全球氢能产业处于快速发展前期,预计随着技术研发和产业资本的持续投入,未来10~20年全球氢能产业将迎来快速发展的重大机遇期。

氢能

近期,氢能作为推动全球能源转型的一种可行技术路线,逐渐成为世界能源领域的热点话题,从欧美政府到国际能源署等重要国际组织,都对氢能经济寄予厚望。我国也在今年国民经济和社会发展计划的主要任务中,首次提出要制定国家氢能产业发展战略规划。

全球氢能产业处于快速发展前期,预计随着技术研发和产业资本的持续投入,未来10~20年全球氢能产业将迎来快速发展的重大机遇期。

●氢能发展潜力再获国际关注●

20世纪70年代以来,受石油价格冲击,各国开始关注氢能研发与应用。21世纪初以来,受全球气候变化和环境问题影响,节能减排和能源清洁化步伐加快,氢能在能源转型中的潜力再次获得人们关注。氢能是理想的清洁二次能源,用可再生能源制氢,用储氢材料储氢,用氢燃料电池发电,将构成“净零排放”可持续利用的氢能系统,成为可再生能源之外实现“深度脱碳”的重要路径。

氢能发展潜力越来越被国际认可,欧美日韩等地区和国家积极制定支持氢能投资政策。截至目前,占世界GDP70%的18个国家制定了氢能发展战略,全球直接支持氢能源部署的政策总计约50项。美国自2010年以来,每年对氢能和燃料电池的资助达1亿~2.8亿美元。欧洲燃料电池和氢能联合组织于2019年2月发布《欧洲氢能路线图:欧洲能源转型的可持续发展路径》研究报告,提出了欧盟面向2030年、2050年的氢能发展路线图;欧盟委员会于2020年3月10日宣布成立“清洁氢能联盟”;日本将“氢能社会”纳入国家发展战略,2014年以来先后制定《第四次能源基本计划》《氢能基本战略》《第五次能源基本计划》《氢能与燃料电池路线图》,计划到2025年,燃料电池汽车数量达到20万辆,到2030年达到80万辆,燃料补给网络包括900个加氢站,是目前的9倍左右。

欧美日韩等地区和国家在积极推动氢能发展的同时,相互之间的合作意愿强烈,在2019年G20(大阪)峰会召开期间,美日欧三方签署《关于未来氢能和燃料电池技术合作的联合声明》,致力于未来氢能及燃料电池技术全面合作,引导能源体系向氢能过渡。近日,加拿大正在制定国家氢能战略,以加速推进能源产业清洁转型;而德国则联合法国、荷兰、奥地利、比利时与卢森堡等国,呼吁欧盟尽快就氢能源技术进行立法并增加资金支持。

虽然氢能在能源转型中的潜力再受关注,但全球制氢的最主要原料是化石能源。目前,全球氢气年产量约为7000万吨,其中76%以天然气为原料,剩余部分(23%)几乎都以煤炭为原料,电解法制氢仅占1%。每年氢气生产共消耗天然气约2050亿立方米(占全球天然气总消耗量6%),煤炭1.07亿吨(占全球煤炭总消耗量的2%)。尽管化石能源制氢技术相对成熟,但存在碳排放问题,加装碳捕捉与封存装置(CCS)是缓解碳排放的一个措施。随着近年来可再生能源发电成本快速下降,直接利用可再生电力电解水制氢成为关注焦点。

当前,越来越多的国家和机构投入到大型可再生能源制氢的研究与项目开发中。近日,由欧洲氢能组织、沙漠计划、非洲氢能伙伴计划、乌克兰氢能委员会等机构联合发布的《绿色制氢:欧洲2×4000万千瓦倡议》提出,在北非和欧洲地区分别建设4000万千瓦清洁光伏/风电电解制氢设备和互联互通管道设施,并预计到2025年制氢成本可降至1.62~2.16美元/千克。全球正在推进中的可再生能源制氢项目规模迅速扩大,从2019年10月份的320万千瓦提高到2020年3月底的820万千瓦,近期新增在建项目的单个容量都在10万千瓦及以上,主要分布在澳大利亚、法国、德国、葡萄牙、英国、美国、荷兰、巴拉圭。

●面临五大挑战●

近年来,氢能作为潜在新兴能源,逐步进入中央和地方政府中长期规划视野。在《中国制造2025》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等多个国家规划中,明确提出将“氢能与燃料电池”作为战略重点,《能源法(征求意见稿)》中首次将氢能列入能源范畴。2019年、2020年,氢能均写入国务院政府工作报告。在地方政府层面,仅在2019年,山东等多个省市就出台了70多条氢能和燃料电池汽车激励政策。

事实上,我国已经是世界上最大的氢能生产国和消费国。全球投入运营的煤气化厂达130座,其中80%位于我国。国家能源集团拥有煤气化炉80座,年产氢气总量达800万吨,约占全球氢气总产量的12%。2017年以来,我国氢能及燃料电池汽车产业快速发展,截至2019年年底,在建和已建的加氢站有130多座,其中61座已经建成,投入运营的加氢站有52座。目前,我国已形成京津冀、长三角、珠三角、华中、西北、西南、东北7个氢能产业集群,相关的产业配套和商业化应用体系也在逐渐探索和完善,在示范运营区域运行的各类汽车近4000辆,燃料电池商用车产销和商业示范应用的规模位居国际前列。

尽管我国氢能产业发展已经具备一定基础,但是要破解我国能源发展难题,发挥氢能在我国能源转型中的巨大潜力,还有不少现实问题和挑战亟待解决。

第一是公众认知问题。氢气的化学性质活泼,长期以来,我国一直将氢气作为危化品进行管理,应用领域局限在化学品,未将氢能作为能源管理,公众认知水平较低。事实上,各种实验数据表明,氢气的危险系数低于油气。只要具备较强的技术支撑和安全运行管理能力,按照规范操作和使用,氢的安全性是可控的。

第二是顶层设计问题。不论是从氢能的生产、储运,还是技术要求等环节,目前国家对于氢能的支持仅出现于新能源发展等政策中,还没有专门的氢能政策,尚未制定专门的氢能产业发展规划,也没有出台能够提振市场预期的发展路线图,上下游产业不协调问题较为突出,氢能产业长期可持续发展将受到严重制约。

第三是技术装备问题。燃料电池等氢能装备关键零部件较多、系统较复杂,用材特殊、制作工艺繁琐,但我国相关核心技术和设备自主化程度不足,核心零部件和关键材料尚依赖进口。氢由化学品转为能源,在生产、储运、终端设施以及应用领域产品开发等全产业链上都需要有创新型技术作为长期支撑和引领。

第四是基础设施问题。氢能基础设施尤其是加氢站的建设布局,在很大程度上限制了氢能经济的规模化,制约了氢能汽车的市场发展。截至目前,我国加氢站仅有寥寥数十座,分布到有关省市更是屈指可数,加氢站建设主体众多,缺乏国家统筹和政策配套措施。加氢站及相关基础设施的布局能否快速启动,其实又取决于氢成本的下降速度以及加氢站运营过程中政府的补贴力度。

第五是发展成本问题。氢气需要二次制取,运氢、储氢、加氢各环节成本较高,引发人们对氢能经济性的质疑。现阶段氢能成本高,是技术原因,更是应用规模有限所致,国际能源署、国际氢能委员会、彭博新能源财经等机构的研究均表明,产业规模化是降低氢能成本的关键。当前,可再生能源制氢成本高达3~7.5美元/千克,但随着可再生能源成本的下降和氢气产量扩大,到2030年利用可再生能源制氢的成本可以在目前的基础上下降30%。目前车用氢燃料电池的成本为230美元/千瓦,预计近期可以降到180美元/千瓦,远期下降到50~75美元/千瓦,届时高里程氢燃料电池汽车的经济性将超过电动汽车。

●需多方协同发力●

从世界范围看,氢能发展已经越来越受到各国政府、能源生产企业、装备制造企业和研究机构的关注。国际氢能委员会预测,到2050年全球氢能占能源比重约为18%,氢能产业链产值将超过2.5万亿美元。全球氢能产业已处于快速发展前期,预计随着技术研发和产业资本的持续投入,未来10~20年全球氢能产业将迎来快速发展的重大机遇期。我国是世界第一大能源生产国和消费国,能源生产和消费结构均以化石能源为主,应对气候变化、保护生态环境面临巨大压力和挑战,氢能巨大发展潜力为破解我国能源发展难题提供了新的可能性。鉴于氢能技术要求高、产业链复杂、投资需求大,需要政府、企业和行业组织等多方协同发力,抢占未来氢能经济发展先机。

首先,规划先行。加快顶层设计,尽快制定出台国家氢能产业发展战略规划,明确氢能在我国能源体系中的定位,根据我国不同区域的资源、市场、产业等特点,整体规划氢能产业重点发展区域,提出氢能产业发展路线图,整体规划氢能产生、运输、储存、利用等全环节发展路径。绿色氢能经济规模亟须扩大。总体看,在氢能市场发展初期,继续发展低成本工业副产制氢,结合清洁能源基地建设探索开展可再生能源电解制氢项目示范;发展中期,可在煤制氢基础上配置碳捕捉与封存设施,推动可再生能源电解水制氢产业化;发展远期,随着我国能源结构转向可再生能源为主的多元格局,可再生能源电解水制氢将成为制氢主流方案,煤制氢配合碳捕捉与封存技术、生物制氢等技术成为有效补充,实现整体绿色规模经济。

其次,技术引领。氢能发展离不开全产业链技术创新和突破。依托大型能源企业成立国家级联合研发和推广应用平台,有效整合社会资源,推动全社会相关领域科研力量的广泛参与和协同攻关,聚焦核心技术,加快突破薄弱环节,同时也为新技术新产品的推广应用提供成熟的产业依托和试用平台,健全产业标准体系。

最后,政策支持。政策主要解决氢能产业“鸡生蛋、蛋生鸡”的问题。众所周知,依靠强有力政策扶持,丹麦成为世界风电的先行者,丹麦也据此催生了全球领先的风电产业链,培育了当今世界最大的风机制造商和最大海上风电开发商。我国应借鉴对新能源发展初期的政策支持经验,从基础研发投入、财政补贴、扶持重点企业以及标准规范、开展示范项目等方面,制定出台支持氢能产业持续、稳定发展的金融财税优惠政策,鼓励市场主体积极投资和参与氢能产业,实现政策支持-规模扩大-成本降低-投资聚集的良性循环。

(作者均供职于全球能源互联网集团有限公司)

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