隨著應(yīng)對全球氣候變化形成普遍共識，主要國家陸續(xù)提出碳中和規(guī)劃，進(jìn)一步提高氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，未來綠氫的市場需求將顯著增長。目前，氫能大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍需克服四大挑戰(zhàn)，即完善氫能的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、形成“制儲輸用”完整產(chǎn)業(yè)鏈、構(gòu)建長距離低成本的氫能運輸體系和降低綠氫的生產(chǎn)成本。
未來需要在氫能“能源屬性”上形成共識，其中，建立健全適宜的行業(yè)監(jiān)管體系，是進(jìn)行氫能轉(zhuǎn)型的前提條件;研發(fā)高效低成本的綠氫制備技術(shù)，推動“電—氫”耦合，是提高氫能市場需求的關(guān)鍵途徑;培育多元化氫能儲運網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)長距離長時間氫能儲運，是連接氫能產(chǎn)業(yè)鏈的必由之路;打造氫能全產(chǎn)業(yè)鏈綜合示范區(qū)，配套氫能產(chǎn)業(yè)政策，是拓展氫能應(yīng)用場景，推動技術(shù)創(chuàng)新突破，加速氫能產(chǎn)業(yè)商業(yè)化的有效手段。
氫能成為全球競爭新賽道
氫能是來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源。在全球碳中和潮流下，氫能受到各國高度重視，有望很快成為實現(xiàn)能源低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。
目前，全球每年氫能需求量約9400萬噸，主要用于煉化和工業(yè)領(lǐng)域。隨著氫能應(yīng)用場景的持續(xù)拓展，將極大帶動氫能的市場規(guī)模，預(yù)計氫能市場規(guī)模將得到顯著擴(kuò)大。根據(jù)國際能源署(IEA)預(yù)測，到2030年，全球氫能需求量將達(dá)到1.5億噸，并在2060年突破4億噸，其中，2030年之后的新增供給將主要來自綠氫。
為了實現(xiàn)碳中和目標(biāo)和能源低碳轉(zhuǎn)型，世界主要經(jīng)濟(jì)體陸續(xù)出臺或更新氫能發(fā)展戰(zhàn)略，提升了氫能和綠氫的發(fā)展目標(biāo)。例如，德國政府更新氫能戰(zhàn)略目標(biāo)，計劃于2030年之前在氫能技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈上取得全球領(lǐng)先，且電解水制氫規(guī)模達(dá)到10吉瓦(相當(dāng)于1000萬千瓦);美國則將2040年、2050年的綠氫生產(chǎn)目標(biāo)分別提高到2000萬噸和5000萬噸;日本規(guī)劃氫和氨的供應(yīng)量在2040年、2050年分別達(dá)到1200萬噸和2000萬噸;韓國政府宣布投入2.4億韓元(約合1.93億美元)的資金支持6個氫能城市建設(shè)。
在我國碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略部署中，氫能已作為深入推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的重要領(lǐng)域。2022年3月，國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》。全球氫能賽道已初步形成，未來發(fā)展可能超過現(xiàn)有戰(zhàn)略預(yù)期。對此，我國應(yīng)著眼全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展大趨勢，找準(zhǔn)切入點，力爭復(fù)制電動汽車、動力電池的成功案例。氫能發(fā)展是我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑之一，氫能在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)均有廣泛的應(yīng)用場景，是中國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的優(yōu)質(zhì)介質(zhì)。隨著能源消費模式的轉(zhuǎn)變，氫能在未來的能源結(jié)構(gòu)中將占據(jù)重要位置。
我國氫能發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)
1.氫能的“能源屬性”與“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”有待進(jìn)一步完善。
氫能兼具“清潔能源”與“危化品”的雙重屬性，在做好氫能安全管理的基礎(chǔ)上，需要明確氫氣的能源屬性并加快制定氫能的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。近年來，我國加快了氫能發(fā)展戰(zhàn)略部署。2022年3月23日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》明確了氫能在中國的能源屬性，但針對氫能產(chǎn)業(yè)鏈安全監(jiān)管體系缺乏統(tǒng)一認(rèn)知，特別是對氫能的能源屬性理解不足，導(dǎo)致在落實氫能項目時安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)職責(zé)不夠明確，跨部門、跨領(lǐng)域缺乏協(xié)作協(xié)調(diào)。
2.氫能產(chǎn)業(yè)鏈體系尚不完備。
制氫、儲氫、運氫及應(yīng)用尚未形成完備高效的產(chǎn)業(yè)鏈。在產(chǎn)業(yè)上游，我國灰氫技術(shù)成熟、成本低，但化石能源緊缺，加之排放量高、雜質(zhì)多需要提純，或?qū)⒅鸩奖豢稍偕茉粗茪?綠氫)技術(shù)所取代。不過，目前，我國利用清潔能源制氫的效率偏低，還沒有到大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)階段。在產(chǎn)業(yè)中游，國內(nèi)車載高壓儲氫以及運氫方面均比較薄弱，基礎(chǔ)設(shè)施缺口較大，加氫站數(shù)量少且儲氫量小。在產(chǎn)業(yè)下游，氫能當(dāng)前的應(yīng)用范圍比較窄，主要以燃料電池形式應(yīng)用于交通領(lǐng)域，且技術(shù)瓶頸導(dǎo)致成本較高，燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣仍存在一定難度。
3.長距離、大規(guī)模、低成本的氫能儲運系統(tǒng)仍有待突破。
氫能的資源與需求在空間分布上不匹配，且目前氫能長距離長時間儲運技術(shù)不夠成熟、成本較高，制約了氫能的大規(guī)模生產(chǎn)與消納。我國綠氫上游生產(chǎn)多集中在華北、西北、東北等可再生能源較為豐富的地區(qū)，而下游需求多分布在華東、華南等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，需要依靠長距離儲運技術(shù)以實現(xiàn)氫能跨區(qū)域統(tǒng)籌利用。綠氫在我國空間維度上的錯配問題及新能源制氫的波動性問題，對氫能跨區(qū)域、跨時間儲運提出了更高要求，氫儲運供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)化水平有待提高。
4.較高的綠氫生產(chǎn)成本制約上下游產(chǎn)業(yè)的市場競爭力。
綠氫制氫和用氫場景的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較差。目前，氫燃料汽車加注綠氫成本在50-60元/公斤。可再生能源制氫的成本高，導(dǎo)致綠氫產(chǎn)業(yè)鏈整體成本居高不下，綠氫及其下游產(chǎn)品的價格遠(yuǎn)高于同類型傳統(tǒng)產(chǎn)品，市場競爭力不足，嚴(yán)重制約了綠氫的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
綠氫要實現(xiàn)大規(guī)模低成本生產(chǎn)需要從系統(tǒng)設(shè)計、多電解槽運行管理、材料可靠性等方面進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步降低綠氫制備系統(tǒng)總成本，提高制氫效率。同時，還需要進(jìn)一步發(fā)展“風(fēng)光儲氫”耦合技術(shù)來提高可再生能源電力的消納，推動“電—氫能”系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)目標(biāo)條件下，實現(xiàn)最優(yōu)化運行。另外，還要重視培育氫能應(yīng)用場景，如氫能特種車輛、港口物流車、重型卡車、公交車等，以解決部分試點城市規(guī)劃難以落實的困境。
對我國未來氫能產(chǎn)業(yè)政策的建議
1.加快標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，強(qiáng)化有效監(jiān)管。
參考國際氫能技術(shù)發(fā)展方向，結(jié)合我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際情況，明確各種類型氫能的定義范圍，制定符合國家戰(zhàn)略和行業(yè)特色的安全標(biāo)準(zhǔn)。同時，適度前瞻地制定管理制度，管控氫能產(chǎn)業(yè)鏈的安全風(fēng)險，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展。
盡快明確氫能的行業(yè)主管部門，由其牽頭各相關(guān)部門，建立統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，建立完善的氫能基礎(chǔ)設(shè)施審批、建設(shè)、驗收流程。以統(tǒng)籌氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展與全鏈條安全為抓手，盡快建立健全氫能監(jiān)管制度和監(jiān)管職能，加強(qiáng)監(jiān)管能力建設(shè)，強(qiáng)化對制、儲、運、加、用等全產(chǎn)業(yè)鏈重大安全風(fēng)險的預(yù)防和管控，建立安全事故防范機(jī)制、安全應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，提升全過程安全管理水平。
2.研發(fā)高效低成本的電解水制氫技術(shù)和裝備，推動“電—氫”耦合。
發(fā)展氫能已成為能源綠色轉(zhuǎn)型和實現(xiàn)低碳發(fā)展的必然選擇，綠氫關(guān)鍵技術(shù)的突破與成本降低是促進(jìn)氫能需求增長的關(guān)鍵因素。一方面，要加快研發(fā)基于“電—氫”耦合的“水風(fēng)光儲氫”一體化系統(tǒng)，突破可再生能源發(fā)展的瓶頸，提高其消納比例，滿足規(guī)模化、長周期儲能需求;另一方面，“水風(fēng)光”互補(bǔ)平穩(wěn)地出力能保證制氫系統(tǒng)處于最佳工況下運轉(zhuǎn)。同時，推動大規(guī)模氫儲能在能量轉(zhuǎn)化效率、安全問題和核心技術(shù)上盡快得到突破。比如，PEM電解槽未來要降低貴金屬用量、提高使用壽命和波動適應(yīng)性。
3.培育多元化氫能儲運網(wǎng)絡(luò)，連接氫能上下游產(chǎn)業(yè)鏈。
大規(guī)模氫能儲運網(wǎng)絡(luò)體系，是實現(xiàn)長距離輸氫和長時間儲氫、連接氫能上下游產(chǎn)業(yè)鏈、推動氫能生產(chǎn)和消費、促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。儲氫有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)等方式，三種技術(shù)在儲氫密度、成本和效率上各有利弊。要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，繼續(xù)提高氣態(tài)儲氫密度，降低低溫液態(tài)儲氫能耗和成本，提高固態(tài)儲氫密度、降低成本和吸放氫溫度，降低有機(jī)液體儲氫成本、簡化操作和反應(yīng)條件。
目前，氫能儲運方式主要以高壓氣態(tài)儲氫為主，中長期要發(fā)展液態(tài)儲氫，固態(tài)儲氫目前應(yīng)用較少，未來在成本和能源效率上獲得突破后，也將成為一種有效的儲氫方式。目前，國內(nèi)在等離子體方法制備納米結(jié)構(gòu)鎂基儲氫合金、金屬氫化物水解制氫、N-乙基咔(NEC)有機(jī)液體儲氫方面已取得原創(chuàng)性成果，應(yīng)用前景可觀。
4.打造氫能全產(chǎn)業(yè)鏈綜合示范區(qū)，拓展應(yīng)用場景。
發(fā)展“海上風(fēng)電+氫能”全產(chǎn)業(yè)鏈綜合示范項目，是以用促產(chǎn)，豐富氫能應(yīng)用場景，激勵氫能技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新突破，推動產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同進(jìn)步的重要舉措，也是加速氫能商業(yè)化的有效手段。
建議將海南省打造為“清潔能源島”，建設(shè)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈綜合示范區(qū)，可加快氫能項目招商引資，推動產(chǎn)業(yè)加速集聚，幫助氫能企業(yè)做大做強(qiáng)，增強(qiáng)創(chuàng)新動力，突破綠色氫能“卡脖子”技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，拓展應(yīng)用場景，加速氫能在海南省乃至全國大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化進(jìn)程。
作者系國務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所氣候政策研究室主任、研究員
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