氢能产业发展前景及其在中国的发展路径

宋超，谢淑贤，徐瑞峰(中车山东机车车辆有限公司，山东 济南 250022)

0 引言

氢能源目前在我国称之为二次能源的载体被广泛使用在各大企业与产业内部，可通过多种途径加工制取得出。氢气本身属于无毒的气体，易于燃烧，其燃烧后的产物主要是水，对大气不会产生污染。同时废弃物中也不含有对环境有害的物质，利用率较高且形式较为多样化。目前全球处于清洁能源开发与使用的热门阶段，生产出更为低碳环保的能源是全球范围内的目标和终极战略，因此氢能产业被我国寄予了厚望。为保障中国氢能产业集中发展，进一步加强对氢能产业的相关技术标准和检查体系，在发展的过程中对氢能产业的安全予以高度重视，并通过具体的发展路径实现氢能产业在我国的长远发展。

1 全球氢能产业发展现状

1.1 氢气利用的范围领域

氢能的整条产业链包括对氢气的制取、储存以及运输应用等多个环节。氢气主要由化石能源经过加工而转化为制氢，由此被称为“灰氢”。目前针对全球范围内的氢气主要通过炼油以及化工原料制成，其厂内的氢气主要用作于自产自用，减少对一级能源的使用率。很少与相邻的制氢装置和途径进行氢气的管道运输。其原因是由于运输氢气过程中相对投入的成本较高，使得跨地域的氢气交易市场份额会相对较少[1]。笔者期望在储运技术上对氢气能源能有更大突破，对能源的利用率会由此提高。

1.2 氢能重要应用的方向

因氢燃料电池具有能量的转化利用率高、噪音污染较小以及排放实现零污染等几大优点，成为了未来氢能源利用的重点方向。在20世纪60年代初期，氢燃料电池就已经在载人航天以及潜水等国家军事领域有较为广泛地使用。而当前欧美的部分发达国家通过对氢能的研究和利用发现了氢能的特点，并以此对燃料电池技术的研发和商业化应用提出了若干实施计划，并为此出台了相关的政策补贴以引导更多的研究机构以及企业投入大量的资金对燃料电池的开发和关键技术装备的研究。欧美国家在此项研究上已经实现了突破，同时走到了世界的前沿。例如：德国所在的主流汽车公司已经对氢燃料电池汽车的开发取得了巨大的研究成果，同时已经规划建设了将近数百座加氢站，并且覆盖率达到一半以上。日本主要是将氢能作为燃料，在日常的生活以及经济产业活动中广泛地应用。同时把氢能作为二次能源的核心，致力于建设一个“氢能社会”。日本目前在新能源产业的研发机构已经投入了大量的人力物力，并在燃料汽车的开发和设备制造方面对于技术的使用已有了骄人的成绩。而我国对燃料电池汽车的发展还有一定的提升空间。

1.3 氢气的制取与可再生能源二者相结合是发展的方向

氢气的制取目前主要通过与可再生能源电力二者的有效结合促使整个氢能产业链的整体运行，以实现对氢能使用过程中的零排放，同时可有效拓展对再生能源的二次利用。目前氢能针对于可再生能源的载体，在全球范围内依托与对可再生能源如风能、太阳能等二次能源的基础上加强对氢气的制取，以实现用更多清洁能源对氢能产业的支持。

2 中国氢能产业发展情况

因中国对氢能产业的重视程度相对于国外来说较晚，目前仍处于发展的初始阶段，其具体的发展情况如下：

(1)我国氢气主要来源于煤制氢，在“灰氢”变为“蓝氢”方面面临着巨大的挑战。我国其实富含有丰富的氢气资源，在化工产业以及炼油产业快速发展的时期，我国的氢气年产量应从20世纪初的年产值679.0×104t增长到了21世纪初2 100.0×104t以上。预计当到达21世纪20年代的时候我国氢气的年产值增速将变为5%。利用煤对氢气的制取是当前氢能产业中利用的最低成本，当前中国的氢能产业中使用的氢源一般以上是使用煤作为原材料[2]。原因是我国是煤炭资源较为发达的国家，其气和油的资源相对较少。除此之外剩余的氢源通常是来天然气或电解氢的制取。而作为氢能源的消费者一般均集中才化工产业内，因此依旧是依靠工业原料为主要的制取方式。

(2)对燃料电池的生产环节缺少核心技术支持，对国外技术和设备有较大的依赖。在以氢气为主要用途的燃料电池产业领域范围内，我国目前只形成了京津冀、华北、华南、东北等六大产业的聚集中心，具备了生产和研发的条件。而在我国中东部地区作为实力较强的三角洲等地带主要聚集了我国燃料电池发展的中心企业。随着全球化的燃料电池产品以及相关资讯的热议，对于燃料电池相关企业的数量猛然增加，到2018年底，全国已有309家企业参与到燃料电池的研发与生产当中。当然虽然研发与生产的规模形成较大，但是部分企业仍然在研发的投资以及重大发明专利创造等诸多方面存在较多的问题，真正能掌握行业领先技术和核心设备的企业数量较少。国内目前对于燃料电池关键性零件以及电堆、检测以及整车开发的企业主要集中在上海广州等经济较为领先的城市。诸如零部件以及辅助系统的相关设备的研发和生产目前依旧依赖于国外。这对我国燃料电池的生产和研发具有十分重大的影响。

(3)氢燃料电池汽车和基础设施发展处于起步阶段。从2018年起，我国的氢燃料电池汽车的年销量逐渐成增加的趋势。从车型上分析，我国针对商务性用车上对氢燃料电池的使用较为广泛。但由于目前商用车的使用处于示范性的运行阶段，因此在动能和综合效率上来看，其使用感与国外还存在较大的差距，因此我国应加大对氢燃料电池以及基础设备的发展。

3 中国氢能产业发展展望

3.1 顶层设计应适时加强，做好氢能产业的发展规划

笔者建议国家将氢能纳入到二次能源的长期战略发展体系当中，科学制定并研发氢能产业的发展规划，系统地构建氢能的各个环节体系，明确具体发展的路线，做到各地区和产业布局协调发展。特别是对于示范工程的相关建设，应重点考虑到长江三角发展的经济走势，并与周围各地区形成密切的产业规划和部分产业调整。尽量完善相关的企业扶持政策，坚持高质量与高标准的双重发展模式，使其顶层设计感逐渐加强，在氢能的整体产业链中做好与其他可再生能源发展的协调性[3]。

3.2 过渡时期重点关注蓝氢与绿氢的协同供应，建立蓝绿氢气的结合发展模式

充分考虑到我国能源结构主要以煤为主的特点以及对可再生能源的发展仍然需要大力的整合优化。因我国氢能的生产一直以化石作为基础原料。因此我国应加大对化石燃料市场的建设以及投入大量的资金扶持，为石化能源中创造“绿氢”提供有效地支持。对于部分地区采用水电解制氢的发展，应鼓励更多的企业生产“绿氢”以实现对环境的零污染。

3.3 对氢燃料电池以及储氢等环节的关键技术得以加强

目前我国对氢燃料的汽车生产与制造已经有了相应的计划，同时对于加氢站也实施了相应的布局调整。但对于汽车内的核心零件和材料确缺少相应的技术性支持，因此不能实现汽车的量产。这一关键性问题严重制约了我国对氢能产业的发展。所以我国在此问题上应加大研究力度，把研究的目标制定在氢能和燃料电池的关键技术环节，降低氢气的运输成本同时对氢管道的运输以及储氢的材料上加大研究力度。政府设立专项计划，从基础研究到关键技术的攻克以及应用示范到产业的转化创新等方面予以提升，以进一步保障氢能的产业核心发展。

3.4 发展氢能的进程中应高度重视产业的安全

据相关报道，自从2019年以来，有部分国外企业在氢能的产业链中引发了多起关于氢气爆炸致损的事故[4]。此类事件的发生对氢能产业的各个环节发出了警示。因此在氢能的发展进程中应在保障产业发展的同时，重点关注安全性问题。我国在氢能的发展过程中务必要加强对产业链内部安全体制的有效建立，了解氢气爆炸所带来的严重后果。因此相关产业需提高安全意识，强化产业安全管理条例，各地方政府应加大监管力度并制定相关的安全标准，对氢气的泄漏以及发生爆炸的相关因素做好安全预案，尽量在氢能的生产和运输等环节做到全自动模式，并通过智能设备对氢气的安全问题加以保障，以实现整个产业链的高效运行。

4 结语

由于我国是对能源需求较大的国家，因此发展氢能产业对我国经济以及能源的利用等方面都能带来较多的益处。随着对我国绿色能源的不断深入研究，基于发展“绿氢”的氢能产业，是我国现阶段内对氢能发展最好的选择。因此我国应充分借鉴国外关于氢能产业的发展经验，在立足于国内发展的优势和产业特点之上，使我国的氢能产业发展更加趋于国际化水平。