“雙碳”背景下我國氫能產業發展機遇和方向

顧阿倫

國際社會普遍認為氫能是未來能源革命的關鍵技術，2015年，國際能源署發布《氫能與燃料電池技術路線圖》報告，全面闡述了氫能發展的技術路線，指出氫能可以連接不同的能源形式，提高未來能源系統運行的靈活性，全球氫能與燃料電池產業迎來了快速導入期，世界發達國家與經濟體紛紛布局，預計全球氫能將會呈現發展不斷加速、競爭日益激烈的趨勢。

2022年3月23日，國家發改委頒布《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》（以下簡稱《規劃》），這是我國氫能產業領域的長期綱領性文件。《規劃》對氫能在我國能源的戰略地位、發展目標及重點領域應用等都提出了明確的指示，其核心思想是確立了氫能對我國能源綠色轉型發展提供重要的支撐作用，為氫能產業的中長期發展提出了明確的路線圖，我國氫能產業發展預計迎來重大的機遇。政府這只“看得見的手”在各國推進氫能產業發展中均起到了重要的推動作用，預計我國政策支持體系的穩定性和連續性也勢必為氫能高質量發展奠定良好的基礎。

一、氫能產業發展的機遇

氫能對減少溫室氣體排放的潛力較大，其應用場景也較為多種多樣。預計全球到2050年，若在基礎化學品生產、煉油、重型車輛上的燃料電池，以及鋼鐵工業還原劑等方面利用綠氫，則每年可減少50億至60億噸溫室氣體排放 。根據中國氫能聯盟預計，2050年氫能在中國終端能源體系中占比至少達到10%，氫氣需求量接近6000萬噸，其中交通領域氫氣需求約為2458萬噸，占比整個氫能需求的40%以上。也有研究預測中國2050年的氫能需求接近8000萬噸 ，顯示氫能在中國未來的發展前景非常廣闊。

“雙碳”目標的現實需求，必然加速推動可再生能源的大規模化發展，而氫能可以成為可再生能源的重要載體，實現能源轉型中的大規模和長周期的能源存儲與多樣化的終端利用。此次《規劃》明確了氫能的能源屬性與地位，必然進一步釋放氫能的發展潛力。國際能源署可持續發展情景中指出，2050年氫價值鏈各環節所需的設備和部件的潛在市場每年資本支出為2000億美元，可以為整個氫能產業鏈的每個環節提供各種機遇。

二、氫能發展的現狀

氫能產業鏈涵蓋氫能生產、氫能的儲運以及下游利用三部分。我國是世界最大的制氫國，當前氫能產業鏈已經初步形成從基礎研究、應用研究到示范演示的全方位格局，布局了相對完整的氫能產業。京津冀、長三角、珠三角等經濟發達地區已成為我國氫能產業的領跑者，國內眾多企業積極參與氫能產業鏈的布局與生產，在許多領域逐漸縮小了與國外的技術差距。與發達國家相比，我國氫能發展的特點比較突出，制氫產能與氫能需求的地域疊加程度較低，而且氫能的運輸距離較長，使儲運成本較高，大部分用于自產自銷，尚未發揮氫能在促進可再生能源發展的重要地位和作用。

我國的氫能主要利用化石能源熱解/重整、工業副產氣提純及電解水等技術制取和生產，其中化石能源制氫及工業副產氣制氫占主導地位，而可再生能源電解水制氫比例不足1%。2020年底，我國風力裝機容量為2.3億kW，光伏裝機容量為2.5億kW，棄風和棄光大約為5%，大力支持可再生能源電解水制氫（綠氫），即可以進一步提高可再生能源的利用效率，提高電網安全運行的穩定性，也可有效解決綠氫的生產制備。此次《規劃》也明確了未來清潔能源制氫的發展目標，2030年前碳達峰實現廣泛的可再生能源制氫技術應用。2020年以來，國內諸多企業預計有466億元的投資主要在可再生能源高效制氫技術和示范工程上，這勢必有利于推動氫能產業的高質量發展。

高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和固態合金儲氫是目前廣泛應用氫氣儲存的三種形式。其中，最廣泛應用的是高壓氣態儲氫形式，該技術環節是氫能得到廣泛利用的重要環節。《規劃》指出了穩步構建儲運體系的任務，提出了摻氫天然氣管道、純氫管道等試點示范，這些為氫能的長距離運輸以及大規模利用奠定了堅實的基礎。

氫能的應用場景廣泛，目前我國氫能多數用于合成甲醇、合成氨和石油煉化等的氣體利用，少量則作為工業燃料使用，交通、發電以及建筑等領域的消費需求較小。燃料電池車的產業鏈基本已經形成，已經有大約1/3的中央企業布局了氫能產業，2021年底加氫站運營和在建超200座。2020年9月，財政部“以獎代補”方式開展核心技術產業化攻關和示范的補貼，進一步激發了核心技術創新的動力。另外，《規劃》也將交通領域的示范推廣應用重點加以明確，重點推進重型車輛應用，實現與電車的互補發展。

三、我國氫能發展的未來方向

國家“雙碳”目標的提出及這次《規劃》的重磅推出，勢必使氫能技術研發和產業發展進入提速階段，預計主要體現在以下四個方面。

1.關鍵核心技術和裝備攻關為抓手

氫能產業是一種技術密集型的產業，從制取、儲存、運輸、加注到終端利用等各個環節都有較高的技術要求，當前制氫技術路線選擇眾多，需要圍繞高質量發展把握氫能產業發展方向。我國可再生能源裝機潛力巨大，綠氫的供給潛力大，可以為發展以可再生能源電解水制氫為基礎的氫電互變、異質能源跨地域和跨季節優化配置等提供技術選擇，形成互補融合的新型能源供應體系。《規劃》提出加快提高可再生能源制氫轉化效率和單臺裝置制氫規模，顯示出制取氫能技術的重點方向，避免低水平的重復投資建設。發展綠氫，需要解決其經濟性和技術成熟度等關鍵問題，需要針對核心材料和關鍵部件的技術瓶頸開展科技攻關。

氫能裝備與核心部件方面是我國氫能產業發展的主要短板，進口依賴程度較高，國內氫燃料電池電堆的質子交換膜、催化劑等核心材料與國外先進水平相比還有較大的差距;國內以高壓氣態儲氫為主，相較于低溫液態儲氫，高壓氣態儲氫在長距離運輸上十分不具有優勢，因此大力發展液氫技術和輸氫管道等裝備也具有重要意義。中國氫能聯盟報告顯示，在非運輸行業90%的成本削減得益于氫能產業供應鏈的不斷擴大，而運輸行業則是70%的成本削減得益于終端應用設備生產規模的擴大，一方面推廣大規模的綠氫開發利用與其成本下降有密切關系，另一方面其成本迅速下降則有利于其大規模的利用。因此，“卡脖子”技術的攻關，不僅需要企業層面上的科技研發，也需要國家不斷激勵企業技術創新和技術研發，盡快破除制約氫能大規模開發利用的技術瓶頸。

2.引導投資搭建創新平臺

據國際氫能委員會預計，到2050年氫能可以滿足全球一次能源總需求的12%，氫能及氫能技術相關市場規模將超過2.5萬億美元。而歐盟氫和能源系統的一體化戰略，實際上是設定了一個新的清潔能源投資議程，歐盟預計到2050年氫能投資從1800億歐元增長至4700億歐元，政府的投資有助于基礎設施建設以及成為生產和建設的第一推動者。相關研究結果顯示，堿水電解和PEM技術的學習率分別為9%和13%，儲氫罐的學習率約10%～13%，乘用車燃料電池堆的學習率約為17%，商用車約為11%，盡管與可再生能源的學習率高達30%相比，氫能產業鏈相關技術的學習率較低，但是其規模化的投資與生產仍然可以大大降低整個產業鏈的設備成本。因此，需要政府鼓勵本地的投資機會，包括實施稅收減免、補貼以及強制實施等措施，不斷創造市場需求，加速綠氫產業鏈的發展。

《規劃》強調加快財政金融的支持，提出了投資引導等相關的創新模式與要素，不僅僅要發揮政府預算內的投資引導作用，更為重要的是鼓勵社會基金、上市融資等金融手段支持氫能創新企業。氫能高質量的發展，不能僅僅依靠盲目的項目投資，而應當將技術創新放在首位，鼓勵企業在基礎材料、核心零部件等領域突破技術瓶頸，引導產業健康有序發展。

3.完善氫能產業標準體系

加強標準的研究與制定，提高政策支持的精準度，增強標準的有序和有效供給，助力氫能產業發展。2020年3月，國家發改委已經聯合印發《關于加快建立綠色生產和消費法規政策體系的意見》，研究制定氫能、海洋能等新能源發展的標準規范和支持政策，截至2021年4月，現行有效氫能相關國家標準共計95項。2022年一季度以來，國家公布的氫能相關產業政策中多次涉及氫能相關標準的制定，涉及的領域涵蓋了制氫技術、燃料電池電站、燃料電池汽車等安全標準。

交通領域是氫能規模化利用的主要場景，目前加氫站建設發展的老問題則需要突破。《規劃》明確了完善氫能產業標準體系，包括加氫站等基礎設施的標準。但是為了進一步適應氫能產業的快速發展需求，需要加快推進氫能標準化工作，進一步制定可再生能源制氫、高壓儲氫容器檢測、固態儲氫、氫液化裝備及加氫站關鍵裝備等基礎設施層面的標準，同時隨著氫能應用領域的創新和拓展，不斷完善相關的標準體系建設。

4.參與國際技術和產業合作

在全球氫能項目中，有超過一半以上位于歐洲，而且受制于應用場景和資源的問題，大多數國家都在尋求氫能的國際合作，氫能與燃料電池從工程化向產業化的過渡呈現自下而上的發展模式。因為氫能的產業鏈較長，目前全球沒有一個國家或企業能夠完成整個產業鏈的建設。

在資源和應用場景方面，我國的各種條件比較好，商用車方面處于領先位置，同時其應用場景還可以推廣到物流、儲能以及鋼鐵、水泥等領域。目前一些資源發達的國家做一些跨境出口，將氫能輸送到資源需求國，例如日本和澳大利亞合作制氫，進而實現其全產業鏈的構建。

當前我國在氫能方面也積極開展了廣泛的國際合作，主要在燃料電池系統研發、氫燃料高壓儲罐等先進技術領域開展了系列合作。中國市場已經成為國際一流氫能企業布局的目的地，為更好擺脫新冠肺炎疫情的影響，推動經濟的復蘇，可以預見未來中國氫能的國際合作會不斷加速。