北京2022年冬奧會即將到來，一則新能源應(yīng)用新聞引人注目：冬奧會期間將在延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)投入700余輛氫燃料大巴車，提供交通服務(wù)保障。

這是氫能源日益廣泛應(yīng)用的一個(gè)縮影。近年來，我國氫燃料電池膜電極等核心技術(shù)不斷取得突破，氫能源全產(chǎn)業(yè)鏈布局日漸清晰。這股氫能源“旋風(fēng)”，將給社會帶來哪些改變？發(fā)展?jié)摿τ卸啻螅?/p>

綠氫成本不斷下降，核心技術(shù)屢屢突破

與其他新能源相比，氫能源儲量大、污染小、效率高。氫能源單位質(zhì)量所蘊(yùn)含的能量約是石油的3倍、煤炭的4.5倍。氫能應(yīng)用場景廣泛，氫燃料電池可應(yīng)用于重載卡車、有軌電車、船舶、無人機(jī)、分布式發(fā)電等。

根據(jù)制取方式和碳排放量不同，氫能主要分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫。其中，綠氫是通過光伏發(fā)電、風(fēng)電等新能源電解水制氫，被稱為“零碳?xì)錃狻薄?/p>

當(dāng)前，作為“零碳?xì)錃狻钡木G氫正呈現(xiàn)技術(shù)逐漸成熟、成本不斷下降、市場持續(xù)發(fā)展的趨勢，國內(nèi)多家企業(yè)紛紛布局綠氫項(xiàng)目。

11月30日，中國石化宣布我國首個(gè)萬噸級光伏綠氫示范項(xiàng)目——中國石化新疆庫車綠氫示范項(xiàng)目正式啟動建設(shè)。這是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目，投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達(dá)2萬噸。

中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，到2030年，中國氫能市場規(guī)模有望達(dá)4300萬噸，其中綠氫的占比將從2019年的1%提高到10%，市場規(guī)模將增長近30倍。

值得注意的是，近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈上裝備國產(chǎn)化進(jìn)程明顯加快，核心技術(shù)不斷突破。

11月26日，由華能清能院、華能四川公司、華能四川氫能公司、考克利爾競立聯(lián)合研制的國際首套1300Nm3/h（標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)）堿性制氫水電解槽正式下線。

位于北京未來科學(xué)城的華能清能院是此次堿性制氫水電解槽的牽頭研制單位之一。華能清能院氫能部主任王金意告訴記者，1300Nm3/h堿性制氫水電解槽的下線，標(biāo)志著我國掌握了高性能大型電解制氫設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，向大規(guī)模“綠氫”制備方向邁出了堅(jiān)實(shí)一步，對氫能行業(yè)的發(fā)展具有里程碑意義。

目前，項(xiàng)目核心部件首臺1300Nm3/h堿性制氫電解槽已研制成功并下線，將用于工程項(xiàng)目現(xiàn)場生產(chǎn)“綠氫”，供應(yīng)成都當(dāng)?shù)厝剂想姵剀嚨认掠螝淠墚a(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用。根據(jù)前期關(guān)鍵部件性能試驗(yàn)，該設(shè)備創(chuàng)造了單槽產(chǎn)能國際最大、電流密度指標(biāo)國際領(lǐng)先、體積產(chǎn)能比最小、能耗指標(biāo)最低等諸多紀(jì)錄。

對比常規(guī)電解槽，此次下線的電解槽設(shè)備額定產(chǎn)氫量為每小時(shí)1300標(biāo)準(zhǔn)立方米，最大產(chǎn)氫量可達(dá)1500標(biāo)準(zhǔn)立方米，最高電流密度達(dá)每平方米6000安，是目前常規(guī)電解槽的2至3倍。為何能成為制氫“巨無霸”？王金意博士解釋，首先是在設(shè)備內(nèi)部構(gòu)建了鎳基多元合金催化層，有效提升了工作電流密度，降低了析氫電位；同時(shí)，通過優(yōu)化內(nèi)部維度空間布局，讓熱量和物質(zhì)更高效傳遞；此外，運(yùn)用整體組裝方法提升了電解槽的高壓密封性、性能均一性和運(yùn)行可靠性。

除了制氫產(chǎn)量大，這位制氫“巨無霸”還更加環(huán)保和節(jié)能高效。體積上縮小三分之一、單位投資減少25%的同時(shí)，能耗低于4.2kWh/Nm3H2（千瓦時(shí)/標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣），顯著優(yōu)于國家大型電解槽的一級能效標(biāo)準(zhǔn)。值得一提的是，設(shè)備還將接入全國產(chǎn)化分散控制系統(tǒng)（DCS），可集成一鍵啟動、無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備互聯(lián)等智能化控制技術(shù)。

多地布局氫能發(fā)展，完整產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成

《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》顯示，截至2020年底，占全球GDP總量52%的27個(gè)國家中，16個(gè)已制定全面的國家氫能戰(zhàn)略。

近年來，我國在多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)政策中明確提出要支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2019年，氫能源首次寫入政府工作報(bào)告，明確將推動加氫等設(shè)施建設(shè)。今年10月發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》提出，統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展；推動加氫站建設(shè)；加強(qiáng)氫能生產(chǎn)、儲存、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范和規(guī)模化應(yīng)用。

在“碳中和、碳達(dá)峰”背景下，氫能已被全國多個(gè)省份列入發(fā)展規(guī)劃，產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和布局逐漸加速。

今年8月，北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局發(fā)布《北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案（2021-2025年）》，明確2023年前，培育5至8家具有國際影響力的氫能產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)，京津冀區(qū)域累計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破500億元，減少碳排放100萬噸。

上海規(guī)劃到2023年加氫站接近100座，形成產(chǎn)出規(guī)模約1000億元，以及推廣氫燃料電池汽車接近10000輛；廣東提出開展氫燃料電池汽車規(guī)模化推廣應(yīng)用，加快推進(jìn)加氫站規(guī)劃建設(shè)，在珠三角核心區(qū)、沿海經(jīng)濟(jì)帶布局建設(shè)約300座加氫站。

廣州市黃埔區(qū)發(fā)改局局長楊元師介紹，作為國家新能源綜合利用示范區(qū)的廣州黃埔區(qū)已建成加氫站7座，引進(jìn)40家左右的氫能上下游企業(yè)和機(jī)構(gòu)入駐，產(chǎn)業(yè)鏈條初步完善。

根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》，當(dāng)前我國氫氣產(chǎn)能約每年4100萬噸，產(chǎn)量約3342萬噸，是世界第一產(chǎn)氫國。中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)到2050年，氫能在中國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到12萬億元。

截至2020年底，我國建成加氫站128座，氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)保有量達(dá)7000多輛。

業(yè)內(nèi)人士稱，國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)逐步形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)全國“遍地開花”，在京津冀、長三角、珠三角一些城市實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車小范圍規(guī)模化示范應(yīng)用。

制氫四條路線齊頭并進(jìn)，綠氫占比有望提升

中國是世界第一大產(chǎn)氫國，2019年全年氫氣產(chǎn)量約為2000萬噸，當(dāng)前下游主要為工業(yè)原料；中國在合成氨、合成甲醇、煉焦、煉油、氯堿、輕烴利用等傳統(tǒng)石油化工行業(yè)中有成熟的經(jīng)驗(yàn)。

傳統(tǒng)制氫工業(yè)中以煤、天然氣等化石能源為原料，稱為“灰氫”。制氫過程產(chǎn)生二氧化碳排放，制得氫氣中普遍含有硫、磷等雜質(zhì)，對提純及碳捕獲有較高要求。

焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)提純制氫，能夠避免尾氣中的氫氣浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)氫氣的高效利用，但從長遠(yuǎn)看無法作為大規(guī)模集中化的氫能供應(yīng)來源。

電解水制氫稱為“綠氫”。純度等級高，雜質(zhì)氣體少，易與可再生能源結(jié)合，被認(rèn)為是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色氫能供應(yīng)方式。

主要制氫技術(shù)路線：高溫裂解制氫、天然氣自熱重整制氫、天然氣部分氧化制氫、絕熱轉(zhuǎn)話制氫、天然氣水蒸氣重整制氫。

堿性電解：設(shè)備成本較低，單槽電解制氫產(chǎn)量較大；已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，國內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備主要性能指標(biāo)均接近國際先進(jìn)水平。

質(zhì)子交換膜（PEM）電解：運(yùn)行靈活性和反應(yīng)效率較高，能夠以最低功率保持待機(jī)模式，與波動性和隨機(jī)性較大的風(fēng)電和光伏具有良好的匹配性；國內(nèi)較國際先進(jìn)水平差距較大，體現(xiàn)在技術(shù)成熟度、裝置規(guī)模、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性等方面。

固體氧化物（SOEC）電解：電耗低于堿性和PEM電解技術(shù)，但尚未廣泛商業(yè)化，國內(nèi)僅在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上完成驗(yàn)證示范。

資源共享突破氫能產(chǎn)業(yè)瓶頸

目前，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存諸多掣肘。

有研科技集團(tuán)首席專家蔣利軍告訴中國證券報(bào)記者，從制氫環(huán)節(jié)看，目前比較成熟的制氫方法有堿性水電解、水煤氣和重整制氫等，而PEM等新型電解水制氫方法正在加快推進(jìn)。“我國堿性水電解制氫裝備在成本上具有競爭力，但能效偏低，制取1立方米氫綜合能耗為5至5.5度電，而國外可以控制在5度電以下。”

儲氫是目前氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。蔣利軍認(rèn)為，理想的儲氫方式要求高儲氫密度、快速吸/放氫速度，同時(shí)要求使用壽命長、安全性能好、成本低。“目前，70兆帕下的高壓儲氫技術(shù)已在燃料電池汽車中廣泛使用。高壓車載儲氫技術(shù)已能滿足燃料電池汽車行駛500公里的要求，但仍需降低成本，提高儲氫密度。”而氫燃料電池的關(guān)鍵材料、氫氣循環(huán)泵等設(shè)備依賴進(jìn)口，存在技術(shù)壁壘，燃料電池可靠性也亟待提高。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及的關(guān)鍵核心技術(shù)多。中集集團(tuán)總裁戰(zhàn)略顧問鄭賢玲表示，不少核心技術(shù)如燃料電池、PEM制氫、液態(tài)儲氫、碳纖維材料等與世界先進(jìn)水平還存在差距。

國金證券分析師張帥認(rèn)為，我國已在氫能產(chǎn)業(yè)鏈上取得不少進(jìn)步。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展是逐步推進(jìn)的過程，包括“足夠量的氫”“足夠量且便宜的氫”以及“足夠量且便宜的‘綠氫’”。

蔣利軍建議，以應(yīng)用為導(dǎo)向，以系統(tǒng)集成為主線，加快解決材料和部件的自供問題；以企業(yè)為主導(dǎo)，以資本為紐帶，集中國內(nèi)優(yōu)勢單位，建立協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟，上下游密切結(jié)合，資源共享，快速研發(fā)；燃料電池汽車和分布式電站同步發(fā)展，分布式發(fā)電與可再生能源微電網(wǎng)密切結(jié)合。初期在示范車輛不足的情況下，加氫站宜建混合站，以油養(yǎng)氫。

“氫能核心關(guān)鍵技術(shù)已具備規(guī)模化生產(chǎn)條件，原理上實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)。未來在物聯(lián)網(wǎng)體系下，PEM制氫、可再生能源與氫的耦合可以獲得更高的綜合效率。”鄭賢玲說。新華社，未來智庫，中國證券報(bào)