楊凡

1.中石化石油機械股份有限公司研究院；2.中石化石油機械裝備重點實驗室

氫能作為二次能源，具有來源廣泛、適應大范圍儲能、用途廣泛、能量密度大、零污染等多種優(yōu)勢，在當前全球呼吁實現(xiàn)“碳中和”的背景下，其作用已為世界各國所重視。僅2020年，就有九個國家及歐盟公布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。我國雖已將氫能納入能源體系，但至今尚未就其發(fā)展公布國家戰(zhàn)略。我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線尚不明確。

一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

（一）氫氣制取

目前國際上商業(yè)應用的大規(guī)模氫氣是以化石能源制氫為主，以工業(yè)副產(chǎn)氫和可再生能源制氫為輔。以美國為例，95%的氫由天然氣制氫方式制取，其余部分來源于電解水制氫。在我國氫氣產(chǎn)能中，煤制氫占50%，工業(yè)副產(chǎn)氫占36.4%，而電解水制氫和生物制氫僅占2%-4%。

（二）氫氣儲運

國際上，氫氣儲運采用的方式包括長管拖車氣態(tài)儲運、液氫罐車儲運和管道運輸?shù)?，其中長管拖車氣態(tài)儲運技術(shù)成熟，而液氫罐車儲運和管道運輸已在美國和歐洲小范圍應用。氫氣管網(wǎng)方面，美國現(xiàn)有總里程達2720km，歐洲現(xiàn)有總里程約2600km，我國總里程約為400km。

（三）氫能應用

世界各國對于氫能的應用各有偏重。德國將氫能廣泛應用于天然氣摻氫、分布式燃料電池發(fā)電或供熱、氫能煉鋼、化工、氫燃料電池汽車等多個領(lǐng)域；日本的氫能應用主要圍繞氫燃料電池在車用和家用領(lǐng)域的應用展開；澳大利亞、俄羅斯等資源出口大國，則將氫能視為其國內(nèi)資源出口的延續(xù)手段；我國氫能應用集中于石油化工、鋼鐵冶金領(lǐng)域，正在向氫燃料電池汽車領(lǐng)域拓展，但推廣緩慢。

二、國內(nèi)氫能發(fā)展面臨的困難

（一）產(chǎn)業(yè)鏈布局困難

當前我國并未就氫能發(fā)展發(fā)布國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，由于缺少頂層設計，各地對于氫能的發(fā)展無章可循，缺乏統(tǒng)籌安排，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化問題較為突出，整個氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出無序競爭、重復建設和資源浪費等態(tài)勢。氫能屬于我國新開發(fā)的綠色清潔新能源，地方發(fā)展均享有一定的補貼政策，地方政府搶占先機獲得相關(guān)補貼，但產(chǎn)業(yè)規(guī)劃趨同性，缺少對于產(chǎn)業(yè)中下游的統(tǒng)籌措施，關(guān)鍵材料和核心技術(shù)存在偏差，發(fā)展?jié)摿乐夭蛔?。氫能的市場需求相對單一，多應用于交通領(lǐng)域，其中以氫能源汽車產(chǎn)業(yè)為主。單一的推廣市場導致實際產(chǎn)能大于市場需求，最終加大了氫能產(chǎn)業(yè)鏈布局的難度。

（二）核心技術(shù)缺乏

現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)鏈的很多核心技術(shù)尚不能自主?，F(xiàn)今國內(nèi)液氫民用化技術(shù)嚴重滯后于國外發(fā)達國家；清華大學、浙江大學、中國地質(zhì)大學等科研院所已經(jīng)開展了天然氣摻氫技術(shù)和LOHC技術(shù)研究，但大規(guī)模商業(yè)化應用尚有困難；氫燃料電池的關(guān)鍵材料質(zhì)子交換膜、碳紙主要依賴進口；加氫站關(guān)鍵設備氫氣壓縮機、加注機等仍以進口為主。

（三）成本偏高

氫燃料電池汽車作為產(chǎn)品要能被市場所接受，購置成本和終端氫氣總成本都必須符合消費者的心理預期。氫燃料電池的制造要求高、關(guān)鍵材料依賴進口，導致購置成本居高不下；我國終端氫氣總成本尚不能穩(wěn)定控制在40元/kg以下，導致運行成本偏高。氫能源在常溫環(huán)境下呈氣態(tài)，需經(jīng)過液體儲運才能投入使用，而氫能源的儲運問題更是世界性難題。采用液氫罐車低溫儲運方式，對于環(huán)境、容器的要求較高，且儲量較小，難以滿足實際需求，性價比較差，無法進行推廣應用。長管拖車氣態(tài)高壓儲運對于儲存容器的要求相對較低，但儲量較低，大規(guī)模的儲運難度較大。同時，因儲存容器結(jié)構(gòu)較為簡單，安全性能較差，并非理想選擇。在實際的應用過程中，氫能源不適合長途運輸，運輸管道和加氫站的建設也加大了氫能產(chǎn)業(yè)的成本投入。

（四）基礎(chǔ)設施建設不足

在上游，我國氫氣產(chǎn)能對于燃料電池用氫的供給不足?，F(xiàn)階段我國氫能源產(chǎn)品多為灰氫，不滿足燃料電池用氫的忖度需求，同時與國家的環(huán)保發(fā)展理念不符，不適合產(chǎn)業(yè)的長期發(fā)展；在中游，儲運方式單一，運輸能力有限，對于輸氫管道和液氫罐車的投入不足。安全高效的輸氫技術(shù)是氫能擴大發(fā)展的前提，管道輸氫方式是最為高效的運輸方式，但成本投入大大高于長管拖車氣態(tài)高壓儲運，而目前我國的輸氫管道并未形成官網(wǎng)體系，進行管道輸氫的限制較多；在下游，我國的氫燃料汽車行業(yè)發(fā)展處于起步階段，投入運行的車倆數(shù)量較少，對于加氫站的實際需求并不高。而隨著氫燃料汽車行業(yè)發(fā)展，加氫站數(shù)量雖有所增長，但覆蓋區(qū)域有限，且多為示范站。而受限于氫能源的儲運，加氫站的選址也有了一定的要求，更加限制了加氫站的發(fā)展。

三、我國氫能發(fā)展方向建議

（一）加強頂層設計，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

在借鑒全球氫能發(fā)展四種模式精髓的基礎(chǔ)上，立足于國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)、能源結(jié)構(gòu)明確氫能產(chǎn)業(yè)定位，構(gòu)建多元化氫能應用場景，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)中央與地方、技術(shù)與市場、供應與需求、短期目標與長期目標等多方面因素，城市及區(qū)域間互補、系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展，不斷完善現(xiàn)有立法和監(jiān)管機制，引導我國氫能產(chǎn)業(yè)有序、平穩(wěn)發(fā)展，盡量避免結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩情況的出現(xiàn)，集中人力、物力、財力解決關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)突破。推動氫能產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)的建立，應用氫能源領(lǐng)域的領(lǐng)先條件，與電力系統(tǒng)、新能源汽車產(chǎn)業(yè)、軌道交通產(chǎn)業(yè)等多行業(yè)進行協(xié)同發(fā)展，形成大規(guī)模示范的優(yōu)勢。

（二）注重技術(shù)創(chuàng)新，夯實產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

通過國家科技計劃、專項等渠道加大對關(guān)鍵技術(shù)、材料的攻關(guān)支持：在上游，以CCUS技術(shù)、核能制氫技術(shù)、可再生能源制氫技術(shù)為主要攻關(guān)方向，為我國從“灰氫”向“藍氫”“綠氫”過渡提供技術(shù)支撐；在中游，以液氫技術(shù)、天然氣摻氫技術(shù)和LOHC技術(shù)等儲運技術(shù)為主要攻關(guān)方向，解決氫氣大規(guī)模應用場景下的儲運問題；在下游，一方面以電堆關(guān)鍵材料國產(chǎn)化為主要攻關(guān)方向，降低成本，促進氫能民用領(lǐng)域拓展，另一方面開展氫能應用研究，為氫氣應用場景多元化提供支撐。

（三）加快配套建設，促進產(chǎn)業(yè)循環(huán)

終端氫氣總成本與制氫、儲運、加氫各階段的實際處理能力相關(guān)，加快配套建設，提高處理能力，有效降低各階段的成本，最終實現(xiàn)終端氫氣總成本降至40元/kg以下，使氫能產(chǎn)業(yè)脫離政府補貼，促進產(chǎn)業(yè)良性循環(huán)。政府方面加大政策扶持力度，不僅限于經(jīng)濟補貼，同時加強技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)，加快配套設施建設，引進相關(guān)發(fā)展技術(shù)，打造氫能產(chǎn)業(yè)全新發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈。

四、結(jié)語

氫氣是“碳中和”時代的理想能源，當前全球正在興起氫能產(chǎn)業(yè)的建設熱潮。我國在這次熱潮中暫時不在隊伍前列，相關(guān)技術(shù)研究較為滯后，但所幸的是為時未晚，全球的氫能產(chǎn)業(yè)都還是處于發(fā)展初期，我國只要加強頂層設計，統(tǒng)籌國內(nèi)科研力量和相關(guān)資源，有計劃地開展各項研究和進行有序建設，實現(xiàn)彎道超車大有希望。

相關(guān)鏈接

二次能源是聯(lián)系一次能源和能源用戶的中間紐帶。二次能源又可分為“過程性能源”“含能體能源”。當今電能就是應用最廣的“過程性能源”;柴油、汽油則是應用最廣的“含能體能源”。由于目前“過程性能源”很難大量地直接貯存，因此汽車、輪船、飛機等機動性強的現(xiàn)代交通運輸工具就無法大量使用從發(fā)電廠輸出來的電能，只能大量使用像柴油、汽油和天然氣這一類“含能體能源”。但是隨著電動汽車、混合動力車的發(fā)展，“過程性能源”也可以部分替代“含能體能源”。隨著，人們將目光也投向?qū)で笮碌摹昂荏w能源”，作為二次能源的電能，可從各種一次能源中生產(chǎn)出來，例如煤炭、石油、天然氣、太陽能、風能、水力、潮汐能、地熱能、核燃料等均可直接生產(chǎn)電能。而作為二次能源的汽油和柴油等則不然，生產(chǎn)它們幾乎完全依靠化石燃料。隨著化石燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的、儲量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種在常規(guī)能源危機的出現(xiàn)、在開發(fā)新的二次能源的同時人們期待的新的二次能源。