专家预警：“万亿元盛宴”背后产业风险显现，氢能的商业化之路道长且阻？

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【能研慧道】有话说

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氢是重要的清洁能源之一，是未来保障国家能源安全的重要支撑。当下，我国氢产业发展仍处于起步阶段，氢源研究不够、自主创新能力不强、国产化率低、成本高等问题掣肘氢产业的发展。同时，由于发展定位和系统谋划等顶层设计不完备，氢产业已经出现了无序竞争、重复建设、赶热潮投资，争抢“万亿元盛宴”的苗头。虽然多地政府推出了产业扶持政策，但产业的补贴并不会长期持续。以更为宽广的视野全面挖掘氢能的价值与潜力，探索氢能的商业化路径，是在碳达峰与碳中和的时代背景下，氢产业发展亟待破题的关键。

“绿氢”作为从源头上实现“零碳”的资源，是未来实现“碳中和”目标的重要抓手和有效途径。未来“绿氢”的需求量巨大，可再生能源电解制氢技术预计将成为氢产业重要的发展方向。利用能源电力企业清洁能源供应的巨大优势，将氢产业战略重心调整到“绿氢”原料生产和供应上来，与钢铁、化工行业头部企业构建共生、互生“绿氢”产业健康生态，将有望捅破可再生能源开发的“天花板”，既解决了可再生能源上网难的现实痛点，又可预防和应对未来新能源的发展困境。

国内外氢能产业发展概况

国外氢产业发展经验

2017年末，国际氢能源委员会发布了全球首份氢能未来发展趋势调查报告，指出到2050年在全球范围内，氢能将承担全球18%的能源需求，而在欧洲氢能路线图2050年氢能愿景中，这一比例则达到了24%。目前，美国、德国、欧盟、日本、韩国等国家和地区积极探索氢能市场开发，其中日本具有氢能发展的领先优势。

从世界各国的经验来看，氢能被视为稀有资源，在世界各国作为中长期战略技术储备审慎探索，只在无法通过其他技术实现碳中和的产业或生产过程中开展示范项目；而可再生能源开发量难以支撑庞大的“绿氢”生产需求、国际合作不明朗、氢能应用端缺乏市场竞争力、财政补贴压力过大都是严重制约氢产业发展的重要因素。从日本氢产业发展经验来看，推广和普及氢能市场，低成本制氢、供给链完善、规模化利用，将氢发展为全球贸易品，才是氢产业发展的出路。

国内氢产业生产和消费概况

我国具有丰富的氢能供给经验和产业基础，经过多年的工业积累，我国已成为世界上最大的制氢和消费国。制氢方面，近96%的氢来自化石能源，约4%来自水电解制氢和其它副产品氢，其中电解水制氢不足1%。用氢方面，约63%用于炼化产品生产过程中的加氢反应，是合成氨、合成甲醇、石油炼化等过程的化工原料；约18%作为工业气体，用于冶金、电子、精细化工等行业的还原气、保护气、反应气等；目前在燃料电池汽车领域利用的应用占比为0.1%。

从氢气供需匹配情况看，上下游基本处于平衡状态，仅化工生产过程中约16%的氢气由于提纯成本较高，并未回收重新进入生产系统，而是当燃料气进入火炬燃烧。值得注意的是，当前我国仍以工业原料用“灰氢”生产和消费为主，“绿氢”产量极低，而商品氢几乎为零。

图1   2018年中国化工氢气生产和消费流向

国内氢产业发展存在的突出问题

地方发展氢能同质化，行业发展单一化

目前我国氢产业顶层设计不完备，地方政府对氢能定位不清晰，政策引导侧重终端应用，造成了“一窝蜂”扎堆造车的现象。截至目前，我国氢燃料电池车保有量尚不足8000辆。在第五届氢能与燃料电池汽车大会上，欧阳明高院士将2035年我国氢燃料电池汽车预测保有量，从100万辆以上降至80万~100万辆。经历几年“造车热”后，行业逐渐呈现冷静态势，进入观望期。为抢占市场资源，加氢站数量爆发性增长，截至2020年8月，国内在运加氢站60座，在建和立项59座，总计119座，2020年底数量跃居全球第一，但却难以实现收支平衡。

据燃料电池企业重塑科技后台系统显示，广东佛山佛罗路加氢站为其管控范围内加氢量最大的加氢站，截至2020年9月加氢总量为21596.11公斤，计算可得，该500公斤/天出力能力的加氢站实际平均日加氢量仅为30余公斤。根据中石化氢能源（上海）有限责任公司负责人介绍，加氢站实际运营出力达70%以上才可实现盈亏平衡，这意味着目前加氢站均处于亏损状态。此外，氢气在现有管理条例里仍按危化品进行工程用地审批，像中石化、中石油等拥有商业区域加油站网络优势和实际运营经验的企业，通过既有加油站改造成油氢合建站，更可在加氢站项目开发中抢占先机并保证盈利性。

“绿氢”在市场环境下，仍不具备竞争力

随着应用端规模扩张，上游供给端呈现待发展态势，目前资本市场也倾向于围绕产业链向龙头企业的供应链上游开展布局。分布式光伏、风电、微电网等陆续出现，越来越多能源企业将富余氢气销售供他人使用，逐步探索多点联动的产销用一体化模式。目前，国内清洁能源制氢、储运等大量设备和零部件依赖进口，只有通过规模化应用和技术突破，才能使氢获得经济性和规模发展，而高成本小型能源生产场景的氢气产品，还不足以推动商品氢气规模化发展带来的成本下降，对商品市场竞争力的正向引导微乎其微。政策方面，我国对低成本氢制备、高安全氢气储运等环节投入力度不足，而低成本氢源不足进一步抑制了氢能开发应用。

产业无序竞争和产能过剩风险初步显现

目前，各地方政府和大型央企陆续布局氢能全产业链，但行业发展之初关键需求尚未显现，企业对发展定位不准确，所有小而全的产业链均呈现小而弱的特征，导致市场鱼目混杂，良莠不齐。

在政策倾斜下，氢燃料电池产业发展热情高涨，追求经济增长规模与速度的地方政府，和追求政策补贴的企业结合起来，导致燃料电池产业重复建设态势明显，整体产能已高达15万块/年。中国汽车工业协会对外发布数据显示，2019年我国燃料电池汽车产销分别仅为2833辆和2737辆，而2020年产销分别降至1199辆和1177辆。

对能源企业氢产业布局的认识

“绿氢”是实现碳中和目标的重要抓手和有效途径

麦肯锡2018年6月发布的《工业部门脱碳方案》指出，全球工业部门45%的碳排放来自水泥、钢铁、合成氨和乙烯这四种产品的生产过程，其中45%的碳排放来自原料用途、35%的碳排放来自于生产高品位热能、20%碳排放来自生产中低品位热能。可再生能源电气化手段可以减少生产中低品位热能所造成的20%碳排放，而对原料用途和高品位热能领域“无能为力”。“绿氢”是解决上述难题、实现深度脱碳的重要方案，利用“绿氢”部分替代“灰氢”的方式，与碳捕集、封存和利用（CCUS）技术等“事后防治”方式相比，从源头实现了碳中和，提高了资源利用效率。

优质客户的培育对能源企业氢产业发展至关重要

近年来大型央企陆续布局氢能全产业链，意图推动产业快速发展，但大都集中在交通领域，未来还需要以更宽广视野挖掘氢价值和潜力。氢产业未来发展的关键取决于市场的开发，取决于产品流通的程度，挖掘、培育优质客户，使氢产业规模化，对能源企业氢产业发展至关重要。

建设大规模“绿氢”资源供应基地

“绿氢”产业规模化发展将改变传统能源消费方式，给传统工业生产带来巨大冲击。能源企业需对氢能业务板块布局高度重视，充分调动地区核电、风电、光伏等清洁能源资源，因地制宜谋划优质客户，集中力量围绕着清洁能源电解水制氢开展相关技术和产业布局，大力发展“绿氢”产业，推动国内氢经济健康发展。

对能源企业氢能产业发展建议

谋划优质客户，探索“绿氢”规模化供应路线

钢铁产业是我国经济支柱性产业，也是高耗能产业，其碳排放占我国总碳排放的15%，在“碳中和”背景下钢铁行业积极探索绿色转型。以宝武八一钢铁正在开展“氢气竖直炉直接还原+电炉炼钢短流程工艺”国家示范项目为例，采用零碳氢冶金技术代替传统炭冶金技术，一套100万吨氢基竖炉的氢气需求量近6万吨/年，可直接消纳新疆地区150万千瓦风电或230万千瓦光伏满发电量。2019年我国生铁产量8.09亿吨，若全面采用“绿氢”冶金，以2019年全国平均风电/光伏利用小时数计，可消纳20亿千瓦光伏或12亿千瓦风电装机的满发电量，也相当于40个海阳核电站（6台机）的满发电量。

图2   炭冶金与氢冶金原理比较

2000年以来我国步入重化工时代，氢气是延长产业链，提高产品附加值的重要化工原料。以化工生产过程中重要中间产品甲醇的合成为例，“煤制氢+合成甲醇”技术路线中碳氢不平衡，约有20%的碳富余。若采用“绿氢”作为原料补充，可以彻底解决碳产能过剩问题，从而大大缩短后续生产流程，降低二氧化碳排放。此外，若采用“绿氢”完全替代“灰氢”，可缩短工艺流程，不仅从源头上解决碳排放的问题，还综合降低能源消耗量。我国合成甲醇的氢气耗量超过550万吨/年，如果采用“绿氢”作为原料补充（即“煤制氢+电解氢+合成甲醇”技术路线），以2019年全国平均风电/光伏利用小时数计，可直接消纳0.7亿千瓦光伏或0.4亿千瓦风电装机的满发电量；如开采“绿氢”完全替代“灰氢”，即“电解质+合成甲醇”技术路线，可直接消纳2.6亿千瓦光伏或1.5亿千瓦风电装机的满发电量。

图3   “煤制氢+电解氢+合成甲醇”技术路线

图4   “电解氢+合成甲醇”技术路线

钢铁、化工等行业的零碳转型，将成为氢消费增长的主要驱动力。在供应端打造大型氢产业综合利用基地，市场端谋划同头部企业的合作，壮大规模化、产业化、集群化的“绿氢”产业新业态，拓宽“宜电则电，宜氢则氢”的集电氢技术、产品、服务集成等“三商”一体的电氢互补综合能源供应价值链，全面推动能源企业成为 “绿氢”资源的供应商。

以资本为纽带共同谋划氢产业，形成健康的氢产业生态链

集中力量迅速占领电解氢市场，是能源企业现阶段开展氢产业布局的关键。在技术方面，近阶段入股、参股碱性制氢领军企业，研发大规模、高效率、低成本电解装置，迅速占领制氢技术，特别是碱性制氢技术的龙头位置，谋划规模化供氢市场；自主化研发质子交换膜制氢技术核心零部件，未来目标突破十兆瓦、百兆瓦级大容量质子交换膜电解槽技术瓶颈，谋划低成本大型可再生能源离网制氢供应基地应用。在市场方面，占领钢铁和化工行业龙头企业的上游供应端，与钢铁和化工行业龙头企业抱团发展。以资本为纽带，利益共享、风险共担，形成技术和产业联盟，充分发挥企业各自优势，推动我国“绿氢经济”的健康发展。

版权声明

本文作者：杜逸云、蒋林立、陈忻、王东伟就职于国家电力投资集团有限公司专家委员会。

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编辑 葛圣宇

审核 李奡 陈敏曦

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