國外氫能發展現狀及對中國的啟示

姜 鑫， 喬 佳， 金文龍， 丁 斌

(北京市燃氣集團研究院， 北京 100011)

1 概述

氫是一種清潔、高效、零碳的能源載體，自然界中僅有少量氫以游離態存在，大部分存在于其他物質中。氫屬于二次能源，可應用于交通、供熱以及發電領域。進入21世紀，全球面臨著日益嚴峻的氣候變化，溫室氣體減排迫在眉睫，氫能作為一種零碳能源，有望在很多領域替代化石能源。國際氫能委員會預測，到2050年，氫能產業將為全球每年減少CO2排放量60×108t，同時為推動全球經濟發展帶來2.5×1012美元的市場規模[1]。目前全球范圍內氫能的商業化應用處于試驗和示范階段，各國政府都在積極開展氫能領域的部署，旨在實現氫能的規模化應用。本文從政策和產業發展模式兩個角度分析了美國、歐洲、日本等發達國家和地區的氫能發展情況，對我國氫能發展提出相關建議。

2 政策

2.1 美國

美國早在1974年就提出了氫能經濟的概念，1990年頒布了《1990年氫能研究、開發及示范法》，制定了氫能發展的5年計劃[2]。美國是最早出臺氫能政策的國家之一。為了更好地發展氫能，美國能源部在2002年發布了《國家氫能路線圖》；2004年美國能源部又發布了《氫立場計劃》，提出了氫能產業發展的4個階段。為了鼓勵氫能和燃料電池的發展，美國國會在2005年出臺了《能源政策法》，明確提出為氫能發展提供財政和經費支持。2012年美國國會重新修訂了能源法案中關于氫燃料電池的扶持政策，包括抵免稅收、氫燃料電池車、氫儲存、氫制備以及加氫站等的資金支持政策。2013年美國能源部在官網公布了《燃料電池技術辦公室未來數年技術研究、開發與示范行動計劃》，推動了氫能進入技術開發、示范研究階段。

除了國家層面的政策外，地方政府也頒布了諸多推動氫能發展的政策，如佛羅里達州對氫能車和加氫站的年度營業稅征收上限為200×104美元，加利福尼亞州對氫能燃料電池車購買者提供5 000～6 500 美元的補貼。

美國燃料電池與氫能協會在2019年發布的《美國氫能經濟路線圖》報告顯示，美國能源部每年對燃料電池和氫能的補貼為(1.0～2.8)×108美元，這種補貼政策對于促進氫能產業發展具有非常重要的意義和作用。

2.2 歐洲

歐盟為了更好地應對能源和氣候變化的挑戰，實現其減排目標，非常重視燃料電池和氫能技術的發展。為了促進技術進步，歐洲出臺了一系列的政策鼓勵和支持氫能及燃料電池技術的發展。

歐盟在2008年，出臺了燃料電池與氫聯合行動計劃項目，在該計劃中明確提出，2009到2013年計劃投入9.4×108歐元，用于支持氫能和燃料電池相關技術的研究和發展。2011年歐盟又投入了5 300×104歐元用于“H2movesScandinavia”項目，該項目旨在提高車用氫技術和燃料電池制造技術。2013年，歐盟啟動了Horizon2020計劃，計劃投入220×108歐元用于氫能和燃料電池產業。另外，歐盟為了使已經建有加氫站的成員國之間實現互通，計劃投資1.23×108歐元，建設77座加氫站，來實現氫能在歐盟內部的互通。

歐盟2016年發布的《可再生能源指令》明確提出氫能將作為能源系統的重要組成部分，并且大力推進《燃料電池和氫能實施計劃》，推進氫能和燃料電池能源供應和在交通方面的應用。2019年，燃料電池和氫能聯合組織發布了《歐洲氫能路線圖》，該路線圖描繪了氫能燃料電池車的發展種類和數量。

2.3 日本

日本由于其一次能源對外依存度高，因此非常重視氫能的發展，早在1974年日本發布實施了《新能源開發計劃(陽光計劃)》，將燃料電池技術定為國家戰略[3]。2003年日本《第一次能源基本計劃》就提出發展氫能社會的概念[4]。2006年發布的《燃料電池汽車發展計劃》明確提出了燃料電池汽車商業化發展階段和目標[5]。2009年發布《燃料電池汽車和加氫站2015年商業化路線圖》，明確指出2011—2015年開展燃料電池汽車技術驗證和市場示范。2013年，在《日本再復興戰略》中，日本政府把發展氫能源作為基本國策。日本政府在2019年3月發布了《氫能利用進度表》，在該進度表中提到，2025年實現氫燃料電池汽車與混合動力汽車的價格基本持平。

3 產業發展模式

3.1 美國

美國作為第一個發布了氫能戰略的國家，很早就完成了氫能的頂層設計。美國氫能發展是基于“能源獨立”的夢想，美國能源專家和能源部的官員認為下一時代將是氫能時代，因而對氫能從技術到利用方式都做了詳細的規劃。在技術層面小布什政府提出了“氫燃料倡議”，重點突破與氫的生產、儲存和運輸等相關的技術，并提出要在2015年實現氫燃料電池車的商業化應用[6]。由于政府的財政支持，美國出現了一大批擁有氫能尖端技術的企業和產品，如：Plug Power氫燃料電池叉車生產商，Fuel Cell Energy、Bloom Energy等大型燃料電池生產企業，以及Air Products、Praxair等掌握氫能儲運核心技術的公司[7]。在推進技術研發的同時，美國政府也積極推進加氫站建設和氫燃料電池車，美國氫能經濟路線圖顯示，美國共建設運營加氫站51座，其中絕大部分(42座)位于加利福尼亞州，燃料電池車將近6 000輛。在固定式燃料電池供能方面，美國也發展較快，約有500 MW的裝機容量。

從美國對氫能產業發展布局可以看出，重點推進技術研發，結合具體各州的情況因地制宜地建設加氫站、燃料電池車和燃料電池供能。但是從美國氫能發展的歷程上看，缺乏一定的持續性，特別是頁巖氣革命后，奧巴馬政府終止了“氫燃料倡議”。

3.2 歐洲

歐洲非常重視氣候變化和溫室氣體減排，因此歐洲所有的能源活動都是圍繞降低溫室氣體排放。歐洲對氫能的發展布局也是圍繞降低溫室氣體排放。歐洲氫能發展的領域為供熱領域和交通領域。

在供熱領域，英國兩家天然氣管網公司和北方天然氣網絡公司，與挪威國家石油公司合作開展一項名為H21的氫供暖項目的可行性研究。該項目計劃在英國北部海岸利茲市建設9套1.35 GW規模的天然氣自熱重整制氫裝置。該項目已進入工程設計階段，計劃2023年可完成投資決策開工建設，通過合理規劃氫輸配管網，項目能夠替代利茲市370×104戶居民供暖以及工業和發電的全部天然氣需求[8]。

在交通領域，歐洲也在積極布局加氫站的建設，推動氫燃料電池車的發展。歐盟燃料電池及氫能合作組織數據顯示，截至2020年11月，歐洲建設加氫站144座，主要分布在德國、法國、英國等國家。

3.3 日本

日本將氫能作為國家能源戰略儲備，因此在技術和應用方面都給予了非常高的重視。日本氫能重點布局在燃料電池車，目前其燃料電池汽車動力性能、續駛里程等已達到傳統燃油車水平[9]，日本福田汽車在全球燃料電池車市場中的占比超過了70%。日本在研發氫燃料電池車的同時也在積極推進加氫站的建設，日本新一代汽車振興中心數據顯示，截至2020年12月，日本建成加氫站162座，在運營的137座，已覆蓋除東北地區以外的大部分地區。

日本不僅在氫燃料電池車方面有明確的規劃和布局，在燃料電池供能方面也有非常明確的規劃和目標。目前日本分布式熱電聯供家庭用戶有23×104戶，規劃到2030年將有10%的家庭用戶使用燃料電池分布式熱電聯產供能。同時日本也在積極開發氫能發電項目，目前雖然處于研發階段，但其目標是到2030年實現發電成本17日元/(kW·h)。

4 對中國氫能產業的啟示

氫能產業在中國處于起步階段，不論從頂層設計還是基礎設施都存在很多需要提高的環節。

① 完善氫能產業頂層設計，做好產業規劃

借鑒國外氫能和燃料電池發展經驗，同時充分結合中國國情，由專門的機構制定氫能發展的戰略規劃，明確發展路線圖，統籌布局。

② 重視自主核心技術和產品的研發

對氫能全產業鏈的核心技術和關鍵設備的研發給予充分的資金支持，針對重大關鍵核心技術和設備，成立專門攻關團隊，同時注重科研成果轉化和商業化，并對示范項目給予政策支持和資金補助，鼓勵邊實踐邊研發，形成良性循環。

③ 加強標準建設，完善標準體系

在標準方面，加強全產業鏈的標準編制工作，參考國外情況，補齊國內標準，形成完善的標準體系，為氫能和燃料電池商業化運作做好充分的準備。