氢气是一种清洁的二次能源，也是一种重要的储能介质，近年来，随着全球能源消费向低碳化转型的进程加快，氢能逐步成为国内外能源及相关行业关注的焦点，受到国际社会和科学界的大力追捧。目前，发展氢能已经成为发达经济体的共识和发力方向，日本、美国、欧盟和韩国等均已将发展氢能产业作为国家能源战略。清洁氢能已成为全球所有碳中和路线的关键支柱之一。2022年8月26日，中科协党组书记、中国工程院院士张玉卓在世界新能源汽车大会上表示，我国已经将氢能确定为未来国家能源体系的重要组成部分和用能终端，氢能产业也成为战略性新兴产业和未来产业重点发展方向，当前我国氢能产业化基础初现，处于规模化前夜。
氢能为何能得到大发展
能源一直是人类发展的永恒话题，也是国家发展的重要战略资源。氢能是21世纪极具发展前景的二次能源，因具有重量轻、导热性强、发热值高、清洁低碳、可回收利用等多重特性而备受青睐，在交通、工业、建筑等领域应用潜力巨大。从工业部门的深度减碳角度来讲氢的热值高，是同质量焦炭、汽油等化石燃料热值的2–4倍。氢气还具有很强的还原性，既可以和氧气通过燃烧产生热能，也可以通过燃料电池转化成电能。最重要的是，氢能在上述转化中并不产生温室气体。因此，氢能除用于发电外，还能够在炼钢、化工、水泥等工业部门中起到广泛应用，并且能够实现交通部门的深度减排。
虽然太阳能、风能、水能和地热能等也是实现能源结构低碳转型的必然选择，但目前除水能外仍然存在很多问题，如时空分布不均、并网能力差等，造成很大的浪费。为了提高可再生能源的并网能力，减少弃风弃光现象，同时为了调节电网输配，合适的储能技术的发展显得尤为重要。但目前传统的储能方式如电池、抽水蓄能或压缩空气都是短期储能，难以便捷地实现能量长时间的储存。而氢能作为一种新能源，其储能方式能量密度高，储能规模大，能量容量成本较小，可作为长时间储能或季节性储能的最优方案，从而有效提高能量利用率。
以新能源为主体的新型电力系统是我国能源体系变革的前进方向，但新能源大规模应用将带来的波动性问题亟需解决。可再生能源电解水制氢作为重要储能方式，可以实现“电能-氢能”的双向转化，使得氢能作为电能的重要转换载体，间接保障可再生能源持续稳定地输出电能，从而协助克服清洁能源大规模、长周期、跨季节的局限性，实现削峰填谷。事实上，随着传统化石能源制氢相关行业被纳入到全国碳交易市场，相关行业也将受到碳排放的约束。这时，清洁氢尤其是可再生氢具有天然的减排优势，也具备开发为国家核证自愿减排量的条件，成为促进经济社会低碳转型的关键。
同时，氢储能具备大规模、长周期等优势，可实现可再生能源电力时间、空间转移，有效提升能源供给质量和可再生能源消纳利用水平，将成为拓展电能利用、应对可再生能源随机波动的最佳方式之一。发展氢能产业有助于促成我国顺利达成双碳目标、降低能源对外依存度、增强能源体系的灵活性。
国内氢能市场2035年规模将达5万亿中国早已加入氢能浪潮，将发展氢能作为重点，寻求转变能源模式，已取得多方面进展：
首先，中国将氢能定位为国家能源系统的重要部分。“推动加氢设施建设”已写入2019年《政府工作报告》，“氢能与燃料电池”列入发改委《绿色产业指导目录（2019年版）》，还发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，提出到2025年，使用氢能的燃料电池车辆保有量达到约5万辆、制氢量达10万—20万吨/年的目标，并将普及氢燃料电池车，助力“一带一路”沿线国家氢能基础设施建设。
其次，氢气产能稳步提高。当前，中国年制氢量约3300万吨，其中达到工业氢气质量标准的约1200万吨，是世界上最大的制氢国。中国已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在长距离输送氢气技术方面获得突破，已在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用，成为国际公认的最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家之一。氢燃料电池汽车保有量达14979辆，居全球第三。到2022年年底，中国已建成加氢站310座，居世界第一。氢能产业呈现集群化发展态势。京津冀、长三角和粤港澳大湾区汇集全产业链规模以上工业企业超过300家。
第三，中国着力布局氢能产业，为氢能技术与产业链的进一步发展打下良好基础。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》要求，统筹推进氢能“制储输用”全链条发展。《2030年前碳达峰行动方案》提出，加快氢能技术研发和示范应用，探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。《“十四五”可再生能源发展规划》提出，开展规模化可再生能源制氢示范和推进化工、煤矿、交通等重点领域绿氢替代……除一系列顶层设计，各地方政府已累计发布70余项相关配套政策，共同构建起涵盖科技创新、应用示范、基础设施、产业布局等各环节的氢能综合发展体系。
第四，中国始终积极融入全球氢能产业链供应链，加强与各国在技术创新、绿色氢能贸易、标准规则等方面的开放合作。近年来，中国氢能联盟积极开展中欧联合产业研究，促进共建中欧“一带一路”绿氢贸易走廊，共同推动中欧氢能产业绿色发展。不久前，国家能源集团还与法国电力集团规划在江苏东台共同建设“风光氢储”绿色能源协同融合的海上综合智慧能源岛示范项目，总规划装机150万千瓦。2022年12月，中国氢能联盟研究院联合苏州市人民政府设立中欧氢能技术创新中心，专注氢能产业研究、人才培养、装备技术展示和孵化等工作。
最后，作为新能源的重要发展方向，从中央到地方，关于氢能产业的规划和布局正在紧锣密鼓地进行。目前我国有20多个省级市、40多个地级市推出了60多个氢能产业规划，初步形成了华东、华中、华南、华北、东北、西南6个氢能和氢燃料电池汽车产业群。上海市还在探索建设全国性氢交易所，打造临港“国际氢能谷”……近日中国石化“西氢东送”管道项目已经启动，是未来绿氢大规模、远距离输送的理想解决方案之一。这将推动绿氢的大规模应用……
中国氢能联盟预测，2026-2035年，中国氢能产业产值将达5万亿元。中国工程院发布的报告显示，保守估计，2050年氢在我国终端能源体系占比约10%，与电力协同互补，共同成为我国终端能源体系的消费主体，带动形成十万亿级的新兴产业。在国家“双碳”目标的推动下，能源结构调整加速，氢能的清洁、高效、零排放特点使其迅速成为汽柴油等化石能源的重要替代产品，氢能相关企业也发展迅速。数据显示，目前我国氢能相关企业数量已超2000家，并且新增企业注册数量仍在快速增长中。
储运环节成行业 发展核心
目前氢能产业的发展尚处于初级阶段，在技术等方面还不完备。专家表示，当下我国氢能主要应用于工业领域，作为原料参与生产甲醇、合成氨，并未完全发挥其零碳清洁的优势，主要原因在于氢气的成本相比传统化石能源更高，经济效应较差，氢能的大规模推广需要在制、储、运、加全产业链环节降低成本，需要突破部分关键材料、设备技术瓶颈，例如液氢储运技术、高压储氢瓶用碳纤维材料、燃料电池高性能催化剂等。政府应在推动氢能技术发展中发挥两方面的作用，一方面是从供应端推进，要让企业看到投入有回报。政策从研发投入、税费减免、审批流程等多方面发力，打消企业研发不赚钱的疑虑，促进市场创新和新兴氢能成果转化。另外一方面，利用政策推动市场端兴起，类似上海建设氢交易平台，增加市场需求和交易活跃度。推进氢能源生产和消费更合理更健康持续发展。
在氢能产业发展火热的同时，背后的储运难题也显现出来。我国的氢能分布呈现出西富东贫的特点，而这恰与我国经济发展的区域分布相反。这意味着想要充分利用西部富裕的氢能源，必须进行长途运输，储运成为这一过程中的核心环节。目前部分地区已经出现了氢能供应紧张的局面，主要原因是氢能供需错位。用氢地区不产氢，而富氢地区一般以周边地区制备和就近消纳为主。“氢气储运成本居高不下，正是当前制约我国氢能发展卡脖子的地方。” 深冷绝热材料行业龙头企业——杭州富士达特种材料股份有限公司董事长应建明分析称，在氢能生产利用的产业链上，制氢、加氢端相对成熟，而储存、运输环节已成为氢能价格居高不下的主要制约因素。氢能储存（氢气储能）本质是储氢，即将易燃、易爆的氢气以稳定形式储存。在确保安全前提下，提高储氢容量（效率）、降低成本、提高易取用性是储氢技术的发展重点。储氢技术可分为物理储氢和化学储氢两大类。物理储氢主要有高压气态储氢、低温液态储氢、活性炭吸附储氢、碳纤维和碳纳米管储氢以及地下储氢等；化学储氢主要有金属氢化物储氢、液态有机氢载体储氢、无机物储氢、液氨储氢等。每一种储存方式都有不少缺点和不足，使得氢的储运是一直制约国内氢能发展的难题。低温液态储运氢因其储能密度大等优势，必将是未来的主要储氢手段，是实现氢能大规模应用的必经之路。随着氢液化成本进一步降低、液氢容器绝热技术不断提高，液氢储运成本将逐渐降低，低温液态储氢走向规模化民用是大势所趋。
如何解决氢气运输过程中效率和安全的问题？目前国内液态和固态储氢技术都取得了一些突破，一些企业因为看好氢能市场的发展机遇，企业已经开始转型做加氢和液氢设备。氢能的发展也会从高压氢到液氢的发展路线。只有液氢的大规模发展，才会快速降本。在广东中山，首个国产化大型氢气液化核心装置近日投入使用，每天可以生产5吨液氢。液氢的运输成本，相当于高压氢气运输成本的1/8，存储成本相当于高压氢气的1/10。1个1立方米的液氢罐，大概能满足重卡跑1200公里到1500公里。
目前国内尚无企业研制成功满足性能要求的液氢储运罐，主要原因为目前市场参与者主要为原LNG储运罐制造厂商，LNG罐对绝热性能的低要求导致行业长期对绝热性能及绝热技术的重视程度不高，因此在液氢领域，难以快速满足液氢储运罐的性能要求。绝热技术是低温容器的核心技术。在氢能规模化民用前期，需要超高的真空多层绝热技术为氢能储运保驾护航。而杭州富士达自2015年起引入团队综合研究罐体绝热性能的影响因素，形成了独有的乐维尔®技术，且已通过案例实施验证了技术的先进性及可行性。此外，富士达2015年起研究液氢及液氦温区下所要求的高性能低温绝热材料，以及相关制造加工工艺、生产加工装备储备工作，目前已具备快速落地样罐试制的条件，预计资金到位后，可于12个月内完成性能展示样罐的研制，有望率先实现零的突破，占得行业先机。接下来可以实现产业化生产“储、运、供”三位一体的LH2罐式集装箱，通过云指挥调度平台实时了解全国各地区氢气的的使用、备储、交易情况，通过“公、铁、海、河”多式联运方式，将氢气从生产基地“一罐到底”直达用户，从而实现LH2生产快捷、集约、经济的生产、交易。该技术同样可应用于氢气供应终端的LH2固定式存贮，以及借鉴到LNG行业，打造具备超长存储周期的具备战略储备意义的LNG战略储备罐箱。
切忌一拥而上 和全线出击
从全球看，氢能利用产业链在技术上不存在障碍，产业发展已进入导入期，发展的重点在于降低成本。我国氢气资源丰富，市场巨大，氢能在推进能源转型、构建清洁低碳安全高效的能源体系中将发挥重要作用。我国能源公司可借鉴日本企业的做法，将氢能定位为未来能源接替性业务之一，充分发挥在制氢、储运氢、加油站和氢气终端利用等方面的优势，战略先行、规划引领，更好地服务国家能源转型。战术上采取试点先行，在六大产业群和代表性城市中，优选政策高地开展加氢站试验示范。同时，以风险投资、股权投资方式，布局相关领域和重点企业，掌握关键核心技术装备，培育商业模式和人才，为下一步规模发展做准备。
当前我国氢能产业呈现发展过热的态势。建议我国能源公司要在战略上保持定力，按照技术发展阶段和市场培育程度，适度超前部署业务。氢能产业盈利之路艰辛漫长，切忌一拥而上和全线出击。
（作者单位：本刊编辑部）
