張景新 孟嘉樂 呂坤鍵 王興艷

隨著清潔能源應用技術的不斷成熟和我國能源結構調整的持續(xù)推進，氫能行業(yè)發(fā)展勢頭持續(xù)向好，并于2019年被首次寫入《政府工作報告》。2020年國家發(fā)展和改革委、國家能源局等中央多部委已多次提及氫能，2020年11月2日《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》的發(fā)布，標志著我國氫能商業(yè)化應用邁出重要的一步。

1 我國氫能產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 產業(yè)規(guī)模不斷擴大

2013—2019年，我國氫氣產量規(guī)模逐年遞增，2019年突破2 200萬t，成為世界第一產氫大國（圖1）。其中，煤氣化制氫近1 100萬t、工業(yè)副產氫達800萬t，而電解水制氫和生物制氫由于技術和成本限制，占制氫總量比例較低（約2%～4%），氫應用行業(yè)工業(yè)產值接近4 000億元。

1.2 企業(yè)數(shù)量持續(xù)增加

據統(tǒng)計，截至2020年8月，我國氫能產業(yè)鏈相關企業(yè)工商登記數(shù)量達到2 196家。其中，2018年新增 271家，2019年新增529家，同比增長47.8%；2020年雖受新冠疫情影響，1-6月我國氫能領域新注冊企業(yè)依然達到242家，較2019年同期基本持平，而近5年氫能相關企業(yè)新增注冊量增長達457%（圖2）。從企業(yè)層面看，我國氫能領域大多為重資產企業(yè)，有63%的企業(yè)注冊資本在500萬元以上，其中42%的企業(yè)注冊資本超過1 000萬元。從企業(yè)分布看，廣東省以381家的企業(yè)數(shù)量排名第1，約占全國總量的17.35%，江蘇、山東分列第2位和第3位，分別為229家和159家（圖3）。

1.3 技術路線日漸明確

我國在氫的制取、儲存、運輸和應用等產業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)加快布局，初步形成了較為完整的產業(yè)鏈條。

上游制氫與純化：我國擁有相對成熟的規(guī)?；a技術（化石原料制氫、工業(yè)副產氫）和較明確的長期發(fā)展方向（可再生能源電解水制氫）。

中游儲運：氫氣的大規(guī)模安全儲運是現(xiàn)階段氫能商業(yè)化應用亟待突破的“瓶頸”。目前高壓氣態(tài)儲氫為主要技術方向，如車用儲氫罐、運輸儲氫罐、固定式儲氫設備（加氫站）等，液氫罐車、管道等大規(guī)模運輸尚處于研究階段。

氫應用：我國有超過90%的氫能消費集中在石油化工、鋼鐵冶金等工業(yè)原料領域，氫作為能源消費的市場規(guī)模依然較小，近幾年氫在建筑領域、民用液氫等領域發(fā)展?jié)摿ν癸@，氫健康、氫農業(yè)也有望成為未來氫消費新的增長點。

1.4 產業(yè)布局初步形成

2019年，廣東、山西等10個省（自治區(qū)、直轄市）將發(fā)展氫能寫入政府工作報告，北京、上海、江蘇、山東、河北等20余個?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）依托自身資源優(yōu)勢出臺本地氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃或行動計劃，并先行先試推動氫能產業(yè)化進程。園區(qū)布局方面，目前全國處于規(guī)劃或建設的氫能產業(yè)園、氫能小鎮(zhèn)、氫谷等園區(qū)約30個，其中華東地區(qū)氫能產業(yè)園區(qū)數(shù)量最多，共有14個，華南地區(qū)有5個，華北地區(qū)4個，東北地區(qū)2個，初步形成了以環(huán)渤海、長三角、珠三角和川渝鄂為代表的4個產業(yè)集聚區(qū)。

2 氫應用場景分析

2.1 氫工業(yè)：化工、石油煉制和冶金是最主要的應用領域

目前，我國已具備一定的氫應用基礎，但是仍以工業(yè)原料為主。據統(tǒng)計，有約90%～95%的氫能消費應用集中在石油化工、鋼鐵冶金等領域，其中化工領域合成氨用氫占比最高，石油煉制工業(yè)用氫量次之。今后，氫在冶金領域的應用十分值得期待，一方面氫氣不僅可以用作清潔燃料，還可以用作還原氣，另一方面將金屬氧化物還原成金屬，氫氣還可以作為保護氣以使金屬不被氧化。目前中國寶武鋼鐵、鞍鋼、酒鋼等均開始可再生能源制氫-氫能冶金立項，探尋循環(huán)經濟的可行性。

2.2 氫交通：產業(yè)正迎來黃金發(fā)展期

2019年我國氫燃料電池裝機量為128.1MW，同比增長140.5%，增速是上一年度的2倍有余，上海重塑能源科技有限公司、北京億華通科技股份有限公司、江蘇清能新能源技術股份有限公司成為中國氫燃料電池系統(tǒng)裝機量排名前3的企業(yè)。2019年，中國燃料電池汽車產銷分別完成2 833輛和2 737輛，同比分別增長85.5%和79.2%（圖4）。目前，全國燃料電池車累計數(shù)量突破6 000輛，廣東、北京、河北3地的燃料電池車銷售量約占全國80%。雖然受疫情影響，2020年一季度燃料電池汽車產銷分別完成了183臺和207臺，同比下降19.7%和7.2%，但長期來看，氫在交通領域的應用將大有作為。

2.3 綠氫出口：中國氫能商品化優(yōu)勢突出

根據S&P最新報告顯示，隨著歐洲脫碳轉型、日韓氫能社會的持續(xù)推進，未來十年綠色氫能（以下簡稱“綠氫”）行業(yè)將擁有大量的增長機會，圖5所示為可再生能源制備綠氫示意圖。研究表明，中國具備大規(guī)模生產綠氫的潛力，預計“十四五”期間全國風能裝機容量和太陽能裝機容量分別可達53GW和58GW，到2025年，可實現(xiàn)非化石能源占整體能源結構的19%的目標，這將為中國未來綠氫出口提供堅實的基礎。同時，利用可再生能源生產綠氫可以降低其在傳統(tǒng)電網運輸中的損耗，使可再生能源以電網、氫網形式輸出（“輸電+輸氫”結構），進而較好地解決“棄光、棄風、棄水”的問題。

中國綠氫貿易區(qū)位優(yōu)勢突出。一方面，山東、遼寧、吉林等地鄰近綠氫消費大國日本、韓國，可利用當?shù)刎S富的氫氣資源，圍繞綠氫制備、儲運打造產業(yè)基地，通過航運、管道運輸?shù)刃问较蛉枕n出口。另一方面，發(fā)揮新疆、甘肅、內蒙古等地區(qū)太陽能、風能資源優(yōu)勢，在中西部地區(qū)布局綠氫生產基地，通過中歐國際班列出口綠氫。

2.4 民用液氫：液氫加氫站將是重要發(fā)展方向

截至2019年底，全球單日液氫總產能已突破470t/天，其中，美國的液氫生產和應用的全球占比達85%，而中國僅占1%。從建設規(guī)模來看，美國有超過15座液氫工廠，產能達326t/天，居全球首位；亞洲擁有16座，總產能38.3t/天，其中日本占亞洲2/3。歐洲已建成4座液氫工廠，產能為24t/天。未來隨著中國民用氫液化、儲運技術和標準加快創(chuàng)新，及氫能和燃料電池關鍵技術的持續(xù)突破，國內民用液氫市場將迎來高速發(fā)展期，涉及相關企業(yè)有成都深冷液化設備股份有限公司、江蘇國富氫能技術裝備有限公司、鴻達興業(yè)集團有限公司、北京中科富海低溫科技有限公司等。

2.5 其他方向

氫在健康領域應用研究處于初期，利用氫氣的抗氧化性用于輔助治療也有所報道，但要警惕市場過度炒作；氫在提升植物抵御逆環(huán)境脅迫能力以及提高蔬菜、瓜果和花卉的生產和延長保鮮等方面有一些基礎研究，但從目前發(fā)展來看，農業(yè)生產中大規(guī)模運用氫技術、氫的使用方法和經濟價值仍待進一步研究和創(chuàng)新。

3 需要關注的問題

3.1 頂層設計亟待進一步完善

目前，美、日、澳、韓、德等發(fā)達國家已經發(fā)布了國家氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（或路線圖），明確了氫能產業(yè)發(fā)展方向和戰(zhàn)略定位。而我國作為世界第一產氫大國，具有豐富的資源基礎，盡管從戰(zhàn)略層面肯定氫能產業(yè)的發(fā)展，并且有20多個省市發(fā)布相關規(guī)劃，但國家層面在氫能產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、目標和重點方向上，更多的是將氫能作為新能源汽車產業(yè)發(fā)展的一部分進行設計和規(guī)劃，在頂層設計、產業(yè)配套方面亟待加強，一定程度暫緩了氫能產業(yè)化應用進程。

3.2 核心技術自主創(chuàng)新能力有待突破

我國氫能產業(yè)發(fā)展取得了長足的進步，初步具備產業(yè)化條件，但仍存在某些環(huán)節(jié)核心技術、關鍵部件和材料被少數(shù)發(fā)達國家壟斷自主性不強的問題，導致我國裝車的氫燃料電池汽車中采用國外電堆和技術占比超過70%。另外，氫氣的供應鏈體系還不健全，傳統(tǒng)技術在氫氣制備、儲運和整個供應鏈體系依然占比較大，從清潔能源中提取的氫氣占比非常小，氫應用主要集中在工業(yè)領域和交通領域，其他應用方向拓展速度較慢。

3.3 體制機制亟需創(chuàng)新

氫燃料電池在交通領域的應用已成為氫能發(fā)展的強勁動力，但相關行業(yè)法規(guī)標準、體制機制難以滿足產業(yè)快速發(fā)展的需求，關于氫品質、儲運、應用的全行業(yè)測試標準和監(jiān)管體系不健全，使得產業(yè)鏈條下產品的市場化進程相對較慢?；A設施建設審批程序和運營監(jiān)管標準不完善，尤其在加氫站建設方面，無明確的歸屬管理部門，建站標準法規(guī)、政策體系相對老化或缺失，導致加氫站審批難度較大、周期長，基礎設施不足已成為燃料電池汽車發(fā)展的第一大難題。

3.4 商業(yè)化運作模式尚不成熟

全產業(yè)鏈成本高是制約商業(yè)化運行的重要原因。制氫環(huán)節(jié)，現(xiàn)有制氫技術的經濟性和環(huán)保風險（灰氫）依然存在，可再生能源制氫相對效率低、綜合成本高、市場化受限。儲氫環(huán)節(jié)，高效、安全、穩(wěn)定的低成本儲氫技術與國外差距相對較大，與大規(guī)模商業(yè)化應用仍有一定距離。用氫環(huán)節(jié)，關鍵核心技術國產化程度低，導致氫應用成本高，企業(yè)盈利較為困難，而加氫站等基礎設施的“自我輸血”能力難以達到收支平衡，也會影響氫能商業(yè)化推廣應用。

4 氫應用趨勢及展望

4.1 氫能在天然氣行業(yè)的應用將成為世界趨勢

近年來，氫能作為向脫碳能源系統(tǒng)過渡過程中必不可少的手段，日本、澳大利亞、德國、意大利等建設了大量的天然氣輸配基礎設施，并試點通過天然氣輸配管網摻混氫氣。研究表明，當氫氣含量較低時，可以在不做重大技術調整和重大投資的情況下?lián)交熘撂烊粴?，隨著經濟性和安全性的不斷提升，以及在現(xiàn)有基礎設施的基礎上加快建設“運氫走廊”，氫能在天然氣行業(yè)的應用將成為一種趨勢。

4.2 “綠氫”有望在傳統(tǒng)化工行業(yè)轉型升級中發(fā)揮重要作用

在全球性控制碳排放的背景下，各國面臨煤炭消費壓減和二氧化碳（CO2）減排的巨大壓力，“綠氫”為傳統(tǒng)化工產業(yè)綠色化、高端化發(fā)展提供新思路。一是代替灰氫作為原料應用在煤化工領域（“綠氫煤化工”），可有效降低能源產品（如甲醇、二甲醚等）生產中的CO2排放和煤炭消耗量，實現(xiàn)煤炭的清潔高效利用。二是與高端煤基新材料產業(yè)鏈有效融合，生產甲醇和烯烴等高端材料，實現(xiàn)可再生能源向高端化工新材料的有效轉化。

4.3 氫能與可再生能源融合將帶動更多新應用場景

氫能技術和可再生能源技術相互結合，將加快以清潔能源為主的多元能源供給系統(tǒng)向其他行業(yè)滲透，推動以煤炭、油氣、電力集中式資源供給，向集中式與“分散式”并重發(fā)展，尤其是隨著新能源汽車、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術的迅速發(fā)展，引發(fā)交通運輸、能源、建筑等傳統(tǒng)產業(yè)變革并催生氫能社區(qū)、氫能電站、能源互聯(lián)網等新產品、新業(yè)態(tài)。未來隨著交通運輸場景發(fā)生顛覆性的改變，更多的驅動系統(tǒng)會應用到氫能，氫能在商用卡車、大巴車、無人機等領域持續(xù)滲透，并在鐵路、航運、航空等重型運輸場景實現(xiàn)新突破，助力社會經濟發(fā)展和生活消費的綠色轉型。

5 結語

在全球綠色低碳轉型的大方向下，以氫能為代表的清潔能源正迎來重要的發(fā)展機遇期，江蘇、廣東、江蘇、山東等地加快在氫應用環(huán)節(jié)布局，競相搶占未來氫能市場的突破口。未來氫應用發(fā)展方向將更加貼近生活，并借助一個個新場景，成為更加綠色高效、安全可持續(xù)的朝陽產業(yè)。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.01.010