我國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展窗口期 如何健康有序發(fā)展
氫能產(chǎn)業(yè)如何健康有序發(fā)展
在全球能源轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)碳中和過程中，氫能承擔(dān)著不可替代的重要角色。我國具有良好制氫基礎(chǔ)和大規(guī)模應(yīng)用市場，氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢。2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，從戰(zhàn)略層面對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)。本期邀請專家一鍵報警呼叫圍繞氫能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展進(jìn)行研討。
主持人
本報理論部主任、研究員 徐向梅
我國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展窗口期
主持人：我國氫能產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程？
劉毅(清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院副院長)：氫能是未來零碳能源體系中至關(guān)重要的組成部分，是目前唯一大規(guī)模跨季節(jié)存儲可再生能源的手段。其中，綠氫是諸多行業(yè)深度脫碳的唯一手段，包括以石化、化工、鋼鐵為代表的工業(yè)領(lǐng)域，以冷暖供應(yīng)為代表的建筑行業(yè)以及以重卡、航運(yùn)和航空為代表的交通行業(yè)。可再生能源成本下降、綠氫制備應(yīng)用技術(shù)進(jìn)步和全球“雙碳”轉(zhuǎn)型要求，推動綠氫快速發(fā)展。歐盟、美國、德國、英國、日本、韓國等主要經(jīng)濟(jì)體紛紛推出氫能發(fā)展戰(zhàn)略。
“十四五”規(guī)劃之前，氫燃料電池汽車是氫能發(fā)展重點(diǎn)。2000年，我國正式開展氫燃料電池汽車研發(fā)工作。隨后，氫燃料電池及技術(shù)相繼納入《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計(jì)劃(2016—2030年)》等政策規(guī)劃計(jì)劃中。特別是，“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”寫入了2019年《政府工作報告》。經(jīng)過多年努力，我國初步掌握了氫燃料電池電堆及其關(guān)鍵材料、動力系統(tǒng)、整車集成和氫能基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的核心技術(shù)，培育出億華通、重塑股份等領(lǐng)先企業(yè)，燃料電池成為氫能較為成熟的應(yīng)用領(lǐng)域。2020年啟動的燃料電池示范城市群申報工作，進(jìn)一步推動了氫燃料電池汽車行業(yè)發(fā)展。從各城市群發(fā)布規(guī)劃來看，北京、上海、山東、內(nèi)蒙古等11個重點(diǎn)省(區(qū)、市)將在2025年實(shí)現(xiàn)共計(jì)超過8萬輛燃料電池汽車的應(yīng)用推廣。2021年我國氫燃料電池汽車年銷售1881輛，建成加氫站264座。
2020年是我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要年份。氫能首次寫入《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》，從法律上正式步入能源體系。隨著“雙碳”目標(biāo)和“1+N”體系確立，我國氫能規(guī)劃從以燃料電池為主，向能源、工業(yè)、建筑等多領(lǐng)域拓展。自2021年以來發(fā)布的碳達(dá)峰、碳中和“1+N”系列政策文件都涉及氫能，但對其定位最清晰準(zhǔn)確的還是《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，即從生產(chǎn)端：氫能是未來國家能源體系的重要組成部分；從消納端：氫能是用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體；從產(chǎn)業(yè)端：氫能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。
隨后各地氫能產(chǎn)業(yè)政策密集出臺，近30個省份及直轄市發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展相關(guān)政策方案。多數(shù)省(區(qū)、市)將氫能發(fā)展規(guī)劃納入新能源汽車產(chǎn)業(yè)、整體能源發(fā)展、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展或區(qū)域“十四五”規(guī)劃當(dāng)中，北京、山東、四川、河北、內(nèi)蒙古5個省(區(qū)、市)專門出臺了氫能整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和政策，重心從交通為主轉(zhuǎn)向多領(lǐng)域拓展。從區(qū)域布局來看，各地結(jié)合頂層設(shè)計(jì)與自身資源稟賦推行氫能政策，力爭成為細(xì)分領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。廣東聚集有16家燃料電池系統(tǒng)企業(yè)、13家電堆企業(yè)、13家膜電極企業(yè)等大量燃料電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，形成了燃料電池產(chǎn)業(yè)集群，但氫氣資源相對缺乏，因此以佛山為代表的地區(qū)一直深耕高附加值的燃料電池產(chǎn)品，通過關(guān)鍵零部件研發(fā)補(bǔ)貼、加氫站建設(shè)補(bǔ)貼等方式推動行業(yè)發(fā)展；內(nèi)蒙古、寧夏等地?fù)碛胸S富的可再生能源與氫能應(yīng)用場景，各級政府積極支持風(fēng)光制氫一體化發(fā)展，并開展“多能互補(bǔ)+氫”“源網(wǎng)荷儲+氫”等多個綠氫示范項(xiàng)目；北京、上海等地?fù)碛胸S富的工業(yè)副產(chǎn)氫以及大量科研院所，適合氫能產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展與前沿技術(shù)開發(fā)，推出多項(xiàng)措施對氫能研發(fā)單位、科研成果給予獎勵補(bǔ)貼。
需要注意的是，我國氫能在儲能、發(fā)電和工業(yè)等新領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于發(fā)展初期階段。為做好相應(yīng)技術(shù)攻關(guān)，2021年《關(guān)于組織開展“十四五”第一批國家能源研發(fā)創(chuàng)新平臺認(rèn)定工作的通知》《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》陸續(xù)印發(fā)，鼓勵氫能與可再生能源協(xié)同發(fā)展，推動氫能在化工、冶金等行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及應(yīng)用。一批綠氫應(yīng)用項(xiàng)目即將落地，為推動氫能多元利用、穩(wěn)步構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)體系開了一個好頭。
我國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展窗口期，圍繞生產(chǎn)、消納、產(chǎn)業(yè)等方面定位，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入“從氫燃料到氫能源再到多領(lǐng)域拓展，區(qū)域布局強(qiáng)調(diào)統(tǒng)籌謀劃、因地制宜、重點(diǎn)突出，產(chǎn)業(yè)發(fā)展以市場主導(dǎo)、創(chuàng)新驅(qū)動、完善規(guī)范”的新階段。
世界氫能產(chǎn)業(yè)加速布局
主持人：世界氫能利用及發(fā)展趨勢如何？我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展有哪些特點(diǎn)？
魏鎖(中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會氫能分會會長)：全球能源結(jié)構(gòu)正在向以清潔能源為主體的新型能源系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)變，氫能作為最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗唬环矫婺苡行Ы鉀Q可再生能源大規(guī)模發(fā)展面臨的消納問題，另一方面也是實(shí)現(xiàn)交通、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的有效路徑。各國積極布局氫能產(chǎn)業(yè)，全球已有20個國家和地區(qū)發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展戰(zhàn)略，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢。
氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化浪潮加速。經(jīng)過近30年持續(xù)研發(fā)，燃料電池在能量效率、功率密度、低溫啟動等方面取得突破性進(jìn)展，新一輪燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化浪潮正在迫近。國際領(lǐng)先企業(yè)已開展燃料電池電堆、催化劑、質(zhì)子交換膜及燃料電池汽車等商業(yè)布局，燃料電池產(chǎn)業(yè)正從小規(guī)模示范轉(zhuǎn)向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
低碳?xì)淠艹尸F(xiàn)巨大發(fā)展空間。當(dāng)前，傳統(tǒng)化石能源制氫仍是主要制氫方式，占全球氫氣產(chǎn)量的78%以上，但低碳制氫取代傳統(tǒng)能源制氫的速度正在加快。包括藍(lán)氫和綠氫在內(nèi)的低碳制氫技術(shù)快速發(fā)展，全球各大能源公司多傾向?qū)⒒茉粗茪浜透碑a(chǎn)氫配備碳捕獲、封存及利用技術(shù)(CCUS)作為向綠氫過渡階段的主要制氫技術(shù)，同時電解制氫設(shè)備運(yùn)營規(guī)模提升，2021年全球低碳制氫產(chǎn)能達(dá)55萬噸/年，新增電解制氫設(shè)備運(yùn)營規(guī)模468MW(兆瓦)。在全球節(jié)能減排大背景下，“可再生能源+氫能”替代化石能源成為能源變革的重要方向，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2021年，全球約有500個氫能項(xiàng)目，其中約120個在建綠氫項(xiàng)目，全球規(guī)劃中的吉瓦級綠氫項(xiàng)目規(guī)模合計(jì)達(dá)144.1GW(裝機(jī)容量)。
儲運(yùn)技術(shù)成為氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的關(guān)鍵。從全球氫儲運(yùn)技術(shù)來看，主要以管道、高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)等形式為主，各國依托既有產(chǎn)業(yè)技術(shù)和基礎(chǔ)采取不同儲運(yùn)方式。歐洲以發(fā)展管道輸氫為主，利用現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施逐步建設(shè)泛歐洲氫氣管網(wǎng)，預(yù)計(jì)2040年總長度達(dá)2.3萬公里；美國管道輸氫和液態(tài)儲運(yùn)技術(shù)成熟，擁有全球一半里程的輸氫管道，運(yùn)營15座以上液氫工廠，總產(chǎn)能超過326噸/天，居全球首位；日本和韓國正發(fā)展有機(jī)化合物、液氨和液氫的跨洋運(yùn)輸供應(yīng)鏈。
加氫站建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)。全球加氫網(wǎng)絡(luò)建設(shè)加快，截至2021年全球建成加氫站800多座，其中30%為液氫加氫站，主要分布在日本和美國，歐洲大多數(shù)加氫站采用站內(nèi)電解水制氫技術(shù)，我國35MPa(車載儲氫瓶壓力等級)商用車加氫站及混合加氫站布局速度居全球首位。從各國發(fā)展戰(zhàn)略看，預(yù)計(jì)2030年全球加氫站數(shù)量將超過4500座，形成多元化、網(wǎng)絡(luò)化氫能基礎(chǔ)設(shè)施體系。
氫能應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬。隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展，氫能能源屬性逐漸明確，有望在氫冶金、綠氫化工、氫儲能、綜合能源、智慧能源系統(tǒng)中全面應(yīng)用。同時，國際氫能標(biāo)準(zhǔn)體系日趨完善，截至2021年ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)氫能技術(shù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為89項(xiàng)，主要涉及氫能儲運(yùn)、氫能安全、氫能檢測試驗(yàn)方法、氫能制取設(shè)備和加注環(huán)節(jié)關(guān)鍵部件；IEC(國際電工委員會)燃料電池方面技術(shù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)26項(xiàng)，主要圍繞燃料電池術(shù)語、燃料電池模塊以及不同類型燃料電池的安全性、相關(guān)試驗(yàn)及測試方法等方面。
近年來，我國已初步形成較為完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，自主化水平快速提升，氫能技術(shù)基本能夠支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展。具體看，一是政策體系不斷完善。目前已啟動兩批燃料電池示范城市群建設(shè)，“氫進(jìn)萬家”等一系列支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策相繼出臺，各省(區(qū)、市)因地制宜布局氫能產(chǎn)業(yè)，累計(jì)出臺相關(guān)政策164項(xiàng)。二是產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長。2021年我國氫氣總產(chǎn)量達(dá)3300萬噸，應(yīng)用場景進(jìn)一步擴(kuò)大，交通領(lǐng)域燃料電池汽車保有量近9000輛，工業(yè)、建筑、分布式能源領(lǐng)域應(yīng)用正加快布局。三是氫能技術(shù)研發(fā)持續(xù)突破。制氫環(huán)節(jié)，可再生能源電解水制氫是主要發(fā)展方向，我國堿液制氫技術(shù)全球領(lǐng)先，質(zhì)子交換膜制氫技術(shù)正加速發(fā)展；儲運(yùn)環(huán)節(jié)，目前氫氣運(yùn)輸以20MPa高壓氣態(tài)儲運(yùn)為主，管道輸氫、液氫儲運(yùn)技術(shù)和裝備處于研發(fā)驗(yàn)證階段，化合物儲氫在局部地區(qū)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用；應(yīng)用環(huán)節(jié)，氫燃料電池領(lǐng)域快速突破，催化劑、質(zhì)子膜、碳紙、膜電極、電堆等多項(xiàng)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。與國際先進(jìn)技術(shù)相比，我國在氫能各個環(huán)節(jié)裝備及產(chǎn)品性能、使用壽命、制造工藝等方面還有一定差距，特別是高性能材料和精密制造部件仍存在“卡脖子”現(xiàn)象，在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、材料研發(fā)、生產(chǎn)工藝、專利和標(biāo)準(zhǔn)輸出等方面仍需加強(qiáng)創(chuàng)新攻關(guān)。
總體來看，國際氫能產(chǎn)業(yè)尚處于培育期。我國雖起步較晚但發(fā)展較快，具備快速推進(jìn)氫能規(guī)模化應(yīng)用與技術(shù)迭代升級的能力和條件，有著巨大的市場空間，有望在2030年前達(dá)到國際先進(jìn)水平。
圍繞綠氫供應(yīng)疏通產(chǎn)業(yè)鏈堵點(diǎn)
主持人：作為新興產(chǎn)業(yè)，氫能終端應(yīng)用前景如何，還有哪些瓶頸待突破？
劉堅(jiān)(國家發(fā)展改革委能源研究所副研究員)：能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)工作的主線，需要我們同步推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，既要在能源生產(chǎn)側(cè)大力發(fā)展可再生能源，又要盡可能提升終端用能電氣化率，進(jìn)而最大程度減少化石能源消費(fèi)。但以風(fēng)電、太陽能發(fā)電為主的可再生能源電力存在間歇性、波動性問題，化石能源作為工業(yè)原料、交通燃料以及高品質(zhì)供熱的終端用能消費(fèi)難以直接通過電力替代。氫能憑借能量密度高、便于大規(guī)模存儲、應(yīng)用場景多等特點(diǎn)，在為高比例新能源電力系統(tǒng)提供大規(guī)模長周期儲能的同時，也為用能終端脫碳提供了全新選擇。在未來高比例可再生能源系統(tǒng)中，綠氫與綠電可以優(yōu)勢互補(bǔ)共同助力可再生能源價值從電力系統(tǒng)拓展至整個能源系統(tǒng)。
近年來，隨著燃料電池汽車試點(diǎn)推進(jìn)和資本投入規(guī)模不斷加大，國內(nèi)燃料電池核心零部件技術(shù)水平及系統(tǒng)集成能力顯著提升。相比之下，當(dāng)前氫能生產(chǎn)主要依賴煤炭、天然氣等化石能源“灰氫”，而以可再生能源為基礎(chǔ)的綠氫供應(yīng)在制、儲、運(yùn)、加等環(huán)節(jié)仍存在堵點(diǎn)，需要從技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、管理等方面突破。
一是聚焦綠氫供應(yīng)鏈短板，加強(qiáng)核心技術(shù)攻關(guān)。目前堿性電解水設(shè)備成本較低，但在波動電源適應(yīng)性、能耗、占地、維護(hù)成本方面存在劣勢。質(zhì)子交換膜(PEM)純水電解對波動性電源的適應(yīng)性較強(qiáng)，但目前國內(nèi)研發(fā)制造PEM純水電解設(shè)備的企業(yè)比較少，規(guī)模經(jīng)濟(jì)不足。高溫固體氧化物電解轉(zhuǎn)換效率高，但目前仍處于技術(shù)研發(fā)和示范階段。地質(zhì)儲氫和電制燃/原料是氫能大規(guī)模長周期存儲的重要方向，我國氫儲能研究起步較晚，氫儲能項(xiàng)目數(shù)量和技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平仍存在差距。在金屬儲氫、有機(jī)物儲氫以及合成氨儲氫等方面國際上仍處于探索階段，應(yīng)用前景具有較大不確定性。因此建議重點(diǎn)攻關(guān)低成本、高靈活、高效率的電解水制氫技術(shù)，加強(qiáng)電解水制氫與上游波動性可再生能源發(fā)電和下游綠氫化工生產(chǎn)工藝的無縫銜接，降低終端化工產(chǎn)品碳強(qiáng)度。加大燃料電池關(guān)鍵材料技術(shù)研發(fā)力度，降低燃可視對講門禁料電池對稀有金屬的依賴。評估地質(zhì)儲氫資源潛力，深入研究氫能長周期儲能可行性和經(jīng)濟(jì)性。不斷提升關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新能力，打造具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的綠氫技術(shù)鏈條。
二是加大行業(yè)間協(xié)調(diào)力度，完善綠氫監(jiān)管與標(biāo)準(zhǔn)體系。氫能屬于危險化學(xué)品，制氫場地需建設(shè)在化工園區(qū)，加氫站商業(yè)用地與制氫工業(yè)用地的性質(zhì)矛盾還未調(diào)和，可再生能源制氫及制儲加一體站的建設(shè)運(yùn)營面臨障礙。目前40MPa高壓及液態(tài)氫民用化進(jìn)程緩慢，缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。建議盡快明確綠氫生產(chǎn)、儲運(yùn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的歸口管理部門，完善相關(guān)管理章程和法規(guī)，制定統(tǒng)一、完善、連貫的制氫站、加氫站建設(shè)和運(yùn)營審批政策及流程。加快現(xiàn)有涉氫標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范修訂工作，從通用安全要求、臨氫材料、氫氣密封、防爆等方面細(xì)化和完善氫能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，建立健全包含檢測、計(jì)量及售后服務(wù)保障在內(nèi)的技術(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系。
三是多措并舉降低綠氫供應(yīng)成本。用電成本是影響電解制氫經(jīng)濟(jì)性的核心因素，目前采用電網(wǎng)電制氫成本遠(yuǎn)高于煤制氫。雖然利用可再生能源棄電制氫可降低制氫電價，但可再生能源棄電時長受新能源處理特性、電網(wǎng)調(diào)峰能力等不確定性因素影響。儲運(yùn)方面，采用高壓氫氣管束車運(yùn)輸，運(yùn)氫規(guī)模小，單位成本高，氫氣管道、高壓深冷、液氫、氨存儲等大容量、長距離氫氣儲運(yùn)存在投資高、損耗大等問題。建議綜合考慮綠氫制、儲、運(yùn)、加等環(huán)節(jié)實(shí)際經(jīng)濟(jì)性水平，研究制定面向上游綠氫供應(yīng)的稅收、電價優(yōu)惠等過渡期扶持政策，降低終端用戶用氫成本。加快鋼鐵、化工等高耗能行業(yè)碳交易市場建設(shè)，將綠氫納入碳市場交易。制定液氫及管道運(yùn)氫導(dǎo)入時間表，加快形成氫氣大規(guī)模、長距離、低成本運(yùn)輸解決方案。
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