行業透視：氫能產業將迎來哪些發展機遇？

 

 

中國石油規劃總院發展戰略研究所（新能源發展研究中心） 院振剛 朱新宇

 

國家發展改革委、國家能源局近期聯合發布了《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》（簡稱《規劃》）。《規劃》明確了氫的能源屬性，從中長期和大能源的角度，明確了氫能在我國能源綠色低碳轉型中的戰略定位、總體要求和發展目標，為我國氫能產業長遠發展描繪了宏偉藍圖。《規劃》是對我國氫能產業發展的頂層設計，將成為指導我國氫能產業健康可持續發展的綱領性、指導性文件。

 

明確了氫能三大戰略定位。從《規劃》中對氫能的三大定位來看，不僅明確了氫能的能源屬性，更把氫能作為實現“雙碳”目標的重要載體和推動高質量發展的戰略性新興產業。

 

明確了四項發展原則。一是把創新放在首位，并豐富了創新內涵，覆蓋技術創新、產品創新、應用創新和商業模式創新。二是把安全作為發展的前提，加強對氫能全鏈條安全監管，堅守安全底線。三是平衡政府和市場的關系，市場是主導，企業是主體，政府積極有為。四是明確穩慎發展、示范引領，既積極引導，又避免過熱過頭，一哄而上，有利于氫能產業在政策引導和示范引領下有序有效發展。

 

明確了3個階段的發展目標。《規劃》分階段提出了2025年、2030年、2035年的實現目標。大體而言，“十四五”是市場導入期，以科技攻關和示范應用為主。“十五五”為市場發展期，商業化條件逐步形成。“十六五”為市場成熟期，進入全面商業化階段，氫能多元化應用生態逐步發展成熟。

 

明確了4個方面14項重要舉措。《規劃》部署了4個方面推動氫能產業高質量發展的重要舉措。一是系統構建氫能產業創新體系。圍繞以質子交換膜燃料電池技術為代表的燃料電池領域技術創新，氫能制、儲、輸、用全鏈條安全技術，特別是綠色低碳氫能制取和應用等方面加強關鍵核心技術研發、平臺建設和人才培養。二是統籌全國氫能產業布局和氫能基礎設施建設，初期以工業副產氫就地消納和示范城市群建設，帶動產業示范起步，逐步推動構建清潔化、低成本的多元制氫體系和高密度、低成本、多元化的氫能儲運體系，以市場需求為導向推進加氫網絡體系建設。三是有序推進氫能多元化應用，以交通領域為先行引領，逐步推動氫能在石化、冶金、水泥、電力和儲能等領域的應用，探索形成商業化發展路徑。四是牢固樹立安全底線，建立健全氫能政策和制度保障體系，完善氫能產業標準，加強安全監管，保障氫能產業可持續發展。

 

《規劃》突出強調創新引領。氫能產業的發展，首先要解決核心技術關鍵裝備的自主可控和競爭力的有效提升問題。在制氫領域，我國目前以化石能源制氫為主。可再生能源制氫方面，堿性電解水制氫技術相對成熟，質子交換膜、光解水制氫技術等先進技術還有較大差距。在儲運氫方面，70兆帕高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和管道輸氫、有機液體化合物儲氫、金屬儲氫等適應大規模氫能應用的儲運技術需要持續攻關。因此，《規劃》把創新擺在了更加突出的位置，要求準確把握氫能產業創新發展方向，聚焦短板弱項，突破氫能制備、儲存、輸運、應用全鏈條關鍵核心技術攻關，推進核心零部件以及關鍵裝備國產化。

 

《規劃》反復強調安全為先。氫能作為一個新的能源品類，與現有的能量載體（汽油、煤油、柴油、天然氣、電力、煤炭）相比，公眾認識度低，對其安全的擔憂一直存在。對氫能產業而言，自身具有較高的安全風險，加上現階段我國產業相關主體在氫安全方面的專業能力和管控水平還存在很多不足，一定要把安全作為發展的基線、底線、生命線。否則，一旦發生重大事故，對整個行業將帶來災難性、顛覆性的影響。氫氣在制取、儲存、運輸、應用等各環節對安全都有較高要求，需要加強技術攻關、材料研發、標準法規建設，通過技術提升和法規約束保障安全。因此，《規劃》要求加強對氫能全鏈條安全監管，堅守安全底線，落實安全生產責任制，確保氫能利用安全可控。

 

《規劃》重點強調穩慎發展。從大概念長周期而言，氫能的前景可期、前途光明。同時，未來也還有很多未知風險與不確定性。現階段氫能發展還面臨眾多挑戰，目前在技術產品、商業模式、政策制度、監督管理等方面還存在諸多問題，需要在發展中認識、實踐、總結、提高。氫能的制、儲、輸、用各環節關鍵核心技術是否會有更大的突破，氫能成本能否在技術突破和產業規模的驅動下大幅降低，氫能的應用場景是否會實現多元化規模化發展，氫能在終端能源中的比重最終能占據多少，都需要在實踐中去探索路徑。因此，《規劃》明確了穩慎應用、示范先行的原則，并在確定發展目標時堅持審慎務實的態度，三階段三步走的安排體現了對節奏把控的高度重視。

 

《規劃》特別強調氫能對綠色低碳的價值貢獻。在戰略定位中，明確氫能是未來國家能源體系的重要組成部分和用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體。在目標設定和規劃部署中，強調可再生能源制氫的科技攻關，推動構建清潔化、低碳化的多元制氫體系，不斷擴大氫能的綠色供應，推動在高耗能、高排放、難脫碳行業的應用，不斷提升可再生能源制氫在終端能源消費中的比重。《規劃》指出要探索培育“風光發電＋氫儲能”一體化應用新模式，打通“電—氫—電”綠色電力閉環，探索推廣綠氫在電力和儲能領域的多元化應用。需要說明的是，《規劃》在強調氫能遠期綠色低碳方向的同時，也明確在近中期優先就近利用工業副產氫等低成本氫能，滿足產業化初期的供氫需求。（院振剛為規劃總院發展戰略研究所所長，朱新宇為發展戰略研究所博士）

 

 

中國石油石油化工研究院氫能研究所所長 趙秦峰

 

氫能是一種來源豐富、清潔低碳、應用廣泛的二次能源，對減少二氧化碳等溫室氣體排放、實現碳達峰、碳中和目標具有重要意義。《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》（簡稱《規劃》），對我國氫能產業高質量發展將產生深遠影響。

 

在能源供給端，明確了氫能在未來能源體系中的重要地位。“雙碳”背景下，建立清潔低碳、安全高效的新一代能源體系是新一輪能源革命的核心目標。我國新一代能源系統是以電力為中心，以電網為主干和平臺，各種一次、二次能源的生產、傳輸、交易、使用、存儲和轉換裝置及它們的信息、通信、控制和保護裝置直接或間接連接的網絡化物理系統。新型電力系統技術涵蓋了包括氫能與燃料電池技術在內的先進可再生能源發電及綜合利用、高比例可再生能源友好并網、新一代電網、新型儲能、多能互補與供需互動等技術。

 

氫能具有清潔低碳的能源屬性，其能量密度高，比電更容易大規模、長周期存儲，且可實現電氫間的靈活轉化，被定位為可再生能源規模化高效利用的重要載體，通過“風光氫儲”一體化融合發展，為可再生能源規模化消納提供了有效解決方案，可支撐新能源占比逐漸提高的新型電力系統建設；通過燃料電池熱電聯供等氫能利用技術的開發使用，可實現氫能—電能—熱能深度融合發展。

 

在能源消費端，充分發揮氫能清潔低碳的特點，推動交通、工業等用能終端和高耗能、高排放行業綠色低碳轉型。交通領域占我國終端碳排放的15%左右，氫燃料電池汽車將取代部分柴油車在中重型和長途交通領域發揮深度脫碳作用，逐步建立燃料電池電動汽車與鋰電池純電動汽車的互補發展模式。

 

氫氣是重要的工業原料。如采用可再生能源制綠氫，將在合成氨、甲醇、煉化等行業具有極大的清潔替代應用場景。以合成氨為例，2020年全國產量約5000萬噸，傳統工藝生產1噸氨排放二氧化碳近2噸，若全部實施綠氫合成氨每年可減排二氧化碳近1億噸。因此，必須從氫氣生產源頭上加強管控，嚴格限制化石能源制氫、鼓勵發展可再生能源制氫。

 

在產業端，《規劃》將創新擺在氫能產業發展的核心位置，聚焦氫的制備、儲存、輸運、應用全鏈條，突破關鍵核心技術，提升裝備自主可控能力，促進產業鏈創新鏈深入融合發展。在氫氣制備技術方面，質子交換膜（PEM）電解水制氫技術具有啟停響應快、負荷調節范圍寬的優勢，適合可再生能源發電的不連續性和波動性，將進入快速發展階段。而我國PEM電解水制氫技術成本高、壽命缺乏系統驗證。“十四五”期間，將集中攻關高效低成本MW級PEM電解水制氫系統，通過開展規模化的可再生能源制氫示范，實現技術的迭代進步。

 

在氫氣儲運技術方面，我國將集中攻關突破50兆帕氣態運輸用氫氣瓶技術，通過將國內20兆帕運輸標準提高到歐美國家常見的50兆帕，單車次氫氣運輸量預計提高3倍，成本有望下降一半。另外，開展氫氣長距離管輸、低溫液氫、固態儲運等技術研究示范，構建多元化氫能儲運體系。

 

隨著氫燃料電池汽車產業的發展，35兆帕儲氫瓶已逐漸不能滿足車輛對儲氫量的需求，70兆帕氫氣儲運、加注成為國內燃料電池汽車產業發展必須突破的環節。在氫氣加注關鍵技術方面，“十四五”期間我國將集中攻關研制低預冷能耗、滿足國際加氫協議的70兆帕加氫機和高可靠性、低能耗的90兆帕壓縮機等關鍵裝備，建成加氫站示范工程。

 

在燃料電池技術方面，我國開展了高性能、長壽命質子交換膜燃料電池（PEMFC）電堆重載集成、結構設計、精密制造關鍵技術研究，突破固體氧化物燃料電池（SOFC）系統集成優化設計技術及運行特性與負荷響應規律，開展百千瓦級及以上多場景下燃料電池固定式發電及分布式供能示范應用。

 

在氫安全防控及氫氣品質保障技術方面，還需要開展臨氫環境下臨氫材料和零部件氫泄漏檢測及危險性試驗研究，研發氫氣燃燒事故防控與應急處置技術裝備；開展工業副產氫純化關鍵技術研究。

 

依托龍頭企業整合行業創新資源，在化工、材料、電控、機械、熱工等多學科人才隊伍的緊密配合下，通過上述氫能核心技術、關鍵材料、裝備的集中突破，打造產業轉型升級的新增長點，為我國經濟注入新動能。

 

“風光氫儲”一體化模式下的電—氫業務協同發展，是能源企業氫能產業發展的理性選擇。“風光發電+綠氫制備+交通/工業領域替代”構成了“風光氫儲”一體化模式的核心單元，可再生能源電解水制綠氫不僅可規模化消納不穩定性、時空不均勻性的風光電力，支撐新型電力系統建設，同時也能為煉化企業的主力用氫場景（油品加氫、合成氨、甲醇）提供綠氫，并以綠氫為基礎重塑煉化業務傳統產品鏈、服務鏈和價值鏈，逐步推動煉化企業在氫能生產端和應用端的技術進步，助力實現“雙碳”目標。

 

 

記者 楚海虹

 

《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》（簡稱《規劃》）首次明確氫的能源屬性，并提出部署建設一批加氫站、到2025年燃料電池車輛保有量約5萬輛等目標。氫能產業頂層設計到位，產業化大幕就此拉開。

 

《規劃》出臺后，石油企業將面臨什么機遇和挑戰，氫能“制、儲、輸、用”全鏈條產業將迎來什么利好？

 

 

根據氫能生產來源和生產過程中的排放情況，氫能分為灰氫、藍氫、綠氫。氫氣的來源將逐步從灰氫（化石能源制氫）和藍氫（工業副產氫氣）向綠氫（可再生能源制氫）轉變。

 

《規劃》要求，要結合資源稟賦特點和產業布局，因地制宜選擇制氫技術路線。在焦化、氯堿、丙烷脫氫等行業集聚地區，優先利用工業副產氫，鼓勵就近消納，降低工業副產氫供給成本。在風光水電資源豐富地區，開展可再生能源制氫示范，逐步擴大示范規模，探索季節性儲能和電網調峰。構建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系，重點發展可再生能源制氫，嚴格控制化石能源制氫。

 

由于氫能與傳統的石油產業鏈關系十分密切，近年來石油企業積極推進氫能技術研發和推廣。2021年11月13日，中國石油等參與的張家口200/800兆瓦時氫儲能發電工程初步設計通過評審，標志著我國氫能在大規模儲能調峰應用場景邁出實質性一步。該項目預計2023年完全投運，是目前全球最大的氫儲能發電項目。

 

中石油（上海）新材料研究院院長楊衛勝認為，部分煉化企業可利用原料優勢、用氫的技術積累、人才優勢及靠近市場優勢，積極參與氫能發展，利用煉化裝置副產氫氣建設氫氣提純裝置生產藍氫，滿足氫燃料電池車的市場需求。同時，部分煉化企業可以利用當地良好的光熱資源，發展光伏發電、綠電制氫，替代現有以煤或石油焦等化石能源為原料的制氫路線，綠氫直供煉油和化工裝置，開創綠氫煉化新發展途徑，對煉化企業實現二氧化碳減排具有重大意義。

 

佛山環境與能源研究院院長趙吉詩表示，長期來看，綠氫是方向，而藍氫主要體現的是資源綜合利用，不鼓勵走化石能源制氫路線；對于副產氫發達的地區，可因地制宜地發展氫能應用。

 

 

2021年2月7日，中國石油在河北張家口建成冬奧會首座投用加氫站——太子城加氫站，日均加注能力為1000公斤，承擔冬奧核心區交通車輛氫能保供重任。8月15日，中國石油又在北京投運福田加氫站，為冬奧會氫燃料電池客車和氫燃料電池卡車保供。氣源來自華北石化建成投用的500標準立方米/小時副產氫提純裝置。這條產業鏈為中國石油廣泛布局加氫站，建設油、氣、電、氫混建站等奠定堅實的基礎、積累了大量的經驗、培養了優秀人才。

 

2021年10月16日，中國石油在上海首座加氫站鴻音路加氫站正式投運。12月31日，又在臨港新片區投運首座油氫合建站平霄路油氫合建站。到“十四五”末，中國石油將在臨港新片區形成“油品為主、氫能為輔、快速換（充）電為補充”的多能服務格局。

 

今年3月3日，中國石油在四川建成投運首座加氫站——成都古城加油加氫站。據悉，四川銷售公司到2023年爭取在郫都區建成固定式加氫綜合站5座以上，2035年將布局固定式加氫綜合站10座以上。

 

加氫站如何實現盈利？上海中油申能氫能科技有限公司副總經理薛克鑫認為，加氫站建設一定要做好前期規劃，一是要有利于實現土地集約化、服務多元化；二是確保氫氣資源保障及價格的穩定性；三是建設要充分結合客戶端的應用場景，統籌車輛用能需求確定合理的建設規模；四是優化設備設施投資及運營成本。為確保氫能源項目投資收益達標，上海銷售公司特別優化項目選址，主推油氫合建站，通過加氫站業務撬動加油站項目，在探索氫能終端服務商業化路徑的同時擴大成品油零售網絡，從而發揮自身成品油優勢。目前，還同時啟動了古棕路油氫合建站、主城區停保場油氫合建站、正茂路油氫合建站、麗正路油氫合建站4座站點。這4座站點均將在2024年年底前投入運營。

 

中國石油油品銷售企業介入氫能業務領域，無疑將在積累加氫站技術、管理、運營模式和市場開發經驗方面探索實踐，為隨后全面加強氫能業務積累寶貴經驗。

 

 

氫能技術鏈條長、難點多，現有技術經濟性還不能滿足實用需求，需要從氫能制備、儲運、加注、燃料電池、氫儲能系統等主要環節創新突破，重點突破關鍵技術。

 

《規劃》明確提出，要圍繞氫能高質量發展重大需求，準確把握氫能產業創新發展方向，聚焦短板弱項，適度超前部署一批氫能項目，持續加強基礎研究、關鍵技術和顛覆性技術創新。

 

楊衛勝提出，在儲能和氫站建設方面，建議石油企業加快氫能從生產、儲存、運輸到應用全鏈條的安全技術研究，制定完善的氫能安全管理制度和標準，確保氫能產業高質量發展。同時，要加強與政府部門溝通，推動政府在自貿區、產業園區或者物流園區開展氫燃料電池車試點，利用現有的加油站改造成為油氫聯合站，無須征地，節約建設成本。

 

面對新的發展機遇，2021年11月15日，中國石油管道局自主完成了氫能源輸送管道工程實踐案例研究，發布了“大口徑高壓力大流量氫氣長輸管道工程建造的實踐研究”。這是國內首個基于氫氣長距離輸送管道工程建造的實踐案例研究成果，為下一步優化技術路線、制定標準規范、指導氫氣管道大規模建設提供了有益參考與技術支撐。

 

相信在“十四五”，中國石油企業將通過聚焦關鍵核心技術、聚焦創新支撐平臺、聚焦專業人才隊伍、聚焦國際合作機遇，繼續在供應潛力大、產業基礎實、市場空間足、商業化實踐經驗多的地區，穩步開展試點示范，不斷提升氫能產業及其他新能源產業的競爭力和創新力。