文/赵易凡 罗培
能源是国家经济命脉，国际能源博弈常常关系到一个国家的竞争力，甚至影响国际地缘政治格局。俄乌冲突以来，欧洲国家深陷能源危机，欧元区经济也受到影响。根据德银数据预计，2023 年，欧元区经济将面临连续四个季度收缩，通胀率也存在上行风险。可见能源短缺对国家经济的重要影响。我国是典型的“富煤贫油少气”的国家，一直以来，原油、天然气等能源对外依存度较高。据 2021 年基础化工行业报告数据统计，我国天然气对外依存程度超 40%，且逐年攀升，而原油进口对外依存度高达 70%
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。从能源安全的角度看，我国能源结构转型势在必行。
习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。”这是中国作为负责任有担当的大国对世界的庄重承诺。中国是发展中国家，且人口基数大，发展是我国的第一要务。过去几十年的高速发展让我国发生了翻天覆地的变化，但同时也要看到伴随而来的严重环境问题。我国是碳排放大国，我们要用欧美发达国家一半的时间实现碳达峰碳中和，碳减排的压力巨大。根据 Enerdata 数据统计，在 2020 年，中国的二氧化碳排放量约为 100 亿吨，占全球总排放量的 30% 左右。根据未来智库报告《氢能源产业专题研究》统计，我国的碳排分布各行业占比如下：“发电（供热）的占比为 45%，工业占比 39%，交通占比 10%。而发电（供热）的主要终端消费者为工业（64.6%）和建筑（28%）。根据碳排放交易网，二氧化碳的主要排放源为工业（68.1%左右）、 建筑（17.6%左右）与交通（10.2%左右）。”
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从双碳目标的角度看，我国能源结构转型迫在眉睫。
氢能作为 21 世纪广受推崇的绿色能源，可代替传统能源与工业、建筑、交通等领域融合发展，为高碳排领域提供低碳转型动力。氢能来源丰富、应用场景多元化，且清洁高效，是公认的二次能源载体。同时，氢能也是高效的储能手段，可大规模、长时间帮助可再生能源进行消纳，把难以储存的风电、光电储存下来并进行调控。我国具有良好的制氢基础与大规模的应用市场，发展氢能优势显著。长期来看，加快氢能产业发展是助力我国实现碳达峰碳中和目标、有效保障我国能源安全的重要途径。
全球主要发达国家争先布局氢能战略，助推氢能产业发展。
美国。美国能源部于 2022 年 11 月颁布了《国家氢能战略和路线图草案》着重阐述了清洁氢将有助于美国脱碳并助力经济发展，并制定了清洁氢从生产到储运以及应用场景的全产业规划，其中应用场景以工业领域、重卡运输以及储能供能等领域为主。
欧盟。欧盟在 2022 年 3 月 18 日发布的《欧洲廉价、安全、可持续能源联合行动方案》（下称“方案”）公布了最新的氢能战略，欧盟将致力于绿色氢气研发。欧盟计划于 2050 年实现气候中立，而绿色氢气的出现将帮助欧盟减少对石油、天然气等传统能源的进口需求，加速自身能源结构转型。《方案》从政治领域、市场经济领域、教育与研究领域多方位探索氢能的应用。
日本。日本在氢能领域的发展一直处于世界领先，日本政府在福岛核泄漏事件爆发后，提出“氢能社会”的战略目标。2021 年底，日本政府发布第六次能源基本计划，针对“氢能社会”战略以及氢能的利用制定计划。对电力部门、工业部门、住宅与商业部门和运输部门均做出氢能规划部署。
由此可见，氢能已成为国际公认的未来能源安全保障的突破口。国际氢能委员会甚至预测，到 2050 年，氢能将占能源结构总体的 18%，能够有效减少超过 60 亿吨二氧化碳排放，并创造约 3000 万个氢能产业工作岗位，为保障能源安全，发展社会经济做出重大贡献。
国家层面。中国每年制氢量约 3300 万吨，约占全球总产量的 30%，是世界上制氢量最大的国家[3]。我国的可再生能源装机量全球领先，可再生能源制氢发展潜力巨大。近年来，我国出台多项政策支持氢能产业发展。氢能相关内容被多次写入政府工作报告，提及加速充电，加氢等基础设施建设。国家对氢能产业的扶持不断增加，促进氢能产业不断发展。2022 年 3 月，多部门联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》（以下简称《规划》），把氢能确定为未来国家能源体系的重要组成部分和用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，氢能产业被确定为战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。《规划》提出，要系统构建支撑氢能产业高质量发展创新体系，从发展关键技术、打造产业创新平台，建设人才队伍、开展国际合作等多方面综合发展氢能，并将统筹推进氢能基础设施建设，鼓励氢能多元化示范应用。“到 2025 年，可再生能源制氢成为新增氢能消费的重要组成部分；2030 年，形成较为完备的清洁能源制氢及应用体系；2035 年，可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升，对能源转型发展起到重要支撑作用。”
地方层面。国家财政部、工业和信息化部、科技部、国家发改委、能源局（以下简称五部委）先后于 2021 年 8 月和 12 月批准京津冀、上海、广东以及河北、河南省报送的城市群为燃料电池汽车应用示范城市群。两批示范应用城市的批复标志着全国“3＋2”燃料电池汽车示范格局已经形成，十三个省市、四十余座城市打破行政区域限制，在全国范围内选择氢能产业链上优秀企业所在城市跨地域“合纵连横”。据国家能源局统计，目前已有 30 余个省区市在其“十四五”规划中提及氢能发展，50 多个城市出台了地方氢能产业发展专项规划，超过 300 个地级市积极参与制定氢能与燃料电池的产业规划。
相较于国际先进水平，我国氢能产业尚处于初级阶段，还存在创新能力不强、基础设施不够完善、总体成本偏高等问题。
我国氢能产业链处于建设初期，所掌握的核心技术水平、综合研发能力与领先国家尚有较大差距。氢能装备和核心部件方面是我国氢能产业发展最主要的短板，进口依赖度较高。
在氢能储运、加注等方面，高压储氢瓶用高强度碳纤维材料、瓶口组合阀亟待突破，低温液氢的全套装备几乎都缺乏成熟的国产化产品，加氢站装备中国产压缩机有待验证，特别是 70MPa 压缩机，其他的高精度氢气流量计、传感器、以及加氢枪等核心零部件均依赖进口。
在燃料电池方面，目前国内氢燃料电池电堆的质子交换膜、催化剂、碳纸等核心材料对外依存度总体较高，与国外先进水平相比还有较大差距。燃料电池系统零部件中，国产空压机性能还有待验证，氢气循环系统和增湿器的企业非常少，进口比例较高。
加氢站相对稀少是目前制约氢产业发展的“卡脖子”问题之一。加氢站作为氢能产业的重要基础设施，其建设相对滞后。据国家能源局统计，我国现有 255 座加氢站，数量全球第一[4]。这些加氢站分布在全国数十个城市，而氢燃料电池汽车却主要集中在上海等示范应用的 5 大城市群和北方地区。车辆的集中和加氢站的广泛分布意味着，加氢站在车辆集中的地区处于相对较少甚至紧缺状态。
加氢站的缺乏制约了氢能产业的发展。加氢站审批难，建设标准未及时更新（《加氢站技术规范》颁布于2010年），以及运营成本高都是加氢站建设的“拦路虎”。
当前阶段，由于燃料电池部分关键零部件仍依赖进口、规模也较小，此外上游氢能供应以及规模化不足，导致氢燃料电池汽车的车辆购置成本和能源使用成本较高，经济性优势尚未显现。
目前，电解水制氢成本仍然较高，以内蒙古自治区为例，电解水制氢的成本电价在 0.24 元左右，制氢成本约 30元/kg。加氢站的建设成本较高，加注量 1000kg/d 的 35MPa 加氢站建设成本高达 1500 万元，是加油站的数倍。燃料电池电堆成本处于 3000-4000元/kw 左右水平，100kw 就是 30-40 万元。
因此，当前燃料电池汽车的购置成本较高，尚不具备完全商业化的能力。以推广数量较多的年份 2020 年为例，多数订单公交车均价在 200-300 万元/辆，燃料电池重卡每辆在 135 万到 170 万左右，价格较高。
如果没有国家及各地的补贴政策支持，氢能汽车购置和运营成本都较高，企业没有积极性。
氢能的多场景大规模应用对实现双碳目标至关重要。随着国家和地方对氢能产业发展的重视程度越来越高，各方加大研发投入和应用探索，我国氢能技术持续进步，成本稳步下降，产业能力不断提升，基础设施瓶颈逐步缓解，为氢能多元场景应用示范提供了条件。据中国氢能联盟预测，到 2030 年，中国氢气的年需求量将达到 3715 万吨，在终端能源消费中占比约为 5%；到 2060 年，中国氢气的年需求量将增至 1.3 亿吨左右，在终端能源消费中的占比约为 20%
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。其中，工业领域用氢占比仍然最大，占总需求量的 60%，其次分别为交通运输领域、新工业原料、工业燃料等。氢能在交通、工业、储能和发电等多领域、多场景推广应用，将带动全产业链向规模化、商业化持续发展。
在交通领域，氢能被视为能够减少碳排放的清洁燃料之一，可被应用于航空领域、铁路运输、公路运输、航运等多种场景。根据北京冬奥会奥组委数据统计，2022 年北京冬奥会，有超过 1000 辆氢能源汽车投入使用，成为冬奥赛场上运输的主力军。以奥运健儿们乘坐的氢燃料客车为例，每辆车每百公里可减少 57.86 公斤的二氧化碳排放，氢能源汽车的使用标志着氢能为双碳目标的达成增添助力。
氢能产业的应用有助于促进工业向低碳零碳转型。氢能在工业领域的应用广泛，是重要的工业原料。国家氢能产业规划和各地的十四五规划均积极探索氢能在化工、制造等工业领域的应用。通过可再生能源制氢再合成甲醇、合成氨，有助于化工行业降碳减排。氢气还可作为还原剂替代焦炭、天然气等高碳排能源，有助于减少炼铁和炼钢等工业领域的大量碳排放，推动工业领域的绿色转型发展。
可再生能源发电存在不稳定性，其发电能力可随季节、光照等自然因素产生变化。氢能作为新型储能手段，具有跨季节、跨区域、大规模存储等优势，在用电低谷期，将新能源发电富余电力通过电解水制氢等方式转化为氢能，再通过高压气态储氢、低温液态储氢、固态金属储氢等方式进行存储，帮助可再生能源大规模消纳；在用电高峰期，被储存的氢能可通过燃料电池、氢气透平装置发电，并入国家电网，帮助电网实现规模化调峰。
氢能产业的发展潜力巨大，是我国未来能源体系的重要构成部分，可起到保障能源安全，促进高碳排产业绿色低碳转型的作用。
近年来，受到新能源汽车和可再生能源产业高速发展的积极影响，氢能产业被视为带动经济增长的下一个突破口。然而，当前氢能产业发展还面临技术、成本和产业化等多方面挑战，在工业、建筑、储能等领域的氢能应用也还处于探索示范阶段。长期来看，还需要更完善的政策体系、更前沿的技术创新、更契合的应用场景和更合理的商业模式，共同促进氢能产业的规模化应用。
面向 2025 年，应统筹协调各方资源，明确发展重点，利用政策、金融等手段，促进核心技术突破与基础设施完善，不断推进氢能规模化示范，形成具有中国特色的氢能发展路径和模式，助力国家能源安全保障和双碳目标实现。
参考文献：
1. 油气增储上产不可松懈[EB/OL]. 2022[2022-12-13]. http://www.nea.gov.cn/2022-05/13/c_1310592548.htm.
2. 王蔚祺. 氢能重点产业链介绍[EB/OL]. 2022[2022-12-13]. https://dfscdn.dfcfw.com/download/A2_cms_f_20211217113703787692&direct=1&abc2685.pdf.
3. Mathilde Fajardy. 中国耦合CCUS制氢机遇 [EB/OL]. 2022[2022-12-13]. https://iea.blob.core.windows.net/assets/26a8ee8b-8c61-410c-b7ec-f9eb9406e4bf/OpportunitiesforHydrogenProductionwithCCUSinChina_ChineseFullReport.pdf.
4. 朱豫. 国家能源局：我国加氢站数量位居世界第一[EB/OL]. 2022[2022-12-13]. http://www.gov.cn/xinwen/2022-04/13/content_5685072.htm.
5. 李清波. 林忠钦院士：氢能将在终端能源消费中占比20%[EB/OL]. 2022[2022-12-13]. https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/9/485648.shtm.
