上海氫能產業能級提升的基準點、關注點和發力點

寇書萌 張瀚舟

上海市發展改革研究院

0 前言

上海是國內較早介入氫能尤其是燃料電池領域的城市，2010年上海市以世博會氫能示范應用為契機，率先進入布局氫能領域的快車道。得益于自身產業布局、整車生產水平和燃料電池研發能力，依托良好的氫能資源稟賦、上下游產業集群協同等優勢，十多年來基本處于國內氫能利用“領頭羊”的位置。在國家發改委、能源局的大力支持下，上海成為首批氫燃料電池汽車示范城市群，更是為氫能產業的發展打開新局面。面向未來，上海氫能產業能級提升是助力實現碳達峰、碳中和目標，充分銜接國家戰略實施，深度融合新型能源體系構建的必然趨勢，應前瞻做好“三個關注”，重點把握“兩個發力點”。

1 上海氫能產業發展的基準點

課題組從政策部署、關鍵環節發展基礎、產業能級等方面對本市氫能產業發展現狀進行分析。

1.1 政策部署：前期側重于推動燃料電池汽車產業發展，目前氫能產業頂層設計已落地

近年來，上海市級政策從促進燃料電池汽車產業發展、支持示范試點和核心技術攻關、實施安全監管等方面充分釋放引導信號，利于推動燃料電池汽車產業發展的政策保障持續加強。2023 年6 月，《上海市氫能產業發展中長期規劃（2022-2035年）》正式出爐，為促進上海市氫能產業高質量發展提供明確指引。當年7月，《關于支持中國（上海）自由貿易試驗區臨港新片區氫能產業高質量發展的若干政策》對外發布，上海市將聚焦政策資源，高水平打造臨港新片區“國家氫能谷”，成為上海建設國際一流氫能產業創新高地的新引擎和增長極（2017年至今上海氫能產業發展相關政策部署見表1）。

表1 2017年至今上海氫能產業發展相關政策部署

1.2 關鍵環節發展基礎：基本形成符合自身稟賦、需求的形態特征，但存在價值增量空間

1）上游制取

基本具備氫氣（H2）安全供應保障條件，但部分被粗放使用。上海聚集了大量工業產能，依托位于西南部的化工區和北部的寶鋼，氫氣資源稟賦好，商用產能約16 萬t/a。目前上海氫氣供應以天然氣、工業尾氣為原料，尚無來自綠電制取的氫氣，但實際污染物排放水平較低，具有“低碳清潔”特征。由于目前氫氣缺乏規模化應用“出路”，跨省運輸成本又非常高，部分上海化工企業仍采用燃燒而非儲備的方式處置副產氫，導致部分優質資源被粗放使用，降低了產品的附加值。

2）中游儲運

先發優勢明顯，不斷探索創新技術路線。儲運方面，采用20 MPa 長管拖車（化工區外）和38 km氫氣管道（化工區內）運輸氣態氫氣，運輸距離在200 km 以內。在常規方式外，在新型鎂基固態儲運、45 MPa Ⅳ型瓶等方面取得新進展。加氫站建設方面，先發優勢明顯，上海早在“十五”國家863計劃的支持下就開始參與燃料電池汽車和關鍵設備的研發，其間誕生了全國第一座固定站——安亭加氫站。截至目前，已建成各類加氫站14座（見表2）。

表2 上海加氫站分布情況

3）下游應用

集中于化工、交通領域，多元應用格局尚未形成。化工領域用氫占比超過96%，近年來用量總體較為平穩。非化工領域上，集中于交通使用，用氫量占比不足1%，持續增長趨勢已經形成。燃料電池汽車是上海氫能應用的主陣地，但在儲能、熱電聯產、燃氫輪機等場景上鮮有嘗試。截至2023 年10 月底，上海市累計已接入上海市城市車輛接入車站一體化平臺的燃料電池汽車為3 726 輛，其中貨車占比最大為73%，乘用車占比16%，客車占比11%。涉及乘用車租賃、公交線路運營、出租車運營、通勤/定制班車、物流配送、郵政投遞、廠內運輸等各類場景。

1.3 產業現狀：產業能級提升動力強勁

產業產值上，燃料電池汽車產業鏈相關產值超100億元。上海已初步掌握了氫能制取、儲運、加注及燃料電池系統集成等重要技術和生產工藝，但燃料電池汽車產業鏈相關產值占工業戰略性新興產業規模以上總產值的不足1%。根據《上海市氫能產業發展中長期規劃（2022-2035 年）》，到2025 年氫能產業鏈產業規模將突破1 000 億元，遠超京津冀區域聯合提出的500億元目標。

技術水平上，龍頭企業帶動關鍵技術邁上新臺階、位于全國前列。上海在燃料電池電堆、燃料電池系統、雙極板、空氣壓縮機等關鍵領域均具有技術領先優勢。以科技含量較高的電堆為例，2020年以來國內生產企業逐步增多，上海制造企業的技術水平具有領先優勢。

增長引擎上，2021 年8 月26 日，由上海市經信委公布，國家財政部、工業和信息化部、科技部、發展改革委和能源局正式批復上海城市群獲首批燃料電池汽車示范城市群，為今后氫能產業的發展打開了新局面，成為產業能級增長、規模擴大背后的新支撐。

2 上海氫能產業能級提升的關注點

2.1 制氫方面

上海市在建設中遠期綠色安全的氫源供應體系進程中，要充分結合本地資源稟賦、防范安全風險、實現經濟供給。

從近中期看，工業副產氫稟賦佳且具備經濟性，是上海氫能發展的主力資源和重要支撐，但價格隨行就市、出廠品質不一。可再生能源具有間歇性、波動性、隨機性特性，難以保證制氫的連續性。同時，生產PEM 和AEM 電解槽需要消耗稀有、昂貴的鉑和銥等貴金屬材料來制造催化劑，而上述材料高度集中分布在南非、俄羅斯、美國等可能存在地緣政治問題的國家，缺乏資源供應的可替代性、持續性，由此將帶來設備制造成本高、產能短缺等問題。因此，近中期單純依托綠氫（可再生能源電解制氫）實現安全穩定供應的條件還不充分。

從中遠期看，隨著能源供給結構持續優化，本地及外來綠電占比提高，電解氫以及其他新型制氫路線將成為重點發展方向，氫的儲能作用逐步顯現，制氫電耗單價將走低，由此帶動一批電解和儲氫裝備制造產業的技術升級。天然氣制氫具有結合碳捕捉、封存和利用技術的必要性，否則碳稅“加持”后將削弱價格競爭優勢。從當前低碳清潔供應逐步向綠色零碳供應轉變過程中，一方面工業副產氫要發揮好托底保障作用，避免發生新舊產能接續不暢阻礙，另一方面針對供應缺口要有序開發本地潛能，避免長時間、大規模、過度依賴外部資源而產生安全風險，進而降低本地氫氣價格影響力和定價話語權。

2.2 儲運方面

上海市在穩步提升氫氣儲運能力過程中，從近中期看，考慮到當前的商用氫氣需求規模和新型儲運方式的技術水平，通過長管拖車進行高壓氣態運輸仍是首選方式。在缺乏實驗數據和運行經驗支撐情況下，不可急于提升運氫壓力標準。要鼓勵技術成熟且示范效果較好的創新方式結合氫氣供給、應用場景先行先試，成為氣態運輸的短時性、大規模重要補充。同時要做好碳纖維、空壓機等關鍵材料的產能和技術儲備。加氫方面，關注加氫站建站難、盈利難問題。除去土地成本外，一座35 MPa、日加氫500 kg 的加氫站建設費用約為1 500 萬元［1］，遠高于加油站、是充電樁的3倍以上，加之固定資產折舊費、電費及人工費等支出一年高達200多萬元，多數站點面臨單位毛利空間小、加氫量不足、運營成本高、經營出現虧損的窘境。

從遠期看，管道摻氫和液氫路線是氫能規模化推廣之后的重要儲運方式，將增加氫氣的經濟運輸半徑、打開市內外氫能貿易發展空間。方式載體上，從低壓氣態到高壓多相態，從用車到用管道、船舶，儲備方式上，從即產即用到按需儲備。具體選擇上要統籌平衡經濟性、安全性、運載量、技術水平等多方因素。

2.3 氫能應用方面

我國是全球氫產量最大的國家，氫能的主要應用場景為工業用氫，占比超80%［2］，而氫在交通、能源、工業等領域的發展潛力更大，但基于現狀技術水平、經濟性、體制機制的中遠期氫能應用空間十分有限。

交通領域應用方面，從技術水平分析，即便上海在氫燃料電池關鍵零部件方面的制造水平在國內領先，但整體全產業鏈國產化率仍然較低，國產技術對標國際先進仍有差距，創新研發與制造之路任重道遠。從經濟性分析，氫燃料電池汽車綜合使用成本仍有下降空間。目前，燃料電池系統成本已降至2 000～3 000 元/kW，但氫燃料電池汽車整車成本仍比傳統燃油車高2～3 倍，比電動車高1.5～2倍，并且燃料成本、車輛維護成本均高于其它兩類車。因此，中遠期若要實現無補貼情況下的氫燃料電池汽車商業化應用，要在政策支持下以技術創新驅動全鏈條降本，降低推廣落地的門檻。

非交通領域應用，儲能場景上，綜合效率低、設備造價高。氫燃料電池的可比對象為鉛酸電池、鋰離子電池、抽水蓄能等，受制于現階段技術水平，不具備應用優勢。例如，綜合效率低，電解水制氫效率達65%～75%，燃料電池發電效率為50%～60%，即便單過程轉換效率相對較高，但電—氫—電過程存在兩次能量轉換，整體效率較低。氫冶金等工業場景上，受技術、成本等條件制約，無法進行氫氣的大規模儲備、運輸，暫時難以實現以氫代煤來制氫、冶金愿景。固定式場景上，技術成熟度不高、核心零部件國產化需提速。以固體氧化物燃料電池（SOFC）應用為代表，一方面，由于起步較晚，系統開發仍處于實驗室和樣機開發階段。另一方面，SOFC 工作溫度高，所用的換熱器、燃燒器、預重整器、水蒸氣發生器、電源、電控系統皆為高度定制化的產品，國內目前暫無專業化零部件提供商［3］。

因此，在國家推動氫能產業與汽車融合發展、豐富多元化應用的指引下，氫能產業發展將不等同于燃料電池汽車的規模化發展，上海要做好兩手準備，一手提燃料電池汽車產業能級，一手不斷開拓創新非汽車和交通領域以外的多元化應用場景。

3 上海氫能產業能級提升的發力點

3.1 統籌推進氫能“制、儲、運、用”全鏈條高質量發展

1）構建安全綠色的氫源供應體系

結合上海資源稟賦特征和產業布局，因地制宜選擇制氫路線，緊扣“安全”和“綠色”關鍵詞，有條不紊從清潔低碳型逐步向綠色零碳型供應體系轉變，階段性上馬以低碳供應為前提的氫源保障項目。一方面在上海化工區、寶武（上海基地）等存量區域持續挖潛，夯實低碳工業副產氫在供給體系中的主力地位，以資源和價格優勢形成促進氫能產業發展的供給“基石”。另一方面在臨港新片區、寶山北部地區、崇明區、浦東老港等新區域形成供應增量，以海上風電、光伏、清潔電力、甲醇、地熱能、生物質、天然氣（結合CCUS）等資源為“原料”制氫，結合深遠海風電、海島核電、市外可再生能源基地和輸電通道建設，在“一南（臨港）一北（外高橋）”發電基地布局大規模電解制氫裝置，以增量投入帶動存量結構調整，并逐步擴大供應規模。

2）搭建經濟高效多元的儲運體系

運輸方面，采用高壓氣氫長管拖車+既有管道組合儲運方式。同時，在上海化工區開展液氫工廠示范。開展小口徑、短距離純氫管道示范。儲備方面，以高壓氣態等方式，由供氫企業根據國家要求、自身供給能力、市場需求在化工區、臨港新片區等區域，探索利用儲氫罐、輸氫管道等載體，先行建立上海市的氫儲備調節能力。

3）系統、安全、前瞻、集約推動加氫站建設

（1）以系統性思維統籌規劃，盡快形成與上海市城區發展相融合、與長三角發展相銜接、與氫能開發利用供需相匹配的加氫站空間布局。

（2）以安全為底線，以行業規范標準為依據，在氫能發展活躍區開展加氫站建設。

（3）以前瞻眼光適度超前規劃，避免加氫站建設落后于產業發展速度，加快大容量70 MPa 建設，在港口、高速等位置的預留空間，鼓勵在氫氣資源豐富地區依托加氫站、配合輸氫管道建設加氫母站。

（4）以集約利用土地為牽引，支持現有加油加氣站的場地設施改擴建加氫站，盤活有限的存量用地。

4）多領域拓展和創新應用

交通領域，拓展氫燃料電池重卡、客車、貨車、叉車及大型乘用車市場空間。探索新能源制取氫、氨和可再生合成燃料在航空、船舶運輸上進行動力替代，不斷擴大交通領域氫能應用規模。打造清潔安全高效的氫燃料電池物流運輸服務新業態，進一步提高上海市燃料電池乘用車占比，建設高速公路和城鄉公共加氫系統，完善上海市加氫站網絡。能源領域，近期不考慮在上海市內布局燃氣輪機摻氫試驗示范項目。開展氫燃料電池熱電聯產應用。在園區推廣氫燃料電池熱電聯產以滿足冷/熱/電需求，加大氫燃料對傳統叉車、物流車的動力替代，運用氫燃料電池無人機滿足特殊園區一定的安保需求。工業領域，基于上海市冶金和化工行業工藝路線和發展基礎，推進寶武（上海基地）高爐富氫冶金和豎爐全氫冶金示范應用，促進鋼鐵行業結構優化和清潔能源替代。探索開展可再生能源制氫在合成氨、甲醇、煉化等行業替代化石能源的示范，響應國家要求，促進高耗能行業綠色低碳轉型。

3.2 以“提能級、建樞紐、再創新”為抓手，夯實氫能產業競爭優勢

提升燃料電池汽車產業能級、提高氫能產業對戰略性新興產業的支撐力度。

1）提“質”增“量”，推動上海燃料電池汽車產業優勢再升級

充分利用上海燃料電池汽車產業在技術、產品、應用上的領先優勢，技術水平再升級。針對燃料電池汽車能耗（氫耗、電耗）動力性、安全性、耐久性等維度，構建行業標準、地方標準、團體標準和企業標準在內的完整氫能技術標準體系，繼續保持國內標準引領地位。應用規模再升級，結合道路運輸行業發展特點，重點推進氫燃料電池中重型車輛應用，積極探索氫燃料重載物流替換應用，總結嘉定和臨港運營經驗精準發掘燃料電池公交車、客車、物流車等商用車。適時推廣燃料電池乘用車。

2）構建綠色可持續發展體系

一方面，關注氫燃料電池報廢后的回收利用，完善規范化、高值化再利用體系，實現電堆催化劑等關鍵零部件和材料的循環使用，助力解決原材料稀缺問題、降低生產成本。另一方面，提前布局氫能領域鉑、鎂、銥、鋰等戰略性金屬和碳纖維、全氟磺酸聚合物樹脂等戰略性材料，防范安全供給風險，在資源需求不斷攀升和國際環境不確定性增強的情況下未雨綢繆、把握主動權。

在兩類樞紐上拓展新場景、新模式。在地理位置上的樞紐，港口方面，依托化工區、洋山港等碼頭和港口發展氫能船舶、液氫液氨船舶的集散中心。依托化工區、洋山港發展氫氣接卸中心，遠期在氫氣資源依靠外部時，優先接卸零碳、碳中和氫氣。利用洋山港、羅涇港、外高橋港等運營強度大、形式路線固定地區，探索開展氫燃料電池貨車運輸示范，加大叉車、設施設備的氫燃料動力替代。依托造船廠研制內河氫燃料動力船舶，參與國際先進氫燃料動力船舶的研發。機場方面，探索浦東國際機場行李車、引導車、作業清掃車等特定場景的氫燃料動力替代，強化特種車輛的氫能源保障和重點應用。在清潔低碳安全高效的現代能源系統中的樞紐，探索與新型電力系統建設深度融合，發揮氫能調節周期長、儲能容量大的優勢，探索跨能源網絡協同優化潛力，開展氫儲能在可再生能源消納、電網調峰、綠色數據中心等場景應用，打造“風光電氫儲一體化”的場景。

創新再發力，打造氫能技術和人才高地。一是突破核心技術，實現技術自主化。首先，堅持需求導向和場景驅動，依托科創中心建設，加大制、儲、運、加、用氫能全產業鏈關鍵技術和材料開發攻關。研發工業副產氫提純技術，提高可再生能源制氫轉化效率和單臺質子交換膜、固體氧化物燃料電池等設備的制氫規模，開展光解、熱解等新型制氫技術研究。突破高壓輸氫、低溫液氫、管道輸氫、碳纖維等儲運環節關鍵材料技術，提高氫氣存儲密度和輸運效率。提高高壓管路、加氫槍、換熱器等關鍵部件核心技術水平。依托上海汽車產業基礎，加快攻克百千瓦級大功率燃料電池電堆技術，實現質子交換膜、低鉑載量催化劑、碳紙等核心材料自主可控。開展氫冶金、燃氫輪機、分布式供能等前沿技術研發。其次，通過釋放價格、信息安全、土地等紅利，在氫氣富集地區搭建完備的性能檢測平臺，幫助研發制造企業及時發現問題、優化性能、提升品質。最后，分類施策促進各類創新要素向研發制造單位集聚，鼓勵龍頭企業牽頭搭建氫能產業知識產權轉化和服務平臺，將創新成果轉化的力度轉化為氫能發展的速度。二是筑巢引鳳、涵養人才“蓄水池”。一方面，加大人才吸引力度。在國家和地方人才引進政策基礎上，細化氫能領域人才政策，加強對專家技術團隊的吸引力度，結合上海科創中心建設磁吸氫能領域的全球領軍人才和技術團隊向上海靠攏。另一方面，創新人才培養模式。鼓勵上海交大、同濟大學、電力大學等上海市高等院校加快氫能學科建設和人才培養，建設一批低碳氫能未來技術學院、現代氫能產業學院和示范性能源學院。深化產教融合，鼓勵校企聯合開展產學合作協同育人項目，組建氫能產教融合發展聯盟，建設一批國家氫能技術產教融合創新平臺。