資料來源：Strategy&

圖1 全球未來綠氫供需情景

目前可再生能源電解水制氫包括堿性水電解槽（ALK）、質(zhì)子交換膜水電解槽（PEM）、陰離子交換膜電解槽（AEM）、固體氧化物電解槽（SOEC）等4種主流技術(shù)，其中ALK、PEM技術(shù)的成熟度較高，已經(jīng)開始商業(yè)應(yīng)用，SOEC技術(shù)處于示范階段，而AEM技術(shù)尚且還處于小樣機(jī)試驗(yàn)階段。

雖然SOEC技術(shù)還處于前期研究階段，但該技術(shù)具有能量轉(zhuǎn)化效率高且不需要使用貴金屬催化劑等優(yōu)點(diǎn)，能夠在大幅提升生產(chǎn)效率的同時(shí)顯著降低生產(chǎn)成本，目前全球多國均在積極推進(jìn)對(duì)SOEC的研究和示范，如日本三菱重工、東芝、京瓷等公司對(duì)SOEC電極、電解質(zhì)、連接體等材料和部件持續(xù)開展研究；美國愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室、BloomEnergy、韓國能源研究所以及歐盟Relhy高溫電解技術(shù)發(fā)展項(xiàng)目也對(duì)SOEC技術(shù)開展了研究，研究方向由電解池材料研究逐漸轉(zhuǎn)向電解池堆和系統(tǒng)集成。

其中，美國愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室SOEC電堆功率達(dá)到15千瓦；德國Sunfire公司在2017年推出SOEC初期產(chǎn)品并在加氫站進(jìn)行示范；中國也將推進(jìn)SOEC制氫、光解水制氫、核能制氫等高溫制氫技術(shù)研發(fā)。北京、青島、濟(jì)寧、大同、岳陽等地方已出臺(tái)相關(guān)氫能專項(xiàng)政策積極推進(jìn)SOEC技術(shù)關(guān)鍵材料與部件的研究及試點(diǎn)示范。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、清華大學(xué)、中國科技大學(xué)在固體氧化物燃料電池研究基礎(chǔ)上，持續(xù)開展對(duì)SOEC的探索。

隨著材料技術(shù)的不斷突破，SOEC有望進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段，同時(shí)AEM也開始逐步邁進(jìn)早期市場。另外，各國新型制氫研發(fā)投入不斷增大，可能促進(jìn)顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)，比如生物、陽光水分子裂解技術(shù)等。

長時(shí)且大量的氫氣可以被儲(chǔ)存到鹽穴、枯竭油氣層或含水層。作為最輕的氣體，氫易于擴(kuò)散，因此氫儲(chǔ)能對(duì)密閉性有著極為嚴(yán)格的要求。鹽穴不僅有良好的氣密性，而且具有不與氫氣反應(yīng)的特點(diǎn)，使得鹽穴成為地下大規(guī)模儲(chǔ)氫的最佳選擇。目前全球有4個(gè)正在運(yùn)營的鹽穴儲(chǔ)氫項(xiàng)目，其中3個(gè)位于美國墨西哥灣地區(qū)，而廢棄油氣田儲(chǔ)氫尚在小型實(shí)驗(yàn)階段。

除正在運(yùn)營中的4座儲(chǔ)氫庫外，歐美多國積極開展儲(chǔ)氫庫建設(shè)的前期調(diào)研和測試。2020年?，歐盟投入9300萬歐元支持氫能和燃料電池領(lǐng)域24個(gè)技術(shù)主題的研究，其中包括小型鹽穴中可再生氫氣存儲(chǔ)的循環(huán)測試、鹽穴進(jìn)行氫氣循環(huán)存儲(chǔ)的可行性和中試規(guī)模示范。2021年，由歐盟支持的首個(gè)鹽穴工業(yè)規(guī)模綠色儲(chǔ)氫項(xiàng)目?HyPSTER?啟動(dòng)，項(xiàng)目首先進(jìn)行地下鹽穴和地表工程研究，然后將進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)階段，旨在測試鹽穴中綠氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)存及該方法在歐洲其他地點(diǎn)的可復(fù)制性。

德國也十分重視鹽穴儲(chǔ)氫的發(fā)展。2019年開展的“德國東部氫能存儲(chǔ)和解決方案”（Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany）項(xiàng)目中包含一個(gè)為期?2?年的“洞穴儲(chǔ)氫研究”（H2 Research Cavern）項(xiàng)目，其主要任務(wù)是開發(fā)鹽穴儲(chǔ)氫研究平臺(tái)。作為該研究項(xiàng)目的一部分，德國中部的地下氫儲(chǔ)存試點(diǎn)項(xiàng)目于2019年5月啟動(dòng)。

該設(shè)施是歐洲大陸上第一個(gè)鹽穴儲(chǔ)氫設(shè)施，也是全球首個(gè)存儲(chǔ)可再生綠氫的地下設(shè)施。2020年，德國推進(jìn)地下儲(chǔ)氫可行性研究，其“儲(chǔ)能資助倡議”將地質(zhì)儲(chǔ)能列為具有戰(zhàn)略意義的資助領(lǐng)域，計(jì)劃于2023年建設(shè)3500噸氫氣的鹽穴儲(chǔ)存示范項(xiàng)目。

同年，德國聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部（BMVI）投資近600萬歐元資助“機(jī)動(dòng)性氫氣洞穴”（HyCAVmobil）項(xiàng)目。其中，德國航空航天中心（DLR）負(fù)責(zé)研究和評(píng)估如何將氫儲(chǔ)存在鹽穴中，并計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的測試成功之后，在德國奧爾登堡能源公司（EWE）經(jīng)營的一個(gè)鹽穴中進(jìn)行測試。

英國方面，2020年，英國政府推出“綠色工業(yè)革命十點(diǎn)計(jì)劃”，其中提到2030年實(shí)現(xiàn)5吉瓦低碳?xì)洚a(chǎn)能，并制定了“英國氫能網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃”，旨在有效推動(dòng)英國地下儲(chǔ)氫的發(fā)展。

2021年8月，英國發(fā)布首個(gè)國家氫能戰(zhàn)略，鹽穴儲(chǔ)氫作為氫氣儲(chǔ)運(yùn)方案被提及。英國地質(zhì)調(diào)查局（BGS）還強(qiáng)調(diào)了地質(zhì)學(xué)在支持英國長期能源轉(zhuǎn)型中的重要性，指出地下儲(chǔ)氫是英國實(shí)現(xiàn)凈零排放的四項(xiàng)技術(shù)之一。為了支持更多地使用地下儲(chǔ)能技術(shù)，英國地質(zhì)調(diào)查局正在進(jìn)行試驗(yàn)，研究鹽穴的可循環(huán)使用性和安全性。

而美國早在20世紀(jì)70年代就已開始研究將氫氣儲(chǔ)于地下的可能性，大型儲(chǔ)罐和地質(zhì)儲(chǔ)氫是美國能源部研發(fā)項(xiàng)目的重要內(nèi)容。2019年，位于美國猶他州的“先進(jìn)清潔能源儲(chǔ)存”項(xiàng)目啟動(dòng)，項(xiàng)目計(jì)劃2025年前在該州德爾塔鎮(zhèn)附近建立一個(gè)大型綠色儲(chǔ)氫中心，并將電解水制取的氫儲(chǔ)存在100個(gè)巨大的地下鹽穴中，以平衡季節(jié)性的能源需求。

2020年，美國地質(zhì)儲(chǔ)氫的識(shí)別、評(píng)估和論證被列為關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)及示范重點(diǎn)。2022年，美國能源部向上述提到的大型綠色儲(chǔ)氫中心提供5億美元貸款，該中心將利用猶他州獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造，通過兩個(gè)巨大的鹽穴儲(chǔ)存綠氫，每個(gè)鹽穴能夠存儲(chǔ)150吉瓦時(shí)的能量，從而形成全球最大的單一儲(chǔ)氫鹽穴。

鹽穴的長時(shí)間儲(chǔ)能能力有助于提高可再生資源的充分利用，并降低成本，由其存儲(chǔ)的過?？稍偕茉?，在需要時(shí)可調(diào)度回電網(wǎng)。全球能源咨詢公司伍德麥肯茲（Wood Mackenzie）發(fā)布報(bào)告稱，由太陽能電解生產(chǎn)的綠氫，到2030年將在澳大利亞、德國和日本實(shí)現(xiàn)成本平價(jià)，而鹽穴儲(chǔ)氫將為綠氫生產(chǎn)提供儲(chǔ)存設(shè)施。

已有研究表明，鹽穴儲(chǔ)氫成本至少比電池儲(chǔ)氫成本低100倍。另據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)（BNEF）分析，目前鹽穴、廢棄氣田、巖洞及人工容器基準(zhǔn)儲(chǔ)平準(zhǔn)化儲(chǔ)氫成本在0.19～1.9美元/千克之間，未來可能降至0.11～1.07美元/千克。

目前，以日、美、德為代表的多個(gè)國家及其企業(yè)在液氫、有機(jī)儲(chǔ)氫等氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方面進(jìn)行了諸多探索，利用液化氫運(yùn)輸和甲基環(huán)己烷運(yùn)輸已獲得一些成功示范。

液氫儲(chǔ)運(yùn)效率高，但技術(shù)門檻高，對(duì)制、儲(chǔ)、運(yùn)等各環(huán)節(jié)裝備均有較高要求。現(xiàn)階段，液氫技術(shù)成本持續(xù)下降，日、美、德等國已將液氫的運(yùn)輸成本降低到高壓氫氣的八分之一左右。目前，美國是全球最大、最成熟的液氫生產(chǎn)和應(yīng)用地域，其液氫工廠產(chǎn)能全部為5噸/日以上的中大規(guī)模，其中10～30噸/日以上占據(jù)主流。

國外液氫技術(shù)較為成熟的國家大多采用液氫槽車運(yùn)輸。雖然這種運(yùn)輸方式單趟可運(yùn)輸更多的氫，經(jīng)濟(jì)性更高，但即便采用運(yùn)量較大的液氫槽車進(jìn)行運(yùn)輸，其單趟氫運(yùn)量也僅在數(shù)噸以內(nèi)，而采用液氫運(yùn)輸船進(jìn)行海上運(yùn)輸，單趟氫運(yùn)量可達(dá)到百噸甚至更多，這種運(yùn)氫方式相比液氫槽車可運(yùn)輸更多的氫能。

2022年，日本川崎重工研發(fā)的Suiso Frontier成功從澳大利亞運(yùn)輸液化氫到日本神戶，是全球首次以液化氫為載體的大型海上氫氣運(yùn)輸，成功地降低了氫燃料運(yùn)輸成本。所運(yùn)氫氣由澳大利亞的褐煤生產(chǎn)，在當(dāng)?shù)氐囊夯剞D(zhuǎn)化為液化氫，然后運(yùn)輸?shù)饺毡旧駪舻呢浳镅b卸基地。

此外，川崎重工在神戶機(jī)場建成了全球首個(gè)液化氫裝卸基地“Hytouch神戶”，專門用于接收經(jīng)由船運(yùn)而來的液化氫。日本還將港口內(nèi)現(xiàn)有各種設(shè)備的尺寸增加至32倍，以便實(shí)現(xiàn)規(guī)模化并降低成本。日本的目標(biāo)是到2030年將氫供應(yīng)成本降至30日元/標(biāo)準(zhǔn)立方米。

有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)難度高、密度高、安全性好，適合長距離、大規(guī)?？鐓^(qū)域氫氣儲(chǔ)運(yùn)，未來有望成為重點(diǎn)儲(chǔ)氫技術(shù)之一。有機(jī)液體儲(chǔ)氫的關(guān)鍵在于有機(jī)物儲(chǔ)氫介質(zhì)的選擇。德國Hydrogenious公司主要研究方向?yàn)槎S基甲苯，目前已進(jìn)展到應(yīng)用示范階段。

日本千代田公司主要研究方向?yàn)榧谆h(huán)己烷，于2020年實(shí)現(xiàn)了全球首次遠(yuǎn)洋氫運(yùn)輸，于2022年初實(shí)現(xiàn)了有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫示范，成功以甲基環(huán)己烷形式接收到來自文萊的氫能源。以甲基環(huán)己烷儲(chǔ)氫儲(chǔ)運(yùn)是一種潛在的全球清潔能源解決方案，這種方式有助于國際社會(huì)脫碳供應(yīng)鏈的形成與發(fā)展。

雖然管道運(yùn)輸?shù)那捌谕顿Y非常高，但管道運(yùn)輸?shù)男省⒊杀径季邇?yōu)勢，適用于大規(guī)模、長距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)且氫氣量供需穩(wěn)定的場景。隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，未來管道運(yùn)氫有望成為氫氣運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)選擇，其成本也將進(jìn)一步降低，而降本核心在于加氫站規(guī)?；ㄔO(shè)，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，屆時(shí)管道運(yùn)輸配合氣氫、液氫運(yùn)輸將實(shí)現(xiàn)全面降本。管道儲(chǔ)運(yùn)氫氣包括純氫管道運(yùn)輸和利用現(xiàn)有天然氣管道摻氫運(yùn)輸兩種模式：

目前全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道總里程為5000千米左右，主要分布在美國和歐洲。全球近期以投資建設(shè)新的專用氫氣管道為主。如，歐洲開展了“歐洲氫能主體計(jì)劃”項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2040年建成近4萬千米的氫氣管道，并且歐洲天然氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商及石油和公用事業(yè)公司正在計(jì)劃修建一條130千米長的輸氫管道，為德國西北部的工業(yè)用戶提供電力。到2030年歐盟開發(fā)的輸氫管道容量將超過20吉瓦，其中超過1吉瓦已在建設(shè)中或已承諾投入資金。德國和挪威正在考慮建設(shè)一條連接兩國的氫氣管道，以減少歐洲對(duì)俄羅斯能源供應(yīng)的依賴。非洲國家埃及則正在興建一條可以輸送11.62吉瓦、相當(dāng)于157萬噸綠氫的輸氫管道。該項(xiàng)目建成后，埃及綠氫輸送管道長度將可躋身全球前三名，僅次于澳大利亞，與毛里塔尼亞持平，項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2035年前投產(chǎn)。

資料來源：Rystad energy research and analysis

圖2 全球氫能管道容量TOP10國家

由于長距離氣體管道采用的鋼鐵材料面臨著建設(shè)成本高、氫脆等一系列問題，因此，如何降低管道輸氫的成本與安全風(fēng)險(xiǎn)一直是全球討論的熱點(diǎn)問題。荷蘭企業(yè)SoluForce開發(fā)了一種應(yīng)用于氫氣的可纏繞增強(qiáng)熱塑性工業(yè)管道系統(tǒng)（RTP）。經(jīng)認(rèn)證，該管道系統(tǒng)可用于高達(dá)42巴工作壓力的氫氣。與鋼鐵材質(zhì)管道相比，這種即用型柔性管道解決方案有望極大地促進(jìn)綠氫規(guī)模化應(yīng)用，但該柔性輸氫管道方案尚未進(jìn)行大規(guī)模的驗(yàn)證，能否被市場接受也未可知。

多個(gè)國家推出補(bǔ)貼政策，刺激本國氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。比如德國于2021年11月通過的一項(xiàng)法規(guī)，在全球范圍首次對(duì)新建氫氣輸送管道項(xiàng)目的回報(bào)率進(jìn)行保障，將回報(bào)率設(shè)為9%，這幾乎是新建天然氣輸送管道現(xiàn)有回報(bào)率（4.6%）的兩倍。

基于現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢，將氫氣摻混入天然氣管道網(wǎng)絡(luò)也被視為可行的氫氣運(yùn)輸解決方案。在此方面，歐美國家走在全球前列，相繼開展了天然氣摻氫可行性研究、天然氣管道摻氫輸送示范工程建設(shè)，測試了不同比例的摻氫天然氣對(duì)管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、終端設(shè)備的影響。各國開展的項(xiàng)目中天然氣摻氫比例范圍介于5%～30%之間，以不顯著改變管道和終端燃燒設(shè)備為前提，多數(shù)國家的天然氣管網(wǎng)可接受高達(dá)20%的摻氫比例。

英、美、德、法等國致力于管網(wǎng)中混合天然氣和氫氣的研究，啟動(dòng)了摻氫比例達(dá)20%的天然氣管道運(yùn)輸項(xiàng)目。美國南加州天然氣公司利用可再生能源發(fā)電生產(chǎn)氫氣，然后將氫氣注入天然氣管道（主要是聚乙烯管道）與天然氣摻混。

測試結(jié)果表明，在不改造天然氣管道的情況下，20%是能夠保證天然氣管網(wǎng)正常運(yùn)行的最高摻氫比例。發(fā)電廠及其他工業(yè)中的終端設(shè)備在低于20%的摻氫比例下均能高效、正常運(yùn)行。德國的目標(biāo)是到2025年將天然氣管網(wǎng)中的氫混合比例增加到20%，并將升級(jí)部分天然氣管道，以滿足未來輸送100%氫氣的需求。英國計(jì)劃從2023年起，通過其國內(nèi)天然氣管道網(wǎng)絡(luò)向各地的家庭和企業(yè)用戶提供20%的混合氫氣，以替代目前使用的部分天然氣。

除歐美外，其他國家的天然氣摻氫實(shí)踐也在增加。2022年1月，日本三菱和日立動(dòng)力系統(tǒng)有限公司（MIPS）將比例為30%的氫氣與天然氣混合并用于驅(qū)動(dòng)大型燃?xì)廨啓C(jī)。測試結(jié)果表明，燃?xì)廨啓C(jī)基本實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行；與單純?nèi)紵烊粴庀啾?，摻混氫氣后的混合天然氣可以減少10%的二氧化碳排放量；燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率大于63%；在此過程中除了燃燒器以外，其他部件可以不用改動(dòng)，減少了改造的成本。

澳大利亞目前也在進(jìn)行混氫試驗(yàn)，預(yù)計(jì)到2025年將有9個(gè)項(xiàng)目投入運(yùn)營，目標(biāo)是到2030年在區(qū)域管網(wǎng)可注入100%氫氣。澳大利亞政府已同意對(duì)國家氣體監(jiān)管框架進(jìn)行修訂，將氫氣納入其中。

中國首個(gè)電解制氫摻入天然氣項(xiàng)目“朝陽可再生能源摻氫示范項(xiàng)目”已進(jìn)入試驗(yàn)階段，山東、張家口、佛山南海等地亦陸續(xù)開展摻氫天然氣示范項(xiàng)目，全面驗(yàn)證示范氫氣“制取-儲(chǔ)運(yùn)-摻混-綜合利用”產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)。

國際能源署發(fā)布的報(bào)告指出，如果正在推行的天然氣摻氫項(xiàng)目都能落地，預(yù)計(jì)項(xiàng)目規(guī)模將增加700多倍，氫氣總摻入量將超過200萬噸。如果要達(dá)成2030年全球凈零排放目標(biāo)，氫氣總摻入量應(yīng)提升至5300萬噸。天然氣管道摻氫運(yùn)輸是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既要考慮技術(shù)可行性，還受安全性、經(jīng)濟(jì)性的制約。盡管現(xiàn)階段國際上有很多示范項(xiàng)目，但天然氣摻氫仍存在安全標(biāo)準(zhǔn)不明晰、規(guī)范缺乏、缺乏廣泛數(shù)據(jù)支撐等問題。

表1 三種氫能運(yùn)輸模式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

按照氫氣儲(chǔ)存方式，加氫站可分為高壓氣氫站和液氫站。相比氣氫儲(chǔ)運(yùn)，液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站占地面積更小、存儲(chǔ)量更大，但是建設(shè)難度也相對(duì)更高，適合滿足大規(guī)模加氫需求。

數(shù)據(jù)顯示，截至2021年，全球建成加氫站800多座，其中30%為液氫加氫站，主要分布在美國、歐洲和日本。預(yù)計(jì)2030年全球加氫站數(shù)量將超過4500座。

德國是液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站研究、應(yīng)用和推廣的先鋒，以德國林德公司開發(fā)的罐內(nèi)液氫泵增壓技術(shù)加氫站為代表，液氫高效增壓已在世界主要燃料電池推廣國家地區(qū)的加氫站得到應(yīng)用。

美國ACD公司、法國Cryostar公司開發(fā)的是臥式管道活塞泵，為美國Plugpower、AP和法國液化空氣集團(tuán)等公司開發(fā)的液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站提供核心裝備。日本巖谷產(chǎn)業(yè)公司已建立液氫加氫站16座。中國現(xiàn)階段的加氫站主要為高壓氣氫站，液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站也得到初步探索，由中科富海和美國空氣產(chǎn)品公司合作的首座液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站正在建設(shè)中。

（三）應(yīng)用環(huán)節(jié)

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，氫氣是重要的清潔低碳工業(yè)原料，應(yīng)用場景豐富。氫可作為還原劑，在冶金行業(yè)替代焦炭，作為富氫原料，在合成氨、合成甲醇、煉化、煤制油氣等工藝流程替代化石能源，實(shí)現(xiàn)由高碳工藝向低碳工藝的轉(zhuǎn)變，推進(jìn)高耗能行業(yè)脫碳生產(chǎn)。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)計(jì)，2022年，鋼鐵、制氨、甲醇、化工和煉油五大行業(yè)的清潔氫使用量將超過全球5.1萬輛氫能汽車的總耗氫量。

世界鋼鐵協(xié)會(huì)近期發(fā)布的《2022年世界鋼鐵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)》顯示，2021年全球粗鋼產(chǎn)量同比增長3.8%至19.51億噸。據(jù)了解，全球75%煉鋼所用的能源直接或間接來自煤炭，鋼鐵碳排放量占全球能源系統(tǒng)排放量的7%左右。鋼鐵行業(yè)是低碳化的關(guān)鍵領(lǐng)域，在該領(lǐng)域氫氣有望在十年內(nèi)成為具有成本競爭力的替代品。

2021年，全球首個(gè)使用無化石電力和氫氣的煉鋼示范項(xiàng)目在瑞典鋼鐵公司HYBRIT啟動(dòng)。除HYBRIT以外，瑞典另一家綠鋼企業(yè)H2 Green Steel以可再生能源生成的綠電和綠氫代替煤炭完成鋼鐵冶煉，從2025年到2032年，H2 Green Steel位于瑞典北部的工廠將向德國采埃孚公司供應(yīng)鋼材25萬噸/年，減少二氧化碳排放約47.5萬噸/年。

中國多家鋼鐵公司都在大力布局氫能冶金，河鋼集團(tuán)的氫冶金示范工程已啟動(dòng)建設(shè)，山西晉南鋼鐵集團(tuán)已經(jīng)形成鋼-焦-化-氫全閉環(huán)低碳生產(chǎn)鏈條。從全球發(fā)展形勢看，氫冶金等新一代鋼鐵冶煉技術(shù)剛剛起步，其代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)的開發(fā)周期長，大規(guī)模應(yīng)用還需時(shí)間和資金。

此外，氫氣也可作為替代燃料用于玻璃、水泥和陶瓷制造等行業(yè)，以取代化石燃料的使用。如，2021年，英國玻璃企業(yè)皮爾金頓（Pilkington）啟動(dòng)了全球首個(gè)使用100%氫氣生產(chǎn)浮法（片）玻璃的試驗(yàn)，該試驗(yàn)項(xiàng)目是英國“HyNet工業(yè)燃料轉(zhuǎn)換”項(xiàng)目的一部分，證明了使用氫氣安全有效運(yùn)營浮法玻璃工廠的可行性，預(yù)計(jì)到2030年將減少二氧化碳排放1000萬噸/年，相當(dāng)于減少400萬輛汽車上路。未來英國“HyNet工業(yè)燃料轉(zhuǎn)換”項(xiàng)目還將在食品、飲料、電力和廢物等領(lǐng)域大規(guī)模使用氫氣。

2022年北京冬奧會(huì)期間，共有1200多輛氫燃料電池汽車投運(yùn)，并配備30多個(gè)加氫站，這是全球最大的一次燃料電池汽車示范。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，全球氫燃料電池汽車總銷量1.6萬輛以上，增長幅度達(dá)到六倍以上。受強(qiáng)勁補(bǔ)貼政策驅(qū)動(dòng)，韓國市場延續(xù)了2020年的增長勢頭，全年共售出超8000輛氫燃料電池汽車，約占全球總銷量的一半。

資料來源：香橙會(huì)研究院

圖3 2021年全球主要國家氫燃料電池汽車銷量

過去幾十年，日美歐等國一直在探索氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化之路。豐田、現(xiàn)代、通用等全球主要汽車公司對(duì)氫燃料電池汽車的布局也逐步提速。其中，豐田推出第二代MIRAI氫燃料電池汽車，并在北京冬奧會(huì)上大量使用。其2021款氫燃料電池汽車Mirai續(xù)航再突破，一次加氫可行駛1000千米以上。

現(xiàn)代汽車方面則表示，其氫燃料電池汽車NEXO中國版在國內(nèi)開放道路首試，預(yù)計(jì)將于今年上市。與此同時(shí)，法國雷諾推出最新款氫混合動(dòng)力概念車ScenicVision，采用氫燃料作為內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力來源，續(xù)航里程可達(dá)497英里，預(yù)計(jì)2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。值得一提的是，ScenicVision使用的材料70%可回收，包括電池。同時(shí)，作為混合動(dòng)力汽車，該車的碳排放比傳統(tǒng)電動(dòng)汽車低75%。

氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用并不局限于燃料電池汽車，還推廣至重型卡車、輪船、飛機(jī)等領(lǐng)域。韓國現(xiàn)代汽車的氫燃料電池重型卡車XCIENT Fuel Cel在歐洲正式商用化，以批量出口瑞士的氫燃料重卡為開端，截至2021年6月，在瑞士總行駛里程已經(jīng)超過100萬千米。新西蘭首輛現(xiàn)代Xcient FCEV氫燃料電池卡車已投運(yùn)。近期新西蘭還與美國氫能商用車開發(fā)商Hyzon Motor簽署了20輛氫燃料電池卡車的交付協(xié)議。

2022年，多種氫動(dòng)力船舶也取得積極進(jìn)展。中國首艘氫燃料電池動(dòng)力工作船“三峽氫舟1號(hào)”正式動(dòng)工建造；荷蘭航運(yùn)公司Van Dam Shipping與印度鋼鐵公司Tata Steel合作，計(jì)劃推出首艘氫動(dòng)力短途船。

挪威清潔技術(shù)公司TECO 2030與其合作伙伴推出了氫動(dòng)力概念油輪“Hy-Ekotank”號(hào)。概念油輪通過在現(xiàn)有Ekotank船上使用壓縮氫或液態(tài)氫儲(chǔ)存裝置對(duì)燃料電池進(jìn)行改裝，實(shí)現(xiàn)航行期間溫室氣體零排放，以及泊位零排放。德國將建造世界上第一艘氫動(dòng)力零排放拖船。

國際能源署發(fā)布的報(bào)告指出，當(dāng)電網(wǎng)中間歇性可再生能源（以風(fēng)電、光伏為主）的比例超過15%時(shí)，就必須配置相應(yīng)的儲(chǔ)能設(shè)施。另外由于可再生能源出力在不同時(shí)間段、不同季節(jié)之間存在顯著差異，例如歐洲的太陽能發(fā)電在冬季比夏季低60%左右，但冬季電力需求卻增加了40%，為此需要配置大規(guī)模、長時(shí)間的儲(chǔ)能設(shè)施才能提高可再生能源利用水平。

在新型儲(chǔ)能路徑中，氫能具有諸多明顯優(yōu)勢。氫儲(chǔ)能是以氫氣的形式進(jìn)行儲(chǔ)能，方式多樣化，包括液化儲(chǔ)氫、壓縮儲(chǔ)氫以及金屬氫化物儲(chǔ)氫等，存儲(chǔ)規(guī)模可達(dá)百萬千瓦級(jí)，存儲(chǔ)時(shí)間跨度從小時(shí)到季節(jié)。

氫儲(chǔ)能除了可以滿足大規(guī)模長周期能量儲(chǔ)存和多元化終端利用需求，自身也具備較明顯的技術(shù)路線、資源潛力及經(jīng)濟(jì)性。在大容量長周期調(diào)節(jié)的場景中，氫儲(chǔ)能與電化學(xué)儲(chǔ)能相比擁有單位能量存儲(chǔ)成本低的優(yōu)勢。

相對(duì)于抽水蓄能而言，氫儲(chǔ)能可擴(kuò)展性較強(qiáng)，受地理和資源的限制較少。相關(guān)研究表明，當(dāng)需要大規(guī)模儲(chǔ)能時(shí)可以液氫或者氫化物的形式存儲(chǔ)于地下鹽穴，估計(jì)每個(gè)兆瓦時(shí)的成本在50～150美元之間，與受地質(zhì)條件限制較大的抽水蓄能相當(dāng)，顯著低于其他能量存儲(chǔ)方式。

除了上面提到的以鹽穴為代表的地質(zhì)儲(chǔ)氫外，當(dāng)前以質(zhì)子交換膜水電解（PEM）制氫為基礎(chǔ)的電-氫-電互變技術(shù)為儲(chǔ)能技術(shù)提供了新思路。該技術(shù)以電制氫為核心，將電能轉(zhuǎn)化成為氫氣、氨氣、甲烷及汽柴油中的化學(xué)能，從而進(jìn)入到后續(xù)的化工、交通、發(fā)電、供熱、儲(chǔ)氣等豐富多樣的終端應(yīng)用中。

未來，隨著新能源滲透率的提升，系統(tǒng)調(diào)峰周期變長，電化學(xué)儲(chǔ)能單位能量成本高的缺陷就會(huì)完全顯現(xiàn)，而氫能則恰好相反，大規(guī)模氫儲(chǔ)能邊際成本增速相對(duì)較慢，是更具經(jīng)濟(jì)性的長周期調(diào)峰技術(shù)。同時(shí)，氫儲(chǔ)能與電化學(xué)儲(chǔ)能在周期、規(guī)模、空間上可互為協(xié)同、互為補(bǔ)充，二者有機(jī)形成的混合儲(chǔ)能可以更好地支撐未來電力系統(tǒng)建設(shè)。

燃?xì)廨啓C(jī)采用富氫燃料發(fā)電，在降低天然氣使用量的同時(shí)，還可以減少發(fā)電領(lǐng)域二氧化碳排放。目前，歐美等國向現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)中摻混氫氣的比例多為20%～30%，以降低5%～10%的碳排放。

全球電力巨頭已開展氫能燃?xì)廨啓C(jī)的相關(guān)研究，積極提高燃機(jī)的摻氫燃燒能力、開拓新的市場空間。如美國通用電氣（GE）在全球已有超過100臺(tái)采用低熱值含氫燃料的機(jī)組在運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超過800萬小時(shí)，其中部分機(jī)組的燃料含氫量超過50%。

2022年4月，通用電氣宣布全球首個(gè)HA級(jí)摻氫燃燒示范項(xiàng)目成功運(yùn)行，預(yù)計(jì)到2030年將具備100%燃?xì)淠芰Γ罱K實(shí)現(xiàn)零碳排放。日本和歐盟EU Turbines已經(jīng)承諾在2030年前推出100%燃?xì)渲匦腿細(xì)廨啓C(jī)。

西班牙第二大天然氣分銷商N(yùn)ortegas宣布開啟該國首個(gè)天然氣摻氫試驗(yàn)項(xiàng)目，計(jì)劃逐步提高天然氣基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備中的氫氣比例，嘗試使用天然氣和氫氣的混合氣體發(fā)電。

2022年初，中國國家電投首個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒示范項(xiàng)目正式投運(yùn)，這是全球范圍內(nèi)首個(gè)在天然氣商業(yè)機(jī)組中進(jìn)行摻氫燃燒的聯(lián)合循環(huán)、熱電聯(lián)供示范項(xiàng)目，改造后的機(jī)組具備了純天然氣和天然氣摻氫兩種運(yùn)行模式的兼容能力，可行性優(yōu)勢明顯。

需要注意的是，雖然全球氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電項(xiàng)目層出不窮，但要大力發(fā)展氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)，還面臨著燃?xì)溥^程中產(chǎn)生的回火和溫度過高等問題。

通過對(duì)近期全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新動(dòng)向及趨勢的分析，可以看出，在推動(dòng)氫能發(fā)展的過程中，全球主要發(fā)達(dá)國家逐步形成了各具特色的發(fā)展模式。

借鑒發(fā)達(dá)國家氫能發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步探索我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展形態(tài)和發(fā)展路徑，建議從以下四個(gè)方面創(chuàng)新突破：一是提高關(guān)鍵核心技術(shù)水平，加快國產(chǎn)化進(jìn)程；二是推動(dòng)應(yīng)用場景多元化，開啟多領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用示范；三是探索適合我國國情的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，避免無序競爭和產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)；四是加強(qiáng)國際開放合作，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)國際化發(fā)展。

（一）提高關(guān)鍵核心技術(shù)水平，加快國產(chǎn)化進(jìn)程

科技創(chuàng)新是能源高質(zhì)量發(fā)展的第一動(dòng)力，歐盟、美國、日本等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體為確保氫能發(fā)展的領(lǐng)先地位，十分重視氫能產(chǎn)業(yè)鏈上下游的相關(guān)技術(shù)培育，涉及氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、燃料電池制造、燃料電池汽車及加氫站基礎(chǔ)設(shè)施等。

而氫能技術(shù)鏈條長、難點(diǎn)多，我國氫能產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期，與國際先進(jìn)水平存在一定差距，同時(shí)我國部分關(guān)鍵核心零部件和基礎(chǔ)材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，例如，影響燃料電池壽命和使用成本的質(zhì)子交換膜，該技術(shù)在國內(nèi)還不夠成熟，只有少數(shù)公司和設(shè)備制造商參與其中。核心材料缺失制約著我國氫燃料電池行業(yè)的發(fā)展。

為此，亟需從氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注、燃料電池、氫儲(chǔ)能系統(tǒng)等主要環(huán)節(jié)創(chuàng)新突破，面向氫能科技前沿開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)突破關(guān)鍵核心技術(shù)，加快國產(chǎn)化進(jìn)程。

（二）推動(dòng)應(yīng)用場景多元化，開啟多領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用示范

從國際經(jīng)驗(yàn)看，發(fā)達(dá)國家多以試點(diǎn)示范帶動(dòng)氫能多元應(yīng)用，氫能可以在交通、冶金、化工等領(lǐng)域替代化石能源使用，應(yīng)用潛力較大。目前我國氫能示范應(yīng)用主要集中在交通領(lǐng)域，氫燃料電池汽車是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)氫能在交通領(lǐng)域應(yīng)用的切入點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。

為穩(wěn)步推進(jìn)我國氫能多元化示范應(yīng)用，除了有序推進(jìn)氫能在交通領(lǐng)域的示范應(yīng)用，還應(yīng)拓展其在儲(chǔ)能、分布式發(fā)電、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)規(guī)模化發(fā)展，加快探索形成有效的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展商業(yè)化路徑。

（三）探索適合我國國情的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，避免無序競爭和產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)

從全球主要國家氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)踐來看，各國在出臺(tái)氫能戰(zhàn)略和明確氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位上各有側(cè)重，均考慮了國家能源資源稟賦、能源轉(zhuǎn)型壓力和國內(nèi)市場空間等情況。

例如，以歐盟國家為代表的能源轉(zhuǎn)型先行者將氫能產(chǎn)業(yè)視為重點(diǎn)行業(yè)深度脫碳的重要推動(dòng)力；以美國為代表的能源技術(shù)引領(lǐng)國更加關(guān)注氫能技術(shù)研發(fā)，在綠氫規(guī)?；瘧?yīng)用方面則較為審慎；以俄羅斯、沙特、阿聯(lián)酋、澳大利亞為代表的傳統(tǒng)能源出口國積極加大氫能出口能力，著力實(shí)施以出口為導(dǎo)向的氫能項(xiàng)目；以日、韓為代表的能源對(duì)外依存度較高的國家，發(fā)展氫能主要為保障本國能源安全。

我國資源能源稟賦多樣，對(duì)能源的選擇及經(jīng)濟(jì)調(diào)控的回旋空間較大。在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中應(yīng)統(tǒng)籌考慮氫能供應(yīng)能力、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場空間，與技術(shù)創(chuàng)新水平相適應(yīng)，有序開展氫能技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范。

各地方在研究制定氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)規(guī)劃、支持政策時(shí)，應(yīng)對(duì)本地區(qū)發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的比較優(yōu)勢進(jìn)行客觀分析，充分考慮本地區(qū)發(fā)展基礎(chǔ)和條件，統(tǒng)籌謀劃、合理布局，在鼓勵(lì)多元示范的同時(shí)，避免盲目布局、一擁而上。

（四）加強(qiáng)國際開放合作，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)國際化發(fā)展

美日歐等國家和地區(qū)在積極推動(dòng)自身氫能發(fā)展的同時(shí)，積極推進(jìn)相互合作。開放合作是全球氫能產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展的主旋律，尤其是目前全球氫能市場仍處于導(dǎo)入期，亟需各國協(xié)作培育開發(fā)國際市場，突破產(chǎn)業(yè)瓶頸，合力打通產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在此背景下，我國應(yīng)積極開展氫能技術(shù)創(chuàng)新國際合作，鼓勵(lì)開展氫能科學(xué)和技術(shù)國際聯(lián)合研發(fā)，推動(dòng)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)、材料和裝備創(chuàng)新合作，積極構(gòu)建國際氫能創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈。探索與共建“一帶一路”國家開展氫能貿(mào)易、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、產(chǎn)品開發(fā)等合作。同時(shí)還要加強(qiáng)與氫能技術(shù)領(lǐng)先的國家和地區(qū)開展項(xiàng)目合作，共同開拓第三方國際市場。