【纵横】氢能发展与应用的实践与挑战

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氢能源已在全球应对气候变化和碳减排中成为备受瞩目的焦点，也是建设新型能源体系、推进能源绿色低碳高质量发展的关键选择。欧洲、美国、日本和韩国等先进经济体已纷纷制定氢能源发展蓝图，推动产业迅速扩张。在我国，氢能源同样占据国家能源战略的重要地位。随着《氢能产业发展中长期规划（2021~2035年）》的发布，构建一套清洁、低碳且成本优化的氢能“制储输用”全链条体系，可以为全球气候治理贡献中国智慧和中国力量。本文分析当前氢能发展存在的挑战及机遇，提出有利于氢能产业发展的建议。

习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出的“双碳”目标，为我国能源行业绿色低碳转型指明了前进方向和行动指南。2022年3月《氢能产业发展中长期规划（2021~2035年）》的发布，明确了“氢能+”的战略定位，展示了我国对于氢能源技术研发的坚定决心，它不仅倡导各地利用各自资源优势与产业布局，因地制宜发展制氢技术，更期望构建一套清洁、低碳且成本优化的氢能生产体系，从而为全球气候治理贡献中国智慧和中国力量。

氢能是实现“双碳”目标的重要选择

根据《氢能产业发展中长期规划（2021~2035年）》，氢能产业的发展目标被明确划分为三个阶段：到2025年，期望氢能产业建立起成熟的政策环境，能够显著提高产业创新能力；到2030年，氢能产业技术创新体系要更加完备，可再生能源制氢将得到广泛应用，有效推动碳达峰目标的实现；2035年，氢能产业将形成一个高度成熟的体系，建立起一个多元化的氢能应用生态系统。总的来说，氢能产业的每一个发展阶段的目标设定都具有深远的意义，它们将共同推动氢能产业的繁荣与进步，为实现“双碳”目标与可持续发展奠定坚实的基础。

氢能是现代产业链的重要环节

氢能作为实现“双碳”目标的关键选择，其产业链涵盖了上游制氢、中游存储与输送、下游应用三个核心环节。上游制氢领域呈多元化发展，包括了化石能源制氢、电解水制氢、新型制氢技术。中游的存储与输送环节，则需要借助高压储氢罐、高压管式运输车辆、纯氢/掺氢长输管道等先进设备，确保氢气的高效、安全传输。而下游应用，则是氢能发挥巨大潜力的舞台。展望未来，氢能产业链将持续深化，技术创新与产业融合将成为推动氢能应用的关键。

国际上对氢能的重视，很大程度是基于环境和气候目标。在“双碳”背景下，发展氢能是实现碳减排目标的重要途径之一。氢能的广泛应用，一方面可以促进新能源的大规模消纳，另一方面可以实现化工、能源、交通等领域的深度脱碳，成为推动中国实现“双碳”目标的重要力量。

氢能技术研究，将对全产业链发展起到积极作用，特别是氢电耦合确保电网安全高效运行。新型电力系统以高比例可再生能源为主体，展现出绿色低碳、灵活柔性与数字智能的特点。在这种背景下，氢能可以发挥长周期、大容量储能优势，可以为新型电力系统提供有力支撑。

氢能经济性研究是鼓励产业持续发展的动力，对于产业的发展具有深远意义。当前，氢能产业发展受限于尚未成熟的商业模式，制氢成本较高，成为其大规模应用的主要障碍。

技术挑战

氢能作为危险化学品的认知需要进一步加强。中国氢能产业链在安全监管方面存在着不足，各安全监管机构的职责划分不够清晰，新兴制、储、运环节技术标准不全。因此，亟需加快制定氢能行业安全标准和技术规范，以确保氢能产业链安全可持续发展。

氢能产业链存在诸多薄弱环节。中国的氢能产业链尚未完全成熟，在制氢、储氢、运氢和应用四个方面均存在短板。在产业链的上游，大容量、低电耗电解槽还处于研发阶段，PEM电解槽核心材料还不能实现完全国产化生产。在产业链的中游，基础设施建设（加氢站、输氢管道等）存在较大缺口。在产业链的下游，氢能的应用有限，主要应用于交通领域，在化工、能源等领域仍处于示范阶段。

总的来说，中国的氢能产业仍处于发展初期，需要进一步推进技术创新、成本降低和基础设施建设，以推动氢能的广泛应用和产业化进程。

经济挑战

产业链发展存在不平衡和不协调的现象。储运技术尚不完善，导致储运成本在氢气终端售价中占比较大。关键技术材料和装备依然严重依赖进口，尤其是高压力储氢容器、氢压缩机等装备，以及质子交换膜、催化剂等核心材料。为实现氢能产业可持续发展，需加快关键技术和装备国产化进程，降低生产成本。

绿氢生产面临成本高是规模化发展的主要障碍。中国的绿氢制备产业、商业模式仍在探索阶段，相较灰氢和蓝氢仍存在成本高的问题。为推动绿氢商业化应用，需通过技术进步、优化制氢模式等方式降低生产成本，提高产业链效益；同时，建议出台支持政策，吸引更多投资者参与，促进产业发展。

外部挑战日益加剧。国际竞争、技术封锁、贸易管控等给关键零部件和材料进口带来不确定风险，企业还需加强内部实力，提高自主创新能力，拓宽供应链多元化渠道，降低进口的依赖，有效规避外部风险，确保企业稳健发展。

绿氢价值未充分体现。首先，国家层面未建立相应的绿氢标准以及碳减排方法学，这导致了绿氢在能源市场中缺乏规范和认可。其次，我国标准与国际标准尚未接轨，这也影响了我国绿氢产能的对外输送，阻碍了我国绿氢产业的发展。

面对这些挑战，我国正在深入推进技术研究与应用，致力于使氢能的生产、储运等环节变得更安全、更高效、更经济。同时，也在加快完善氢能全产业链支持政策，充分整合国内产业资源和国际市场，引导行业主体深度参与全球氢能产业链供应链建设。

政策支持框架

观察国际上成功推动氢能发展的国家，如日本、韩国、德国等，可以发现它们都有一系列支持氢能发展的政策，包括补贴、税收优惠、研发资助等。中国可以借鉴这些国家的经验，制定和实施有利于氢能发展的政策。

2022年3月，《氢能产业中长期发展规划（2021~2035年）》的发布明确了我国将氢能作为能源绿色低碳转型中的战略重点，为能源结构转型和碳减排目标提供重要支持。通过推动氢能产业的发展，为我国实现绿色低碳的能源未来奠定坚实基础。

在中国东南部地区，特别是在上海和广东等地，已提出一系列措施促进加氢站内电解水制氢技术的发展思路，推动氢能作为新型能源在交通领域的应用。在中国西部地区，政策重点倾向于推动可再生能源制氢在工业领域的广泛应用，从而替代传统的高碳排放能源来源，在大规模消纳新能源的同时实现生产过程的低碳化。在氢能生产整体格局稳步推进的同时，我国对绿色氢能技术的扶持和投入将进一步增加，以应对环境污染和能源结构调整的挑战。

技术创新方向

中国在氢能领域的技术创新和应用方面已取得了显著成果，形成超过20项首台（套）装备。在电解水制氢技术方面，研发项目从碱性电解水制氢技术开始，逐渐向质子交换膜、高温固体氧化物、海水制氢等多种不同技术转变。

现投运的电解水制氢系统，有效降低了运营成本。部分系统制氢能耗已降低至4.0千瓦时/标立方米，以每千瓦时0.1元的电价计算，几乎与使用天然气制氢的成本相当。如果将绿氢与风光发电相结合，使风光发电年利用小时达到4000小时以上，那么制氢成本有望进一步降低至10元/千克左右，基本可以与煤制氢的成本持平。这种创新的发展方向不仅有利于实现绿氢单位制氢的经济性，还为清洁能源转型提供了更多可能性。

碱性电解槽的电极是电化学反应的关键，直接影响着制氢效率，电极的电流密度是评价其性能的重要指标，目前国内厂家的电极产品电流密度普遍在3000安培/平方米至3500安培/平方米左右。在保时来、莒纳科技、辉瑞丝网、盈锐优创、力炻电极、图灵科创等一批企业的推动下，国内碱性电解槽电极正朝着“高电密”方向迈进。为了实现规模化生产，降低电耗，提高综合性价比是关键所在。未来5年，中国绿氢产业将迎来快速增长期。

国际合作与交流

氢能的发展需要国际合作，特别是在技术和标准制定方面。中国应当积极参与国际氢能组织和项目，与国际伙伴共同推动氢能技术的发展和全球氢能市场的形成。

2024年，中国氢能产业在国际交流上的中两个重要事件，分别是中国氢能展和中国氢能国际峰会。中国氢能展以“厚植氢能新质生产力，培育绿色发展新动能”为主题，为全球氢能业界伙伴提供了一个开放合作、共享未来的国际性交流平台。中国氢能国际峰会建立一个全球性平台，以促进氢能技术的国际交流与合作，推动氢能产业的绿色可持续发展，共同应对全球气候变化和能源安全的挑战。

这些活动不仅展示了中国氢能产业的最新进展，也为国际氢能技术和产业的发展提供了交流与合作的平台，有助于推动全球氢能产业的共同进步。

根据2024年氢能发展现状，我们可以得出五个关于氢能发展的结论：

氢能产业发展是“双碳”目标实现的重要途径之一。工业、能源、交通等领域是碳排放大国的关键领域，通过氢能的可存储性和规模化应用，实现电力在时间上的可转移，通过氢能替代化石能源，从而实现关键领域降碳脱碳，是氢能发展重要因素。

氢能产业发展初期需要更多政策支持。据不完全统计，我国地方政府发布的氢能政策共438项，涵盖发展规划、财政支持、项目支持等多个领域，为氢能产业的发展提供了有力的政策保障。若要实现氢能的高质量发展，则需要在氢能全产业链以及新兴技术方面紧密衔接相关标准和规范，同时出于经济性考量也需出台地方性支持政策。

氢能产业发展仍需加大科技创新力度。当前我国氢能全产业技术创新取得了显著成果，但应清醒地看到我们与国外先进技术相比仍存在较大差距，特别是在关键材料、关键技术以及配套应用方面差距明显。因此建议加大氢能上游产业的制备技术攻关，降低制氢成本；加大氢能中游储运环节技术创新，降低运氢成本；加大氢能下游应用技术创新，增加产业营收，促进氢能高质量可持续性发展。

氢能产业发展需要全产业链条的协同作用。探索氢能、电能耦合发展，开展氢能多场景综合应用。充分发挥氢能的能源与物质属性，构建以可再生能源制氢为纽带的多能互补发展模式和新型能源系统，打造“热电冷+氢”的综合能源服务模式，推动地区“火、风、光、氢、储”一体化示范项目建设，打通氢能“制储输用”全产业链条。

氢能产业发展需要加大合作交流力度。近年来我国在氢能产业发展方面取得了积极成效，但在政策、标准、技术等方面仍有不足，需要通过国内外、省内外、行业内外之间交流合作，积极推进国际间绿氢（氨、醇）标准互认，加大借鉴和创新力度，才能在氢能产业培育出具备新质生产力特质的竞争优势。