我國氫能產業發展現狀及趨勢

劉福建 周莎

摘? 要：氫能是能源載體起著支撐未來能源轉型升級的作用。氫能來源廣泛、清潔環保、可儲運、使用場景廣。文章從我國氫能的發展現狀和目前應用遇到的問題出發，分析氫能產業的發展趨勢和推進產業發展的下一步著力點。針對我國在關鍵材料及核心零部件方面的不足、基礎設施不完善、政策體系不健全的問題，建議整個產業需要在頂層設計、發展規劃、技術研究、行業監管、標準體系方面進行統一規劃。使氫能起到改善我國能源結構、實現可持續發展的作用。

關鍵詞：氫能;燃料電池;核心部件;基礎設施

中圖分類號：F416.6? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）25-0037-03

Abstract： Hydrogen energy is the carrier of energy， which plays a role in supporting the transformation and upgrading of energy in the future. Hydrogen energy has a wide range of sources， clean and environmentally friendly， can be stored and transported， and has a wide range of use scenarios. Based on the present situation of the development of hydrogen energy in China and the problems encountered in its application， this paper analyzes the development trend of hydrogen energy industry and the next step in promoting the development of hydrogen energy industry. In view of the shortcomings of China's key materials and core parts， the imperfect infrastructure， and the imperfect policy system， it is suggested that the whole industry needs unified planning in top-level design， development planning， technical research， industry supervision and standard system， so that hydrogen can play a role in improving China's energy structure and realizing sustainable development.

Keywords： hydrogen energy; fuel cell; core components; infrastructure

1 氫能特點

隨著世界各國對排放要求的提高及全球能源危機，探尋可再生及環保的清潔能源迫在眉睫。在眾多能源中，氫能正被提升到能源戰略高度和技術改革的方向;因為它有如下優點：（1）清潔、高效。氫能反應后不生成污染物只有電能和水，發電效率可達50%以上，可保障高效清潔。（2）氫能是能源互相轉化的“橋梁”，是能源互聯的媒介，起到建立能源網絡的作用。（3）可再生。氫能可儲存、運輸，可把棄風、棄水、棄光用來制氫，提升資源利用率和搭建穩定的能源體系。（4）應用廣泛。

2 氫能應用領域分析

氫能不僅來源十分豐富，應用領域更是非常廣泛，如交通、儲能、工業、化工等。凡用到電的，都能用氫氣發電實現。邊疆地區的用電和棄風、棄水、棄光之間存在矛盾，而氫能的應用可有效解決。白天風力發電和太陽能發電除了滿足白天使用外，還有不少電因儲能技術不足只能白白浪費;如果把浪費的這部分電用于電解水制氫，把氫氣儲存起來，在晚上用電高峰期進行發電，不僅能夠保證邊疆區域的用電量，甚至多余的氫氣還可以用于交通領域等。我國四川等地棄水、山西煤炭豐富，各個區域可根據自身的優勢，充分利用氫能源媒介的作用，達到清潔可再生能源的利用。

3 國內氫能發展現狀及分析

我國氫能產業上中下游都有布局，我國制氫工藝已經很成熟，全國每年可獲得低成本工業副產氫（焦爐煤氣、氯堿、合成氨等）兩千多萬噸;截止19年3月底運營加氫站24座，在建29座;近22個氫能產業園等成立，多省市正在開展氫能源汽車的示范運行。

3.1 國內氫能產業鏈現狀

氫能產業鏈可從上中下游來分析，上游制氫，中游氫氣的儲存和運輸，下游氫氣的應用。氫能在傳統領域和新能源領域都舉足輕重，從國家氫能產業的發展看，應加強統一規劃和氫電安全、注重氫能的規模化應用。我國目前純度99%以上的H2使用量約600萬噸，90%用于化工領域，有2%-4%用于工業領域，用于汽車還不到1%。我國氫氣主要來源是工業副產氫，其它的方式有煤制氫、電解水制氫和化石原料制氫。從整個產業的發展看，我國氫能應用以工業原料為主，已具備一定的工業基礎，但氫能源的產業規模有限。

我國在2001年出臺了相關政策支持新能源包括氫燃料電池的發展，《中國制造2025》明確提出燃料電池汽車發展規劃，將發展氫燃料電池提升到了戰略高度[1];《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2016）》首提我國氫能產業的發展路線圖，制定了我國在氫能領域基礎設施和燃料電池汽車的發展目標[2];2019年將加強氫能基礎設施建設寫進了《政府工作報告》。我國氫能產業鏈在技術和基礎設施方面都初具規模，但是國外相比差距明顯。

3.2 我國氫能產業和技術發展現狀

3.2.1 國內氫能產業化現狀及問題

我國氫能產業的發展形成了京津冀、長三角、珠三角、華中發展地區集聚且具有上中下游閉環效應;多數城市都規劃建設了產業園和開展了燃料電池汽車示范運行。伴隨對新能源行業的關注和氫能產投資的增加，與氫能相關的企業數量增至近千家。我國氫能產業從商用車開始破局，現商用車已具產業化，多地開展了公交車與物流車的示范運行。國外在燃料電池乘用車方面已經成熟，我國在乘用車領域處于示范階段[3]，在奧運會和世博會上有汽車使用。叉車憑借特定的運行場景在國外得到了廣泛應用，隨著我國市場和技術的成熟，叉車將很快被推廣應用。

基礎設施方面，我國在設計和運營方面有企業布局，目前運營中加氫站有20多座，日本100多座，差距明顯。我國現階段商業化運營的儲氫系統使用的是35MPa，國外現70MPa技術水平成熟，我國在壓力技術標準方面想要提升，需要加快乘用車的示范運行。

3.2.2 國內氫燃料電池技術現狀及問題

我國在PEMFC系統方面技術成熟，已開發出具備自主知識產權的產品且有年產量萬臺的生產線。系統關鍵零部件現無成熟的國產化產品，落后于國外技術水平。我國電堆的企業數量和相關生產線產能等都在大幅提升，電堆廠商有自主研發的企業也有通過引進國外成熟技術的合資企業。

因石墨板加工成本高，樹脂復合雙極板等得到快速發展。金屬板的能量密度更高，所以在乘用車的應用中金屬板比石墨板和復合雙極板更有優勢。金屬板在國內處于研發驗證階段，設計及加工技術落后于國外先進水平，但是國內也在規劃量產能力超過萬臺的自動化產線。

我國質子交換膜的技術成熟且已實現量產，有年產能超過萬平方米的生產線，大批量的生產技術待加強;我國生產全氟磺酸膜的企業在市場上可與美國、加拿大等國同臺競爭。

國內對催化劑處于研究階段，處于實驗室的驗證及優化，不具備量產的能力，國外在催化劑方面領先[4]。

綜上所述，我國在燃料電池系統及關鍵零部件方面都有布局，但是在催化劑、氫循環泵等關鍵材料與部件等方面仍處于研發或小批量生產階段，在產品的可靠性和耐久性等方面與國際的先進產品存在較大差距[3]。

4 我國氫能發展瓶頸分析

氫能產業在我國屬于起步階段，在基礎設施和產業園建設方面無統一規劃遍地開花，有部分地區相對雜亂;標準和測評體系等待完善;氫能和燃料電池的核心部件產業化不足;氫能商業運營還需經過市場的考驗。

4.1 核心部件等未實現產業化

我國在氫能及燃料電池方面的發展已取得很大突破[1]，整個產業鏈都有布局，但在關鍵材料和核心部件仍停留在研發驗證階段，不具備批量化生產能力。催化劑、氫氣循環泵和空壓機等核心部件主要依賴進口，阻礙了我國氫能產業的發展。雖然我國各大實驗室和研究機構都已研制出了催化劑、雙極板等部件，性能方面不輸于國外現有的商業化產品，但還未實現成果轉化，停留在樣品階段缺少大批量生產的能力。因而要加快催化劑、循環泵等產線的建設和實現量產。電堆方面需要提高比功率和催化劑的消耗量控制，達到降低成本的目的。

4.2 系統性能有待提高

我國雖然實現了燃料電池系統的量產，但可靠耐久性能還有較大的提升空間，明顯落后于國外水平。系統的性能不僅僅與電堆相關，同時與系統配套部件緊密聯系，水熱管理和電控等都會影響系統的性能。因此，燃料電池產品性能的提升需要對燃料電池系統的控制策略和環境適應性等的研究，以滿足產業發展的需要。

4.3 氫源及基礎設施建設成本居高不下

我國運營加氫站數量較少，基礎設施建設和氫氣儲運成本高，導致加氫站的加氫費用高，不利于氫能產業的大規模發展。要完善基礎設施建設，首先要有明確的審批流程和相關的責任部門;其次加氫站用核心設備實現國產化，從而降低加氫站的建設成本;再次通過加速技術革新和采用新型材料等降低氫氣的儲運成本，如液氫儲運、管道運輸等。同時，根據各地優勢，開展不同形式的氫燃料電池汽車的商業化運營，使加氫站的技術水平得到提高同時增加氫氣使用量降低運營成本。

4.4 標準及測評體系待完善

氫能產業的標準和技術規范還不健全，不能規范整個氫能產業的發展，體現在制氫、儲運及加注等標準的缺失，同時在氫燃料電池從部件到系統的標準不完善及測試評價體系不健全，從而氫燃料電池產品的商用化應用和推廣受到極大的制約。所以急需要我國研究機構等對燃料電池相關的標準進行制修訂，同時加快完善整個產業鏈的測試評價體系，為加速技術研發及產品推廣提供保證。

5 我國氫能發展展望

我國對氫能發展已提升到戰略層面，同時整個氫能源產業鏈的布局也比較完整，但目前存在成本高、安全性待突破、基礎設施薄弱等問題，我國氫能產業優先發展商用車領域，商用車特定的行駛路徑、布置空間充足的特點優先開展商業化應用，為整個產業發展、技術培育及基礎設施建設等積攢經驗。

為加快我國氫能產業高效、協調、有序推進，提出以下幾點看法：

國家層面要健全政策管理體系，完善氫能頂層設計，制定合理的氫能產業發展路線圖。

地方層面要結合地方優勢，積極推動氫能發展，積極完善氫能基礎設施等建設的審批流程，把控補貼政策等，規范產業發展。

科研院所層面需要加強關鍵技術的研發及成果轉化，盡快實現關鍵技術產品的國產化降低成本，積極制定相關標準和測試評價體系，助推氫能發展。

產業層面要積極參與標準的制修訂等工作，推動氫能及燃料電池汽車的商業化運營，總結經驗加快產業發展。

隨著關鍵技術的突破、國產化推廣和成本下降，氫能作為能源互聯的媒介優勢明顯，上升為我國能源戰略的重要組成部分[5]，加快促進產業轉型升級，希望我國盡早步入清潔環保的“氫能社會”。

參考文獻：

[1]李建秋，方川，徐梁飛.燃料電池汽車研究現狀及發展[J].汽車安全與節能學報，2014，5（01）：17-29.

[2]中國標準化研究院，全國氫能標準化技術委員會.中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2016）[Z].2016.

[3]張亞媛，張沛龍，葛靜，等.燃料電池應用現狀及發展前景[J].新材料產業，2014（06）：65-68.

[4]邵志剛，衣寶廉.氫能與燃料電池發展現狀及展望[J].中國科學院院刊，2019，34（04）：469-477.

[5]夏斌.中國經濟改革亟需頂層設計[J].中國金融，2013（03）：15-18.