從特點來說,氫能來源十分豐富,能量密度很高,而且在使用中綠色低碳。
正因為氫能具有上述特點,因此氫能目前備受全球矚目,而且被能源界稱為21世紀最具發展潛力的能源,近年來在世界范圍內發展勢頭良好。
目前,中國已經制定了“雙碳”目標,經濟轉型和能源轉型勢在必行,其中氫能發展成為熱點,備受各級政府、眾多企業和廣大公眾的關注。
國家發展改革委員會、國家能源局近期聯合發布了《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》,對中國氫能產業發展進行了頂層設計,并對中國氫能產業健康可持續發展具有重要指導性意義。
上述文件的出臺,讓氫能再次成為中國社會的熱點話題,再次在全國范圍內卷起更加強烈的氫能熱潮,不僅令世界再度矚目,而且也吸引了社會大眾大量的眼球。
其實,氫能本身并非是一個新生事物,這種能源或能源產業長期以來一直受到能源界和學術界的密切關注,而且作為一個小眾的產業已經長期存在,只不過以往幾十年沒有快速發展起來而已。
那么中國氫能產業目前發展形勢如何呢?有哪些突出表現呢?經過認真分析、研究和梳理,本文將嘗試回答上述問題。
一、產業發展初具規模
目前,氫能除了在中國傳統化工、鋼鐵等工業領域應用外,已經開始能源、交通、建筑等其他領域穩步推進,并且不斷進行擴大應用試點應用。
中國已經成為世界上最大的制氫國,年制氫產量約為3300萬噸,其中達到工業氫氣質量標準的約1200萬噸,成為名副其實的全球氫能大國。
1.氫氣產能不斷提高
從 2018 年開始,中國氫氣年產量就已經超過了兩千萬噸。
根據中國煤炭工業協會數據,在2012-2020年期間,中國氫氣產量從1600萬噸增加到2500萬噸,整體呈現穩步增長趨勢,2020 年中國氫氣產量同比增長了13.6%。
2020年,中國氫能產量達到2500萬噸。
2021年,中國氫能產量超過了3300萬噸。
目前,中國電解水制氫技術已經相對成熟,每年可以達到9億立方米的制氫能力,而且隨著成本逐漸區域下降,預計制氫能力還會繼續上升。
從當今技術方面來看,目前制氫基本上可以歸納為三種技術路線:一是灰氫(利用化石能源制氫)路線,二是藍氫(利用化石能源制氫+CCUS)路線,三是綠氫(利用可再生能源發電來電解水方式制氫)路線。
目前,在全球范圍內,制氫的主要途徑還是依靠傳統化石能源的化學重整,其中天然氣重整制氫的占比約為48%,而真正通過綠色途徑的電解水制氫的占比僅占4%。
不過,個別國家制氫途徑與大多數國家存在差異,比如日本在電解水制氫方面發展較快,其鹽水電解水制氫的產能已經占其總產能的63%,因此受到全球矚目。
中國制氫則主要依賴煤氣化制氫及工業副產氫的方式,電解水制氫能力很有限,產量占比很小,僅僅占制氫總產量的1%,這與日本相比,差距甚大。
根據數據分析,利用煤炭來制氫的成本遠低于用天然氣來制氫的成本,但這與碳排放控制存在較大矛盾,不過可以通過碳捕集和封存(CCS)技術加以解決。
2.氫能市場預期良好
根據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020》估算,2030年中國氫氣年需求量將從3342萬噸增加至3715萬噸,2060年則增加至1.3億噸左右。
預計到2050年,氫能在中國終端能源體系中的占比將達到10%,氫能產業產值將達到1萬億元,進而是氫能成為終端能源體系的消費主體。
中國目前可再生能源發電裝機量位居全球第一,同時在清潔低碳的氫能供給上具有巨大的潛力,增長勢頭兇猛。
根據相關機構預測,2020年中國氫氣需求量約為3342萬噸,與2020年實際產量2500萬噸存在一定差異,但基本符合實際。
然而,最近這兩年來,中國氫氣產量規模已經達到3300萬噸左右,可見實際發展情況與上述機構預測基本一致。
根據上述機構預測,到2030年中國氫氣年需求量將提高到3715萬噸,在終端能源消費中占比約5%,其中可再生氫產量約500萬噸,部署電解槽裝機約80GW。
同樣根據上述機構預測,到2060年,中國氫氣年需求量將增加到約1.3億噸,在終端能源消費中占比達到約20%左右。
在上述需求中,其中工業領域、交通運輸領域、發電與電網平衡和建筑領域將是四個主要用氫領域,氫氣需求量將分別達到7794萬噸、4051萬噸、600萬噸和585萬噸。
當前,中國金屬儲氫材料產銷量也已經超過日本,是世界上最大的儲氫材料產銷國。
由此可知,中國在實現碳中和和碳達峰目標的過程中,氫氣需求將逐步提高,這已經是一個必然趨勢。
3.氫能汽車快速發展
當前,氫燃料汽車產業發展仍然處于起步階段,客觀上需要政府政策支持,比如政府財政補貼和政府采購政策等。
根據某機構預算,推廣1000輛氫燃料汽車需要高達30-40億元的資金投入,這需要政府有較為富裕的財力。
在交通領域,中國現階段氫能利用以商務客車和重型卡車為主,正在運營的以氫燃料電池為動力的車輛數量超過了6000輛,約占全球運營總量的12%,已成為全球最大的氫燃料電池商用車生產和應用市場。
當前,中國氫能車輛構成主要以非乘用車為主,比如氫能巴士和輕型/中型氫能卡車等,氫能乘用車基本上處于起步階段。
截至2019年底,中國氫能巴士保有量4297輛,占全球的96.4%,輕型/中型氫能卡車1807輛,占全球的98.5%,而氫能乘用車不足百輛,僅占全球的0.4%。
4.加氫站建設提速
在氫能加注方面,中國目前已經累計建成加氫站超過了250座,約占全球加氫站總數的40%,加氫站數量已經居于世界第一,其中廣東和上海占據數量優勢,走在全國氫能加注領域的前面。
在加氫技術領域,中國也不甘落后,目前35兆帕智能快速加氫機和70兆帕一體式移動加氫站技術已經獲得重大突破。
在氫能儲存和運輸領域,目前為了提高儲存運輸效率,使用較多的儲氫技術是高壓氣態儲氫、液態儲氫和固態儲氫等,而氫能運輸方式主要包括陸上運輸、海上運輸以及管道運輸等。
從加氫站數量來看,目前中國加氫站保有數量與國外相比沒有落后,但是國內加氫站基本上采用高壓氣態氫氣,由于受制于相關政策和技術問題的約束,中國尚未采用在技術上比較具有優勢的液氫加氫站,不過也已經開始起步。
4.投資積極性高漲
在投資規模上,2020年中國氫能產業投融資規模為712億元,在氫燃料電池產業鏈的投融資金額達到515億元,部分先發地區氫能產業集聚效應已經初步形成,匯聚了產值規模已經突破千億元。
在氫能相關領域研發方面,國家相關科技部門開始投入大量資金進行基礎科學研究和基礎應用研究,在技術創新方面確定重大科技攻關項目,引導產學研合作創新,發揮企業作為創新主體的關鍵作用。
在企業層面,科技創新項目也是風起云涌,資金投入規模也是十分龐大。
大型能源企業,包括中石油和中石化等在近年來投入了數千萬元經費,開展了氫能產業鏈各環節的研究與開發項目。
對于傳統油氣企業,上述兩大油氣集團在氫能科技投資方面,重點關注如下領域,比如硫化氫電解制氫、天然氣催化裂解制氫、可再生能源發電制氫、重芳烴儲氫材料與脫氫催化材料、金屬骨架有機化合物儲氫、長輸管道摻氫輸運評價、微型熱電聯供能源站、加氫站建設規范及標準等項目。
上述這些研發項目,為中石油和中石化這些傳統油氣企業未來發展氫能業務進行了有益的前期技術探索。
二、中央政府強力政策引導
對于一個國家來說,若要發展某一個產業,那么政府政策推動非常重要。
最近幾年來,中國中央政府相繼出臺了若干系列政策,大力推動和引導氫能產業向規模化和商業化趨勢發展。
2016年10月,中國標準化研究院資源與環境分院和中國電器工業協會發布了《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書(2016)》,首次提出了中國氫能產業發展路線圖,這是具有半官方性質的第一個推進氫能產業發展的文件。
在這個氫能政策啟蒙文件中,初步對中國中長期加氫站和燃料電池車輛發展目標進行了比較詳細的目標規劃。
在這份文件中,初步制定具體目標如下:
1.到2020年,加氫站數量達到100座;燃料電池車輛達到10,000輛;氫能軌道交通車輛達到50列;
2.到2030年,加氫站數量達到1,000座,燃料電池車輛保有量達到200萬輛;
3.到2050年,加氫站網絡構建完成,燃料電池車輛保有量達到1,000萬輛。
最近幾年來,中國加速布局氫能產業。
2019年,在兩會期間,《政府工作報告中》首次提到氫能產業發展。
在2016-2022年期間,國務院、工業和信息化部和國家發展和改革委員會等中央政府和政府部門陸續發布一系列支持和規范氫能產業的發展政策。
國家有關部門先后出臺引導支持政策60余項,制定相關國家標準約90項,進一步推動氫能關鍵技術實現自主突破,穩步推進氫能產業化進程,加快建設氫能裝備制造和配套體系,加大氫能產品示范應用。
《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出,在類腦智能、量子信息、基因技術、未來網絡、深海空天開發、氫能與儲能等前沿科技和產業變革領域,組織實施未來產業孵化與加速計劃,謀劃布局一批未來產業。
在國家“十四五”規劃中提到,要加速氫能產業發展,氫能產業在“十四五”期間將提速發展。
三、地方政府積極政策推動
由于中央政府重視氫能產業發展,而且還將氫能作為中國布局未來能源產業的重要方向之一,因此也極大地誘發了地方政府的積極性和關注,地方政府高度重視氫能產業發展,也陸續出臺了相關政策,并且制定了實施方案。
在2020年,全國共有超過30個地方政府發布了氫能發展相關規劃,涉及加氫站數量超過1000座、燃料電池車數量超過25萬輛。
截至2021年8月底,中國已發布氫能發展相關政策方案的省份及直轄市共有近30個,其中有5個省份還出臺了氫能整體產業發展的專項政策。
截至2021年11月,已經有20多個省級市、40多個地級市推出了60多個氫能產業規劃,推動氫能在交通、工業等領域先行先試。
在《北京市氫能產業發展實施方案(2021-2025)》中,北京市制定了如下具體目標:
1.在2023年前,北京市力爭建成37座加氫站,推廣燃料電池汽車3000輛;
2.在2025年前,培育10-15家具有國際影響力的產業鏈龍頭企業,京津冀區域累計實現氫能產業鏈產業規模1000億元以上,實現燃料電池汽車累計推廣量突破10000萬輛,累計推廣分布式發電系統裝機規模10MW以上。
根據《江蘇省氫燃料電池汽車產業發展行動規劃》,到2025年,江蘇省基本建立完整的氫燃料電池汽車產業體系,力爭全省整車產量突破10000萬輛,建設加氫站50座以上,基本形成布局合理的加氫網絡,產業整體技術水平與國際同步,成為我國氫燃料電池汽車發展的重要創新策源地。
在《四川省氫能產業發展規劃(2021—2025年)》中,四川省制定了到2025年要實現如下具體目標:
1.燃料電池汽車(含重卡、中輕型物流、客車)應用規模達6000輛,氫能基礎設施配套體系初步建立,建成多種類型加氫站60座;
2.氫能示范領域進一步拓展,實現熱電聯供(含氫能發電和分布式能源)、軌道交通、無人機等領域示范應用,建設氫能分布式能源站和備用電源項目5座,氫儲能電站2座;
3.逐漸健全強化氫能產業鏈,培育國內領先企業25家,覆蓋制氫、儲運氫、加氫、氫能利用等領域;
4.核心原材料企業2家,制氫企業7家,儲運和加氫企業6家,燃料電池及整車制造企業10家。
在地方政府政策推動下,中國氫能產業發展已經初步形成了長三角、珠三角、京津冀、成渝和中部地區為代表的五大發展區域,為氫能產業投資、技術提升、產品示范推廣、基礎設施配套建設等帶來重大機遇。
四、市場主體順勢而為
最近幾年來,隨著其他大型中央企業陸續地進入中國的氫能產業,預計未來中國氫能產業發展可能會以國有大型企業為主導,產業市場集中度可能會越來越高。
隨著眾多相關企業加速涌入和扎堆布局氫能源產業,大批氫能源相關項目開始密集上馬,在全國范圍內形成了一股強大的氫能熱。
根據有關市場機構統計,中國氫能相關企業的數量超過了2000家,近5年新增企業注冊數量快速增長。
2021年7月,國資委在國新辦新聞發布會上表示,已有超過三分之一的中央企業在發展和布局氫能產業,包括制氫、儲氫、加氫、用氫等全產業鏈的各個環節,而且均已經取得了一批技術研發和示范應用成果。
中國中央企業一直引領產業發展趨勢,這是中國產業發展和經濟社會發展的重要特征之一,也是中國在產業驅動和發展方面與西方發達國家的顯著區別。
由于政府政策引導,加上地方政府政策扶持,中央企業也看好中國未來氫能產業的發展空間和增長機會,紛紛加入氫能產業,加快氫能全產業鏈布局。
從氫氣產能規模上來看,目前中國最大的兩家氫氣生產企業是中國石化和國家能源集團,這兩家企業均是中國特大型國有中央能源企業,在整個國民經濟體和能源體系中占據著重要的支柱地位。
2020年,國家能源集團年生產400萬噸氫氣,占總體產量的 16%,而中國石化集團氫氣年生產量達350萬噸,占全國氫氣產量的14%。
國家能源集團和中國石化兩家企業的市場份額大約占據了三成左右,在整個氫氣生產和市場占據重要地位。
除了上述兩家大型中央企業以外,生產氫氣的市場主體還有很多,比中國石油也擁有部分氫氣生產能力,但與上述兩家企業相比,規模較小。
雖然中國制氫企業數量比較多,但生產規模都比較小,而且布局比較分散,因此在市場競爭格局中處于劣勢地位。
在整個氫能產業鏈布局來看,市場主體定位不同,關注的產業環節也各不相同。
對于中國石化來說,這家大型企業集團可謂雄心勃勃,目前已經提出要建設中國第一大氫能公司的發展戰略,開始大量布局建設供氫中心和加氫站等,以著力打造未來的全球大型氫能公司為目標。
作為傳統大型油氣和化工企業之一,中國石化在做好傳統產業的同時,加快開展能源轉型步伐,已經將氫能全產業鏈發展作為其新能源產業發展的核心業務。
同樣作為大型傳統油氣企業,中國石油似乎與中國石化在氫能產業發展上存在一定差異,其重點是布局氫能的儲運和零售終端建設和運營等領域。
國家能源集團正在加緊布局從制氫到加氫站的氫能利用全產業鏈。
中船重工也在重點布局氫能產業鏈及氫能裝備制造等領域,包括氫燃料電池及其核心部件生產等。
國家電投集團正在加快布局可再生能源制氫及燃料電池全產業鏈的研發。
東方電氣也將重心放在氫燃料電池及其核心部件。
東風集團、一汽集團、寶武鋼鐵集團則聚焦于氫能源的終端應用領域,比如燃料電池汽車和火車以及氫冶金等領域。
中車集團,作為交通行業主要制造企業,也在加快布局氫燃料電池客車、氫能源有軌電車等。
與此同時,國內多家石油公司也在積極踐行綠色低碳戰略和實現碳中和的愿景,積極打造氫能產業的增長極。
五、全產業鏈格局初步形成
最近幾年來,中國開始加速氫能產業布局,并且已經取得多個突破性進展。
由于氫能在碳排放和環境污染方面具有其獨特優勢,因此近年來中國開始加速氫能產業布局和發展。
對于氫能整個產業鏈來說,中國目前已經全面發力,在氫能技術創新、電解水制氫裝置、氫能儲運設備和燃料電池方面,均已經掌握了一批先進技術,某些高端制氫裝備正在逐步推向市場。
與任何一個產業一樣,氫能產業也存在產業鏈,也包括上中下游產業鏈條,這也符合一般產業鏈的基本規律。
對于氫能產業來說,其上游產業主要是制氫環節,中游產業主要是儲運環節,而下游產業當然就是氫能消費和利用環節。
從氫能產業鏈整體發展來看,中國在氫能制備、儲運、基礎設施建設等方面已取得多個突破性進展。
1.在制氫方式上,實現了多元途徑
中國能源結構與整個世界相比,具有極其特殊的特點,那就是能源界一直公認的說法,也就是所謂的“富煤少氣”。
從產業鏈的結構來看,氫能產業與傳統能源產業相比,兩者之間具有高度相似性,比如具有客戶可能趨同、基礎設施有可能共用等明顯特征。
對于化石能源產業來說,目前傳統化石能源公司已經擁有比較成熟的制氫、用氫、氣液儲運經驗和危化品儲運管理資質及完善的銷售系統,同時也具備一定的氫能消納能力,發展氫能產業具有比較好的基礎。
在氫能制備方面,可再生能源制氫項目在華北和西北等地積極推進,而電解水制氫的成本也出現穩中有降的態勢。
中國在可再生能源制氫,比如在綠氫方面在全球范圍內具有比較突出的優勢,基本具備了氫能產業鏈的完整產業鏈。
在煉油和化工領域,氫主要是生產過程中的副產品或中間產品,其本身并不具有能源屬性,這在石油煉制和化工產業比較普遍。
對于非化石能源產業來說,尤其對于在可再生能源產業來說,目前在利用發電制氫實現商業化和規模化尚未成熟,大規模發展氫能產業的基礎還很不夠,需要今后較長時間的技術積累和實踐積累。
在此之前,利用技術成熟、成本低廉的化石燃料制氫或許應該作為主流制氫方式來參與氫能產業鏈的上游環節,但這絕對不是中國氫能產業未來發展的主旋律,而可再生能源發電制氫才是未來政策取向。
對于中國制氫產業來說,總體上看應該是潛力巨大,因為中國可以充分利用大量棄水、棄風和棄光等發電潛力,這些巨大潛力有可能轉化為十分可觀的制氫潛力。
在氫能市場上,中國在應用方面具有全球最大的潛在市場,如果綠氫技術一旦成熟以后,那么便可以在市場上進行大規模布局和利用,通過規模效應來盡快降低成本。
2.在區域發展上初步形成了區域集群化趨勢
在氫能市場主體方面,中國發展也十分迅速,目前氫能全產業鏈規模以上工業企業已經超過了300家,這些企業主要集中分布在長三角、粵港澳大灣區和京津冀等經濟發達區域,而且企業數字還在繼續快速增加。
在氫能產業區域布局來看,發達地區與欠發達地區相比,發展勢頭更加迅速,目前長三角、粵港澳大灣區、環渤海三大區域氫能產業呈現了“集群化”的發展態勢,氫能相關產業處于同步協調發展階段。
3.在氫能利用方面實現了領域拓展
在下游產業環節,氫能利用領域也比較廣泛,包括電力、燃料/燃料電池、煉油、石油化工和供熱等諸多領域。
作為世界負責任的大國之一,中國積極參與全球應對氣候變化問題,而且已經成為全球綠色氫燃料的重要參與者之一,很早就將氫能作為應對氣候變化和能源轉型的核心要素之一。
從實現雙碳目標來看,中國客觀上需要大力發展非化石能源,其中氫能在消費和利用過程中屬于零碳排放過程,因此其市場消費需求量正在快速增長,氫能產業未來發展潛力巨大,發展空間更加廣泛。
如果將去氫能能作為燃料,那么氫能可以用于軍事和國防,比如可以作為火箭的驅動燃料,以發揮其獨有燃燒充分且動力大的特點。
氫能也可以作為燃料用于交通,比如用于專門的汽車加氫站,將液態氫直接注入到以氫為燃料的汽車發動機中燃燒,利用性質和基本原理與燃油汽車類似。
當然,氫能源也可以制造氫燃料電池,直接用于氫燃料電池汽車等。
在基礎設施方面,尤其是在消費終端產業,可以利用部分加油站具備發展油氫、氣氫混合站的基礎條件,鼓勵和支持國內油氣企業積極參與氫能產業鏈終端環節的建設。
六、示范工程行之有效
正是看到氫能產業未來發展潛力和良好前景,目前超過三分之一的中央企業已經在加快布局氫能產業。
這些國有大型中央企業已經開始涉足氫能產業鏈的各個環節,包括制氫、儲氫、加氫、用氫等全產業鏈的各個鏈條或環節,尤其是正在加速突破制約中國氫能全產業鏈健全和發展的關鍵材料、核心技術和核心設備等技術“瓶頸”。
按照國家總體部署,中央企業往往走在產業發展的最前沿,也就是由國有企業先行先試,實施具有引導性的示范工程,一旦示范成功,便可以在區域或全國進行推廣。
對于國內“三桶油”之一的中國海油,在氫能產業發展方面也不甘于落后。
根據媒體報道,中國海油位于廣東惠州的中國首套采用E-Gas技術煤制氫聯合裝置已經投產,并且已實現連續平穩運行。
目前,全球僅有兩套在運行的E-Gas煤制氫聯合裝置,與傳統天然氣制氫工藝相比,可以降低成本20%-25%。
根據媒體報道,國家電投在氫燃料電池生產線方面表現亮眼,其自主研發的質子交換膜、膜電極組件等核心部件都已經用到了大功率氫燃料電池電堆中。
隨著國內這個首條全自主可控質子交換膜生產線的投產,說明中國已經打破了國外同類產品長期壟斷的局面,與此同時制氫成本也得到大幅度的降低。
根據報道,在2017年時,中國進口質子交換膜的成本十分昂貴,當時最貴時是每平方米需要花費10000元人民幣,而目前只需要花費1000元人民幣。
中國石化在新疆庫車啟動了全球在建的最大利用光伏發電生產綠氫的示范項目,預計投產后每年可以生產20000噸綠氫。
盡管國家油氣管網集團剛剛成立不久,但目前也已經將視野投向未來氫能儲運產業,正在積極探索和研究氫氣的儲運業務,并且已經開展在現在運營的天然氣管道中摻加氫氣輸送的試點示范項目。