世界氢能炙手可热 中国氢能蓄势待发

清华大学　■ 毛宗强

世界氢能炙手可热中国氢能蓄势待发

清华大学■ 毛宗强

0　引言

从近年来氢能与燃料电池全球发展的总体趋势来看，欧、美、日等发达国家不断加大研发投入和政策支持，氢能与燃料电池在交通领域、固定式发电领域、通信基站、备用电源领域和物料搬运领域都持续升温，正加快迈向商业化的步伐。尤其是日本政府全力支持氢能，日本汽车界、能源界和科技界都全力参与，已超越欧美成为国际氢能领跑者。

1　世界各国氢能发展现状

1.1美国

美国一直重视能源的开发与利用，将氢能与燃料电池确定为维系经济繁荣和国家安全的技术之一。2001年以来，美国政府将发展氢能作为其能源政策的一个重要方面，先后制定了多项氢能研究计划，以实现向氢经济的过渡。美国加利福尼亚州制定了明确的燃料电池汽车普及计划和加氢站建设计划，加州政府将为氢燃料电池动力车制造商和加氢站的运营商提供补助，以解决该技术面临的困难。截至2014年7月底，加州已有230辆氢燃料电池汽车，另外，运营中的氢燃料电池巴士已到16辆。加州政府希望到2025年能有150万辆零排放汽车( ZEV) 上路，加州各机构通力合作，出台了一系列政策来确保这一目标的实现。

美国政府能源部宣布，2015年10月8日为美国首届氢能与燃料电池日，原因是氢的原子量为1.008。这一提议已得到许多国家氢能界的响应。

1.2欧洲

在欧洲，欧盟将氢能作为其优先研究和发展的领域，制定了2020年氢能与燃料电池发展计划，将在燃料电池和氢能研究方面投资近10亿欧元，各国均有氢能相关政策措施推出。

德国已融资3.93亿欧元支持氢能及燃料电池技术发展。其中，55％的资金用于氢生产和运输的基础设施建设。德国预计在2018年建成100个加氢站，并于2023年建立覆盖全德的氢能汽车网络，包含400座加氢站。宝马、梅赛德斯-奔驰两大车企宣布2018年量产氢燃料电池汽车计划，奥迪、大众集团也在发力研发氢燃料电池汽车。该国燃料电池专家表示，再经过5～10年时间，德国市场上将有超过100万辆的氢能汽车。

挪威于2014年1月启动氢化奥斯陆(H2OSL)项目，项目旨在为嘎德莫(Gardemoen)机场用汽车及其他设备提供氢能，并针对嘎德莫机场依托氢能而产生的减排、改善环境污染状况及巨大商机等优势进行可行性研究。

法国的经济部长已承诺将法国打造成为氢能领域的领导者。氢能源是法国能源计划及其建设“新型工业国家”项目的一部分。该项目全力支持各种与氢能相关的技术发展，包括氢气的生产、储存，以及相关基础设施的建设和清洁交通的推广。

截至2015年3月，欧洲加氢站总量为82座，其中德国有29座。

1.3日本

日本政府是推进氢能与燃料电池技术的排头兵，日本将氢能源利用上升为国家战略，明确提出氢能发展蓝图，描述了氢能使用的3个阶段，并为每个阶段设定了目标。第一阶段，预计持续到2025年左右，被认为是氢能使用范围迅速扩大阶段；该阶段的目标是增加家用燃料电池单元的数量(2020年增加到140万，2030年增加到530万)，同时增加加氢站的数量。第二阶段，预计从2020年中期持续到2030年左右，被认为是大规模供氢系统建立阶段；该阶段的目标是从国外购买氢气，并扩大国内商业用途的供氢网络。第三阶段，预计从2040年开始，被认为是建立无二氧化碳的供氢系统的阶段；该阶段的目标是通过收集二氧化碳，实现在氢气的生产、运输和储氢阶段二氧化碳的零排放。

日本各大汽车制造商已纷纷投入燃料电池汽车布局、研发和生产。丰田氢燃料电池汽车Mirai(“未来”)最大续航里程超过500 km，加满氢燃料的时间仅为3 min。Mirai于2014年底正式在日本量产发售，价格为723.6万日元(约37.5万元人民币)，享受国家补贴后，消费者实际负担的金额约为520万日元(约26.9万元人民币)，目前Mirai订单己超1500辆。2015年5 月13日，丰田、马自达宣布已同意建立一个长期合作伙伴关系，深化产品和技术方面的合作，其中包括丰田的氢燃料电池汽车的燃料电池系统(FCEVs)。按照丰田计划，2020年以后，丰田燃料电池车(FCV) 在全球的年销量达到3万辆以上。2016年3月，本田宣布其氢燃料电池汽车“CLARITY”商业化，该车最大续航里程为750 km，加满燃料的时间也仅为3 min。该车可当作备用电源，紧急情况下可为日本家庭提供一周电力供应。该车售价为6万美元，减去政府补贴后价格与丰田Mirai氢燃料电池汽车相当。

截至2015年5月，日本投入运营的加氢站共22座，还有76座在建设、申报中。

1.4韩国

韩国是世界上最为支持氢能与燃料电池技术的国家之一，其发展目标是成为全球燃料电池制造的领袖之一，长期以来，集中研究MCFC 和PAFC在大型固定电站方面的应用。目前，韩国政府将燃料电池研发的范围拓展到交通运输及移动电话领域的应用，并且致力于PEMFC 和SOFC的研究。从企业研发方向来看，三星(Samsung)主攻 PEM和DMFC，现代(Hyundai)主攻 FCV，LG化工和LG电子则分别从事MEA、DMFC和PEM、DMFC的研发。2012 年韩国政府投入建设氢城市示范项目的预算总额达到185亿韩元。

在燃料电池汽车发展方面，现代计划于2016年生产4000～5000辆氢燃料电池汽车，而国家也出台了相关的补贴方案。 韩国的 LPG加气站非常普及，日前，政府和现代集团及LPG运营公司共同合作，推出LPG加气站改加氢站计划，韩国氢燃料电池行业将快速发展。据统计，截至2015年7月，韩国共有加氢站12座。

2　氢能产业发展趋势

2.1各国政府愈加重视氢能利用

氢能优势突出，是未来绿色能源体系的重要组成部分。作为一种战略性高效清洁能源，氢能产业的发展受到世界各国的广泛关注和重视。目前，各国纷纷制定和出台一系列的政策及规划，明确氢能产业发展路线图，投入巨额财政资金用于氢能与燃料电池技术的研发，同时启动氢能与燃料电池的示范应用项目，并不断完善配套加氢站等基础设施的建设。伴随着燃料电池商业化进程加快，世界各国愈加重视氢能与燃料电池产业的发展，政策导向性更加明确。另外，为了推动氢能产业发展，各国开始加强联盟合作，如荷兰、丹麦、瑞典、法国、英国与德国6国已达成共同开发推广氢燃料电池汽车的协议，这些国家的联盟合作或成为国际氢能产业合作的新趋势。

2.2氢燃料电池汽车开启产业化

从技术方面来看，欧美日等发达国家大多已完成氢燃料电池汽车基本性能的研发阶段，解决了若干关键技术问题，在整车性能、可靠性、寿命和环境适应性等方面均与传统汽车相当。成本方面，氢燃料电池系统成本持续下降，整车成本从2005年之前的每辆100万美元降到现在的每辆5～10万美元的可接受范围；基础设施方面，各国政府和企业纷纷制定相应的加氢站建设计划，以保障氢燃料电池汽车加氢需求。综合来看，氢燃料电池汽车产业化条件已经具备。

目前，世界主要汽车制造商均设定了燃料电池汽车的商业化时间表。其中，丰田已于2014 年12月15日在日本国内开始销售其氢燃料电池汽车Mirai；通用、福特、奔驰都将在3年内推出量产车型；宝马和日产均有2020年前推出氢燃料电池商品车计划。因此，2015年被视为氢燃料电池汽车的市场化元年，产业化黎明已经到来。2020年则被看作是市场启动年，届时将大规模生产氢燃料电池汽车。

2.3氢燃料电池成本进一步下降

近10年来，燃料电池的成本控制一直是研究机构和产业界最重要的目标之一。根据 DOE的估算，基于2013年的技术水平，在年产5万套的规模下，车用80 kW功率的PEMFC燃料电池成本降低到55美元/kW，较2002年的275美元/kW下降了80％，这一数字已经逐步接近美国能源部设定的2017年30美元/kW的成本目标。

预计随着氢能与燃料电池、关键材料等技术的逐步成熟，氢燃料电池系统的成本继续呈现下降趋势，将更加有利于氢燃料电池系统产品的产业化和商业化。

3　我国氢能与燃料电池情况

相比国际氢燃料电池汽车开始商业化起步，我国氢燃料电池汽车大体落后10年以上。目前，国内有数家公司可以制作千瓦级质子交换膜燃料电池系统，但国产氢燃料电池电站还没有产品问世。据报道，2015年1月9日营创三征(营口)精细化工有限公司与荷兰的MTSA Technopower、NedstackFuelCell Technology和Akzo Nobel Industrial Chemicals四方签署合作协议，项目由营创三征引进荷兰三方装置技术，利用营创三征氯碱副产氢气资源，建造全球首套2 MW氢燃料电站。该氢燃料电站作为示范项目，获得欧盟氢能利用项目支持，计划于2016年7月建成投入运行。

我国氢燃料电池技术水平与先进国家相比差距逐步加大，主要体现在：氢燃料电池总体上尚处于工程化开发阶段，功率特性、冷启动、可靠性等主要技术性指标与世界标杆产品相比还有很大差距；关键技术领域所拥有的专利数目不少，但核心技术无几；技术标准还未形成体系；成本居高不下；催化剂、双极板等关键材料和高压储氢罐、空压机、氢循环泵等关键零部件基本不具备产业化能力。我国氢燃料电池备用电源和直供电源也仅有很少量的示范。

在氢燃料电池汽车方面，我国开发氢燃料电池汽车较早，1999年，清华大学就研制出中国第一辆氢燃料电池汽车。但是，我国燃料电池汽车产业链的研发体系以大学为主，清华大学、同济大学及大连化学物理研究所承担了大量的研发工作；而燃料电池汽车的生产体系建设较为缓慢，只有上汽集团及字通集团参与相关的工作。更何况自2008年起，我国将新能源车的重点放在了纯电池的电动车上，结果氢燃料电池汽车的研制技术水平不进反退。目前，我国氢燃料电池汽车已明显落后于国际水平，也远远落后于氢燃料电池汽车起步晚于我国的韩国。所幸，我国燃料电池大客车尚有亮点，2016年下半年，首批量产的28辆氢燃料电池公交车将先后在佛山、云浮两地投入示范运营；宇通公司最近也有建造百台氢燃料电池大客车计划。中车青岛四方车辆厂和唐山车辆厂分别造出以氢燃料电池为动力的轻轨车头，有望在2017年用于佛山轻轨。

我国氢能基础设施建设滞后。前文已经说明国外有很多加氢站建设、运营的成功案例，而截至2015年7月，我国仅有3座加氢站，分别位于北京、上海和郑州，加注氢气压力只有35 MPa(国际上70 MPa为主流)。基础设施建设滞后将严重制约国内氢能产业的推广和发展。

虽然国家不顾一切地全力发展纯电池的电动车，但投入的巨额补贴也催生了触目惊心的“骗补”行为。所幸，国内不乏有远见、有魄力的政府官员、科学家、企业家和投资家，都开始呼吁中央政府关注氢能与燃料电池。

据报道，在3月初结束的两会上，李小琳代表的提案是《加快发展电转气(P2G)技术的建议》。提案指出，电转气(Power to Gas，P2G)技术是近年来兴起的一种与清洁能源，特别是间歇式可再生能源发电紧密结合的新型大规模工业化电解水制氢技术。提案还提出通过3种途径将电能以氢气的方式存储起来，并提出具体实施办法。

2016年3月23-24日，世界气候组织等机构在北京举办了“2016全球清洁技术峰会”，国务院参事、科技部原副部长刘燕华在会上以《可持续发展的能源出路》为题作主题演讲，演讲中谈及中国能源转型问题，指出交通运输行业“绿色出行”的转型应该是从“电力”向“氢燃料”发展。

中国工程院原副院长杜祥琬院士于近日接受记者采访时表示：“除了储能以外，还可进行可再生能源峰值利用。当可再生能源无法上网时，为避免浪费，当发电量达到峰值时，利用这部分能量去电解水，或者进行海水淡化。电解水可制氢，氢又可成为能量载体被利用。”

广东佛山和江苏如皋都在积极推动以氢燃料电池大客车为代表的氢产业链，均有一定进展。

4　我国氢能与燃料电池进步缓慢的问题所在

我国氢能与燃料电池进步缓慢的原因很多，国内专家已经多有论述。笔者个人认为主要原因在于我国迄今为止无氢能产业发展的顶层设计，氢能与燃料电池未得到应有的地位。世界各国如日本、美国、德国等国均有氢能产业的发展规划及技术路线图，并统筹考虑氢能产业发展必须配套的基础设施的建设；推行政府与私人的共建合作模式，政府给予氢能产业发展的各种优惠、补助措施及政策上的扶持等，对氢能产业的关键技术、发展方向、重点应用领域等重点进行了研究；形成了一个发展规划、一个技术路线图、一盘棋的顶层设计。我国则无氢能路线图，发展自由行，无方向，行动如一盘散沙。

笔者认为，我国氢燃料电池攻关主体错位也是我国氢能与燃料电池进步缓慢的重要原因。到今天，世界燃料电池已经以企业作为经营主体，向产业化方向发展；而我国仍然以高等院校和科研单位为主力，企业不参与或者做陪衬。导致的后果是关键技术与生产需求脱节，政府投入资金不少，可实际结果乏善可陈。

笔者还认为，国内对基本无污染、但价格仍较高的可再生能源制氢没有补贴政策，使得弃风、弃光、弃水比例逐年变大。政府如何确保稳定的、价格可竞争的清洁氢气供应，将成为推动氢能产业健康发展的关键，也是政府的责任所在。

目前，国际氢能与燃料电池升温，产业化进展令人惊喜，我国氢能则是蓄势待发。春江水暖鸭先知，我国一批对氢能与燃料电池有远见的政府官员、企业家、投资家已经开始动作。由此我深信，我国的氢能与燃料电池发展也将很快爆发。

2016-04-08

毛宗强(1947—)，男，教授，主要从事氢能及燃料电池方面的研究。maozq@tsinghua.edu.cn