氫能——引領(lǐng)能源消費(fèi)革命生力軍
來源：?《中國電業(yè)》 時(shí)間：2020-10-27 17:27
上海電氣風(fēng)電集團(tuán)股份有限公司 李彩球
氫能作為一種可儲(chǔ)、可電、可燃燒的清潔能源，具有來源廣泛、綠色環(huán)保、能量密度大、轉(zhuǎn)化效率高和適用范圍廣的特點(diǎn)，被譽(yù)為二十一世紀(jì)全人類期待的新二次能源，是世界能源轉(zhuǎn)型的一個(gè)重大戰(zhàn)略方向。由于氫的來源多樣，能實(shí)現(xiàn)終端零排放，環(huán)保效果良好，既可以通過燃料電池發(fā)電，廣泛用于交通設(shè)施，如船舶、軌道車輛、重載卡車、公共交通等，又可以作為清潔的燃料使用。尤其是氫燃料電池汽車加注時(shí)間短、續(xù)航里程長(zhǎng)、零排放、無污染，被業(yè)界視為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)理想的替代解決方案。而且，氫能效能高且穩(wěn)定，僅少量水就能制備出可觀的氫氣，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成電能，簡(jiǎn)單便利。
中國大力支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展
作為世界最大的化石能源消費(fèi)國與進(jìn)口國，中國開發(fā)與利用氫能的意義不言而喻。據(jù)國際氫能委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2050年全球氫能占能源比重約為18%，氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元，且隨著技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)資本的持續(xù)投入，未來10~20年全球氫能產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展的重大機(jī)遇期。需求方面，到2050年，國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)氫氣需求量至少達(dá)到6000萬噸，中國作為全球氫能最大消費(fèi)國的地位將得到進(jìn)一步鞏固。作為終端能源體系的消費(fèi)主體，氫能將帶動(dòng)形成一個(gè)12萬億元產(chǎn)值的新興產(chǎn)業(yè)。通過依托強(qiáng)大的石化、水電、煤炭等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)資源以及豐厚的光、熱、風(fēng)等再生能源，面向巨大的市場(chǎng)需求，憑借戰(zhàn)略思維與政策創(chuàng)新的撬動(dòng)與支撐，中國完全能夠在氫能國際競(jìng)爭(zhēng)中搶占制勝高地。
20世紀(jì)70年代起，氫能因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)被國際社會(huì)矚目。歐、美、韓、日等十多個(gè)國家及地區(qū)積極開發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術(shù)并開始應(yīng)用于工程。近年來，我國在政策層面大力支持氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將氫能應(yīng)用于汽車行業(yè)，著力打造包括氫燃料電池汽車在內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)。
2018年，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《清潔能源消納行動(dòng)計(jì)劃（2018~2020年）》提出，將選擇可再生能源資源豐富的地區(qū)，建設(shè)可再生能源綜合消納示范區(qū)。探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為氫能，實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用。尤其是風(fēng)電制氫，不僅可減少化石能源消耗、降低污染物排放、提升電網(wǎng)消納能力，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電與煤化工、石油化工的多聯(lián)產(chǎn)，協(xié)同發(fā)展清潔的氫能產(chǎn)業(yè)。
2019年以來，我國氫能發(fā)展呈現(xiàn)新一輪熱潮，國家相關(guān)部委密集出臺(tái)政策，引導(dǎo)并鼓勵(lì)氫能和氫燃料電池技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展，加速了氫能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2019年初，國家發(fā)展改革委、國家能源局已經(jīng)將其列入《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》等重大規(guī)劃。同年，發(fā)展氫能還被寫入國務(wù)院《政府工作報(bào)告》。
2020年4月，財(cái)政部等公布《四部委關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，提出爭(zhēng)取通過四年左右時(shí)間，建立氫能和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵核心技術(shù)取得突破，形成布局合理、協(xié)同發(fā)展的良好局面。4月29日，財(cái)政部向八家省級(jí)財(cái)政部門印發(fā)了《關(guān)于征求<關(guān)于開展燃料電池汽車示范推廣的通知>（征求意見稿）意見的函》，意在大力推廣氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
截至2020年上半年底，國家有關(guān)部門就已發(fā)布15份氫能相關(guān)政策文件。目前，我國有超過20多個(gè)省市、40個(gè)地方政府推出了支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃。吉林省白城市、河北省張家口市等風(fēng)電裝機(jī)容量集中區(qū)域直接把氫能列入當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)核心產(chǎn)業(yè)，把原來風(fēng)電制氫逐步上升為兩省的省級(jí)發(fā)展戰(zhàn)略，從原來的制氫到逐步規(guī)劃為制氫、儲(chǔ)氫、加氫和用氫，根據(jù)市場(chǎng)需求，擴(kuò)大風(fēng)能制氫建設(shè)規(guī)模，全方位發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入高速增長(zhǎng)期
過去兩年，氫能發(fā)展迅猛，十幾家央企，從南到北，從東到西紛紛入場(chǎng)開發(fā)氫能產(chǎn)業(yè)。氫能的早期培育在此前的八年來一直以不溫不火的形式表現(xiàn)，直到2019年突然呈跳躍式發(fā)展，而直接導(dǎo)火線源自風(fēng)光新能源的消納難題。
棄風(fēng)棄光嚴(yán)重，亟須新的解決方案破解消納和送出難題。到2019年底，中國的風(fēng)、光電源裝機(jī)分別達(dá)到2.09億千瓦和2.043億千瓦，裝機(jī)規(guī)模持續(xù)位列全球第一。然而自2016年以來，由于風(fēng)光等清潔能源發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)以及本地消納的不配套，三北區(qū)域內(nèi)的風(fēng)光等清潔能源出現(xiàn)了大面積的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。
以風(fēng)電為例，根據(jù)國家能源局官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2018年全國全年棄風(fēng)電量277億千瓦時(shí)，平均棄風(fēng)率高達(dá)7%；2019年全國全年棄風(fēng)電量169億千瓦時(shí)，平均棄風(fēng)率保持4%，棄風(fēng)限電狀況得到緩解，但在棄風(fēng)最嚴(yán)重的新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等地，經(jīng)過連續(xù)三年的緩建和新建消納通道等措施，2019年棄風(fēng)率仍然高達(dá)7.6%、14%和7.1%。
氫能作為清潔能源的一種，由于其自身清潔、高效和零排放的特點(diǎn)，以及在工業(yè)上應(yīng)用的廣泛性，一直以來都被業(yè)內(nèi)高度關(guān)注，但傳統(tǒng)制氫方法主要通過化石資源的重整，排放大量二氧化碳獲得氫，并不能真正實(shí)現(xiàn)清潔利用。
采用“棄風(fēng)棄光”電量制氫，是解決風(fēng)光新能源消納送出難題的最佳方案。以“棄風(fēng)棄光”電量制氫，不僅有助于解決風(fēng)電消納難題，不再有外送電力的限制，更可能為受限地區(qū)帶來“氫能經(jīng)濟(jì)”。同時(shí)，也可以調(diào)控和抑制大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)時(shí)引起電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)?？傮w而言，一舉多得，既能解決消納，又能帶來新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，多方受益，促進(jìn)了氫能的爆炸式產(chǎn)業(yè)發(fā)展局面。
以成都市為例，2019年7月，成都市人民政府辦公廳印發(fā)《促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干意見》，從氫氣制備到氫氣運(yùn)輸，再到氫氣站建設(shè)運(yùn)營等，成都市將推動(dòng)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。同年10月，成都市出臺(tái)了《支持氫能暨新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展及推廣應(yīng)用若干政策》，對(duì)相關(guān)項(xiàng)目和企業(yè)提供資金支持、獎(jiǎng)勵(lì)和配套支持等。根據(jù)《成都市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2019~2023年）》，到2023年，成都市氫能產(chǎn)業(yè)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)主營業(yè)務(wù)收入超過500億元。實(shí)際產(chǎn)業(yè)運(yùn)行結(jié)果顯示，2019年，成都市氫能規(guī)模以上企業(yè)主營業(yè)務(wù)收入已突破100億元，氫能產(chǎn)業(yè)鏈拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)初顯成效。
2020年8月22日，天津港保稅區(qū)氫能項(xiàng)目簽約大會(huì)暨氫能產(chǎn)業(yè)促進(jìn)聯(lián)盟第一屆理事會(huì)在臨港智能裝備產(chǎn)業(yè)園舉行。中國石化銷售股份有限公司天津石油分公司與中石化長(zhǎng)城燃?xì)馔顿Y有限公司等共同投資，項(xiàng)目布局油、氣、電、氫綜合能源站，打造氫能走廊。包括杭叉集團(tuán)投資氫燃料電池叉車研發(fā)生產(chǎn)基地項(xiàng)目、國家電力投資集團(tuán)及渤?；ぜ瘓F(tuán)投資加氫母站項(xiàng)目、天津新氫動(dòng)力氫燃料電池系統(tǒng)項(xiàng)目。為發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，天津市在市級(jí)政策明確對(duì)于加氫站投資設(shè)備30%給予補(bǔ)貼（最高不超過500萬元）的基礎(chǔ)上，保稅區(qū)再給予1:0.5的配套補(bǔ)貼支持，在叉車的購置、租賃和加氫方面也都有相應(yīng)補(bǔ)貼。天津市的氫能產(chǎn)業(yè)又將迎來一個(gè)新的發(fā)展高峰。
氫能與傳統(tǒng)油氣、化工產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)系密切，中國石化、中國石油在油氣儲(chǔ)運(yùn)零售終端建設(shè)和運(yùn)營方面有一定的技術(shù)基礎(chǔ)和整合優(yōu)勢(shì)，是其中的典型代表。國家能源集團(tuán)、中船重工（718所）則在氫能產(chǎn)業(yè)鏈及氫能裝備方面深入布局。
國家電投、東方電氣、中船重工（712所）等央企則側(cè)重于研發(fā)氫燃料電池及其核心部件，突破核心技術(shù)，建立自主知識(shí)品牌。在終端應(yīng)用燃料電池汽車方面，東風(fēng)集團(tuán)、一汽集團(tuán)和中國中車等央企也進(jìn)行了深度布局。
目前，中國氫能產(chǎn)業(yè)已實(shí)現(xiàn)大陸區(qū)域全覆蓋，以氫燃料電池汽車為例，我國氫燃料電池汽車銷量增速明顯。從2015年僅有10輛，到2019年全年銷售2737輛，累計(jì)銷量達(dá)6000多輛，已達(dá)成2020年的階段性目標(biāo)。
氫能正在改寫能源消費(fèi)歷史和改變能源消費(fèi)習(xí)慣
2014年，習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議上提出，面對(duì)能源供需格局新變化、國際能源發(fā)展新趨勢(shì)，保障國家能源安全，必須推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命。這是繼黨的十八大報(bào)告提出要“推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，合理控制能源消費(fèi)總量”之后，中央再次強(qiáng)調(diào)能源消費(fèi)革命的重要性和緊迫性。
世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的發(fā)展表明，非化石終端能源比例正在快速提升。根據(jù)2015年能源消費(fèi)總量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球一次能源消費(fèi)中，石油占一次能源消費(fèi)的32.9%，天然氣占23.8%、煤炭占29.2%、核能占4.4%、水電占6.8%。可再生能源在全球能源消費(fèi)中的比重為2.8%，其中風(fēng)能占比52.2%（2015年數(shù)據(jù)），而該數(shù)據(jù)十年前僅僅為0.8%?？梢灶A(yù)見，未來全球能源消耗將以可再生能源為主。國際能源署發(fā)布有關(guān)預(yù)測(cè)：2030年全球清潔能源占比將超過30%。
根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國消費(fèi)48.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比2018年增長(zhǎng)3.3%。其中煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的57.7%，比上年下降1.5個(gè)百分點(diǎn)；天然氣、水電、核電、風(fēng)電等清潔能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的23.4%，上升1.3個(gè)百分點(diǎn)?？梢怨烙?jì)，未來能源消費(fèi)非化石能源的比例將會(huì)逐年提高，包括水電在內(nèi)的非化石可再生能源消費(fèi)都將部分轉(zhuǎn)化為氫能消費(fèi)，成為能源消費(fèi)革命的主力軍。
氫能以其獨(dú)特的能源特性和產(chǎn)業(yè)集群帶動(dòng)作用，正在悄悄改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和格局。氫能產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，技術(shù)門檻高，在我國實(shí)施綠色能源消費(fèi)戰(zhàn)略的政策指引下快速發(fā)展。氫能產(chǎn)業(yè)涵蓋制氫、儲(chǔ)氫、氫運(yùn)輸、氫能終端產(chǎn)品（包括汽車、電池），儲(chǔ)氫技術(shù)和氫燃料電池技術(shù)的突破，將打破我們?cè)械亩文茉聪M(fèi)習(xí)慣，離網(wǎng)型可持續(xù)電源將突破我們對(duì)電力消費(fèi)的傳統(tǒng)習(xí)慣，大型終端移動(dòng)電源將不再是空談。
2019年6月，中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》指出，中國是全球第一產(chǎn)氫大國，初步評(píng)估現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能為2500萬噸/年，已掌握部分氫能基礎(chǔ)設(shè)施與一批燃料電池相關(guān)核心技術(shù)，制定出臺(tái)國家標(biāo)準(zhǔn)86項(xiàng)次，具備一定的產(chǎn)業(yè)裝備及燃料電池整車生產(chǎn)能力。初步預(yù)測(cè)，2020年至2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1萬億元，氫能源車數(shù)量達(dá)到5萬輛，加氫站數(shù)量200座；接下來十年將迎來一個(gè)新的高峰，2026至2035年產(chǎn)值達(dá)到5萬億元，加氫站數(shù)量1500座，燃料電池車規(guī)模將達(dá)到1500萬輛。
由于我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)一直依賴煤炭和石油，而氫能的出現(xiàn)恰好破解了這個(gè)難題，棄水、棄風(fēng)、棄光將成為歷史，還可以直接用低質(zhì)煤炭制氫，最大效率提升煤炭資源利用效率。離散的、不穩(wěn)定的非化石電源通過轉(zhuǎn)化為氫能，可以連續(xù)、穩(wěn)定電源形式輸出，還可離網(wǎng)輸出，打破多年來的傳統(tǒng)電力消費(fèi)習(xí)慣。
氫能在能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命中都將扮演關(guān)鍵角色，未來將廣泛應(yīng)用于交通、工業(yè)、建筑供熱等領(lǐng)域。由于制氫成本逐步下降，氫燃料電池汽車的技術(shù)發(fā)展取得了快速進(jìn)步，氫能產(chǎn)業(yè)正在走向高速發(fā)展期。氫能發(fā)展的政策性利好也在逐漸釋放。能源格局正在發(fā)生深刻變化，氫能發(fā)展作為解決能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的重要戰(zhàn)略方向，將是我國構(gòu)建“清潔、低碳、安全、高效”能源體系的重要一環(huán)。電能和氫能將共同作為綠色能源的終端形態(tài)，電氫能源體系將成為構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的途徑之一。
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重道遠(yuǎn)
氫燃料電池技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)發(fā)展上升期，其前景廣闊。國內(nèi)氫燃料電池汽車的保有量已經(jīng)超過6000輛，工程應(yīng)用技術(shù)得到了初步驗(yàn)證，為后期的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅是一個(gè)技術(shù)問題，還依賴于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，特別是上游的氫氣制取、儲(chǔ)運(yùn)以及加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施。需要打造“制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用”一體化的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，才能進(jìn)一步推動(dòng)包括氫燃料電池產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的氫能商業(yè)化。氫能產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)目前發(fā)展還較為薄弱。氫的制取、儲(chǔ)運(yùn)以及加氫站等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，直接決定了氫能的發(fā)展規(guī)模，以氫燃料汽車為例，能源成本與燃油車還有一定的差距，急需通過產(chǎn)業(yè)鏈上游的規(guī)?；?，來降低氫燃料的使用成本。
加大自主創(chuàng)新力度。在加氫槍、壓縮機(jī)、儲(chǔ)容器等關(guān)鍵設(shè)備，氫密封材料、低溫金屬材料、高效冷絕緣材料等關(guān)鍵材料方面加大研發(fā)投入，解決制約氫能發(fā)展的基礎(chǔ)瓶頸。我國氫制取、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏甚至使用所需核心技術(shù)與材料裝備以及零部件目前都有賴于進(jìn)口?？山⒁匝肫蟆鬄楹诵牡膭?chuàng)新聯(lián)合體，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行科技攻關(guān)，在此基礎(chǔ)上依托大型能源企業(yè)成立國家級(jí)聯(lián)合研發(fā)和推廣應(yīng)用平臺(tái)，有效整合社會(huì)資源，推動(dòng)全社會(huì)相關(guān)領(lǐng)域科研力量的廣泛參與和協(xié)同攻關(guān)，聚焦核心技術(shù)，加快突破薄弱環(huán)節(jié)，合力推動(dòng)我國氫能產(chǎn)業(yè)邁上全球價(jià)值鏈的中高端位置。
加快基礎(chǔ)設(shè)施布局。目前我國輸氫管道只有約100千米，終端加氫站64座，基礎(chǔ)設(shè)施的匱乏不僅很大程度上限制了氫能經(jīng)濟(jì)的規(guī)?；c商業(yè)成本的下降幅度，也導(dǎo)致氫能的使用場(chǎng)景單一，同時(shí)制約了相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)體系的發(fā)展。建議將氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)納入“新基建”盤子中給予重點(diǎn)扶持，除了國家扮演建設(shè)主體外，更應(yīng)通過BOT（建設(shè)—經(jīng)營—轉(zhuǎn)讓）、PPP（政府和社會(huì)資本合作）等方式引進(jìn)社會(huì)資本參與氫氣站的投資，并在運(yùn)營過程中給予充分的財(cái)稅惠補(bǔ)，同時(shí)支持國家油氣管網(wǎng)公司等加大對(duì)油氣管道的配套改造與完善，增補(bǔ)管道的氫能輸送功能。
國家層面也開始重視氫燃料電池汽車基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2020年4月，國家能源局發(fā)布《能源法（征求意見稿）》，首次將氫能納入能源種類；6月，住建部辦公廳發(fā)布關(guān)于國家標(biāo)準(zhǔn)《加氫站技術(shù)規(guī)范（局部修訂條文征求意見稿）》，擬新增液態(tài)氫儲(chǔ)存相關(guān)內(nèi)容及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。一系列政策的落地，有望進(jìn)一步推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈降本增效。
氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還有很多技術(shù)難題正在解決，產(chǎn)業(yè)鏈的配套還需完善，規(guī)?；瘧?yīng)用還有待市場(chǎng)檢驗(yàn)，但能源消費(fèi)發(fā)展的歷史使命已經(jīng)把氫能推到了潮流尖端，相信行業(yè)內(nèi)部會(huì)緊緊把握機(jī)遇，做大做強(qiáng)中國的氫能產(chǎn)業(yè)，為實(shí)現(xiàn)中國的綠色發(fā)展夢(mèng)再作新貢獻(xiàn)。
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