我國氫能源利用前景與發(fā)展戰(zhàn)略研究

徐 連 兵

(國家能源投資集團有限責任公司，北京 100011)

0 引 言

黨的十九大報告明確提出要加快推進能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。氫能源作為最低碳的清潔能源，是實現(xiàn)我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，推進能源革命的重要抓手。2019年，氫能源首次寫入《政府工作報告》。2020年，國家能源局發(fā)布的《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》首次將氫能源列入能源范疇，從法律層面明確了氫能源的能源地位[1]。目前已有數(shù)十個地區(qū)發(fā)布了氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和行動計劃，我國氫能源正迎來快速發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期[2-5]。

氫能源已廣泛應用于軍事、航天等領域，在民用領域，各國研究應用起伏較大，20世紀70年代已有國家提出“氫經(jīng)濟”的概念，但始終未踏入商業(yè)化應用門檻。自2015年《巴黎協(xié)定》簽署以來，全球節(jié)能減排的壓力愈發(fā)嚴峻，減少對化石能源的依賴并大力發(fā)展清潔能源的訴求愈加高漲，在全球能源向清潔化、低碳化、智能化發(fā)展的趨勢下，發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當前世界能源技術變革的重要方向。美國、日本、德國、韓國、法國等發(fā)達國家已將氫能源規(guī)劃上升到國家能源戰(zhàn)略高度，在燃料電池汽車商用及分布式發(fā)電應用、軍事領域均取得了一定進展[6-8]。對我國而言，發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)可以有效優(yōu)化能源系統(tǒng)，大幅降低交通運輸行業(yè)石油與天然氣的消費量，降低碳排放和環(huán)境污染，對促進新時代能源轉(zhuǎn)型具有重大意義。

鑒于此，筆者基于我國氫能源利用現(xiàn)狀，針對氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的主要問題，進行氫能源利用的發(fā)展條件基本判斷與前景分析，提出推進氫能源利用的戰(zhàn)略舉措和發(fā)展建議，為我國氫能源高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。

1 我國氫能源發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 制氫發(fā)展現(xiàn)狀

我國是目前全球最大的產(chǎn)氫國，根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》的數(shù)據(jù)[9]，我國每年氫氣產(chǎn)能約4 100萬t，產(chǎn)量約3 342萬t。較為成熟的氫氣制取技術路線主要有3種：一是以煤炭、天然氣為代表的化石燃料制氫；二是以焦爐煤氣、丙烷脫氫、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)氣為原料的提純制氫；三是堿性水電解制氫[10]。前二者之和占國內(nèi)制氫產(chǎn)能的98.5%左右。電解水制氫(綠氫)產(chǎn)量僅占我國氫氣產(chǎn)量的1.5%左右。與化石原料制氫產(chǎn)能相比，綠氫的供給能力明顯偏低。綠氫制備技術需要在提高能效、降低設備投資方面進一步加大研發(fā)力度。

1)化石燃料制氫技術。我國“富煤缺油少氣”的化石資源特點，決定了煤制氫是實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化制氫的首選技術。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟研究院的數(shù)據(jù)，2019年煤制氫產(chǎn)量高達2 124萬t，占氫氣總產(chǎn)量的63.55%。水蒸氣重整制氫技術(SMR)在天然氣制氫技術中發(fā)展較為成熟、應用也較為廣泛，在我國中部地區(qū)(四川盆地、鄂爾多斯盆地)、西部地區(qū)(塔里木盆地、柴達木盆地、準噶爾盆地)以及近海區(qū)域(渤海灣盆地、珠江口盆地)等天然氣資源充足的地方適合發(fā)展水蒸氣重整制氫技術。

2)工業(yè)副產(chǎn)氣提純制氫技術。變壓吸附(PSA)提純技術是當前提純工業(yè)副產(chǎn)氫的主流工藝，不僅適用于煤氣化制氫、天然氣重整制氫等化石原料制氫的凈化提純，同樣也適用于焦爐煤氣、氯堿等工業(yè)副產(chǎn)氫提純，2019年工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)量為708萬t。

3)電解水制氫技術。水電解制氫即通過水的電解生產(chǎn)H2，同時副產(chǎn)O2。2019年電解水制氫的產(chǎn)量約50萬t，電解水制氫產(chǎn)量僅占我國氫氣產(chǎn)量的1.5%左右。與化石原料制氫產(chǎn)能相比，低碳清潔氫的供給能力明顯偏低。在技術層面，電解水制氫可分為堿水電解(ALK)、質(zhì)子交換膜水電解(PEM)、固體氧化物水電解(SOEC)和固體聚合物陰離子交換膜(AEM)水電解。比較而言，堿水電解技術作為最成熟的電解水技術，在市場化進程中占據(jù)主導地位，堿水電解槽已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。

總體來看，我國制氫主要以煤炭、天然氣等化石燃料為主，再加上工業(yè)副產(chǎn)提純制氫，二者之和占國內(nèi)制氫產(chǎn)能的約98.5%。電解水制氫(綠氫)產(chǎn)能僅占我國氫氣產(chǎn)量的1.5%左右。與化石原料制氫產(chǎn)能相比，綠氫的供給能力明顯偏低。綠氫制備技術需要在提高能效、降低設備投資方面進一步加大研發(fā)力度[11-15]。

1.2 氫能源儲運發(fā)展現(xiàn)狀

氫氣儲運是氫能源產(chǎn)業(yè)的中間環(huán)節(jié)，連結(jié)著產(chǎn)業(yè)鏈前端的制氫和后端的氫能源利用環(huán)節(jié)。國內(nèi)主要采用壓縮氫氣的方式進行儲存和運輸，液氫主要作為推進劑用于航天領域，在民用領域基本為空白。

1)高壓氣態(tài)儲氫技術。該技術是目前我國最常用的儲氫技術，主要以20 MPa I型儲氫容器長管拖車進行氫氣運輸，單次運輸300 kg。儲氫罐加壓過程成本較高，且隨著壓力增大，儲氫的安全性也會大幅降低，存有泄漏、爆炸的安全隱患，因此進行安全性能提升研究刻不容緩。高壓氣態(tài)儲氫還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的方向發(fā)展，探索新型儲氫罐材料以匹配更高壓力下的儲氫需求，提高儲氫安全性和經(jīng)濟性。

2)有機液態(tài)儲運技術。我國有機液態(tài)儲氫尚處于示范階段，但相關領域的發(fā)展已有所成就，代表企業(yè)如武漢氫陽能源，選用的有機液態(tài)儲氫材料為氮乙基咔唑，建立了全球第1個常溫常壓液態(tài)有機儲氫材料工廠。有機液態(tài)儲氫擁有較大的推廣優(yōu)勢，可依托現(xiàn)有傳統(tǒng)汽油輸送方式和加油站構(gòu)架建設氫油站，未來技術研究需重點突破相關制備及配套設備技術，提高脫氫效率。

3)固體材料儲氫技術。目前，我國固態(tài)儲運氫技術水平總體與國際同步，在部分儲氫材料與技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面具有一定優(yōu)勢，處于小規(guī)模示范試驗階段。在材料體系開發(fā)方面，已研制出不同儲氫容量的固態(tài)儲氫系統(tǒng)，儲氫容量從幾升到上千立方米。在示范應用方面，應用領域包括便攜式、分布式發(fā)電、車載、固定式等不同領域。其中，開發(fā)的儲氫量40 m3的固態(tài)儲氫系統(tǒng)與5 kW燃料電池系統(tǒng)成功耦合為通信基站備供電，電堆持續(xù)運行超16 h，為固態(tài)儲氫技術在通信基站備用電源領域的應用奠定了良好的技術基礎。

整體來看，由于應用規(guī)模小、技術裝備水平低等因素，我國氫能源運輸能力建設嚴重滯后，與國外存在顯著差距[16-17]。

1.3 加氫站發(fā)展現(xiàn)狀

截至2020年底，我國已建成運營加氫站127座(含內(nèi)部實驗站)，具體分布如圖1所示。這些加氫站主要以35 MPa為主，占90%以上，也有少數(shù)70 MPa加氫站已建成，暫無液氫加氫站。2019年11月建成的江蘇如皋加氫站，是國內(nèi)首個35 MPa/70 MPa國際標準的雙模加氫站。從建設類型看，固定式加氫站占比61%左右，撬裝式占比39%[18-19]。

我國35 MPa加氫站技術已趨于成熟，加氫站的設計、建設以及三大關鍵設備：45 MPa大容積儲氫罐、35 MPa加氫機整機和45 MPa隔膜式壓縮機均已實現(xiàn)國產(chǎn)化。少數(shù)企業(yè)已擁有加氫站系統(tǒng)控制算法優(yōu)化與產(chǎn)品集成能力，目前加氫站的氫氣一次性利用率可提高到70%～75%。隨著氫能源應用端需求的變化，加氫站加注壓力將從35 MPa提高到70 MPa。目前，我國已經(jīng)開始主攻70 MPa加氫站技術，首座利用風光互補發(fā)電制氫的70 MPa加氫站(同濟-新源加氫站)在大連建成，集成了可再生能源現(xiàn)場制氫技術、90 MPa超高壓氫氣壓縮和存儲技術、70 MPa加注技術以及70 MPa加氫站集成技術[20-23]。

1.4 用氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在氫能源的應用端，氫氣除應用于煉油、合成氨、合成甲醇等傳統(tǒng)工業(yè)領域外，主要以氫燃料電池車的方式在交通領域、發(fā)電領域以及其他信息領域商業(yè)化應用。

1)氫燃料電池車領域。目前燃料電池乘用車的市場化仍處于弱勢，氫燃料電池乘用車普及的難點在于氫基礎設施有限，氫氣售價相對較高，導致使用率較低；電動乘用車技術發(fā)展較快以及充電樁部署已趨規(guī)?；?，使得燃料電池乘用車的競爭力相對處于弱勢。而近年我國氫燃料電池商用車輛實現(xiàn)了快速發(fā)展，其發(fā)展速度明顯快于氫燃料電池乘用車。通過近十幾年的研發(fā)投入，我國燃料電池商用車技術逐漸趨于成熟，福田歐輝、鄭州宇通、佛山飛馳、上汽大通等代表性公司生產(chǎn)的燃料電池客車正逐步開始市場化進程，同時氫燃料電池物流車也已具備商業(yè)化發(fā)展條件[20-23]。

截至2020年底，我國已經(jīng)擁有氫燃料電池商用車7 729輛[24]，占全球近1/4(中國及全球氫燃料電池汽車數(shù)量如圖2所示)。近年來，通過對關鍵材料和核心部件的攻關布局，我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)掌握了一批燃料電池相關核心技術，國內(nèi)氫能源利用產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢頭。

圖2 中國及全球氫燃料電池汽車數(shù)量Fig.2 Number of hydrogen fuel cell vehicles in China and the world

2)發(fā)電領域。氫氣用于發(fā)電主要有2種模式：一是氫氣直接進入內(nèi)燃機燃燒發(fā)電；二是通過大型燃料電池技術進行儲能再發(fā)電，后者更受關注。燃料電池在固定發(fā)電方面的應用，包括分布式發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和備用電源。其中，PEMFC(質(zhì)子交換膜燃料電池)在家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中應用較多，PAFC(磷酸燃料電池)、MCFC(熔融碳酸鹽燃料電池)全部應用于大型分布式電站，SOFC(固體氧化物燃料電池)在大型分布式電站和家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)均有應用。相比于國外，我國在氫燃料電池發(fā)電領域并未有太多的布局與規(guī)劃[25]。

3)其他新興領域。其他氫能源應用的新興領域包括天然氣管網(wǎng)摻氫、氫儲能等。天然氣管網(wǎng)摻氫被認為是解決大規(guī)模風電/光伏消納問題的有效途徑，也是實現(xiàn)氫較低成本遠距離輸送的方法，目前天然氣管網(wǎng)摻氫的研究在國內(nèi)剛剛起步。氫儲能技術被認為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的潛在支撐，“十三五”期間氫儲能概念列入國家電網(wǎng)公司規(guī)劃，氫儲能產(chǎn)業(yè)鏈條逐漸清晰，并在國內(nèi)建成第1個兆瓦級氫能源儲能電站[26-32]。

2 我國氫能源利用存在的問題

2.1 氫能源產(chǎn)業(yè)起步晚

與發(fā)達國家相比，我國在氫能源產(chǎn)業(yè)技術水平和建設規(guī)模上差距較大。以豐田、現(xiàn)代為代表的燃料電池乘用車和氫能源大巴、物流車的生產(chǎn)均處于全球領先水平；近2 a，美國在燃料電池汽車方面增速放緩，但加州作為燃料電池乘用車的最大單一市場仍在整個行業(yè)里占舉足輕重的地位；歐洲的燃料電池研發(fā)起步很早，近年來奔馳等傳統(tǒng)車企以及博世等一級供應商均已經(jīng)進入燃料電池汽車領域。我國燃料電池系統(tǒng)發(fā)動機已接近國際先進水平。我國氫燃料電池汽車已經(jīng)進入商業(yè)化導入期，商用車燃料電池壽命已經(jīng)超過2萬h，基本滿足車輛運行條件；氫燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)功率密度多項指標已達國際先進水平。但基礎材料和核心零部件依賴于國外供應商，國產(chǎn)化開發(fā)亟待解決。與先進國家相比，總體在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品性能、核心技術研發(fā)、材料制造及成本、標準體系、應用場景等方面均有一定差距。

2.2 “技術空心化”問題凸顯

我國各地區(qū)氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在很大程度的同質(zhì)化，普遍存在重應用、輕研發(fā)，重短期效果、輕長期投入，急于求成等問題。各地競相開發(fā)氫能源，抓技術、挖人才、找項目，氫能源與燃料電池發(fā)展仍處于無序狀態(tài)。燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)供應鏈基礎較為薄弱，尚未形成較成熟的零部件供應體系。燃料電池的關鍵材料包括催化劑、質(zhì)子交換膜和碳紙等，材料大都依賴進口；膜電極、雙極板、空壓機、氫循環(huán)泵等與國外先進技術相比存在較大差距。仍需攻克基礎材料、核心技術和關鍵部件難關，尤其是膜電極等關鍵部件的產(chǎn)業(yè)化。加氫機、壓縮機、儲氫、高壓閥門等核心設備多采用進口，加氫站建設成本高。此外，氫的遠距離運輸迫切需要解決安全問題。儲氫材料及儲氫技術都是未來攻關的難點。燃料電池系統(tǒng)成本仍需降低，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心燃料電池隔膜及電堆技術仍需突破。其中，整體煤氣化燃料電池(IGFC)是煤炭發(fā)電的根本性變革技術，但我國投入不足、基礎研究薄弱，導致技術產(chǎn)業(yè)化進程緩慢。

2.3 應用場景較為單一

受燃料電池發(fā)展技術、成本以及加氫站基礎設施等因素影響，我國目前氫能源的應用場景集中在交通領域，主要在氫燃料電池商用車，落后于全球氫能源產(chǎn)業(yè)化進程。2019年工信部道路產(chǎn)品推薦目錄的燃料電池汽車產(chǎn)品中，商用車100款，乘用車0款；雖出現(xiàn)過燃料電池乘用車產(chǎn)品，但基本都停留在樣車階段?，F(xiàn)有各地出臺的氫能源和燃料電池發(fā)展規(guī)劃大多圍繞交通領域，商業(yè)模式和持續(xù)路徑不明確。燃料電池在分布式能源、發(fā)電、供熱、特種用途等眾多領域的應用亟待探索。當前，眾多國際業(yè)內(nèi)巨頭已經(jīng)進入在華市場，國內(nèi)市場競爭日趨激烈，一旦技術“空心化”，存在產(chǎn)業(yè)失守的風險。

2.4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展商業(yè)模式尚待市場檢驗

氫能源產(chǎn)業(yè)處于起步階段，氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈條還未能打通，產(chǎn)運銷等環(huán)節(jié)較分散，阻礙了產(chǎn)業(yè)的布局與發(fā)展。產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)主要分布在燃料電池零部件及應用環(huán)節(jié)，上游氫氣儲輸及加氫基礎設施薄弱，規(guī)模企業(yè)占比僅10%。加氫站高昂的建設運營成本無法通過規(guī)模經(jīng)濟效應平衡收支。下游應用除交通領域外，儲能、分布式發(fā)電、工業(yè)、建筑等領域尚未開展氫能源應用示范。燃料電池車還存在技術開發(fā)不充分、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，購置成本高、運營成本高、燃料成本高等問題。需要積極探索適合中國國情的氫能源商業(yè)化發(fā)展模式。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，中國燃料電池汽車仍屬于產(chǎn)業(yè)導入期，實現(xiàn)商業(yè)化仍是一個中長期的發(fā)展過程。目前形成了以上海為代表的長三角地區(qū)、以廣東為代表的珠三角地區(qū)以及以北京為代表的京津冀地區(qū)。

3 我國氫能源利用前景與應用場景分析

3.1 發(fā)展條件基本判斷

長期來看，氫能源產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展前景非常廣闊，但根據(jù)目前發(fā)展狀況判斷，未來氫能源產(chǎn)業(yè)要立足于人類商業(yè)能源領域，需具備以下前提條件：① 發(fā)展前期必須予以強力政策支持。包括資金補貼和示范項目，也包括氫能源在能源、環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟發(fā)展上適應國家發(fā)展的社會目標。② 在產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)上，成本均具備一定競爭力，包括在供給環(huán)節(jié)上與化石能源的價格競爭，在儲運及應用環(huán)節(jié)中與鋰電池的競爭等。③ 技術安全可靠性保障，包括技術安全保障、法律規(guī)范保障和提高社會認知接受度等。滿足以上條件，進而提高氫能源產(chǎn)業(yè)競爭力的核心要素是增加投資以擴大規(guī)模、擴大氫能源價值鏈，需要包括政府、企業(yè)在內(nèi)社會經(jīng)濟體全員參與和投入。

3.2 發(fā)展前景分析

未來30 a，中國氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景可以按照3個階段進行分析[33]。

第1階段(當前到2025年)：政策引導局部示范導入期。該階段屬于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展導入期。在“以獎代補”政策的引導下，“十四五”期間，通過“十城千輛”的示范，建立氫能源和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈，關鍵核心技術取得突破，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。與此同時，氫能源行業(yè)將推動完成氫能源在中國的發(fā)展定位與戰(zhàn)略目標，形成自上而下相對健全的行業(yè)發(fā)展指導意見、審批管理等政策，初步建立產(chǎn)業(yè)政策、監(jiān)管方式、商業(yè)模式，為產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展奠定基礎。

第2階段(2025—2035年)：市場驅(qū)動商業(yè)模式培育期。該階段屬于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展市場培育期。在燃料電池系統(tǒng)價格下降、生產(chǎn)規(guī)模擴大、可再生能源在制氫過程中使用比例提升及加氫基礎設施逐漸完善等多個因素的驅(qū)動下，燃料電池車對于商用車，尤其是重卡的成本將大幅下降，與電動車及燃油車相比，具有很強的市場競爭力，燃料電池有軌電車、燃料電池分布式電源也將參與到細分領域的市場競爭，整個氫能源產(chǎn)業(yè)將形成一定發(fā)展規(guī)模。探索固定式可再生氫能源系統(tǒng)的儲存和管理，與其在交通出行領域的應用產(chǎn)生協(xié)同作用，形成高效、安全、低成本的供氫網(wǎng)絡雛形，可為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展奠定基礎。在此階段，氫燃料電池、制氫、加氫、運氫、儲氫關鍵裝備技術基本實現(xiàn)國產(chǎn)化；產(chǎn)業(yè)政策逐步健全、行業(yè)監(jiān)管相對完善，商業(yè)模式較為成熟，產(chǎn)業(yè)處于市場驅(qū)動下有序競爭且日益發(fā)展的發(fā)展環(huán)境。

第3階段(2035—2050年)：產(chǎn)業(yè)生態(tài)綠色智慧成熟期。該階段屬于氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟期?？稍偕茉粗茪涑蔀楹诵臍湓?，氫氣在這個階段能夠更系統(tǒng)地生產(chǎn)、儲存、運輸和分銷。氫能源將同電動車和其他新興技術一樣，充分進入交通、電站和儲能等各個細分市場參與競爭，在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)將綠色能源轉(zhuǎn)化為動力的系統(tǒng)解決方案。在這個階段，社會生產(chǎn)系統(tǒng)將由不同的技術提供動力，氫能源產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)與工業(yè)、電力、建筑、交通行業(yè)不同程度的融合，最終實現(xiàn)電力與氫能源互補的能源供應體系。

3.3 應用場景分析

1)交通領域[34]。氫燃料電池車輛被認為是未來交通領域可持續(xù)發(fā)展的理想方案之一，根據(jù)交通工具質(zhì)量及其運行范圍，氫能源在交通領域的應用廣泛，涉及乘用車、客運車、叉車、輕型卡車、重型卡車、城市軌道交通車輛、船舶等。

乘用車方面，應以技術改革創(chuàng)新為基礎，包括燃料電池核心材料、燃料電池過程機理、燃料電池系統(tǒng)層級的集成技術和應用于整車層級的集成技術、關鍵零部件以及基礎設施等相關技術的研發(fā)，其目的是有效降低燃料電池乘用車的成本、提高可靠性和安全性。

商用車方面，是我國發(fā)展氫能源戰(zhàn)略的重點方向和突破口，其在節(jié)能環(huán)保方面及車輛充能時間上具有不可替代的優(yōu)勢。同時，以商用車為先導發(fā)展，可為今后提升燃料電池車整體的技術優(yōu)勢、逐步降低生產(chǎn)成本、有效帶動燃料電池乘用車的發(fā)展做好準備。隨著相關技術的發(fā)展，燃料電池商用車的發(fā)展相比其他產(chǎn)業(yè)鏈更契合我國基本國情，通過打造燃料電池商用車平臺，可以有效培育產(chǎn)業(yè)鏈，推進產(chǎn)業(yè)化。

特種車輛方面，長續(xù)航、大載重的重型卡車也逐漸成為電動化的重要領域。由于蓄電池車輛存在續(xù)航短、充電時間長、低溫衰減快等缺陷，氫燃料電池成為重型卡車電動化領域更有前景的技術方案。已有能源企業(yè)正在開展110 t氫燃料電池礦用重卡的研制，重點研究高功率長壽命燃料電池堆的穩(wěn)定性與可靠性，通過多套燃料電池系統(tǒng)的串并聯(lián)提升動力系統(tǒng)的總功率。

軌道交通車輛方面，國家能源集團已立項開展重載鐵路氫能源應用關鍵技術裝備研發(fā)，正在研制基于氫能源動力的調(diào)車機車和氫能源動力接觸網(wǎng)作業(yè)車，并配套研發(fā)重載鐵路氫能源動力裝備供氫技術，將大幅降低交通運輸過程的碳排放。

船舶方面，氫燃料電池系統(tǒng)可用于多種用途船舶，包括游艇、公務船、漁船、貨輪等。圍繞氫燃料電池推進技術在節(jié)能、環(huán)保、安全、高效船舶推進裝置領域的市場需求和發(fā)展趨勢，以突破具有自主知識產(chǎn)權(quán)的船用氫燃料電池推進技術工程化為目標，實現(xiàn)船用氫燃料電池推進裝置自主化和工程化，加快推進船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，以適應高性能綠色船舶在內(nèi)河、近海、遠洋船舶領域的市場需求。

2)電力領域[35-37]。氫氣用于發(fā)電主要有2種模式：一是燃氣輪機直接摻入氫氣發(fā)電，國內(nèi)已有相關電力企業(yè)正在開展此方面的研究和示范。二是通過大型及分布式發(fā)電或調(diào)峰應用，在偏遠地區(qū)或惡劣天氣以及其他極端情況下，可以為電網(wǎng)或通信線路提供恒定的電力。

3)冶金領域[38]。鋼鐵行業(yè)是去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型的重點行業(yè)，將氫氣加入鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈中，以氫氣(可再生能源制氫)全部或部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)以碳為主的冶金工藝，能夠從根本上解決現(xiàn)有冶金工藝的能源結(jié)構(gòu)和排放，是當前鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展、能源變革的重要方向之一。

4)煤化工領域。結(jié)合西北地區(qū)的大型風光基地和煤化工項目，利用可再生能源制取的氫氣，開展現(xiàn)代煤化工和綠氫耦合技術和工程示范，探索煤制油化工產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑[39]。

5)其他新興領域。在無人機方面，氫燃料電池無人機可以作為長航時無人機的動力源，國內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)提供無人機用氫燃料電池產(chǎn)品，續(xù)航時間超過以鋰離子電池為動力的無人機2倍以上。在氫儲能方面，依托沙漠、戈壁地區(qū)的大型風電光伏基地，開展風光氫儲產(chǎn)業(yè)集群建設，可提升新能源利用效率，增強高比例可再生能源接入系統(tǒng)能力。

4 推進氫能源利用的戰(zhàn)略舉措和建議

4.1 戰(zhàn)略舉措

1)契合國家戰(zhàn)略，堅持規(guī)劃引領。一方面要深刻認識氫能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的客觀要求。做好氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，以高質(zhì)量發(fā)展為目標，培育新動能、打造新引擎。堅持把創(chuàng)新作為引領發(fā)展的第一動力，把創(chuàng)新擺在氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展全局的核心位置，大力推動氫能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，加強與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的廣泛融合，持續(xù)引領產(chǎn)業(yè)中高端發(fā)展和經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展。另一方面要堅持戰(zhàn)略引領和安全發(fā)展原則，緊跟新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，系統(tǒng)研究氫能源產(chǎn)業(yè)政策、市場、技術走向，切實增強氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢前景預見性，準確把握氫能源產(chǎn)業(yè)布局方向，嚴防戰(zhàn)略風險。

2)突出平臺效應，協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。以資本為紐帶、以產(chǎn)權(quán)為基礎依法自主開展改革創(chuàng)新，堅持市場化手段推進改革創(chuàng)新，提升運營效率；發(fā)揮好各類核心氫能源產(chǎn)業(yè)化平臺作用，將氫能源產(chǎn)業(yè)打造成吸引全球能源資源的窗口和匯集氫能源行業(yè)優(yōu)質(zhì)合作伙伴的開放平臺，平臺要通過氫能源產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的廣泛融合，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，培育壯大新動能[40-41]。

3)堅持科技創(chuàng)新，深化產(chǎn)學研合作。一是充分發(fā)揮科技創(chuàng)新在全面創(chuàng)新中的引領作用。利用優(yōu)質(zhì)科技資源，攻關氫能源產(chǎn)業(yè)核心關鍵技術；加強科技創(chuàng)新研發(fā)投入，加強科技項目過程管理，聚焦氫能源產(chǎn)業(yè)中具有先進性和創(chuàng)新性的技術，努力實現(xiàn)關鍵核心技術國產(chǎn)化；二是加強與國內(nèi)外著名高校、科研院所以及領先企業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新，充分利用全球科技資源，廣泛采取合作研發(fā)、技術并購、戰(zhàn)略聯(lián)盟等多種方式引進外部技術，建立全球化的研發(fā)模式，積極參與“一帶一路”建設，加強國際合作和關鍵技術開發(fā)力度，推進成果轉(zhuǎn)化和技術輸出。

4)健全人才機制，打造核心優(yōu)勢。一是健全氫能源產(chǎn)業(yè)領域的人才激勵機制，推行中長期激勵辦法，充分體現(xiàn)氫能源產(chǎn)業(yè)領域緊缺的人才價值，激發(fā)人才活力；二是按照“統(tǒng)籌考慮、適度超前”的原則，逐步加大一流學科人才特招和重點專業(yè)人才直招力度，形成一批技術過硬的成熟人才；三是加強對外交流與合作，營造開放、流動、競爭的科研氛圍，充分調(diào)動科技人員的積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)造就一批具有國際水平的戰(zhàn)略科技人才、科技領軍人才、青年科技人才和高水平創(chuàng)新團隊。

4.2 發(fā)展建議

1)強化氫能源在國家能源體系中的重要地位。① 出臺氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃及實施路線圖，加強氫能源行業(yè)管理，加強行業(yè)發(fā)展協(xié)調(diào)與監(jiān)管。目標到2025年，燃料電池汽車和車用氫能源達到國際先進水平、初步商業(yè)化，儲能調(diào)峰、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)供等領域?qū)崿F(xiàn)核心技術突破和規(guī)模示范；到2030年，燃料電池汽車得到大規(guī)模推廣，其他領域全面開啟商業(yè)化進程，清潔低碳的氫能源制儲運及應用技術體系基本健全；到2045年，氫能源得到大范圍普及應用，成為能源體系的關鍵支撐，基本建立氫電互補的終端用能體系。② 建立科學長效的產(chǎn)業(yè)發(fā)展扶持與激勵政策，堅持市場主導與政策驅(qū)動并行，逐步建立科學合理的產(chǎn)業(yè)補貼政策與相關機制。應研究系列相關稅收、基礎設施建設補貼等政策機制；拓寬產(chǎn)業(yè)投融資渠道，鼓勵政府金融平臺與社會資本加入的多元化投資體系，支持設立產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項基金；支持前沿性氫能源設施裝備制造、率先采用國家科技專項成果的儲運及加氫項目資金獎勵、風險補償與融資貼息等支持。③ 成立全國性一級氫能源協(xié)會。目前，由于中央政策的支持，各地競相開發(fā)氫能源，抓技術、挖人才、找項目，氫能源與燃料電池發(fā)展處于無序狀態(tài)。成立國家級氫能源與燃料電池協(xié)會，集中資源規(guī)劃全國氫能源與燃料電池發(fā)展，制定路線圖、行業(yè)標準與規(guī)范等，既可做好氫能源行業(yè)自律，又可為政府服務，提供可信度高的咨詢意見、政策建議等。

2)加強核心技術自主研發(fā)與技術標準體系建設。① 設立氫能源與燃料電池國家科技重大專項，協(xié)同攻關掌握氫能源關鍵核心技術。面向2030年重大科技項目的研發(fā)需求，建議設立固體氧化物燃料電池等重大專項，布局氫能源與燃料電池領域國家重點實驗室，推動關鍵材料、關鍵技術開發(fā)迭代。推進重載商用車及其氫系統(tǒng)、站用關鍵裝備研發(fā)驗證。加大“可再生能源制氫與工業(yè)部門深度脫碳”科技攻關力度。建立一批工業(yè)領域氫能源利用綜合示范工程。② 高標準、嚴格規(guī)范氫能源產(chǎn)業(yè)鏈安全與應急管理體系建設，積極開展務實國際合作。同步建立產(chǎn)品檢測和認證機制。推動支持開展聯(lián)盟標準、行業(yè)標準研究，加快構(gòu)建國家標準、行業(yè)標準和聯(lián)盟標準相結(jié)合的標準化協(xié)同創(chuàng)新機制。充分利用全球創(chuàng)新資源，積極參與全球燃料電池技術和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新合作，尤其是國際標準體系建設和標準研制。

3)因地制宜選擇氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線。① 堅持交通領域推廣為先導、核心技術突破為關鍵、氫能源基礎設施為支撐、氫能源供給體系緊密銜接、其他行業(yè)應用梯次跟進，逐步建立健全我國氫能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)。加快推進褐煤制氫，高效大容量燃料電池系統(tǒng)，氫燃料電池交通領域公交、物流、清衛(wèi)等商務用車的產(chǎn)業(yè)化進程，優(yōu)先開展物流車“柴改氫”示范工程。優(yōu)先在重點地區(qū)和相關領域推進柴改氫試驗示范，支持交通領域多場景應用，逐步完善產(chǎn)業(yè)鏈體系示范。② 拓寬氫能源與燃料電池在城市(區(qū)域)、企業(yè)、家庭等不同場景的分布式應用，全面推動氫能源社會發(fā)展。結(jié)合城市和企業(yè)、家庭在電力、取暖的需求差異性，推廣多元化的氫能源應用。要根據(jù)區(qū)域的能源消費結(jié)構(gòu)、可再生能源賦存條件和生態(tài)環(huán)境約束等綜合特征，科學合理規(guī)劃天然氣管道摻氫、分布式熱電聯(lián)產(chǎn)、可再生能源制氫等氫能源與燃料電池在不同場景的應用推廣。針對地區(qū)、企業(yè)、醫(yī)院、學校和家庭等不同對象制定差異化的氫能源應用優(yōu)惠政策。促進氫能源領域的軍民融合。

4)適當引導國有資本在氫能源產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化布局。① 應堅持穩(wěn)妥有序進入原則。國有資本相關企業(yè)原則上應在原有產(chǎn)業(yè)的基礎上適時、合理進入氫能源產(chǎn)業(yè)，做前瞻性戰(zhàn)略布局。應做好相關企業(yè)的協(xié)同發(fā)展，避免一哄而上、無序競爭。應尊重市場規(guī)律、遵循市場規(guī)則，根據(jù)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈不同特點和應用場景，有序引導國有資本采用資本運作、產(chǎn)業(yè)運營、綜合服務總包等各種靈活形式穩(wěn)妥、有序布局氫能源產(chǎn)業(yè)。② 應加強產(chǎn)學研用聯(lián)合攻關。中央企業(yè)應當聯(lián)合申請設立氫能源與燃料電池國家科技重大專項，協(xié)同攻關掌握氫能源關鍵核心技術。國有資本應重點投入氫能源產(chǎn)業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)，掌握關鍵核心技術工藝與材料裝備，打破國外的技術壁壘，減少對外依賴；應重點投入投資強度大、具有基礎支撐作用的運輸體系、加氫站等基礎設施領域。同時，充分鼓勵其他主體進入氫能源產(chǎn)業(yè)鏈各類細分領域，建立一種市場響應快、協(xié)同強的發(fā)展模式，培育一個健康可持續(xù)的氫能源生態(tài)圈。③ 有針對性地施以必要的考核引導。在氫能源產(chǎn)業(yè)導入期(還未成熟時期)，可采用對央企氫能源示范工程和基礎研究費用均認定為研發(fā)投入計入研發(fā)經(jīng)費投入強度考核范疇，或可直接按一定比例視同利潤核減考核指標。在產(chǎn)業(yè)培育期，在有其他國家產(chǎn)業(yè)獎勵激勵政策情況下，適度設定類似營收、利潤占比之類考核指標，產(chǎn)業(yè)成熟期或失敗期(退潮期)應果斷退出考核。④ 加強國有資本監(jiān)管，確保國有資本多維度回報。注意協(xié)調(diào)國有資本在氫能源投資領域的規(guī)模與方向，避免燃料電池領域國有資本同業(yè)競爭。外部注意協(xié)調(diào)國有資本與民間資本、外資等各種經(jīng)濟成分的合作。構(gòu)建國有資本在氫能源產(chǎn)業(yè)規(guī)范化專業(yè)化管理體系，構(gòu)建國有資本在氫能源產(chǎn)業(yè)高效運營新機制，保持國有資本在氫能源領域的規(guī)模效應，確保國有資本多維度回報率，實現(xiàn)國有資本的保值增值。⑤ 引入混改機制，提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展效率。國有企業(yè)具有資金雄厚、平臺寬闊、應用場景豐富的先天優(yōu)勢，但在人才激勵機制、技術選擇效率等方面受限較多，可適時、適度、有選擇地引入混改機制，在國家監(jiān)督管理的前提下，加強與民間企業(yè)、海外企業(yè)的協(xié)同配合，揚長避短，合理探索氫能源產(chǎn)業(yè)開發(fā)新模式，共同提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展效率，打造氫能源社會體系。

5 展 望

《關于2019年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況與2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃草案的報告》指出，將制定國家氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，相關實施意見近期會陸續(xù)出臺，并通過持續(xù)的技術攻關與規(guī)?；痉?，結(jié)合全國已有6省(自治區(qū))24市發(fā)布氫能源規(guī)劃和指導意見，判斷“十四五”期間，我國將量化氫能源在我國能源體系的發(fā)展目標，形成自上而下相對健全的行業(yè)發(fā)展指導意見、發(fā)展路徑及保障措施，氫能源產(chǎn)業(yè)將進入可持續(xù)健康發(fā)展通道。