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邱丽静:德、日、美三国氢能产业发展现状及启示

作者: 邱丽静,能源情报研究中心 发布日期:2019-07-05
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1、引言

氢(H),在元素周期表中位于第一位,广泛存在于自然界。氢能是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能,具有能量密度大、燃烧热值高、来源广、可储存、可再生、可电可燃、零污染、零碳排等优点,被誉为21世纪最具发展前景的二次能源。

氢能产业包括制氢、储氢、运氢、注氢和下游应用等环节。氢能的制备可以通过矿物燃料制氢、电解水制氢、甲烷催化热分解制氢和生物制氢等方法实现,凭借氢能燃料电池技术整合成电、热、气一体化的能源利用方式,是实现电、热、气互联互通的重要方向。同时,氢的利用形式很多样,可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,并且用氢代替煤和石油,无需对现有技术装备进行重大改造;可以用于燃料电池直接产生电能,为燃料电池车、分布式发电设施提供动力;可以储存,能够实现持续供应、远距离输送。氢能整个产业链还涉及一些重要材料和关键零部件的高端制造业,这些产业的发展将会创造出全新的产业链,有助于提升各国高端制造业和绿色制造业发展水平,并成为新的经济增长点。从全球范围来看,氢能经济的兴起,是应对气候变化压力、提升能源安全、技术创新等多因素共同作用的结果。

据国际氢能委员会(Hydrogen Council)预计,到2050年,氢能可以满足全球18%的能源需求,氢能及相关技术将超过2.5万亿美元的市场规模,将减少60亿吨二氧化碳排放,同时可以为3000多万人创造就业机会。世界多国政府对氢能研发及应用给予了极大重视,德国、日本、美国等国均出台相应政策,将发展氢能产业提升到国家能源战略高度,大力推进氢能产业链布局与技术创新。

近年来,我国也积极开展氢能的研究和战略布局,取得了多方面进展。但与世界发达国家相比,我国的氢能技术发展相对落后,政策体系不完善,氢能产业发展仍存在巨大挑战。因此,研究国际氢能产业发展现状,分析其产业战略、产业结构、政策支持等方面的经验,对加快推进我国氢能产业的发展具有重要借鉴意义。

2、德国氢能产业发展情况

德国是氢能产业发展较为领先的国家,从政府部门明确的氢能发展战略定位、氢能产业发展路线图、资金投入,到推动产业联盟的建立和鼓励技术创新,德国的氢能发展都为其他国家提供了良好的示范。

(一)战略部署

2004年,德国政府牵头成立了国家氢能与燃料电池组织(NOW),以支持氢能经济的初期发展。该组织的管理层由来自德国联邦交通和数字基础设施部(BMVI)等多个部门的人员组成。2007年,德国推出了第一个氢和燃料电池技术国家创新计划(NIP),用以资助相关技术研发。截至2016年,NIP计划总共投资14亿欧元。2015年,法国液化空气集团、戴姆勒、林德、OMV、壳牌和道达尔等企业联合组建H2 Mobility联盟,以社会产业资本的身份与NOW一同支持德国氢能产业发展。

德国已实施了多个涉及氢气制取、运输、储存及燃料电池应用的氢能全产业链,在通信基站、加氢站、燃料电池车、氢能列车、氢区建设等方面实现了很好的应用。2007~2018年,德国在氢燃料电池行业累计投资近40亿欧元,用于氢燃料电池技术研发。2018年,BMVI批准了总额超过310万欧元的资金申请,用于采购223辆燃料电池汽车。资金来自NIP计划第二阶段。此外,来自资助计划的2050万欧元将用于建立20座加氢站,从而使零排放氢能汽车更具吸引力。

除了NIP计划外,NOW也为当地电动物流企业和德国电动车充电设施协调拨款计划,支持联邦政府交通和燃料战略(MKS),促进交通领域能源过渡。BMVI还将在2022年之前提供5270万欧元的资金支持,用于铁路运输的可持续驱动。2018年,德国新增26座公共加氢站投入运营,截至2018年底,德国共有60座公共加氢站在运。此外,政府计划于2019年再建100座加氢站,目前,计划的加氢站中近一半已经建成,覆盖了德国的主要城市。

德国氢能应用情况(略)

(二)管理机构

为加大对氢能和燃料电池汽车的开发与商业化应用,除了政府部门的努力,德国先后成立多个技术联盟和产业联盟以进行氢能的开发合作。早在2006年,德国政府、工业和科学界达成战略联盟,启动NIP计划长达10年的重大项目,为750个项目总计投入约7.1亿欧元。

2015年,由法国液化空气集团、戴姆勒、林德、OMV、壳牌和道达尔六家氢能产业的龙头企业结成了H2 Mobility联盟,与NOW共同支持德国氢能产业发展。为推动氢能发展项目的实施,NOW启动了NIP计划。通过该计划,共募集14亿欧元的专项资金用于2007~2016年的氢能项目开发。募集资金中的7亿欧元由德国政府出资,剩余资金则按项目合作制度由产业提供。

2017年,在BMVI的领导下,德国政府组织本国汽车行业领导企业成立了一个6000万欧元、为期三年的联盟,以期研究汽车燃料电池堆的大批量生产。此联盟名为AutoStack-Industrie,第一年投资金额为2130万欧元,旨在2020年之前为德国和欧洲燃料电池汽车的商业引进提供技术、经济和科技支持。包括戴姆勒、大众集团、福特、Greenerity、NuCellSys、优美科等在内的众多企业纷纷加入该联盟,这些企业均是氢燃料技术研发领域的领先者。目前,联盟正在研究建造燃料电池工厂的可能性,第一阶段的目标产能为每年3万个燃料电池堆。

(三)重点发展领域

1、开发零排放氢能乘用车

清洁巴士

德国非常重视氢能乘用车的开发。城市巴士应用氢能动力模块能够减少颗粒物和氮氧化物的排放,德国社区非常希望实现零排放目标。2017年,以欧盟委员会牵头投资的清洁巴士已有51台在德国运营。巴士的采购和运营采用联合投资机制,确保其成本在可接受范围之内。2018年初实施的氢动力汽车欧洲联合倡议项目(JIVE)提出,欧盟将在未来为此项目提供约3700万欧元,旨在为欧洲汽车制造商提供经济支持,以削减各整车厂商制造燃料电池汽车所需费用。

氢能列车

由于德国铁路电气化程度较低,大约有59%的德国火车没有实现电气化,德国政府试图使用燃料电池火车来解决环境和电气化程度低的问题。在过去三年内,德国投资研发氢能城际列车的样车,计划在全球清洁能源列车领域先行一步。2018年9月,全球首列氢燃料电池驱动的火车在德国北部的下萨克森州投入运营。由阿尔斯通制造的这款零排放短途列车,从9月17日起正式在布雷梅尔弗尔德、库克斯港、不莱梅港、布克斯泰胡德等市镇之间运行。新型列车被命名为Coradia iLint,其固定式加氢站计划于2021年投入运营。德国下萨克森州地方交通局与法国供应商阿尔斯通公司签署合同,到2021年采购14辆氢燃料电池列车,包括30年维护和能源供应,总价超8100万欧元。该款新能源列车最高时速可达140公里,储氢里程可达1000公里,一次可搭载300名乘客。列车的整套动力装置完全不排放二氧化碳和可吸入颗粒物,只排放水蒸气,其多余的能源则可以储存在列车上安装的锂离子电池中供其他用途,因此预计使用燃料电池氢能列车与传统的柴油列车相比能够节省高达30%的能源开支。

2、建立氢能区域和示范项目

为了促进氢能和燃料电池在区域内的实际应用,德国政府计划打造一批氢能区域和示范项目。2018年下半年,德国的北莱茵-威斯特法伦州为科隆、杜塞尔多夫和斯坦福特等地区提供了110万欧元的氢能资金用于制定详细的执行方案。获资助城市需要在2019年年底之前让评委会了解其模型思路,最终竞选成为北莱茵-威斯特法伦州氢动力发展示范区域。此外,从2018年6月起至2019年1月,氢能区域建设的初始概念构思、详细计划以及这些计划的制定或实施都可以申请联邦政府的考核以获得支持,政府将视情况提供资金补助。德国政府预计将选择六个地区或城市建立氢能区域。这些地区应具有以下一个或多个特定属性或潜力:沿海地区(风能)、褐煤矿区(结构变化)、汽车工业区(就业)、大都市区(流动性)、中型地区(意愿投资)和边境地区(欧洲网络)。

3、投资制氢工艺及设施建设

基于风能、太阳能等可再生能源电力在分解水时生成“绿色氢气”,不仅能实现可再生能源电力的有效利用,同时也使电解水制氢的氢气成本更低,对环境的影响更小。2015年,德国柏林的赫尔姆茨太阳能燃料研究所研究人员应用特殊纳米材料,发明了高效利用太阳能制氢新工艺。这种纳米材料可以使太阳能转化为电能的效率达到80%,从而提高电解水的制氢能力。

2019年上半年,RWE Generation SE、西门子、ENERTRAG、Stadtwerke Lingen、Hydrogenious Technologies、Nowega、Forschungszentrum Jülich和IKEM研究所联手在德国发起了GET H2倡议,目标是利用氢能促进能源转型。作为第一个子项目,合作伙伴计划在埃姆斯兰地区建立氢能基础设施,将整个价值链中的能源、工业、运输和供热部门联系起来,其核心任务是建造105兆瓦的电制氢(power-to-gas)设施,利用风能生产“绿色氢气”,并利用现有基础设施运输、储存及应用氢气。

3、日本氢能产业发展情况

日本在氢能方面处于世界领先地位,从能源发展思路、氢能开发利用,到终端的燃料电池汽车,再到家用燃料电池系统的推广有着完整的产业链。从日本氢能产业的发展情况来看,推广和普及氢能源市场,低成本制氢、供给链完善、规模化利用等条件是关键。

(一)战略部署

因能源匮乏,日本非常重视新能源开发,很早就开始系统地制定氢能发展规划。在2014年4月制定的《第四次能源基本计划》中,日本政府就明确提出了加速建设和发展“氢能社会”的战略方向。2014年6月,日本经济产业省(METI)发布了《氢能与燃料电池战略路线图》,提出实现“氢能社会”目标分三步走的发展路线图,即到2025年加速推广和普及氢能利用的市场,到2030年建立大规模氢能供给体系并实现氢燃料发电,到2040年完成零碳氢燃料供给体系建设。

日本氢能与燃料电池战略路线图(略)

2017年12月,日本政府发布了《氢能基本战略》,确定2050年“氢能社会”建设的目标以及到2030年的具体行动计划,提出到2030年实现氢能燃料发电商业化、2050年氢能燃料汽车全面普及和燃油汽车全面停售等目标。战略把降低制氢成本作为重点,为打破自然资源不足的限制,日本提出建立海外氢能供应体系、充分利用本国可再生资源和工业余热进行热解制氢等解决方案。

为普及燃料电池车,METI将放宽对供应燃料的加氢站的限制。日本将解禁由司机自主加氢的自助式加氢站,今后只要满足一定条件,只靠一名监督员就可以运营,而之前是由具有资质和一定经验的保安监督员指导2~3名操作人员来加氢。在日本最新发布的氢能源发展进度表草案中还设定了到2020年能够无人化运营加氢站这一目标。

此外,日本把即将到来的东京奥运会当作大力推进氢能发展的大好时机,计划投资3.5亿美元,借此平台向世界展示“氢能社会”。预计到2020年东京奥运村将会有6000座建筑建成。通过修建氢气地下管道,将氢气直接输入奥运村,这些建筑会全部使用氢燃料运作。

日本氢能产业发展节点(略)

METI于2018年10月发表的《东京声明》中阐明了日本支持氢能发展的四个方面,即协调氢能产业的法规、规范和标准,研究、评估氢能潜在的国际联合研发,强调安全,做好与社会的沟通、教育和推广等。根据日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)最新修订的《燃料电池与氢技术开发路线图》,日本燃料电池电动汽车产能到2020年将达到4万辆,到2025年将达到20万辆,到2030年将达到80万辆。丰田等车企也在推动燃料电池堆和高压氢罐的大规模生产。2017年,日本11家企业宣布共同成立一家负责燃料电池车加氢站建设和运营的企业,以推动燃料电池汽车普及。

日本氢能产业目标(略)

研发投入方面,过去六年间,日本政府已投入约15亿美元用于氢能技术研发和补贴支持,通过碳捕集与封存(CCS)或可再生能源电解氢等方式实现低成本零排放制氢,开发氢气输送基础设施。2017年METI提供资金支持共计129亿日元,用于燃料电池、加氢站、氢能供应链3个方向。

(二)管理机构

METI以提高民间经济活力、对外经济关系顺利发展为中心,发展日本的经济与产业,并确保矿物资源及能源的稳定且高效率供应。2013年12月METI成立了由行业、研究机构和政府各界代表广泛参与的氢能与燃料电池战略协会。2014年METI发布了《氢能与燃料电池战略路线图》,制定了“三步走”发展计划和氢能源研发推广时间表,该路线图于2019年3月进行了第二次修订,“降成本、促发展”成为这次修订的主基调。根据METI公布的机构设置表,能源效率和可再生能源部(Energy Efficiency and Renewable Energy Department)下设立了氢能与燃料电池战略办公室(Hydrogen and Fuel Cells Strategy Office)。

NEDO是日本最大的公立研究开发管理机构,承担着日本的一部分经济产业行政业务,主要目标是负责解决能源和环境问题以及促进科技产品的转化。2015年,NEDO出台了氢能白皮书,将氢能定位为国内发电的第三支柱。

(三)重点发展领域

1、布局海外制氢及发展储运技术

氢能供给链包括制氢和储运两个环节。制氢方面,零碳氢燃料和低成本制氢成为日本打造“氢能社会”的终极目标。根据日本氢能源发展战略,日本设计了两种并行的制氢路线,一是海外进口廉价氢气,二是国内可再生能源制氢。日本“氢能社会”发展战略目标首先是布局建立海外氢能供给链。一方面是为了控制氢能源成本,大规模进口低成本的氢燃料可扩大和丰富日本国内零碳氢燃料的市场供给,另一方面还可保证国内使用零排放的氢燃料。

2018年4月,日本川崎重工与澳大利亚政府达成一致,双方携手开展煤制氢试点项目,将褐煤转变成氢。这是煤制氢技术从试验走向市场的一次重大尝试。其后,日本先后同新西兰、文莱、挪威等国开展氢能合作,日本海外制氢项目陆续落成。

实施海外制氢的首要目标就是建立国际供应链氢能供给体系,而建立国际氢能供给链最大的难点就是储运。日本也在千方百计地发展储氢技术,以降低运输成本。目前日本的海外氢能源储运主要有液化氢、有机物甲基环己烷和氢-氮结合运输三种方式。前两种载体为日本优先考虑的氢能源储运方式。第一种方式是将氢气直接转换为液体,与液化天然气方法相同,用零下253摄氏度的超低温将氢气冷却液化。目前日本正在与澳大利亚合作,共同开发液化氢产业供给链,实现液化氢的海上运输。第二种方式是利用甲基环己烷储氢,即利用基于甲苯与甲基环己烷可逆反应的储氢技术。日本千代田化工建设、三菱商事、三井物产、日本邮船四家公司联合成立了新一代氢能源产业链技术研究会,力争到2020年实现日本与文莱间的有机氢化物供应链,研发基础技术,打开商业化渠道。

2、普及家用燃料电池

近年来,在日本被命名为ENE-FARM的家用燃料电池正在快速普及。这种电池是氢能微型热电联产装置,利用城市燃气和液化石油气制氢,再让氢与空气中的氧产生化学反应后直接发电,并同时回收热能。截至2018年底,日本共部署了29.27万个商业ENE-FARM装置。到2019年4月初,这一数字增加到30.5万台。受惠于日本鼓励家庭购置ENE-FARM的持续措施,以及厂商量产效果的扩大,ENE-FARM价格逐步下降,微型热电联产成本在八年内下降了近三分之二。

日本家用燃料电池热电联供系统制造商主要有爱信精机、松下、东芝三家。2016年度家用燃料电池PEFC(固体高分子型)和SOFC(固体氧化物型)标准机售价分别为113万日元和135万日元。为减轻家用燃料电池终端用户的经济负担,PEFC标准机价格到2019年下降为80万日元,SOFC标准机价格到2021年将下降为100万日元,投资回收年限缩短为7~8年。此外,ENE-FARM项目得到了政府长达9年的稳定财政支持。随着行业的成熟和成本下降,ENE-FARM项目下的政府补贴已在2019年3月份停止。

3、利用可再生能源实现大规模制氢

大规模利用可再生能源富余电力制氢,即电转气(P2G)技术被日本市场普遍看好。日本现已着手在福岛建立世界最大规模的可再生能源制氢示范基地。2018年8月,NEDO、东芝、东北电力和岩谷产业宣布在福岛开始建立全球最大的可再生能源电解装置(太阳能电解水制氢),该装置拥有世界上最大的10兆瓦最大电力输出能力,最大产量2000标准立方米/小时(平均1200标准立方米/小时),每年将生产并储存约900吨氢气。设备预计2020年开始营业。利用该系统制造的氢计划用于燃料电池发电,燃料电池车和燃料电池巴士等交通工具,或者作为工厂的燃料,并在2020年东京奥运会期间为奥运场馆、奥运村和奥运交通工具提供氢能源保障。

未来要在国际竞争中保持成本优势,降低P2G项目成本和减少转化损耗是关键。预计到2030年,电解水装置成本将从20万日元/千瓦降至5万日元/千瓦,能耗将从5千瓦时/标准立方米减少至4.3千瓦时/标准立方米。

4、全面引入氢燃料发电

发电以及居民热电联产的商业应用也成为日本氢能发展的重点目标。日本首先从氢燃料与天然气混燃发电开始突破,逐步加大混合比例,最终实现纯氢燃料发电。2018年1月,日本已成功完成氢气与天然气混燃比例达到30%的发电试验,同年4月,又在全球率先实现了1兆瓦级纯氢燃料热电联产项目的投运,与天然气混燃完全不受比例限制。其次是开发利用余热进行甲基环己烷、氨等氢载体的脱氢反应技术,高效脱氢工艺可进一步降低成本,与此同时加快脱硝燃烧器和非喷淋脱硝技术的开发。

根据日本政府的计划,2019年内要完成利用既有火电设备进行混燃发电的综合评估,包括混燃对火焰温度、火焰稳定性、氮氧化物、发电性能和发电设备以及环境的影响;力争在2020年将小型纯氢燃料热电联产的发电效率从26%增加到27%;到2030年实现氢发电的商用化,将发电成本控制在17日元/千瓦时,据估计所需氢能源约为每年30万吨,若全部用于发电,就相当于1吉瓦的装机容量。

5、探索氢能在船舶、航天等领域的应用

日本的氢能产业应用场景较为广泛,除了较为成熟的燃料电池汽车和家庭用燃料电池系统,在船舶、发电、航天、建筑等领域也有成熟的应用案例。在船舶领域,日本渔业研究和教育署(FRA)与丰田汽车合作开发由氢燃料电池驱动的渔船。总部位于横滨的国家研究和开发机构于2019财年开始设计船体,并将于2022财年进行海洋测试,进而推动船舶商业化。在航天领域,日本大推力火箭的动力来源也开始大量采用氢能。日本将氢能彻底地应用于跨度广泛的行业,探索开发新市场的可能性,对于推进氢能产业与各个行业的相互融合起到积极的促进作用,同时也为大幅降低能源消耗、减轻环境压力、提高能源安全作出贡献。

4、美国氢能产业发展情况

自1970年石油危机以来,美国国家能源研究和开发组织就开始赞助氢能源相关研究,其产业链发展思路比较成熟。从前期的基本技术探索、政策规划,到商业用途的可行性论证,再到示范项目的推广,美国政府制定了明确的氢能发展路线和战略部署。同时,在美国能源部主导下涌现出一批分散在氢能源产业链各环节的优质企业和研究机构。

(一)战略部署

2002年11月,美国能源部发布《国家氢能发展路线图》,明确了氢能的发展目标,制定了详细的发展路线。2014年,美国颁布《全面能源战略》,开启了新的氢能计划,重新确定了氢能在交通转型中的引领作用。2017年,美国政府宣布继续支持30个氢能项目建设,推动氢工业的快速发展。按照美国氢能技术路线图,预计2030~2040年美国将全面实现氢能源经济。

美国“氢经济”发展的四个阶段(略)

研发应用方面,美国于2003年正式启动《总统氢燃料倡议》,计划此后5年投入12亿美元,重点研究氢能生产、储运技术,促进氢燃料电池汽车技术及相关基础设施在2015年前实现商业化。在后续发展过程中不仅有国家层面对氢能技术研发、燃料电池车辆购置等进行支持,加州等地方政府也出台了一系列促进产业发展和燃料电池汽车示范运行的相关措施。截至2018年,加州有6000多辆可上路的氢能燃料电池汽车,36座在运的加氢站,并且市场还在进一步扩展。美国还对燃料电池客车(FCEB)项目进行评估,并针对燃料电池乘用车使用者需求特征,开展加氢站建设等配套服务研究和支持。2019年3月,美国能源部宣布将高达3100万美元的资金用于推进“H2@Scale”概念。“H2@Scale”的重点是在美国多个部门实现经济可靠的大规模制氢、运输、储存和利用。

(二)管理机构

2003年,美国能源部在科学处下成立了专门的氢能基础研究资源及管理机构,即氢气的生产、储存及应用基础能源科学工作组,以确定氢能生产、储存、应用过程中的基础研究需求及机遇。

2005年,美国国会通过了能源政策法案,授权美国能源部作为领导和整合氢燃料电池研发活动的联邦机构。美国能源部燃料电池技术办公室(FCTO)负责协调美国能源部氢和燃料电池项目的研发活动,包括能效和可再生能源办公室、化石能源办公室、核能办公室和科学办公室之间的活动。此外,根据能源政策法案,美国能源部下还设立了氢燃料电池技术咨询委员会(HTAC),就氢能研究、开发和示范项目的有关事宜向能源部长提供咨询和建议。在这一体系下,美国氢能与燃料电池科研项目取得了较大的突破。截至2017年3月,美国拥有相关专利族16205个,数量仅次于日本,居于全球第二位。

(三)重点发展领域

1、开展燃料电池系统研发

在美国,燃料电池应用研发与创新,包括燃料电池核心零部件性能和耐久性提升等一直受到政府鼓励,各级政府均提供大量资金资助科研机构进行氢能的研发。随着氢能源汽车的商业化,美国能源部于2015年12月宣布设立3500万美元的基金,这笔资金的资助范围涵盖了氢气的制取、储存、运输,基础设施元件制造以及氢能及氢燃料电池技术的推广等方面,主要研究制氢、储氢、先进储氢材料以及氢燃料电池性能等,希望进一步降低氢燃料电池成本以及提高燃料电池耐久性。2018年以来,美国能源部先后投入超6800万美元用于燃料电池项目,支持氢和燃料电池关键零部件研发工作,主要涉及非贵金属催化剂、燃料电池膜、可逆燃料电池和电解槽制氢等技术。2018年,美国能源部宣布投资3400万美元用于中小企业创新研究和小企业技术转让项目,其中能效和可再生能源办公室将以近1300万美元的资金资助34个州的87个新项目,包括4个氢能和燃料电池项目。2019年3月,美国能源部宣布为商用卡车、越野车以及为其提供动力的燃料技术的创新研究提供5150万美元资助,其中燃料电池领域资助超23%。

2、投资建设加氢站

美国作为全球氢能燃料电池汽车的核心销售地之一,加氢站等配套基础设施布局也走在前列。截至2018年2月,美国共有39座加氢站处于运营中,其中31座属于零售站。在运加氢站中,加州有35座,南卡罗莱纳州有2座,剩下2座位于东北部。美国加氢站的建设主要集中在加州,加州政府划拨巨款来实施加氢站的建设,同时能源企业、车企也参与加氢站的建设。

加州发布的《2018年度加州用于百座加氢站建设所用时间和费用报告》特别指出,能源委员会每年从加州能源委员会替代和可再生燃料和车辆技术计划(ARFVTP)拨款2000万美元用于加氢站建设,直到加州至少有100座加氢站;到2025年建立200座加氢站的目标;到2030年在加州运行500万辆零排放汽车的目标。根据该报告,截至2018年12月,由ARFVTP资助的38座零售加氢站已经向公众出售氢气。另外26座加氢站正在开发中,ARFVTP资助的这64个站点占据了“加州百座加氢站”计划的近三分之二。

5、对我国的启示

2018年以来,我国在氢能领域的发展也如火如荼。2019年全国两会,氢能首次被写入《政府工作报告》,多位车企代表和委员们提交氢能产业相关议案。当前,全国各地积极探索氢能及燃料电池发展的新方向,十余省市相继发布氢能产业规划,长三角氢走廊建设发展规划已正式启动,大同、济南等地锁定氢能源,积极打造“中国氢都”“中国氢谷”。2018年2月,在北京成立了由国家能源集团牵头、国家电网公司等多家央企参与的国家级产业联盟“中国氢能联盟”,标志着我国氢能大规模商业化应用正在开启。尽管国内氢能的发展声势和规模很大,但与国外先进水平相比,尚有不少差距,仍需国家实质性支持及专项规划。

(一)加强顶层设计和专项规划

德、日、美等国家均积极布局氢能产业发展战略和技术路线图,如德国NOW启动的NIP计划,日本提出的构建“氢能社会”国家战略等。现阶段,我国上海、武汉、佛山、苏州、济南、张家口、大同等地方政府都推出了地区规划,但是全国性的专项规划还未出台。建议结合国际先进经验,科学划分氢能产业发展阶段,明确产业发展目标和定位,将氢能纳入国家能源体系,制定我国的氢能发展路线图,统筹推动氢能产业高质量发展。

(二)健全行业管理体系

为支持氢能的发展,德、日、美三个国家均设置了氢能源管理机构,而我国还没有专门的政府机构来负责氢能的发展和管理。德国在氢能和燃料电池领域专门成立了国家氢能与燃料电池技术组织,负责管理德国政府在能源燃料领域的各种项目。在日本,新能源产业技术综合开发机构是最大的公立研究开发管理机构,其基本使命是解决能源和环境问题以及促进科技产品的转化,下设专门机构负责氢能的项目设计、招标和验收等工作。美国能源部在能效和可再生能源办公室下设立了燃料电池技术办公室来负责全国氢能的管理。综上,为加强政府的领导作用,需要设立专门的政府管理机构,由专门的职责部门统一指导、协调和规划氢能源发展和应用。

(三)推动产业标准化建设

发达国家将氢能作为能源管理而非危化品处理,创建了科学安全的氢加注站建设和车载氢罐技术标准及监测体系,有力推动了燃料电池汽车商业化。美国政府在其2002年颁布的《国家氢能发展路线图》中将“规范与标准(Codes&Standards)”列入氢能系统的七个组成元素之一。该路线图指出,要在氢能技术体系的设计、制造、操作等环节建立统一的规范和标准。截至2017年底,美国国家标准学会(ANSI)已发布氢能技术现行相关国家标准18项。此外,德国标准化学会(DIN)也已发布氢能技术现行相关标准14项。

据统计,到目前为止,我国全国性的氢能标准约有80项,行业标准约有40项,但是当前标准还不能满足氢能发展的要求,建议结合我国氢能产业发展实际情况,制定科学安全的氢能、加氢站和储氢罐技术标准,完善氢能燃料电池全产业链的技术和检测标准。如果能明确车用氢气的能源性质,细化车用氢气的制备、储运、加注相关技术标准,将对加速氢能生产、储运和基础设施建设起到极为重要的保障作用。

(四)加大科技研发投入

德、日、美等国的政府部门都为氢能技术发展提供了全面的政策及资金支持,其优质企业掌握了大量核心专利,整条产业链的开发与保护值得我们学习和借鉴。近年来,我国也在加强对氢能的战略部署,多部门已经出台支持氢能和燃料电池发展的措施,部分地区对氢能开发利用投入巨资并制定了氢能产业发展规划,在科技专项、创新工程等方面进行了重点布局,取得了一定进展。但与发达国家相比,我国在氢能及燃料电池的关键材料和核心技术方面还有待突破。当前,亟待重点开展和加快车用氢能制氢、储存、运输、加注及安全方面技术研发,为氢能产业链提供技术支撑。同时,相关部门应加强对产业薄弱环节的政策支持和引导,提升从应用示范向产业化转化的创新能力,加大对企业氢能研究相关投入的补助,从而激发企业主体作用。

(五)提高公众对氢能的了解

为了提高公众对氢能与燃料电池的了解,从2015年开始,美国政府把每年10月8日定为美国氢能与燃料电池日。纪念日期间,美国能源部、燃料电池和氢能源协会、行业组织、国家实验室及州和联邦政府在全国各地举行多种交流和宣传活动。目前,我国普通大众对氢能还不够了解,将氢气习惯性划入危险化学品类别,而非能源行列。政府应加强氢能科普,让更多的政府部门和普通大众了解氢能发展的重要性,进而推动氢能产业商业化运行。

参考文献

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来源:微信公众号“能源研究俱乐部”,https://mp.weixin.qq.com/s/esooNWkPMKVY2bO9COVGHg 发表时间:2019年7月5日