“十四五”是能源技術革命的關鍵時期，也是推進“碳達峰碳中和”戰(zhàn)略的重要窗口期?！?ldquo;十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)是我國在現(xiàn)階段推進能源技術創(chuàng)新，引領能源科技高質量發(fā)展的綱領性文件，提出了2025年前能源科技創(chuàng)新的總體目標，圍繞先進可再生能源、新型電力系統(tǒng)、綠色高效化石能源開發(fā)利用等方面制定了技術路線圖，部署了示范工程，與“十四五”現(xiàn)代能體系規(guī)劃等文件有機銜接，相互配合?！兑?guī)劃》就氫能制儲輸用全鏈條關鍵技術提供了創(chuàng)新指引，為氫能的示范應用和安全發(fā)展提供了重要指導。

一、氫能的定位

氫能是一種來源廣泛、清潔無碳、靈活高效、應用場景豐富的二次能源，是推動傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想互聯(lián)媒介，是實現(xiàn)交通運輸、工業(yè)和建筑等領域大規(guī)模深度脫碳的有效選擇。氫能產業(yè)鏈較長，氫能產業(yè)的快速發(fā)展有望帶動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。我國已做出“2060年實現(xiàn)碳中和”的莊嚴承諾，隨著我國能源轉型戰(zhàn)略的逐步推進，以可再生能源為主導的能源體系將改變傳統(tǒng)的能源供給方式，電能將作為可再生能源的承接載體，在未來能源系統(tǒng)中扮演重要角色。但在全球實現(xiàn)碳中和的過程中，“可再生能源+電氣化”手段并不能解決所有碳排放問題，鋼鐵、化工、重載卡車、高品位熱力需求等“難以減排領域”成為新的熱點難點，氫能將作為工業(yè)原料、高能燃料，發(fā)揮化石燃料的替代作用，助推“難以減排領域”的深度脫碳、實現(xiàn)碳中和目標。同時，氫能還可以與電力協(xié)同，在可再生電力季節(jié)性供需平衡中發(fā)揮更大作用，提高能源系統(tǒng)整體效率和可再生能源滲透能力，切實推動新型電力系統(tǒng)建設和能源深度綠色轉型。

因此，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，是實現(xiàn)“碳達峰碳中和”戰(zhàn)略的重要抓手。能源低碳轉型的前提是風、光、氫、儲等能源技術的突破，以及新材料、智能電網(wǎng)、分布式能源、能源互聯(lián)網(wǎng)等配套科技的創(chuàng)新發(fā)展。開發(fā)氫能先進技術和推動氫能產業(yè)化，也正在成為深入推進能源供給和消費革命的重要方向。

二、氫能的作用

(一)支撐新型電力系統(tǒng)建設

氫氣可作為靈活高效二次能源，支撐以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設?？稍偕茉茨壳暗睦梅绞綄е缕淠茉垂邆鋾r空不穩(wěn)定性，能量密度較低，難以在部分場景大規(guī)模利用，氫電耦合為解決這一問題提供了方案，促進可再生能源消納。從短周期看，制氫裝置功率運行范圍寬、功率變化率快，與可再生能源的快速波動特性非常匹配。將氫能與可再生能源耦合，可有效降低可再生能源對電網(wǎng)的沖擊，促進可再生能源消納。從長周期看，氫打破了現(xiàn)有傳統(tǒng)能源與可再生能源等清潔能源單一的能量轉換模式，可成為現(xiàn)有能源體系的互轉點與耦合中心，通過電解水制氫技術及氫氣與其他能源品種之間的轉化，可以在保證經(jīng)濟性的條件下實現(xiàn)大規(guī)模長周期儲能。因此，氫能可提高可再生能源的消納、提供長時間儲能、優(yōu)化區(qū)域物質流和能量流，可實現(xiàn)多異質能源跨地域和跨季節(jié)的優(yōu)化配置，形成可持續(xù)、高彈性的創(chuàng)新型多能互補系統(tǒng)，對于碳中和場景下全時段源荷能量平衡具有重要的意義。

氫能既可以作為儲能側的“穩(wěn)定器”，也可以作為用電側的“燃料源”，是未來新型能源系統(tǒng)的重要補充。氫能可成為部分場景下較電力更優(yōu)的脫碳選擇，為能源轉型提供更高的靈活轉換能力。燃料電池熱電聯(lián)供綜合效率高，是發(fā)展綜合能源的重要技術手段。針對海島、邊防等偏遠地區(qū)，可構建分布式電-氫耦合清潔供能系統(tǒng)，利用分布式電源制取氫氣，利用燃料電池進行熱電聯(lián)供，滿足用戶多種用能需求。此外，固體氧化物燃料電池(SOFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)可以直接使用碳基燃料，與現(xiàn)有能源供應系統(tǒng)兼容，在大中小型固定及分布式發(fā)電領域都有著廣闊的應用前景;以氫氣為能源、低溫運行的質子交換膜燃料電池(PEMFC)，在中重型交通、建筑脫碳領域則有廣闊的發(fā)展空間。

(二)推動難脫碳領域深度脫碳

在加速推進能源轉型過程中，氫能在鋼鐵化工、建筑和交通領域中將逐步廣泛應用，以氫代油、以氫代煤推動終端用能清潔化、多元化。在工業(yè)領域，我國是全球最大的工業(yè)化國家，鋼鐵、石化、化工等行業(yè)需要作為還原劑或原料的化石工業(yè)原料是典型的難以減排領域，無法由直接電氣化手段來替代，但可用氫替代。同時，鋼鐵、冶金、石化、水泥的生產過程中需要大量的高位熱能，可利用綠色氫能燃燒熱值高的特性，作為工業(yè)領域深度脫碳的重要抓手。在建筑領域，綠色氫能供熱將成為未來天然氣供熱的有利替代。在現(xiàn)有天然氣管道中摻雜氫氣，滿足建筑領域供熱需求，同時減少碳排放量，是氫能連接電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)的重要途徑，也是氫氣大規(guī)模普及的重要渠道，可以充分利用現(xiàn)有的基礎設施而不額外增加成本。近中期實施中低比例摻氫，在氫氣濃度(體積最高為10%-20%)相對較低的情況下，無需對基礎設施和終端應用進行重大改變，投資成本較低，是建筑領域實現(xiàn)碳中和目標的重要方式。在交通領域，主要包括道路、鐵路、航空和船運這四種方式，在完善的電力基礎設施和技術進步的推動下，動力電池在道路交通上得到大規(guī)模應用，但動力電池特性不適用于大載重、長續(xù)駛、高強度的重型道路交通和船舶、航空等場景，上述交通方式需要更多地依靠氫能等方式滿足脫碳需求。

(三)氫基合成綠色燃料和材料

氫氣可合成綠色燃料和材料，構建零碳工業(yè)產品體系。隨著氫的能量屬性逐漸被重視，作為替代高碳燃料應用于高熱值場景的氫基能源，綠氫合成氨、甲醇、甲烷、煤油等載能燃料進行儲運或綜合利用成為產業(yè)熱點，帶動傳統(tǒng)火電、航運、航空等多個行業(yè)的基礎設施再利用和深度脫碳。此外，綠氫與二氧化碳合成制取化工產品，提供大規(guī)模二氧化碳利用的機遇，有望成為重大顛覆性技術，對石油化工、煤化工體系產生革命性影響。

三、氫能的發(fā)展

(一)發(fā)展現(xiàn)狀

產業(yè)層面，我國氫能及燃料電池已具備產業(yè)化發(fā)展基礎。產業(yè)鏈企業(yè)超過1000家，已初步形成京津冀、長三角和珠三角等氫能及燃料電池產業(yè)集群，以分布式能源領域、移動通信基站以及城市客運、物流等商用車型為先導開展了規(guī)?；痉哆\行。截至2021年9月，我國累計銷售燃料電池汽車超過8500輛，上海、北京、河北張家口、廣東佛山、云浮等地開展燃料電池客車商業(yè)化示范運營累計運行超過100萬公里;累計建成(含試運營)加氫站近200座，位居全球第一。京津冀、長三角、珠三角地區(qū)建設運營加氫站總數(shù)共占我國加氫站總數(shù)的50%以上。各地已簽約及在建可再生能源制氫項目超過100個。根據(jù)發(fā)布的相關產業(yè)規(guī)劃，2025年京津冀、長三角和珠三角地區(qū)各規(guī)劃加氫站超過百座，燃料電池汽車過萬臺，產業(yè)達到千億規(guī)模。

技術層面，經(jīng)過4個五年國家科技計劃的組織實施，我國燃料電池從電堆、系統(tǒng)到關鍵部件技術研發(fā)均取得一系列關鍵突破，形成了涵蓋制氫、儲氫、氫安全、燃料電池及整車應用等技術的產學研用研發(fā)體系。但在多個環(huán)節(jié)也存在明顯的差距。在制氫環(huán)節(jié)，整體處于并跑階段，部分技術存在差距。工業(yè)氫氣純化技術水平與國外持平;堿性電解水制氫也已基本實現(xiàn)國產化，成本較國外也有顯著優(yōu)勢，質子交換膜電解水裝備仍處于研發(fā)向示范過渡階段。在儲運環(huán)節(jié)，技術相對落后，但基本具備了自主化能力。高壓氣氫方面，車用儲氫容器罐體和T700、T800強度碳纖維等材料已初步實現(xiàn)國產化，具備IV型瓶制造能力;液氫儲運方面，我國已基本掌握基于氦膨脹制冷循環(huán)的氫液化系統(tǒng)研發(fā)能力，透平膨脹機、控制系統(tǒng)、壓縮機、正仲氫轉化器等核心設備在內的90%以上的設備完全采用國產;加氫站方面，我國35MPa加氫站技術已趨于成熟，45MPa大容積儲氫罐、35MPa加氫機整機和45MPa隔膜式壓縮機均已實現(xiàn)國產化，70MPa國產化設備已經(jīng)開展示范試驗。在綜合應用環(huán)節(jié)，燃料電池商用車發(fā)展已處于并跑階段，其余領域處于跟跑階段，部分國產化裝備競爭力提升明顯。燃料電池方面，質子交換膜燃料電池系統(tǒng)的膜電極、雙極板、氫氣循環(huán)泵、空氣壓縮機等核心組件，質子交換膜、催化劑、氣體擴散層等關鍵材料，均已實現(xiàn)小規(guī)模自主生產，系統(tǒng)國產化程度已提高到80%左右。氫冶金方面，富氫冶金技術已經(jīng)基本掌握，與瑞典、日本、德國等鋼鐵企業(yè)合作共同開發(fā)示范純氫冶金相關技術。合成燃料方面，已在甘肅等部分地區(qū)開展了示范運行。

但同時，氫能產業(yè)發(fā)展仍然面臨的諸多的挑戰(zhàn)。一方面，地方政府培育氫能產業(yè)鏈的積極性愈發(fā)高漲，但產業(yè)發(fā)展同質化苗頭有所顯現(xiàn)。燃料電池汽車示范應用政策發(fā)布以來，部分地方為搶占先機，紛紛啟動氫能規(guī)劃，設立氫能園區(qū)，搶奪頭部企業(yè)批量上馬燃料電池車輛。但由于缺少氫能產業(yè)鏈上中下游的統(tǒng)籌，規(guī)劃雷同性較高，甚至出現(xiàn)低水平重復建設，短時間內面臨產能過剩風險。同時，各地區(qū)氫能產業(yè)普遍存在重應用、輕研發(fā)，重短期效果、輕長期投入，急于求成等問題。加之對攻克關鍵材料和核心技術缺乏協(xié)同，國企民企未形成統(tǒng)一合力，一定程度上出現(xiàn)了“重復造輪子”和“炒剩飯”的現(xiàn)象，產業(yè)發(fā)展存在原材料和基礎制造工藝“卡脖子”風險。

另一方面，氫能產業(yè)處于產業(yè)化前夜，實現(xiàn)關鍵核心技術自主可控，是推動我國氫能產業(yè)高質量發(fā)展、走向全球產業(yè)鏈中高端的必行之舉。要加強基礎研發(fā)領域創(chuàng)新，以技術先行、產業(yè)驅動的原則，探索建立以市場為導向，產學研用一體化的新型舉國體制。有效整合氫能產業(yè)研發(fā)資源，消除跨部門、跨領域和跨國界合作障礙，匯聚政產學研用力量，實現(xiàn)聯(lián)合攻關、知識產權共享，加快氫能全產業(yè)鏈關鍵核心技術、材料研發(fā)及裝備制造自主化。

(二)發(fā)展建議

1. “先立后破”，逐步推動氫源結構低碳化

隨著我國“雙碳戰(zhàn)略”的提出，化石能源清潔化和清潔能源規(guī)?；铀侔l(fā)展，氫能供應鏈清潔化發(fā)展大勢所趨，但氫源結構優(yōu)化仍需遵循市場規(guī)律。與化石燃料制氫相比，可再生能源制氫成本近期較高，考慮氫能應用經(jīng)濟性，“煤制氫+CCUS”、工業(yè)副產氫提純將有效發(fā)揮過渡支撐作用，與再生能源制氫技術、將共同構成未來清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系。在多元化的供應格局中，技術發(fā)展度取決于不同發(fā)展階段的適用性、經(jīng)濟性、能源效率和環(huán)境效益。對于可再生能源制氫而言,重點是提升現(xiàn)有制氫裝備技術水平以及規(guī)?；当? 對于化石能源制氫而言, 重點是研發(fā) CCUS 技術來控制碳排放; 工業(yè)副產氫則應聚焦提純技術，在近期應得到優(yōu)先、高值化的利用。從中長期看，加速推動可再生能源制氫規(guī)?；l(fā)展，降低可再生氫成本，逐步替代化石燃料制氫，是實現(xiàn)氫能可持續(xù)發(fā)展的應有之義。

2. 加速推進核心技術、關鍵裝備自主化

近年來，我國高度重視氫能技術自主創(chuàng)新與產業(yè)化，氫能供應鏈各類關鍵技術取得較大突破，技術成果轉化成效顯著，全產業(yè)鏈關鍵技術自主化加快。在核心技術、關鍵裝備自主化過程中應堅持重點突破與協(xié)同推進相結合的原則，對于產業(yè)需求迫切、“卡脖子”現(xiàn)象嚴重、降本效益顯著的技術與裝備應予以重點突破，對于前瞻性技術、儲備性技術、配套技術則協(xié)同推進。結合現(xiàn)有產業(yè)基礎與需求，制氫領域應以可再生能源制氫為重點突破，攻關與可再生能源耦合負荷波動下電解水系統(tǒng)，探索多能互補可再生能源電解水最優(yōu)容量配置，同時提升堿水制氫設備電流密度，綜合提高和優(yōu)化PEM制氫電耗、設備成本與壽命性能，協(xié)同推進副產氫提純技術以及SOEC、光解水制氫、熱化學循環(huán)制氫等前瞻性技術。儲運領域近期需聚焦氫能短途運輸密集、液氫民用開啟與天然氣摻氫示范三大發(fā)展趨勢，攻克50MPa壓力等級長管拖車運輸;降低氫氣液化能耗、氫氣液化成本和液氫制備與儲運裝置自主化;以及管道運氫核心技術，協(xié)同推進輕質化固體材料、有機液態(tài)儲氫等技術。加注領域以降低加注成本為核心目標，重點攻關氫氣壓縮機、70MPa加氫機、傳感器、流量計等核心零部件及整機的自主化，協(xié)同推進液氫儲氫加氫站、制氫加氫一體站技術研發(fā)。燃料電池領域考慮多應用場景兼顧低溫與高溫燃料電池，長壽命PEM系統(tǒng)、關鍵零部件自主化、低載鉑量催化劑開發(fā);高耐久性SOFC電極材料、低成本量產技術，性能提升、集成優(yōu)化設計;MCFC堆疊技術優(yōu)化，百千瓦級功率放大是主要攻關目標。氫安全領域關鍵在于要著力加強氫能安全的基礎理論研究，譬如氫能設施與設備的材料適用性與相容性研究、氫泄漏的預防與監(jiān)測技術研究、應急處置裝備等。

3. 完善頂層設計體系，促進產業(yè)健康有序發(fā)展

氫能納入能源管理范疇，以推進氫能服務于經(jīng)濟發(fā)展，同時加強其安全監(jiān)管。安全是氫燃料電池產業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的命脈，從氫能使用的設計、制造、建設、生產、運行和維護各個環(huán)節(jié)都應有足夠高的可靠性，包括人員的可靠性。一是根據(jù)氫能特性，加強氫能安全性監(jiān)管。我國能源領域適用安全法律與規(guī)程缺少足夠的系統(tǒng)性，不足以滿足整個氫能經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)有的石油天然氣安全監(jiān)管體系與法規(guī)明顯不適應氫能安全監(jiān)管的需要，現(xiàn)有的氫能安全技術標準與技術規(guī)范亦不完善，應組織完善氫氣制、儲、運、用等各環(huán)節(jié)法律法規(guī)和安全技術標準。同時強化安全法律與標準執(zhí)行，細化各風險點的操作規(guī)程。制定風險防范和危機處置方案，加強人員培訓和安全知識普及推廣。產業(yè)推進節(jié)奏要與安全監(jiān)管體系建設、安全監(jiān)管力量配備等相匹配，切勿盲目追求規(guī)模，忽視安全。二是高度重視技術預防，提高氫能基礎設施與設備的本質安全。了解熟悉其安全特性，總結經(jīng)驗與教訓，持續(xù)加強安全管理，才得使氫能造福于民。關鍵在于要著力加強氫安全的基礎理論研究，完善整體技術和裝備布局，打造具有第三方公證地位的氫安全實驗室，不斷推動技術進步，加大對氫氣安全生產和安全使用智能控制、智能監(jiān)控的投入，持續(xù)提高氫能設備的可靠性和安全性。三是推動氫能領跑者行動計劃，推動標準治理效能與技術迭代創(chuàng)新協(xié)同，從重點環(huán)節(jié)技術裝備、系統(tǒng)到項目整體分步實施，實現(xiàn)關鍵技術自主化水平整體提升。

強化產業(yè)引導手段，準確把握氫能產業(yè)發(fā)展趨勢，充分吸取國內風電、光伏以及新能源汽車發(fā)展的經(jīng)驗和教訓。一是宜氫則氫、準確定位，確立“清潔低碳”和“靈活高效”的氫能技術發(fā)展布局。基于氫能在能源轉型與雙碳目標下的發(fā)展定位以及技術發(fā)展現(xiàn)狀，我國氫能產業(yè)發(fā)展必須緊緊圍繞上述氫能的核心優(yōu)勢領域，重點布局氫能與可再生能源協(xié)同發(fā)展、工業(yè)清潔化生產以及基于燃料電池技術的交通運輸動力系統(tǒng)。二是把技術水平作為制定氫能發(fā)展路徑的依據(jù)。在氫能產業(yè)發(fā)展的初期階段，堅持“示范先行”原則，在基于技術自主可控的前提下推動燃料電池汽車示范應用基礎上，探索開展制氫示范、裝備技術研發(fā)示范，并結合各地資源稟賦設立綜合發(fā)展示范區(qū)，逐步在制氫、儲能、氫冶金、綠色化工等其他應用領域開展示范，按照成熟一個、推進一個的原則以點帶面地推動多領域示范推廣應用，帶動全產業(yè)鏈技術進步與產業(yè)規(guī)?；⑸虡I(yè)化發(fā)展，以避免產業(yè)鏈重復建設和無序發(fā)展。