國外氫能發(fā)展現(xiàn)狀及對中國的啟示

姜 鑫， 喬 佳， 金文龍， 丁 斌

(北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)研究院， 北京 100011)

1 概述

氫是一種清潔、高效、零碳的能源載體，自然界中僅有少量氫以游離態(tài)存在，大部分存在于其他物質(zhì)中。氫屬于二次能源，可應(yīng)用于交通、供熱以及發(fā)電領(lǐng)域。進(jìn)入21世紀(jì)，全球面臨著日益嚴(yán)峻的氣候變化，溫室氣體減排迫在眉睫，氫能作為一種零碳能源，有望在很多領(lǐng)域替代化石能源。國際氫能委員會預(yù)測，到2050年，氫能產(chǎn)業(yè)將為全球每年減少CO2排放量60×108t，同時為推動全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來2.5×1012美元的市場規(guī)模[1]。目前全球范圍內(nèi)氫能的商業(yè)化應(yīng)用處于試驗和示范階段，各國政府都在積極開展氫能領(lǐng)域的部署，旨在實現(xiàn)氫能的規(guī)模化應(yīng)用。本文從政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式兩個角度分析了美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的氫能發(fā)展情況，對我國氫能發(fā)展提出相關(guān)建議。

2 政策

2.1 美國

美國早在1974年就提出了氫能經(jīng)濟(jì)的概念，1990年頒布了《1990年氫能研究、開發(fā)及示范法》，制定了氫能發(fā)展的5年計劃[2]。美國是最早出臺氫能政策的國家之一。為了更好地發(fā)展氫能，美國能源部在2002年發(fā)布了《國家氫能路線圖》；2004年美國能源部又發(fā)布了《氫立場計劃》，提出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的4個階段。為了鼓勵氫能和燃料電池的發(fā)展，美國國會在2005年出臺了《能源政策法》，明確提出為氫能發(fā)展提供財政和經(jīng)費支持。2012年美國國會重新修訂了能源法案中關(guān)于氫燃料電池的扶持政策，包括抵免稅收、氫燃料電池車、氫儲存、氫制備以及加氫站等的資金支持政策。2013年美國能源部在官網(wǎng)公布了《燃料電池技術(shù)辦公室未來數(shù)年技術(shù)研究、開發(fā)與示范行動計劃》，推動了氫能進(jìn)入技術(shù)開發(fā)、示范研究階段。

除了國家層面的政策外，地方政府也頒布了諸多推動氫能發(fā)展的政策，如佛羅里達(dá)州對氫能車和加氫站的年度營業(yè)稅征收上限為200×104美元，加利福尼亞州對氫能燃料電池車購買者提供5 000～6 500 美元的補(bǔ)貼。

美國燃料電池與氫能協(xié)會在2019年發(fā)布的《美國氫能經(jīng)濟(jì)路線圖》報告顯示，美國能源部每年對燃料電池和氫能的補(bǔ)貼為(1.0～2.8)×108美元，這種補(bǔ)貼政策對于促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有非常重要的意義和作用。

2.2 歐洲

歐盟為了更好地應(yīng)對能源和氣候變化的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)其減排目標(biāo)，非常重視燃料電池和氫能技術(shù)的發(fā)展。為了促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，歐洲出臺了一系列的政策鼓勵和支持氫能及燃料電池技術(shù)的發(fā)展。

歐盟在2008年，出臺了燃料電池與氫聯(lián)合行動計劃項目，在該計劃中明確提出，2009到2013年計劃投入9.4×108歐元，用于支持氫能和燃料電池相關(guān)技術(shù)的研究和發(fā)展。2011年歐盟又投入了5 300×104歐元用于“H2movesScandinavia”項目，該項目旨在提高車用氫技術(shù)和燃料電池制造技術(shù)。2013年，歐盟啟動了Horizon2020計劃，計劃投入220×108歐元用于氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)。另外，歐盟為了使已經(jīng)建有加氫站的成員國之間實現(xiàn)互通，計劃投資1.23×108歐元，建設(shè)77座加氫站，來實現(xiàn)氫能在歐盟內(nèi)部的互通。

歐盟2016年發(fā)布的《可再生能源指令》明確提出氫能將作為能源系統(tǒng)的重要組成部分，并且大力推進(jìn)《燃料電池和氫能實施計劃》，推進(jìn)氫能和燃料電池能源供應(yīng)和在交通方面的應(yīng)用。2019年，燃料電池和氫能聯(lián)合組織發(fā)布了《歐洲氫能路線圖》，該路線圖描繪了氫能燃料電池車的發(fā)展種類和數(shù)量。

2.3 日本

日本由于其一次能源對外依存度高，因此非常重視氫能的發(fā)展，早在1974年日本發(fā)布實施了《新能源開發(fā)計劃(陽光計劃)》，將燃料電池技術(shù)定為國家戰(zhàn)略[3]。2003年日本《第一次能源基本計劃》就提出發(fā)展氫能社會的概念[4]。2006年發(fā)布的《燃料電池汽車發(fā)展計劃》明確提出了燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展階段和目標(biāo)[5]。2009年發(fā)布《燃料電池汽車和加氫站2015年商業(yè)化路線圖》，明確指出2011—2015年開展燃料電池汽車技術(shù)驗證和市場示范。2013年，在《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》中，日本政府把發(fā)展氫能源作為基本國策。日本政府在2019年3月發(fā)布了《氫能利用進(jìn)度表》，在該進(jìn)度表中提到，2025年實現(xiàn)氫燃料電池汽車與混合動力汽車的價格基本持平。

3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式

3.1 美國

美國作為第一個發(fā)布了氫能戰(zhàn)略的國家，很早就完成了氫能的頂層設(shè)計。美國氫能發(fā)展是基于“能源獨立”的夢想，美國能源專家和能源部的官員認(rèn)為下一時代將是氫能時代，因而對氫能從技術(shù)到利用方式都做了詳細(xì)的規(guī)劃。在技術(shù)層面小布什政府提出了“氫燃料倡議”，重點突破與氫的生產(chǎn)、儲存和運輸?shù)认嚓P(guān)的技術(shù)，并提出要在2015年實現(xiàn)氫燃料電池車的商業(yè)化應(yīng)用[6]。由于政府的財政支持，美國出現(xiàn)了一大批擁有氫能尖端技術(shù)的企業(yè)和產(chǎn)品，如：Plug Power氫燃料電池叉車生產(chǎn)商，F(xiàn)uel Cell Energy、Bloom Energy等大型燃料電池生產(chǎn)企業(yè)，以及Air Products、Praxair等掌握氫能儲運核心技術(shù)的公司[7]。在推進(jìn)技術(shù)研發(fā)的同時，美國政府也積極推進(jìn)加氫站建設(shè)和氫燃料電池車，美國氫能經(jīng)濟(jì)路線圖顯示，美國共建設(shè)運營加氫站51座，其中絕大部分(42座)位于加利福尼亞州，燃料電池車將近6 000輛。在固定式燃料電池供能方面，美國也發(fā)展較快，約有500 MW的裝機(jī)容量。

從美國對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局可以看出，重點推進(jìn)技術(shù)研發(fā)，結(jié)合具體各州的情況因地制宜地建設(shè)加氫站、燃料電池車和燃料電池供能。但是從美國氫能發(fā)展的歷程上看，缺乏一定的持續(xù)性，特別是頁巖氣革命后，奧巴馬政府終止了“氫燃料倡議”。

3.2 歐洲

歐洲非常重視氣候變化和溫室氣體減排，因此歐洲所有的能源活動都是圍繞降低溫室氣體排放。歐洲對氫能的發(fā)展布局也是圍繞降低溫室氣體排放。歐洲氫能發(fā)展的領(lǐng)域為供熱領(lǐng)域和交通領(lǐng)域。

在供熱領(lǐng)域，英國兩家天然氣管網(wǎng)公司和北方天然氣網(wǎng)絡(luò)公司，與挪威國家石油公司合作開展一項名為H21的氫供暖項目的可行性研究。該項目計劃在英國北部海岸利茲市建設(shè)9套1.35 GW規(guī)模的天然氣自熱重整制氫裝置。該項目已進(jìn)入工程設(shè)計階段，計劃2023年可完成投資決策開工建設(shè)，通過合理規(guī)劃氫輸配管網(wǎng)，項目能夠替代利茲市370×104戶居民供暖以及工業(yè)和發(fā)電的全部天然氣需求[8]。

在交通領(lǐng)域，歐洲也在積極布局加氫站的建設(shè)，推動氫燃料電池車的發(fā)展。歐盟燃料電池及氫能合作組織數(shù)據(jù)顯示，截至2020年11月，歐洲建設(shè)加氫站144座，主要分布在德國、法國、英國等國家。

3.3 日本

日本將氫能作為國家能源戰(zhàn)略儲備，因此在技術(shù)和應(yīng)用方面都給予了非常高的重視。日本氫能重點布局在燃料電池車，目前其燃料電池汽車動力性能、續(xù)駛里程等已達(dá)到傳統(tǒng)燃油車水平[9]，日本福田汽車在全球燃料電池車市場中的占比超過了70%。日本在研發(fā)氫燃料電池車的同時也在積極推進(jìn)加氫站的建設(shè)，日本新一代汽車振興中心數(shù)據(jù)顯示，截至2020年12月，日本建成加氫站162座，在運營的137座，已覆蓋除東北地區(qū)以外的大部分地區(qū)。

日本不僅在氫燃料電池車方面有明確的規(guī)劃和布局，在燃料電池供能方面也有非常明確的規(guī)劃和目標(biāo)。目前日本分布式熱電聯(lián)供家庭用戶有23×104戶，規(guī)劃到2030年將有10%的家庭用戶使用燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)供能。同時日本也在積極開發(fā)氫能發(fā)電項目，目前雖然處于研發(fā)階段，但其目標(biāo)是到2030年實現(xiàn)發(fā)電成本17日元/(kW·h)。

4 對中國氫能產(chǎn)業(yè)的啟示

氫能產(chǎn)業(yè)在中國處于起步階段，不論從頂層設(shè)計還是基礎(chǔ)設(shè)施都存在很多需要提高的環(huán)節(jié)。

① 完善氫能產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計，做好產(chǎn)業(yè)規(guī)劃

借鑒國外氫能和燃料電池發(fā)展經(jīng)驗，同時充分結(jié)合中國國情，由專門的機(jī)構(gòu)制定氫能發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃，明確發(fā)展路線圖，統(tǒng)籌布局。

② 重視自主核心技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)

對氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)給予充分的資金支持，針對重大關(guān)鍵核心技術(shù)和設(shè)備，成立專門攻關(guān)團(tuán)隊，同時注重科研成果轉(zhuǎn)化和商業(yè)化，并對示范項目給予政策支持和資金補(bǔ)助，鼓勵邊實踐邊研發(fā)，形成良性循環(huán)。

③ 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，完善標(biāo)準(zhǔn)體系

在標(biāo)準(zhǔn)方面，加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)準(zhǔn)編制工作，參考國外情況，補(bǔ)齊國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，形成完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，為氫能和燃料電池商業(yè)化運作做好充分的準(zhǔn)備。