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導讀：近年來，氫能在全球開始升溫，美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)相繼制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，其中2016年以來的中國氫能熱尤為引人關注。盡管受到新冠肺炎疫情影響發(fā)展放緩，但截至2020年10月底，中國各級政府當年發(fā)布的氫能產(chǎn)業(yè)政策仍達62個。中國的氫能熱受到電動汽車快速發(fā)展以及可再生電力成本快速下降的鼓舞，主要由應用側推動和地方政府推動，被視作尋找新經(jīng)濟增長點的突破口，熱潮之中有需要冷靜思考和解決的若干問題。只有系統(tǒng)、客觀地認識氫能熱以及氫能本身的角色和價值，才能回答好氫能產(chǎn)業(yè)應如何發(fā)展的問題。
1、全球氫能發(fā)展熱的回顧
事實上，氫能熱在歷史上已經(jīng)不是第一次了。20世紀70年代，石油危機以及對空氣污染的關注引發(fā)了第一輪氫能熱。1974年，國際氫能協(xié)會在美國成立；1976年，國際氫能期刊創(chuàng)刊；1977年，國際能源署氫能和燃料電池技術合作計劃設立。此后，石油危機的結束以及油價回落使得第一輪氫能熱冷卻下來。但第一輪氫能熱開啟了對氫作為能源的一種探索，啟動了相關的技術研發(fā)與學術組織。
第二輪氫能熱發(fā)生在20世紀90年代初，主要源自對氣候變化問題的關注，以日本和歐洲為代表。1993年，日本宣布為其基于可再生能源的世界能源網(wǎng)絡（WE-NET）計劃的前4年投資45億日元；歐盟和魁北克政府撥款約3300萬加元，共同探討一系列氫的儲存和使用案例，包括氫氣的國際運輸。豐田、日產(chǎn)和本田汽車制造商啟動燃料電池車的開發(fā)，三洋電機、松下電器和東芝公司啟動家庭燃料電池的開發(fā)。
第三輪氫能熱發(fā)生在21世紀初，2002年美國能源部（DOE）發(fā)布《國家氫能發(fā)展路線圖》；2003年美國召集“國際氫能與燃料電池合作伙伴組織”（IPHE）。2003年，歐盟25國開展合作研究“EuropeanResearchArea（ERA）”項目，重點攻關氫能和燃料電池領域的關鍵技術。2008年，歐盟出臺燃料電池與氫聯(lián)合行動計劃項目（FCH-JU），計劃在2008－2013年間投資9.4億歐元用于氫能和燃料電池的研發(fā)，后于2010年又追加投資7億歐元，該項目在促進歐洲氫能和燃料電池應用方面發(fā)揮了至關重要的作用[4]。日本企業(yè)在政府的支持下，也在持續(xù)地推進氫能示范。
在第二輪和第三輪氫能熱的發(fā)展中，隨著油價回落、應對氣候變化政策的不確定性以及基礎設施建設等問題，使得氫能熱并沒有轉化成持續(xù)的投資，且未形成大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。但持續(xù)的研發(fā)投入與積累已經(jīng)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎。在過去的30多年時間里，日本政府投入數(shù)千億日元用于氫能及燃料電池技術的研發(fā)推廣，對相關基礎設施和終端用戶進行補貼，同時，日本氫能和燃料電池技術專利數(shù)量也相應地位居全球第一。
2018年以來，第四輪氫能熱的焦點在中國。主要有4方面驅動因素：（1）中國市場電動汽車的快速發(fā)展給人們帶來了信心，由于氫燃料電池汽車的重載、長距離運輸優(yōu)勢與電動汽車的短距離城市代步功能存在互補性，人們很快瞄準了氫燃料電池汽車，希望再開發(fā)一個新的市場。（2）從氫氣來源上看，中國副產(chǎn)氫氣豐富，每年棄風、棄光、棄水、棄核等“四棄”發(fā)電制氫的潛在產(chǎn)能為340×104 t / a左右，氫氣來源有著較為充足的保障 [1]。此外，太陽能、風能等成本快速下降，也使得長期來看氫氣的綠色制取成為可能。據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計，從2010－2018年，全球光伏發(fā)電成本平均下降82%，有些地區(qū)可再生電力已實現(xiàn)平價上網(wǎng)[5]。（3）氫燃料電池技術進步以及規(guī)模化帶來的成本下降，目前典型的燃料電池商業(yè)成本約為230美元 / kW，通過將工廠的生產(chǎn)規(guī)模從每年1000臺增加到每年10萬臺，可使成本降至50美元 / kW 。（4）中國地方政府在尋找新的經(jīng)濟增長點，能源企業(yè)面對能源轉型的壓力，在探索能源多元化、清潔化與低碳化路徑；傳統(tǒng)汽車企業(yè)面對行業(yè)頹勢，在努力尋求突破點。
根據(jù)中國汽車工程學會2020年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》、中國氫能聯(lián)盟2019年發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》以及中國各級地方政府的相關規(guī)劃[6]不難看出，目標直接瞄準“大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化”，并樂觀地認為，中國氫能產(chǎn)業(yè)在2050年將達到十萬億元級市場規(guī)模。
從美國、日本、歐洲走過的道路看，盡管歷經(jīng)40多年發(fā)展，全球氫能產(chǎn)業(yè)仍處于商業(yè)化早期。市場上各類主體繁多，合作經(jīng)營活動活躍，均尚未形成成熟、固定的盈利模式。雖然氫能產(chǎn)業(yè)鏈在技術上已經(jīng)打通，但是距離商業(yè)化運行尚存距離。現(xiàn)階段，氫能產(chǎn)業(yè)主要受政策推動，產(chǎn)業(yè)鏈不具備經(jīng)濟性，需要依靠各國政府大規(guī)模補貼才能發(fā)展。即便氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展全球領先的日本，預計到2030年才能在加氫站環(huán)節(jié)實現(xiàn)不依靠政府補貼的完全商業(yè)化。此外，日本、韓國等國家的企業(yè)與中國進行氫能產(chǎn)業(yè)合作的意愿非常強烈，希望用中國的市場幫助他們找到氫燃料電池的應用場景，通過大規(guī)模應用推動學習曲線和規(guī)模效益發(fā)生，真正實現(xiàn)氫能社會。
筆者認為，能源系統(tǒng)的轉型是一個漫長的過程。作為二次能源，氫能利用的確具有其獨特的優(yōu)勢，也具有較大的潛力，但我們需要更加客觀和清醒地認識氫能的角色，以及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的困難與挑戰(zhàn)，理性推進，以期實現(xiàn)中國氫能產(chǎn)業(yè)的高質量發(fā)展。
2、對中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認識
2.1 短期內不能直接助力保障國家能源安全和碳減排
氫能對能源系統(tǒng)而言不是增量，而是現(xiàn)有能源系統(tǒng)的一種新型利用方式。氫能在其全生命周期中的能量和環(huán)境效益取決于一次能源的供給機構及其經(jīng)濟性和安全性。在目前的能源和工業(yè)基礎上，氫的來源主要是化石燃料制取和工業(yè)副產(chǎn)氫。近年來，中國工業(yè)副產(chǎn)氫約有800×104 t / a，大部分被直接排放或燃燒處置，未得到有效利用；電網(wǎng)無法消納的100 GW·h / a可再生能源“棄電”，約相當于200×104 t / a的制氫產(chǎn)能?？稍偕茉粗茪?030年后實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化已成為全球氫能研究機構的基本共識，因此，2030年之前，在不新增化石燃料制氫產(chǎn)能的前提下，理論供氫能力不超過1000×104 t / a。短期內，氫能并不能助力保障國家能源安全；對于化石能源制氫，如果二氧化碳捕集、利用和封存的技術無法規(guī)?；瘧?，氫能也無法從根本上解決碳減排的問題，對其他污染物減排也只能是局部改善。
《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》提出燃料電池車將在私人用車和工程、商務用車領域實現(xiàn)批量應用，在2025和2035年將分別達到10萬輛和100萬輛的規(guī)模。按照目前燃料電池車的平均氫氣消耗強度，基于在每個時間節(jié)點燃料電池車數(shù)量中乘用車和商用車（大客車、工程車和物流車等）各占一半的假設進行測算，中國氫燃料電池車2025年和2035年的氫氣消耗量分別是80×104 t和800×104 t，可替代的成品油消費量分別為136×104 t和1360×104 t，在中國成品油消費量中所占比例分別是0.4%和3.6%，根據(jù)《2050世界及中國能源展望報告》的未來成品油消費量計算，該數(shù)量和比例對國家能源安全的意義微乎其微。
2.2 在交通領域的大規(guī)模應用初期面臨較大困難
以豐田、億華通為代表的氫燃料電池汽車整車廠商及零部件制造企業(yè)是推動中國氫能熱的重要力量。擁有充氫時間短、載重大、運行距離遠等優(yōu)勢的氫燃料電池汽車似乎能參照電動車的發(fā)展道路，打通一條氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈。但事實上，相比純電動汽車，現(xiàn)階段燃料電池系統(tǒng)和儲氫系統(tǒng)約占整車成本的65%，遠高于鋰離子純電動汽車的電池成本占比；而輔助系統(tǒng)中的空壓機、控制器、氫循環(huán)泵等同樣成本高昂。此外，中國在氣體儲運管理、加氫站核心裝備等環(huán)節(jié)同樣面臨缺少核心技術的問題。據(jù)筆者測算，不論是天然氣來源還是可再生電力來源，與能源的其他交通利用方式相比，氫燃料電池路線并沒有顯著的能效優(yōu)勢（見圖1）。氫能在交通領域的應用必須在經(jīng)濟基本可行的前提下大打環(huán)保牌，方可贏得大的發(fā)展空間。
2020年以來，氫燃料電池汽車市場遇冷。特別是2020年9月，中國燃料電池汽車產(chǎn)銷量分別為3輛和1輛，同比分別下降97.6%和99.2%。與之形成鮮明對比的是，當月新能源汽車產(chǎn)銷量雙雙突破13萬輛，同比增長48%和67.7%，刷新了歷年9月新能源汽車產(chǎn)銷量的歷史記錄（見圖2）。
2.3 產(chǎn)業(yè)化需統(tǒng)籌考慮綜合利用路徑
氫能的終端消費利用可分為交通利用和固定式利用，均通過燃料電池技術實現(xiàn)。交通利用包括氫能驅動的汽車、船舶、軌道列車等；固定式利用有儲能系統(tǒng)、熱電聯(lián)供系統(tǒng)等。按照兩種利用途徑，氫能產(chǎn)業(yè)化路線可分為燃料路徑及儲能和綜合利用。在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的過程中，兩種路徑對氫氣來源和基礎設施兩大核心問題提出不同的要求。
對交通利用而言，燃料電池車運營過程的主要成本來自氫氣，產(chǎn)業(yè)化需解決規(guī)?；茪浜蛯I(yè)化氣體管理的問題，對基礎設施的建設、不同產(chǎn)業(yè)主體之間的協(xié)作提出很高的要求。這正是產(chǎn)業(yè)化的難點和痛點。在中國，加氫站氫氣零售價須達到35～40元 / kg才能在汽車用戶成本上與柴油持平，而加氫站氫氣進出差價超過20元 / kg方可盈利。因此，發(fā)展氫能交通利用路徑需要具備產(chǎn)業(yè)基礎的大型能源公司走在前列，在政府初期投入大額補貼的前提下，擔負起基礎設施建設運營的任務。
對固定利用途徑而言，氫能通過兩種相互區(qū)別又相互聯(lián)系的角色實現(xiàn)對能源系統(tǒng)的優(yōu)化。（1）利用氫氣作為儲能載體，可促進可再生能源跨時空調配和大規(guī)模利用，推動能源系統(tǒng)清潔低碳化，也可通過調峰手段增加供能的靈活性，彌補電力難以存儲的不足，特別是在10 GW級以上規(guī)模、長周期的儲能中，氫能具有獨一無二的優(yōu)勢（見圖3）。（2）利用燃料電池技術提高能源利用效率，如以城市燃氣、風光發(fā)電為能源的小型分布式燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)綜合能效可高達95%[12]，顯著高于天然氣分布式能源的先進水平。
在大力推動氫能戰(zhàn)略的國家里，日本更側重交通利用，歐洲國家更注重兩種路徑結合發(fā)展。中國自2006年開始系統(tǒng)性支持氫能技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，多次出臺國家和地方性的支持政策都以氫能的交通利用路徑為發(fā)展重點。與發(fā)達國家相比，中國在發(fā)展氫能過程中具有獨有的特征：
（1）制氫產(chǎn)能（包括工業(yè)制氫和可再生能源制氫）和能源消費密集區(qū)域重疊程度不高、氫的運輸距離較遠，氫的儲運相比發(fā)達國家成本更高。（2）中國仍處于工業(yè)化后期的加速發(fā)展時期，不僅要在資源和能源稟賦欠佳的情況下發(fā)展經(jīng)濟，還要在節(jié)能減排技術水平較低的情況下解決脆弱的生態(tài)環(huán)境問題，挑戰(zhàn)巨大。中國目前的工業(yè)能耗水平比國際先進水平高20%～30%，能源浪費嚴重。所以，中國氫能戰(zhàn)略應將交通利用路徑與固定式利用路徑并重發(fā)展，在推動燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的同時，大力推動車用燃油加氫、氫替代焦炭用于冶金、與二氧化碳轉化為含氧化合物和燃料、與天然氣混燒來降低天然氣燃燒污染、開展發(fā)電或工業(yè)供熱以及利用儲氫及燃料電池技術提高整體能效。氫能產(chǎn)業(yè)在中國應當有比燃料電池汽車更廣闊的用武之地。
中國氫能產(chǎn)業(yè)要實現(xiàn)健康良性發(fā)展，需要遵循3個原則：（1）環(huán)保初心。發(fā)展氫能是為了提升能源系統(tǒng)的整體效率，促進環(huán)境保護，因此，在CCS技術不成熟的情況下，不建議開展大規(guī)模的化石能源制氫，可以進行小規(guī)模一體化示范。（2）提升技術能力。美國、日本、德國等國家雖經(jīng)歷起伏，但氫能技術創(chuàng)新從未停止，特別是在氫燃料電池電堆設計與制造上具有技術優(yōu)勢，氫能長距離儲運與加注的核心技術主要掌握在空氣產(chǎn)品公司（AirProduct）、法國液化空氣集團（AirLiquid）等少數(shù)幾家企業(yè)手中，而當前中國很多企業(yè)熱衷于組裝，對技術能力重視不足，這將為今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展留下“卡脖子”隱患，因此，關鍵技術的國產(chǎn)化尤為重要。（3）前期政府支持，市場競爭有序。任何一種能源最終被社會接受都離不開“資源可獲取、價格可承受、環(huán)境可持續(xù)”的制約。從液化天然氣汽車在中國的發(fā)展歷程可以看出，市場會自行選擇使用成本較低的能源。氫燃料電池汽車作為一種新能源汽車，只有具有獨特的優(yōu)勢，且在購買和使用過程中具有價格競爭力時，才會被市場所接受。
3.1 研究產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，做好頂層設計
截至2020年年底，中國的氫能產(chǎn)業(yè)政策與規(guī)劃絕大多數(shù)都是在地方政府層面出臺。在國家層面，僅有中華人民共和國工業(yè)和信息化部、科學技術部等以及相關學會組織等出臺了相關的路線圖或研發(fā)計劃，尚沒有將氫作為能源來進行相關產(chǎn)業(yè)的總體設計。建議國家有關部委牽頭組織，聯(lián)合相關企業(yè)和科研院所，開展中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究，解決能源轉型背景下氫、電二次能源如何相互融合、碳中和目標下氫助力減排路徑、不同能源品種不同利用路線的全生命周期評價、氫能利用技術與電化學儲能技術展望及比較等問題。在綜合研究與評估的基礎上，研究制定中國中長期氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要，明確發(fā)展路線圖和里程碑，指引行業(yè)良性有序發(fā)展。
3.2 加快突破關鍵核心技術，為高質量發(fā)展提供支撐
《中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五遠景目標的建議》明確指出，“堅持創(chuàng)新在中國現(xiàn)代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐”。當前，可再生能源制氫、高效儲運以及氫燃料電池技術成熟度不足；中國質子交換膜、高壓儲氫罐、空壓機等關鍵產(chǎn)品還需要依賴進口，氫能與燃料電池關鍵核心技術亟待突破。國務院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》，要求攻克氫能儲運、加氫站、車載儲氫等氫燃料電池汽車應用支撐技術。氫能產(chǎn)業(yè)鏈上的大企業(yè)需要立足自身優(yōu)勢，聯(lián)合大學研究機構、中小企業(yè)，共同構建開放式創(chuàng)新網(wǎng)絡，加快關鍵核心技術突破，大幅降低產(chǎn)業(yè)鏈成本，為中國氫能產(chǎn)業(yè)高起點、高質量發(fā)展提供強有力的科技支撐。
3.3 遴選國家級氫能產(chǎn)業(yè)綜合試驗區(qū)，完善有關政策和標準法規(guī)
從國家層面，鼓勵先行先試，同時堅決杜絕低水平重復。建議借鑒國際先進經(jīng)驗，遴選資源稟賦和產(chǎn)業(yè)配套較好的地區(qū)，進行綜合試驗和示范，在國家層面建立2～3個跨省市試驗區(qū)，如京津冀藍天保衛(wèi)綜合試驗區(qū)、長三角近零交通綜合試驗區(qū)等，探索建立跨省市物流車隊、熱電聯(lián)供等。在實踐中不斷完善有關政策和標準法規(guī)，促進示范項目落地落實。
原標題：冷思考：中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認識與建議
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