我国氢应用发展现状及趋势展望

随着清洁能源应用技术的不断成熟和我国能源结构调整的持续推进，氢能行业发展势头持续向好，并于2019年被首次写入《政府工作报告》。2020年国家发展和改革委、国家能源局等中央多部委已多次提及氢能，2020年11月2日《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》的发布，标志着我国氢能商业化应用迈出重要的一步。

1 我国氢能产业发展现状

1.1 产业规模不断扩大

2013—2019年，我国氢气产量规模逐年递增，2019年突破2 200万t，成为世界第一产氢大国（图1）。其中，煤气化制氢近1 100万t、工业副产氢达800万t，而电解水制氢和生物制氢由于技术和成本限制，占制氢总量比例较低（约2%～4%），氢应用行业工业产值接近4 000亿元。

1.2 企业数量持续增加

据统计，截至2020年8月，我国氢能产业链相关企业工商登记数量达到2 196家。其中，2018年新增 271家，2019年新增529家，同比增长47.8%；2020年虽受新冠疫情影响，1-6月我国氢能领域新注册企业依然达到242家，较2019年同期基本持平，而近5年氢能相关企业新增注册量增长达457%（图2）。从企业层面看，我国氢能领域大多为重资产企业，有63%的企业注册资本在500万元以上，其中42%的企业注册资本超过1 000万元。从企业分布看，广东省以381家的企业数量排名第1，约占全国总量的17.35%，江苏、山东分列第2位和第3位，分别为229家和159家（图3）。

1.3 技术路线日渐明确

我国在氢的制取、储存、运输和应用等产业链关键环节加快布局，初步形成了较为完整的产业链条。

上游制氢与纯化：我国拥有相对成熟的规模化生产技术（化石原料制氢、工业副产氢）和较明确的长期发展方向（可再生能源电解水制氢）。

中游储运：氢气的大规模安全储运是现阶段氢能商业化应用亟待突破的“瓶颈”。目前高压气态储氢为主要技术方向，如车用储氢罐、运输储氢罐、固定式储氢设备（加氢站）等，液氢罐车、管道等大规模运输尚处于研究阶段。

氢应用：我国有超过90%的氢能消费集中在石油化工、钢铁冶金等工业原料领域，氢作为能源消费的市场规模依然较小，近几年氢在建筑领域、民用液氢等领域发展潜力凸显，氢健康、氢农业也有望成为未来氢消费新的增长点。

1.4 产业布局初步形成

2019年，广东、山西等10个省（自治区、直辖市）将发展氢能写入政府工作报告，北京、上海、江苏、山东、河北等20余个省（直辖市、自治区）依托自身资源优势出台本地氢能产业发展规划或行动计划，并先行先试推动氢能产业化进程。园区布局方面，目前全国处于规划或建设的氢能产业园、氢能小镇、氢谷等园区约30个，其中华东地区氢能产业园区数量最多，共有14个，华南地区有5个，华北地区4个，东北地区2个，初步形成了以环渤海、长三角、珠三角和川渝鄂为代表的4个产业集聚区。

2 氢应用场景分析

2.1 氢工业：化工、石油炼制和冶金是最主要的应用领域

目前，我国已具备一定的氢应用基础，但是仍以工业原料为主。据统计，有约90%～95%的氢能消费应用集中在石油化工、钢铁冶金等领域，其中化工领域合成氨用氢占比最高，石油炼制工业用氢量次之。今后，氢在冶金领域的应用十分值得期待，一方面氢气不仅可以用作清洁燃料，还可以用作还原气，另一方面将金属氧化物还原成金属，氢气还可以作为保护气以使金属不被氧化。目前中国宝武钢铁、鞍钢、酒钢等均开始可再生能源制氢-氢能冶金立项，探寻循环经济的可行性。

2.2 氢交通：产业正迎来黄金发展期

2019年我国氢燃料电池装机量为128.1MW，同比增长140.5%，增速是上一年度的2倍有余，上海重塑能源科技有限公司、北京亿华通科技股份有限公司、江苏清能新能源技术股份有限公司成为中国氢燃料电池系统装机量排名前3的企业。2019年，中国燃料电池汽车产销分别完成2 833辆和2 737辆，同比分别增长85.5%和79.2%（图4）。目前，全国燃料电池车累计数量突破6 000辆，广东、北京、河北3地的燃料电池车销售量约占全国80%。虽然受疫情影响，2020年一季度燃料电池汽车产销分别完成了183台和207台，同比下降19.7%和7.2%，但长期来看，氢在交通领域的应用将大有作为。

2.3 绿氢出口：中国氢能商品化优势突出

根据S&P最新报告显示，随着欧洲脱碳转型、日韩氢能社会的持续推进，未来十年绿色氢能（以下简称“绿氢”）行业将拥有大量的增长机会，图5所示为可再生能源制备绿氢示意图。研究表明，中国具备大规模生产绿氢的潜力，预计“十四五”期间全国风能装机容量和太阳能装机容量分别可达53GW和58GW，到2025年，可实现非化石能源占整体能源结构的19%的目标，这将为中国未来绿氢出口提供坚实的基础。同时，利用可再生能源生产绿氢可以降低其在传统电网运输中的损耗，使可再生能源以电网、氢网形式输出（“输电+输氢”结构），进而较好地解决“棄光、弃风、弃水”的问题。

中国绿氢贸易区位优势突出。一方面，山东、辽宁、吉林等地邻近绿氢消费大国日本、韩国，可利用当地丰富的氢气资源，围绕绿氢制备、储运打造产业基地，通过航运、管道运输等形式向日韩出口。另一方面，发挥新疆、甘肃、内蒙古等地区太阳能、风能资源优势，在中西部地区布局绿氢生产基地，通过中欧国际班列出口绿氢。

2.4 民用液氢：液氢加氢站将是重要发展方向

截至2019年底，全球单日液氢总产能已突破470t/天，其中，美国的液氢生产和应用的全球占比达85%，而中国仅占1%。从建设规模来看，美国有超过15座液氢工厂，产能达326t/天，居全球首位；亚洲拥有16座，总产能38.3t/天，其中日本占亚洲2/3。欧洲已建成4座液氢工厂，产能为24t/天。未来随着中国民用氢液化、储运技术和标准加快创新，及氢能和燃料电池关键技术的持续突破，国内民用液氢市场将迎来高速发展期，涉及相关企业有成都深冷液化设备股份有限公司、江苏国富氢能技术装备有限公司、鸿达兴业集团有限公司、北京中科富海低温科技有限公司等。

2.5 其他方向

氢在健康领域应用研究处于初期，利用氢气的抗氧化性用于辅助治疗也有所报道，但要警惕市场过度炒作；氢在提升植物抵御逆环境胁迫能力以及提高蔬菜、瓜果和花卉的生产和延长保鲜等方面有一些基础研究，但从目前发展来看，农业生产中大规模运用氢技术、氢的使用方法和经济价值仍待进一步研究和创新。

3 需要关注的问题

3.1 顶层设计亟待进一步完善

目前，美、日、澳、韩、德等发达国家已经发布了国家氢能产业发展规划（或路线图），明确了氢能产业发展方向和战略定位。而我国作为世界第一产氢大国，具有丰富的资源基础，尽管从战略层面肯定氢能产业的发展，并且有20多个省市发布相关规划，但国家层面在氢能产业发展战略、目标和重点方向上，更多的是将氢能作为新能源汽车产业发展的一部分进行设计和规划，在顶层设计、产业配套方面亟待加强，一定程度暂缓了氢能产业化应用进程。

3.2 核心技术自主创新能力有待突破

我国氢能产业发展取得了长足的进步，初步具备产业化条件，但仍存在某些环节核心技术、关键部件和材料被少数发达国家垄断自主性不强的问题，导致我国装车的氢燃料电池汽车中采用国外电堆和技术占比超过70%。另外，氢气的供应链体系还不健全，传统技术在氢气制备、储运和整个供应链体系依然占比较大，从清洁能源中提取的氢气占比非常小，氢应用主要集中在工业领域和交通领域，其他应用方向拓展速度较慢。

3.3 体制机制亟需创新

氢燃料电池在交通领域的应用已成为氢能发展的强劲动力，但相关行业法规标准、体制机制难以满足产业快速发展的需求，关于氢品质、储运、应用的全行业测试标准和监管体系不健全，使得产业链条下产品的市场化进程相对较慢。基础设施建设审批程序和运营监管标准不完善，尤其在加氢站建设方面，无明确的归属管理部门，建站标准法规、政策体系相对老化或缺失，导致加氢站审批难度较大、周期长，基础设施不足已成为燃料电池汽车发展的第一大难题。

3.4 商业化运作模式尚不成熟

全产业链成本高是制约商业化运行的重要原因。制氢环节，现有制氢技术的经济性和环保风险（灰氢）依然存在，可再生能源制氢相对效率低、综合成本高、市场化受限。储氢环节，高效、安全、稳定的低成本储氢技术与国外差距相对较大，與大规模商业化应用仍有一定距离。用氢环节，关键核心技术国产化程度低，导致氢应用成本高，企业盈利较为困难，而加氢站等基础设施的“自我输血”能力难以达到收支平衡，也会影响氢能商业化推广应用。

4 氢应用趋势及展望

4.1 氢能在天然气行业的应用将成为世界趋势

近年来，氢能作为向脱碳能源系统过渡过程中必不可少的手段，日本、澳大利亚、德国、意大利等建设了大量的天然气输配基础设施，并试点通过天然气输配管网掺混氢气。研究表明，当氢气含量较低时，可以在不做重大技术调整和重大投资的情况下掺混至天然气，随着经济性和安全性的不断提升，以及在现有基础设施的基础上加快建设“运氢走廊”，氢能在天然气行业的应用将成为一种趋势。

4.2 “绿氢”有望在传统化工行业转型升级中发挥重要作用

在全球性控制碳排放的背景下，各国面临煤炭消费压减和二氧化碳（CO2）减排的巨大压力，“绿氢”为传统化工产业绿色化、高端化发展提供新思路。一是代替灰氢作为原料应用在煤化工领域（“绿氢煤化工”），可有效降低能源产品（如甲醇、二甲醚等）生产中的CO2排放和煤炭消耗量，实现煤炭的清洁高效利用。二是与高端煤基新材料产业链有效融合，生产甲醇和烯烃等高端材料，实现可再生能源向高端化工新材料的有效转化。

4.3 氢能与可再生能源融合将带动更多新应用场景

氢能技术和可再生能源技术相互结合，将加快以清洁能源为主的多元能源供给系统向其他行业渗透，推动以煤炭、油气、电力集中式资源供给，向集中式与“分散式”并重发展，尤其是随着新能源汽车、人工智能、区块链等新技术的迅速发展，引发交通运输、能源、建筑等传统产业变革并催生氢能社区、氢能电站、能源互联网等新产品、新业态。未来随着交通运输场景发生颠覆性的改变，更多的驱动系统会应用到氢能，氢能在商用卡车、大巴车、无人机等领域持续渗透，并在铁路、航运、航空等重型运输场景实现新突破，助力社会经济发展和生活消费的绿色转型。

5 结语

在全球绿色低碳转型的大方向下，以氢能为代表的清洁能源正迎来重要的发展机遇期，江苏、广东、江苏、山东等地加快在氢应用环节布局，竞相抢占未来氢能市场的突破口。未来氢应用发展方向将更加贴近生活，并借助一个个新场景，成为更加绿色高效、安全可持续的朝阳产业。