中國儲能網(wǎng)訊：顧阿倫 清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟研究所
來源丨《可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟導(dǎo)刊》
編輯丨王秋蓉
國際社會普遍認為氫能是未來能源革命的關(guān)鍵技術(shù)，2015年，國際能源署發(fā)布《氫能與燃料電池技術(shù)路線圖》報告，全面闡述了氫能發(fā)展的技術(shù)路線，指出氫能可以連接不同的能源形式，提高未來能源系統(tǒng)運行的靈活性，全球氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)迎來了快速導(dǎo)入期，世界發(fā)達國家與經(jīng)濟體紛紛布局，預(yù)計全球氫能將會呈現(xiàn)發(fā)展不斷加速、競爭日益激烈的趨勢。
2022年3月23日，國家發(fā)改委頒布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》（以下簡稱《規(guī)劃》），這是我國氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的長期綱領(lǐng)性文件。《規(guī)劃》對氫能在我國能源的戰(zhàn)略地位、發(fā)展目標及重點領(lǐng)域應(yīng)用等都提出了明確的指示，其核心思想是確立了氫能對我國能源綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供重要的支撐作用，為氫能產(chǎn)業(yè)的中長期發(fā)展提出了明確的路線圖，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)計迎來重大的機遇。政府這只“看得見的手”在各國推進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中均起到了重要的推動作用，預(yù)計我國政策支持體系的穩(wěn)定性和連續(xù)性也勢必為氫能高質(zhì)量發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇
氫能對減少溫室氣體排放的潛力較大，其應(yīng)用場景也較為多種多樣。預(yù)計全球到2050年，若在基礎(chǔ)化學(xué)品生產(chǎn)、煉油、重型車輛上的燃料電池，以及鋼鐵工業(yè)還原劑等方面利用綠氫，則每年可減少50億至60億噸溫室氣體排放 。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計，2050年氫能在中國終端能源體系中占比至少達到10%，氫氣需求量接近6000萬噸，其中交通領(lǐng)域氫氣需求約為2458萬噸，占比整個氫能需求的40%以上。也有研究預(yù)測中國2050年的氫能需求接近8000萬噸，顯示氫能在中國未來的發(fā)展前景非常廣闊。
“雙碳”目標的現(xiàn)實需求，必然加速推動可再生能源的大規(guī)?；l(fā)展，而氫能可以成為可再生能源的重要載體，實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型中的大規(guī)模和長周期的能源存儲與多樣化的終端利用。此次《規(guī)劃》明確了氫能的能源屬性與地位，必然進一步釋放氫能的發(fā)展?jié)摿ΑH能源署可持續(xù)發(fā)展情景中指出，2050年氫價值鏈各環(huán)節(jié)所需的設(shè)備和部件的潛在市場每年資本支出為2000億美元，可以為整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈的每個環(huán)節(jié)提供各種機遇。
氫能發(fā)展的現(xiàn)狀
氫能產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋氫能生產(chǎn)、氫能的儲運以及下游利用三部分。我國是世界最大的制氫國，當前氫能產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到示范演示的全方位格局，布局了相對完整的氫能產(chǎn)業(yè)。京津冀、長三角、珠三角等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)已成為我國氫能產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)跑者，國內(nèi)眾多企業(yè)積極參與氫能產(chǎn)業(yè)鏈的布局與生產(chǎn)，在許多領(lǐng)域逐漸縮小了與國外的技術(shù)差距。與發(fā)達國家相比，我國氫能發(fā)展的特點比較突出，制氫產(chǎn)能與氫能需求的地域疊加程度較低，而且氫能的運輸距離較長，使儲運成本較高，大部分用于自產(chǎn)自銷，尚未發(fā)揮氫能在促進可再生能源發(fā)展的重要地位和作用。
我國的氫能主要利用化石能源熱解/重整、工業(yè)副產(chǎn)氣提純及電解水等技術(shù)制取和生產(chǎn)，其中化石能源制氫及工業(yè)副產(chǎn)氣制氫占主導(dǎo)地位，而可再生能源電解水制氫比例不足1%。2020年底，我國風(fēng)力裝機容量為2.3億kW，光伏裝機容量為2.5億kW，棄風(fēng)和棄光大約為5%，大力支持可再生能源電解水制氫（綠氫），即可以進一步提高可再生能源的利用效率，提高電網(wǎng)安全運行的穩(wěn)定性，也可有效解決綠氫的生產(chǎn)制備。
此次《規(guī)劃》也明確了未來清潔能源制氫的發(fā)展目標，2030年前碳達峰實現(xiàn)廣泛的可再生能源制氫技術(shù)應(yīng)用。2020年以來，國內(nèi)諸多企業(yè)預(yù)計有466億元的投資主要在可再生能源高效制氫技術(shù)和示范工程上，這勢必有利于推動氫能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和固態(tài)合金儲氫是目前廣泛應(yīng)用氫氣儲存的三種形式。其中,最廣泛應(yīng)用的是高壓氣態(tài)儲氫形式，該技術(shù)環(huán)節(jié)是氫能得到廣泛利用的重要環(huán)節(jié)?！兑?guī)劃》指出了穩(wěn)步構(gòu)建儲運體系的任務(wù)，提出了摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范，這些為氫能的長距離運輸以及大規(guī)模利用奠定了堅實的基礎(chǔ)。
氫能的應(yīng)用場景廣泛，目前我國氫能多數(shù)用于合成甲醇、合成氨和石油煉化等的氣體利用，少量則作為工業(yè)燃料使用，交通、發(fā)電以及建筑等領(lǐng)域的消費需求較小。燃料電池車的產(chǎn)業(yè)鏈基本已經(jīng)形成，已經(jīng)有大約1/3的中央企業(yè)布局了氫能產(chǎn)業(yè)，2021年底加氫站運營和在建超200座。2020年9月，財政部“以獎代補”方式開展核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范的補貼，進一步激發(fā)了核心技術(shù)創(chuàng)新的動力。另外，《規(guī)劃》也將交通領(lǐng)域的示范推廣應(yīng)用重點加以明確，重點推進重型車輛應(yīng)用，實現(xiàn)與電車的互補發(fā)展。
我國氫能發(fā)展的未來方向
國家“雙碳”目標的提出及這次《規(guī)劃》的重磅推出，勢必使氫能技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入提速階段，預(yù)計主要體現(xiàn)在以下四個方面。
1. 關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備攻關(guān)為抓手
氫能產(chǎn)業(yè)是一種技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，從制取、儲存、運輸、加注到終端利用等各個環(huán)節(jié)都有較高的技術(shù)要求，當前制氫技術(shù)路線選擇眾多，需要圍繞高質(zhì)量發(fā)展把握氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。我國可再生能源裝機潛力巨大，綠氫的供給潛力大，可以為發(fā)展以可再生能源電解水制氫為基礎(chǔ)的氫電互變、異質(zhì)能源跨地域和跨季節(jié)優(yōu)化配置等提供技術(shù)選擇，形成互補融合的新型能源供應(yīng)體系。《規(guī)劃》提出加快提高可再生能源制氫轉(zhuǎn)化效率和單臺裝置制氫規(guī)模，顯示出制取氫能技術(shù)的重點方向，避免低水平的重復(fù)投資建設(shè)。發(fā)展綠氫，需要解決其經(jīng)濟性和技術(shù)成熟度等關(guān)鍵問題，需要針對核心材料和關(guān)鍵部件的技術(shù)瓶頸開展科技攻關(guān)。
氫能裝備與核心部件方面是我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要短板，進口依賴程度較高，國內(nèi)氫燃料電池電堆的質(zhì)子交換膜、催化劑等核心材料與國外先進水平相比還有較大的差距；國內(nèi)以高壓氣態(tài)儲氫為主，相較于低溫液態(tài)儲氫，高壓氣態(tài)儲氫在長距離運輸上十分不具有優(yōu)勢，因此大力發(fā)展液氫技術(shù)和輸氫管道等裝備也具有重要意義。
中國氫能聯(lián)盟報告顯示，在非運輸行業(yè)90%的成本削減得益于氫能產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的不斷擴大，而運輸行業(yè)則是70%的成本削減得益于終端應(yīng)用設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模的擴大，一方面推廣大規(guī)模的綠氫開發(fā)利用與其成本下降有密切關(guān)系，另一方面其成本迅速下降則有利于其大規(guī)模的利用。因此，“卡脖子”技術(shù)的攻關(guān)，不僅需要企業(yè)層面上的科技研發(fā)，也需要國家不斷激勵企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)，盡快破除制約氫能大規(guī)模開發(fā)利用的技術(shù)瓶頸。
2. 引導(dǎo)投資搭建創(chuàng)新平臺
據(jù)國際氫能委員會預(yù)計,到2050年氫能可以滿足全球一次能源總需求的12％，氫能及氫能技術(shù)相關(guān)市場規(guī)模將超過2.5萬億美元。而歐盟氫和能源系統(tǒng)的一體化戰(zhàn)略，實際上是設(shè)定了一個新的清潔能源投資議程，歐盟預(yù)計到2050年氫能投資從1800億歐元增長至4700億歐元，政府的投資有助于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及成為生產(chǎn)和建設(shè)的第一推動者。
相關(guān)研究結(jié)果顯示，堿水電解和PEM技術(shù)的學(xué)習(xí)率分別為9%和13%，儲氫罐的學(xué)習(xí)率約10%～13%，乘用車燃料電池堆的學(xué)習(xí)率約為17%，商用車約為11%，盡管與可再生能源的學(xué)習(xí)率高達30%相比，氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)率較低，但是其規(guī)?；耐顿Y與生產(chǎn)仍然可以大大降低整個產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)備成本。因此，需要政府鼓勵本地的投資機會，包括實施稅收減免、補貼以及強制實施等措施，不斷創(chuàng)造市場需求，加速綠氫產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
《規(guī)劃》強調(diào)加快財政金融的支持，提出了投資引導(dǎo)等相關(guān)的創(chuàng)新模式與要素，不僅僅要發(fā)揮政府預(yù)算內(nèi)的投資引導(dǎo)作用，更為重要的是鼓勵社會基金、上市融資等金融手段支持氫能創(chuàng)新企業(yè)。氫能高質(zhì)量的發(fā)展，不能僅僅依靠盲目的項目投資，而應(yīng)當將技術(shù)創(chuàng)新放在首位，鼓勵企業(yè)在基礎(chǔ)材料、核心零部件等領(lǐng)域突破技術(shù)瓶頸，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。
3. 完善氫能產(chǎn)業(yè)標準體系
加強標準的研究與制定，提高政策支持的精準度，增強標準的有序和有效供給，助力氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2020年3月，國家發(fā)改委已經(jīng)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快建立綠色生產(chǎn)和消費法規(guī)政策體系的意見》，研究制定氫能、海洋能等新能源發(fā)展的標準規(guī)范和支持政策，截至2021年4月，現(xiàn)行有效氫能相關(guān)國家標準共計95項。2022年一季度以來，國家公布的氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策中多次涉及氫能相關(guān)標準的制定，涉及的領(lǐng)域涵蓋了制氫技術(shù)、燃料電池電站、燃料電池汽車等安全標準。
交通領(lǐng)域是氫能規(guī)?；玫闹饕獔鼍埃壳凹託湔窘ㄔO(shè)發(fā)展的老問題則需要突破?！兑?guī)劃》明確了完善氫能產(chǎn)業(yè)標準體系，包括加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的標準。但是為了進一步適應(yīng)氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展需求，需要加快推進氫能標準化工作，進一步制定可再生能源制氫、高壓儲氫容器檢測、固態(tài)儲氫、氫液化裝備及加氫站關(guān)鍵裝備等基礎(chǔ)設(shè)施層面的標準，同時隨著氫能應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新和拓展，不斷完善相關(guān)的標準體系建設(shè)。
4. 參與國際技術(shù)和產(chǎn)業(yè)合作
在全球氫能項目中，有超過一半以上位于歐洲，而且受制于應(yīng)用場景和資源的問題，大多數(shù)國家都在尋求氫能的國際合作，氫能與燃料電池從工程化向產(chǎn)業(yè)化的過渡呈現(xiàn)自下而上的發(fā)展模式。因為氫能的產(chǎn)業(yè)鏈較長，目前全球沒有一個國家或企業(yè)能夠完成整個產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)。
在資源和應(yīng)用場景方面，我國的各種條件比較好，商用車方面處于領(lǐng)先位置，同時其應(yīng)用場景還可以推廣到物流、儲能以及鋼鐵、水泥等領(lǐng)域。目前一些資源發(fā)達的國家做一些跨境出口，將氫能輸送到資源需求國，例如日本和澳大利亞合作制氫，進而實現(xiàn)其全產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建。
當前我國在氫能方面也積極開展了廣泛的國際合作，主要在燃料電池系統(tǒng)研發(fā)、氫燃料高壓儲罐等先進技術(shù)領(lǐng)域開展了系列合作。中國市場已經(jīng)成為國際一流氫能企業(yè)布局的目的地，為更好擺脫新冠肺炎疫情的影響，推動經(jīng)濟的復(fù)蘇，可以預(yù)見未來中國氫能的國際合作會不斷加速。
來源丨《可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟導(dǎo)刊》2022年第6期
