调研情况:
发展氢能产业是优化能源结构、推动能源转型、保障国家能源安全的战略选择,作为实现双碳目标重要绿色能源发展的方向之一,国内氢能发展热度日益高涨。统计信息显示,截至2022年12月,全国已有30个省级行政区域将氢能发展纳入“十四五”规划,69个地级市、县、区明确提出要发展氢能相关产业,到2025年各地氢能规划产值总额已接近万亿元。目前,我省已初步构建较为完整的产业链条,形成了国内重要的氢能产业聚集区。但是,作为新兴产业,氢能面临制储运加等环节核心技术欠缺和成本较高、标准体系不成熟、产业链和配套设施不完善等问题,亟待从完善政策、明确标准、突破关键核心技术与重要设备材料自主创新研发、引导资本投入等方面不断发力解决。
氢能产业发展现状根据国家发展改革委、国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,提出稳步推进氢能多元化示范应用,到2025年燃料电池车辆保有量约5万辆,部署建设一批加氢站;到2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。按照中国氢能联盟预计,在2020年-2025年,中国的氢能产业产值将有望达到万亿元,到2026-2035年,产值有望达到5万亿元。
(一)政策驱动效应凸显,重点区域示范叠加。“十三五”时期是氢能产业起步加速期,国家层面相继出台了多项战略规划与政策,包括《国家创新驱动发展战略纲要》《“十三五”国家科技创新规划》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》等,明确了氢能产业的发展目标、路径与保障举措。随着国家燃料电池汽车示范城市群项目启动,加之各省都在“十四五”规划和2035年远景目标纲要中明确氢能发展建设,由此氢能产业发展将全面提速。2017年以来,全国氢能已逐步建立起制储运加用等重点环节较完整的产业链,初步具备了规模化发展的基础。京津冀、长三角、珠三角、成渝、山东及环武汉等地区先发优势明显,示范带动作用和对优势企业的吸引力不断增强,集聚效应初步显现。截至2023年上半年,我国氢气产能约为4882万吨,产量约为3533万吨,是世界第一产氢国,累计建设351座加氢站。
(二)技术创新取得突破,进口替代成效显著。第一,在氢气制储运加环节:制氢方面,我国大型煤制氢、天然气制氢技术及装备世界领先;碱性电解槽技术并跑国际先进水平;质子交换膜电解槽(PEM)技术进步较大,但仍跟跑国际先进水平;固体氧化物电解池(SOEC)技术处于实验验证阶段。车载储氢容器方面,我国三型瓶技术成熟并实现全国产化,四型瓶初步具备量产水平。储运方面,我国仍以20MPa压缩氢气运输为主,液氢、固态储氢、50MPa压缩气体运输技术及装备取得显著进步,但与国际一流水平差距明显;98MPa固定储氢容器和45MPa(含以上)固定储氢瓶组性能指标基本达到国际先进水平。加氢站技术及装备方面,45MPa隔膜式和液驱式氢气压缩机已具备产业化能力;90MPa氢气压缩机核心技术取得突破;加氢机整机开发实现国产化,但阀门、流量计等关键部件仍依赖进口。第二,在燃料电池及零部件环节:关键材料方面,近几年技术有所突破,但整体水平对比世界先进仍有较大差距,产品对外依赖度较大。质子交换膜和气体扩散层(碳纸)技术水平显著提升,但产业化仍有待突破;催化剂已实现量产,但仍跟跑国际先进水平。固体氧化物燃料电池(SOFC)方面,我国拥有全球最大的陶瓷电解质膜片供应商,5kW级SOFC电堆及系统已开发成功。
(三)应用场景趋于丰富,推广已具规模。第一,在交通运输领域:城市公交和物流车仍是目前最主要的燃料电池终端产品,续航能力在300-500公里;国内已有企业陆续推出燃料电池乘用车、重卡、应急电源车等;北京冬奥会示范运营了1000多辆氢燃料电池车和30多个加氢站。燃料电池船舶方面,我国已推出拥有自主知识产权的船用燃料电池系统。我国逐渐探索出一条以商用车为主的中国特色燃料电池汽车推广路径。第二,在冷热电联产领域:2021年上半年以来,国内对氢能在热电联产领域的探索,已经开始向示范应用阶段迈进,东方电气、高成绿能、铧德氢能等多家公司都已成功交付了燃料电池热电联产示范项目。由东方电气集团有限公司旗下全资子公司东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司自主研制的100kW级商用氢燃料电池冷热电联产系统,发电效率大于52%,热电联产总效率超过90%,支持离网并网、孤岛运行和黑启动,同时对外提供65b热水。
问题分析:
氢能产业发展面临的挑战:
中国是世界上最大的制氢国,但其中占大头的仍是“灰氢”。目前中国氢气产能中化石原料(煤制氢、天然气重整等)制氢占70%,工业副产氢占比近30%,而电解水制氢占比不到1%。当前中国能源结构和应用范围来看,整个氢能产业仍然以示范应用为主,各个环节并不完善,距离大规模市场商业推广还有很长一段距离,目前主要难点有四个:
一是“氢源不绿”不利双碳推进。目前我国制氢方式基本上是化石能源制氢,其中煤制氢占比最高,达62%,技术也最为成熟,而全球水平氢气供给中仅有18%为煤制氢。据有关机构研究,要实现碳中和目标,到2050年我国一次能源消费中非化石能源消费占比要达到70%,而2020年年底仅为16.4%。在以煤炭作为制氢主要原料的情况下,碳排放水平相比直接使用煤炭所差无几,无法达到低碳的要求。
二是“核心技术”尚未实现突破。关键原材料和核心技术受制于国外公司是制约我国氢能发展的一个关键因素。氢燃料电池不少核心材料目前被外资企业垄断,这大大增加了氢燃料电池汽车的生产成本。例如,江苏中汽创智新能动力事业部首席技术官王英表示,一辆氢燃料电池汽车需要使用7至8个进口的减压阀,每个价格1万多元,这意味着仅减压阀成本就高达七至万元。此外,氢燃料电池相关技术将是促进氢燃料电池汽车商业化的重中之重,但我国在催化剂、质子交换膜和碳纸等关键材料上仍依赖进口,其他材料如膜加湿器、双极板、空气压缩机、氢循环泵的生产也落后于领先国家。
三是“标准体系”滞后较为明显。一方面,氢能领域很多标准已显滞后,很多标准还未制定,特别是关于产品安全可靠性、耐久性等方面的要求还有所欠缺。另一方面,商业用地、化工园区土地要求等制约着加氢站的建设,审批流程繁复且不一致,这就导致各地政府虽然鼓励和支持加氢站的建设,但“准生证”却很难拿到。在加氢站的建设过程中,规划、立项、审批、运营监管相关方面的制度也不够健全。建设成本高在中国建设一座加氢能力大于200kg的加氢站需要1000多万元。尽管国家曾发布“符合国家技术标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池车加氢站,每站奖励400万元”的政策,但高昂的建设成本依然是加氢站规模化发展的最大障碍。
四是“场景单一”制约产业破局。我国氢能产业发展选择场景集中在交通领域,导致各地规划的氢燃料电池汽车发展集中在乘用车,对于燃料电池技术路线更具优势的中重型卡车的示范运营却很少真正开展。目前,我省在整车、电堆关键零部件和系统、氢能基础设施、氢能装备制造等方面聚集了一批国内领先的优势骨干企业,已基本形成南京、无锡、苏州、南通(如皋)等多点布局的区位产业集群,但相较全国来看,省内的示范应用仍存在覆盖面较窄、数量偏少的问题,且运营车辆主要集中在城市轻客、公交大巴、郊区物流等场景。同时,一些脱碳真正困难、需要“氢能”的领域,如化工、冶炼、轨道交通、航空航天、分布式发电、热电联供等领域反而进展缓慢,无法真正发挥氢能的价值和潜力。
具体建议:
发展氢能产业对于加快能源转型升级、培育经济新增长点具有重要意义。未来10年是我国氢能产业的“黄金发展期”,预计到2030年,我国可再生能源制氢新建投资规模将达到3750亿元,绿氢产能接近副产氢。为此,建议:
(一)打造氢能研发创新平台。建议科技、发改等部门牵头相关机构和企业强化全球先进氢能前沿技术引入,开展基础性科学研究和共性、关键技术攻关,突破制约行业发展的技术瓶颈,打造能代表国内氢能领域较高科研水平的研发平台。搭建氢能产业创新载体,鼓励科研院所、大学等深入开展氢能前沿技术研究,集中攻关一批亟待突破的氢能产业共性关键技术。
(二)健全氢能基础体系研究。加强氢标准制定,在催化剂、质子膜等“卡脖子”领域设置专项资金,加强“产、学、研”协同攻关,支持企业与高等院校、科研机构设立氢能产业创新联合体,围绕氢能产业技术创新开展合作研究。快速突破整车寿命、大功率燃料电池等关键核心技术,全面助力氢能产业链自主化、高质量发展。
(三)推进氢能全产业链发展。各级政府应打造具有氢能特色的国家级众创空间和具有各地特色的氢能产业孵化器,营造交流碰撞、开放共享的创新创业氛围;鼓励各类社会主体围绕氢能企业高成长阶段的需要,不断完善国际合作、上市并购、股权转让等加速服务,加快企业总部型、技术中试型、专业园等多种类型科技企业加速器建设。
(四)大力推进氢能场景应用。开拓在交通运输、能源、工业及建筑等领域的应用场景,创新商业模式,逐步扩大氢能产业规模,攻克瓶颈问题,尤其是备用电力、应急电力的应用场景。