氫能是一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效、應(yīng)用場景豐富的二次能源，是推動傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想互聯(lián)媒介，是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的有效選擇。氫能產(chǎn)業(yè)鏈較長，氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展有望帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。我國已做出“2060年實(shí)現(xiàn)碳中和”的莊嚴(yán)承諾，隨著我國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，以可再生能源為主導(dǎo)的能源體系將改變傳統(tǒng)的能源供給方式，電能將作為可再生能源的承接載體，在未來能源系統(tǒng)中扮演重要角色。但在全球?qū)崿F(xiàn)碳中和的過程中，“可再生能源+電氣化”手段并不能解決所有碳排放問題，鋼鐵、化工、重載卡車、高品位熱力需求等“難以減排領(lǐng)域”成為新的熱點(diǎn)難點(diǎn)，氫能將作為工業(yè)原料、高能燃料，發(fā)揮化石燃料的替代作用，助推“難以減排領(lǐng)域”的深度脫碳、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。同時(shí)，氫能還可以與電力協(xié)同，在可再生電力季節(jié)性供需平衡中發(fā)揮更大作用，提高能源系統(tǒng)整體效率和可再生能源滲透能力，切實(shí)推動新型電力系統(tǒng)建設(shè)和能源深度綠色轉(zhuǎn)型。

 

因此，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰碳中和”戰(zhàn)略的重要抓手。能源低碳轉(zhuǎn)型的前提是風(fēng)、光、氫、儲等能源技術(shù)的突破，以及新材料、智能電網(wǎng)、分布式能源、能源互聯(lián)網(wǎng)等配套科技的創(chuàng)新發(fā)展。開發(fā)氫能先進(jìn)技術(shù)和推動氫能產(chǎn)業(yè)化，也正在成為深入推進(jìn)能源供給和消費(fèi)革命的重要方向。

 

 

(一)支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)

 

氫氣可作為靈活高效二次能源，支撐以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)。可再生能源目前的利用方式導(dǎo)致其能源供應(yīng)具備時(shí)空不穩(wěn)定性，能量密度較低，難以在部分場景大規(guī)模利用，氫電耦合為解決這一問題提供了方案，促進(jìn)可再生能源消納。從短周期看，制氫裝置功率運(yùn)行范圍寬、功率變化率快，與可再生能源的快速波動特性非常匹配。將氫能與可再生能源耦合，可有效降低可再生能源對電網(wǎng)的沖擊，促進(jìn)可再生能源消納。從長周期看，氫打破了現(xiàn)有傳統(tǒng)能源與可再生能源等清潔能源單一的能量轉(zhuǎn)換模式，可成為現(xiàn)有能源體系的互轉(zhuǎn)點(diǎn)與耦合中心，通過電解水制氫技術(shù)及氫氣與其他能源品種之間的轉(zhuǎn)化，可以在保證經(jīng)濟(jì)性的條件下實(shí)現(xiàn)大規(guī)模長周期儲能。因此，氫能可提高可再生能源的消納、提供長時(shí)間儲能、優(yōu)化區(qū)域物質(zhì)流和能量流，可實(shí)現(xiàn)多異質(zhì)能源跨地域和跨季節(jié)的優(yōu)化配置，形成可持續(xù)、高彈性的創(chuàng)新型多能互補(bǔ)系統(tǒng)，對于碳中和場景下全時(shí)段源荷能量平衡具有重要的意義。

 

氫能既可以作為儲能側(cè)的“穩(wěn)定器”，也可以作為用電側(cè)的“燃料源”，是未來新型能源系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。氫能可成為部分場景下較電力更優(yōu)的脫碳選擇，為能源轉(zhuǎn)型提供更高的靈活轉(zhuǎn)換能力。燃料電池?zé)犭娐?lián)供綜合效率高，是發(fā)展綜合能源的重要技術(shù)手段。針對海島、邊防等偏遠(yuǎn)地區(qū)，可構(gòu)建分布式電-氫耦合清潔供能系統(tǒng)，利用分布式電源制取氫氣，利用燃料電池進(jìn)行熱電聯(lián)供，滿足用戶多種用能需求。此外，固體氧化物燃料電池(SOFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)可以直接使用碳基燃料，與現(xiàn)有能源供應(yīng)系統(tǒng)兼容，在大中小型固定及分布式發(fā)電領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景;以氫氣為能源、低溫運(yùn)行的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，在中重型交通、建筑脫碳領(lǐng)域則有廣闊的發(fā)展空間。

 

(二)推動難脫碳領(lǐng)域深度脫碳

 

在加速推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型過程中，氫能在鋼鐵化工、建筑和交通領(lǐng)域中將逐步廣泛應(yīng)用，以氫代油、以氫代煤推動終端用能清潔化、多元化。在工業(yè)領(lǐng)域，我國是全球最大的工業(yè)化國家，鋼鐵、石化、化工等行業(yè)需要作為還原劑或原料的化石工業(yè)原料是典型的難以減排領(lǐng)域，無法由直接電氣化手段來替代，但可用氫替代。同時(shí)，鋼鐵、冶金、石化、水泥的生產(chǎn)過程中需要大量的高位熱能，可利用綠色氫能燃燒熱值高的特性，作為工業(yè)領(lǐng)域深度脫碳的重要抓手。在建筑領(lǐng)域，綠色氫能供熱將成為未來天然氣供熱的有利替代。在現(xiàn)有天然氣管道中摻雜氫氣，滿足建筑領(lǐng)域供熱需求，同時(shí)減少碳排放量，是氫能連接電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)的重要途徑，也是氫氣大規(guī)模普及的重要渠道，可以充分利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施而不額外增加成本。近中期實(shí)施中低比例摻氫，在氫氣濃度(體積最高為10%-20%)相對較低的情況下，無需對基礎(chǔ)設(shè)施和終端應(yīng)用進(jìn)行重大改變，投資成本較低，是建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要方式。在交通領(lǐng)域，主要包括道路、鐵路、航空和船運(yùn)這四種方式，在完善的電力基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)進(jìn)步的推動下，動力電池在道路交通上得到大規(guī)模應(yīng)用，但動力電池特性不適用于大載重、長續(xù)駛、高強(qiáng)度的重型道路交通和船舶、航空等場景，上述交通方式需要更多地依靠氫能等方式滿足脫碳需求。

 

(三)氫基合成綠色燃料和材料

 

氫氣可合成綠色燃料和材料，構(gòu)建零碳工業(yè)產(chǎn)品體系。隨著氫的能量屬性逐漸被重視，作為替代高碳燃料應(yīng)用于高熱值場景的氫基能源，綠氫合成氨、甲醇、甲烷、煤油等載能燃料進(jìn)行儲運(yùn)或綜合利用成為產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)，帶動傳統(tǒng)火電、航運(yùn)、航空等多個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施再利用和深度脫碳。此外，綠氫與二氧化碳合成制取化工產(chǎn)品，提供大規(guī)模二氧化碳利用的機(jī)遇，有望成為重大顛覆性技術(shù)，對石油化工、煤化工體系產(chǎn)生革命性影響。

 

 

(一)發(fā)展現(xiàn)狀

 

產(chǎn)業(yè)層面，我國氫能及燃料電池已具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基礎(chǔ)。產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)超過1000家，已初步形成京津冀、長三角和珠三角等氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)集群，以分布式能源領(lǐng)域、移動通信基站以及城市客運(yùn)、物流等商用車型為先導(dǎo)開展了規(guī)模化示范運(yùn)行。截至2021年9月，我國累計(jì)銷售燃料電池汽車超過8500輛，上海、北京、河北張家口、廣東佛山、云浮等地開展燃料電池客車商業(yè)化示范運(yùn)營累計(jì)運(yùn)行超過100萬公里;累計(jì)建成(含試運(yùn)營)加氫站近200座，位居全球第一。京津冀、長三角、珠三角地區(qū)建設(shè)運(yùn)營加氫站總數(shù)共占我國加氫站總數(shù)的50%以上。各地已簽約及在建可再生能源制氫項(xiàng)目超過100個(gè)。根據(jù)發(fā)布的相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，2025年京津冀、長三角和珠三角地區(qū)各規(guī)劃加氫站超過百座，燃料電池汽車過萬臺，產(chǎn)業(yè)達(dá)到千億規(guī)模。

 

技術(shù)層面，經(jīng)過4個(gè)五年國家科技計(jì)劃的組織實(shí)施，我國燃料電池從電堆、系統(tǒng)到關(guān)鍵部件技術(shù)研發(fā)均取得一系列關(guān)鍵突破，形成了涵蓋制氫、儲氫、氫安全、燃料電池及整車應(yīng)用等技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研用研發(fā)體系。但在多個(gè)環(huán)節(jié)也存在明顯的差距。在制氫環(huán)節(jié)，整體處于并跑階段，部分技術(shù)存在差距。工業(yè)氫氣純化技術(shù)水平與國外持平;堿性電解水制氫也已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，成本較國外也有顯著優(yōu)勢，質(zhì)子交換膜電解水裝備仍處于研發(fā)向示范過渡階段。在儲運(yùn)環(huán)節(jié)，技術(shù)相對落后，但基本具備了自主化能力。高壓氣氫方面，車用儲氫容器罐體和T700、T800強(qiáng)度碳纖維等材料已初步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，具備IV型瓶制造能力;液氫儲運(yùn)方面，我國已基本掌握基于氦膨脹制冷循環(huán)的氫液化系統(tǒng)研發(fā)能力，透平膨脹機(jī)、控制系統(tǒng)、壓縮機(jī)、正仲氫轉(zhuǎn)化器等核心設(shè)備在內(nèi)的90%以上的設(shè)備完全采用國產(chǎn);加氫站方面，我國35MPa加氫站技術(shù)已趨于成熟，45MPa大容積儲氫罐、35MPa加氫機(jī)整機(jī)和45MPa隔膜式壓縮機(jī)均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，70MPa國產(chǎn)化設(shè)備已經(jīng)開展示范試驗(yàn)。在綜合應(yīng)用環(huán)節(jié)，燃料電池商用車發(fā)展已處于并跑階段，其余領(lǐng)域處于跟跑階段，部分國產(chǎn)化裝備競爭力提升明顯。燃料電池方面，質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的膜電極、雙極板、氫氣循環(huán)泵、空氣壓縮機(jī)等核心組件，質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層等關(guān)鍵材料，均已實(shí)現(xiàn)小規(guī)模自主生產(chǎn)，系統(tǒng)國產(chǎn)化程度已提高到80%左右。氫冶金方面，富氫冶金技術(shù)已經(jīng)基本掌握，與瑞典、日本、德國等鋼鐵企業(yè)合作共同開發(fā)示范純氫冶金相關(guān)技術(shù)。合成燃料方面，已在甘肅等部分地區(qū)開展了示范運(yùn)行。

 

但同時(shí)，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然面臨的諸多的挑戰(zhàn)。一方面，地方政府培育氫能產(chǎn)業(yè)鏈的積極性愈發(fā)高漲，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展同質(zhì)化苗頭有所顯現(xiàn)。燃料電池汽車示范應(yīng)用政策發(fā)布以來，部分地方為搶占先機(jī)，紛紛啟動氫能規(guī)劃，設(shè)立氫能園區(qū)，搶奪頭部企業(yè)批量上馬燃料電池車輛。但由于缺少氫能產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的統(tǒng)籌，規(guī)劃雷同性較高，甚至出現(xiàn)低水平重復(fù)建設(shè)，短時(shí)間內(nèi)面臨產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，各地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)普遍存在重應(yīng)用、輕研發(fā)，重短期效果、輕長期投入，急于求成等問題。加之對攻克關(guān)鍵材料和核心技術(shù)缺乏協(xié)同，國企民企未形成統(tǒng)一合力，一定程度上出現(xiàn)了“重復(fù)造輪子”和“炒剩飯”的現(xiàn)象，產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在原材料和基礎(chǔ)制造工藝“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。

 

另一方面，氫能產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)化前夜，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，是推動我國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、走向全球產(chǎn)業(yè)鏈中高端的必行之舉。要加強(qiáng)基礎(chǔ)研發(fā)領(lǐng)域創(chuàng)新，以技術(shù)先行、產(chǎn)業(yè)驅(qū)動的原則，探索建立以市場為導(dǎo)向，產(chǎn)學(xué)研用一體化的新型舉國體制。有效整合氫能產(chǎn)業(yè)研發(fā)資源，消除跨部門、跨領(lǐng)域和跨國界合作障礙，匯聚政產(chǎn)學(xué)研用力量，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合攻關(guān)、知識產(chǎn)權(quán)共享，加快氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)、材料研發(fā)及裝備制造自主化。

 

(二)發(fā)展建議

 

1. “先立后破”，逐步推動氫源結(jié)構(gòu)低碳化

 

隨著我國“雙碳戰(zhàn)略”的提出，化石能源清潔化和清潔能源規(guī)?；铀侔l(fā)展，氫能供應(yīng)鏈清潔化發(fā)展大勢所趨，但氫源結(jié)構(gòu)優(yōu)化仍需遵循市場規(guī)律。與化石燃料制氫相比，可再生能源制氫成本近期較高，考慮氫能應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性，“煤制氫+CCUS”、工業(yè)副產(chǎn)氫提純將有效發(fā)揮過渡支撐作用，與再生能源制氫技術(shù)、將共同構(gòu)成未來清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系。在多元化的供應(yīng)格局中，技術(shù)發(fā)展度取決于不同發(fā)展階段的適用性、經(jīng)濟(jì)性、能源效率和環(huán)境效益。對于可再生能源制氫而言,重點(diǎn)是提升現(xiàn)有制氫裝備技術(shù)水平以及規(guī)?；当? 對于化石能源制氫而言, 重點(diǎn)是研發(fā) CCUS 技術(shù)來控制碳排放; 工業(yè)副產(chǎn)氫則應(yīng)聚焦提純技術(shù)，在近期應(yīng)得到優(yōu)先、高值化的利用。從中長期看，加速推動可再生能源制氫規(guī)模化發(fā)展，降低可再生氫成本，逐步替代化石燃料制氫，是實(shí)現(xiàn)氫能可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)有之義。

 

2. 加速推進(jìn)核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備自主化

 

近年來，我國高度重視氫能技術(shù)自主創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化，氫能供應(yīng)鏈各類關(guān)鍵技術(shù)取得較大突破，技術(shù)成果轉(zhuǎn)化成效顯著，全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)自主化加快。在核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備自主化過程中應(yīng)堅(jiān)持重點(diǎn)突破與協(xié)同推進(jìn)相結(jié)合的原則，對于產(chǎn)業(yè)需求迫切、“卡脖子”現(xiàn)象嚴(yán)重、降本效益顯著的技術(shù)與裝備應(yīng)予以重點(diǎn)突破，對于前瞻性技術(shù)、儲備性技術(shù)、配套技術(shù)則協(xié)同推進(jìn)。結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)與需求，制氫領(lǐng)域應(yīng)以可再生能源制氫為重點(diǎn)突破，攻關(guān)與可再生能源耦合負(fù)荷波動下電解水系統(tǒng)，探索多能互補(bǔ)可再生能源電解水最優(yōu)容量配置，同時(shí)提升堿水制氫設(shè)備電流密度，綜合提高和優(yōu)化PEM制氫電耗、設(shè)備成本與壽命性能，協(xié)同推進(jìn)副產(chǎn)氫提純技術(shù)以及SOEC、光解水制氫、熱化學(xué)循環(huán)制氫等前瞻性技術(shù)。儲運(yùn)領(lǐng)域近期需聚焦氫能短途運(yùn)輸密集、液氫民用開啟與天然氣摻氫示范三大發(fā)展趨勢，攻克50MPa壓力等級長管拖車運(yùn)輸;降低氫氣液化能耗、氫氣液化成本和液氫制備與儲運(yùn)裝置自主化;以及管道運(yùn)氫核心技術(shù)，協(xié)同推進(jìn)輕質(zhì)化固體材料、有機(jī)液態(tài)儲氫等技術(shù)。加注領(lǐng)域以降低加注成本為核心目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)氫氣壓縮機(jī)、70MPa加氫機(jī)、傳感器、流量計(jì)等核心零部件及整機(jī)的自主化，協(xié)同推進(jìn)液氫儲氫加氫站、制氫加氫一體站技術(shù)研發(fā)。燃料電池領(lǐng)域考慮多應(yīng)用場景兼顧低溫與高溫燃料電池，長壽命PEM系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件自主化、低載鉑量催化劑開發(fā);高耐久性SOFC電極材料、低成本量產(chǎn)技術(shù)，性能提升、集成優(yōu)化設(shè)計(jì);MCFC堆疊技術(shù)優(yōu)化，百千瓦級功率放大是主要攻關(guān)目標(biāo)。氫安全領(lǐng)域關(guān)鍵在于要著力加強(qiáng)氫能安全的基礎(chǔ)理論研究，譬如氫能設(shè)施與設(shè)備的材料適用性與相容性研究、氫泄漏的預(yù)防與監(jiān)測技術(shù)研究、應(yīng)急處置裝備等。

 

3. 完善頂層設(shè)計(jì)體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展

 

氫能納入能源管理范疇，以推進(jìn)氫能服務(wù)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)加強(qiáng)其安全監(jiān)管。安全是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的命脈，從氫能使用的設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)行和維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)有足夠高的可靠性，包括人員的可靠性。一是根據(jù)氫能特性，加強(qiáng)氫能安全性監(jiān)管。我國能源領(lǐng)域適用安全法律與規(guī)程缺少足夠的系統(tǒng)性，不足以滿足整個(gè)氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)有的石油天然氣安全監(jiān)管體系與法規(guī)明顯不適應(yīng)氫能安全監(jiān)管的需要，現(xiàn)有的氫能安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范亦不完善，應(yīng)組織完善氫氣制、儲、運(yùn)、用等各環(huán)節(jié)法律法規(guī)和安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)強(qiáng)化安全法律與標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，細(xì)化各風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的操作規(guī)程。制定風(fēng)險(xiǎn)防范和危機(jī)處置方案，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和安全知識普及推廣。產(chǎn)業(yè)推進(jìn)節(jié)奏要與安全監(jiān)管體系建設(shè)、安全監(jiān)管力量配備等相匹配，切勿盲目追求規(guī)模，忽視安全。二是高度重視技術(shù)預(yù)防，提高氫能基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備的本質(zhì)安全。了解熟悉其安全特性，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，持續(xù)加強(qiáng)安全管理，才得使氫能造福于民。關(guān)鍵在于要著力加強(qiáng)氫安全的基礎(chǔ)理論研究，完善整體技術(shù)和裝備布局，打造具有第三方公證地位的氫安全實(shí)驗(yàn)室，不斷推動技術(shù)進(jìn)步，加大對氫氣安全生產(chǎn)和安全使用智能控制、智能監(jiān)控的投入，持續(xù)提高氫能設(shè)備的可靠性和安全性。三是推動氫能領(lǐng)跑者行動計(jì)劃，推動標(biāo)準(zhǔn)治理效能與技術(shù)迭代創(chuàng)新協(xié)同，從重點(diǎn)環(huán)節(jié)技術(shù)裝備、系統(tǒng)到項(xiàng)目整體分步實(shí)施，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)自主化水平整體提升。

 

強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)手段，準(zhǔn)確把握氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，充分吸取國內(nèi)風(fēng)電、光伏以及新能源汽車發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。一是宜氫則氫、準(zhǔn)確定位，確立“清潔低碳”和“靈活高效”的氫能技術(shù)發(fā)展布局。基于氫能在能源轉(zhuǎn)型與雙碳目標(biāo)下的發(fā)展定位以及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須緊緊圍繞上述氫能的核心優(yōu)勢領(lǐng)域，重點(diǎn)布局氫能與可再生能源協(xié)同發(fā)展、工業(yè)清潔化生產(chǎn)以及基于燃料電池技術(shù)的交通運(yùn)輸動力系統(tǒng)。二是把技術(shù)水平作為制定氫能發(fā)展路徑的依據(jù)。在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段，堅(jiān)持“示范先行”原則，在基于技術(shù)自主可控的前提下推動燃料電池汽車示范應(yīng)用基礎(chǔ)上，探索開展制氫示范、裝備技術(shù)研發(fā)示范，并結(jié)合各地資源稟賦設(shè)立綜合發(fā)展示范區(qū)，逐步在制氫、儲能、氫冶金、綠色化工等其他應(yīng)用領(lǐng)域開展示范，按照成熟一個(gè)、推進(jìn)一個(gè)的原則以點(diǎn)帶面地推動多領(lǐng)域示范推廣應(yīng)用，帶動全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)規(guī)?；⑸虡I(yè)化發(fā)展，以避免產(chǎn)業(yè)鏈重復(fù)建設(shè)和無序發(fā)展。