縮氫或液態(tài)氫儲(chǔ)存裝置對(duì)燃料電池進(jìn)行改裝，實(shí)現(xiàn)航行期間溫室氣體零排放，以及泊位零排放。德國(guó)將建造世界上第一艘氫動(dòng)力零排放拖船。
3.大規(guī)模氫儲(chǔ)能是更具經(jīng)濟(jì)性的長(zhǎng)周期調(diào)峰技術(shù)
國(guó)際能源署發(fā)布的報(bào)告指出，當(dāng)電網(wǎng)中間歇性可再生能源（以風(fēng)電、光伏為主）的比例超過15%時(shí)，就必須配置相應(yīng)的儲(chǔ)能設(shè)施。另外由于可再生能源出力在不同時(shí)間段、不同季節(jié)之間存在顯著差異，例如歐洲的太陽能發(fā)電在冬季比夏季低60%左右，但冬季電力需求卻增加了40%，為此需要配置大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能設(shè)施才能提高可再生能源利用水平。
在新型儲(chǔ)能路徑中，氫能具有諸多明顯優(yōu)勢(shì)。氫儲(chǔ)能是以氫氣的形式進(jìn)行儲(chǔ)能，方式多樣化，包括液化儲(chǔ)氫、壓縮儲(chǔ)氫以及金屬氫化物儲(chǔ)氫等，存儲(chǔ)規(guī)?？蛇_(dá)百萬千瓦級(jí)，存儲(chǔ)時(shí)間跨度從小時(shí)到季節(jié)。氫儲(chǔ)能除了可以滿足大規(guī)模長(zhǎng)周期能量?jī)?chǔ)存和多元化終端利用需求，自身也具備較明顯的技術(shù)路線、資源潛力及經(jīng)濟(jì)性。在大容量長(zhǎng)周期調(diào)節(jié)的場(chǎng)景中，氫儲(chǔ)能與電化學(xué)儲(chǔ)能相比擁有單位能量存儲(chǔ)成本低的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于抽水蓄能而言，氫儲(chǔ)能可擴(kuò)展性較強(qiáng)，受地理和資源的限制較少。相關(guān)研究表明，當(dāng)需要大規(guī)模儲(chǔ)能時(shí)可以液氫或者氫化物的形式存儲(chǔ)于地下鹽穴，估計(jì)每個(gè)兆瓦時(shí)的成本在50～150美元之間，與受地質(zhì)條件限制較大的抽水蓄能相當(dāng)，顯著低于其他能量存儲(chǔ)方式。
除了上面提到的以鹽穴為代表的地質(zhì)儲(chǔ)氫外，當(dāng)前以質(zhì)子交換膜水電解（PEM）制氫為基礎(chǔ)的電-氫-電互變技術(shù)為儲(chǔ)能技術(shù)提供了新思路。該技術(shù)以電制氫為核心，將電能轉(zhuǎn)化成為氫氣、氨氣、甲烷及汽柴油中的化學(xué)能，從而進(jìn)入到后續(xù)的化工、交通、發(fā)電、供熱、儲(chǔ)氣等豐富多樣的終端應(yīng)用中。
未來，隨著新能源滲透率的提升，系統(tǒng)調(diào)峰周期變長(zhǎng)，電化學(xué)儲(chǔ)能單位能量成本高的缺陷就會(huì)完全顯現(xiàn)，而氫能則恰好相反，大規(guī)模氫儲(chǔ)能邊際成本增速相對(duì)較慢，是更具經(jīng)濟(jì)性的長(zhǎng)周期調(diào)峰技術(shù)。同時(shí)，氫儲(chǔ)能與電化學(xué)儲(chǔ)能在周期、規(guī)模、空間上可互為協(xié)同、互為補(bǔ)充，二者有機(jī)形成的混合儲(chǔ)能可以更好地支撐未來電力系統(tǒng)建設(shè)。
4.氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電取得一定進(jìn)展
燃?xì)廨啓C(jī)采用富氫燃料發(fā)電，在降低天然氣使用量的同時(shí)，還可以減少發(fā)電領(lǐng)域二氧化碳排放。目前，歐美等國(guó)向現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)中摻混氫氣的比例多為20%～30%，以降低5%～10%的碳排放。
全球電力巨頭已開展氫能燃?xì)廨啓C(jī)的相關(guān)研究，積極提高燃機(jī)的摻氫燃燒能力、開拓新的市場(chǎng)空間。如美國(guó)通用電氣（GE）在全球已有超過100臺(tái)采用低熱值含氫燃料的機(jī)組在運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超過800萬小時(shí)，其中部分機(jī)組的燃料含氫量超過50%。2022年4月，通用電氣宣布全球首個(gè)HA級(jí)摻氫燃燒示范項(xiàng)目成功運(yùn)行，預(yù)計(jì)到2030年將具備100%燃?xì)淠芰?，最終實(shí)現(xiàn)零碳排放。日本和歐盟EU Turbines已經(jīng)承諾在2030年前推出100%燃?xì)渲匦腿細(xì)廨啓C(jī)。西班牙第二大天然氣分銷商N(yùn)ortegas宣布開啟該國(guó)首個(gè)天然氣摻氫試驗(yàn)項(xiàng)目，計(jì)劃逐步提高天然氣基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備中的氫氣比例，嘗試使用天然氣和氫氣的混合氣體發(fā)電。2022年初，中國(guó)國(guó)家電投首個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒示范項(xiàng)目正式投運(yùn)，這是全球范圍內(nèi)首個(gè)在天然氣商業(yè)機(jī)組中進(jìn)行摻氫燃燒的聯(lián)合循環(huán)、熱電聯(lián)供示范項(xiàng)目，改造后的機(jī)組具備了純天然氣和天然氣摻氫兩種運(yùn)行模式的兼容能力，可行性優(yōu)勢(shì)明顯。
需要注意的是，雖然全球氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電項(xiàng)目層出不窮，但要大力發(fā)展氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)，還面臨著燃?xì)溥^程中產(chǎn)生的回火和溫度過高等問題。
三、啟示與建議
通過對(duì)近期全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新動(dòng)向及趨勢(shì)的分析，可以看出，在推動(dòng)氫能發(fā)展的過程中，全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家逐步形成了各具特色的發(fā)展模式。借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家氫能發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步探索我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展形態(tài)和發(fā)展路徑，建議從以下四個(gè)方面創(chuàng)新突破：一是提高關(guān)鍵核心技術(shù)水平，加快國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程；二是推動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景多元化，開啟多領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用示范；三是探索適合我國(guó)國(guó)情的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，避免無序競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)；四是加強(qiáng)國(guó)際開放合作，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)國(guó)際化發(fā)展。
（一）提高關(guān)鍵核心技術(shù)水平，加快國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程
科技創(chuàng)新是能源高質(zhì)量發(fā)展的第一動(dòng)力，歐盟、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體為確保氫能發(fā)展的領(lǐng)先地位，十分重視氫能產(chǎn)業(yè)鏈上下游的相關(guān)技術(shù)培育，涉及氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、燃料電池制造、燃料電池汽車及加氫站基礎(chǔ)設(shè)施等。而氫能技術(shù)鏈條長(zhǎng)、難點(diǎn)多，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期，與國(guó)際先進(jìn)水平存在一定差距，同時(shí)我國(guó)部分關(guān)鍵核心零部件和基礎(chǔ)材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，例如，影響燃料電池壽命和使用成本的質(zhì)子交換膜，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)還不夠成熟，只有少數(shù)公司和設(shè)備制造商參與其中。核心材料缺失制約著我國(guó)氫燃料電池行業(yè)的發(fā)展。為此，亟需從氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注、燃料電池、氫儲(chǔ)能系統(tǒng)等主要環(huán)節(jié)創(chuàng)新突破，面向氫能科技前沿開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)突破關(guān)鍵核心技術(shù)，加快國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
（二）推動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景多元化，開啟多領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用示范
從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)看，發(fā)達(dá)國(guó)家多以試點(diǎn)示范帶動(dòng)氫能多元應(yīng)用，氫能可以在交通、冶金、化工等領(lǐng)域替代化石能源使用，應(yīng)用潛力較大。目前我國(guó)氫能示范應(yīng)用主要集中在交通領(lǐng)域，氫燃料電池汽車是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)氫能在交通領(lǐng)域應(yīng)用的切入點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。為穩(wěn)步推進(jìn)我國(guó)氫能多元化示范應(yīng)用，除了有序推進(jìn)氫能在交通領(lǐng)域的示范應(yīng)用，還應(yīng)拓展其在儲(chǔ)能、分布式發(fā)電、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)規(guī)模化發(fā)展，加快探索形成有效的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展商業(yè)化路徑。
（三）探索適合我國(guó)國(guó)情的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，避免無序競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)
從全球主要國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)踐來看，各國(guó)在出臺(tái)氫能戰(zhàn)略和明確氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位上各有側(cè)重，均考慮了國(guó)家能源資源稟賦、能源轉(zhuǎn)型壓力和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間等情況。例如，以歐盟國(guó)家為代表的能源轉(zhuǎn)型先行者將氫能產(chǎn)業(yè)視為重點(diǎn)行業(yè)深度脫碳的重要推動(dòng)力；以美國(guó)為代表的能源技術(shù)引領(lǐng)國(guó)更加關(guān)注氫能技術(shù)研發(fā)，在綠氫規(guī)模化應(yīng)用方面則較為審慎；以俄羅斯、沙特、阿聯(lián)酋、澳大利亞為代表的傳統(tǒng)能源出口國(guó)積極加大氫能出口能力，著力實(shí)施以出口為導(dǎo)向的氫能項(xiàng)目；以日、韓為代表的能源對(duì)外依存度較高的國(guó)家，發(fā)展氫能主要為保障本國(guó)能源安全。
我國(guó)資源能源稟賦多樣，對(duì)能源的選擇及經(jīng)濟(jì)調(diào)控的回旋空間較大。在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中應(yīng)統(tǒng)籌考慮氫能供應(yīng)能力、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場(chǎng)空間，與技術(shù)創(chuàng)新水平相適應(yīng)，有序開展氫能技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范。各地方在研究制定氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)規(guī)劃、支持政策時(shí)，應(yīng)對(duì)本地區(qū)發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的比較優(yōu)勢(shì)進(jìn)行客觀分析，充分考慮本地區(qū)發(fā)展基礎(chǔ)和條件，統(tǒng)籌謀劃、合理布局，在鼓勵(lì)多元示范的同時(shí)，避免盲目布局、一擁而上。
（四）加強(qiáng)國(guó)際開放合作，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)國(guó)際化發(fā)展
美日歐等國(guó)家和地區(qū)在積極推動(dòng)自身氫能發(fā)展的同時(shí)，積極推進(jìn)相互合作。開放合作是全球氫能產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的主旋律，尤其是目前全球氫能市場(chǎng)仍處于導(dǎo)入期，亟需各國(guó)協(xié)作培育開發(fā)國(guó)際市場(chǎng)，突破產(chǎn)業(yè)瓶頸，合力打通產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此背景下，我國(guó)應(yīng)積極開展氫能技術(shù)創(chuàng)新國(guó)際合作，鼓勵(lì)開展氫能科學(xué)和技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研發(fā)，推動(dòng)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)、材料和裝備創(chuàng)新合作，積極構(gòu)建國(guó)際氫能創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈。探索與共建“一帶一路”國(guó)家開展氫能貿(mào)易、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、產(chǎn)品開發(fā)等合作。同時(shí)還要加強(qiáng)與氫能技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家和地區(qū)開展項(xiàng)目合作，共同開拓第三方國(guó)際市場(chǎng)。
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