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氢能是未来最具有发展潜力的清洁能源之一，是能源体系的重要组成部分。氢能广泛应用于车辆、船舶、航空、轨道交通、储能、分布式发电、备用电源等领域，也用于生产合成氨、合成甲醇等化工产品。它可以解决可再生能源大规模发展面临的消纳问题，提升能源安全，促进能源转型，实现交通、工业和建筑等领域的深度脱碳。
全球各国积极布局氢能战略 氢能是通过氢气和氧气反应产生的能量。氢气是从水、化石燃料等含氢物质中制取，属于二次能源。工业生产氢的方法有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。 人们认为氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，是人类战略能源发展的方向。基于氢能广阔的使用场景及庞大的产业链价值，氢能的开发与利用成为了全球各国实现能源转型的重要途径。许多国家对氢能的发展极为重视，制定出了相关的政策和发展战略。 今年8月，德国联邦内阁通过了新版《国家氢能战略》，对本国氢能及衍生品和氢能应用技术的发展目标进行重新制定和细化，并决定建设必要的基础设施作为氢能发展的战略重点。 9月16日，比利时议会也通过了最新的《氢气法案》。旨在通过立法规范内外运输绿色氢气的管道网络，促进氢气市场及氢气运输基础设施的发展。希望通过这项法律有力地巩固作为氢气产业领跑者的地位，并最终成为欧洲可再生氢的进口及转运中心。 比利时除推进相关立法程序外，还在现有氢能领域优势的基础上，制定下一阶段的氢能发展战略，其中包括四大支柱：一是将比利时定位为欧洲清洁氢进口及输送枢纽； 二是成为氢科技的领先者；三是建立活跃的氢交易市场；四是致力于加强合作吸引投资。 与发达国家相比，新兴市场国家也不约而同地瞄准了绿色氢能的发展愿景，包括印度政府拨款23亿美元用于支持绿氢产业，沙特超级未来城市工程NEOM的目标是要在境内建成一个超过2吉瓦的水电解制氢工厂，阿联酋计划五年内每年斥资4000亿美元扩展绿氢市场，另外，南美洲的巴西、智利以及非洲的埃及、纳米比亚等都宣布了绿氢投资计划。 在此形势下，国际能源组织预测，到2030年全球绿氢产量将达3.6万吨，2050年达到3.2亿吨。根据最新国际氢能源委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》预测，2050年全球氢能源需求将增至目前的10倍，至2070年将达到5.2亿吨。 而我国在向世界庄严承诺2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标后，从碳达峰、碳中和目标出发。也积极对能源结构进行根本性调整，着眼在未来40年中，能源既要持续稳经济，又要不断调整结构。 2023年7月，国家标准委与国家发展改革委、工业和信息化部、生态环境部、应急管理部、国家能源局六部门联合印发《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》。建设指南明确了近三年国内国际氢能标准化工作重点任务，系统构建了氢能制、储、输、用全产业链标准体系，涵盖基础与安全、氢制备、氢储存和输运、氢加注、氢能应用五个子体系。通过建设指南旨在贯彻落实国家关于发展氢能产业的决策部署，充分发挥标准对氢能产业发展的规范和引领作用。
开启绿色低碳转型和产业升级的“氢时代” 2020年4月10日公布的《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》中，将氢能正式定义为能源，2022年3月23日国家发改委和国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021一2035年)》进一步明确了氢能和氢能产业的战略定位，开启了我国能源绿色低碳转型和未来产业升级的“氢时代”。 据相关数据显示，我国2022年可再生能源新增装机1.52亿kW，占全国新增发电装机的76.2%，成为我国电力新增装机的主体，其中光伏和风电占比最高，分别达到57.4%和24.7%。截至2022年12月，我国累计可再生能源装机量达到12.13亿kW，占全国发电总装机的47.3%。我国出现了可再生能源“西富东贫，北多南少”的格局。 而氢能以可跨季节长时间储能和利用方式灵活等优势，成为可再生能源消纳以及能源供应体系多元化发展的最佳选择。 目前，我国氢能产业发展趋势总体向好，产业链逐步完善。在产业层面，我国氢气总产量稳步增长，2022年氢气总产量超过3781万t，同比增长14.5%；氢能行业发展迅速，相关企业注册量持续增加，截至2022年12月，开业企业已达8843家。我国氢气制备及氢能应用逐步由灰氢、蓝氢向绿氢过渡，规模不断扩大；氢能相关技术不断突破，自主化水平快速提升；氢能示范规模进一步扩大，应用场景更加多元化。2022年我国氢燃料电池汽车的产销量分别为3626辆和3367辆，分别同比增长105.4%和112.8%。截至2022年底，燃料电池汽车保有量12682辆，是仅次于韩国和美国的世界第三大氢燃料电池车市场。截至2022年12月，国内在营加氢站总量已达245座，建成数量累计358座，加氢站数量占全球的36.7%，位居全球第一，我国34个省(区、市)中，除香港、澳门、台湾省和西藏外，均有加氢站建成投运，其中广东、山东、江苏三省分别以累计建成加氢站47座、28座、27座位居全国前三。燃料电池领域专利数量增长呈爆发趋势，我国目前燃料电池领域的专利数量已达60129件。燃料电池汽车相关标准体系日趋完善，现行各类标准149项，正在制定的标准23项，覆盖氢能安全与管理、氢能基础设施建设与运营以及氢能“制储输用”多种场景和全产业链中的各个环节，为氢能产业的健康发展起到了引导作用。 综合我国氢能产业发展总体情况，2022年，我国氢能产业在面临多重压力的背景下，依然延续了2021年的良好发展态势，在氢能“制储输用”产业链中各个环节的核心技术均取得了重大突破：并且随着国家顶层设计文件《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》的出台和各地方政府相关政策的快速跟进，以及京津冀、河北、河南、上海、广东五大燃料电池汽车示范城市群的正式批复，氢能产业呈现集聚发展态势，已初步形成京津冀、长三角、珠三角、山东、成渝、环武汉、内蒙古七大重点集群。在全国和地方纷纷开启氢能新赛道的同时，也逐步积累和形成了一定特色的发展优势。其特点表现在以下几个方面。 一是我国氢能发展的产业基础雄厚，氢能资源丰富。在氢能产业发展方面，依托我国完整的汽车工业体系及产业链，在燃料电池相关产品制造方面，能够快速实现燃料电池汽车等终端产品研发生产。2022年我国燃料电池系统累计装机容量506.9MW，同比增长191.7%，创下历史新高。氢燃料电池已成为各地发展氢能产业的重要抓手。在氢能供给方面，氢制取传统工艺成熟，煤制氢、天然气制氢、工业副产氢提纯和碱性电解水制氢原料充足、技木成熟、成本低廉，将是推动氢能产业规模化、商业化发展的重要基础。 二是应用场景多元，可扩展空间巨大。氢能兼具能源和原料双重属性，在通过电气化转型助力交通、建筑、能源等领域实现深度脱碳的同时，氢气作为重要的工业原料，将在冶金、化工、建材、航运和航空等难以通过电气化实现大规模减碳的领域发挥重要作用。 三是传统能源企业转型，国企、民企多点发力。在中央及各地方政策的引领下，我国氢能产业发展形态呈现央国企全产业链布局带动行业发展、民营企业积极参与深耕细分领域的局面。中国石化、中国石油、国家电投等大型传统能源与装备央企积极转型，已成为氢能领域的骨干企业，重塑科技、国鸿氢能、宇通客车、隆基氢能、阳光氢能等一批优秀民营企业也在各自细分领域厚积薄发，初步展现头部效应。氢能领域企业竞争日趋激烈，产业集中度逐渐提高，产业链上下游企业合作日趋紧密。 四是信息技术的发展与应用，为氢能产业链及生态体系的发展提供了重要支撑。在传统能源领域，信息技术的应用已经积累了较为丰富的经验，可以将这些成熟的做法快速应用到氢能产业领域。在氢能的基建投资项目建设阶段，应用BIM（建筑信息模型）技术进行项目设计并指导施工过程；在生产阶段，搭建基于数字孪生管理系统的智慧工厂，在投产运营阶段用于产线的运维管理和生产操作培训；在储运阶段，利用信息技术对氢能储运过程进行监测，确保储运安全，同时提升氢能的可用性；在商业应用阶段，物联网、大数据、区块链、人工智能等技术在能源领域已经得到广泛应用，能源交易与结算管理平台、加油（气）站管理系统、电动汽车充电管理系统、能源消费终端等在能源领域普遍应用，这将为推动氢能产业的快速发展提供宝贵经验。
氢能产业面临的难题及挑战 目前国内许多行业和企业通过技术积累和实践探索，在氢能创新方面实现了突破，但是氢能产业发展面临的困难和挑战也不容小觑。 一是在氢能国产化技术应用场景验证方面。我国氢能基础材料及核心零部件，缺乏下游企业的支持，下游企业对国产化产品信心不足。产品在不同工况下的稳定性和可靠性验证周期长，延缓了产业链国产化的步伐。 二是我国氢能领域专利公开/授权数量近几年呈快速增长趋势，累计数量居世界前列，但在核心专利方面，我国发明专利和国际专利相比发明数量少，核心技术专利也落后于国际水平。同时，按照既有国际技术路线发展，我国将可能面临部分核心专利付费的问题。 三是我国目前涉及氢能产业的现行标准222项，覆盖氢能安全与管理、氢能基础设施建设与运营以及氢能“制储输用”多种场景和全产业链中的各个环节。但我国参与制定国际氢能标准数量有限，氢能领域标准输出不足，在技术、安全等标准方面与发达国家存在一定差距。 四是我国在先进制氢工艺和设备制造方面，在制氢国产化等方面取得了突破性进展，但与国外领先技术水平相比仍有不足。加氢站等领域关键设备或零部件多为进口，制造设备自动化、智能化水平有待加强。制氢的碱性电解槽在寿命、电流密度及维修便捷性方面存在差距。在氢储运方面，我国在气瓶储氢压力等级、液态储氢核心装备、固态储氢基础研究以及各类储氢技术的运营等方面仍然存在差距。 五是信息技术与氢能，以及氢能与燃料技术、电池技术之间的技术融合，有待进一步技术攻关及产业化应用。目前，一方面在氢能与电池技术结合应用中能源转化与利用效率的提升，另一方面信息技术对电池使用过程中的能耗监测、管理和优化方面，都亟需取得技术突破。 六是我国经过几年的发展，质子交换膜、催化剂、气体扩散层、碳纤维等领域已经取得一定成果，但综合性能与国际领先水平相比仍显不足。 七是氢能领域关键部件制造工艺急需改进。在电堆方面，在追求大功率、高功率密度的同时，应充分打磨制造工艺和集成技术，提高电堆的寿命、稳定性和一致性，避免出现“虚标”的情况。在膜电极方面，在设计和制造工艺环节上还有较大的提升空间。 在双极板方面，在双极板的雕刻加工以及涂层工艺方面与国外先进水平还存在一定差距。提高精细加工水平及稳定性，探索更有效的涂层工艺，提高双极板寿命以及适应越来越复杂的使用工况，是目前我国双极板制造商的主要提升方向。
对氢能技术与产业发展的建议 当前，氢能产业作为战略性和先导性的新型产业，代表着未来技术变革和能源转型发展的重要方向。布局氢能产业，推动氢能应用发展是进一步落实深度脱碳，加快实现“双碳”目标的重要手段。近几年我国可再生能源制氢、燃料电池汽车、氢储能等领域加速布局，相关技术水平快速提升。 但是，综合和全面地审视我国氢能产业发展总体情况，我国在产业规模、技术水平、材料研发、生产工艺、专利和标准输出等方面仍需要创新攻关，特别是高性能材料和精密制造部件仍存在“卡脖子”现象，氢能产业各个环节装备及产品的性能、使用寿命、制造工艺等方面较国际先进水平仍有不小差距。 我们要看到差距认清差距，把握住氢能源发展大方向，从全球氢能产业还尚处于培育阶段这个窗口期，把准氢能产业发展定位，全力推动氢能核心技术攻关，完善基础设施建设，抓紧完整产业链的构建，做好氢能国际合作，抢占氢能赛道“制高点” 争取在新一轮国际竞争中取得优势。为此，提出相关建议。 第一，要立足氢能在国家能源体系中的战略位置，研究氢能在部分领域和场景的具体管理范畴。制定氢能产业发展实施路线图，规划和实现氢能与工业、电力建筑、交通行业深度融合的安全高效、低碳、可持续发展的氢能供给网络与应用场景。将发展绿色氢能与我国建设现代经济体系的重大部署紧密结合，实现产业高起点开局，高质量实施、可持续发展。 第二，建立健全我国氢能标准与信息化融合应用标准体系，完善氢能设计、建设与验收等相关标准。立足国情推出我国氢能产业各个发展阶段的技术标准和安全监察规范。建立第三方检测认证机制，建立健全产业准入与退出机制、氢能装备质量追溯体系、企业质量安全评价体系、责任延伸制度，与补贴政策、金融支特相挂钩，建立现代信息化的氢能安全监管平台及数字化绿色实验室。要加快实现氢能全产业链独立自主，不断积累在绿氢领域的资源和市场优势，逐步将我国技术和标准对外输出。 第三，大力发展与氢能技术及产业化相关的物联网、大数据、人工智能、数字孪生、建筑信息模型等信息技术，开展关键核心技术攻关，加强信息技术成果转化，通过实施国家科技重大专项推动产品产业化，打造自主创新的产业生态体系。 第四，扩展氢能应用示范城市群范围及示范领域，鼓励跨省市跨区域的产业联合和示范应用，利用各个地区资源和产业优势打造“氢能联合体”，实现跨地城联合发展。进一步细化和明确氢能在各个领域的应用和发展目标。 第五，增加可再生能源制氢、储运氢环节的经济性目标，引导产业各环节加快评价化发展，分阶段降低终端用氢成本，提升企业转型主动性；明确“绿氢”评价标准，确立绿氢发展原则，推动以奖代补，提高产业绿氢替代积极性和主动性，大力推广“制储输用”一体化项目，拓展应用场景，鼓励就地、就近消纳。 第六，秉承“绿氢为目标，蓝氢为过渡，灰氢不可取”的原则，构建清造化、低碳化的氢能供应体系，明确近、中、远期各阶段的发展重点，制定切实可行的行动方案。强化能源和环境政策监管，倒逼传统灰氢向蓝氢、绿氢转型。将氢能与碳排放权交易结合，为相关企业设立碳减排目标，引导行业减少碳排放。 第七，依托行业骨干企业、科研机构和高校，联合组建国家级工程技术中心、国家实验室、国家制造创新中心等平台，共同开展氢能关键技术攻关，建立氢能知识产权共享机制，高效共享闲置和分散的知识产权资源，最大化地实现资源价值。建立省级、国家级产学研用平台，鼓励企业发布课题需求、高校和院所发布研究成果，促进产业链与创新链深度融合。 第八，加强企业、高校的专利保护意识。关注产业链上下游技木发展，做好相关领域国际专利申请和布局、提升竟争优势。加强高校与传统产业优势企业的合作，结合各方优势，促进核心技木的研发与应用，通过专科许可，专科转让等形式、尽快实现技术创新成果的市场价值最大化。 第九，加大对氢能全产业链的补贴政策及金融支持力度。建议将氢能列入国家绿色基金及投资管理体系，建立相应的资金和担保机制，扩大碳市场的行业范围，提高氢能的“绿色附加值”，提升清洁能源产品的市场竞争力，引导社会资本进入氢相关领域。 第十，围绕氢能全生命周期的科学发展，构建全方位的氢能产业生态圈，积极探索炼化、钢铁、建筑、交通等重点行业内的脱碳机会，并通过创新刺激需求；鼓励在能源生产和工艺流程转型过程中逐步加大以蓝氢或绿氢作为燃料和原料的占比，为实现低碳氢的广泛应用奠定基础。 第十一，以市场促产业，以示范促创新。重视氢能在交通领域的实际应用，在专用车辆、重卡、客车等方面，相对较少的乘用车，轨道交通领域，民航、船舶领域都要进行研发和试验，使氢能应用步入新的发展阶段。 第十二，推动深度脱碳，不断加快工业等领域的应用。未来要积极采用屋顶光伏等分布式可再生能源制氢进行储能。利用热电联供模式为住宅、商业、工业厂房等建筑物供能。同时，在建筑领域碳排放量最高的水泥行业中，利用氢气替代煤作为熟料烧成燃料等技术的推广与示范，为水泥行业实现深度脱碳提供氢能方案。 总之，针对我国氢能产业发展情况，要充分发挥产业基础雄厚和应用场景丰富的优势，抓住发展机会，促进氢能产业链整体技术水平提升。在传统能源企业的带动下，加快清洁能源制氢布局。在产业不断发展情况下，形成稳定的市场需求，加快推动标准创新和标准输出，增加我国氢能领域的国际话语权，最终实现氢能领域在全球的全面赶超。 张银平系嘉庚高新技术研究院生态产业创新中心特约研究员； 栾林系金云数据科技有限公司总经理 （责任编辑李秀江） |
