中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“氫”是一種來源豐富、綠色低碳的二次能源，是實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體和未來產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。
很多國(guó)家都制定了氫能發(fā)展規(guī)劃，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視氫能源的開發(fā)與利用。我國(guó)也非常重視氫能源的開發(fā)與利用。近年來，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)氫能行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。2022年3月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》，明確了氫能的戰(zhàn)略定位，并提出了一系列氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。2024年3月22日，國(guó)家能源局印發(fā)《2024年能源工作指導(dǎo)意見》，明確提出要在全國(guó)編制加快推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的相關(guān)政策，有序推進(jìn)氫能技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，穩(wěn)步開展氫能試點(diǎn)示范，重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫，拓展氫能應(yīng)用場(chǎng)景。很多企業(yè)也在積極探索氫能在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，中石化、國(guó)家能源集團(tuán)、國(guó)家電投、京能等多家國(guó)有企業(yè)憑借多年的技術(shù)儲(chǔ)備、資金優(yōu)勢(shì)和行業(yè)影響力，積極布局風(fēng)光儲(chǔ)氫一體化新能源項(xiàng)目，并且在技術(shù)開發(fā)和成本控制等方面取得了很大進(jìn)展。
氫能行業(yè)發(fā)展目前面臨的主要問題是制氫技術(shù)仍不成熟、制氫成本相對(duì)偏高、氫氣的運(yùn)輸和存儲(chǔ)技術(shù)與設(shè)備也需要進(jìn)一步完善等，總體來看，氫能作為清潔能源的應(yīng)用程度不高，距離大規(guī)模商業(yè)化廣泛應(yīng)用還有較長(zhǎng)的路要走。
氫氣的制取與成本
制氫是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)，制氫環(huán)節(jié)的清潔和成本是氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展的重要基礎(chǔ)。氫氣的制取主要有化石能源重整制氫、工業(yè)副產(chǎn)提純制氫和電解水制氫三種工藝。從目前的生產(chǎn)來源看，我國(guó)大約62%的制氫來自煤化工或焦炭的生產(chǎn)，工業(yè)副產(chǎn)品制氫占比大約為19%，天然氣制氫占比大約為18%，電解水制氫占比不到1%。雖然電解水制氫占比偏低，但新能源發(fā)展帶來的綠電制氫增長(zhǎng)迅速，從發(fā)展趨勢(shì)看，電解水制氫有望成為規(guī)模化制氫的優(yōu)選方式之一。
（一）化石能源重整制氫
化石能源制氫主要有煤制氫和天然氣制氫兩種方式。我國(guó)煤制氫技術(shù)比較成熟，傳統(tǒng)的煤化工和焦炭行業(yè)已經(jīng)形成完整的制氫工藝體系和產(chǎn)業(yè)鏈條。盡管煤制氫過程排放二氧化碳的強(qiáng)度較高，但原料煤炭來源穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益顯著，該方式制得的氫氣目前已占全國(guó)氫氣產(chǎn)量的60%以上。煤制氫在今后一段時(shí)期內(nèi)仍將是我國(guó)氫能供應(yīng)體系的重要組成部分之一，也是近期低成本氫氣的主要來源之一。天然氣制氫，由天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制轉(zhuǎn)化氣和變壓吸附（PSA）提純氫氣（H2）兩部分組成，蒸汽重整制氫較為成熟，是國(guó)外主流制氫方式之一。其中，天然氣原料占制氫成本的比重很大，天然氣的價(jià)格是決定制氫價(jià)格的重要因素。考慮到我國(guó)“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦，天然氣制氫不會(huì)是我國(guó)主流的制氫方式。
（二）工業(yè)副產(chǎn)氣提純制氫
工業(yè)副產(chǎn)氣制氫，是指將富含氫氣的工業(yè)尾氣（如焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣等）作為原料，通過變壓吸附等技術(shù)將其中的氫氣分離提純，最終得到高純氫氣的過程。我國(guó)化工、煉油、焦化等主要工業(yè)副產(chǎn)氣里含有氫氣，且部分副產(chǎn)氣里氫氣的含量較多。工業(yè)副產(chǎn)氣排放量大、來源廣，是當(dāng)前低成本氫氣的主要來源之一。我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)氣制氫在氫氣生產(chǎn)供應(yīng)方面有很大的優(yōu)勢(shì)，多集中在京津冀、陜西、山西、長(zhǎng)三角和廣東等工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)。
（三）電解水制氫
該技術(shù)使用貴金屬等作為電催化劑中間材料，成本明顯偏高。當(dāng)前，通過風(fēng)光發(fā)電技術(shù)電解制氫有很大的發(fā)展?jié)摿?。?jù)估計(jì)，2030年全球部分地區(qū)的電解綠氫成本有望達(dá)到1.5美元/千克左右，此時(shí)制氫成本在10元/千克以內(nèi)，相較于煤炭、天然氣的主流制氫方式，已經(jīng)具備經(jīng)濟(jì)性。綠氫項(xiàng)目制氫成本可低至20元/千克，成本接近工業(yè)副產(chǎn)制氫甚至煤制氫水平。
氫氣的存儲(chǔ)與運(yùn)輸
氫氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸是連接氫氣生產(chǎn)端與需求端的關(guān)鍵橋梁，因此，高效、低成本的氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模用氫的必要保障。根據(jù)氫氣的儲(chǔ)存狀態(tài)，可將儲(chǔ)運(yùn)方式分為氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)和固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)等方式。目前，氣態(tài)運(yùn)輸和液態(tài)運(yùn)輸為主流輸送方式。
（一）氣態(tài)儲(chǔ)氫
氣態(tài)儲(chǔ)氫具有充放氫氣速度快、容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是現(xiàn)階段主要的儲(chǔ)氫方式，已得到廣泛應(yīng)用。氣態(tài)儲(chǔ)氫對(duì)儲(chǔ)氫容器的性能要求極為嚴(yán)格，不僅需要承受氣體的高壓力，同時(shí)也要防止氫氣本身對(duì)包裝材料的腐蝕。抗高壓和抗氫脆是目前很多研究團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻堅(jiān)的重點(diǎn)問題之一，目前亟需開展氫與材料的相互作用機(jī)制，高壓、深冷等極端氫環(huán)境材料性能數(shù)據(jù)，低成本、抗氫脆材料，氫能儲(chǔ)輸裝備性能預(yù)測(cè)和調(diào)控技術(shù)等方面的研究。
（二）液態(tài)儲(chǔ)氫
液態(tài)儲(chǔ)氫具有儲(chǔ)氫密度高的優(yōu)勢(shì)，可分為低溫下的液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫等。其中，低溫下的液態(tài)儲(chǔ)氫在航空航天等領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用，但有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫的應(yīng)用還處于示范階段。另外，甲醇既是綠色清潔燃料，又是成本最低、最安全的氫儲(chǔ)存載體，解決了氫氣儲(chǔ)運(yùn)難題。甲醇儲(chǔ)氫的劣勢(shì)是二氧化碳單程轉(zhuǎn)化率和甲醇產(chǎn)率比較低，目前的經(jīng)濟(jì)效益較低。液氨儲(chǔ)氫的液氨具有很強(qiáng)的腐蝕性與毒性，儲(chǔ)運(yùn)過程對(duì)人體、設(shè)備、環(huán)境等具有潛在的危害風(fēng)險(xiǎn)。此外，合成氨的工藝過程轉(zhuǎn)換也存在一定比例的損耗，合成氨與氨分解的設(shè)備及終端產(chǎn)業(yè)設(shè)備仍有待集成。
（三）固態(tài)儲(chǔ)氫
目前固態(tài)儲(chǔ)氫主要是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲(chǔ)氫的載體，通過化學(xué)吸附和物理吸附等方式來實(shí)現(xiàn)氫的存儲(chǔ)，目前處于示范階段。固態(tài)儲(chǔ)氫的劣勢(shì)是儲(chǔ)氫合金材料的重量?jī)?chǔ)氫率較低，循環(huán)性能較差。固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)突破的主要方向是提高儲(chǔ)氫的密度，降低對(duì)溫度的要求和成本等。
氣態(tài)儲(chǔ)氫具有成本低、能耗低、操作環(huán)境簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是目前發(fā)展相對(duì)成熟、應(yīng)用較廣泛的儲(chǔ)氫技術(shù)，但該方式在儲(chǔ)氫密度和安全性能方面仍然存在瓶頸。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是先將氫氣液化，然后儲(chǔ)存在低溫絕熱容器中，目前主要應(yīng)用在航空領(lǐng)域。有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫由于其存儲(chǔ)介質(zhì)與汽油、柴油相近，可利用已有基礎(chǔ)設(shè)施從而降低應(yīng)用成本，備受業(yè)界青睞。相較于氣態(tài)儲(chǔ)氫和液態(tài)儲(chǔ)氫，固態(tài)儲(chǔ)氫在儲(chǔ)氫密度和安全性能方面的優(yōu)勢(shì)更為突出，隨著技術(shù)研發(fā)的深入，其將成為未來實(shí)現(xiàn)氫能高效、安全利用的重要方向。
氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用
氫氣已經(jīng)被廣泛用于航空航天、制藥、能源化工、鋼鐵冶金、電子電力、光伏組件、食品等領(lǐng)域，氫能可以在多種應(yīng)用場(chǎng)景替代汽油、柴油、天然氣等能源，還可以促進(jìn)工業(yè)、交通等領(lǐng)域深度脫碳。
（一）在交通方面的應(yīng)用
現(xiàn)在各國(guó)都在積極推廣氫燃料電池汽車，已經(jīng)初步形成一定的規(guī)模，未來在航空、船舶等領(lǐng)域也有望進(jìn)行一些氫能替代。近年來，我國(guó)的氫能汽車市場(chǎng)也在快速發(fā)展，截至2023年底，氫能汽車保有量已有1.3萬輛以上，主要集中在大巴車、快遞車、冷藏車、礦卡、重載貨運(yùn)等方面開展應(yīng)用。另外，我國(guó)加氫站的基礎(chǔ)設(shè)施布局不斷完善，截至2023年底，我國(guó)已建成加氫站超過450座。
（二）在電力方面的應(yīng)用
氫能可以作為電能儲(chǔ)存的介質(zhì)，具備條件的可用于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能，可以實(shí)現(xiàn)電能在時(shí)間和空間上的調(diào)節(jié)。目前的問題是能源利用效率偏低，特別是電—?dú)洹妰纱无D(zhuǎn)換后效率僅為30%—40%，需要進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率，未來才有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
（三）在建筑方面的應(yīng)用
這個(gè)方向的運(yùn)用主要包括天然氣摻氫輸送、燃料電池?zé)犭娐?lián)供等。目前，氫氣已經(jīng)在燃?xì)?、供熱等方面逐步?shí)現(xiàn)摻燒使用。但氫成本高，天然氣摻氫輸送的安全標(biāo)準(zhǔn)需要完善，固定式氫燃料電池的應(yīng)用處于試點(diǎn)階段，供電效率和供熱質(zhì)量仍有很大的改善空間。
建議
通過對(duì)氫的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、利用等方面進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，為促進(jìn)氫能行業(yè)發(fā)展，在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)政策、運(yùn)用等多方面仍有很多研究需要完善，建議：
（一）加強(qiáng)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的頂層設(shè)計(jì)，完善氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局
應(yīng)該始終堅(jiān)持以綠氫為導(dǎo)向的發(fā)展原則，重點(diǎn)圍繞綠色高純氫的生產(chǎn)、氫氣的儲(chǔ)運(yùn)、加氫站和氫燃料電池等方面進(jìn)行超前布局。建議將氫能的發(fā)展和投資明確列入國(guó)家綠色基金及投資管理體系，明確各級(jí)政府和企業(yè)在氫能開發(fā)過程中財(cái)政、稅收等多方面的產(chǎn)業(yè)發(fā)展支持及激勵(lì)政策。
（二）加強(qiáng)氫能技術(shù)創(chuàng)新，降低成本
建議氫能技術(shù)發(fā)展以“應(yīng)用”為導(dǎo)向，整合具有資源優(yōu)勢(shì)的企業(yè)、高校和科研院所等，聯(lián)合搭建氫能產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展平臺(tái)，加快集聚各方面的人才、資金和技術(shù)等創(chuàng)新資源要素，大力開展氫能前沿技術(shù)應(yīng)用研究，開展核心材料和技術(shù)等基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)氫能的關(guān)鍵核心技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，推動(dòng)科技成果就地轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，積極探索并推動(dòng)氫能從生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)綉?yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)突破，加速突破氫能“卡脖子”的關(guān)鍵核心技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，積極開展氫能的國(guó)際交流與發(fā)展合作。
（三）開發(fā)氫能應(yīng)用場(chǎng)景，建設(shè)氫能應(yīng)用示范點(diǎn)
建議在交通領(lǐng)域積極推動(dòng)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在工業(yè)領(lǐng)域積極開展綠氫在石油煉化、合成氨等行業(yè)的使用。在發(fā)電領(lǐng)域可以布局氫燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)施及氫電融合的微電網(wǎng)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域可以探索可再生能源制氫+氫儲(chǔ)能的模式?？梢詢?yōu)先在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較快、應(yīng)用場(chǎng)景比較多的珠三角、長(zhǎng)三角、京津冀等區(qū)域重點(diǎn)布局，樹立多個(gè)應(yīng)用標(biāo)桿，發(fā)揮示范作用。
