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氫能是一種來源豐富

、綠色低碳

、應(yīng)用廣泛的二次能源

，能幫助可再生能源大規(guī)模消納，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大規(guī)模調(diào)峰和跨季節(jié)

、跨地域儲能，加速推進(jìn)工業(yè)

、建筑

、交通等領(lǐng)域的低碳化

。我國具有良好的制氫基礎(chǔ)與大規(guī)模的應(yīng)用市場，發(fā)展氫能優(yōu)勢顯著

。加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展是助力我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要路徑

。日前

，國家發(fā)展改革委

、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》

。氫能的開發(fā)與利用正在引發(fā)一場深刻的能源革命，氫能成為破解能源危機(jī)

，構(gòu)建清潔低碳

、安全高效現(xiàn)代能源體系的新密碼

。

能源危機(jī)開啟了氫能開發(fā)和利用的探索之路

氫能作為一種替代能源進(jìn)入人們的視野還要追溯到20世紀(jì)70年代。其時

，中東戰(zhàn)爭引發(fā)了全球的石油危機(jī)，美國為了擺脫對進(jìn)口石油的依賴

，首次提出“氫經(jīng)濟(jì)”概念

，認(rèn)為未來氫氣能夠取代石油成為支撐全球交通的主要能源。1960年至2000年

，作為氫能利用重要工具的燃料電池獲得飛速發(fā)展，在航天航空

、發(fā)電以及交通領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐充分證明了氫能作為二次能源的可行性

。氫能產(chǎn)業(yè)在2010年前后進(jìn)入低潮期。但2014年豐田公司“未來”燃料電池汽車的發(fā)布引發(fā)了又一次氫能熱潮

。隨后

，多國先后發(fā)布了氫能發(fā)展戰(zhàn)略路線，主要圍繞發(fā)電及交通領(lǐng)域推動氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展

；歐盟于2020年發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》，旨在推動氫能在工業(yè)

、交通、發(fā)電等全領(lǐng)域應(yīng)用

；2020年美國發(fā)布《氫能計(jì)劃發(fā)展規(guī)劃》

，制定多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，期望成為氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的市場領(lǐng)導(dǎo)者

。至此

，占全球經(jīng)濟(jì)總量75%的國家均已推出氫能發(fā)展政策

，積極推動氫能發(fā)展

。

我國氫能產(chǎn)業(yè)和發(fā)達(dá)國家相比仍處于發(fā)展初級階段

。近年來，我國對氫能行業(yè)的重視不斷提高

。2019年3月

，氫能首次被寫入《政府工作報(bào)告》

，在公共領(lǐng)域加快充電、加氫等設(shè)施建設(shè)

；2020年4月

，《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》擬將氫能列入能源范疇

；2020年9月

，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部等五部門聯(lián)合開展燃料電池汽車示范應(yīng)用

，對符合條件的城市群開展燃料電池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應(yīng)用給予獎勵

；2021年10月，中共中央

、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》

，統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制—儲—輸—用”全鏈條發(fā)展

；2022年3月

，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，氫能被確定為未來國家能源體系的重要組成部分和用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體

，氫能產(chǎn)業(yè)被確定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向

。

近年來

，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速

，基本涵蓋了氫氣制—儲—輸—用全鏈條。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈的上游為制氫

，我國是世界第一產(chǎn)氫大國

，氫氣產(chǎn)能約3300萬噸

。根據(jù)制取過程的碳排放強(qiáng)度

，氫被分為“灰氫”“藍(lán)氫”和“綠氫”�

；覛涫侵竿ㄟ^化石燃料燃燒產(chǎn)生的氫氣

，在生產(chǎn)過程中會有大量二氧化碳排放；藍(lán)氫是在灰氫的基礎(chǔ)上

，應(yīng)用碳捕集和封存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低碳制氫

；綠氫是通過太陽能

、風(fēng)力等可再生能源發(fā)電進(jìn)行電解水制氫，在制氫過程中沒有碳排放

。目前，我國氫氣制取以煤制氫方式為主

，占比約80%

。未來

，隨著可再生能源發(fā)電成本持續(xù)降低，綠氫占比將逐年上升

，預(yù)計(jì)2050年將達(dá)到70%

。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈的中游是氫儲運(yùn)，高壓氣態(tài)儲運(yùn)技術(shù)已商業(yè)化

，是最為廣泛的氫能儲運(yùn)方式。長管拖車運(yùn)輸靈活性高

，適用于短距離

、小體量輸氫；液氫存儲和固態(tài)儲氫無需壓力容器

，運(yùn)輸便捷，是未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模氫能儲運(yùn)的方向

。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈下游為氫的綜合應(yīng)用

，氫氣作為一種工業(yè)原料可廣泛應(yīng)用于石油、化工

、冶金

、電子、醫(yī)療等領(lǐng)域

，此外

，氫氣還可通過氫燃料電池或氫內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化為電能和熱能，可覆蓋社會生產(chǎn)生活的方方面面

。到2060年

，我國氫能需求預(yù)計(jì)達(dá)1.3億噸，其中工業(yè)需求占主導(dǎo)地位

，占比約60%，交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)⒅鹉陻U(kuò)大規(guī)模達(dá)到31%

。

氫能的開發(fā)與利用正在引發(fā)一場深刻的能源革命

氫能在交通、工業(yè)

、建筑和電力等諸多領(lǐng)域均有廣闊應(yīng)用前景。

在交通領(lǐng)域

，公路長途運(yùn)輸

、鐵路、航空及航運(yùn)將氫能視為減少碳排放的重要燃料之一�

，F(xiàn)階段我國主要以氫燃料電池客車和重卡為主

，數(shù)量超過6000輛。在相應(yīng)配套基礎(chǔ)設(shè)施方面

，我國已累計(jì)建成加氫站超過250座，約占全球數(shù)量的40%

，居世界第一。根據(jù)北京冬奧組委公布的數(shù)據(jù)

，本屆冬奧會示范運(yùn)行超1000輛氫燃料電池汽車

，并配備30余個加氫站，是全球最大規(guī)模的一次燃料電池汽車示范應(yīng)用

。

目前我國氫能應(yīng)用占比最大的領(lǐng)域是工業(yè)領(lǐng)域

。氫能除了具有能源燃料屬性外

，還是重要的工業(yè)原料。氫氣可代替焦炭和天然氣作為還原劑

，可以消除煉鐵和煉鋼過程中的絕大部分碳排放

。利用可再生能源電力電解水制氫，然后合成氨

、甲醇等化工產(chǎn)品，有利于化工領(lǐng)域大幅度降碳減排

。

氫能與建筑融合，是近年興起的一種綠色建筑新理念

。建筑領(lǐng)域需要消耗大量的電能和熱能

，已與交通領(lǐng)域

、工業(yè)領(lǐng)域并列為我國三大“耗能大戶”

。利用氫燃料電池純發(fā)電效率僅約為50%，而通過熱電聯(lián)產(chǎn)方式的綜合效率可達(dá)85%——?dú)淙剂想姵卦跒榻ㄖl(fā)電的同時

，余熱可回收用于供暖和熱水

。在氫氣運(yùn)輸至建筑終端方面

，可借助較為完善的家庭天然氣管網(wǎng)，以小于20%的比例將氫氣摻入天然氣，并運(yùn)輸至千家萬戶

。據(jù)估計(jì)

，2050年全球10%的建筑供熱和8%的建筑供能將由氫氣提供

，每年可減排7億噸二氧化碳

。

在電力領(lǐng)域

，因可再生能源具有不穩(wěn)定性，通過電—?dú)洹姷霓D(zhuǎn)化方式

，氫能可成為一種新型的儲能形式。在用電低谷期

，利用富余的可再生能源電力電解水制取氫氣

，并以高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)

、有機(jī)液態(tài)或固態(tài)材料等形式儲存下來

；在用電高峰期

，再將儲存的氫通過燃料電池或氫氣透平裝置進(jìn)行發(fā)電，并入公共電網(wǎng)

。而氫儲能的存儲規(guī)模更大，可達(dá)百萬千瓦級

，存儲時間更長

，可根據(jù)太陽能、風(fēng)能

、水資源等產(chǎn)出差異實(shí)現(xiàn)季節(jié)性存儲。2019年8月

，我國首個兆瓦級氫儲能項(xiàng)目在安徽六安落地

，并于2022年成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

同時

，電氫耦合

，也將在我國構(gòu)建現(xiàn)代能源體系中發(fā)揮重要作用

。

從清潔低碳角度看，大規(guī)模電氣化是我國多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)降碳的有力抓手，例如交通領(lǐng)域的電動汽車替代燃油汽車

，建筑領(lǐng)域的電采暖取代傳統(tǒng)鍋爐采暖等

。然而

，仍有部分行業(yè)是難以通過直接電氣化實(shí)現(xiàn)降碳的

，最為困難的行業(yè)包括鋼鐵、化工

、公路運(yùn)輸、航運(yùn)和航空等

。氫能具有能源燃料和工業(yè)原料雙重屬性，可以在上述難以深度脫碳的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用

。

從安全高效角度看

，首先，氫能可以促進(jìn)更高份額的可再生能源發(fā)展

，有效減少我國對油氣的進(jìn)口依存度

；其次

，氫能可以進(jìn)行化學(xué)儲能和運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)能源的時空轉(zhuǎn)移

，促進(jìn)我國能源供應(yīng)和消費(fèi)的區(qū)域平衡

；此外，隨著可再生能源電力成本的降低

，綠色電能和綠色氫能的經(jīng)濟(jì)性將得到提升，被大眾廣泛接納和使用

；氫能與電能作為能源樞紐

，更容易耦合熱能

、冷能、燃料等多種能源

，共同建立互聯(lián)互通的現(xiàn)代能源網(wǎng)絡(luò)

，形成極具韌性的能源供應(yīng)體系，提高能源供應(yīng)體系的效率

、經(jīng)濟(jì)性和安全性

。

我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展依然面臨挑戰(zhàn)

低成本低排放綠氫制取是氫能產(chǎn)業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)之一

。在不新增碳排放的前提下

，解決氫的來源問題是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提�

；茉粗茪浜凸I(yè)副產(chǎn)制氫工藝成熟

、成本較低

，短期仍將是主要?dú)湓�

。但化石能源儲量有限，且制氫過程仍存在碳排放問題

；工業(yè)副產(chǎn)制氫產(chǎn)量有限且供應(yīng)輻射路程短

。

長遠(yuǎn)來看

，電解水制氫易與可再生能源結(jié)合，規(guī)模潛力更大

，更加清潔可持續(xù)

，是最有潛力的綠氫供應(yīng)方式

。目前我國堿性電解技術(shù)已與國際水平相接近，是目前商用電解領(lǐng)域的主流技術(shù)

，但未來降本空間有限

。質(zhì)子交換膜電解水制氫目前成本較高，關(guān)鍵裝置的國產(chǎn)化程度正在逐年提升

。固體氧化物電解在國際接近商業(yè)化

，但國內(nèi)仍處于追趕階段

。

我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)體系尚不完備

，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有差距

。我國已建成加氫站200余座

，且以35MPa氣態(tài)加氫站為主，儲氫量更大的70MPa高壓氣態(tài)加氫站占比小

。液氫加氫站、制氫加氫一體站的建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)不足�

，F(xiàn)階段氫的運(yùn)輸主要以高壓氣態(tài)長管拖車運(yùn)輸為主

，管道運(yùn)輸仍為短板弱項(xiàng)

。目前共有氫氣管道里程約400公里

，在用管道僅100公里左右。管道運(yùn)輸還面臨管材易發(fā)生氫脆現(xiàn)象造成氫氣逃逸

，未來仍需進(jìn)一步提升管道材料的化學(xué)性能和力學(xué)性能

。液態(tài)儲氫技術(shù)和金屬氫化物儲氫技術(shù)等取得了較大進(jìn)步，但儲氫密度

、安全性和成本之間的平衡關(guān)系尚未解決

，離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有一定差距

。

專門政策體系和多部門多領(lǐng)域協(xié)調(diào)合作機(jī)制尚不完善�

！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》是首個國家層面的氫能發(fā)展規(guī)劃

，但專項(xiàng)規(guī)劃以及政策體系仍需完善，未來需要進(jìn)一步明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向

、目標(biāo)和重點(diǎn)

。氫能產(chǎn)業(yè)鏈涉及多種技術(shù)和行業(yè)領(lǐng)域，目前還存在跨領(lǐng)域協(xié)作不足

，跨部門協(xié)調(diào)機(jī)制不夠完善等問題

。比如

，加氫站建設(shè)需要資金、技術(shù)

、基建以及�

；饭苤频榷嗖块T協(xié)作

，目前存在主管部門不明確

，審批難度較大，氫氣屬性仍僅為�

；返葐栴}，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成較大制約

。

我們認(rèn)為，技術(shù)

、平臺和人才是支持我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生長點(diǎn)

。

首先

，要持續(xù)提升關(guān)鍵核心技術(shù)水平。技術(shù)創(chuàng)新是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心

。未來，我國將持續(xù)推進(jìn)綠色低碳?xì)淠苤迫�

、儲存

、運(yùn)輸和應(yīng)用等各環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)

。加快推進(jìn)質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)創(chuàng)新

，開發(fā)關(guān)鍵材料，提高主要性能指標(biāo)和批量化生產(chǎn)能力

，持續(xù)提升燃料電池可靠性、穩(wěn)定性

、耐久性

。著力推進(jìn)核心零部件以及關(guān)鍵裝備研發(fā)制造。加快提高可再生能源制氫轉(zhuǎn)化效率和單臺裝置制氫規(guī)模

，突破氫能基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)

。持續(xù)開展氫能安全基礎(chǔ)規(guī)律研究。持續(xù)推動氫能先進(jìn)技術(shù)

、關(guān)鍵設(shè)備

、重大產(chǎn)品示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展技術(shù)體系。

其次

，要著力打造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新支撐平臺

。氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需聚焦重點(diǎn)領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，構(gòu)建多層次

、多元化創(chuàng)新平臺

。支持高校

、科研院所、企業(yè)加快建設(shè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

、前沿交叉研究平臺

，開展氫能應(yīng)用基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研究。2022年年初

，國家發(fā)展和改革委員會

、教育部發(fā)布了《關(guān)于華北電力大學(xué)國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺項(xiàng)目可行性研究報(bào)告的批復(fù)》，華北電力大學(xué)國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺項(xiàng)目正式獲批

，成為首批“掛帥”高校。隨后

，華北電力大學(xué)氫能技術(shù)創(chuàng)新中心正式成立

。創(chuàng)新平臺和創(chuàng)新中心重點(diǎn)圍繞電化學(xué)儲能、氫能及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域開展技術(shù)攻關(guān)

，積極推動國家氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

。

再次，要推動建設(shè)氫能專業(yè)人才隊(duì)伍

。氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平及規(guī)模不斷取得突破

，然而氫能產(chǎn)業(yè)正面臨人才隊(duì)伍的較大缺口，特別是高層次創(chuàng)新性人才嚴(yán)重缺乏

。日前，華北電力大學(xué)申報(bào)的“氫能科學(xué)與工程”專業(yè)被正式列入普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄

，“氫能科學(xué)與工程”學(xué)科被列入新型交叉學(xué)科。該學(xué)科將以動力工程及工程熱物理

、化學(xué)工程等學(xué)科為牽引

，有機(jī)融合制氫、氫儲運(yùn)

、氫安全

、氫動力等多個氫能模塊課程，開展全方位跨學(xué)科基礎(chǔ)及應(yīng)用研究

，將為實(shí)現(xiàn)我國能源結(jié)構(gòu)安全轉(zhuǎn)型，以及我國氫能行業(yè)和能源事業(yè)的發(fā)展提供有利的人才支撐

。

來源(國家能源局) 作者(國家能源局)

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氫能，現(xiàn)代能源體系新密碼

2022年5月17日

來源(國家能源局) 作者(國家能源局)

泰和集團(tuán)(www.chihuo-w.com)