“雙碳”目標下我國氫能產業發展路線研判

文 | 羅佐（zuǒ）縣 中國石化集團經濟技術研究院（yuàn）有（yǒu）限公司

   楊國豐 中（zhōng）國國際石（shí）油化工聯合有限責任公（gōng）司

碳達峰、碳中和目標提出之（zhī）後，能源清（qīng）潔化力度進一步加大，其中氫能的發展頗（pō）受關注（zhù）。發達國家再一次強調加大氫能發展力度，我國的氫能（néng）也開始發力。目前全國有23個省、自治區、直轄市出台各自（zì）氫能發展規劃，國家層麵的氫能發展規劃也在醞釀。基於（yú）此，本文擬對我國氫能產業發展現狀進行梳理，對氫能發展趨勢（shì）、發展路線及未來的重點工程等關鍵問題進行分析預判，以期（qī）對國家氫能規劃（huá）製定（dìng）和（hé）地方氫能發展工作（zuò）提供（gòng）參考（kǎo）。

1 氫能在“雙碳”目標實施中的角色定位

1.1我國實施“雙碳”目標的國際形勢

發達國家在20世紀（jì）70–80年代（dài）已經基本實現碳達峰，美國和歐盟碳達峰時間（jiān）稍晚，均（jun1）在2007年前後，碳排（pái）放峰值分別為59億噸和51億噸。當前我國（guó）的工業化進程還遠未結束，碳排（pái）放還處於增長期。

數據顯示，2013年我國碳排放達曆史高點之後曾一度出現下降，但之後隨著經濟（jì）刺激政策實（shí）施以及經濟增長動能增強，碳排放重新出現增長，到2019年（nián）排放（fàng）總量達到98.3億噸

(見圖一)

圖 1 主要（yào）經濟體碳排（pái）放情（qíng）況（kuàng）

資料來源：BP 公司（sī），2020

當前我國提出的碳減排目標是到2030年前實現碳達峰（fēng），到2060年前實現碳中和。總體看來我國提出的（de）碳中和目標（biāo）時間點和目前多數發達國家（jiā）提出的時間點基本接近（jìn）或略有延後，但是我國碳（tàn）中和目標（biāo）是在碳排放還未達峰的狀態（tài）下提出的，因此實施起來（lái）難度要遠大（dà）於發達國家。特別是我（wǒ）國目前的一次（cì）能源消費結構中煤的消（xiāo）費比重還在58% 左右，遠高於世界平均水平和發達國家水平。為此需要盡快推進去碳、減碳（tàn）。在此形勢下（xià），氫能（néng）的發（fā）展走上曆史舞台。

1.2氫（qīng）能在我國生產和生活領域具有廣泛的應用空間

從（cóng）能源類型來看，在產生碳（tàn）排放的傳統化石能源中（zhōng），我國與煤炭消費相關的碳排放占比約為80%，與（yǔ）石油和51吃瓜网（qì）相關的碳排放占比分別為 14%和6%；從具體產業領域來看，火電的碳排放 占比高達43%，油氣以15%占比居第2位（其中 一半以上與交（jiāo）通運輸有關），鋼（gāng）鐵和水泥的占比分別為12%和9%，農業、服務業、居民生活等其他領域的碳排放（fàng）約占21%。

在上述生產和生活領域，都可以通過發展和延伸清潔氫產業鏈對生產（chǎn）生活中（zhōng）的高碳行為實施不同程（chéng）度的低碳替代。如通過發展可再生能源製氫可以有效減少灰氫應用，降低冶金用氫及石化行業加氫帶來的碳（tàn）排放；通過氫儲能提高可再生能源係統穩定從而實現更大份額的綠電對火電替代；通過氫能替代傳統交通燃油促進交（jiāo）通綠（lǜ）色革命等。 

2全球氫（qīng）能產業發展（zhǎn）總體趨勢

2.1發達國家走在氫能產業發展的前列

國際氫能（néng）理事會（huì）發布的《氫（qīng）能觀察2021》統計顯示，截至2021年2月，全球已（yǐ）有30多個國家發布了國家層麵的氫能路線圖，足見世界對氫（qīng）能產業的認可。

其中日本政府（fǔ）最為積極，日本於（yú）2017年12月公布（bù）了《基（jī）本氫能戰略》，計劃到（dào）2030年形成30 萬噸（dūn）/年的氫氣商業化供應能力，到2050年實現“氫能（néng）社會”。2019年日本又對這一（yī）目（mù）標進行了不同程度的修（xiū）訂，並提出了包含交通運輸、民用與商用、製氫能力等在內的詳實的技術路線圖。

2020年6月，德國聯邦政府公布了《國家氫能戰略》，計劃（huá）到2030年將氫（qīng）能需求提升至90-110 TWh，電解製氫能力（lì）達到5GW，可用於製造（zào）綠氫的可再生（shēng）能源發電裝機（jī）能力（lì）為20TW；2035–2040年，德國將（jiāng）再增建（jiàn）5GW的電解製氫設備。2019年11月，澳大（dà）利亞（yà）聯邦政府（fǔ）公布了《澳大利亞（yà）氫能戰略》，確立了15個發展目標、57項聯合行動，旨在將澳大利（lì）亞打造成為向（xiàng）亞洲市場出口氫能（néng）的三大基地之一，並計劃在氫安全、氫經（jīng）濟以及氫認證方麵走在全球前列。

2020 年12月17日，加拿大政府（fǔ）公（gōng）布了《加（jiā）拿大（dà）氫能戰略》，該戰略針對加拿大氫能發展提出8個方（fāng）麵的32項行動，旨（zhǐ）在係統（tǒng）提升加拿大的氫能產（chǎn）業水平。

（不含灰氫項目）

2.2 全球氫能消（xiāo）費（fèi）總量及結（jié）構判斷

截至目前，全球已宣布的氫能項目共有228個，其中分布（bù）在歐洲和亞洲的項目數量（liàng）占到總數的75%，約2/3是工（gōng）業和交通用氫項目（見圖2）。《氫能觀察2021》基於全球30多個國家（jiā）製定國家氫能戰略（luè）以及在運（yùn）營項目判斷，溫控2℃以內情景下，到2050年氫在（zài）全球終端能源結構中的占比將達到18%。氫的消費增長很大程度上源於成本的下降，該報告（gào）認為到2030年（nián），部分綠（lǜ）氫成本（běn）將與藍氫持平甚至低於藍氫；同時提出為確保到2030年要（yào）實現（xiàn）綠（lǜ）氫成本大幅下降，至少需要在2019年基礎上再追加500億美元投資，電解槽產（chǎn）能至少要（yào）達到65GW。 

該報告預計（jì）到2030年全球氫能投（tóu）資累計將達到3000億美元；另一谘詢機構雷斯塔公司也持類（lèi）似觀點，認為（wéi）包括中國在內的全球大規模可再生能源製氫正在加速普及，到2030年各國的產業（yè）政策以及技術進步將使得綠氫成本與藍氫持平甚至（zhì）低於藍氫；到2050年氫能成本還將進一步下降，甚（shèn）至（zhì）低於灰氫。

綜合上述谘詢機構的觀點判斷，在可（kě）再生能源大發展形勢下，2030年之後灰氫在全球氫市場的（de）份額將逐漸趨（qū）於下降，到2050年可能完全（quán）退出市（shì）場，屆時全球氫（qīng）市場基本是藍氫和綠氫的天下（xià）。由此判斷，2030年將是氫能產業（yè）發展史上步入（rù）綠氫時代的具有裏程（chéng）碑意義的一（yī）年（nián）。 

3我國氫能消費及氫能產業發展路徑

3.1 氫氣消費正處在由化工原料轉向能源的過（guò）渡（dù）期

3.1.1 目前氫氣消費主要用作工業（yè）原料 

近年我國氫氣產量規（guī）模逐年遞增。《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020》（簡稱《白皮書》）數據顯示，當（dāng）前我國氫氣產能約4100萬（wàn）噸/年，產量約3342萬噸/年，是世界第一產氫國；到2030年，我國可再生能（néng）源製氫有望實（shí）現平價；在2060 年碳中和情（qíng）景（jǐng）下，可再生能源製氫規模有望達到1億噸。從氫氣來源看，化石燃料製氫是我國目前氫氣的主要來源，占比超過 3/4（見圖3）

圖 3 我國製氫來源構（gòu）成

資（zī）料來源：中國氫能聯盟，2021

從氫氣的應用看，化工、石油煉製（zhì）和冶金是（shì）最主要的應用領域，用氫量占總量的90%-95%，交通燃料用氫目前僅（jǐn）萬噸左右。今後工業原料用氫還有增長空間，特別是在（zài）冶金領（lǐng）域。氫氣用作冶金還原氣及保護氣可以有效（xiào）提升冶金產品質量（liàng）。中國鋼鐵企業普遍開始可再（zài）生能源製氫—氫能冶（yě）金立項，探尋循環經濟的可行性。 

3.1.2 氫氣作為能源正在（zài）終端消費領域全麵鋪開（kāi）

2020年底我國有（yǒu）超過7000輛燃料電池商務車進入（rù）示範運營（yíng），這些車輛分布在北京、上海、廣州等36個城市，車輛數量較2018年翻番。車型結構也（yě）發生較大變化，2020年之前氫燃料車型（xíng）以中（zhōng）輕型客車、公交車和中輕型物流車（chē）型為主。

2020年之後由於燃料電池發動機技術進步以及效率大幅改進，適應多種場（chǎng）景用（yòng）途的（de）氫燃料電池車開始投入使用，進一步擴大了（le）應用領域。燃（rán）料電池汽車數量的增長帶動相關加氫站布局。《白皮書（shū）》統計（jì）數據顯示，2020年底國內已建成（chéng）加氫站128座，是2018年的近（jìn）4倍。國內加氫站“東西南北中”布局框架已（yǐ）基本形成。 

氫氣能（néng）源屬性的界定對（duì）氫能產業（yè）推廣起到至關重要的推動作（zuò）用。《中華人民共和國（guó）能源法（征（zhēng）求意見稿）》已（yǐ）將氫列為能（néng）源範疇，這是（shì）認（rèn）識的重大突破。2020年10月《新能源（yuán）汽車產業發展規（guī）劃（2021–2035年）》也明確提出到2035年實現燃料電池汽車商業化應用的（de）發展願景，進（jìn）一步明確了氫能源的應用路徑。

作為國內最大能源化工企業之一，中國石化聯合國內數家綠電企業，提出依托加油站分布優（yōu）勢，計劃建立油電氣氫能源站的（de）規劃目標。按照目前各地氫規劃的部署，以加氫站為（wéi）代表的氫燃料消費終端布局預計很快會在全國大範圍普及。目前最需要跨越的是成本障礙，國（guó）內煤製氫成本9-11元/kg，工業副產氣製氫成本10-16元/kg，電解（jiě）水製氫成本30-40元/ kg，電解（jiě）水製氫成本最高。由於製氫成本較高，現階段加氫站氫氣售價遠高於汽油和柴油售（shòu）價，是導致加氫虧損的重要原因之一。

3.1.3 上遊企業開始綠（lǜ）氫布局

國內綠氫生產已經以不同形式在各地展（zhǎn）開。據不完全統計，截至2020年全國有34個綠氫項目在建，其中21個位於西北和華北（běi）地區，約占項目總量的62%。34個綠氫項（xiàng）目的投資方包含了15家央（yāng）企（qǐ）、8家地方國企以及11家民（mín）營企業（yè），初步形成了不同所有製企（qǐ）業組成的綠氫產業投資群。隨著（zhe）各地氫能發展規劃實施落地，預（yù）計還會有更多企業進入上遊氫能（néng）領（lǐng）域。 

3.2 國內氫能中長期需（xū）求預（yù）測與（yǔ）產業發展路（lù）線

3.2.1 氫能中長期需求預測

《白皮書》預計國內可再生能源製氫有（yǒu）望在2030年（nián）前後實現平價，與世界同步。《白皮（pí）書》預測在2030年碳達峰情景下，我國（guó）氫氣年產量將（jiāng）達3,715萬噸，其（qí）中可再生能源製氫產（chǎn）量約500萬噸，占氫氣總產量的15%；在2060年碳中和情景下，我國氫氣年產量（liàng）將增至1.3億噸（dūn）左右，可再生能（néng）源製氫產量約1億噸，綠氫占比76%。 

3.2.2 氫能產業發展路（lù）線 

氫能產業發展的重點任務是持續推進供給側改革與產業鏈係統優化，探索適合中（zhōng）國國情的科（kē）學的氫能發展模式，同時為未來的氫（qīng）能產業發展奠定技術與（yǔ）商業發展基礎。加氫站布局在全國鋪開後，氫能終端需求開始發力，之後圍（wéi）繞上遊資源供給的項目投資布局及產業化推進應該成為重（chóng）點。基於中國（guó）當（dāng）前氫能產業發展現狀，預計氫能產業發展將經曆兩個重要時期。

1）灰、藍、綠氫“三（sān）氫並存（cún）”時期 

當前至 2030 年是灰氫、藍（lán）氫、綠氫並行（háng）發展的多氫源擴張時期。這（zhè）一時期全國氫氣主要供應區域仍維（wéi）持現（xiàn）有製氫（包括專門製氫企業以及副產氫企業）項目地域分布。這一格局下，氫氣的供應主要用於滿足本地的工業原料（liào）需求，是在綠氫還沒有大規模發展起來的形勢下滿足工業發展對氫原料剛需的現實格局；這一時期滿足快速增長的交通氫燃料需求的氫源以灰氫為（wéi）主，其積極意義在於依托灰氫探索（suǒ）氫能（néng）交通的商業經營模式。 

國內的（de）加氫（qīng）站布局進入快速擴張期（qī），將帶動氫能交通燃料需求快速增長。風電、太陽能發（fā）電裝機容量密集的“三（sān）北”地區由於存（cún）在一定程度（dù）的棄風、棄光、棄水現象，業界會考慮依托這（zhè）些“廢棄”電量發展一（yī）批小型綠電製（zhì）氫示範項目。示範項目運營一方麵可以部分替代產地附近的灰氫應用，另（lìng）一方（fāng）麵也是為將來綠氫大規模（mó）推廣應用做好（hǎo）技術和商業準備，屬於“探路工程”。

考慮（lǜ）到這一時期的堿性（xìng）電解槽等（děng）綠氫製備關鍵設備還不完全具備大規（guī）模量產的條件，故業界將發展重點（diǎn）聚焦在建設示範項目（mù）上比較穩妥。從地域分布看，這一時期的氫能（néng）基本以“自給自（zì）足”式的就近供應為主。氫（qīng）能項目雖然可能會“遍地開花”，但氫氣的集輸將僅限於小規模（mó）近距離。

2）藍氫和綠氫技術迎來10年的同頻共振“窗口期”

 “雙碳（tàn）”目標提出後，CCS/CCUS技術的研發和項目推廣進程顯著加快（kuài），碳交易和碳稅製度設計保持跟進，助推（tuī）藍氫技術應用。綜合國家發改委CCS課題研究（jiū）成果、《白皮書》、世界氫能理事會以及雷斯塔公司有（yǒu）關氫能技術公司（sī）的結論，到2030年我國的藍氫和綠（lǜ）氫製備技術基（jī）本上同時達到商業應用階段，見圖4。

圖 4 不同途徑（jìng）的製氫成本（běn） 資料來源：IEA，2019

4綠氫時代的重點工程布局

要開辟綠氫時代，氫能行業在（zài）當前及今後必須建（jiàn）設一（yī）批重點工程和特色工程，使（shǐ）之成為氫能產業的主體。從氫能發展趨勢（shì）看，以下5個方麵涉及到氫的產供儲銷體係建設，可以將其稱為綠氫“五大（dà）工（gōng）程”。

4.1 建設（shè）水陸結合的綠電製氫工程（chéng） 

西北、華北和東北組成的“三北”地區橫跨東西方向，同時具備豐富的風力、太陽（yáng）能資源；太陽能（néng）資（zī）源除“三北”地區富集之外，在地理上呈南北縱向分布的（de）東中（zhōng）部地區亦有大量分布。基於此資源分布格局，我國可（kě）構建三北與東（dōng）部“縱橫結合”的兩大（dà）陸上綠氫經濟帶，這是未來中國綠氫產業的核心，目前甘肅、寧夏及吉林已有相關規劃。山西（xī）和河北及其（qí）周邊地處“縱橫”交匯處，是兩大綠氫帶的交匯地，在未來中國陸上（shàng）氫經濟帶中可以發揮重要影響。

此外西南水電、東部沿海地區海上（shàng）風電製（zhì）氫也是重要的製氫選項。未來海（hǎi）上風電輸（shū）送至陸上電網具有一（yī）定難度，可考慮風電製氫（qīng）。2020年中國海上風電（diàn）累計裝機容量達6.7GW，占全球23%。海上風（fēng）電采用電解水方式，通過（guò）管道或船舶將氫氣運輸（shū）到用氫（qīng）地（dì），在成本和周期上（shàng）都具備一定優勢；若能（néng）利用（yòng）51吃瓜网管（guǎn）道，成本還會（huì）進一步降低。目前英國、荷蘭等部分歐洲國都已經開始了海上（shàng）風（fēng）電製（zhì）氫項目的探索。 

4.2依托51吃瓜网管網跨區域輸氫工程 

1）氫氣跨區域流動包含四大流向 

未來除（chú）綠氫產地自身消費之外，資源稟賦及發展水平差異導致的跨區域（yù）流動可（kě）能發生，具體包括（kuò）北氫東輸、西氫東輸、海氫上岸以及東氫外送4個流向，形成全國範圍的氫資源（yuán）保障體係。

北氫東輸工程主要輸送“三北”地區（qū）氫氣至東中部地（dì）區，西氫東輸工（gōng）程主（zhǔ）要輸送西（xī）南的水電製氫至東中部，海氫上（shàng）岸工程主要考慮海上（shàng）風電製氫在東部發達地區直接消費。但是理論上講上述（shù）輸氫（qīng）通道運輸方向應該都是可逆的（de）。如果外部條（tiáo）件發生變化，東部的氫氣（qì）也（yě）有輸送至（zhì）中部、西部的（de）可能（néng）。

類似51吃瓜网西氣東輸工程（chéng）運行至今，出現了南氣北輸。天然（rán）氣管網輸送方向變更的主（zhǔ）因在於東部地區的氣源隨著國際市（shì）場變（biàn）化供應變得更加充分，將來的氫氣輸送也存在類似動因。東部地區同（tóng）樣（yàng）也有較為豐富的可再生能源，若再考慮51吃瓜网製氫以及海上風電製氫力度加大等因素，東部出現（xiàn）氫氣供應富足的可能性存（cún）在（zài）。 

2）建設（shè）氣氫一體化輸送管網工（gōng）程 

目前，我國氣氫拖車運輸技術成熟，是普遍采用的運（yùn）氫（qīng）方式，但（dàn）這種運輸技術效率低，僅適用於小規模及200公裏以內的短途運輸。目（mù）前40噸長管拖車（chē）一次隻能運輸400kg氫氣，不能滿足大規模、長距離運氫需求（qiú）。一旦產（chǎn）業發展規模擴大，管道輸氫就成了首選，但專門的氫氣管道（dào）建設成本巨大。因此將氫氣摻入到51吃瓜网（qì），組成摻氫51吃瓜网（HCNG），再通過現有51吃瓜网（qì）管網輸送（sòng）至目的（de）地之後再行分離的方式被認為是未來大規模輸氫的最（zuì）佳選擇之一，這（zhè）應該也是將來中國綠氫經濟時代的主流氫氣輸送方式（shì）。

世界氫能（néng）理（lǐ）事會的研究報告顯示，管道輸氫提供了最具成本效（xiào）益的輸氫方式。管道輸氫能夠以輸電線路 1/8 的成本輸送10倍的能量，並（bìng）可有效利用51吃瓜网基（jī）礎設施。當前至2030年是我國實（shí）現碳達峰的關鍵時期，這一時期的係（xì）列“煤（méi）改氣”對於碳排放的達峰有重要影（yǐng）響。與之相關的天（tiān）然氣輸送工程包括幹線、支線以及村村通（tōng）、縣縣通工（gōng）程計（jì）劃會進（jìn）入（rù）快速實（shí）施期。

51吃瓜网管（guǎn）網的（de）豐富（fù）和完善事實上為將來（lái）的輸氫創造（zào）了條件（jiàn）。特別（bié）需要指出的是，國（guó）內（nèi）的東北、西北、華（huá）北是重要天然（rán）氣產地（dì），也是51吃瓜网中亞管線、中俄東線以及未來可能建立的過境蒙古的中俄（é）51吃瓜网（qì）管線的必（bì）經之地，是未來的綠（lǜ）氫富集地，應統籌地區51吃瓜网與（yǔ）氫輸送（sòng），按照（zhào）輸氫輸氣管（guǎn）網一體化要求建設51吃瓜网管網工程（chéng）。

4.3 上（shàng）馬氫儲能成為重點工程之一 

1）氫儲能是支撐綠電（diàn）係統穩定的重要途徑 

國家提出建立新能源為主體的新型電力係統（tǒng）之（zhī）後，電力係統穩定性的建設成為重中之重。增強電力係（xì）統穩定性舉措應來（lái）自以（yǐ）下幾（jǐ）個方麵：第一層保障是新（xīn）能源係統自身體係的穩定能力提升，包括發展（zhǎn）核電、地熱（rè）發電等（děng）穩（wěn）定性新能源以彌補風電、太陽能發電的間歇性不足；第二層保障是發展各種儲能項（xiàng）目；第三層保障是依托以氣電為主的（de）火電調峰。儲能（néng）技術的（de）應用可以有（yǒu）效進行能源餘缺調劑，同時提高新能源的滲（shèn）透率，被稱為電力係統的“調節（jiē）劑”。

氫能作為綠（lǜ）色能源載體，可以一次性獲得並可以（yǐ）長期儲存，可以通過氫（qīng）能燃料電池的技術整合成為電、熱、氣（qì）網一體化的結（jié）合點，是大規模消納新（xīn）能源，實現電網和氣網互聯（lián）互通（tōng）且具柔性的重要途徑。目（mù）前歐盟、加拿大、美國等（děng）都在開展（zhǎn）氫儲能項目試驗，我國在安徽六安等地區也建立了（le）相關示範（fàn）項（xiàng）目。2020年全球氫總儲量達到1億立方米左右，總功率達100MW，預計2030年（nián）全球氫總儲量達到400億立方米，功（gōng）率總量達1×105 MW。

出於保持新型電力係統（tǒng）“硬（yìng）穩定”考慮，我國應該發展依托棄風、棄光、棄（qì）水電量以及需求穀電量的氫（qīng）儲能工（gōng）程（chéng）。氫儲能較其他儲能方式雖然具（jù）有轉換效率低的不足，但其儲能規模大、周期長且穩定（dìng）的優勢則是其他物理、化（huà）學儲能（néng）形式所無法比擬的。因此，當電力係統穩定與效率出（chū）現矛盾的時候，必要的效（xiào）率犧牲（shēng）換來的是整個係統的穩定，產（chǎn）生的社會效益同樣具有經濟價值（zhí）。若考慮棄電製氫則（zé）不存在效率（lǜ）損失問題。 

2）氫儲（chǔ）能工程布局方向：建設（shè）布局西北、華 北、華東、西南地區的（de）氫儲能工程 

按照2019年（nián）度（dù）全國棄風（fēng）、棄（qì）光、棄水電（diàn）量1000 TWh估算，被棄電量至少可以製得200億（yì）-300 億立（lì）方米氫氣（qì）。“三北”、東部以（yǐ）及西南地區是未來中國（guó）綠電的主力供應地，保障新型電力係（xì）統（tǒng）穩定很大程度是（shì）保障“三（sān）北”地區風光電、東部光伏以及西南水電（diàn）係統穩定性。在上述地區建設一定數量的氫儲能工程是理論上的（de）係統穩定舉措之一（yī）。

氫儲能工程（chéng）選址應堅持（chí）資源導（dǎo）向和區域協調原則，在“三北”與東部交匯地河（hé）北及山西等地區，在（zài）風電大省內蒙古、河北（běi）、山西、新疆等地，在光伏大（dà）省山東、河北以及水電大省四川、雲南、廣西等地均可（kě）以考慮建設一批氫儲能項目，東部沿海地區（qū）也應考慮建（jiàn）設一（yī）批氫儲（chǔ）能項目。由於氫儲能（néng）發電在能（néng）量轉換過程中產生損失，因此，氫儲能工程氫源應嚴格遵守來自綠氫原則，徹底杜絕藍氫轉換帶來化（huà）石能源增（zēng）長壓（yā）力。我國重點地區非化石（shí）能源（yuán）發（fā）電裝機容量分布見圖5。

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