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，是推動傳統化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規模發展的理想互聯媒介，是實現交通運輸、工業和建筑等領域大規模深度脫碳的有效選擇。氫能產業鏈較長，氫能產業的快速發展有望帶動當地經濟發展。我國已做出“2060年實現碳中和”的莊嚴承諾，隨著我國能源轉型戰略的逐步推進，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，在未來能源系統中扮演重要角色。但在全球實現碳中和的過程中，“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，氫能將作為工業原料、高能燃料，發揮化石燃料的替代作用，助推“難以減排領域”的深度脫碳、實現碳中和目標。同時，氫能還可以與電力協同，在可再生電力季節性供需平衡中發揮更大作用，提高能源系統整體效率和可再生能源滲透能力，切實推動新型電力系統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“碳達峰碳中和”戰略的重要抓手。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、分布式能源、能源互聯網等配套科技的創新發展。開發氫能先進技術和推動氫能產業化，也正在成為深入推進能源供給和消費革命的重要方向。

 

 

(一)支撐新型電力系統建設

 

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建設。可再生能源目前的利用方式導致其能源供應具備時空不穩定性，能量密度較低，難以在部分場景大規模利用，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的沖擊，促進可再生能源消納。從長周期看，氫打破了現有傳統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，可以在保證經濟性的條件下實現大規模長周期儲能。因此，氫能可提高可再生能源的消納、提供長時間儲能、優化區域物質流和能量流，可實現多異質能源跨地域和跨季節的優化配置，形成可持續、高彈性的創新型多能互補系統，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“穩定器”，也可以作為用電側的“燃料源”，是未來新型能源系統的重要補充。氫能可成為部分場景下較電力更優的脫碳選擇，為能源轉型提供更高的靈活轉換能力。燃料電池熱電聯供綜合效率高，是發展綜合能源的重要技術手段。針對海島、邊防等偏遠地區，可構建分布式電-氫耦合清潔供能系統，利用分布式電源制取氫氣，利用燃料電池進行熱電聯供，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，與現有能源供應系統兼容，在大中小型固定及分布式發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。在工業領域，我國是全球最大的工業化國家，鋼鐵、石化、化工等行業需要作為還原劑或原料的化石工業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，是氫能連接電網和天然氣管網的重要途徑，也是氫氣大規模普及的重要渠道，可以充分利用現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模應用，但動力電池特性不適用于大載重、長續駛、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熱點，帶動傳統火電、航運、航空等多個行業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。

 

 

(一)發展現狀

 

產業層面，我國氫能及燃料電池已具備產業化發展基礎。產業鏈企業超過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模化示范運行。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、珠三角地區建設運營加氫站總數共占我國加氫站總數的50%以上。各地已簽約及在建可再生能源制氫項目超過100個。根據發布的相關產業規劃，2025年京津冀、長三角和珠三角地區各規劃加氫站超過百座，燃料電池汽車過萬臺，產業達到千億規模。

 

技術層面，經過4個五年國家科技計劃的組織實施，我國燃料電池從電堆、系統到關鍵部件技術研發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體系。但在多個環節也存在明顯的差距。在制氫環節，整體處于并跑階段，部分技術存在差距。工業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國產化，成本較國外也有顯著優勢，質子交換膜電解水裝備仍處于研發向示范過渡階段。在儲運環節，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的氫液化系統研發能力，透平膨脹機、控制系統、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國產化，70MPa國產化設備已經開展示范試驗。在綜合應用環節，燃料電池商用車發展已處于并跑階段，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的膜電極、雙極板、氫氣循環泵、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，均已實現小規模自主生產，系統國產化程度已提高到80%左右。氫冶金方面，富氫冶金技術已經基本掌握，與瑞典、日本、德國等鋼鐵企業合作共同開發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開展了示范運行。

 

但同時，氫能產業發展仍然面臨的諸多的挑戰。一方面，地方政府培育氫能產業鏈的積極性愈發高漲，但產業發展同質化苗頭有所顯現。燃料電池汽車示范應用政策發布以來，部分地方為搶占先機，紛紛啟動氫能規劃，設立氫能園區，搶奪頭部企業批量上馬燃料電池車輛。但由于缺少氫能產業鏈上中下游的統籌，規劃雷同性較高，甚至出現低水平重復建設，短時間內面臨產能過剩風險。同時，各地區氫能產業普遍存在重應用、輕研發，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同，國企民企未形成統一合力，一定程度上出現了“重復造輪子”和“炒剩飯”的現象，產業發展存在原材料和基礎制造工藝“卡脖子”風險。

 

另一方面，氫能產業處于產業化前夜，實現關鍵核心技術自主可控，是推動我國氫能產業高質量發展、走向全球產業鏈中高端的必行之舉。要加強基礎研發領域創新，以技術先行、產業驅動的原則，探索建立以市場為導向，產學研用一體化的新型舉國體制。有效整合氫能產業研發資源，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，實現聯合攻關、知識產權共享，加快氫能全產業鏈關鍵核心技術、材料研發及裝備制造自主化。

 

(二)發展建議

 

1. “先立后破”，逐步推動氫源結構低碳化

 

隨著我國“雙碳戰略”的提出，化石能源清潔化和清潔能源規模化加速發展，氫能供應鏈清潔化發展大勢所趨，但氫源結構優化仍需遵循市場規律。與化石燃料制氫相比，可再生能源制氫成本近期較高，考慮氫能應用經濟性，“煤制氫+CCUS”、工業副產氫提純將有效發揮過渡支撐作用，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，技術發展度取決于不同發展階段的適用性、經濟性、能源效率和環境效益。對于可再生能源制氫而言,重點是提升現有制氫裝備技術水平以及規模化降本; 對于化石能源制氫而言, 重點是研發 CCUS 技術來控制碳排放; 工業副產氫則應聚焦提純技術，在近期應得到優先、高值化的利用。從中長期看，加速推動可再生能源制氫規模化發展，降低可再生氫成本，逐步替代化石燃料制氫，是實現氫能可持續發展的應有之義。

 

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新與產業化，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同推進相結合的原則，對于產業需求迫切、“卡脖子”現象嚴重、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、配套技術則協同推進。結合現有產業基礎與需求，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，探索多能互補可再生能源電解水最優容量配置，同時提升堿水制氫設備電流密度，綜合提高和優化PEM制氫電耗、設備成本與壽命性能，協同推進副產氫提純技術以及SOEC、光解水制氫、熱化學循環制氫等前瞻性技術。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，協同推進輕質化固體材料、有機液態儲氫等技術。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，協同推進液氫儲氫加氫站、制氫加氫一體站技術研發。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、關鍵零部件自主化、低載鉑量催化劑開發;高耐久性SOFC電極材料、低成本量產技術，性能提升、集成優化設計;MCFC堆疊技術優化，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，促進產業健康有序發展

 

氫能納入能源管理范疇，以推進氫能服務于經濟發展，同時加強其安全監管。安全是氫燃料電池產業健康持續發展的命脈，從氫能使用的設計、制造、建設、生產、運行和維護各個環節都應有足夠高的可靠性，包括人員的可靠性。一是根據氫能特性，加強氫能安全性監管。我國能源領域適用安全法律與規程缺少足夠的系統性，不足以滿足整個氫能經濟的發展，現有的石油天然氣安全監管體系與法規明顯不適應氫能安全監管的需要，現有的氫能安全技術標準與技術規范亦不完善，應組織完善氫氣制、儲、運、用等各環節法律法規和安全技術標準。同時強化安全法律與標準執行，細化各風險點的操作規程。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。產業推進節奏要與安全監管體系建設、安全監管力量配備等相匹配，切勿盲目追求規模，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，總結經驗與教訓，持續加強安全管理，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、智能監控的投入，持續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新協同，從重點環節技術裝備、系統到項目整體分步實施，實現關鍵技術自主化水平整體提升。

 

強化產業引導手段，準確把握氫能產業發展趨勢，充分吸取國內風電、光伏以及新能源汽車發展的經驗和教訓。一是宜氫則氫、準確定位，確立“清潔低碳”和“靈活高效”的氫能技術發展布局。基于氫能在能源轉型與雙碳目標下的發展定位以及技術發展現狀，我國氫能產業發展必須緊緊圍繞上述氫能的核心優勢領域，重點布局氫能與可再生能源協同發展、工業清潔化生產以及基于燃料電池技術的交通運輸動力系統。二是把技術水平作為制定氫能發展路徑的依據。在氫能產業發展的初期階段，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、裝備技術研發示范，并結合各地資源稟賦設立綜合發展示范區，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，帶動全產業鏈技術進步與產業規模化、商業化發展，以避免產業鏈重復建設和無序發展。