文/萬燕鳴 國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，轉(zhuǎn)載自《中國能源》雜志
1、 引言
氫能與燃料電池是全球能源技術(shù)革命的重要方向，氫燃料電池也是汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的戰(zhàn)略制高點。
加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，是應(yīng)對全球氣候變化、保障國家能源供應(yīng)安全和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，是貫徹落實黨的十九大精神、構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”能源體系、推動能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措，是探索以能源變革帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要實踐。
2、全球興起氫能發(fā)展新熱潮
全球主要國家高度重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。美國、日本、德國、韓國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將氫能上升到國家能源戰(zhàn)略高度，并作為國家能源體系的重要組成部分。通過核心技術(shù)研發(fā)扶持、燃料電池技術(shù)綜合應(yīng)用示范和加氫基礎(chǔ)設(shè)施補貼等政策手段積極發(fā)展氫能。
日本率先提出“成為全球?qū)崿F(xiàn)氫能社會的國家”的戰(zhàn)略目標(biāo)，先后發(fā)布了《日本復(fù)興戰(zhàn)略》、《能源戰(zhàn)略計劃》、《氫能源基本戰(zhàn)略》和《氫能及燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，規(guī)劃了實現(xiàn)氫能社會戰(zhàn)略的技術(shù)路線，并計劃以2020年東京奧運會為契機推廣燃料電池汽車。目前，日本已初步實現(xiàn)了以豐田Mirai汽車和Ene-Farm家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為代表的成熟產(chǎn)品體系。歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織（FCHJU）發(fā)布的“歐洲氫能路線圖”提出，發(fā)展氫能是歐洲能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展途徑，預(yù)計到2050年氫能將占終端能源需求的24%，可為歐盟公司的燃料和相關(guān)設(shè)備創(chuàng)造約8200億歐元的產(chǎn)業(yè)和540萬個就業(yè)崗位，減少560億t的二氧化碳排放。
韓國明確提出2030年進(jìn)入氫能社會，并發(fā)布“氫能路線圖2040”，計劃到2040年氫燃料電池汽車?yán)塾嫯a(chǎn)量達(dá)到620萬輛，加氫站達(dá)到1200個，使氫能經(jīng)濟(jì)成為拉動創(chuàng)新增長的重要動力。除主要發(fā)達(dá)國家政府推動外，相關(guān)國際知名企業(yè)紛紛開展合作以保持領(lǐng)先優(yōu)勢，發(fā)起成立了國際氫能委員會（HydrogenCouncil）、加氫基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)盟（H2Mobility）以及汽車集團(tuán)雙邊技術(shù)聯(lián)盟等跨國產(chǎn)業(yè)組織，企業(yè)間協(xié)同合作已經(jīng)漸成趨勢。
截至2018年底，全球燃料電池的裝機量超過2090.5MW；燃料電池乘用車銷售累計約9900輛；燃料電池商用車的銷售量主要集中于中國，2018年國內(nèi)燃料電池商用車銷量達(dá)到1527輛；全球運營加氫站369座，其中亞洲136座（日本96座，中國23座）、歐洲152座、北美洲78座。
3、中國氫能產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢積極
隨著全球氫能發(fā)展步入新一輪機遇期，國家引領(lǐng)、企業(yè)合作、產(chǎn)業(yè)協(xié)同已成為世界氫能發(fā)展的大趨勢。進(jìn)入新時代，我國氫能產(chǎn)業(yè)要擔(dān)負(fù)起引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和生態(tài)文明建設(shè)的雙重使命。未來，氫能在我國終端能源中占比將達(dá)到10%，與電力協(xié)同互補，共同成為我國終端能源的消費主體。
2011年以來，我國相繼發(fā)布《“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030年）》、《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》、《中國制造2025》等頂層規(guī)劃，并將“推進(jìn)加氫設(shè)施建設(shè)”寫入政府工作報告，引導(dǎo)并鼓勵氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
與發(fā)達(dá)國家相比，我國在氫能產(chǎn)業(yè)治理、裝備制造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及燃料電池技術(shù)發(fā)展等方面仍相對落后，主要原因在于基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)投入不足，應(yīng)用領(lǐng)域政策支持不完善，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)集中度不夠等。整體上看，盡管我國氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈較為薄弱，但產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢全球最佳。
我國氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)化逐步呈現(xiàn)以下3個顯著特點：
（1）能源與制造大型骨干企業(yè)加速布局。與國外產(chǎn)業(yè)巨頭積極介入氫能與燃料電池領(lǐng)域不同，我國氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期以中小企業(yè)、民營企業(yè)為主，能源與制造業(yè)大型骨干企業(yè)的介入程度有限。隨著我國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的成立，大型骨干企業(yè)加速布局氫能產(chǎn)業(yè)。截至2018年國內(nèi)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模以上企業(yè)約309家，能源與制造業(yè)大型骨干企業(yè)占比近20%。
（2）基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，有待集中突破。多數(shù)企業(yè)主要分布在燃料電池零部件及應(yīng)用環(huán)節(jié)，氫能儲運及加氫基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展薄弱。目前，我國在營加氫站23座，全球占比6.2%。按照我國《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》規(guī)劃，到2020年、2025年、2030年，我國加氫站數(shù)量將分別超過100座、300座和1000座，規(guī)模全球領(lǐng)先。
（3）區(qū)域產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)顯著。近年來，北京、上海、廣東、江蘇、山東、河北等地紛紛開展地方氫能發(fā)展規(guī)劃，并先行先試推動氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)合計占全國規(guī)模以上企業(yè)總數(shù)的51%。2018年，僅廣東省、北京、河北三地的燃料電池汽車銷售量的占比就高達(dá)79.56%。
目前，河北、山東、山西等10省市自治區(qū)已將發(fā)展氫能作為政府工作重點，超過30個城市初步發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展規(guī)劃，涉及產(chǎn)業(yè)鏈投資近千億元，資本市場更是蓄勢待發(fā)。為推動我國氫能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，國家應(yīng)從能源戰(zhàn)略高度，逐步將氫能納入國家能源體系，加快頂層設(shè)計，指導(dǎo)各地市結(jié)合自身資源技術(shù)稟賦發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。通過京津冀、長江流域等環(huán)保剛性約束重點地區(qū)先行先試，充分發(fā)揮氫能零排放生態(tài)優(yōu)勢，打造氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉?，積極支撐可再生能源發(fā)展。
4、京津冀藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)
推動京津冀協(xié)同發(fā)展是我國的一個重大國家戰(zhàn)略，對于打造新型首都經(jīng)濟(jì)圈、推動京津冀一體化發(fā)展、促進(jìn)全國區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、提升國家形象和國際競爭力具有重大意義。京津冀協(xié)同發(fā)展是一個系統(tǒng)工程，而區(qū)域生態(tài)環(huán)境首當(dāng)其沖。京津冀地區(qū)當(dāng)前環(huán)境形勢仍十分嚴(yán)峻。
從2013年我國發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》，到2018年實施《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》以來，京津冀以調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和交通結(jié)構(gòu)為重點，持續(xù)實施大氣污染防治行動，全力落實秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動各項措施。2018年，京津冀區(qū)域細(xì)顆粒物（PM2.5）平均濃度為60μg/m3，較2013年下降43.4%，提前實現(xiàn)了《京津冀協(xié)同發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》提出的“到2020年P(guān)M2.5濃度比2013年下降40%左右”的階段目標(biāo)。雖然區(qū)域空氣質(zhì)量整體有所改善，但排放總量依然較大，形勢依然嚴(yán)峻。京津冀地區(qū)2018年細(xì)顆粒物（PM2.5）平均濃度超過國家標(biāo)準(zhǔn)（35μg/m3）71.43%，是全國平均水平（39μg/m3）的1.54倍。京津冀及周邊地區(qū)的二氧化硫排放強度是全國平均水平的3.6倍，NOx和煙粉塵排放分別是全國平均水平的4倍和6倍，遠(yuǎn)超區(qū)域環(huán)境承載力。生態(tài)環(huán)境部《中國經(jīng)濟(jì)生態(tài)生產(chǎn)總值核算發(fā)展報告2018》顯示，京津冀年生態(tài)環(huán)境損失成本高達(dá)3087億元。
京津冀地區(qū)是我國重要的能源消費地區(qū)之一，聚集了大量的電力、鋼鐵、建材、有色、化工等高耗能產(chǎn)業(yè)，能源消費結(jié)構(gòu)以化石能源特別是煤炭為主，清潔能源消費比重低，能源對外依存度較高、供應(yīng)保障壓力大，公路貨運比例高，重型貨車污染物的集中排放，是全國污染物排放強度最大的區(qū)域。據(jù)測算，京津冀及周邊區(qū)域進(jìn)入采暖季后，二氧化硫排放增加近50%，一次PM2.5排放增加約30%，尤其作為PM2.5主要組份的有機碳排放增加近1倍。隨著“降煤增氣”的深入推進(jìn)，京津冀區(qū)域采暖季“氣荒”蔓延，2017年新增天然氣需求為31.6億m3，占中國冬季天然氣需求增量的50%。因此，京津冀的大氣污染綜合治理需要從能源革命角度優(yōu)化思路，注入新動能，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和污染防治同向而行，持續(xù)鞏固藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)成果。
4.1氫能綜合利用與京津冀大氣污染防治
按照《京津冀能源協(xié)同發(fā)展規(guī)劃（2016—2025年）》思路，京津冀能源發(fā)展除了“降煤增氣”外，要著力推進(jìn)可再生能源發(fā)展和消納，規(guī)劃建設(shè)能源高端應(yīng)用示范，實現(xiàn)綠色發(fā)展。氫能在其中可以扮演重要角色：積極探索工業(yè)副產(chǎn)氫提純利用和可再生能源發(fā)電制氫，完善氫氣“制備—儲運—分發(fā)”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一方面探索開展天然氣摻氫（HCNG）應(yīng)用，推動形成天然氣摻氫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提升能源綜合利用效率，緩解季節(jié)性天然氣供應(yīng)不足等問題；另一方面大力推進(jìn)燃料電池在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其加快柴油車替代。燃料電池汽車（FCEV）相對于傳統(tǒng)汽柴油動力車輛和鋰電池動力車輛具有綜合效率高、清潔環(huán)保、良好的低溫適用性和駕駛體驗感，并且順應(yīng)“電動化、智能化、共享化”融合大勢，將在未來新能源汽車戰(zhàn)略中占據(jù)重要地位；且燃料電池車在生成電能的過程中，可凈化大氣中99.9%的可吸入顆粒物，被譽為“移動的空氣凈化器”。雙管齊下可有效降低傳統(tǒng)化石能源污染物集中排放，同時充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，避免大范圍改造成本和持續(xù)補貼。
混氫天然氣（HCNG）途徑。將氫氣按一定比例摻入天然氣（小于20%）可直接通過現(xiàn)有管網(wǎng)進(jìn)行民用燃?xì)馐痉?、工業(yè)示范以及應(yīng)用于交通車輛，尤其是壓縮天然氣（CNG）出租車和公交車。
2017年，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017—2021年）》，京津冀地區(qū)天然氣消費總量達(dá)到336億m3，增速22.7%，創(chuàng)下歷史新高，河北省的天然氣供需缺口達(dá)到10%~20%。預(yù)計京津冀地區(qū)2020年、2025年的天然氣需求量將達(dá)到540億m3和757億m3?？紤]按10%比例摻燒，將產(chǎn)生54億m3和75.7億m3氫氣需求1，有助于緩解京津冀地區(qū)冬季天然氣采暖需求集中釋放，實現(xiàn)天然氣調(diào)峰需求，確保煤炭清潔利用工程的有序推進(jìn)，并且年均減少約750萬t二氧化碳、2.4萬t二氧化硫和2.1萬t氮氧化物排放。
燃料電池汽車（FCVE）途徑。重型貨車的排放治理是京津冀“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的重要方向。京津冀地區(qū)物流貨運嚴(yán)重依賴重型貨車為主的公路運輸，公路運輸占84.4%，高出全國平均水平近10個百分點，重型柴油車實際排放超標(biāo)和過境車輛占比過高問題嚴(yán)重。2019年1月，國家11部委聯(lián)合印發(fā)《柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》，明確提出鼓勵開展燃料電池等清潔能源汽車示范運營。2017年，京津冀地區(qū)汽車保有量2417萬輛，柴油貨車保有量181.9萬輛，占全國的10.76%。其中重型柴油載貨車輛77萬輛，占全國的12.49%?？紤]按照2025年和2030年不同車輛滲透率，并適度考慮技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化情況，京津冀地區(qū)柴油貨車替代領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生約120億m3和296億m3氫氣需求1，年均減少約2600萬t二氧化碳、0.78萬t二氧化硫和13萬t氮氧化物排放。
4.2氫能在京津冀藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)中的實現(xiàn)路徑
氫源保障。結(jié)合京津冀地區(qū)的天然氣摻燒和燃料電池汽車發(fā)展路徑，2020年、2025年和2030年氫氣需求分別約為60億m3，200億m3和400億m3，因此構(gòu)建有效的氫源保障十分重要。京津冀地區(qū)富集的鋼鐵、石油化工產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)能豐富，年副產(chǎn)氫產(chǎn)能超過100億m3，提純成本約1元/kg。京津冀地區(qū)2018年棄風(fēng)、棄光電量約18億kWh，可以利用這部分電量，通過電解水可提供約4億m3氫氣，按照張家口的可再生能源制氫鼓勵政策，風(fēng)光制氫成本能夠控制在20元/kg。
2020年、2030年可再生能源裝機容量分別約3700萬kW和1.93億kW，按照30%的電量用于制氫則可穩(wěn)定供應(yīng)氫氣分別為50億m3和232億m3。市場發(fā)展初期，可以利用區(qū)域棄風(fēng)、棄光電量電解制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫氣提純滿足需要；2025—2030年，區(qū)域內(nèi)可再生能源電解水制氫和化工副產(chǎn)提純制氫可分別滿足市場需求的75%和83%，其余氫氣則需要通過特高壓消納“三北”地區(qū)可再生能源發(fā)電制氫或通過管道輸運西北煤制氫。我國《“十三五”能源規(guī)劃》中提到，鼓勵“三北”地區(qū)風(fēng)電和光伏發(fā)電參與電力市場交易和大用戶直供，支持采用供熱、制氫、儲能等多種方式，擴(kuò)大消納能力。按照當(dāng)前“三北”可再生能源裝機發(fā)電量的10%用于制氫，每年可提供氫氣近百億立方米，是穩(wěn)定的綠色氫源保障。
三大支點。構(gòu)筑京津冀地區(qū)氫能的“點線面”發(fā)展路徑，初期以張家口、雄安和唐山三地開展示范行動。建設(shè)可再生能源和氫能示范區(qū)。張家口擁有風(fēng)、光清潔能源裝機容量5000萬kW（2030年）。在建的國網(wǎng)公司“500kV四端柔性直流輸變電工程”和國家能源集團(tuán)“大規(guī)模風(fēng)/光互補制氫關(guān)鍵技術(shù)研究及示范工程”為大規(guī)模低成本氫氣制備打下了堅實基礎(chǔ)，2022年可以滿足低碳奧運專區(qū)用能實現(xiàn)100%可再生能源覆蓋。
應(yīng)充分發(fā)揮冬奧示范效應(yīng)，推動北京、張家口等城市廣泛使用綠色能源，加快氫氣在儲能、管道輸氫、燃料電池客車等場景低成本應(yīng)用，服務(wù)于城市和區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展。建設(shè)氫能高端應(yīng)用示范區(qū)。通過京津冀區(qū)域可再生能源一體化消納制氫，統(tǒng)籌規(guī)劃布局雄安地區(qū)氫能基礎(chǔ)設(shè)施、燃料電池軌道交通、零碳建筑建設(shè)，鼓勵多能互補、智能融合的能源利用新模式；通過建設(shè)未來能源小鎮(zhèn)、氫科學(xué)研究院，探索氫能在能源、交通、建筑、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的交叉應(yīng)用范圍，引領(lǐng)全球氫科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。
建設(shè)大功率氫燃料電池車輛示范區(qū)。唐山地區(qū)鋼鐵產(chǎn)能超過1億t，占河北省的55%、占全國的13%，煤炭、鐵礦石及鋼鐵等物品運輸總量6億t/a。當(dāng)前“公改鐵”僅能解決部分原料輸入的問題，難以解決產(chǎn)品輸出的問題，且鐵路專線運營效率低，單位成本高，適宜大規(guī)模發(fā)展燃料電池重載車輛和港口物流車示范。唐山市煉焦產(chǎn)能約為3600萬t，可提純氫氣約50億m3，可支持3萬輛重卡車運行。待可再生能源制氫規(guī)模提升后，可考慮開展氫能在鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域脫碳應(yīng)用示范。
通過張家口、雄安和唐山三大氫能示范區(qū)的建設(shè)，統(tǒng)一規(guī)劃京津冀地區(qū)氫能制取基地和加氫基礎(chǔ)設(shè)施布局，降低用氫成本，探索氫能在能源、交通、工業(yè)、建筑、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，逐步培育京津冀區(qū)域氫能消費市場。結(jié)合京津冀地區(qū)現(xiàn)有的裝備制造基礎(chǔ)，逐步建成氫氣提純、儲輸、燃料電池汽車應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈體系，優(yōu)化區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能源供給和消費革命。通過京津冀地區(qū)的輻射帶動作用，加快“三北”地區(qū)的風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源建設(shè)和消納，推動北方地區(qū)經(jīng)濟(jì)動能調(diào)整。
5、結(jié)語
為推動我國氫能產(chǎn)業(yè)有序且健康發(fā)展，首先應(yīng)堅持戰(zhàn)略引領(lǐng)，實現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。支持有條件的重點區(qū)域先行先試，避免各地一哄而上低水平重復(fù)建設(shè)；其次要強化創(chuàng)新驅(qū)動，支撐氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，加快氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的全球協(xié)同研發(fā)，攻克核心技術(shù)、關(guān)鍵部件和基礎(chǔ)材料難關(guān)，搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)全球制高點。完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，保障氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
研究完善氫能作為能源的體系標(biāo)準(zhǔn)，盡快破除制約氫能和燃料電池汽車發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)檢測障礙和市場準(zhǔn)入壁壘，打通交通、工業(yè)等多場景應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
在政府的積極作為、科技的支撐引領(lǐng)、巨大的市場規(guī)模、創(chuàng)新的商業(yè)模式共同作用下，我國氫能產(chǎn)業(yè)會加快市場導(dǎo)入，重點區(qū)域?qū)⒙氏瘸砷L，引領(lǐng)和加速全球氫能發(fā)展進(jìn)程。
