中國發展氫能社會的構想*

■ 安邦智庫

1 引言

俄烏戰爭的爆發再度激起了國際能源經濟危機，在強烈的地緣政治因素下，對傳統能源的爭奪重新成為國家博弈的焦點。中國作為世界上最大的能源消費國，正面臨著最嚴峻的能源安全威脅。隨著中國經濟的持續發展，能源消費呈現持續增長的態勢。據國際能源署統計顯示，中國能源消費在全球占比超26%，能源總體對外依賴度已經從2000 年的5.71%快速上升至2021 年的近20%。同時，隨著能源消費需求的快速增長，中國自身能源供給緊張的問題更加突出，其中石油和天然氣的對外依賴度分別超過70%和40%，中國成為全球石油和天然氣進口量最大的國家[1]。種種形勢的變化，凸顯出能源安全戰略的重要性，也顯示出發展氫能產業、構建氫能社會的重要性。

中國在經濟崛起成為世界第二大經濟體的過程中，能源安全始終是一大“卡脖子”的問題，既涉及石油和天然氣的生產、投資和購買，也涉及更重要的能源運輸[2-3]。與此同時，雖然我國的新能源電動汽車發展持續增長，但從長遠來看，我國依然無法擺脫對鋰、鈷、鎳、錳等礦產資源國的長期依賴，在全球巨頭對這些關鍵資源爭奪愈加激烈的情況下，動力電池所需資源供給的“天花板”顯而易見[4]。在全球能源轉型的背景下，氫能可實現能源體系的再整合，不僅可應用于清潔發電，還能平衡電力需求與可再生能源之間的波動，是終端利用的重要方向[5]。因此，基于能源安全保障和可持續性發展的戰略層面考慮，2020年10 月，安邦智庫（ANBOUND）正式發布了《中國發展氫能社會的構想和路徑》（以下簡稱《報告》），其中詳細分析和闡述了中國發展氫能社會對中國保障能源安全的重大意義，并指出隨著氫能社會的發展，由傳統能源形成的地緣政治版圖將向非傳統能源地緣政治版圖逐步演進[6]。安邦智庫提出的構想是“對于一個氫能社會的國家，即便再發達的非氫能社會國家，也很難對其制裁”。時至今日，距離《報告》發布時間僅僅過去兩年，其間全球諸多國家布局氫能產業，國內外能源貿易及地緣政治格局正在悄然地朝著安邦智庫所設想的方向不斷發展。

2 構建氫能社會的邏輯與框架

作為一家信息分析研究機構，安邦智庫對“氫能”的觀察與研究最早可追溯至二十年前，當時安邦智庫在參與國家能源局“中國能源與產業發展戰略”研究課題，從國家發展和安全的戰略高度研究中國能源問題。其提出如果中國加大研發氫能核心技術的力度，將在全球能源格局中獲取新能源競爭優勢，并為世界其他國家的能源發展做出榜樣。隨后安邦智庫對氫能技術與產業發展的追蹤研究從未中斷，并開始逐步形成“構建和發展氫能社會”的戰略性政策建議。但安邦智庫提出的構建氫能社會的戰略建議，對中國能源政策的推動并不是一蹴而就的，例如，2016 年國家出臺《關于推進電能替代的指導意見》，提倡要大力開展以電代煤、以電代油，許多企業順應政策號召紛紛開始轉向電能發展。各地政府也認為，作為煤炭大國，電能會是中國未來的能源改革重點方向。氫能產業發展受到前所未有的沖擊。在種種壓力下，安邦智庫創始人陳功始終堅持自己的判斷，指出構建氫能社會是解決中國未來能源安全與發展的重要出路。2019 年1 月，安邦智庫研究團隊向北京市政府提交了《關于對北京市氫能及燃料電池汽車產業發展的思考和建議》的政策研究報告。2019 年3 月，中央首次將“推動加氫等設施建設”寫入《政府工作報告》。2022 年2 月，國家發展改革委、國家能源局發布了《關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》，明確要把氫能定調為綠色轉型能源，要完善充換電、加氫、加氣站點布局及服務設施，要探索輸氣管道摻氫輸送、純氫管道輸送、液氫運輸等高效輸氫方式等。氫能發展在國家政策中逐漸得到重視，也體現了安邦智庫對氫能產業發展的預判。

安邦智庫認為，構建氫能社會可以緩解中國目前面臨的能源安全問題，是替代化石能源、實現碳中和的重要選擇。進行氫能深入開發，能夠推動我國能源轉型、綠色發展和應對全球氣候變化。但氫能社會并不只是一個產業發展的技術路線選擇，而是一種覆蓋技術、能源利用、市場與消費體系的戰略選擇?？傮w而言，中國發展氫能社會是否能夠成為國家戰略，主要有4個方面的考量：（1）氫能社會戰略能否成為未來可持續的能源利用的最終解決方案；（2）氫能社會戰略能否突破產業核心技術和制造工藝，并建立完整的供應鏈和產業體系；（3）氫能社會戰略能否達到市場可接受的程度和經濟應用成本；（4）氫能社會戰略能否構造一個覆蓋技術研發-工業生產-市場應用-社會配套的“生產-消費體系”。實際上，這也是氫能社會得以建立的四大重要支柱[2]。

需要指出的是，安邦智庫提出的構建氫能社會的戰略構想，所涉及的領域和要實現的發展目標，實際上要超過2022 年3 月國家發展改革委、國家能源局聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035 年）》（以下簡稱《規劃》）所關注的氫能產業的范圍。氫能社會，是指氫能成為中國經濟與社會發展重要能源基礎的狀態，是一個包含氫能技術、工業生產、市場應用（工業、農業、醫學、交通、建筑等行業應用場景）和社會配套的龐大系統，該系統具備低碳、高效、能源互聯（電、熱、氣之間轉化的媒介，實現跨能源網絡協同優化的重要途徑）和可儲能（通過可再生能源電解水制氫靈活消納棄風、棄光）等多種特征[7-9]。氫能社會的建立，將增強中國的能源安全性，推動許多與氫能利用相關的核心技術和產業體系，構建與氫能相關的能源消費體系。最重要的一點是，氫能社會將為我國降低碳排放、真正實現綠色發展提供更多的可能性。從國家發展的大系統看，氫能產業的發展是氫能社會發展的重要一環，但不是氫能社會的全部。只有氫能的生產、應用和消費成為整個社會經濟體系的重要基礎和組成部分，中國才有可能建設更加多元、更加安全的能源體系，發展出更具創新、更加低碳、更有競爭力的社會經濟發展模式。

目前，在“雙循環”以及“碳達峰、碳中和”的新發展格局下，氫能社會的構建可以發揮重要的作用。因此，可以有效利用基礎能源，通過構建氫能社會，創造新的產業體系與消費體系；同時，我國近年來加大制儲輸運等基礎設施領域的研發投入，積極推進氫能設備關鍵部件的自主研發，不斷突破系統關鍵零部件技術，完善全產業鏈布局，做大做強氫能行業，為中國經濟的發展帶來新的增長點。

3 中國構建氫能社會如何突破當前瓶頸

全球能源體系向綠色低碳能源轉型的趨勢已經確定，我國也確定了在2030 年前實現“碳達峰”、2060 年前實現“碳中和”的目標。與此同時，由于世界各國國情的不同，能源資源稟賦、能源結構、環境污染以及碳排放壓力也存在差異，因此，能源發展和能源轉型路徑必然有所差別。在此大背景下，針對中國如何發展氫能社會的戰略路徑和頂層設計就顯得尤為重要。中國是人口大國、經濟大國以及能源大國和碳排放大國，中國需要借鑒國際上先進的經驗，并結合自身實際情況，找到一條屬于中國的氫能社會發展路徑，建立向低碳能源轉型大趨勢下的發展方向。因此，本文針對中國發展氫能社會的突破點以及已完成的氫能社會建設進行分析。

3.1 加強頂層設計，明確氫能的重要戰略地位

從中長期和大能源角度出發，要明確氫能在中國能源綠色低碳轉型中的戰略定位、總體要求、發展目標，以及氫能創新體系、基礎設施、多元應用、政策保障、組織實施等，研究制定氫能產業發展規劃，形成較為完善的氫能產業發展政策背景，并統籌推進氫能“制儲運加”全產業鏈發展。從中國能源系統的核心問題出發，要找準氫能發展的切入點，科學選擇讓氫能融入整個現代能源體系建設過程中的最佳合理路徑。要完善扶持政策，堅持高標準與高質量發展，充分利用氫能具有的“高效清潔的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色低碳的工業原料”等特點，做到可再生能源利用、儲能技術、分布式能源等協同發展，推進新能源的供給消納體系建設。

從國際氫能產業發展實踐來看，全球氫能已進入產業化快速發展新階段，歐、美、亞等主要經濟體的20 多個國家和地區已將氫能發展提升至能源戰略地位，并陸續制定了氫能產業發展規劃和扶持政策，加快推進氫能產業化發展進程，并且在發展氫能產業上均統籌考慮自身的資源稟賦、技術和產業基礎、市場需求等多方面因素，因地制宜地推動氫能技術攻關與產業化發展。由此可以看到，氫能的大規模應用，對全球各國都是新課題，距離大規模商業化應用還有較大距離，這也意味著各國所處的起跑線是相似的，但不同國家的政策選擇不同。如果中國進一步明確氫能發展的重要性，從戰略、政策、產業、消費體系等各個層面推動氫能的發展，那么就有可能構建一個與傳統工業化國家不同的氫能社會體系。因此，中國必須夯實底層技術，短期內對氫能產業不可有很高的產出價值期待。

3.2 加大政策扶持力度，推動氫能產業健康發展

表1 為主要制氫技術介紹[10]。從表1 中可知，目前中國氫氣的主要技術和來源仍以化石能源制氫為主。在我國的氫能結構中，煤制氫的占比超過60%，電解水制氫的比例則不到2%，其他制氫技術則尚處于研發階段。因此，可以預見，中國在短時間內制氫路徑將依靠化石能源尤其是煤制氫和天然氣制氫，利用電解水制氫或其他制氫方式來保障市場需求或許需要較長時間[11]。目前，中國電解水制氫成本過高，其中電價和制氫效率是關鍵，在電價比較高卻難以下降的前提下，在短期內電解水制氫成本難以與碳排放量較高的化石燃料制氫成本相比，在經濟上很難具有競爭優勢。因此，國家要重點加強可再生能源制氫的發展，投入財政資金支持，從而引導企業強化關鍵核心技術攻關[12]。

表1 主要制氫技術介紹Table 1 Introduction of main hydrogen production technology

3.3 持續加強氫能核心技術和產業化突破

目前，中國氫能產業處于早期快速發展階段，在當前經濟發展與環境的雙重壓力下，國家應圍繞氫能“制儲運加”等全產業鏈，持續突破氫能核心技術與各環節材料設備短板，多措并舉，降低綠氫供應成本，完善有關技術標準以及檢測、認證和監管體系等，走高質量的發展路徑[13]。

（1）重點突破可再生能源制氫與儲氫等關鍵技術

2021 年，我國已實現氫氣年產能約4,100 萬噸，年產量約3,300 萬噸，其中達到工業氫氣質量標準的約1,200 萬噸[14-15]。然而，這些氫氣產量主要來自化石能源制氫（灰氫），絕大部分直接作為化工原料用于石化、冶煉等行業。近年來，受技術成熟度不高、成本效率不足和環境約束寬松等各種不確定因素的影響，可再生能源制氫（綠氫）及其應用并未得到快速的發展，呈現行業熱、產業弱的局面，導致核心技術不能實現“國產化”，制約了我國氫能產業的自主、可控發展。目前，我國的氫能發展主要關注于燃料電池車相關技術，在氫燃料電池汽車的整車、系統、電堆以及加氫站設備方面已有所布局，但在氫能的“制儲運加”等全領域技術攻關和應用示范存在一定的局限性。事實上，中國氫能發展的核心優勢是市場空間大、應用場景豐富，未來要更加聚焦氫能全產業鏈，而非僅限于燃料電池車的關鍵核心技術攻關，應以多元應用場景和重大示范為突破口，統籌謀劃我國氫能發展的破局之道，保障氫能產業核心技術全面、自主可持續發展[16]。從氫能產業未來的發展趨勢看，電解水制氫是未來重要的發展方向。在國家“雙碳”目標下，氫能產業的發展方向已經制定，氫能產業上游發展必須探尋綠色制氫與成本降低之路。

（2）多措并舉降低綠氫供應成本

用電成本是阻礙電解水制氫的關鍵因素。能源成本大約占綠氫生產成本的80%，目前每生產1 m3氫氣需要消耗4～5 kW·h 的電力，其余20%是電解水制氫裝備折舊費用。因此，現有采取電解水制氫成本要遠遠高于煤制氫。采用可再生能源制氫的優點在于成本低、碳排放水平低，是未來制氫的重要方向。目前技術逐漸成熟，但可再生能源制氫容易受到電網調峰能力、運輸成本高等不確定性因素的影響，這些不穩定因素導致可再生能源制氫尚不具備推廣應用場景。表2 為儲氫技術介紹[17-18]。目前氫氣儲運以20 MPa 高壓氣態儲運為主，但高壓氫氣管束車運輸的缺點在于運氫規模小、單位成本高；管道輸氫、液氫儲運技術、高壓深冷和裝備等技術尚處于研發驗證階段，且存在投資高、損耗大等問題；碳纖維等有機化合物儲氫在局部地區實現應用。因此，應綜合考慮綠氫“制儲運加”等環節經濟性水平，制定面向產業鏈和供應鏈綠氫供應稅收優惠與固定電價的扶持政策組合，降低用氫成本，積極探索綠氫交易、氫儲能參與電力市場和氫能碳減排市場化交易機制。

表2 主要儲氫技術介紹Table 2 Introduction to main hydrogen storage technology

（3）完善氫能產業相關技術標準與檢測體系

在氫能產業技術標準體系的建設方面，應加快完善氫能產業標準體系，推進建設氫能產品檢驗檢測和認證體系。要加快氫能產業標準規范修訂工作，從通用安全要求、氫氣密封、氫能相關材料等各個方面完善氫能相關技術標準，并加強涵蓋計量、檢測及售后服務保障為一體的氫能技術產品標準體系。因此，國家應組織專業力量盡快制定諸如國際、國家或行業標準的指導性文件，明確監管主體，完善氫能發展監管體系，以規范氫能產業和氫能市場的健康發展。

3.4 加強統籌協調，科學合理布局全產業鏈

目前，中國的氫能產業發展正處于初級發展階段，氫能產業鏈各環節成本較高，各個地方若發展氫能產業，則需走差異化的發展道路，要發揮區域自身優勢或企業優勢，防止大規模的重復建設。各地政府應充分利用氫能的優勢和特點，推動和促進整個能源革命戰略轉型的深入實施，加強統籌協調，科學合理布局全產業鏈。在制氫領域，國家必須引領和推動制氫從“灰氫”為主向“藍氫”和“綠氫”過渡，這是貼合我國能源發展和實現“雙碳”目標的趨勢，有助于充分保障國家的能源安全。在儲運氫方面，要依托能源行業豐富的基礎建設與儲運經驗，合理利用我國氫能產業的發展特點，強化氫能基礎設施的安全運營，積極布局中長距離輸氫管網建設，加快建立健全安全、高效、穩定的氫能供應鏈和產業體系，逐步構建便捷和低成本的氫氣運輸網絡。

4 結語

對于國家來說，是否構建氫能社會是戰略問題，如何構建氫能社會則是政策設計與系統執行的問題。在安邦智庫看來，要實現構建氫能社會戰略，需要中央、地方、市場等多個方面的系統配合。首先，需要中央在頂層給予戰略確立，下定發展氫能的戰略決心，出臺國家層面的氫能發展規劃，確定發展方向、總體目標、發展原則，尤其要指出的是對于氫能產業發展的技術路徑的選擇，在專業研究的基礎上，國家層面需要明確發展原則。其次，地方政府要在發展氫能產業、建設基礎設施配套、出臺鼓勵政策、吸引企業方面，做出具體的安排和推動。在發展推動中，地方政府對氫能產業發展的趨勢、競爭態勢、本地資源稟賦、技術路徑等方面，要有研究、有具體規劃。地方需要在構建氫能社會的公共服務方面，做好配套服務和建設。最后，在市場層面，在政策的支持下，需要鼓勵企業參與氫能發展，并使企業成為技術研發、業態創新、市場運行的主體。構建氫能社會，將增強中國的能源安全性，推動與氫能利用相關的核心技術和產業體系。在“雙碳”目標下，構建氫能社會是發展的大趨勢，我國具有發展氫能的先天優勢，正在建立穩定的氫能技術和氫能產業鏈?？梢灶A見，構建氫能社會將為我國降低碳排放、真正實現綠色發展提供可能，氫能將在不遠的未來成為我國能源體系的重要組成部分。

然而，作為構建氫能社會的提出者和倡導者，安邦智庫也指出氫能社會的構建是一個超級復雜系統，氫能產業、氫能消費環境的建設、氫能市場的成熟均需要一定的時間。如果短期內指著氫能產業賺大錢，那么這種預期不太容易實現。實際上，國內目前氫能產業的發展，尚處于“戰略投入期”（即“戰略忍耐期”），目前主要是肩負政治任務的國有大型能源企業對其進行了大規模投入。對于地方政府和企業來說，對氫能市場的成熟須有一個客觀的判斷。

致謝：感謝安邦智庫創始人陳功先生、研究合伙人賀軍先生提供的建設性意見。