2020年9月，碳達峰、碳中和目標提出后，減碳降碳成為熱點話題，能源問題成為重要議題。其中，氫能作為一種綠色、高效、應用廣泛的二次能源，受到廣泛重視。因為它對節能、提高能效，乃至推動能源結構轉型可以發揮積極作用。

從“雙碳”戰略理解氫能是傳統和未來的“黏合劑”

在“雙碳”戰略大背景下，氫能不僅是能源，還是重要載體，能夠將傳統化石能源和可再生能源連接起來，實現二者平穩過渡，也就是氫能被視為傳統能源與未來能源的“黏合劑”。

尤其是中國能源結構存在著特殊性，概括起來說就是“一多三少”：煤比較多，油氣、非化石能源、核能占比較少。目前，以煤為基礎的能源利用形式轉化效率不高，油氣供應安全形勢嚴峻，大規模可再生能源近期還很難全面替代煤炭。此外，二氧化碳資源化回收及高值化利用技術不足。對比歐美日等國家和地區，中國核電占比也小，這意味著中國減碳難度更大，需要更好更快發揮氫能的“轉化作用”。

對于氫能的發展利用，各國資源稟賦的不同凸顯出不同特色。同時，不同發展目標決定了不同技術路線和發展模式。日本發展氫能主要是解決國家的能源安全問題，澳大利亞主要是發展氫能貿易，歐洲是為了解決工業脫碳，美國主要是固定式發電，韓國主要是發展氫燃料電池汽車。

我國對氫能的認識正逐步深入。從最初對氫能的制備技術、成本、安全等問題存在諸多爭議，到工業制備技術成熟，氫能成為重要的補充能源；到2022年3月23日《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》發布，氫能成為中國能源的重要組成部分。

氫能作為我國低碳發展的重要途徑，主要體現在三個方面：一是在現有能源結構基礎上，節能和提高能效的減排潛力巨大；二是調整能源結構，加大可再生能源的比例，同時如何把化石能源比例降下來；三是在解決不了可再生能源占比擴大、對碳中和的作用還不明顯的時候，我國要采用CCS（Carbon Capture and Storage，二氧化碳捕獲和封存技術）或是CCUS（Carbon Capture、 Use and Storage，碳捕獲、利用與封存技術）來兜底。氫能與電能的耦合，是解決“雙碳”問題的重要選擇。氫能產業鏈非常長、應用前景廣闊，它涉及上游的制氫、輸氫、儲氫、加氫，再到下游的用氫發電、供熱、交通等，它涉及的領域主要包括交通、發電、儲能、新型利用等。國際氫能專家理事會預測到2030年，氫能將為大約1000萬到1500萬輛汽車和50萬輛卡車提供動力；2050年，氫能約占全球總能耗的1/5。

國內外氫能源與燃料電池產業發展現狀與趨勢

從2006年起，我國已著手制定氫能源相關政策，2020年度發展規劃草案里已明確制定國家氫能產業發展戰略規劃，2021年采取“以獎代補”扶持氫燃料電池汽車產業發展，目前正推動“氫進萬家”的計劃。

全世界的“純氫”產量超過7000萬噸，最大可達1.1億噸，主要用于化工精煉、合成氨等領域，交通領域的消費占比不到0.1%。目前，我國是全球最大的產氫國之一，產氫能力超過4100萬噸，實現產量在3300萬噸左右，但交通領域應用也只有0.1%左右，主要用于化工行業。

氫的來源主要是天然氣制氫和煤制氫。世界其他國家主要是天然氣制氫，中國煤制氫占比較大。目前，可再生能源電解水制氫占比很小，國內在1%以下。2019年全國統計是50萬噸，其中堿性水電解槽已基本實現技術的國產化。電解水制氫為代表的低碳制氫，無論在市場應用，還是技術水平方面，我國都落后于國際水平。

從供氫產業發展來看，2020年全球共有544座加氫站，中國有128座，日本有137座，韓國有56座，歐洲145座，美國45座，其他國家加起來只有三十多座。另據Information Trends研究表明，截至2022年底，全球加氫站部署已超1000座大關。其中，中國加氫站數量占全球加氫站總數的1/3，遙遙領先，而美國則遠遠落后，加氫站數量仍不到100座。緊隨中國其后的是日本、韓國。德國則是歐洲唯一一個超過100座加氫站的國家。

各國氫能供應網絡快速發展，我國制氫供氫產業的社會投入強度顯著提升，加氫站數量和規模增長強勁，技術進步明顯。

從典型國家和地區供氫布局來看，日本儲運氫的技術處于先進地位，已經突破45MPa高壓長管拖車儲運氫技術和法規，氫氣運輸能力可以達到700kg以上，預計到2030年，日本加氫站數量可達1000座以上，成本有望大幅度降低。歐盟在儲運氫技術方面也處于領先地位，如長管拖車、液氫槽車、氫氣管道等。美國在儲運氫方面，高壓氣氫、液氫與管道并行發展，加氫站部署主要集中在加州。目前，我國供氫情況主要是采用壓縮氫氣方式進行儲存和運輸。加氫站技術基本上是35MPa，加氫站的設計、建設，以及三大關鍵設備（45MPa大容積儲氫罐、35MPa加氫機整機和45MPa隔膜式壓縮機）均已實現國產化。儲氫方面，國內關鍵裝備技術有待突破，以20MPa的長管拖車運輸為主，效率低成本高，產業規模化水平偏低。加氫基礎設施網絡總體薄弱，核心裝備與零部件技術需要進一步提升。

燃料電池領域，目前的出貨類型以質子交換膜燃料電池（PEMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）為主。從商業應用上來看，PEMFC和SOFC是當前最主要的燃料電池技術路線之一。從商業角度，質子交換膜燃料電池在中國的市場占比大，固體氧化物燃料要少一點。PEMFC要求氫燃料的純度高，工作溫度比較低（80度到90多度），因此它啟動比較快，主要應用在交通方面。SOFC工作溫度比較高，在650~800度之間，比較來看，能源轉化效率高，而且它不需要用昂貴的催化劑，適合于大型集中式供電、分布式發電、熱電聯供，在交通領域已有應用，尤其是重型卡車。

2020年，全球燃料電池出貨量超過8萬臺，固定領域的出貨量占了絕大多數，主要是小型的家庭型熱電聯供。美國Bloom Energy公司已經為蘋果大型數據中心、沃爾瑪大型商業中心、谷歌及可口可樂的大型數據中心提供服務。燃料電池是并聯方式，即使其中一個構件壞了，也不會全線崩潰，是目前最穩定的發電方式之一。日本已開發出10套250kW的SOFC-微氣輪機混合動力發電系統，發電效率期待值可以達到75%左右。家庭熱電聯供方面，日本ENE-FARM計劃在2030年讓家庭型熱電聯供燃料電池超過530萬套。

氫燃料電池汽車是全球的重要熱點，2022年全球保有量67315輛，較2021年增長35.8%。從發展類型來看，全球以乘用車為主，商用車為輔，而我國以商用車為主。截至2022年底，我國共擁有12682輛氫燃料電池車。

未來，氫能的重要新興領域還有氫冶金、天然氣管網摻氫、燃料電池無人機等。氫儲能方面，2020年全球共有13個氫儲能項目，裝機規模共計20.23MW左右，有7個位于德國，裝機規模占全球的77%。2023年初，我國氫儲能相關的政策不斷出臺，項目也呈明顯增多趨勢。比如，工信部等六部門、青海省、甘肅省、河南新鄉市等都將氫儲能納入政策規劃，支持氫儲能技術研發，積極培育氫儲能商業化應用模式；項目方面，云南首個光伏制氫與電網氫儲能綜合示范工程投運，常溫常壓氫能儲用一體化項目在上海正式運行，等等。

我國氫能源與燃料電池產業發展前景及存在的問題

從氫能與燃料電池產業發展前景看，為促進我國能源轉型升級，在目前能源結構以煤為主以及“雙碳”目標的情況下，如何把高碳能源低碳化應用，是必須考慮的問題。交通動力的轉型是重要方向。前幾年，鐵路系統為什么要搞氫能源運輸？原因即在于，以電動機車為主體的能源動力，如果電網出現問題，整個線路都會受影響。氫能源機車只是一個車輛出問題，并不影響整個路網的運行。交通領域里大型海上運輸的實際排放量很高，今后可能通過固體氧化物燃料電池作為船舶動力系統，比其他技術更有前景。

我國氫能產業發展的基礎是擁有比較豐富的氫氣資源，開發潛力較大，完全可支撐我國中長期氫能源發展愿景。我國是世界第一大制氫國，也是第一大汽車市場。但總的來講，我國跟國際上還有比較大的差距，氫燃料電池技術落后于國際水平，相關核心設備及技術主要是依賴進口。

從氫能源與燃料電池發展存在的問題來看，制氫成本方面，中國發展的重點是以可再生能源為主體的綠氫。為什么提出綠氫，主要是我國已過度倚重質子膜燃料電池。質子膜燃料電池工作溫度低，對氫氣的純度要求很高，一般是使用電解水制氫氣源，若使用可再生能源發電，最大的問題是間歇性問題。實際上，目前我國化石能源制氫，氫氣純度并不高，但是制氫成本相對較低，仍需把大規模煤制氫、工業副產提純氫利用好。煤制氫進一步規模化之后，成本還會降低，但這仍是高碳能源。低碳利用方面的途徑是進一步把煤制氫得到的二氧化碳資源化，把它作為一種化工原料利用起來。儲運氫方面，還需要在儲運、加氫技術和裝備方面進一步研究和完善。化石能源制氫和工業副產提純氫技術與國際水平并跑，在煤制氫方面，國內技術處于領先地位。電解水制氫方面，跟國際有差距。燃料電池方面，國內質子膜成本仍較高，關鍵部件的國產化程度較低。國內關于固體氧化物燃料電池的研究基礎薄弱，應該給予更多關注。另外，地區層面存在產業同質化現象，“技術空心化”問題凸顯，產業發展商業模式有待檢驗等。

重點在突破“卡脖子”難題。在氫的生產上，中國與國際水平相當，但氫能產業裝備制造等方面相對滯后，相關核心設備主要依靠進口，與美歐日韓差距有拉大的趨勢。

儲運上，我國以氣氫為主，主要沿用國外技術手段，液態儲氫尚未應用到民用領域，固態儲氫國內基本處于研發階段。車輛運輸氫氣的效率低、成本高，2020年儲運占氫能成本的70%左右，更高壓及大規模管道運輸在技術、標準等方面仍存在較大障礙。氫能不便于存儲、液化成本高等難題限制了氫能的遠距離輸送。

在應用端上，燃料電池關鍵部件、測試裝備有較大追趕空間。可以說，“卡脖子”難題分布在氫能產業的多個環節，亟待打破國外技術封鎖。

短期內應重點突破固體氧化物燃料電池電堆及系統集成技術，完善我國可再生能源制氫技術鏈，建立綠色制氫試點示范項目，推動可再生能源制氫技術與產業的發展。

我國氫能源與燃料電池發展戰略

未來10~20年是我國氫能源與燃料電池產業發展的重要機遇期，要從戰略、政策、技術、資金、國際合作等方面積極謀劃，在改革創新的過程中，還是以技術為本、區域協同，同時要尊重市場。相關企業在中國氫能源和燃料電池方面要唱主角，可以先行先試，利用行業的優勢以及國家的扶持政策，拓展氫能市場，穩步推進氫能源與燃料電池產業的進步。

對于氫能源產業發展總體目標，2021—2025年是政策引導、局部示范導入期，企業能不能通過管網系統開展熱電聯供或分布式制氫，這是關于如何做的問題。2026—2035年是市場驅動商業模式培育期，需要建立比較完整的氫能儲運供應體系，相關企業的基礎設施網絡占有優勢，重點要布局在基礎設施方面。制氫要進入化工園區，成本大幅度升高，燃氣企業通過管網體系可否把分布式加氫站建起來？2036—2050年是產業生態綠色智慧成熟期。在碳中和階段，通過今后10~15年的努力，為碳中和提供好基礎設施、技術應用平臺。

對于燃料電池產業發展總體目標，首先在PEMFC方面，2021—2025年開展在船舶、重卡等領域的示范應用；2026—2035年國產化低成本材料與部件建立批量生產線，提升電堆的性能和穩定性，成本降低；到2036—2050年，高性能、高耐久性的新材料及電堆要做到規模化商業應用。在SOFC/SOEC方面，2021—2025年把成本大幅度降低，把7萬元/千瓦~8萬元/千瓦降低到3萬元/千瓦以下，壽命達到1萬小時；到2026—2035年，要把固體氧化物燃料電池壽命提高到8萬小時，在原有基礎上進一步降低成本。規模上，到2025年左右做出十兆瓦系統，到2035年左右做出百兆瓦、千兆瓦系統，這樣使我國能夠真正實現能源轉型。

制氫、供氫產業發展的重點任務，主要考慮可再生能源制氫和綠氫消納。供氫產業，主要考慮從氣氫向液氫、輸氫、加氫幾個角度如何做的問題。對供氫，首先可能是氣氫往液氫、加氫方面發展。

對于質子膜燃料電池發電產業發展的重點任務，是提高燃料電池電堆關鍵材料的國產化，提高燃料電池耐久性、動力性、環境適應性、可靠性和安全性，降低燃料電池系統噪聲。質子膜燃料電池技術成本降不下來，不利于整個氫能產業的進一步發展。

對于固體氧化物燃料電池產業發展的重點任務，是開發低成本高性能的單電池批量化制備技術，突破高可靠性的電堆設計、集成及產業化技術，掌握高效系統集成、控制管理及示范技術等。如何把固體氧化物燃料電池應用場景往外拓展，希望今后在交通領域以重卡、公交等商業車為突破口，建立起柴改氫工業示范，發展船用氫燃料電池技術工程化的關鍵技術，發電領域“氫儲能+固定式燃料電池電站”有望成為發展出路之一。燃料電池作為通信基站的備用電源將是一種具有競爭力的應用方式，天然氣管網摻氫是解決大規模可再生能源消納問題的途徑之一。用氫產業發展技術路線圖也已經提出來了，今后我國在百MW級IGFC重大工程，低成本先進電解水制氫準備研制工程科技專項，氫能安全儲存與快速輸配工程科技專項，100千瓦級SOFC發電模塊開發工程科技專項，分布式燃料電池熱電聯產工程科技專項，高能效長航時燃料電池船舶動力工程科技專項，固體氧化物電解池耦合可再生能源轉化儲存工程科技專項，氫冶金重大工程科技專項等方面，需要進行專項立項探索。

保障措施與政策建議

保障措施方面，一是進一步加強氫能源與燃料電池的頂層設計；二是國有資本要堅持穩妥有序進入、有所作為和有所不為的原則；三是建立健全產業政策、安全監管及技術標準體系；四是加大對氫能基礎設施全產業鏈的補貼政策及金融支持；五是建立氫能基礎設施關鍵技術攻關與核心裝備自主化的長效機制。

政策建議方面，明確氫能源與燃料電池發展的頂層設計，健全氫能源產業政策、法規、標準體系和金融環境。加強技術的自主研發與應用示范支持，完成平臺體系建設，鼓勵務實的國際合作。因地制宜選擇氫能源產業的發展技術路線，探索有效的商業模式。

審核編輯 ：李倩