氫能——引領(lǐng)能源消費革命生力軍
來源：?《中國電業(yè)》 時間：2020-10-27 17:27
上海電氣風電集團股份有限公司 李彩球
氫能作為一種可儲、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，被譽為二十一世紀全人類期待的新二次能源，是世界能源轉(zhuǎn)型的一個重大戰(zhàn)略方向。由于氫的來源多樣，能實現(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間短、續(xù)航里程長、零排放、無污染，被業(yè)界視為傳統(tǒng)內(nèi)燃機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，進而轉(zhuǎn)換成電能，簡單便利。
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國與進口國，中國開發(fā)與利用氫能的意義不言而喻。據(jù)國際氫能委員會預測，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)展的重大機遇期。需求方面，到2050年，國內(nèi)市場對氫氣需求量至少達到6000萬噸，中國作為全球氫能最大消費國的地位將得到進一步鞏固。作為終端能源體系的消費主體，氫能將帶動形成一個12萬億元產(chǎn)值的新興產(chǎn)業(yè)。通過依托強大的石化、水電、煤炭等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)資源以及豐厚的光、熱、風等再生能源，面向巨大的市場需求，憑借戰(zhàn)略思維與政策創(chuàng)新的撬動與支撐，中國完全能夠在氫能國際競爭中搶占制勝高地。
20世紀70年代起，氫能因其獨特優(yōu)勢被國際社會矚目。歐、美、韓、日等十多個國家及地區(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)《清潔能源消納行動計劃（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，實現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用。尤其是風電制氫，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，同時也可以實現(xiàn)風電與煤化工、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)部委密集出臺政策，引導并鼓勵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)新行動計劃》等重大規(guī)劃。同年，發(fā)展氫能還被寫入國務院《政府工作報告》。
2020年4月，財政部等公布《四部委關(guān)于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，提出爭取通過四年左右時間，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，財政部向八家省級財政部門印發(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多個省市、40個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電裝機容量集中區(qū)域直接把氫能列入當?shù)亟?jīng)濟核心產(chǎn)業(yè)，把原來風電制氫逐步上升為兩省的省級發(fā)展戰(zhàn)略，從原來的制氫到逐步規(guī)劃為制氫、儲氫、加氫和用氫，根據(jù)市場需求，擴大風能制氫建設(shè)規(guī)模，全方位發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入高速增長期
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，而直接導火線源自風光新能源的消納難題。
棄風棄光嚴重，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、光電源裝機分別達到2.09億千瓦和2.043億千瓦，裝機規(guī)模持續(xù)位列全球第一。然而自2016年以來，由于風光等清潔能源發(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)的風光等清潔能源出現(xiàn)了大面積的棄風棄光現(xiàn)象。
以風電為例，根據(jù)國家能源局官方統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2018年全國全年棄風電量277億千瓦時，平均棄風率高達7%；2019年全國全年棄風電量169億千瓦時，平均棄風率保持4%，棄風限電狀況得到緩解，但在棄風最嚴重的新疆、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年棄風率仍然高達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，以及在工業(yè)上應用的廣泛性，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，并不能真正實現(xiàn)清潔利用。
采用“棄風棄光”電量制氫，是解決風光新能源消納送出難題的最佳方案。以“棄風棄光”電量制氫，不僅有助于解決風電消納難題，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”。同時，也可以調(diào)控和抑制大規(guī)模風電并入電網(wǎng)時引起電網(wǎng)電壓的大幅度波動?？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輸，再到氫氣站建設(shè)運營等，成都市將推動氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。同年10月，成都市出臺了《支持氫能暨新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展及推廣應用若干政策》，對相關(guān)項目和企業(yè)提供資金支持、獎勵和配套支持等。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)力爭實現(xiàn)主營業(yè)務收入超過500億元。實際產(chǎn)業(yè)運行結(jié)果顯示，2019年，成都市氫能規(guī)模以上企業(yè)主營業(yè)務收入已突破100億元，氫能產(chǎn)業(yè)鏈拉動經(jīng)濟初顯成效。
2020年8月22日，天津港保稅區(qū)氫能項目簽約大會暨氫能產(chǎn)業(yè)促進聯(lián)盟第一屆理事會在臨港智能裝備產(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城燃氣投資有限公司等共同投資，項目布局油、氣、電、氫綜合能源站，打造氫能走廊。包括杭叉集團投資氫燃料電池叉車研發(fā)生產(chǎn)基地項目、國家電力投資集團及渤海化工集團投資加氫母站項目、天津新氫動力氫燃料電池系統(tǒng)項目。為發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，天津市在市級政策明確對于加氫站投資設(shè)備30%給予補貼（最高不超過500萬元）的基礎(chǔ)上，保稅區(qū)再給予1:0.5的配套補貼支持，在叉車的購置、租賃和加氫方面也都有相應補貼。天津市的氫能產(chǎn)業(yè)又將迎來一個新的發(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、中國石油在油氣儲運零售終端建設(shè)和運營方面有一定的技術(shù)基礎(chǔ)和整合優(yōu)勢，是其中的典型代表。國家能源集團、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)，建立自主知識品牌。在終端應用燃料電池汽車方面，東風集團、一汽集團和中國中車等央企也進行了深度布局。
目前，中國氫能產(chǎn)業(yè)已實現(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，累計銷量達6000多輛，已達成2020年的階段性目標。
氫能正在改寫能源消費歷史和改變能源消費習慣
2014年，習近平總書記在中央財經(jīng)領(lǐng)導小組第六次會議上提出，面對能源供需格局新變化、國際能源發(fā)展新趨勢，保障國家能源安全，必須推動能源生產(chǎn)和消費革命。這是繼黨的十八大報告提出要“推動能源生產(chǎn)和消費革命，合理控制能源消費總量”之后，中央再次強調(diào)能源消費革命的重要性和緊迫性。
世界能源消費結(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年能源消費總量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全球一次能源消費中，石油占一次能源消費的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中的比重為2.8%，其中風能占比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)預測：2030年全球清潔能源占比將超過30%。
根據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2019年我國消費48.6億噸標準煤，比2018年增長3.3%。其中煤炭消費量占能源消費總量的57.7%，比上年下降1.5個百分點；天然氣、水電、核電、風電等清潔能源消費量占能源消費總量的23.4%，上升1.3個百分點?？梢怨烙?，未來能源消費非化石能源的比例將會逐年提高，包括水電在內(nèi)的非化石可再生能源消費都將部分轉(zhuǎn)化為氫能消費，成為能源消費革命的主力軍。
氫能以其獨特的能源特性和產(chǎn)業(yè)集群帶動作用，正在悄悄改變能源消費結(jié)構(gòu)和格局。氫能產(chǎn)業(yè)鏈長，技術(shù)門檻高，在我國實施綠色能源消費戰(zhàn)略的政策指引下快速發(fā)展。氫能產(chǎn)業(yè)涵蓋制氫、儲氫、氫運輸、氫能終端產(chǎn)品（包括汽車、電池），儲氫技術(shù)和氫燃料電池技術(shù)的突破，將打破我們原有的二次能源消費習慣，離網(wǎng)型可持續(xù)電源將突破我們對電力消費的傳統(tǒng)習慣，大型終端移動電源將不再是空談。
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)，制定出臺國家標準86項次，具備一定的產(chǎn)業(yè)裝備及燃料電池整車生產(chǎn)能力。初步預測，2020年至2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達到1萬億元，氫能源車數(shù)量達到5萬輛，加氫站數(shù)量200座；接下來十年將迎來一個新的高峰，2026至2035年產(chǎn)值達到5萬億元，加氫站數(shù)量1500座，燃料電池車規(guī)模將達到1500萬輛。
由于我國的能源消費結(jié)構(gòu)一直依賴煤炭和石油，而氫能的出現(xiàn)恰好破解了這個難題，棄水、棄風、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)電力消費習慣。
氫能在能源生產(chǎn)和消費革命中都將扮演關(guān)鍵角色，未來將廣泛應用于交通、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和環(huán)境危機的重要戰(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
氫燃料電池技術(shù)已經(jīng)逐漸進入產(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，工程應用技術(shù)得到了初步驗證，為后期的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅是一個技術(shù)問題，還依賴于整個產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，特別是上游的氫氣制取、儲運以及加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施。需要打造“制、儲、運、加、用”一體化的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，才能進一步推動包括氫燃料電池產(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、儲運以及加氫站等產(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)模化，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、儲容器等關(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、運輸、儲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口。可建立以央企、國企為核心的創(chuàng)新聯(lián)合體，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈進行科技攻關(guān)，在此基礎(chǔ)上依托大型能源企業(yè)成立國家級聯(lián)合研發(fā)和推廣應用平臺，有效整合社會資源，推動全社會相關(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)，合力推動我國氫能產(chǎn)業(yè)邁上全球價值鏈的中高端位置。
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)濟的規(guī)?；c商業(yè)成本的下降幅度，也導致氫能的使用場景單一，同時制約了相關(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”盤子中給予重點扶持，除了國家扮演建設(shè)主體外，更應通過BOT（建設(shè)—經(jīng)營—轉(zhuǎn)讓）、PPP（政府和社會資本合作）等方式引進社會資本參與氫氣站的投資，并在運營過程中給予充分的財稅惠補，同時支持國家油氣管網(wǎng)公司等加大對油氣管道的配套改造與完善，增補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)于國家標準《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)氫儲存相關(guān)內(nèi)容及技術(shù)標準。一系列政策的落地，有望進一步推動全產(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)?；瘧眠€有待市場檢驗，但能源消費發(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)部會緊緊把握機遇，做大做強中國的氫能產(chǎn)業(yè)，為實現(xiàn)中國的綠色發(fā)展夢再作新貢獻。
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