上海氢能产业能级提升的基准点、关注点和发力点

寇书萌 张瀚舟

上海市发展改革研究院

0 前言

上海是国内较早介入氢能尤其是燃料电池领域的城市，2010年上海市以世博会氢能示范应用为契机，率先进入布局氢能领域的快车道。得益于自身产业布局、整车生产水平和燃料电池研发能力，依托良好的氢能资源禀赋、上下游产业集群协同等优势，十多年来基本处于国内氢能利用“领头羊”的位置。在国家发改委、能源局的大力支持下，上海成为首批氢燃料电池汽车示范城市群，更是为氢能产业的发展打开新局面。面向未来，上海氢能产业能级提升是助力实现碳达峰、碳中和目标，充分衔接国家战略实施，深度融合新型能源体系构建的必然趋势，应前瞻做好“三个关注”，重点把握“两个发力点”。

1 上海氢能产业发展的基准点

课题组从政策部署、关键环节发展基础、产业能级等方面对本市氢能产业发展现状进行分析。

1.1 政策部署：前期侧重于推动燃料电池汽车产业发展，目前氢能产业顶层设计已落地

近年来，上海市级政策从促进燃料电池汽车产业发展、支持示范试点和核心技术攻关、实施安全监管等方面充分释放引导信号，利于推动燃料电池汽车产业发展的政策保障持续加强。2023 年6 月，《上海市氢能产业发展中长期规划（2022-2035年）》正式出炉，为促进上海市氢能产业高质量发展提供明确指引。当年7月，《关于支持中国（上海）自由贸易试验区临港新片区氢能产业高质量发展的若干政策》对外发布，上海市将聚焦政策资源，高水平打造临港新片区“国家氢能谷”，成为上海建设国际一流氢能产业创新高地的新引擎和增长极（2017年至今上海氢能产业发展相关政策部署见表1）。

表1 2017年至今上海氢能产业发展相关政策部署

1.2 关键环节发展基础：基本形成符合自身禀赋、需求的形态特征，但存在价值增量空间

1）上游制取

基本具备氢气（H2）安全供应保障条件，但部分被粗放使用。上海聚集了大量工业产能，依托位于西南部的化工区和北部的宝钢，氢气资源禀赋好，商用产能约16 万t/a。目前上海氢气供应以天然气、工业尾气为原料，尚无来自绿电制取的氢气，但实际污染物排放水平较低，具有“低碳清洁”特征。由于目前氢气缺乏规模化应用“出路”，跨省运输成本又非常高，部分上海化工企业仍采用燃烧而非储备的方式处置副产氢，导致部分优质资源被粗放使用，降低了产品的附加值。

2）中游储运

先发优势明显，不断探索创新技术路线。储运方面，采用20 MPa 长管拖车（化工区外）和38 km氢气管道（化工区内）运输气态氢气，运输距离在200 km 以内。在常规方式外，在新型镁基固态储运、45 MPa Ⅳ型瓶等方面取得新进展。加氢站建设方面，先发优势明显，上海早在“十五”国家863计划的支持下就开始参与燃料电池汽车和关键设备的研发，其间诞生了全国第一座固定站——安亭加氢站。截至目前，已建成各类加氢站14座（见表2）。

表2 上海加氢站分布情况

3）下游应用

集中于化工、交通领域，多元应用格局尚未形成。化工领域用氢占比超过96%，近年来用量总体较为平稳。非化工领域上，集中于交通使用，用氢量占比不足1%，持续增长趋势已经形成。燃料电池汽车是上海氢能应用的主阵地，但在储能、热电联产、燃氢轮机等场景上鲜有尝试。截至2023 年10 月底，上海市累计已接入上海市城市车辆接入车站一体化平台的燃料电池汽车为3 726 辆，其中货车占比最大为73%，乘用车占比16%，客车占比11%。涉及乘用车租赁、公交线路运营、出租车运营、通勤/定制班车、物流配送、邮政投递、厂内运输等各类场景。

1.3 产业现状：产业能级提升动力强劲

产业产值上，燃料电池汽车产业链相关产值超100亿元。上海已初步掌握了氢能制取、储运、加注及燃料电池系统集成等重要技术和生产工艺，但燃料电池汽车产业链相关产值占工业战略性新兴产业规模以上总产值的不足1%。根据《上海市氢能产业发展中长期规划（2022-2035 年）》，到2025 年氢能产业链产业规模将突破1 000 亿元，远超京津冀区域联合提出的500亿元目标。

技术水平上，龙头企业带动关键技术迈上新台阶、位于全国前列。上海在燃料电池电堆、燃料电池系统、双极板、空气压缩机等关键领域均具有技术领先优势。以科技含量较高的电堆为例，2020年以来国内生产企业逐步增多，上海制造企业的技术水平具有领先优势。

增长引擎上，2021 年8 月26 日，由上海市经信委公布，国家财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委和能源局正式批复上海城市群获首批燃料电池汽车示范城市群，为今后氢能产业的发展打开了新局面，成为产业能级增长、规模扩大背后的新支撑。

2 上海氢能产业能级提升的关注点

2.1 制氢方面

上海市在建设中远期绿色安全的氢源供应体系进程中，要充分结合本地资源禀赋、防范安全风险、实现经济供给。

从近中期看，工业副产氢禀赋佳且具备经济性，是上海氢能发展的主力资源和重要支撑，但价格随行就市、出厂品质不一。可再生能源具有间歇性、波动性、随机性特性，难以保证制氢的连续性。同时，生产PEM 和AEM 电解槽需要消耗稀有、昂贵的铂和铱等贵金属材料来制造催化剂，而上述材料高度集中分布在南非、俄罗斯、美国等可能存在地缘政治问题的国家，缺乏资源供应的可替代性、持续性，由此将带来设备制造成本高、产能短缺等问题。因此，近中期单纯依托绿氢（可再生能源电解制氢）实现安全稳定供应的条件还不充分。

从中远期看，随着能源供给结构持续优化，本地及外来绿电占比提高，电解氢以及其他新型制氢路线将成为重点发展方向，氢的储能作用逐步显现，制氢电耗单价将走低，由此带动一批电解和储氢装备制造产业的技术升级。天然气制氢具有结合碳捕捉、封存和利用技术的必要性，否则碳税“加持”后将削弱价格竞争优势。从当前低碳清洁供应逐步向绿色零碳供应转变过程中，一方面工业副产氢要发挥好托底保障作用，避免发生新旧产能接续不畅阻碍，另一方面针对供应缺口要有序开发本地潜能，避免长时间、大规模、过度依赖外部资源而产生安全风险，进而降低本地氢气价格影响力和定价话语权。

2.2 储运方面

上海市在稳步提升氢气储运能力过程中，从近中期看，考虑到当前的商用氢气需求规模和新型储运方式的技术水平，通过长管拖车进行高压气态运输仍是首选方式。在缺乏实验数据和运行经验支撑情况下，不可急于提升运氢压力标准。要鼓励技术成熟且示范效果较好的创新方式结合氢气供给、应用场景先行先试，成为气态运输的短时性、大规模重要补充。同时要做好碳纤维、空压机等关键材料的产能和技术储备。加氢方面，关注加氢站建站难、盈利难问题。除去土地成本外，一座35 MPa、日加氢500 kg 的加氢站建设费用约为1 500 万元［1］，远高于加油站、是充电桩的3倍以上，加之固定资产折旧费、电费及人工费等支出一年高达200多万元，多数站点面临单位毛利空间小、加氢量不足、运营成本高、经营出现亏损的窘境。

从远期看，管道掺氢和液氢路线是氢能规模化推广之后的重要储运方式，将增加氢气的经济运输半径、打开市内外氢能贸易发展空间。方式载体上，从低压气态到高压多相态，从用车到用管道、船舶，储备方式上，从即产即用到按需储备。具体选择上要统筹平衡经济性、安全性、运载量、技术水平等多方因素。

2.3 氢能应用方面

我国是全球氢产量最大的国家，氢能的主要应用场景为工业用氢，占比超80%［2］，而氢在交通、能源、工业等领域的发展潜力更大，但基于现状技术水平、经济性、体制机制的中远期氢能应用空间十分有限。

交通领域应用方面，从技术水平分析，即便上海在氢燃料电池关键零部件方面的制造水平在国内领先，但整体全产业链国产化率仍然较低，国产技术对标国际先进仍有差距，创新研发与制造之路任重道远。从经济性分析，氢燃料电池汽车综合使用成本仍有下降空间。目前，燃料电池系统成本已降至2 000～3 000 元/kW，但氢燃料电池汽车整车成本仍比传统燃油车高2～3 倍，比电动车高1.5～2倍，并且燃料成本、车辆维护成本均高于其它两类车。因此，中远期若要实现无补贴情况下的氢燃料电池汽车商业化应用，要在政策支持下以技术创新驱动全链条降本，降低推广落地的门槛。

非交通领域应用，储能场景上，综合效率低、设备造价高。氢燃料电池的可比对象为铅酸电池、锂离子电池、抽水蓄能等，受制于现阶段技术水平，不具备应用优势。例如，综合效率低，电解水制氢效率达65%～75%，燃料电池发电效率为50%～60%，即便单过程转换效率相对较高，但电—氢—电过程存在两次能量转换，整体效率较低。氢冶金等工业场景上，受技术、成本等条件制约，无法进行氢气的大规模储备、运输，暂时难以实现以氢代煤来制氢、冶金愿景。固定式场景上，技术成熟度不高、核心零部件国产化需提速。以固体氧化物燃料电池（SOFC）应用为代表，一方面，由于起步较晚，系统开发仍处于实验室和样机开发阶段。另一方面，SOFC 工作温度高，所用的换热器、燃烧器、预重整器、水蒸气发生器、电源、电控系统皆为高度定制化的产品，国内目前暂无专业化零部件提供商［3］。

因此，在国家推动氢能产业与汽车融合发展、丰富多元化应用的指引下，氢能产业发展将不等同于燃料电池汽车的规模化发展，上海要做好两手准备，一手提燃料电池汽车产业能级，一手不断开拓创新非汽车和交通领域以外的多元化应用场景。

3 上海氢能产业能级提升的发力点

3.1 统筹推进氢能“制、储、运、用”全链条高质量发展

1）构建安全绿色的氢源供应体系

结合上海资源禀赋特征和产业布局，因地制宜选择制氢路线，紧扣“安全”和“绿色”关键词，有条不紊从清洁低碳型逐步向绿色零碳型供应体系转变，阶段性上马以低碳供应为前提的氢源保障项目。一方面在上海化工区、宝武（上海基地）等存量区域持续挖潜，夯实低碳工业副产氢在供给体系中的主力地位，以资源和价格优势形成促进氢能产业发展的供给“基石”。另一方面在临港新片区、宝山北部地区、崇明区、浦东老港等新区域形成供应增量，以海上风电、光伏、清洁电力、甲醇、地热能、生物质、天然气（结合CCUS）等资源为“原料”制氢，结合深远海风电、海岛核电、市外可再生能源基地和输电通道建设，在“一南（临港）一北（外高桥）”发电基地布局大规模电解制氢装置，以增量投入带动存量结构调整，并逐步扩大供应规模。

2）搭建经济高效多元的储运体系

运输方面，采用高压气氢长管拖车+既有管道组合储运方式。同时，在上海化工区开展液氢工厂示范。开展小口径、短距离纯氢管道示范。储备方面，以高压气态等方式，由供氢企业根据国家要求、自身供给能力、市场需求在化工区、临港新片区等区域，探索利用储氢罐、输氢管道等载体，先行建立上海市的氢储备调节能力。

3）系统、安全、前瞻、集约推动加氢站建设

（1）以系统性思维统筹规划，尽快形成与上海市城区发展相融合、与长三角发展相衔接、与氢能开发利用供需相匹配的加氢站空间布局。

（2）以安全为底线，以行业规范标准为依据，在氢能发展活跃区开展加氢站建设。

（3）以前瞻眼光适度超前规划，避免加氢站建设落后于产业发展速度，加快大容量70 MPa 建设，在港口、高速等位置的预留空间，鼓励在氢气资源丰富地区依托加氢站、配合输氢管道建设加氢母站。

（4）以集约利用土地为牵引，支持现有加油加气站的场地设施改扩建加氢站，盘活有限的存量用地。

4）多领域拓展和创新应用

交通领域，拓展氢燃料电池重卡、客车、货车、叉车及大型乘用车市场空间。探索新能源制取氢、氨和可再生合成燃料在航空、船舶运输上进行动力替代，不断扩大交通领域氢能应用规模。打造清洁安全高效的氢燃料电池物流运输服务新业态，进一步提高上海市燃料电池乘用车占比，建设高速公路和城乡公共加氢系统，完善上海市加氢站网络。能源领域，近期不考虑在上海市内布局燃气轮机掺氢试验示范项目。开展氢燃料电池热电联产应用。在园区推广氢燃料电池热电联产以满足冷/热/电需求，加大氢燃料对传统叉车、物流车的动力替代，运用氢燃料电池无人机满足特殊园区一定的安保需求。工业领域，基于上海市冶金和化工行业工艺路线和发展基础，推进宝武（上海基地）高炉富氢冶金和竖炉全氢冶金示范应用，促进钢铁行业结构优化和清洁能源替代。探索开展可再生能源制氢在合成氨、甲醇、炼化等行业替代化石能源的示范，响应国家要求，促进高耗能行业绿色低碳转型。

3.2 以“提能级、建枢纽、再创新”为抓手，夯实氢能产业竞争优势

提升燃料电池汽车产业能级、提高氢能产业对战略性新兴产业的支撑力度。

1）提“质”增“量”，推动上海燃料电池汽车产业优势再升级

充分利用上海燃料电池汽车产业在技术、产品、应用上的领先优势，技术水平再升级。针对燃料电池汽车能耗（氢耗、电耗）动力性、安全性、耐久性等维度，构建行业标准、地方标准、团体标准和企业标准在内的完整氢能技术标准体系，继续保持国内标准引领地位。应用规模再升级，结合道路运输行业发展特点，重点推进氢燃料电池中重型车辆应用，积极探索氢燃料重载物流替换应用，总结嘉定和临港运营经验精准发掘燃料电池公交车、客车、物流车等商用车。适时推广燃料电池乘用车。

2）构建绿色可持续发展体系

一方面，关注氢燃料电池报废后的回收利用，完善规范化、高值化再利用体系，实现电堆催化剂等关键零部件和材料的循环使用，助力解决原材料稀缺问题、降低生产成本。另一方面，提前布局氢能领域铂、镁、铱、锂等战略性金属和碳纤维、全氟磺酸聚合物树脂等战略性材料，防范安全供给风险，在资源需求不断攀升和国际环境不确定性增强的情况下未雨绸缪、把握主动权。

在两类枢纽上拓展新场景、新模式。在地理位置上的枢纽，港口方面，依托化工区、洋山港等码头和港口发展氢能船舶、液氢液氨船舶的集散中心。依托化工区、洋山港发展氢气接卸中心，远期在氢气资源依靠外部时，优先接卸零碳、碳中和氢气。利用洋山港、罗泾港、外高桥港等运营强度大、形式路线固定地区，探索开展氢燃料电池货车运输示范，加大叉车、设施设备的氢燃料动力替代。依托造船厂研制内河氢燃料动力船舶，参与国际先进氢燃料动力船舶的研发。机场方面，探索浦东国际机场行李车、引导车、作业清扫车等特定场景的氢燃料动力替代，强化特种车辆的氢能源保障和重点应用。在清洁低碳安全高效的现代能源系统中的枢纽，探索与新型电力系统建设深度融合，发挥氢能调节周期长、储能容量大的优势，探索跨能源网络协同优化潜力，开展氢储能在可再生能源消纳、电网调峰、绿色数据中心等场景应用，打造“风光电氢储一体化”的场景。

创新再发力，打造氢能技术和人才高地。一是突破核心技术，实现技术自主化。首先，坚持需求导向和场景驱动，依托科创中心建设，加大制、储、运、加、用氢能全产业链关键技术和材料开发攻关。研发工业副产氢提纯技术，提高可再生能源制氢转化效率和单台质子交换膜、固体氧化物燃料电池等设备的制氢规模，开展光解、热解等新型制氢技术研究。突破高压输氢、低温液氢、管道输氢、碳纤维等储运环节关键材料技术，提高氢气存储密度和输运效率。提高高压管路、加氢枪、换热器等关键部件核心技术水平。依托上海汽车产业基础，加快攻克百千瓦级大功率燃料电池电堆技术，实现质子交换膜、低铂载量催化剂、碳纸等核心材料自主可控。开展氢冶金、燃氢轮机、分布式供能等前沿技术研发。其次，通过释放价格、信息安全、土地等红利，在氢气富集地区搭建完备的性能检测平台，帮助研发制造企业及时发现问题、优化性能、提升品质。最后，分类施策促进各类创新要素向研发制造单位集聚，鼓励龙头企业牵头搭建氢能产业知识产权转化和服务平台，将创新成果转化的力度转化为氢能发展的速度。二是筑巢引凤、涵养人才“蓄水池”。一方面，加大人才吸引力度。在国家和地方人才引进政策基础上，细化氢能领域人才政策，加强对专家技术团队的吸引力度，结合上海科创中心建设磁吸氢能领域的全球领军人才和技术团队向上海靠拢。另一方面，创新人才培养模式。鼓励上海交大、同济大学、电力大学等上海市高等院校加快氢能学科建设和人才培养，建设一批低碳氢能未来技术学院、现代氢能产业学院和示范性能源学院。深化产教融合，鼓励校企联合开展产学合作协同育人项目，组建氢能产教融合发展联盟，建设一批国家氢能技术产教融合创新平台。