我國氫能發展的現狀與思考

陳贇

能源是國民經濟和社會發展的基礎，是人類社會賴以生存和發展的重要物質保障。氫能具有來源豐富、能量密度高、綠色低碳等特點，它被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源。我國必須從國際視野出發，深入分析氫能發展現狀，走出適合我國國情的氫能發展路子。

一、我國氫能產業發展現狀

氫能產業鏈包括制氫、儲氫、運氫到應用等環節（見圖）。

圖 氫能產業鏈結構

（一）制氫

制氫有三種技術路線：灰氫（化石能源制氫）、藍氫（化石能源制氫＋CCUS）和綠氫（可再生能源制氫），目前它們制氫比例約為1∶1.6∶2。從全球來看，目前氫能制備的主要途徑是依靠傳統能源的化學重整，其中天然氣重整占比約48%，真正綠色途徑的電解水制氫僅占4%。而日本在電解水制氫方面步伐較快，其鹽水電解制氫的產能占總產能的63%。我國制氫則主要依賴煤氣化制氫及工業副產氫的方式，電解水制氫上我國應用的很少，僅約1%。在政策引導和可再生電力成本下滑帶動下，預計制氫將從“灰氫”逐步向“藍氫”“綠氫”過渡。

1.化石燃料制氫。我國煤制氫的主要企業有中國石化、國家能源集團、江蘇恒力集團以及山東利津石化。其中，產量最大的為國家能源集團，目前年產超過400萬噸氫氣；中國石化產量約為300萬噸/年。天然氣制氫企業主要有常州藍博凈化、四川亞聯高科技、上海華西化工等。煤制氫技術較為成熟，煤制氫成本約0.55-0.83元/m；由于我國天然氣部分依賴進口，因此天然氣制氫成本較高，約0.8-1.75元/m。

2.工業副產制氫。氯堿行業的鴻達興業和濱化股份在氫能方面已有布局，二者燒堿產能超過100萬噸，副產氫可達2.5萬噸/年，嘉化能源可實現氯堿副產氫1萬噸，同時其產業鏈可實現制、儲、運、加氫全覆蓋。目前我國焦爐煤氣制氫龍頭是擁有660萬噸焦炭產能的美錦能源，副產氫氣可達到5.9萬噸/年。丙烷脫氫（PDH）方面，國內PDH項目計劃2023年產氫37.04萬噸/年，衛星石化未來有250萬噸乙烷裂解項目投產，產氫16萬噸；東華能源現有副產氫5萬噸，寧波二期PDH建成后達到7.5萬噸。目前采用變壓吸附法（PSA）技術的焦爐煤氣制氫、氯堿尾氣制氫等裝置已經得到推廣。當前氯堿工業副產氫生產成本約1.1-1.4元/Nm，計入PSA成本后綜合成本約1.2-1.8元/Nm，而焦爐煤氣提純制氫綜合成本約0.83-1.33元/Nm。

3.電解水制氫。電解水制氫有三種技術路線：堿性水電解槽（ALK）、質子交換膜水電解槽（PEM）、固體氧化物水電解槽（SOEC）。ALK技術較為成熟，有蘇州競立、揚州中電、天津大陸制氫等公司，單臺最大產氣量為1000Nm/h，但存在設備體積大以及污染的問題。PEM需要采用貴金屬催化劑，成本較高，目前國內單臺最大產氣量為蘇州國能圣源的設備，可提供500Nm/h產量。我國PEM總體規模與國外仍有差距。SOEC技術的研發國內外都在進行。電解水制氫不僅受制于技術，還受制于電價，如果光伏發電和風力發電成本下降，電解水制氫的經濟性也會隨之提升。

總體而言，隨著電解水制氫成本降低，傳統化石能源制氫方式產量逐漸降低，并被可再生能源發電結合電解水制氫方式取代。電解水制氫方式中，PEM電解制氫處在快速發展階段，SOEC電解技術國內外都處在加快研發階段。

（二）氫氣儲運

為了提高氫能的儲存運輸效率，目前儲氫技術使用較多的是高壓氣態儲氫、液態儲氫、固態儲氫等，氫能運輸主要采用陸上運輸、海上運輸以及管道運輸方式。

1.儲氫。目前高壓氣態儲氫方面，國外主流壓力等級為70MPa氫瓶，而國內主要采用35MPa氫瓶，70MPa高壓儲氫在國內還在推廣階段。當前國內35MPa儲氫瓶生產公司主要包括中材科技、沈陽斯林達、京城股份等，其中沈陽斯林達已具備70MPa儲氫瓶生產資格。

低溫液態儲氫可將氣態氫體積壓縮800倍，能量密度遠高于高壓氣態氫氣，但在液化以及運輸的過程中會存在很大的能耗，當前將1kg氫氣液化需耗電4-10kWh，且液態氫過低的溫度在儲存和運輸過程中也會從外界吸熱造成蒸發，這對保溫材料有極高的要求。鴻達興業在內蒙古投資的國內首個民用液氫生產項目于2020年4月順利產出液氫，這也標志著我國液氫生產成本降低的開始。

有機液體儲氫通過利用有機液體（環己烷、甲基環己烷等）與氫氣進行可逆加氫和脫氫反應，實現氫的儲存。武漢氫陽是從事有機液態儲氫的公司，其開發的常溫常壓下液態有機儲氫（LOHC）技術攻克了氫氣常溫常壓下液態儲存和運輸的難題，具有脫氫溫度低、儲氫可逆及載體無消耗的優勢。

固態儲氫方式利用某些金屬較強的捕捉氫氣的能力，這些金屬不需要很高的溫度和壓力便能吸收大量的氫氣，生成金屬氫化物，而再次對其加熱便能將吸收的氫氣釋放。常用的儲氫材料有稀土類化合物、鈦系化合物、鎂系化合物以及釩、鈮等金屬合金。國內固態合金儲氫還在研發階段，主要包括應用稀土材料的北京浩運金能、廈門鎢業，鎂基材料的鎂源動力、鎂格氫動。

2.運氫。當前無論國內還是國外，采用車輛的陸上運氫占大多數，只是國內大多為高壓氣氫運輸，國外液氫技術較為成熟的國家大多采用液氫槽車運輸。液氫槽車運輸的方式單趟可運輸更多的氫，經濟性更高。即便采用當前運量較大的液氫槽車進行運輸，其單趟運量也僅在數噸以內，而采用液氫運輸船進行海上運輸，單趟運量可達到百噸甚至更多，這種運氫方式相比液氫槽車單趟可運輸更多的氫能，且可以實現全球轉運。目前我國在海上運氫方面尚未有應用。

管道運輸氫氣的方式是成本最低的運輸方式，最適宜大規模、長距離的氫氣運輸，但此方式依賴于整體用氫系統規模的成型。輸氫單位成本隨著管道長度增加而降低，管道長度在25km至500km，相應的輸氫單位成本可從2.75元/kg百公里下降至0.48元/kg百公里，當運輸距離達到300km以上時，單位成本降至0.5元/kg百公里。國內已有少量的氫氣運輸管道，如中國石化濟源-洛陽全長25km，巴陵-長嶺輸氫管道全長42km，年輸氣量分別為4.42萬噸和10.04萬噸。

對三種運氫方式的單位成本進行對比，管道運輸是單位成本最低的方式，而運輸距離在300km內，高壓氣氫管束車運輸單位成本較低，300km以上液氫槽罐車單位成本要低于管束車。隨著氫能應用端的擴張，氫能需求增大，長距離供氫管網和液氫海上船舶運輸均為未來發展方向。

（三）氫能應用

1.加氫站。截至2020年，我國建成加氫站118座（不含已拆除的3座），在建和擬建加氫站有167座之多，數量上廣東和上海位居前兩位。目前國內加氫站全部采用高壓氣態氫氣，受制于政策及技術問題，沒有采用液氫加氫站。國內從事加氫站建設的企業主要包括舜華新能源、國富氫能、氫楓能源、海德利森、中極氫能、雄韜股份等。

2.氫燃料電池。氫燃料電池不同于傳統熱機，能量轉換效率不受到卡諾循環的限制，可達到40%-60%，且具有震動小、無噪聲、無污染等優點。氫燃料電池應用范圍廣泛，小至便攜式電源、可移動電源，大到氫燃料電池動力船舶、氫燃料電池發電站。當前，氫燃料電池應用最多的領域是小型無人機和氫燃料電池汽車，在實船應用上還沒有達到相當成熟的階段，多個國家都在開展氫燃料電池在大型船舶上的應用工作。

在車用燃料電池技術上，目前國內電堆供應商主要為捷氫、新源動力、廣東國鴻、濰柴動力等。捷氫2020年發布的金屬板電堆，功率密度達3.8kW/L，實現雙極板和膜電極100%自主化與國產化、-30℃低溫啟動和6000h耐久測試。大同氫雄云鼎研發的130kW大功率燃料電池發動機已經進入量產程序。

在船舶應用方面，中國船級社在2019年海事展上發布了500kW內河燃料電池貨船的AIP原理認可，屬于國內首例，處于國際領先，此船儲供氫和動力系統由中船動力研究院有限公司設計。

2020年，氫能在我國多元化應用示范取得積極進展。在工業領域，全球最大規模的太陽能電解水制氫儲能及綜合應用示范項目在寧夏寧東能源化工基地開工，該項目是我國煤制烯烴行業首個引入綠氫的項目；同年11月，特諾恩與河鋼集團簽訂合同，開工建設綠氫直接還原鐵工廠。在能源領域，2020年9月，江蘇鏵德氫能源科技有限公司獲得我國首張燃料電池熱電聯產系統認證，并于當年10月將產品出口到了歐洲市場；同月，弗爾賽燃料電池發電系統亮相西安交大信息物理融合能源系統聯合實驗室平臺。氫能在其他方面的應用還較少，如依托燃料電池技術，建立分布式能源網絡，做到區域或城市電力、熱能和冷能的聯合供應等。

二、進一步促進我國氫能產業發展的建議

國際氫能委員會聯合主席伯努瓦·波捷表示，氫能已成為許多經濟體碳中和投資計劃的核心要素。國際氫能委員會近期發布報告顯示，自今年2月以來，全球范圍內啟動了131個大型氫能開發項目，預計到2030年，全球氫能領域投資總額將達到5000億美元。世界能源理事會預計，到2050年氫能在全球終端能源消費量中的占比可高達25%。國際能源署預測，到2070年全球對氫氣的需求將達到5.2億噸。根據2017年麥肯錫研究公布的《2050年氫發展藍圖》，氫能將創造3000萬個工作崗位，減少60億噸CO，創造2.5萬億美元的市場價值。作為未來產業的氫能產業，我國應加快發展，搶占先機。

（一）制訂發展戰略

我國已出臺多個文件促進氫能發展，并發布燃料電池國家標準，中國氫能聯盟還發布了全球首個“綠氫”團體標準。然而，與歐美一些發達國家相比，我國還缺乏氫能發展的整體頂層設計與戰略規劃。根據國際氫能理事會發布的《全球氫能觀察2021》，截至2021年2月，全球已有30多個國家發布了氫能路線圖，許多經濟體已將發展氫能產業上升為國家能源發展戰略。如日本2017年12月公布《氫能源基本戰略》，歐盟2020年7月發布《歐盟氫能源戰略》，美國2021年6月宣布“氫能源地球計劃”。我國必須加快制訂氫能發展戰略，明確在“碳達峰、碳中和”背景下的氫能產業發展思路，提出氫能產業在能源體系中的角色定位、階段性可量化指標、產業鏈各環節的發展重點，構建促進氫能產業良性發展的體制機制。

（二）完善政策體系

一是加強制度創新供給，在項目基礎設施建設用地、規劃選址、安全、環保等方面完善政策措施。二是建設公共服務平臺，為企業與機構提供政策、行業信息、技術分析等服務。三是加快建立氫能產業標準體系，建立氫能產品檢驗監測和認證體系；堅持安全發展理念，明確監管主體，完善氫能發展監管體系。四是加強金融服務保障，加大金融業對氫能產業發展的支持，拓展股權投資、供應鏈金融、融資租賃等綜合性金融服務，引導和鼓勵有條件的各類資本設立燃料電池汽車產業基金。五是推動國際技術合作，融入國際氫能社區，借鑒國際氫能經濟發展最佳實踐。

（三）加大技術攻關

扎實做好基礎研究，設立氫能源與燃料電池重大專項，建立持續性研發支持保障機制。以重大需求為導向，協同開展基礎性研究和科技攻關，依托骨干企業、高校、科研院所組建氫能與燃料電池國家實驗室。對于企業在品種、規格或技術參數等有重大突破、具有自主知識產權但尚未取得市場業績的首臺（套）或首批次的裝備、系統和核心部件，給予研發激勵等相關措施。推動高校設立氫能相關專業，培養氫能研究型人才和產業工人隊伍。支持民營企業承擔氫能科技攻關和基礎研究。

（四）拓展產業應用

完善加氫站等基礎設施建設，改造加油站和加氣站并合建加氫站，如上海嘉定區發布的15座加氫站中油氫合建站占70%以上；佛山南海區氫能產業發展規劃要求新建、遷建加油站必須合建加氫站。氫能在工業領域深度脫碳、分布式能源儲能、航空和船舶運輸等領域應有更大作為。氫能飛機、氫能船舶作為新能源交運設備，我國在技術與市場兩方面都面臨較大的機遇，深空深海裝備同樣如此。要加快建設從微型熱電聯供至大型電站化熱電聯產，并逐步實現氫能社會的構建。依托燃料電池技術，建立分布式能源網絡，做到區域或城市電力、熱能和冷能的聯合供應等。如德國已開發運行十多個氫儲能示范項目，不斷拓寬氫能應用領域，包括供應周邊加氫站、直接燃燒發電、使用燃料電池技術發電、與CO反應制取甲烷等“電轉氣（PtG）”技術應用場景。

（五）防止盲目投資

2020年，全國共有超過30個地方政府發布了氫能發展相關規劃，涉及加氫站數量超過1000座、燃料電池車數量超過25萬輛；相關企業也在加速涌入和扎堆布局，大量項目密集上馬。但氫燃料汽車行業當前仍處于發展初級階段，推廣主要依賴政府采購和補貼，推廣1000輛氫燃料汽車需高達30億-40億元的資金投入，這需要政府較為富余的財政收入。另外，我國氫燃料汽車產業還面臨諸多技術短板，核心技術尚未突破，部分零部件和關鍵材料尚未實現國產。跟風上馬氫能及燃料電池項目，重復、低效投資將引發同質化企業的惡性競爭。

實現2030年碳達峰與2060年碳中和的目標，必然與氫能產業的發展、氫能生態的建立密切相關。氫能產業發展有利于實現我國能源轉型，有利于形成我國新的經濟增長點，有利于實現我國綠色發展目標，我們要加快發展、科學發展。