氢能——引领能源消费革命生力军

来源：​《中国电业》 时间：2020-10-27 17:27

上海电气风电集团股份有限公司 李彩球

　　氢能作为一种可储、可电、可燃烧的清洁能源，具有来源广泛、绿色环保、能量密度大、转化效率高和适用范围广的特点，被誉为二十一世纪全人类期待的新二次能源，是世界能源转型的一个重大战略方向。由于氢的来源多样，能实现终端零排放，环保效果良好，既可以通过燃料电池发电，广泛用于交通设施，如船舶、轨道车辆、重载卡车、公共交通等，又可以作为清洁的燃料使用。尤其是氢燃料电池汽车加注时间短、续航里程长、零排放、无污染，被业界视为传统内燃机理想的替代解决方案。而且，氢能效能高且稳定，仅少量水就能制备出可观的氢气，进而转换成电能，简单便利。

　　中国大力支持氢能产业发展

　　作为世界最大的化石能源消费国与进口国，中国开发与利用氢能的意义不言而喻。据国际氢能委员会预测，到2050年全球氢能占能源比重约为18%，氢能产业链产值将超过2.5万亿美元，且随着技术研发和产业资本的持续投入，未来10~20年全球氢能产业将迎来快速发展的重大机遇期。需求方面，到2050年，国内市场对氢气需求量至少达到6000万吨，中国作为全球氢能最大消费国的地位将得到进一步巩固。作为终端能源体系的消费主体，氢能将带动形成一个12万亿元产值的新兴产业。通过依托强大的石化、水电、煤炭等传统产业资源以及丰厚的光、热、风等再生能源，面向巨大的市场需求，凭借战略思维与政策创新的撬动与支撑，中国完全能够在氢能国际竞争中抢占制胜高地。

　　20世纪70年代起，氢能因其独特优势被国际社会瞩目。欧、美、韩、日等十多个国家及地区积极开发氢能、燃料电池等新一代能源技术并开始应用于工程。近年来，我国在政策层面大力支持氢能产业的发展，将氢能应用于汽车行业，着力打造包括氢燃料电池汽车在内的氢能产业。

　　2018年，国家发展改革委、国家能源局联合印发《清洁能源消纳行动计划（2018~2020年）》提出，将选择可再生能源资源丰富的地区，建设可再生能源综合消纳示范区。探索可再生能源富余电力转化为氢能，实现可再生能源多途径就近高效利用。尤其是风电制氢，不仅可减少化石能源消耗、降低污染物排放、提升电网消纳能力，同时也可以实现风电与煤化工、石油化工的多联产，协同发展清洁的氢能产业。

　　2019年以来，我国氢能发展呈现新一轮热潮，国家相关部委密集出台政策，引导并鼓励氢能和氢燃料电池技术的开发和发展，加速了氢能产业化进程。2019年初，国家发展改革委、国家能源局已经将其列入《能源技术革命创新行动计划》等重大规划。同年，发展氢能还被写入国务院《政府工作报告》。

　　2020年4月，财政部等公布《四部委关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，提出争取通过四年左右时间，建立氢能和燃料电池汽车产业链，关键核心技术取得突破，形成布局合理、协同发展的良好局面。4月29日，财政部向八家省级财政部门印发了《关于征求<关于开展燃料电池汽车示范推广的通知>（征求意见稿）意见的函》，意在大力推广氢能产业发展。

　　截至2020年上半年底，国家有关部门就已发布15份氢能相关政策文件。目前，我国有超过20多个省市、40个地方政府推出了支持氢能产业发展的规划。吉林省白城市、河北省张家口市等风电装机容量集中区域直接把氢能列入当地经济核心产业，把原来风电制氢逐步上升为两省的省级发展战略，从原来的制氢到逐步规划为制氢、储氢、加氢和用氢，根据市场需求，扩大风能制氢建设规模，全方位发展氢能产业。

　　氢能产业发展进入高速增长期

　　过去两年，氢能发展迅猛，十几家央企，从南到北，从东到西纷纷入场开发氢能产业。氢能的早期培育在此前的八年来一直以不温不火的形式表现，直到2019年突然呈跳跃式发展，而直接导火线源自风光新能源的消纳难题。

　　弃风弃光严重，亟须新的解决方案破解消纳和送出难题。到2019年底，中国的风、光电源装机分别达到2.09亿千瓦和2.043亿千瓦，装机规模持续位列全球第一。然而自2016年以来，由于风光等清洁能源发展和电网建设以及本地消纳的不配套，三北区域内的风光等清洁能源出现了大面积的弃风弃光现象。

　　以风电为例，根据国家能源局官方统计数据表明，2018年全国全年弃风电量277亿千瓦时，平均弃风率高达7%；2019年全国全年弃风电量169亿千瓦时，平均弃风率保持4%，弃风限电状况得到缓解，但在弃风最严重的新疆、甘肃、内蒙古等地，经过连续三年的缓建和新建消纳通道等措施，2019年弃风率仍然高达7.6%、14%和7.1%。

　　氢能作为清洁能源的一种，由于其自身清洁、高效和零排放的特点，以及在工业上应用的广泛性，一直以来都被业内高度关注，但传统制氢方法主要通过化石资源的重整，排放大量二氧化碳获得氢，并不能真正实现清洁利用。

　　采用“弃风弃光”电量制氢，是解决风光新能源消纳送出难题的最佳方案。以“弃风弃光”电量制氢，不仅有助于解决风电消纳难题，不再有外送电力的限制，更可能为受限地区带来“氢能经济”。同时，也可以调控和抑制大规模风电并入电网时引起电网电压的大幅度波动。总体而言，一举多得，既能解决消纳，又能带来新的产业发展，多方受益，促进了氢能的爆炸式产业发展局面。

　　以成都市为例，2019年7月，成都市人民政府办公厅印发《促进氢能产业高质量发展的若干意见》，从氢气制备到氢气运输，再到氢气站建设运营等，成都市将推动氢能全产业链发展。同年10月，成都市出台了《支持氢能暨新能源汽车产业发展及推广应用若干政策》，对相关项目和企业提供资金支持、奖励和配套支持等。根据《成都市氢能产业发展规划（2019~2023年）》，到2023年，成都市氢能产业力争实现主营业务收入超过500亿元。实际产业运行结果显示，2019年，成都市氢能规模以上企业主营业务收入已突破100亿元，氢能产业链拉动经济初显成效。

　　2020年8月22日，天津港保税区氢能项目签约大会暨氢能产业促进联盟第一届理事会在临港智能装备产业园举行。中国石化销售股份有限公司天津石油分公司与中石化长城燃气投资有限公司等共同投资，项目布局油、气、电、氢综合能源站，打造氢能走廊。包括杭叉集团投资氢燃料电池叉车研发生产基地项目、国家电力投资集团及渤海化工集团投资加氢母站项目、天津新氢动力氢燃料电池系统项目。为发展氢能产业，天津市在市级政策明确对于加氢站投资设备30%给予补贴（最高不超过500万元）的基础上，保税区再给予1:0.5的配套补贴支持，在叉车的购置、租赁和加氢方面也都有相应补贴。天津市的氢能产业又将迎来一个新的发展高峰。

　　氢能与传统油气、化工产业链联系密切，中国石化、中国石油在油气储运零售终端建设和运营方面有一定的技术基础和整合优势，是其中的典型代表。国家能源集团、中船重工（718所）则在氢能产业链及氢能装备方面深入布局。

　　国家电投、东方电气、中船重工（712所）等央企则侧重于研发氢燃料电池及其核心部件，突破核心技术，建立自主知识品牌。在终端应用燃料电池汽车方面，东风集团、一汽集团和中国中车等央企也进行了深度布局。

　　目前，中国氢能产业已实现大陆区域全覆盖，以氢燃料电池汽车为例，我国氢燃料电池汽车销量增速明显。从2015年仅有10辆，到2019年全年销售2737辆，累计销量达6000多辆，已达成2020年的阶段性目标。

　　氢能正在改写能源消费历史和改变能源消费习惯

　　2014年，习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出，面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势，保障国家能源安全，必须推动能源生产和消费革命。这是继党的十八大报告提出要“推动能源生产和消费革命，合理控制能源消费总量”之后，中央再次强调能源消费革命的重要性和紧迫性。

　　世界能源消费结构的发展表明，非化石终端能源比例正在快速提升。根据2015年能源消费总量数据统计，全球一次能源消费中，石油占一次能源消费的32.9%，天然气占23.8%、煤炭占29.2%、核能占4.4%、水电占6.8%。可再生能源在全球能源消费中的比重为2.8%，其中风能占比52.2%（2015年数据），而该数据十年前仅仅为0.8%。可以预见，未来全球能源消耗将以可再生能源为主。国际能源署发布有关预测：2030年全球清洁能源占比将超过30%。

　　根据国家统计局统计数据显示，2019年我国消费48.6亿吨标准煤，比2018年增长3.3%。其中煤炭消费量占能源消费总量的57.7%，比上年下降1.5个百分点；天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的23.4%，上升1.3个百分点。可以估计，未来能源消费非化石能源的比例将会逐年提高，包括水电在内的非化石可再生能源消费都将部分转化为氢能消费，成为能源消费革命的主力军。

　　氢能以其独特的能源特性和产业集群带动作用，正在悄悄改变能源消费结构和格局。氢能产业链长，技术门槛高，在我国实施绿色能源消费战略的政策指引下快速发展。氢能产业涵盖制氢、储氢、氢运输、氢能终端产品（包括汽车、电池），储氢技术和氢燃料电池技术的突破，将打破我们原有的二次能源消费习惯，离网型可持续电源将突破我们对电力消费的传统习惯，大型终端移动电源将不再是空谈。

　　2019年6月，中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出，中国是全球第一产氢大国，初步评估现有工业制氢产能为2500万吨/年，已掌握部分氢能基础设施与一批燃料电池相关核心技术，制定出台国家标准86项次，具备一定的产业装备及燃料电池整车生产能力。初步预测，2020年至2025年，我国氢能产业产值将达到1万亿元，氢能源车数量达到5万辆，加氢站数量200座；接下来十年将迎来一个新的高峰，2026至2035年产值达到5万亿元，加氢站数量1500座，燃料电池车规模将达到1500万辆。

　　由于我国的能源消费结构一直依赖煤炭和石油，而氢能的出现恰好破解了这个难题，弃水、弃风、弃光将成为历史，还可以直接用低质煤炭制氢，最大效率提升煤炭资源利用效率。离散的、不稳定的非化石电源通过转化为氢能，可以连续、稳定电源形式输出，还可离网输出，打破多年来的传统电力消费习惯。

　　氢能在能源生产和消费革命中都将扮演关键角色，未来将广泛应用于交通、工业、建筑供热等领域。由于制氢成本逐步下降，氢燃料电池汽车的技术发展取得了快速进步，氢能产业正在走向高速发展期。氢能发展的政策性利好也在逐渐释放。能源格局正在发生深刻变化，氢能发展作为解决能源危机和环境危机的重要战略方向，将是我国构建“清洁、低碳、安全、高效”能源体系的重要一环。电能和氢能将共同作为绿色能源的终端形态，电氢能源体系将成为构建现代能源体系的途径之一。

　　氢能产业发展任重道远

　　氢燃料电池技术已经逐渐进入产业发展上升期，其前景广阔。国内氢燃料电池汽车的保有量已经超过6000辆，工程应用技术得到了初步验证，为后期的氢能产业发展规模化、产业化奠定基础。

　　氢能产业的发展不仅是一个技术问题，还依赖于整个产业链的支撑，特别是上游的氢气制取、储运以及加氢站等基础设施。需要打造“制、储、运、加、用”一体化的氢能产业链，才能进一步推动包括氢燃料电池产业在内的氢能商业化。氢能产业链建设目前发展还较为薄弱。氢的制取、储运以及加氢站等产业链各环节，直接决定了氢能的发展规模，以氢燃料汽车为例，能源成本与燃油车还有一定的差距，急需通过产业链上游的规模化，来降低氢燃料的使用成本。

　　加大自主创新力度。在加氢枪、压缩机、储容器等关键设备，氢密封材料、低温金属材料、高效冷绝缘材料等关键材料方面加大研发投入，解决制约氢能发展的基础瓶颈。我国氢制取、运输、储藏甚至使用所需核心技术与材料装备以及零部件目前都有赖于进口。可建立以央企、国企为核心的创新联合体，围绕产业链进行科技攻关，在此基础上依托大型能源企业成立国家级联合研发和推广应用平台，有效整合社会资源，推动全社会相关领域科研力量的广泛参与和协同攻关，聚焦核心技术，加快突破薄弱环节，合力推动我国氢能产业迈上全球价值链的中高端位置。

　　加快基础设施布局。目前我国输氢管道只有约100千米，终端加氢站64座，基础设施的匮乏不仅很大程度上限制了氢能经济的规模化与商业成本的下降幅度，也导致氢能的使用场景单一，同时制约了相关配套产业体系的发展。建议将氢能基础设施建设纳入“新基建”盘子中给予重点扶持，除了国家扮演建设主体外，更应通过BOT（建设—经营—转让）、PPP（政府和社会资本合作）等方式引进社会资本参与氢气站的投资，并在运营过程中给予充分的财税惠补，同时支持国家油气管网公司等加大对油气管道的配套改造与完善，增补管道的氢能输送功能。

　　国家层面也开始重视氢燃料电池汽车基础设施的建设。2020年4月，国家能源局发布《能源法（征求意见稿）》，首次将氢能纳入能源种类；6月，住建部办公厅发布关于国家标准《加氢站技术规范（局部修订条文征求意见稿）》，拟新增液态氢储存相关内容及技术标准。一系列政策的落地，有望进一步推动全产业链降本增效。

　　氢能产业的发展还有很多技术难题正在解决，产业链的配套还需完善，规模化应用还有待市场检验，但能源消费发展的历史使命已经把氢能推到了潮流尖端，相信行业内部会紧紧把握机遇，做大做强中国的氢能产业，为实现中国的绿色发展梦再作新贡献。

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