中國氫能產業步入快速發展機遇期石化企業可大有作為

程一步，王曉明，李楊楠，孟憲玲

（中國石油化工集團公司經濟技術研究院，北京 100029）

氫能作為理想的清潔高效的二次能源，能與現在所有的能源系統匹配和兼容、資源豐富、清潔減碳，其利用前景越來越被人們看好。

1 發展氫能符合中國能源結構轉型要求

我國發展氫能產業可以改善能源結構，提高能源效率，促進可再生能源利用，有利于實現綠色發展目標和提高能源安全，形成新產業。國內預測2050年氫能將承擔10%的能源需求，產值達12萬億元。

1.1 有利于實現我國能源轉型

目前我國能源體系各分系統相對獨立，存在結構性矛盾，整體效率不高，主要原因在于缺乏聯系各分系統的關鍵技術。通過制氫和氫儲能實施可再生能源大規模的轉換，可加大可再生能源利用力度，助力我國由化石能源過渡到可再生能源的能源利用變革。隨著電氣化和能源互聯網發展加快，氫能與電力協同互補，共同成為我國終端能源消費體系的主體，將有力促進我國改善能源結構和能源轉型升級，使我國終端能源系統多能互補性更強，整體更加靈活、可靠、高效。

1.2 有利于實現綠色發展目標

我國政府在《巴黎協定》中承諾CO2排放2030年達到峰值并爭取盡早達峰，單位GDP CO2排放比2005年下降60%～65%等目標。氫能的使用在碳排放方面具有無可比擬的優勢，結合氫源的“綠色”制備，可實現“低碳生產，零碳使用”。按2030年、2050年我國用氫量3 500萬噸、6 000萬噸測算可減排CO2約4.1、7.1億噸，約占我國目前CO2排放的4.4%、7.5%，有利于我國實現承諾的綠色發展目標。

1.3 有利于提高我國能源安全

2018年我國石油對外依存度已達到了69.8%，石油消費比重增加與自給能力不足之間的矛盾日益加劇，已成為我國可持續發展的瓶頸。在交通、分布式發電和備用電源等具有廣闊應用前景的領域推廣使用氫能，有利于降低石油的對外依存度。如2050年氫能將承擔10%的終端能源需求，僅交通領域就可替代油品消費量約9 000萬噸。我國氫能交通利用油品替代預測見圖1。

圖1 我國氫能交通利用油品替代預測

2 國外氫能產業發展情況及對我國的啟示

目前全球用氫量約1.15億噸，其中約61%用于煉油和生產化肥等，39%用于生產甲醇和其他化學品以及燃料等。預計2050年氫能將承擔全球18%的能源需求，氫能產業將創造3 000萬個工作崗位，減少60億噸CO2排放，創造2.5萬億美元的市場價值。日本、美國、歐洲等主要工業國家均將氫能列入國家能源發展戰略，氫能產業的發展已初具規模，但發展重點有所不同。

2.1 日本政府大力推進氫能全產業鏈發展，致力實現“氫能社會”

為解決過度依賴進口化石能源、核電重啟困難以及國內可再生能源稟賦一般等問題，日本政府高度重視氫能產業的發展。日本經濟產業省（METI）2019年提出了《氫能與燃料電池戰略路線圖》，其目標是：第一階段創造需求，到2025年加速推廣和普及氫能交通、民用市場；第二階段解決供應問題，到2030年實現氫燃料發電和通過擴大氫能進口解決大規模供給；到2040年，建立起零碳排放的供氫體系，使氫加入傳統的“電、熱”系統構建全新的二次能源結構。日本氫能發展戰略目標見表1。截至2018年底，日本建有加氫站113座，氫燃料車2 839輛，家用氫燃料電池22萬臺。

表1 日本氫能發展戰略目標

2.2 美國重點開展燃料電池研究和布局加氫站建設

2014年美國頒布的《全面能源戰略》確定了氫能在交通轉型中的引領作用，并規劃2030—2040年將全面實現氫能源經濟。美國能源部2019年提出了《國家氫能發展路線圖》。目前美國氫能重點發展領域一是開展燃料電池系統研發，各級政府均提供大量資金資助科研機構進行氫能和燃料電池關鍵零部件研發工作。二是布局建設加氫站，如美國加州每年計劃撥款2 000萬美元用于加氫站建設，直到加州至少有100座加氫站；到2025年建立200座加氫站。美國氫能發展戰略目標見表2。截至2018年底，美國建有加氫站42座，氫燃料車5 899輛。

表2 美國氫能發展戰略目標

2.3 德國重視氫能交通工具的開發和氫能與可再生能源的協同發展

德國是歐洲氫能發展較快的國家，已在通信基站、加氫站、燃料電池車、氫能列車、氫源建設等方面有所應用。德國聯邦交通和數字基礎設施部等正在編制《國家氫能發展戰略》，預計2019年底完成，目標是將氫能與大力發展可再生能源戰略相結合，大力推進低碳轉型發展。其重點發展領域一是開發零排放氫能交通工具，如清潔巴士、氫能列車等（德國鐵路電氣化程度較低，約59%的火車未實現電氣化，德國政府試圖使用燃料電池火車來解決環境和電氣化程度低的問題）；二是投資可再生能源綠色制氫工藝及設施建設。2019年上半年部分德國企業在德國發起了GET H2倡議，目標是利用氫能促進能源轉型。合作企業計劃在德國埃姆斯蘭地區建立氫能基礎設施，將該地區的能源、工業、運輸和供熱部門聯系起來，建造105兆瓦的電制氫（Power to Gas）設施，利用風能生產“綠色氫氣”，并利用現有基礎設施運輸、儲存及應用氫氣。截至2018年底，德國建有加氫站60座，氫燃料車500輛。

2.4 韓國氫能發展目標是氫能產業與傳統制造業結合促進經濟增長

韓國政府發展氫能的目標是通過發展氫經濟減少對石油進口的依賴，同時將氫技術與汽車、航運和石油化工等傳統制造業聯系起來，為鋼鐵生產、石油化工和機械工程等傳統行業帶來新的投資和就業機會，形成新的經濟增長點。韓國政府2019年初發布《氫能發展路線圖2040》，計劃到2040年，氫氣供應量達到526萬噸，累計生產氫燃料電池汽車620萬輛（含出口330萬輛），建設1 200座加氫站。韓國氫能經濟發展路線見表3。截至2018年底，韓國建有加氫站14座，氫燃料車300輛。

表3 韓國氫能經濟發展路線

2.5 對我國發展氫能產業的啟示

各國氫能產業發展雖然各有側重，但仍呈現出一些共同特點，對我國發展氫能產業具有一定的啟示。

2.5.1 完善頂層設計，健全行業管理體系

為支持氫能發展，各國將氫能和燃料電池行業規劃與國家能源戰略的總體規劃接軌，均設置了氫能源管理機構。如日本經濟產業省（METI）制定《氫能與燃料電池戰略路線圖》，設置專門機構負責氫能項目的設計、招標和驗收等工作。美國能源部制定《國家氫能發展路線圖》，德國聯邦交通和數字基礎設施部制定《國家氫能發展戰略》，韓國產業通商資源部制定《氫能經濟發展路線圖》等。

2.5.2 注重標準和科技研發投入

各國均強化氫能技術體系的標準規劃建設，通過創建科學安全的加氫站建設、車載運氫罐等技術標準及監測體系，促進燃料電池汽車的商業化發展。如日本制氫裝置、加氫站的設計遵從《高壓氣體安全法》，燃料電池電動汽車采用ISO標準；美國國家標準學會（ANSI）已發布氫能技術現行相關國家標準18項；德國標準化學會（DIN）已發布氫能技術現行相關標準14項；韓國制定氫能安全管理專門法令，按照國際標準制定及修訂加氫站安全標準等。政府部門和企業為產業發展提供有力的資金，支持主要企業研發自己的核心技術。各國政府對氫燃料電池的研發預算見圖2。

圖2 各國政府對氫燃料電池的研發預算（IEA）

2.5.3 政府資金支持，基礎設施先行

氫能產業尚處在導入期，各國為鼓勵氫燃料汽車推廣應用，大都實施了政府補貼，對購車、生產廠商和加氫站建設提供資金支持。德國氫能計劃前100座加氫站無論車輛實際銷售數量如何都進行建設，資金來自國家創新計劃氫和燃料電池技術以及歐洲燃料電池和氫聯合承諾委員會。各國政府支持政策及車站比見表4。

表4 各國政府支持政策及車站比

3 國內氫能產業發展情況

2018年我國用氫量約2 500萬噸，主要用于煉油、合成氨和生產甲醇等。燃料電池汽車約3 000輛，以公交車、貨車等商用車為主。氫能產業鏈相關企業超過3 000家，產業產值超過3 000億元。

3.1 產業政策

3.1.1 氫能產業已提升到我國能源發展戰略高度

2014年國務院印發的《能源發展戰略行動計劃（2014－2020）》中，氫能與燃料電池技術創新列為15項重點任務之一，氫能產業首次被提升到國家能源發展戰略高度。2019年政府工作報告首次加入了氫能源相關內容，確定了我國發展氫能源產業的基調。

3.1.2 引導氫能產業發展的政策體系日趨完善

2019年以來我國密集發布了多個氫能產業相關政策，參見表5。

氫燃料電池汽車補貼擬按時退出。2019年我國氫能產業政策最重要的一個風向變化就是政府希望發揮市場作用，避免企業患上“政策依賴癥”。2019年10月財政部表示國家將按照既定政策完成氫燃料電池汽車補貼退出，轉而通過加強新能源汽車免限行、免搖號、通行權便利等非財稅政策引導。燃料電池汽車國家補貼政策見表6。

表5 2019年我國發布的部分氫能產業相關政策

續表

表6 燃料電池汽車國家補貼政策

補貼向基礎設施建設等供給端傾斜。2018年前我國氫燃料電池汽車產業政策主要集中在需求端和基礎科研攻關。2019年以來政策向基礎設施建設、關鍵零部件制造和配套運營服務等供給端傾斜。

3.1.3 多省市出臺了扶持氫燃料電池產業的相關政策

目前已有30多個城市提出氫能和燃料電池產業發展規劃，并部署相關研發項目支持產業發展，除大部分新能源汽車試點城市對燃料汽車實施補貼外，廣東、上海、江蘇、浙江、重慶、安徽、河北、山東等地已對加氫站進行補貼。根據規劃統計，未來10年內氫燃料電池汽車規劃推廣數量已超過40萬輛，加氫站建設規劃已超過1 000座。部分地區加氫站補貼政策見表7，氫燃料車補貼政策見表8。

表7 部分地區加氫站補貼政策

續表

表8 部分地區氫燃料車補貼政策

3.2 產業特點

3.2.1 產業投入逐年增加，處于基礎建設階段

2018年氫燃料電池產業相關投資及規劃資金超過850億元，2019上半年氫能行業的投資項目將近70起，單個項目最大投資額度達到100億級別，氫能產業總金額超過1 000億，2019年上半年的名義投資總額已經超過2018年全年投資額。

從項目類型看，投資規模依次為產業園區投資、公司直投、產業基金及聯營合營。大規模的產業園區投資說明氫能產業仍處于基礎建設階段，各地政府在出臺產業支持政策的同時也大力推動氫能產業園區建設以充分發揮產業集群優勢。2019年上半年項目投資類型分布見圖3。

圖3 2019年上半年氫能產業項目投資類型分布

3.2.2 制氫原料以煤為主

2018年國內氫氣年產量約2 500萬噸。目前煤炭是制氫的主要原料，成本較低的工業副產氫是當前供應主體。2018年我國氫氣生產結構見圖4。

圖4 2018年我國氫氣生產結構

3.2.3 氫能應用領域較少，但增速較快

2018年我國氫氣消費量約2 500萬噸，主要是作為工業原料用于石油煉制、合成氨、甲醇等生產領域，其他工業領域包括鋼鐵、玻璃、電子、航空等用量較少。氫燃料電池汽車行業在我國剛起步，2018年保有量3 441輛，氫燃料電池汽車用氫量僅1萬噸左右。2018年我國氫氣消費結構見圖5。

雖然氫能新領域消費量目前較小，但增速較快。在國家和地方一系列政策的支持下，我國燃料電池產業化程度快速提升，初步形成了從燃料電池電堆、燃料電池系統到燃料電池整車設計集成的自主研發體系能力和小批量生產制造能力。2018年國內燃料電池汽車銷售1 527輛，同比增長20%；國內已布局燃料電池示范電站；已將氫燃料電池逐步投放到通信網絡的應急電源領域。我國燃料電池汽車保有量增長情況見圖6。

圖6 我國燃料電池汽車保有量增長情況

2019年質子交換膜燃料電池電堆產業鏈國產化程度達到50%，系統關鍵零部件國產化程度達到70%左右。但燃料電池整體技術水平與國際先進水平存在一定差距。國內外燃料電池系統部分技術指標對比見表9。

表9 國內外燃料電池系統部分技術指標對比

3.2.4 儲運環節成本較高，加氫站數量少，盈利難

目前我國加氫站基本采用高壓氣態儲氫，儲量有限，國外已有30%加氫站儲存液氫；國內車載儲氫瓶壓力主要采用35 MPa，國外多為70 MPa。國內氫氣運輸基本采用20 MPa長管拖車，運量小，運輸半徑有限，成本較高，國外采用45 MPa長管拖車以及液氫槽車。國內氫氣管線主要為點對點的工業用戶，距離較短。

由于我國將氫氣作為危化品管理，各地管理體系不清晰，且受站址用地等因素影響，加氫站建設較為滯后，截至2018年底，國內已建成加氫站31座（含已拆除4座），且加氫站建設費用高、利用率低、補貼政策不到位，目前盈利較為困難。我國加氫站增長情況見圖7。

3.2.5 氫能標準法規、管理制度尚需完善

氫氣作為能源管理的體系尚待建立，標準法規尚需完善。如目前政策法規不允許儲氫瓶使用非金屬內膽，車載氫瓶還要拆卸后檢測等；加氫站建設運營管理制度體系缺位，加氫站建設運營等行政審批程序不暢通等。

3.3 產業前景

預計2030年國內燃料電池車、加氫站將有較大幅度增加。研究預測2025年前，國內氫燃料汽車和加氫站數量不會有較大增加；2030年后，隨著可再生能源制氫、氫燃料電池系統成本大幅度下降，碳減排壓力加大，氫燃料電池汽車（主要是物流車、公交車和重卡）、加氫站在部分地區將會有較大增幅，詳見表10及圖8。

圖7 我國加氫站增長情況

表10 我國氫能產業發展預測

圖8 我國燃料電池車、加氫站增長預測

4 氫能產業快速發展給石化行業帶來的機遇和挑戰

4.1 石化行業發展氫能的機遇

4.1.1 石化企業分布廣、制氫經驗豐富，氫源競爭力較強

目前絕大部分省市均布局有石化企業，石化企業制氫手段豐富，產氫量較大，可以為未來氫能利用提供氫源。石化行業的氫源具有較強的競爭力。石化企業以煤制氫和天然氣制氫以及副產氫為主，增加提純裝置后，氫氣價格仍具備一定的競爭優勢。各類制氫方式的制氫成本見圖9。

圖9 各類制氫方式的制氫成本

4.1.2 加油站數量眾多，布局加氫站優勢突出

2018年我國已有超過10萬座加油站，在現有加油站基礎上，增設儲氫、加氫設施，建設油/氫合建站，可節約20%～30%投資，并可依托現有強大的油品物流配送體系，建立氫能物流體系等。

4.1.3 具有研發和工程力量優勢

石化行業擁有數量眾多、科研實力雄厚的研究單位和工程設計、建設單位，在制氫、氫儲運、儲能技術、材料研發和工程設計建設方面具有優勢。石化企業可依托這些力量，在傳統制氫和提純技術改進、可再生能源制氫技術開發、催化劑、膜、儲能材料、氫能安全設施等氫能應用領域開展工作。

4.1.4 氫能產業鏈發展尚處在起步期

目前國內氫能的商業化運作起步不久，尚未形成完整的產業鏈，還存在氫能基礎設施布局不足，氫能利用的經濟性亟待提高，在氫氣制取、儲運、利用等各個環節都存在市場空間，為石化企業介入氫能產業鏈提供了良好機會。

4.2 石化行業發展氫能產業面臨的挑戰

4.2.1 部分領域缺乏核心及前沿技術

石化企業介入氫燃料電池和加氫站業務較晚，不具備先發優勢，對于氫能產業鏈中大部分領域的某些核心及前沿技術尚不掌握，如燃料電池技術、可再生能源制氫技術等。

4.2.2 產業鏈發展不均衡帶來的市場風險

目前氫能產業處于導入期，產業發展尚不完善，需要依靠國家和地方的政策補貼，現階段經濟性較差。氫能全產業鏈流程較長，上中下游發展不均衡，且上中下游的發展進程相互影響，以傳統油氣業務為主的石化企業缺乏相關商業化運作經驗，存在一定的市場風險。

5 石化企業在氫能產業大有作為

5.1 制氫

近期，石化企業可利用現有分布各地的千萬噸級供氫能力供應我國新增氫能需求（10萬～20萬噸/年），促進示范項目建設。遠期，由于用氫量較大，石化企業可探索利用可再生能源制氫和化石能源制氫＋CCUS，支持我國氫能產業商業化發展運行。

5.2 儲運加注

近期，石化企業可發揮現有加油站等儲運設施作用，建設油/氫合建示范站。遠期，石化企業可依托強大的油品物流配送體系如天然氣管網等，建立氫能物流體系等。

5.3 科技研發

石化企業可利用現有科研單位和工程設計、建設力量，在傳統制氫和提純技術改進、碳捕集和儲存利用技術（CCUS）、可再生能源制氫技術開發、催化劑、膜、儲能材料、氫能安全設施、標準制定等氫能應用領域開展工作。

6 結論

氫能正成為能源體系的重要組成部分，發展氫能產業有助于我國優化能源結構，應對氣候變化，維護能源安全，產業前景可期。目前，在氫能產業政策支持下，氫能產業鏈日趨完善，商業化運作逐步成熟，隨著氫能技術的進步，競爭力提高，我國將進入氫能經濟快速發展階段，石化企業大有可為。