“雙碳”背景下氫能產業鏈標準化現狀及建設思考

王璐 張靜珠 孫陽陽 張旭 張巖

關鍵詞：氫能，產業鏈，標準化

0引言

氫能屬于二次可再生能源，可以克服煤炭、石油等一次能源的不可再生性及價格敏感性，提高能源系統彈性，是建設新型能源體系、保障國家能源安全的戰略選擇。同時，氫能產業發展帶來的核心技術、關鍵材料及重要裝備等瓶頸突破將支撐我國制造業升級壯大，實現產業鏈良性循環和創新發展。

近年來，我國對氫能產業的重視程度不斷提高。2019年，氫能首次被寫入《政府工作報告》，提出要“推動充電、加氫等設施建設”。2022年3月國家發改委發布《氫能產業發展中長期規劃（2021–2035年）》[1]，首次對我國氫能產業進行中長期規劃，對中國氫能產業的發展具有深遠的意義。

標準是經濟活動和社會發展的技術支撐，是產業規范化、規模化發展的重要基礎。伴隨著我國氫能產業的快速發展，相關科研創新成果產業化落地，部分標準滯后于行業發展，成為制約氫能產業發展的因素之一。2023年8月，國家標準委等6部門聯合印發《氫能產業標準體系建設指南（2023版）》[2]，首次系統構建氫能制、儲、輸、用全產業鏈標準體系。今后，對于如何完善氫能標準體系、充分發揮標準對氫能產業發展的基礎性、戰略性、引領性作用，值得進行深入研究和探討。

1氫能產業鏈介紹

氫能產業鏈整體可以分為上游氫制備，中游氫儲運、氫加注，下游氫能應用幾大環節，如圖1所示。

1.1氫制取

目前，氫氣制取主要有以下3種較為成熟的技術路線：一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源制氫（灰氫）；二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副產氣制氫（藍氫）；三是以太陽能、風能為代表的可再生能源通過電解水制氫（綠氫）。其中“綠氫”在制備過程中基本不產生溫室氣體，脫碳效果最好，是最理想的氫能形態。目前“綠氫”僅占全球制氫規模的4%左右，有很大的增長空間。

1.2氫儲運

因氫氣具有低密度、易燃易爆等特點，安全高效的儲運技術成為氫能大規模商業化發展的前提。根據氫儲存狀態的不同，可分為高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、有機氫化物儲氫和固體儲氫等方式。氫輸運主要有公路、管道、鐵路、輪船運輸4種方式。

1.3氫應用

氫能應用領域廣泛，涉及工業、交通、建筑、發電、航空航天等各個行業。一是可以作為原料用于合成氨和甲醇，或者作為還原劑替代天然氣用于金屬冶煉；二是可以作為燃燒燃料用于工業或建筑供熱；三是可以通過燃料電池技術應用于汽車、軌道交通、深海潛水、航空航天等領域；四是可以作為一種新型儲能形式儲備電能。

2主要發達國家氫能戰略及標準化情況

《國際氫能技術與產業發展研究報告2023》顯示，截至2022年12月，全球已有42個國家（或地區）發布了明確的氫能發展戰略和規劃[3]，其中歐洲、美國、日本戰略最具影響力。

2.1歐洲

歐盟于2020年7月成立歐洲清潔氫能聯盟（ECH2A），并于2021年10月發布《關于障礙和環節措施的聯盟圓桌會議報告》，指出缺乏氫能標準是推廣氫能技術和應用的重要障礙。2023年3月1日，ECH2A制定并發布《歐洲氫能標準化路線圖》，路線圖涵蓋制氫、氫基礎設施（運輸、儲存、交付）、輸配電、工業應用、交通運輸（車輛、鐵路、船舶、航空）、能源系統一體化（發電、熱電聯產、電網）、建筑-住宅應用、交叉領域等全產業鏈在技術、標準化等方面的需求、優先事項和時間表[4]。

德國于2023年7月發布更新版的《國家氫能戰略》[5]，從加強氫能供應、加強氫能基礎設施建設、推動氫能在各行業落地應用、建立可持續性標準和認證等方面制定了加速氫能市場的具體方案。意大利、法國、荷蘭、西班牙等國，于2020年分別頒布了國家氫能發展戰略。英國接連于2021年8月、2022年4月發布其《國家氫能戰略》、新版《能源安全戰略》及《氫能投資者路線圖》，支持氫能發展成為英國未來核心能源之一[6]。

2.2美國

半個多世紀前，美國利用氫作為火箭推進燃料，并在航天器上安裝了美國制造的氫燃料電池，將人類首次送上月球。從那時起，美國在氫能和氫燃料電池領域一直處于世界領先地位。2023年6月5日，美國能源部發布《國家清潔氫能戰略和路線圖》，旨在通過可持續、有競爭力、公平的方式推進和利用氫能技術，加強其能源領導地位，降低清潔氫成本，創造大量新的投資和就業機會，并實現去碳化目標[7]。

美國能源部（DOE）等政府機構的投資已產生了1200多項氫能和燃料電池專利、30項商業技術以及65項可能在未來幾年內實現商業化的技術。目前，美國是僅次于中國的世界第二大氫生產國和消費國，擁有眾多的產業聯盟與學術團體，已建立完整的氫能標準體系，共發布氫能技術標準147項，其中國家標準31項、行業標準116項[8]。

2.3日本

日本早在1974年就通過制定《月光計劃》啟動制氫技術、燃料電池、液化儲氫等方面的研發工作。2011年福島核事故之后，日本更加重視氫能與燃料電池汽車產業的發展，2014-2023年，多次修訂《能源基本計劃》和《氫能與燃料電池戰略路線圖》，不斷修正氫供應量目標、氫安全戰略和氫產業戰略。目前，日本已實現燃料電池車和家用熱電聯供系統的大規模商業化推廣，尤其在氫燃料電池汽車領域，日本汽車公司的技術研發實力全球領先。

截至2022年年底，日本在氫燃料電池汽車領域的專利數在全球占比高達56.3%，超過中、美、德、韓和其他國家相關專利數的總和，位居世界首位。共建成164座加氫站，約占全球20%，僅次于中國、韓國排名世界第三。已建立完善的車用氫能安全標準體系，發布相關標準82項，其中國家標準27項，行業標準55項[9]。

3我國氫能產業與標準化現狀

當前，我國氫能產業全產業鏈已初步打通，氫能產業布局明顯提速，各地競相發展氫能與氫能應用，已有28個省市發布涉氫政策400余項，氫能供應能力強、需求量大，發展前景廣闊。據預測，到2030年，我國氫能產業產值將突破1萬億元，加氫站數量達到1000座，燃料電池車輛保有量達到200萬輛。到2050年，氫能在交通運輸、儲能、工業、建筑等領域將被廣泛使用，氫能產業鏈產值將超過10萬億元，正式進入氫能社會[10]。

據統計，截至2023年年底，我國已發布與氫能產業鏈相關標準400余項，其中國家標準129項、行業標準66項、地方標準19項、團體標準200余項；已立項正在制定國家標準24項、行業標準7項。對比氫能產業鏈上下游節點，標準制修訂范圍涵蓋基礎與安全、氫制備、氫儲存和輸運、氫加注、氫能應用各環節，標準數量見表1，分布圖如圖2所示。

“十四五”以來，我國氫能產業標準化更是爆發式發展，2021-2023年3年間共發布相關國家標準25項、行業標準7項、團體標準170項；已立項正在制定的國家標準18項、行業標準8項。標準化在全產業鏈各環節的活躍度明顯增強，與產業發展形勢一致。

4我國氫能產業與標準化存在的問題

與發達國家相比，我國氫能產業仍處于發展初級階段，還存在一些短板。

4.1綠氫產量少

我國目前主要以化石能源制氫為主，其中煤制氫產量約占我國氫氣總產量的62%。綠氫生產成本偏高、專用基礎設施不足、能量損失較大，距離商業化推廣還有一段距離。目前通過可再生能源電解水制備綠氫的數量非常少，預計到2025年可再生能源制氫量只有10～20萬噸/年。標準數量上，氫制備環節共發布標準48項，占標準總數的12%。但多數標準針對氫分離與提純、化石能源制氫、工業副產制氫、電解水制氫等方面，僅有個別標準涉及可再生能源制氫（綠氫）。

4.2儲運技術“卡脖子”

目前我國在低溫液態儲氫、固態儲氫、管道輸氫等方面技術及產業化水平比較薄弱，與國外技術先進地區差距較大。氫儲運環節共發布標準54項，其中，液態、固態儲氫相關標準10項，輸氫管道相關標準僅4項。從終端氫氣價格組成來看，氫氣儲運成本約占總成本的30%，經濟、高效、安全的儲運氫技術已成為當前制約我國氫能規模化應用的主要瓶頸之一。

4.3產業鏈各環節發展不均衡

據統計，2023全年我國氫氣產量超過4200萬噸，約占全球需求的三分之一，居全球首位。截至2023年年底，我國已累計建成加氫站428座，在營274座，其中2023年新增加氫站70座，總量、增量均位居全球首位；氫燃料電池汽車累計銷售1.8萬余輛，僅次于韓國排名全球第二。我國在制氫、加氫站建設、氫燃料電池車應用環節發展突出，這與我國重視氫能安全、各地補貼加氫站建設與氫燃料電池汽車發展密切相關。這也導致了我國氫能應用場景較為單一，在氫能儲能、熱電聯供、工業等方面發展不成熟、技術水平不高。標準制修訂情況也同時能反應各環節發展情況，基礎與安全、氫能應用兩個環節的標準數量最多，總數超過260項，約占全部標準數量的63%。在氫能應用已發布的171項標準中，氫燃料電池及交通應用方面的標準數量達113項，而氫能在儲能、發電、工業領域應用的標準總和僅28項。

5對策建議

5.1充分發揮政府引導作用

目前，與科技密切關聯的產業已進入大國博弈維度，國家政策是推動產業發展，維持產業優勢不可或缺的舉措。氫能產業迫切需要在國家層面結合各環節現狀，做好全產業鏈發展與標準體系建設規劃。比如：上游鼓勵合理有序開發利用“綠氫”，中游完善儲、輸、加等氫能基礎設施建設，下游關注氫能交通配套技術及氫能儲能、熱電聯供等應用技術等。適時調整產業布局策略、升級技術標準與安全規范，促進氫能產業鏈均衡有序發展。

強化地方政府規劃引導作用，因地制宜理性布局氫能產業，實現產業健康有序和集聚發展。例如：在焦化、氯堿、丙烷脫氫等行業集聚地區，優先利用工業副產氫，鼓勵就近消納；在風光水電資源豐富地區，開展可再生能源制氫示范[11]，探索“綠氫”規模化應用的途徑等。

5.2推動技術創新與標準化協同發展

充分調動產學研用各方的積極性，鼓勵產業鏈龍頭企業、領軍企業牽頭攻關關鍵材料、核心零部件關鍵技術、車載儲氫系統在線檢測、氫能儲能等關鍵技術，聯合上下游企業、高校院所、實驗室等，整合人才資源、技術資源，共同實現產業升級和技術進步，做到氫能項目同部署、同實施、同攻關。加快制定一批氫安全、氫能檢測評價、輸氫管道、加氫站設備、燃料電池系統及其零部件、燃料電池汽車等方面的標準，以標準促進技術創新成果轉化應用[12]。

5.3深度參與國際標準化工作

在開展國內標準研制的同時，深度參與國際標準化工作，積極提升氫能國際標準化水平。一方面，要對標國際先進水平，消化吸收國外先進標準，帶動國內氫能關鍵技術和管理水平提升，并加速完善我國的氫能標準體系；另一方面，要提高企業、高校院所等的國際標準化能力，加快將國內先進技術和創新成果轉化為國際標準的速度，提高我國氫能產業的國際影響力。