我國發展氫能產業的挑戰與建議

深圳市規劃國土發展研究中心 張 濤 張 旭

當今世界，新一輪科技革命、能源轉型和產業變革與我國經濟高質量發展共同走到了交匯口。其中，氫能作為一種資源可觀、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，目前正在逐步成為我國乃至全球能源發展的重要載體之一。與此同時，氫能的規?；_發利用技術逐漸取得重大突破，也為理論上的零碳能源利用開辟了一個新的窗口。我國必須牢牢把握全球能源發展的大勢和重要機遇，加快培育國產氫能產業，協助我國能源清潔低碳的快速轉型。

1 發展氫能面臨的挑戰

國際上，全球主要發達國家高度重視氫能產業發展，均在積極培育氫能產業的增長點。我國作為世界上最大的制氫國，年制氫產量約3 300 萬t，然而相較于國際先進水準，我國在發展氫能的道路上面臨著氫能制造運輸成本居高不下、缺乏核心技術、產業發展制度滯后、基建設施規模不足和市場空間不斷擠壓等一系列挑戰。

1.1 制造運輸成本居高不下

從目前的氫能技術發展情況判斷，氫能產業屬于高端產業鏈類型，制氫成本、運輸成本比較高昂，限制了氫能產業向下游產業鏈的延伸，影響了氫能規?；钠占?。

(1)制氫成本。從目前的主流的制氫技術分析，普遍存在制氫成本偏高的固有問題。例如：天然氣制氫過程中，作為原料的天然氣成本占到制氫成本70%以上；煤炭制氫過程中，作為原料的煤炭成本占到煤制氫成本50%以上。無論天然氣制氫還是煤制氫，均屬于化石能源制氫，在生產過程中都伴隨二氧化碳產生，所產氫氣在學術上定義為“灰氫”；如通過額外投資使用碳捕集利用封存(CCUS)技術所生產的氫氣則在學術上定義為“藍氫”，因此，生產相對清潔的“藍氫”，比生產“灰氫”多了一道碳捕捉工藝，為此也提高了成本；通過使用再生能源(太陽能、風能、核能等)發電進行電解水制造的氫氣，由于在生產過程中沒有碳排放，則在學術上定義為“綠氫”，電費在“綠氫”的制造成本中占到60%以上，致使“綠氫”成本普遍要高于“灰氫”，因此在當下的氫能市場發展期，“灰氫”資源因其成本因素更受市場青睞。

(2)運輸成本。目前，氫能有3 種主要運輸方式：高壓氣氫運輸、低溫液氫運輸和管道輸氫運輸。氫能3 種主要運輸方式的基本情況，詳見表1。

表1 氫能3 種主要運輸方式基本情況

高壓氣氫運輸類似于壓縮天然氣(CNG)運輸，是現下氫能主流的運輸方式。其原理簡單、技術較為成熟。由于氫氣密度小，使得儲氫壓力容器自重較大，導致拖車運輸氫能的質量只能占到總運輸質量的1%～2%，另外氫氣瓶的卸車時間很長，需要2～6 h，導致高壓氣氫運輸的成本較高，效能低下。

低溫液氫運輸類似于液化天然氣(LNG)運輸，在大批量、中遠距離的氫能運輸中，由于液氫運輸車相對可以容納更多的氫能，使得低溫液氫運輸比高壓氣氫運輸更有優勢。然而低溫液氫運輸的缺點也較為明顯，就是在制取液氫過程中需要消耗大量的能量。據初步統計分析，液化過程消耗能源占液氫總能源的30%～40%，與此同時低溫液氫運輸在液氫的儲存、輸送、裝卸過程中必然會造成一定程度的蒸發損失，并且終端專用核心接收設備仍需依賴進口，無形中提高了低溫液氫運輸的總體成本。

管道輸氫運輸類似于氣態天然氣的長輸管運，是目前氫能實現大規模、(超)長距離、低成本運輸的重要方式。但由于管材存在“氫脆”現象，氫氣管道及相關的配套設備均需選用特殊處理的低碳鋼材，都將導致整個管輸氫能系統的設備需要全部重新試驗和研發，由此帶來的超高附加成本是長期制約管道輸氫運輸的重要因素。

1.2 核心國產技術欠缺

我國雖然形成了一定規模的氫能市場，打造了相對完整的氫能產業，然而核心技術與國際先進水平對比，仍存在數年甚至十年的代差。與20年前我國發展管道天然氣之初較為類似，現有國產氫能設備的經濟技術能力還不能完全匹配我國的發展需求，某些核心材料嚴重依賴進口。例如，固定氧化物與陰離子交換膜的國產產品不夠成熟，只有少數發達國家的研發公司和設備制造商掌握其核心技術。未來，我國氫能產業的許多技術發展路線和核心技術難題有待“產學研”的通力解決和艱苦攻關。就目前而言，核心國產技術的現有水平，還無法支撐我國開展大規模的市場化運營。

1.3 政策激勵措施不足

我國現有促進氫能產業發展的政策激勵方向過于集中，基本圍繞氫燃料電池汽車，還未延伸至整個氫能產業鏈，由此造成對氫能技術全面創新的驅動效能偏低。在頂層戰略方面，我國尚未像發展電動汽車一樣，出臺大規模針對氫能使用的明確扶持補貼政策，對于供給側的激勵政策大多數存在于省、市層面，需求側的激勵政策基本集中于儲氫和氫能汽車領域，并未提出實質性的硬性考核指標。

在未來可預計的一定時間段之內，我國在能源方面的政策性激勵大概率仍會側重于新能源和電動汽車板塊，由此造成對氫能產業的政策排斥。

1.4 基礎設施建設困境

未來氫能發展最先突破口大概率會集中在氫燃料電池領域，然而加氫站的數量偏少、規模不足是導致氫能推廣的一個嚴重的制約性頑疾。雖然我國近年來已在加氫站建設方面加大了投資力度，累計建成的加氫站和在營的加氫站已經超過了日本，穩居世界第一，但是從全國范圍內的氫能需求進行評估，現有的加氫站數量和建設速度還遠遠不能滿足我國的氫能市場需求，無法支撐氫能產業的健康成長。雖然有規劃、設計、建設等方面的困難，但核心制約因素主要是加氫站投資較大的問題(站內核心部件依賴國外進口)，必將成為氫能源汽車乃至氫能產業發展過程中的一個重要掣肘因素。

1.5 市場發展環境競爭

氫燃料電池汽車市場與電動汽車市場是存在競爭關系的，特別是近年來電池技術的突飛猛進和日新月異，已基本可以達到燃油車的所有關鍵性指標，可覆蓋汽車的所有類型領域。在可預計的未來，電動汽車的電池技術會繼續進行深度創新，會更受到市場的青睞，從而進一步擠壓氫燃料電池汽車、燃油汽車、燃氣汽車等的市場發展空間。

2 發展氫能的建議

針對我國在發展氫能產業方面面臨的上述5 大挑戰，為推動氫能產業的高質量發展，實現碳達峰、碳中和目標，我國應該著眼搶占未來氫能產業發展先機，在統籌氫能產業布局的前提下，降低氫能成本、提升創新能力，完善政策體系，加大建設力度、拓展國內外市場，以此提高氫能產業在能源消費結構中的比重，為我國構建清潔低碳、安全高效的能源體系提供強力支撐。

2.1 拓展綠氫，試點摻氫，降低成本

通過對比而知，“綠氫”憑借其清潔性，比“灰氫”和“藍氫”更具優勢，是未來制氫的發展重點和方向。通過趨勢分析，在2050年左右，我國將形成以可再生能源制造的“綠氫”為主體，以化石能源+碳捕捉技術制造的“藍氫”為補充的氫能發展格局；在2050年以后，可再生能源制造的“綠氫”將逐步成為唯一的氫能主體。對于可再生能源制造的“綠氫”不存在過多的技術難題，唯需解決制氫過程中的成本問題。

對現有主流的3 種氫能運輸方式而言，天然氣管網摻氫的管道輸氫運輸是行業內普遍認同的發展方向。據研究，如果在天然氣管網中摻入15%～20%的氫氣，可以直接利用現有天然氣管道進行輸送，無需開展全面的管網和配套設備更換，目前德國、英國等已有類似示范項目。如果天然氣管網摻氫路線通過技術攻關后證明可行，并能解決氫氣與天然氣管道相容性的問題，那我國的西北部地區憑借其作為西氣東輸的上游段優勢和豐富的光伏、風能發電資源稟賦，可進行大規模的天然氣管網摻氫，能大大降低運輸氫能的成本，并可將氫能輸送至能源消耗較大且經濟發達的珠三角和長三角地區，有效地緩解我國能源供需的地域不平衡問題。

2.2 技術創新，加大研發，攻破難關

堅持創新驅動發展，推進質子交換膜燃料電池等技術的國產化創新，研發關鍵性的相關材料，提高性能指標，最終形成批量化生產的能力。此外，我國的氫能產業還需要持續提升氫燃料電池的可靠性、穩定性、耐久性，加快新一代氫燃料電池等技術的攻關，著力推進核心零部件以及關鍵設備的開發制造，提高可再生能源制氫轉化效率，突破氫能基礎設施環節的關鍵核心技術，并且加大制、儲、輸、用氫全鏈條安全技術開發應用，持續推動氫能先進技術、關鍵設備、重大產品示范應用和國產化發展，構建完成氫能產業的高質量發展技術體系。

2.3 健全政策，完善標準，推動發展

制定完善的氫能管理政策，規范氫能制備、儲運和加注等環節的建設管理程序，完善規劃、設計、建設和運營的具體政策規定，注重在規劃設計、建設要求、審批流程和監管方式等方面強化政策扶持，提升運營水平。研究探索可再生能源制氫的支持性電價政策，完善可再生能源制氫的市場化機制，健全氫能的儲能價格機制，探索其直接參與電力市場交易的可行性。

推動完善氫能制、儲、輸、用標準體系，重點圍繞建立健全氫能質量、應用安全等的基礎標準，增加標準的有效供給。國家相關職能部門必須鼓勵龍頭企業積極參與各類標準的研制工作，推進氫能產品檢驗檢測和認證公共服務平臺建設，推動氫能產品質量認證體系建設。

2.4 布局制氫，構建儲運，加快建設

結合氫能資源稟賦特點和產業布局條件，因地制宜選擇制氫技術路線，逐步推動構建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫系統，逐步擴大示范規模，探索季節性儲能和電網調峰的設施建設。

支持開展多種儲運方式的探索和實踐，提高儲運效率，降低儲運成本，提升儲運的商業化水平，推動低溫液氫儲運設施的產業化應用，探索固態、深冷高壓、有機液體等儲運方式的系統化建設。

堅持需求導向，合理布局建設加氫站，有序推進加氫網絡體系建設，堅持安全為先，節約集約利用土地資源，支持依法依規利用現有加油加氣站的場地設施改擴建加氫站，逐步在某些加氫站內探索站內制氫、儲氫和加氫一體化的新型模式。

2.5 加強融合，錯位發展，拓展市場

發揮市場在資源配置中的決定性作用，突出企業主體地位，加強“產學研用”深度融合，著力提高氫能技術經濟性，積極探索氫能利用、電動汽車發展并駕齊驅的商業化路徑，選擇適合的技術路線進行錯位發展，以此更好發揮政府的市場調配作用，科學優化氫燃料電池產業布局，引導氫能產業市場規范發展。

加強與氫能技術領先的國家和地區開展項目合作，共同開拓第三方國際市場，推動氫燃料電池在備用電源領域的市場應用。

3 結語

低碳發展是我國經濟和社會發展的必由之路。氫能產業是實現雙碳目標的前沿技術，是綠色發展在能源應用領域的重要表現形式之一。面對新形勢、新機遇、新挑戰，我國的氫能產業亟需加強頂層設計和統籌謀劃，需進一步激發氫能產業的創新能力，不斷拓展市場應用新空間，引導產業健康有序發展。

本文分析了我國氫能產業發展面臨的挑戰，提出了發展氫能產業的有關建議，意在為同行們在氫能產業領域的研究提供理論參考和經驗借鑒。