關于氫能源產業發展預測及研究

摘要：氫能與多種能源間可高效轉化，將可再生能源儲存，并實現溫室氣體和污染物零排放。氫正逐步從工業氣體向能源氣體轉變，被譽為人類“終極能源”、“能源貨幣”。

關鍵詞：氫能源;產業發展;預測

氫是自然界中最豐富的元素，氫能具有安全高效、清潔豐富的特點，被譽為未來的“終極能源”，受到世界各國政府、科研機構和跨國公司的高度重視，紛紛加大氫能應用的技術開發力度，積極探索加氫業務的發展。

一、未來能源發展方向

目前煤炭、石油、天然氣是當前最主要的能源，但資源耗用的速度遠遠超過我們的想象。當前被普遍看好的鋰電池續航里程也僅為200-500公里以內，使用壽命為3-5年，從環保方面講，鋰電池能源不屬于清潔能源，在短距離、城市內有一定的優勢，但僅僅是交通能源走向“零碳時代”的過渡方案。而氫能是未來的終極解決方案，氫質量占宇宙全體的70%以上，氫能具有儲量豐富、清潔高效、安全環保、熱值高（是汽油發熱值的3倍）等特點，被譽為人類的終極能源。

2015年，國家主席習近平在出席第21屆聯合國氣候變化大會時表示，中國將于2030年左右使二氧化碳排放達到峰值并爭取盡早實現，2030年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。在十九大報告中習主席指出，建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，像對待生命一樣對待生態環境，實行最嚴格的生態環境保護制度，形成綠色發展方式和生活方式。日益嚴重的霧霾增加了百姓對改善空氣質量的呼聲，氫能利用可以減少污染物排放、提高空氣質量、改善居民環境。

同時，中國石油對外依賴度快速上升， 2015年底已經突破60%，而美國僅為21.3%;中國石油對外依賴度高，且中東進口石油占比51%，假如發生戰爭，波斯灣封鎖而石油運輸中斷，中國僅能正常供應石油74.8天，即2個半月，與美國相比，差距巨大。從國家能源安全的要求出發，我國亟需發展清潔、安全、可持續的新能源。

二、氫能產業發展的可行性分析

（一）低成本氫氣制造技術已經成熟。目前我國的氫氣主要來源于工業副產物、化石燃料制氫及電解水制氫等成熟技術。工業副產氫主要來自于氯堿化工副產氫和焦爐煤氣純化制氫，是目前最為廉價的氫氣來源，根據產地和產量，利用氯堿化工尾氣和焦爐煤氣制氫的成本可以低至0.2元/方。利用“棄風、棄光、棄水”電量電解水制氫是目前解決國家電網清潔電力的重要途徑。目前我國每年的“三棄”電量達到約1500億度，這些電量都能充分利用可制氫350億方，可滿足約62萬輛公交車輛的加氫需求。

（二）氫氣安全儲運技術日新月異。由于氫是最輕的氣體，如果氫氣泄露，它會快速地向上擴散而不會在空氣中聚集，氫氣上升的速度接近每秒鐘20米，減少了氫氣爆炸和燃燒的可能性。氫的擴散系數比空氣大3.8倍，所以微量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快稀釋成安全的混合氣，很難達到氫氣的爆炸體積濃度區間4.1%～74.2%。此外，氫燃料汽車一般都有氫氣泄露傳感器，提前進行預警和處理，高壓儲氫及低溫液態儲氫均可安全儲運。目前除了傳統的高壓儲氫和液態儲氫外，利用化學物質儲氫也實現了氫氣的安全高效儲運。中國地質大學開發的常溫常壓儲氫技術，實現了氫氣在常溫常壓下的高密度存儲（單臺槽車的運氫能力超過3萬方，遠大于目前高壓管束氫氣拖車4000方的運載水平），為大規模的推廣氫能應用奠定了基礎。

（三）氫燃料電池關鍵技術已經突破。目前，武漢地質資源環境工業技術研究院有限公司與瑞典PowerCell公司合作的國際領先的氫燃料電池技術，使用壽命達到25000小時。如果按照每天使用5小時計算，可以使用13.7年。在低溫冷啟動方面，可以實現零下20度啟動，解決了其他電池技術在高寒地區的使用問題。整體燃料電池實現了小型化、輕量化，約電腦機箱大小的燃料電池發動機，可實現50Kw的功率。

（四）基礎設施加氫站建設加速。目前，全球已經建設完成了約300座加氫站，其中2/3以上的加氫站實現了商業化運營。全球加氫站主要分布在日本、歐洲和美國。我國現有12座加氫站，在建加氫站數量超過30座。為推動氫能產業的發展，各地均在緊鑼密鼓的制定相應規劃。湖北省提出了氫燃料電池汽車“十百千”示范應用工程。即：2018年、2019年及2020年氫燃料汽車分別達到10輛、100輛及1000輛，并在武漢市配套建設21座加氫站;《上海市燃料電池汽車發展規劃》中，明確上海市2020年前新增加氫站5-10座，2025年前建成投運加氫站50座，全產業鏈年產值突破1000億元。為推動加氫站基礎設施的建設，國家陸續出臺了氫能利用的相關國家標準。GB50516-2010《加氫站技術規范》、GB/T34584-2017《加氫站安全技術規范》等明確了加氫站、油氫以及氣氫合建站的安全標準。

（五）氫燃料電池汽車成本大幅降低。氫燃料電池汽車動力主要由燃料電池+儲氫裝置組成，儲氫裝置決定行駛里程。氫燃料電池汽車同樣具有功率和能量分開的特性，此特性及燃料電池發動機的優點決定了氫能在新能源領域的未來及優勢。氫燃料電池汽車整車成本隨批量生產，將比燃油汽車、鋰電純電動車價格更低。無論從縱向看還是橫向看，氫能產業是未來的發展方向和產業布局的重點。氫能產業目前處于市場導入期，未來3～5年將進入爆發式增長期。

三、未來氫能發展方向及應用研究

（一）國外發展方向及應用。美、日、歐盟等主要國家和地區將氫燃料電池汽車納入國家或地區戰略發展體系進行規劃，并制定各種政策搶占先機。美國將氫能上升為國家能源戰略，并將氫能確定為維系經濟繁榮和國家安全的技術之一。加州立法通過20億美元補貼法案，支持氫燃料電池汽車和加氫站建設（補貼至2023年），加州能源委員會已資助49座加氫站建設。2015年，歐盟委員會制定發布了“歐盟氫能發展路線圖”。挪威、荷蘭計劃2025年開始停售汽柴油車。德國將氫能上升為交通戰略，2030年前禁售內燃機汽車，計劃在2023年左右普及10萬輛氫燃料電池汽車，建設400座加氫站，寶馬等汽車巨頭組成聯盟進行氫燃料電池汽車商業化協同攻關。英國、法國計劃在2040年年底前禁止銷售汽油和柴油動力汽車。日本政府2017年12月26日正式發布“氫能源基本戰略”，主要目標包括到2030年左右實現氫能源發電商用化，以削減碳排放并提高能源自給率。

（二）國內發展方向及應用。我國氫能利用已上升為國家能源戰略，近兩年國家相關部委密集出臺政策，大力支持氫燃料電池汽車發展。《國家創新驅動發展戰略綱要》、《“十三五”國家科技創新規劃》、《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》、《中國制造2025》、《汽車產業中長期發展規劃》、《“十三五”交通領域科技創新專項規劃》等紛紛將發展氫能技術列為重點任務，將氫燃料電池汽車列為重點支持領域，并明確提出：2020年實現5000輛氫燃料電池汽車在特定地區公共服務用車領域的示范應用，建成100座加氫站;2025年實現五萬輛氫燃料電池汽車的應用，建成300座加氫站;2030年實現百萬輛氫燃料電池汽車的商業化應用，建成1000座加氫站。目前，聯合國開發計劃署支持的氫能公交車商業化示范運行項目參與示范的城市將從前兩期的北京、上海進一步擴展到鄭州、佛山等四個城市，多個城市正在積極爭取氫能城市。武漢市將氫燃料電池汽車產業列入市“十三五”規劃和《武漢制造2025行動綱要》，廣東和上海更是發布了氫燃料電池汽車發展規劃。

（三）主要企業發展方向及應用。國際知名車企相繼發布氫燃料電池汽車量產計劃。2013年2月26日， 現代汽車韓國蔚山工廠正式下線，成為世界上第一輛量產版氫燃料電池汽車。2015年，豐田發布了首款商業化量產的氫燃料電池汽車，拉開了車企進軍氫燃料電池汽車領域的序幕。豐田首款氫燃料汽車售價折合人民幣不到30萬，加一次氫氣3-5分鐘，可保證600km的續駛里程，駕駛體驗和普通電動車基本無差異。2016年，本田發布了量產氫燃料電池汽車車型，與現代和豐田展開競爭。近年，寶馬、奔馳等知名汽車企業紛紛發布自己的量產氫燃料電池汽車車型，并展開市場推廣。2017年，全球銷售氫燃料電池汽車數量超過6000臺，大部分集中在美國、日本和歐洲。從品牌和車型角度來看，豐田遙遙領先，占據了超過四分之三的全球市場份額。剩余的銷量則主要被現代途勝氫燃料電池汽車和本田瓜分。為推廣中國市場，豐田2017年10月30日在常熟建設投產了首座70MPa加氫站，并開始了氫燃料電池汽車在中國的實證試驗。

結束語：目前，全球已經建設完成了約300座加氫站，其中2/3以上的加氫站實現了商業化運營。全球加氫站主要分布在日本、歐洲和美國。我國現有12座加氫站，在建加氫站數量超過30座，主要分布在大力發展氫燃料電池汽車和氫能相關產業的地區。但可以預見的是，氫能產業是未來的發展方向，該產業處于培育導入期，隨著技術進步和成本的大幅下降，氫能產業即將進入產業化爆發前夜，正處于投資布局的窗口期，未來收益不可估量。

作者簡介：

杜華健（1980.12），漢族，大學學歷，男，籍貫四川巴中，中級職稱，研究方向為石油石化及新能源。

作者單位：中國石油湖北銷售公司