報告免費下載！中石化支招氫能的和平能源發展之路

世界氫能委員會（Hydrogen Council）認為，發展氫能對於實現能源轉型、遏制全球氣候變暖至關重要。氫能將在這一轉型中發揮七大作用，並且氫能可為人類提供經濟上可行且對社會有益的能源解決方案。

未來可以利用氫來轉換和存儲超過500太瓦時的電力，從而充分發揮可再生能源的替代作用。

氫能可以在全球能源分配中扮演重要角色，將可再生能源豐富的地區與有能源進口需求的地區聯繫起來，也可以作為發電的備用能源和戰略儲備能源。

據預測，2040年氫能將佔世界終端能源消費的18%，2050年全球20%的二氧化碳減排要靠氫能來完成。

氫是清潔高效的二次能源

國際氫能協會（International Association for Hydrogen Energy）副主席、國際標準組織氫能技術委員會（ISO/TC197）副主席毛宗強教授認為，氫能符合「3E+S」的新能源安全觀，即經濟（Economy）、環境(Environment)、能源(Energy)和社會安全（Safety）。氫作為能源，具有以下特點：

●資源豐富。氫是宇宙中最豐富的元素，構成了宇宙分子的75%。氫主要以化合物的形式存在，水是最重要的氫的化合物，而水又是地球上最廣泛的物質。人類不必像為了爭奪分布極不均衡的石油那樣發動戰爭。因此，氫能是當之無愧的「和平能源」。

●與其他燃料相比，氫能是最清潔的燃料，零污染，零碳；環境友好，無次生污染。氫燃料電池發電只生成清潔的水，且水可以循環使用後再產生氫。

●氫能可將不穩定的可再生能源變成穩定能源，被視為可再生能源橋樑。

●氫能方便儲存，適應中、大規模的儲能。

●全能能源。氫能既可發電、供熱，也可用作交通燃料。

●能量密度大，除核燃料外，氫的發熱值是所有其他化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142351千焦/千克，是汽油發熱值的3倍。

●安全性高，由於質量輕、泄漏性強、擴散性大、燃燒範圍寬、著火能低，從總體上來說，氫氣作為燃料使用非常安全，無次生事故。

●氫既可以作為燃料，又可以作為化學原料和其他燃料的原料。

氫能產業鏈初見規模

氫氣主要由煤炭、天然氣等化石原料製得（化石能源原料佔比96%），其中煤制氫佔比最大，但能耗高、污染大，需要優化。

總體上，化石能源制氫技術成熟，預計將延續至2050年。可再生能源制氫尚處於示範階段，將在2030年之後發揮作用，其中TiO2催化光水解制氫技術受到重點關注。

氫氣儲運是制約氫能產業發展的關鍵環節。氫可以以高壓氣態、液態、金屬氫化物、有機氫化物和吸氫材料強化壓縮等形式儲存。

衡量一種氫氣儲運技術好壞的依據，有儲氫成本、儲氫密度和安全性等幾個方面。

在儲運氫方面，目前普遍採用具備高耐氫和耐壓能力的25~35兆帕儲氫罐，70兆帕處於小範圍應用階段。

管道運輸是運氫的主要方式，截至 2017 年年底，全球共鋪設了4284公里輸氫管道，其中美國達到 2400公里，歐洲約有1500公里。

從發展動向上看，有機液體儲氫發展迅猛，低成本大規模金屬氫化物儲氫技術受到持續關注，中國已成為世界上最大的儲氫合金LaNi5的生產國。

荷蘭、德國、英國允許氫氣以一定比例混入天然氣管網進行運輸，最高可達10%。

在利用方面，目前氫最主要的用途仍是作為化工行業的原材料，用於合成氨、煉油和煤炭深加工。氫燃料電池應用規模不大，但發展快速，技術日益成熟，氫能產業鏈初見規模。

日本家用微型燃料電池熱電聯供系統以天然氣為原料，採用氫燃料電池技術，綜合能效可達95%，已推廣20萬套，是一種頗具潛力的分散式能源利用技術。

日本、德國、韓國等有多款氫燃料電池汽車上市，氫燃料電池客運列車已在德國投入運營。

其中，豐田公司2014年底推出氫燃料電池汽車Mirai，標誌著氫燃料電池乘用車進入商業化。2015年產700輛，2016年產2000輛，2017年產約3000輛，目前處於供不應求的狀態，豐田公司計劃從2020年之後將Mirai的產量提高到每年3萬輛以上。

豐田Mirai百公里加速時間約為10秒，最大續航里程可達650公里，補充氫燃料僅需3分鐘。

中國氫能產業的特點、動向與需要關注的問題

◤ 特點：

資源上有基礎，技術上有積累

作為世界第一大產氫國，中國有超強的氫氣供應能力，2015年產量超過2200萬噸，佔世界氫產量6500萬噸的34%。

利用副產氫氣和棄電制氫是中國氫氣來源的一大特色。中國工業裝置的副產氫氣量巨大。

2016年，我國焦炭、甲醇、氯鹼、合成氨裝置的理論副產氫氣分別是945億、224億、92億和71億立方米，總計1332億立方米。我國具備利用棄水、棄風、棄光、棄核發展電解水制氫的優勢。

2016年我國棄水、棄風、棄光的電量達1100億度，摺合氫氣220億立方米；2016年，我國35台商運核電機組運行裝置容量為3363萬千瓦，理論發電2928億度，實際發電2105億度，棄電823億度，摺合氫氣164億立方米。「四棄」合計摺合氫氣384億立方米。

工業裝置副產氫氣和棄電制氫合計1716億立方米，即1532萬噸。如果按照1輛氫燃料小轎車每年運行300天，每天使用0.5公斤氫氣計算，可以供1億輛氫燃料電池小轎車1年的用氣量。

我國工業體系完整，圍繞氫氣製取、運輸和利用都有著一定的技術基礎，分散在不同的行業和領域。本世紀以來，我國政府對氫能及氫燃料電池的技術研發的支持顯著加強。

2001年我國啟動了首個氫能「973」項目，為期5年，擬解決超臨界條件下氫的吸/脫附行為規律及其儲放氫機理；相關催化劑的化學剪裁基礎、構-性關係及電催化過程機制；關鍵材料的規模製備科學；多相流反應基礎科學問題等。後續又先後設立「863」項目、「十五」到「十三五」重大項目並予以支持。

我國初步掌握了燃料電池汽車（FCV）和氫能設施的核心技術，基本建立了具有自主知識產權的FCV動力系統技術平台，實現了百輛級動力系統與整車生產能力。

「十三五」電動汽車科技規劃中提出，在FCV關鍵基礎器件、燃料電池系統、基礎設施與示範三個方面加大研發投入力度。

我國《燃料電池汽車發展路線圖》中提出，2020~2030年逐步由示範運行向大規模推廣應用發展，到2025年、2030年分別實現萬輛、百萬輛FCV上路行駛。

目前，國內大部分主流車企已開始重視FCV發展，加大研發投入。

◤動向：

中國各地政府、企業發展氫能和燃料電池產業情緒高漲

2016年以來，中央陸續發布了《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030）》《「十三五」國家科技創新規劃》《「十三五」國家戰略性新興產業發展規劃》等多個利好氫能和燃料電池發展的政策。

在國家有關政策的鼓勵下，中國氫能與燃料電池的發展迅猛，許多氫能與燃料電池的商業活動和政府規劃浮出水面，資本市場也越發看好中國氫能和燃料電池產業。

總體來說，我國地方政府在氫能與燃料電池產業推進上呈現東部與南部領先、中西部快速跟進的態勢。江蘇省如皋市與廣東省佛山市表現尤其搶眼。

江蘇省如皋市從2010年起開始布局氫燃料產業，集聚了百應能源、碧空氫能、澤禾新能源、江蘇氫能、世貿空壓機和美國安思卓等10多家氫能企業，康迪、陸地方舟、青年亞曼、金杯、英田、賽麟等6家整車廠，以及一批燃料電池關鍵零部件生產企業，成為在氫燃料方面國內企業聚集度最高的地區，一條覆蓋新能源汽車上下游各環節的完備產業鏈條正加速形成。

2016年8月28日，如皋市被聯合國開發計劃署命名為「中國的氫經濟示範城市」。2017年11月，國內首個商業化運營加氫站在廣東省佛山市落成。

2018年4月12日《佛山市南海區促進加氫站建設運營及氫能源車輛運行扶持辦法（暫行）》（以下簡稱《扶持辦法》）出台。

此外，上海、蘇州、濟南、武漢、成都等城市也摩拳擦掌，準備在氫能與燃料電池領域大顯身手。

2017年9月20日，上海市發布《上海燃料電池汽車發展規劃》。2017年以來，山東省進軍氫能經濟，依託濟南先行區建設集「氫能源科技園」「氫能源產業園」「氫能源會展商務區」三位一體的「中國氫谷」。

2018年3月13日，蘇州市發布《蘇州市氫能產業發展指導意見（試行）》。湖北武漢市也在布局規劃發展千億氫能產業，打造世界氫能汽車之都。

2018年3月22日，《武漢經濟技術開發區（漢南區）加氫站審批及管理辦法》出台，這是全國首個加氫站審批及監管地方管理辦法，為推進和加快氫能汽車產業的發展掃清障礙。

從市場來看，2017年，我國共有8個品牌的10款車型FCV在產，總產量為1272輛。其中，燃料電池專用車（物流車、叉車等）992輛，佔總產量的78.0%，燃料電池客車280輛，佔總產量的22.0%。較2016年（FCV總產量629輛）同比增長了102.2%。截至2018年3月，中國共建成12座加氫站，在建19座。

◤需要關注的問題：

氫能技術可以推動動力產業轉型和新能源汽車、分散式供能等新興產業發展，具有改變能源結構的潛力，實現能源供給端到消費端的全產業鏈轉變，促進人類生產、生活方式的變革。

我國在推動氫能產業發展的過程中需要關注以下幾個問題：

●氫氣作為二次能源的全生命周期排放及相關減碳技術。當前，化石能源制氫中煤炭制氫的成本相對最低，但煤炭也是最高碳的化石燃料。在制氫環節要統籌考慮二氧化碳的捕集、利用和封存技術及相關成本。著眼長遠，需要重點推動可再生能源制氫技術發展。

●安全、經濟的氫能基礎設施建設。氫氣輸送管道與加氫站建設投入大、周期長，單個加氫站建設成本約150萬～350萬美元，年運營成本約15萬～40萬美元。由於高昂的建設與運維成本，全球運營的加氫站僅328座（截至2018年1月）。目前，我國的加氫站尚沒有對公眾開放（目前均用於客車和特殊用途），而在各種規劃中，到2020年我國加氫站數量將超過100座，2025年將超過300座，需要特別關注產業鏈配套，做好風險分析，切實提高氫氣儲運和加註的安全性和經濟性。

●切實攻克制約氫能產業鏈的核心關鍵技術。必須意識到我國在某些核心關鍵技術上與國外最先進技術的差距，迎頭趕上。比如膜電極耐久性，國內動態工況實測壽命大概在3000小時左右；國外已經達到了9000小時；在儲氫罐壓力上，我國主流壓力是35兆帕，而豐田公司在Mirai汽車上已經採用了70兆帕。在發展模式上，需要深刻借鑒中國高鐵與汽車工業技術發展的不同路徑與經驗啟示，重視技術突破帶動市場繁榮。

◤結論：

氫能源有望成為下一代的基礎能源

儘管目前化石能源仍居於主導地位，但是考慮到隨著經濟不斷發展，世界化石能源資源的緊缺性日益突顯，如根據《BP世界能源統計2017》的數據，全球石油、天然氣、煤炭儲采比分別為50.6年、52.5年、153年。化石能源的不可持續性以及對環境和生態的破壞性日益被人們認識，並受到世界各國高度重視，以利用可再生能源為標誌的第三次能源革命正在到來。

氫能可用於從可再生能源（如太陽能、風能等）長距離傳遞能量，並大量貯存。此外，氫氣基礎能量密度是汽油的3倍，優勢明顯。因此，未來從碳能源轉向氫能源是大勢所趨，氫能源有望成為下一代的基礎能源。

氫燃料電池技術2020年前處於示範應用階段，2030年後大規模推廣應用

目前氫燃料電池技術存在應用成本高、基礎設施配套不完善及建設成本高、制氫能耗高和對環境污染大、政策引導不夠等問題，應用內在動力不足，極大制約了其技術商業化推廣應用。

只有隨著技術不斷進步，電池效率和使用壽命進一步提高，造價進一步降低，基礎設施逐漸完善，可再生能源在技術上的大規模利用，才可能大規模推廣利用。

氫燃料電池技術快速發展，給石化行業帶來新的挑戰和機遇

我國目前電動汽車的發展雖然較快，但純電動汽車存在鋰電池能量密度提升受限、充電時間長、續航里程短等問題，目前中國電動汽車的發展主要依賴國家補貼政策的激勵，核心技術研發進展緩慢。

氫燃料電池在能量密度和快速充氫上具有優勢，發展前景較好，但目前存在氫氣和電池（催化劑）生產成本高、儲氫材料量產及其成本降低難以實現突破等主要問題。

從長遠看，新能源汽車的關鍵技術終將實現質的突破，新能源汽車的發展將從根本上改變目前以石油為基礎的交通能源格局，給石化行業油品市場帶來一定衝擊，石化行業的重心將從燃油生產轉向化工原料或其他產品加工。

同時，新能源汽車發展也給石化行業帶來了發展機遇，石化企業可在氫氣供應、加油（氣）/充電/加氫一體化運營以及汽車輕量化材料、高端化材料開發方面適時介入新能源汽車產業鏈，實現石化產業鏈的轉型與調整，培育未來新的利潤增長點。

本文結論來自中國石油化工集團公司經濟技術研究院報告《氫燃料電池技術應用現狀及發展趨勢分析》如需下載報告請掃下面二維碼。

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來源：楊艷 高慧 趙旭 (中國石油經濟技術研究院石油科技研究所)

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