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1、中国氢能产业实践及发展前景能源是国民经济和社会发展的基础，是人类社会赖以生存和发展的重要物质保障，当今世界各国都十分重视能源安全战略。当前，我国正处于实现中华民族伟大复兴的关键时期，迫切需要拥有一个稳定、清洁、可靠的能源供应体系。氢能具有来源丰富、能量密度高、绿色低碳等特点，已被视为21世纪最具发展潜力的能源，我国必须从国际视野出发，深入分析氢能发展情况，走出一条适合我国国情的氢能发展新路子。一、氢能及其重要意义氢能是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量。16世纪瑞士医学界首次发现氢气，但氢气早期主要医用于医药化工领域。1839年，人类开始研究氢燃料电池;1969年，利用碱性燃料电池(AFC)
2、为首次登月的阿波罗系统提供电力和水，并依靠液态氢作为燃料推动火箭，此后氢能开始应用于航空航天领域。1983年，加拿大巴拉德公司研发出质子交换膜燃料电池(PEMFC);1993年，这种大功率电池开始应用于公交车。Sherifetal(2005)指出，氢能可以满足几乎所有能源特性的需求，从而形成一个解决能源问题的永久性系统。氢能产业链包括制氢、储氢、运氢到应用。发展氢能具有重要的意义。一是应对气候变化的需要。由于使用化石能源会带来大量二氧化碳排放，形成温室效应，对地球生态系统造成破坏，而氢能作为高密度、无污染的二次能源被认为是实现碳中和的最佳载体。二是促进产业升级的需要。氢能产业是科技和资本密集型
3、产业，涉及新材料、电力装备、新能源汽车、航空航天、国防军工等诸多高端制造领域，能有效带动传统产业转型升级并催生新产业链。当前在世界经济低迷，缺乏强有力带动产业的情况下，许多国家把氢能作为未来产业进行规划和发展，以期推动本国或本地区经济发展。三是推动科技革命的需要。能源科技革命是历次工业革命的核心要素，氢能产业包括氢气的制取、储存、运输、燃料电池的研发等，需要科技的重大突破和进展，这会极大地促进带动基础工艺、基础材料等领域的发展。国际氢能委员会近期发布报告显示，预计到2030年，全球氢能领域投资总额将达到5000亿美元。世界能源理事会预计，到2050年氢能在全球终端能源消费量中的占比可高达25%
4、。国际能源署预测，到2070年全球对氢气的需求将达到5.2亿吨。根据2017年麦肯锡研究公布的2050年氢发展蓝图，氢能将创造3000万个工作岗位，减少60亿吨二氧化碳排放，创造25万亿美元的市场价值。全球范围内，氢能产业正经历前所未有的政治和商业势头。二、全球视野中的氢能发展战略综述鉴于氢能的特点和对经济社会发展的重要意义，许多国家把氢能发展上升到国家能源战略的高度来布署，我国许多省(市)也制订相关产业规划，大力推进氢能发展。(一)世界主要发达国家的氢能发展战略根据国际氢能理事会发布的全球氢能观察2021，截至2021年2月，全球已有30多个国家发布氢能路线图，许多经济体已将发展氢能产业上升
5、为国家能源发展战略。2017年12月，日本公布氢能源基本战略，计划到2030年，形成30万吨/年的商业化供应能力，将制氢成本降至3美元/公斤，建设900座加氢站，燃料电池乘用车、燃料电池公共汽车、燃料电池叉车产量分别达到80万辆、1200辆、10000辆;计划到2050年，将氢能产量提高到1000万吨/年，制氢成本下降至2美元/公斤，以氢能发电替代天然气发电，以加氢站取代加油站，以燃料电池汽车取代传统燃油汽车。2019年初，韩国发布氢能经济发展路线图，提出要在2030年进入氢能社会，2040年累计生产620万辆氢燃料电池汽车，建成1200座加氢站;普及发电用、家庭用和建筑用氢燃料电池装置。把氢
6、能经济打造成拉动创新增长的重要动力，引领全球氢能及燃料电池产业发展。2040年将燃料电池产量扩大至15GW。2019年11月，美国燃料电池和氢能协会发布美国氢能经济路线图减排及驱动氢能在全美实现增长，预测2030年氢需求量将突破1700万吨，在美国道路上将有530万辆氢燃料电池汽车行驶，全美将有5600个加氢站;2050年氢能有望满足美国终端能源需求的14%。2019年11月，澳大利亚公布澳大利亚氢能战略，确定了15大发展目标、57项联合行动，旨在将澳大利亚打造成向亚洲市场出口氢能的三大基地之一，同时在氢安全、氢经济以及氢认证方面走在全球前列，到2050年氢能产业将创造1.7万个工作岗位，产值
7、达到260亿美元。2020年6月，德国公布国家氢能战略，预计到2030年电解制氢能力为5GW，20352040年，再增建5GW能力;为此在氢气制取和应用领域共制定了38项措施。2020年7月，欧盟发布欧盟氢能源战略，计划到2050年将氢能在能源结构中的占比提高到12%14%，加大对制氢、储氢、运氢的全产业链，以及现有天然气基础设施、碳捕集和封存技术等投资。2020年11月，智利发布国家绿氢战略，到2030年生产世界上最便宜的绿氢，2040年成为世界三大氢出口国之一。2020年12月，加拿大公布加拿大氢能战略，该战略针对加拿大氢能发展提出8个方面的32项行动。计划到2050年实现如下目标:(1)
8、30%的能源以氢的形式输送;(2)成为全球前三大清洁氢生产国，国内供应量超过2000万吨/年;(3)建立低碳氢供应基地，交货价格达到150350加元/公斤;(4)超过500万辆燃料电池汽车投运;(5)建立全国加氢网络。2021年6月，美国宣布“氢能源地球计划”，提出在10年内实现绿氢成本降低80%的目标，由目前每千克5美元降至1美元，美国能源部宣布拨款5250万美元资助31个氢能相关项目。国际氢能委员会近期发布的报告显示，自2021年2月以来，全球范围内启动了131个大型氢能开发项目。总之，越来越多的国家将氢能规划上升到国家能源战略高度，逐步明确氢能在国家能源体系中的战略地位，通过加强顶层发展
9、政策指引，加大研发投入力度，加快基础设施和应用示范建设，持续推动氢能产业发展。(二)我国各地氢能发展战略中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要提出，在类脑智能、量子信息、基因技术、未来网络、深海空天开发、氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未来产业。氢能成为我国布局未来产业的重要方向，各省(市)出台相关政策，制定实施方案。截至2021年8月底，我国已发布氢能发展相关政策方案的省份及直辖市共有近30个，其中，出台专项氢能整体产业发展政策的共有5省。北京市氢能产业发展实施方案(20212025年)提出，2025年前京津冀
10、区域累计实现氢能产业链规模1000亿元以上;规划京津冀区域氢能产业布局、京北全面布局氢能产业科技创新应用示范区、京南打造氢能高端装备制造与应用示范区;布署关键技术突破工程、京津冀氢能产业链工程、氢能全场景示范应用工、氢能产业公共服务平台建设工程四大任务。河北省氢能产业发展“十四五”规划提出，到2025年氢能产业链年产值达到500亿元，基本掌握高效低成本的氢气制取、储运、加注和燃料电池等关键技术，累计建成100座加氢站，燃料电池汽车规模达到1万辆。重点建设加氢服务网络提升工程、氢能多元化利用工程、燃料电池性能提升工程、产学研用服务保障工程等八大工程，谋划布局128个氢能项目，构建“一区、一核、两
11、带”产业格局。四川省氢能产业发展规划(20212025年)提出，到2025年，燃料电池核心技术、氢气制储运加技术实现阶段性突破，燃料电池汽车(含重卡、中轻型物流、客车)应用规模达6000辆，培育国内领先企业25家等，布署提升创新能力、强化氢能合作、加大示范应用等重点任务。山东省氢能产业中长期发展规划(20202030年)提出，到2025年，氢能产业总产值规模突破1000亿元，到2030年，关键技术取得重大突破，综合指标达到世界先进水平，在氢能领域形成创新引领优势，并提出产业链各环节的发展路径。内蒙古自治区促进氢能产业发展若干政策(试行)提出，绿氢制取能力达到50万吨/年，氢能产业总产值力争达到
12、1000亿元，布署推动制氢产业多元发展、开展氢能关键技术攻关、推进加氢基础设施建设、推广氢能多领域应用等重点任务。此外，广东、重庆、浙江、河南出台了氢燃料汽车细分领域专项政策，其他大多数省份均将氢能相关发展规划纳入新能源汽车产业或整体能源发展等规划中。三、我国氢能产业链运营实践(一)制氢制氢有3种技术路线:灰氢(化石能源制氢)、蓝氢(化石能源制氢+CCUS)和绿氢(可再生能源制氢)。目前，3种制氢技术路线成比例约为1162。从全球看，氢能制备的主要途径还是依靠传统能源的化学重整，其中天然气重整占比约48%，真正绿色途径的电解水制氢仅占4%。而日本在电解水制氢方面发展较快，其盐水电解制氢的产能占
13、总产能的63%。我国制氢则主要依赖煤气化制氢及工业副产氢的方式，电解水制氢上我国应用得很少，仅占1%。在政策引导和可再生电力成本下滑带动下，预计制氢将从“灰氢”逐步向“蓝氢”“绿氢”过渡。1化石燃料制氢我国煤制氢的主要企业有中国石化、国家能源集团、江苏恒力集团以及山东利津石化。其中产量最大的为国家能源集团，目前年产超过400万吨氢气，居世界首位，而中国石化产量为300万吨/年。天然气制氢企业主要有常州兰博净化、亚联高科技、上海华西化工等。煤制氢技术较为成熟，成本约055083元/标准立方米，而我国天然气较依赖进口，因此天然气制氢成本较高，约08175元/标准立方米。2工业副产制氢氯碱行业的鸿兴
14、达业和滨化股份在氢能方面已有布局，两者烧碱产能超过100万吨，副产氢可达25万吨/年。嘉化能源可实现氯碱副产氢1万吨，同时其产业链可实现制、储、运、加氢全覆盖。目前，我国焦炉煤气制氢龙头是拥有660万吨焦炭产能的美锦能源，副产氢气可达到59万吨/年。丙烷脱氢(PDH)方面，国内PDH项目计划至2023年产氢3704万吨/年。卫星石化未来有250万吨乙烷裂解项目投产，产氢16万吨。东华能源现有副产氢5万吨，宁波二期PDH建成后达到75万吨。目前采用PSA技术的焦炉煤气制氢、氯碱尾气制氢等装置已经得到推广。当前氯碱工业副产氢生产成本约1114元/标准立方米，计入PSA成本后综合成本约1218元/标
15、准立方米，而焦炉煤气提纯制氢综合成本约083133元/标准立方米。3电解水制氢电解水制氢有3种技术路线:碱性水电解槽(ALK)、质子交换膜水电解槽(PEM)、固体氧化物水电解槽(SOEC)。碱性水电解槽(ALK)技术较为成熟，有苏州竞立、扬州中点、天津大陆制氢等公司，单台最大产气量为1000标准立方米/小时，但设备体积大以及存在污染等问题。质子交换膜水电解槽(PEM)需要采用贵金属催化剂，成本较高，目前国内单台最大产气量为苏州国能圣源的设备，产量为500标准立方米/小时。我国PEM总体规模与国外仍有差距。固体氧化物水电解槽(SOEC)技术的研发国内外都在进行，主要研发机构包括日本三菱重工、东芝
16、、京瓷;美国Idaho国家实验室、BloomEnergy公司;丹麦托普索燃料电池公司;韩国能源研究所;中国科学院、清华大学、中国科技大学等。电解水制氢不仅受制于技术，还受制于电价，据产业发展报告预测，在2030年光伏发电和风力发电成本分别降至02元/千瓦小时和025元/千瓦小时，电解水制氢的经济性也会随之提升。总体而言，随着电解水制氢成本降低，传统化石能源制氢方式产量逐渐降低，并被可再生能源发电结合电解水制氢方式取代。电解水制氢方式中，PEM电解制氢处在快速发展阶段，SOEC电解技术国内外都在加快研发进度。(二)氢气储运为了提高氢能的储存运输效率，目前使用较多的储氢技术是高压气态储氢、液态储氢、固态储氢等，氢能运输主要采用陆上运输、海上运输以及管道运输。1储氢高压气态储氢方面，
