我国氢能产业发展路线

杨凡

1.中石化石油机械股份有限公司研究院；2.中石化石油机械装备重点实验室

氢能作为二次能源，具有来源广泛、适应大范围储能、用途广泛、能量密度大、零污染等多种优势，在当前全球呼吁实现“碳中和”的背景下，其作用已为世界各国所重视。仅2020年，就有九个国家及欧盟公布了氢能产业发展规划。我国虽已将氢能纳入能源体系，但至今尚未就其发展公布国家战略。我国氢能产业的发展路线尚不明确。

一、国内外发展现状

（一）氢气制取

目前国际上商业应用的大规模氢气是以化石能源制氢为主，以工业副产氢和可再生能源制氢为辅。以美国为例，95%的氢由天然气制氢方式制取，其余部分来源于电解水制氢。在我国氢气产能中，煤制氢占50%，工业副产氢占36.4%，而电解水制氢和生物制氢仅占2%-4%。

（二）氢气储运

国际上，氢气储运采用的方式包括长管拖车气态储运、液氢罐车储运和管道运输等，其中长管拖车气态储运技术成熟，而液氢罐车储运和管道运输已在美国和欧洲小范围应用。氢气管网方面，美国现有总里程达2720km，欧洲现有总里程约2600km，我国总里程约为400km。

（三）氢能应用

世界各国对于氢能的应用各有偏重。德国将氢能广泛应用于天然气掺氢、分布式燃料电池发电或供热、氢能炼钢、化工、氢燃料电池汽车等多个领域；日本的氢能应用主要围绕氢燃料电池在车用和家用领域的应用展开；澳大利亚、俄罗斯等资源出口大国，则将氢能视为其国内资源出口的延续手段；我国氢能应用集中于石油化工、钢铁冶金领域，正在向氢燃料电池汽车领域拓展，但推广缓慢。

二、国内氢能发展面临的困难

（一）产业链布局困难

当前我国并未就氢能发展发布国家产业发展规划，由于缺少顶层设计，各地对于氢能的发展无章可循，缺乏统筹安排，产业同质化问题较为突出，整个氢能产业的发展呈现出无序竞争、重复建设和资源浪费等态势。氢能属于我国新开发的绿色清洁新能源，地方发展均享有一定的补贴政策，地方政府抢占先机获得相关补贴，但产业规划趋同性，缺少对于产业中下游的统筹措施，关键材料和核心技术存在偏差，发展潜力严重不足。氢能的市场需求相对单一，多应用于交通领域，其中以氢能源汽车产业为主。单一的推广市场导致实际产能大于市场需求，最终加大了氢能产业链布局的难度。

（二）核心技术缺乏

现阶段产业链的很多核心技术尚不能自主。现今国内液氢民用化技术严重滞后于国外发达国家；清华大学、浙江大学、中国地质大学等科研院所已经开展了天然气掺氢技术和LOHC技术研究，但大规模商业化应用尚有困难；氢燃料电池的关键材料质子交换膜、碳纸主要依赖进口；加氢站关键设备氢气压缩机、加注机等仍以进口为主。

（三）成本偏高

氢燃料电池汽车作为产品要能被市场所接受，购置成本和终端氢气总成本都必须符合消费者的心理预期。氢燃料电池的制造要求高、关键材料依赖进口，导致购置成本居高不下；我国终端氢气总成本尚不能稳定控制在40元/kg以下，导致运行成本偏高。氢能源在常温环境下呈气态，需经过液体储运才能投入使用，而氢能源的储运问题更是世界性难题。采用液氢罐车低温储运方式，对于环境、容器的要求较高，且储量较小，难以满足实际需求，性价比较差，无法进行推广应用。长管拖车气态高压储运对于储存容器的要求相对较低，但储量较低，大规模的储运难度较大。同时，因储存容器结构较为简单，安全性能较差，并非理想选择。在实际的应用过程中，氢能源不适合长途运输，运输管道和加氢站的建设也加大了氢能产业的成本投入。

（四）基础设施建设不足

在上游，我国氢气产能对于燃料电池用氢的供给不足。现阶段我国氢能源产品多为灰氢，不满足燃料电池用氢的忖度需求，同时与国家的环保发展理念不符，不适合产业的长期发展；在中游，储运方式单一，运输能力有限，对于输氢管道和液氢罐车的投入不足。安全高效的输氢技术是氢能扩大发展的前提，管道输氢方式是最为高效的运输方式，但成本投入大大高于长管拖车气态高压储运，而目前我国的输氢管道并未形成官网体系，进行管道输氢的限制较多；在下游，我国的氢燃料汽车行业发展处于起步阶段，投入运行的车俩数量较少，对于加氢站的实际需求并不高。而随着氢燃料汽车行业发展，加氢站数量虽有所增长，但覆盖区域有限，且多为示范站。而受限于氢能源的储运，加氢站的选址也有了一定的要求，更加限制了加氢站的发展。

三、我国氢能发展方向建议

（一）加强顶层设计，引领产业发展

在借鉴全球氢能发展四种模式精髓的基础上，立足于国内的产业、能源结构明确氢能产业定位，构建多元化氢能应用场景，统筹协调中央与地方、技术与市场、供应与需求、短期目标与长期目标等多方面因素，城市及区域间互补、系统协调发展，不断完善现有立法和监管机制，引导我国氢能产业有序、平稳发展，尽量避免结构性产能过剩情况的出现，集中人力、物力、财力解决关键技术的攻关突破。推动氢能产业龙头企业的建立，应用氢能源领域的领先条件，与电力系统、新能源汽车产业、轨道交通产业等多行业进行协同发展，形成大规模示范的优势。

（二）注重技术创新，夯实产业基础

通过国家科技计划、专项等渠道加大对关键技术、材料的攻关支持：在上游，以CCUS技术、核能制氢技术、可再生能源制氢技术为主要攻关方向，为我国从“灰氢”向“蓝氢”“绿氢”过渡提供技术支撑；在中游，以液氢技术、天然气掺氢技术和LOHC技术等储运技术为主要攻关方向，解决氢气大规模应用场景下的储运问题；在下游，一方面以电堆关键材料国产化为主要攻关方向，降低成本，促进氢能民用领域拓展，另一方面开展氢能应用研究，为氢气应用场景多元化提供支撑。

（三）加快配套建设，促进产业循环

终端氢气总成本与制氢、储运、加氢各阶段的实际处理能力相关，加快配套建设，提高处理能力，有效降低各阶段的成本，最终实现终端氢气总成本降至40元/kg以下，使氢能产业脱离政府补贴，促进产业良性循环。政府方面加大政策扶持力度，不仅限于经济补贴，同时加强技术创新引领，加快配套设施建设，引进相关发展技术，打造氢能产业全新发展的产业链。

四、结语

氢气是“碳中和”时代的理想能源，当前全球正在兴起氢能产业的建设热潮。我国在这次热潮中暂时不在队伍前列，相关技术研究较为滞后，但所幸的是为时未晚，全球的氢能产业都还是处于发展初期，我国只要加强顶层设计，统筹国内科研力量和相关资源，有计划地开展各项研究和进行有序建设，实现弯道超车大有希望。

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二次能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带。二次能源又可分为“过程性能源”“含能体能源”。当今电能就是应用最广的“过程性能源”;柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”。由于目前“过程性能源”很难大量地直接贮存，因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法大量使用从发电厂输出来的电能，只能大量使用像柴油、汽油和天然气这一类“含能体能源”。但是随着电动汽车、混合动力车的发展，“过程性能源”也可以部分替代“含能体能源”。随着，人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”，作为二次能源的电能，可从各种一次能源中生产出来，例如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能。而作为二次能源的汽油和柴油等则不然，生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源。