新能源“风口”下的中国氢经济之路

张景新 胡红梅

氢能是一种发展潜力巨大的清洁能源，其替代传统能源的“氢经济之路”十分值得期待。氢能资源丰富、储量大、热值高，具备清洁、高效和大规模应用的特点，可实现能源循环利用，氢能极有可能成为理想能源的终极之选。在当今全球能源体系中，以煤炭、石油等为主的传统化石能源，占据全球能源消费总量的80%以上，按照目前的采储比，这些传统石化能源可供人类开发使用的年限不足120年，因此开发替代能源是未来能源安全战略布局的重中之重。

1 发达国家竞相布局氢能源

美国、日本、欧洲等国家和地区积极布局氢能源产业，相继制定氢能产业发展战略和技术路线图，特别是美国提出“氢能经济”时代和日本构建“氢能社会”的氢能发展战略，使其走在氢能技术开发和应用的前沿。美国率先提出氢能替代燃料与充电网的模式，从国家层面开启新氢能计划，为实现氢能源经济优先布局。日本也制定了氢能燃料电池汽车和加氢站发展路线图，借助2020年东京奥运会大力发展氢能燃料电池汽车，推动氢能产业化应用。欧洲不断加快氢能上下游产业布局，特别是英国、法国、德国等持续扩大氢燃料电池汽车产业和加氢站等基础设施建设的投入，通过提高财政补贴和优惠税收助推氢能产业的发展。

2 中国氢能源产业蓄势薄发

中国先后发表《“十三五”国家科技创新规划》《国家创新驱动发展战略纲要》等多个政策性文件，明确提出将“氢能与燃料电池”的发展作为重点战略任务，计划到2050年，将氢能作为能源结构中的重要组成部分，氢能产业被纳入国家能源战略。由于制氢工业发展较慢，中国氢能产业正处于从工业原料到规模化应用的转折点，产业链发展空间巨大。随着联合国开发计划署与科技部共同执行“中国燃料电池公共汽车商业化示范项目”，标志着中国氢能产业的发展翻开新的一页；《汽车产业中长期发展规划》也明确提出：2020年实现5 000辆级规模的公共服务用车领域的示范应用，2030年实现百万辆燃料电池汽车的商业化，建成1 000座加氢站。广东、江苏等地纷纷成立氢能与燃料电池汽车产业基金，支撑当地氢能产业的发展，中国氢能源产业蓄势薄发。

3 绿色经济型氢能技术发展路线

安全性、经济性、可持续性是氢能技术路线选择的核心标准。中国氢能产业由于起步较慢，产业链相对薄弱，在发展制氢、储氢和氢能应用中要严格明确降污染、可循环的绿色经济型技术发展路线。图1为绿色可循环式氢能技术路线图。

3.1 “电制氢”技术前景光明

氢能作为典型的二次能源不可直接获得，需要上游进行氢气的制取，即传统化石资源制氢和可再生资源制氢。目前，尽管化石资源重整制氢技术十分成熟，但制备过程中仍然存在环保问题，制取方式值得商榷。中国太阳能、风能、地热能等清洁可再生能源非常丰富，但其制电利用率不高，而电解水制氢技术是将能量储存和转化的绿色途径，可以加速零污染、可循环氢经济的推广。随着电解水技术进一步的成熟化、规模化，制氢成本将不断降低，“电制氢”技术将是氢能可持续发展的重要途径。图2为绿色可持续电解水制氢技术示意图。

3.2 复合储氢技术值得关注

储氢环节在氢能产业发展中作用十分关键，氢能的大规模产业化应用必须依靠储氢技术的支撑，技术的安全性、经济型是氢能产业化的重要保障。目前储氢技术主要有高压气态、液态储氢和固态储氢3种方式，相比已经规模化应用的高压气态、液态储氢技术，固态储氢技术以金属氢化物、化学氢化物等多孔材料为储氢载体，做到氢气的高效吸附储存，具有安全性高、储氢密度大等优点，发展潜力较强，但储氢率低、充氢速度慢、放氢温度高的问题仍有待解决，而新型高压/低温复合储氢技术可以保证氢气储存、运输、加注的安全性和高效性，产業化前景值得关注。

3.3 分布式能源网络前景突出

氢能储运具有运输成本高、技术难度大、安全性较低的特点，一定程度上限制氢能的大规模应用，借助氢燃料电池技术，建立分布式能源网络，搭建区域电力、热能和冷能综合供应系统，可有效提高氢能利用效率。相比传统天然气发电锅炉68.7%的能源转换效率，燃料电池由于自身转化效率高，且分布式能源系统的能源输送距离短，以氢燃料电池为核心的分布式能源网络的能源利用率可达到90%以上，且二氧化碳排放量明显降低，是氢能应用的典型示范。

4 多点联动式氢能产业布局

氢能源产业链长、涉及领域多，中国氢能产业呈多区域、多领域、多方位产业化布局。同时，中国氢能产业的发展重视市场时效性，针对不同行业和地域，在技术开发、产业应用和市场培育上形成产业联动效应。

4.1 多区域产业化布局

氢能产业的发展需要优先培育有政策、资源和人才优势的地区，以点汇面，带动中国氢能产业的发展。目前，广东省、江苏省、山东省、上海市、北京市的制氢企业较为集中，共占全国年均制氢总量的66%左右；在北京、上海、郑州、深圳、大连等10余个大中城市建成运营加氢站，继续加大氢能基础设施建设，在全国形成网络化的氢能源产业布局模式；广东佛山、云浮2市大力发展制氢装备、氢燃料电推动力系统和加氢基础设施，在氢能与燃料电池产业体系和氢能汽车领域都做到了示范应用；江苏如皋市更是走在氢能在工业园区、社区等应用示范的前列，努力打造中国首个“氢能经济示范城市”，中国氢能产业呈多区域联动发展。

4.2 多领域产业化布局

中国氢能产业注重发展的平衡性，通过优势互补做到多领域协同发展。氢燃料电池以其能量转化率高、低排放等优点被认为是未来理想动力源之一，在交通运输应用前景十分广阔，发展初期以交通运输领域作为突破口，大力推动氢燃料电池产业化；通过拓展氢能在燃料电池和储能领域的应用，将燃料电池乘用车和商用车、氢气车载储存和站内储存系统等作为氢能产业化应用的重要方向。目前国家能源集团、华能集团、国家电网有限公司、长城汽车等能源、电力和汽车供应商在制氢、储氢设备，加氢站等领域的基础设施建设中都积极布局，中国氢能产业呈多领域联动发展。

4.3 多方位产业化转型

中国氢能产业化进程中要紧密联系传统能源企业，推进传统能源企业加快“氢经济”产业链布局。随着荷兰皇家壳牌集团、英国石油公司（BP）等国际知名能源企业积极介入“氢经济”产业链，证明传统石化企业在原料制取、储运技术、终端应用及消费等方面具有突出优势。传统能源企业借助在天然气、油田伴生气等方面的资源优势，在氢能产业发展初期，为下游氢气生产提供优质原料，通过建设氢气回收装置降低制氢成本；利用下游在碳纤维复合材料方面的技术优势，开发储氢瓶等相关产品；利用建成并运营的天然气管线资源，为大规模、长距离氢能输送优先布局；借助已有的加油站体系，推进加油加氢站混合改造，助推传统能源企业转型和低成本化改造。

5 建议

综上，在我国氢能产业发展的起步阶段，要坚持以完善产业引导政策、产业发展路线、产业链建设及布局作为重要保障。我国拥有发展氢能产业的资源优势和市场优势，易于率先形成产业规模效应，新能源汽车市场容量巨大，对拓展氢能产业应用具有促进作用。中国氢能产业的发展要先从优化产业政策入手，加强政策的引导和扶持力度，不断规范和标准化我国氢能产业的发展；坚持创新驱动，以开放合作的姿态对接全球优势创新资源，加强氢能产业人才的引入和培养，探索创新研发模式；发挥市场主导作用，营造良性竞争的市场环境，不断拓宽在轨道交通、航空航天等领域的应用；发挥社会资本、地方资本等优势资源，加大在氢能技术和应用创新方面的投资，促进氢能产业的健康发展；始终以能源战略的标准，为21世纪新能源“风口”下的中国氢经济之路绘制产业发展蓝图。