張景新 孟嘉樂(lè) 呂坤鍵 王興艷

隨著清潔能源應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟和我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的持續(xù)推進(jìn)，氫能行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭持續(xù)向好，并于2019年被首次寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》。2020年國(guó)家發(fā)展和改革委、國(guó)家能源局等中央多部委已多次提及氫能，2020年11月2日《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》的發(fā)布，標(biāo)志著我國(guó)氫能商業(yè)化應(yīng)用邁出重要的一步。

1 我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大

2013—2019年，我國(guó)氫氣產(chǎn)量規(guī)模逐年遞增，2019年突破2 200萬(wàn)t，成為世界第一產(chǎn)氫大國(guó)（圖1）。其中，煤氣化制氫近1 100萬(wàn)t、工業(yè)副產(chǎn)氫達(dá)800萬(wàn)t，而電解水制氫和生物制氫由于技術(shù)和成本限制，占制氫總量比例較低（約2%～4%），氫應(yīng)用行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值接近4 000億元。

1.2 企業(yè)數(shù)量持續(xù)增加

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020年8月，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)工商登記數(shù)量達(dá)到2 196家。其中，2018年新增 271家，2019年新增529家，同比增長(zhǎng)47.8%；2020年雖受新冠疫情影響，1-6月我國(guó)氫能領(lǐng)域新注冊(cè)企業(yè)依然達(dá)到242家，較2019年同期基本持平，而近5年氫能相關(guān)企業(yè)新增注冊(cè)量增長(zhǎng)達(dá)457%（圖2）。從企業(yè)層面看，我國(guó)氫能領(lǐng)域大多為重資產(chǎn)企業(yè)，有63%的企業(yè)注冊(cè)資本在500萬(wàn)元以上，其中42%的企業(yè)注冊(cè)資本超過(guò)1 000萬(wàn)元。從企業(yè)分布看，廣東省以381家的企業(yè)數(shù)量排名第1，約占全國(guó)總量的17.35%，江蘇、山東分列第2位和第3位，分別為229家和159家（圖3）。

1.3 技術(shù)路線日漸明確

我國(guó)在氫的制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)加快布局，初步形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。

上游制氫與純化：我國(guó)擁有相對(duì)成熟的規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)（化石原料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫）和較明確的長(zhǎng)期發(fā)展方向（可再生能源電解水制氫）。

中游儲(chǔ)運(yùn)：氫氣的大規(guī)模安全儲(chǔ)運(yùn)是現(xiàn)階段氫能商業(yè)化應(yīng)用亟待突破的“瓶頸”。目前高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫為主要技術(shù)方向，如車用儲(chǔ)氫罐、運(yùn)輸儲(chǔ)氫罐、固定式儲(chǔ)氫設(shè)備（加氫站）等，液氫罐車、管道等大規(guī)模運(yùn)輸尚處于研究階段。

氫應(yīng)用：我國(guó)有超過(guò)90%的氫能消費(fèi)集中在石油化工、鋼鐵冶金等工業(yè)原料領(lǐng)域，氫作為能源消費(fèi)的市場(chǎng)規(guī)模依然較小，近幾年氫在建筑領(lǐng)域、民用液氫等領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿ν癸@，氫健康、氫農(nóng)業(yè)也有望成為未來(lái)氫消費(fèi)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

1.4 產(chǎn)業(yè)布局初步形成

2019年，廣東、山西等10個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）將發(fā)展氫能寫(xiě)入政府工作報(bào)告，北京、上海、江蘇、山東、河北等20余個(gè)省（直轄市、自治區(qū)）依托自身資源優(yōu)勢(shì)出臺(tái)本地氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃或行動(dòng)計(jì)劃，并先行先試推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。園區(qū)布局方面，目前全國(guó)處于規(guī)劃或建設(shè)的氫能產(chǎn)業(yè)園、氫能小鎮(zhèn)、氫谷等園區(qū)約30個(gè)，其中華東地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)量最多，共有14個(gè)，華南地區(qū)有5個(gè)，華北地區(qū)4個(gè)，東北地區(qū)2個(gè)，初步形成了以環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角和川渝鄂為代表的4個(gè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

2 氫應(yīng)用場(chǎng)景分析

2.1 氫工業(yè)：化工、石油煉制和冶金是最主要的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，我國(guó)已具備一定的氫應(yīng)用基礎(chǔ)，但是仍以工業(yè)原料為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有約90%～95%的氫能消費(fèi)應(yīng)用集中在石油化工、鋼鐵冶金等領(lǐng)域，其中化工領(lǐng)域合成氨用氫占比最高，石油煉制工業(yè)用氫量次之。今后，氫在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用十分值得期待，一方面氫氣不僅可以用作清潔燃料，還可以用作還原氣，另一方面將金屬氧化物還原成金屬，氫氣還可以作為保護(hù)氣以使金屬不被氧化。目前中國(guó)寶武鋼鐵、鞍鋼、酒鋼等均開(kāi)始可再生能源制氫-氫能冶金立項(xiàng)，探尋循環(huán)經(jīng)濟(jì)的可行性。

2.2 氫交通：產(chǎn)業(yè)正迎來(lái)黃金發(fā)展期

2019年我國(guó)氫燃料電池裝機(jī)量為128.1MW，同比增長(zhǎng)140.5%，增速是上一年度的2倍有余，上海重塑能源科技有限公司、北京億華通科技股份有限公司、江蘇清能新能源技術(shù)股份有限公司成為中國(guó)氫燃料電池系統(tǒng)裝機(jī)量排名前3的企業(yè)。2019年，中國(guó)燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成2 833輛和2 737輛，同比分別增長(zhǎng)85.5%和79.2%（圖4）。目前，全國(guó)燃料電池車?yán)塾?jì)數(shù)量突破6 000輛，廣東、北京、河北3地的燃料電池車銷售量約占全國(guó)80%。雖然受疫情影響，2020年一季度燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成了183臺(tái)和207臺(tái)，同比下降19.7%和7.2%，但長(zhǎng)期來(lái)看，氫在交通領(lǐng)域的應(yīng)用將大有作為。

2.3 綠氫出口：中國(guó)氫能商品化優(yōu)勢(shì)突出

根據(jù)S&P最新報(bào)告顯示，隨著歐洲脫碳轉(zhuǎn)型、日韓氫能社會(huì)的持續(xù)推進(jìn)，未來(lái)十年綠色氫能（以下簡(jiǎn)稱“綠氫”）行業(yè)將擁有大量的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，圖5所示為可再生能源制備綠氫示意圖。研究表明，中國(guó)具備大規(guī)模生產(chǎn)綠氫的潛力，預(yù)計(jì)“十四五”期間全國(guó)風(fēng)能裝機(jī)容量和太陽(yáng)能裝機(jī)容量分別可達(dá)53GW和58GW，到2025年，可實(shí)現(xiàn)非化石能源占整體能源結(jié)構(gòu)的19%的目標(biāo)，這將為中國(guó)未來(lái)綠氫出口提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，利用可再生能源生產(chǎn)綠氫可以降低其在傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)輸中的損耗，使可再生能源以電網(wǎng)、氫網(wǎng)形式輸出（“輸電+輸氫”結(jié)構(gòu)），進(jìn)而較好地解決“棄光、棄風(fēng)、棄水”的問(wèn)題。

中國(guó)綠氫貿(mào)易區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出。一方面，山東、遼寧、吉林等地鄰近綠氫消費(fèi)大國(guó)日本、韓國(guó)，可利用當(dāng)?shù)刎S富的氫氣資源，圍繞綠氫制備、儲(chǔ)運(yùn)打造產(chǎn)業(yè)基地，通過(guò)航運(yùn)、管道運(yùn)輸?shù)刃问较蛉枕n出口。另一方面，發(fā)揮新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等地區(qū)太陽(yáng)能、風(fēng)能資源優(yōu)勢(shì)，在中西部地區(qū)布局綠氫生產(chǎn)基地，通過(guò)中歐國(guó)際班列出口綠氫。

2.4 民用液氫：液氫加氫站將是重要發(fā)展方向

截至2019年底，全球單日液氫總產(chǎn)能已突破470t/天，其中，美國(guó)的液氫生產(chǎn)和應(yīng)用的全球占比達(dá)85%，而中國(guó)僅占1%。從建設(shè)規(guī)模來(lái)看，美國(guó)有超過(guò)15座液氫工廠，產(chǎn)能達(dá)326t/天，居全球首位；亞洲擁有16座，總產(chǎn)能38.3t/天，其中日本占亞洲2/3。歐洲已建成4座液氫工廠，產(chǎn)能為24t/天。未來(lái)隨著中國(guó)民用氫液化、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)加快創(chuàng)新，及氫能和燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)突破，國(guó)內(nèi)民用液氫市場(chǎng)將迎來(lái)高速發(fā)展期，涉及相關(guān)企業(yè)有成都深冷液化設(shè)備股份有限公司、江蘇國(guó)富氫能技術(shù)裝備有限公司、鴻達(dá)興業(yè)集團(tuán)有限公司、北京中科富海低溫科技有限公司等。

2.5 其他方向

氫在健康領(lǐng)域應(yīng)用研究處于初期，利用氫氣的抗氧化性用于輔助治療也有所報(bào)道，但要警惕市場(chǎng)過(guò)度炒作；氫在提升植物抵御逆環(huán)境脅迫能力以及提高蔬菜、瓜果和花卉的生產(chǎn)和延長(zhǎng)保鮮等方面有一些基礎(chǔ)研究，但從目前發(fā)展來(lái)看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模運(yùn)用氫技術(shù)、氫的使用方法和經(jīng)濟(jì)價(jià)值仍待進(jìn)一步研究和創(chuàng)新。

3 需要關(guān)注的問(wèn)題

3.1 頂層設(shè)計(jì)亟待進(jìn)一步完善

目前，美、日、澳、韓、德等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)發(fā)布了國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（或路線圖），明確了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和戰(zhàn)略定位。而我國(guó)作為世界第一產(chǎn)氫大國(guó)，具有豐富的資源基礎(chǔ)，盡管從戰(zhàn)略層面肯定氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并且有20多個(gè)省市發(fā)布相關(guān)規(guī)劃，但國(guó)家層面在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、目標(biāo)和重點(diǎn)方向上，更多的是將氫能作為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，在頂層設(shè)計(jì)、產(chǎn)業(yè)配套方面亟待加強(qiáng)，一定程度暫緩了氫能產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

3.2 核心技術(shù)自主創(chuàng)新能力有待突破

我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，初步具備產(chǎn)業(yè)化條件，但仍存在某些環(huán)節(jié)核心技術(shù)、關(guān)鍵部件和材料被少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷自主性不強(qiáng)的問(wèn)題，導(dǎo)致我國(guó)裝車的氫燃料電池汽車中采用國(guó)外電堆和技術(shù)占比超過(guò)70%。另外，氫氣的供應(yīng)鏈體系還不健全，傳統(tǒng)技術(shù)在氫氣制備、儲(chǔ)運(yùn)和整個(gè)供應(yīng)鏈體系依然占比較大，從清潔能源中提取的氫氣占比非常小，氫應(yīng)用主要集中在工業(yè)領(lǐng)域和交通領(lǐng)域，其他應(yīng)用方向拓展速度較慢。

3.3 體制機(jī)制亟需創(chuàng)新

氫燃料電池在交通領(lǐng)域的應(yīng)用已成為氫能發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力，但相關(guān)行業(yè)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、體制機(jī)制難以滿足產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求，關(guān)于氫品質(zhì)、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用的全行業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管體系不健全，使得產(chǎn)業(yè)鏈條下產(chǎn)品的市場(chǎng)化進(jìn)程相對(duì)較慢?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)審批程序和運(yùn)營(yíng)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)不完善，尤其在加氫站建設(shè)方面，無(wú)明確的歸屬管理部門(mén)，建站標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、政策體系相對(duì)老化或缺失，導(dǎo)致加氫站審批難度較大、周期長(zhǎng)，基礎(chǔ)設(shè)施不足已成為燃料電池汽車發(fā)展的第一大難題。

3.4 商業(yè)化運(yùn)作模式尚不成熟

全產(chǎn)業(yè)鏈成本高是制約商業(yè)化運(yùn)行的重要原因。制氫環(huán)節(jié)，現(xiàn)有制氫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)（灰氫）依然存在，可再生能源制氫相對(duì)效率低、綜合成本高、市場(chǎng)化受限。儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)，高效、安全、穩(wěn)定的低成本儲(chǔ)氫技術(shù)與國(guó)外差距相對(duì)較大，與大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍有一定距離。用氫環(huán)節(jié)，關(guān)鍵核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)化程度低，導(dǎo)致氫應(yīng)用成本高，企業(yè)盈利較為困難，而加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的“自我輸血”能力難以達(dá)到收支平衡，也會(huì)影響氫能商業(yè)化推廣應(yīng)用。

4 氫應(yīng)用趨勢(shì)及展望

4.1 氫能在天然氣行業(yè)的應(yīng)用將成為世界趨勢(shì)

近年來(lái)，氫能作為向脫碳能源系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程中必不可少的手段，日本、澳大利亞、德國(guó)、意大利等建設(shè)了大量的天然氣輸配基礎(chǔ)設(shè)施，并試點(diǎn)通過(guò)天然氣輸配管網(wǎng)摻混氫氣。研究表明，當(dāng)氫氣含量較低時(shí)，可以在不做重大技術(shù)調(diào)整和重大投資的情況下?lián)交熘撂烊粴?，隨著經(jīng)濟(jì)性和安全性的不斷提升，以及在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上加快建設(shè)“運(yùn)氫走廊”，氫能在天然氣行業(yè)的應(yīng)用將成為一種趨勢(shì)。

4.2 “綠氫”有望在傳統(tǒng)化工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)中發(fā)揮重要作用

在全球性控制碳排放的背景下，各國(guó)面臨煤炭消費(fèi)壓減和二氧化碳（CO2）減排的巨大壓力，“綠氫”為傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)綠色化、高端化發(fā)展提供新思路。一是代替灰氫作為原料應(yīng)用在煤化工領(lǐng)域（“綠氫煤化工”），可有效降低能源產(chǎn)品（如甲醇、二甲醚等）生產(chǎn)中的CO2排放和煤炭消耗量，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔高效利用。二是與高端煤基新材料產(chǎn)業(yè)鏈有效融合，生產(chǎn)甲醇和烯烴等高端材料，實(shí)現(xiàn)可再生能源向高端化工新材料的有效轉(zhuǎn)化。

4.3 氫能與可再生能源融合將帶動(dòng)更多新應(yīng)用場(chǎng)景

氫能技術(shù)和可再生能源技術(shù)相互結(jié)合，將加快以清潔能源為主的多元能源供給系統(tǒng)向其他行業(yè)滲透，推動(dòng)以煤炭、油氣、電力集中式資源供給，向集中式與“分散式”并重發(fā)展，尤其是隨著新能源汽車、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)的迅速發(fā)展，引發(fā)交通運(yùn)輸、能源、建筑等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革并催生氫能社區(qū)、氫能電站、能源互聯(lián)網(wǎng)等新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)。未來(lái)隨著交通運(yùn)輸場(chǎng)景發(fā)生顛覆性的改變，更多的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用到氫能，氫能在商用卡車、大巴車、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域持續(xù)滲透，并在鐵路、航運(yùn)、航空等重型運(yùn)輸場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)新突破，助力社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活消費(fèi)的綠色轉(zhuǎn)型。

5 結(jié)語(yǔ)

在全球綠色低碳轉(zhuǎn)型的大方向下，以氫能為代表的清潔能源正迎來(lái)重要的發(fā)展機(jī)遇期，江蘇、廣東、江蘇、山東等地加快在氫應(yīng)用環(huán)節(jié)布局，競(jìng)相搶占未來(lái)氫能市場(chǎng)的突破口。未來(lái)氫應(yīng)用發(fā)展方向?qū)⒏淤N近生活，并借助一個(gè)個(gè)新場(chǎng)景，成為更加綠色高效、安全可持續(xù)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.01.010