我国氢能产业发展现状及趋势

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　　摘  要：氢能是能源载体起着支撑未来能源转型升级的作用。氢能来源广泛、清洁环保、可储运、使用场景广。文章从我国氢能的发展现状和目前应用遇到的问题出发，分析氢能产业的发展趋势和推进产业发展的下一步着力点。针对我国在关键材料及核心零部件方面的不足、基础设施不完善、政策体系不健全的问题，建议整个产业需要在顶层设计、发展规划、技术研究、行业监管、标准体系方面进行统一规划。使氢能起到改善我國能源结构、实现可持续发展的作用。
　　关键词：氢能;燃料电池;核心部件;基础设施
　　中图分类号：F416.6         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）25-0037-03
　　Abstract： Hydrogen energy is the carrier of energy， which plays a role in supporting the transformation and upgrading of energy in the future. Hydrogen energy has a wide range of sources， clean and environmentally friendly， can be stored and transported， and has a wide range of use scenarios. Based on the present situation of the development of hydrogen energy in China and the problems encountered in its application， this paper analyzes the development trend of hydrogen energy industry and the next step in promoting the development of hydrogen energy industry. In view of the shortcomings of China's key materials and core parts， the imperfect infrastructure， and the imperfect policy system， it is suggested that the whole industry needs unified planning in top-level design， development planning， technical research， industry supervision and standard system， so that hydrogen can play a role in improving China's energy structure and realizing sustainable development.
　　Keywords： hydrogen energy; fuel cell; core components; infrastructure
　　1 氢能特点
　　随着世界各国对排放要求的提高及全球能源危机，探寻可再生及环保的清洁能源迫在眉睫。在众多能源中，氢能正被提升到能源战略高度和技术改革的方向;因为它有如下优点：（1）清洁、高效。氢能反应后不生成污染物只有电能和水，发电效率可达50%以上，可保障高效清洁。（2）氢能是能源互相转化的“桥梁”，是能源互联的媒介，起到建立能源网络的作用。（3）可再生。氢能可储存、运输，可把弃风、弃水、弃光用来制氢，提升资源利用率和搭建稳定的能源体系。（4）应用广泛。
　　2 氢能应用领域分析
　　氢能不仅来源十分丰富，应用领域更是非常广泛，如交通、储能、工业、化工等。凡用到电的，都能用氢气发电实现。边疆地区的用电和弃风、弃水、弃光之间存在矛盾，而氢能的应用可有效解决。白天风力发电和太阳能发电除了满足白天使用外，还有不少电因储能技术不足只能白白浪费;如果把浪费的这部分电用于电解水制氢，把氢气储存起来，在晚上用电高峰期进行发电，不仅能够保证边疆区域的用电量，甚至多余的氢气还可以用于交通领域等。我国四川等地弃水、山西煤炭丰富，各个区域可根据自身的优势，充分利用氢能源媒介的作用，达到清洁可再生能源的利用。
　　3 国内氢能发展现状及分析
　　我国氢能产业上中下游都有布局，我国制氢工艺已经很成熟，全国每年可获得低成本工业副产氢（焦炉煤气、氯碱、合成氨等）两千多万吨;截止19年3月底运营加氢站24座，在建29座;近22个氢能产业园等成立，多省市正在开展氢能源汽车的示范运行。
　　3.1 国内氢能产业链现状
　　氢能产业链可从上中下游来分析，上游制氢，中游氢气的储存和运输，下游氢气的应用。氢能在传统领域和新能源领域都举足轻重，从国家氢能产业的发展看，应加强统一规划和氢电安全、注重氢能的规模化应用。我国目前纯度99%以上的H2使用量约600万吨，90%用于化工领域，有2%-4%用于工业领域，用于汽车还不到1%。我国氢气主要来源是工业副产氢，其它的方式有煤制氢、电解水制氢和化石原料制氢。从整个产业的发展看，我国氢能应用以工业原料为主，已具备一定的工业基础，但氢能源的产业规模有限。
　　我国在2001年出台了相关政策支持新能源包括氢燃料电池的发展，《中国制造2025》明确提出燃料电池汽车发展规划，将发展氢燃料电池提升到了战略高度[1];《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》首提我国氢能产业的发展路线图，制定了我国在氢能领域基础设施和燃料电池汽车的发展目标[2];2019年将加强氢能基础设施建设写进了《政府工作报告》。我国氢能产业链在技术和基础设施方面都初具规模，但是国外相比差距明显。 　　3.2 我国氢能产业和技术发展现状
　　3.2.1 国内氢能产业化现状及问题
　　我国氢能产业的发展形成了京津冀、长三角、珠三角、华中发展地区集聚且具有上中下游闭环效应;多数城市都规划建设了产业园和开展了燃料电池汽车示范运行。伴随对新能源行业的关注和氢能产投资的增加，与氢能相关的企业数量增至近千家。我国氢能产业从商用车开始破局，现商用车已具产业化，多地开展了公交车与物流车的示范运行。国外在燃料电池乘用车方面已经成熟，我国在乘用车领域处于示范阶段[3]，在奥运会和世博会上有汽车使用。叉车凭借特定的运行场景在国外得到了广泛应用，随着我国市场和技术的成熟，叉车将很快被推广应用。
　　基础设施方面，我国在设计和运营方面有企业布局，目前运营中加氢站有20多座，日本100多座，差距明显。我国现阶段商业化运营的储氢系统使用的是35MPa，国外现70MPa技术水平成熟，我国在压力技术标准方面想要提升，需要加快乘用车的示范运行。
　　3.2.2 国内氢燃料电池技术现状及问题
　　我国在PEMFC系统方面技术成熟，已开发出具备自主知识产权的产品且有年产量万台的生产线。系统关键零部件现无成熟的国产化产品，落后于国外技术水平。我国电堆的企业数量和相关生产线产能等都在大幅提升，电堆厂商有自主研发的企业也有通过引进国外成熟技术的合资企业。
　　因石墨板加工成本高，树脂复合双极板等得到快速发展。金属板的能量密度更高，所以在乘用车的应用中金属板比石墨板和复合双极板更有优势。金属板在国内处于研发验证阶段，设计及加工技术落后于国外先进水平，但是国内也在规划量产能力超过万台的自动化产线。
　　我国质子交换膜的技术成熟且已实现量产，有年产能超过万平方米的生产线，大批量的生产技术待加强;我国生产全氟磺酸膜的企业在市场上可与美国、加拿大等国同台竞争。
　　国内对催化剂处于研究阶段，处于实验室的验证及优化，不具备量产的能力，国外在催化剂方面领先[4]。
　　综上所述，我国在燃料电池系统及关键零部件方面都有布局，但是在催化剂、氢循环泵等关键材料与部件等方面仍处于研发或小批量生产阶段，在产品的可靠性和耐久性等方面与国际的先进产品存在较大差距[3]。
　　4 我国氢能发展瓶颈分析
　　氢能产业在我国属于起步阶段，在基础设施和产业园建设方面无统一规划遍地开花，有部分地区相对杂乱;标准和测评体系等待完善;氢能和燃料电池的核心部件产业化不足;氢能商业运营还需经过市场的考验。
　　4.1 核心部件等未实现产业化
　　我国在氢能及燃料电池方面的发展已取得很大突破[1]，整个产业链都有布局，但在关键材料和核心部件仍停留在研发验证阶段，不具备批量化生产能力。催化剂、氢气循环泵和空压机等核心部件主要依赖进口，阻碍了我国氢能产业的发展。虽然我国各大實验室和研究机构都已研制出了催化剂、双极板等部件，性能方面不输于国外现有的商业化产品，但还未实现成果转化，停留在样品阶段缺少大批量生产的能力。因而要加快催化剂、循环泵等产线的建设和实现量产。电堆方面需要提高比功率和催化剂的消耗量控制，达到降低成本的目的。
　　4.2 系统性能有待提高
　　我国虽然实现了燃料电池系统的量产，但可靠耐久性能还有较大的提升空间，明显落后于国外水平。系统的性能不仅仅与电堆相关，同时与系统配套部件紧密联系，水热管理和电控等都会影响系统的性能。因此，燃料电池产品性能的提升需要对燃料电池系统的控制策略和环境适应性等的研究，以满足产业发展的需要。
　　4.3 氢源及基础设施建设成本居高不下
　　我国运营加氢站数量较少，基础设施建设和氢气储运成本高，导致加氢站的加氢费用高，不利于氢能产业的大规模发展。要完善基础设施建设，首先要有明确的审批流程和相关的责任部门;其次加氢站用核心设备实现国产化，从而降低加氢站的建设成本;再次通过加速技术革新和采用新型材料等降低氢气的储运成本，如液氢储运、管道运输等。同时，根据各地优势，开展不同形式的氢燃料电池汽车的商业化运营，使加氢站的技术水平得到提高同时增加氢气使用量降低运营成本。
　　4.4 标准及测评体系待完善
　　氢能产业的标准和技术规范还不健全，不能规范整个氢能产业的发展，体现在制氢、储运及加注等标准的缺失，同时在氢燃料电池从部件到系统的标准不完善及测试评价体系不健全，从而氢燃料电池产品的商用化应用和推广受到极大的制约。所以急需要我国研究机构等对燃料电池相关的标准进行制修订，同时加快完善整个产业链的测试评价体系，为加速技术研发及产品推广提供保证。
　　5 我国氢能发展展望
　　我国对氢能发展已提升到战略层面，同时整个氢能源产业链的布局也比较完整，但目前存在成本高、安全性待突破、基础设施薄弱等问题，我国氢能产业优先发展商用车领域，商用车特定的行驶路径、布置空间充足的特点优先开展商业化应用，为整个产业发展、技术培育及基础设施建设等积攒经验。
　　为加快我国氢能产业高效、协调、有序推进，提出以下几点看法：
　　国家层面要健全政策管理体系，完善氢能顶层设计，制定合理的氢能产业发展路线图。
　　地方层面要结合地方优势，积极推动氢能发展，积极完善氢能基础设施等建设的审批流程，把控补贴政策等，规范产业发展。
　　科研院所层面需要加强关键技术的研发及成果转化，尽快实现关键技术产品的国产化降低成本，积极制定相关标准和测试评价体系，助推氢能发展。
　　产业层面要积极参与标准的制修订等工作，推动氢能及燃料电池汽车的商业化运营，总结经验加快产业发展。
　　随着关键技术的突破、国产化推广和成本下降，氢能作为能源互联的媒介优势明显，上升为我国能源战略的重要组成部分[5]，加快促进产业转型升级，希望我国尽早步入清洁环保的“氢能社会”。
　　参考文献：
　　[1]李建秋，方川，徐梁飞.燃料电池汽车研究现状及发展[J].汽车安全与节能学报，2014，5（01）：17-29.
　　[2]中国标准化研究院，全国氢能标准化技术委员会.中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）[Z].2016.
　　[3]张亚媛，张沛龙，葛静，等.燃料电池应用现状及发展前景[J].新材料产业，2014（06）：65-68.
　　[4]邵志刚，衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望[J].中国科学院院刊，2019，34（04）：469-477.
　　[5]夏斌.中国经济改革亟需顶层设计[J].中国金融，2013（03）：15-18.
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