淺談山東省氫能產業近況及未來展望

＊朱曉玉 孫廣林

（1.東營市發展和改革委員會 山東 257100 2.廣饒經濟開發區管理委員會 山東 257300）

1.氫能產業的發展背景

氫能是一種既清潔又高效的二次能源，實現了電、氣、熱等不同能源形式間的相互轉化，其被科學家們廣泛視為21世紀中最具發展潛力的新型能源，是我們未來能源技術發展的重要方向。氫能產業是科技密集型產業，覆蓋價值鏈各個環節，產業鏈主要包括上游制氫，中游氫儲運、加氫站，以及下游市場的相關應用，涉及新能源新材料、交通運輸、工業制造、電力裝備、國防工業、軍事應用等諸多領域，可極大推動傳統產業的轉型升級、提質增效并催生新業態、新模式。現如今我國經濟形勢持續低迷、嚴重缺乏強有力的新型帶動產業，隨著對氫能認識的不斷增加，我國逐漸將氫能提升至國家戰略層面，并對其發展規劃、發展路線圖及其相關支持政策都做了部署，以期保障能源安全，拉動經濟增長。根據統計數據顯示，目前我國氫氣的產能約為每年4100萬噸左右，其產量約為3342萬噸左右，既是目前世界最大氫能生產國也是最大的消費國[1]。根據相關數據預測到2050年我國氫氣的需求量將會接近6000萬噸左右，預計可以減排約7億噸的CO2，屆時氫氣將會占我國終端能源消耗總量的份額接近10%。

作為工業和能源大省的山東，目前正面臨著傳統化石燃料消費總量與環境容量的嚴峻挑戰，處在新舊動能轉換、經濟轉型升級的關鍵階段。山東一直在積極加快推動氫能產業的發展，推進新型能源生產和能源的消費革命，著力構建清潔高效合理的能源體系，助力山東省的新舊動能轉換、實現高質量發展。鑒于山東省傳統的工業基礎，首先山東立足自身產業優勢，不斷加強全省的產業頂層設計，實行科學謀劃整體布局。2018年山東省印發了《山東省新能源產業發展規劃（2018—2028年），此后2020年山東省又率先出臺了省級層面氫能的十年發展規劃—《山東省氫能產業中長期發展規劃(2020—2030年)》，該規劃強調力爭利用10年時間，實現山東省氫能產業規模從小到大、產能由弱變強的突破，并提出全力打造以濟南為核心的“中國氫谷”和以青島為核心的“東方氫島”兩大品牌，規劃建設“魯氫經濟帶”，實施“氫進萬家”工程，同時發展國家氫能與燃料電池示范區，為實現山東省的高質量發展提供堅強保障[2-3]。

2.山東省氫能產業近況

山東省“兩高”問題比較突出，因此在山東大力推廣發展氫能，對于緩解當前山東不合理的能源結構以及所面臨的能源緊缺和難以根除的環保難題是非常重要的。能源大省轉型向“氫”，是對山東省如期實現“碳達峰”“碳中和”目標新路徑的重要探索，這將會為山東的產業結構和能源結構轉變帶來前所未有的新機遇和新挑戰。山東省的年均氫產量一直占據全國首位，且其大部分氫為具有品質好、價格低等優勢的工業副產氫[3]。目前，山東省集聚了山東能源、山東重工、濰柴集團、勝利油田、東岳集團、中國重汽集團、山東高速集團等一大批涉氫的大中型龍頭企業及事業單位，這些單位貫穿了氫能發展的全產業鏈中的各個環節。總之，山東作為我國最重要的化工產業基地，本身具有其他省市所沒有的先天優勢，為山東省推進氫能產業的發展提供了強力支持。

（1）氫能制備。目前全球范圍內，傳統化石能源的化學重整依然是制備氫能最成熟且最主要的途徑，天然氣重整約占總氫產能的48%，而目前在大力推進發展的可再生能源電解水制氫僅占目前市場的4%左右。工業副產氣和煤氣化制氫是我國制氫主要方式，我國采用電解水制氫比例很小，只能占到1%[4]。

①化石燃料制氫。由于我國天然氣資源貧瘠、對外依存度較高，制氫成本為0.8～1.75元/m3，相對來說較高。而我國煤炭產量充足、煤制氫技術較為成熟，其成本約為0.55～0.83元/m3[4]。山東兗礦集團是山東省運用該項技術的代表企業，目前兗礦利用其一流的煤制氫技術已經可以實現低成本和大規模制氫，打造了氫能從制備到純化再到儲存運輸一整套的產業體系，已經做到推進氫能源分布式和集中式供給系統示范應用。

②工業副產制氫。工業副產氫是指在某些化學工業生產過程中，副產出氫氣。目前我國企業已經推廣采用變壓吸附技術（PSA）提純制氫，主要以焦爐煤氣和氯堿尾氣為原料。山東能源集團、山東重工和山東國惠共同成立山東氫能源與燃料電池產業聯盟，同時該聯盟又與中國石油大學（華東）共建了“石大-山能”新能源學院，已掌握了工業副產制氫的核心技術，其中包括利用焦爐煤氣制氫，并實現了高純氫氣的分離，而且也建成首座將“氫、電、醇、氣、油”融為一體的綜合能源補給站[5]。此外，齊魯石化研究院也在該方面做了大量的工作和研究，由該研究院承擔的節能型氫類蒸汽轉化催化劑組合技術研發專項課題已經取得了階段性成果，該項技術順利投產使用后可以降低偏遠地區的氫氣輸送成本，從而可以實現燃料電池所需氫氣的低成本快捷式。

圖1 氫能制備原理圖

③電解水制氫。現在電解水制氫的成本正在逐步下降，可再生能源電解水制氫將成為主要制氫方式，并逐漸替代傳統化石能源制氫[6-8]。2022年8月，山東奧揚科技公司正式下線了山東省的首臺1200Nm/h堿式電解水制氫裝備，該制氫裝備是目前山東省單槽產能最大的用于電解水制氫的裝備，在安全、壽命、效率三方面領先于行業的同類產品，同時該成果也成功填補了我國在堿式電解水制氫技術方面的多項空白。2023年5月，勝利油田石化組織的《光伏發電電解水制氫示范工程》正式啟動，該項目利用已建6MW分布式光伏發電工程所發綠電作為清潔電源，建設堿性電解水制氫裝置1套。該項目主要采用堿式電解水制氫工藝的技術來制取綠氫，可以實現年產99.999%的高純度的綠氫至少123噸，與現有干氣制氫相比，可以實現年減排CO2至少2535噸。此外，山東塞克賽斯氫能源有限公司專注于利用固體聚合物電解質陽離子（質子）交換膜，之前由該公司承擔并組織研發的《兆瓦級固體聚合物電解質純水電解》的國家重點研發計劃項目，已被中華人民共和國科學技術部評定為重點專項重大成果，該技術的未來發展應用潛力巨大。

（2）氫能儲運。高壓儲氫罐氣態儲氫、低溫液態儲氫、金屬固態儲氫是當前應用比較廣泛的儲氫技術。氫能的運輸主要通過陸上輸送、海上輸送以及管道輸送等方式進行[9]。高壓儲氫罐氣態儲氫主要是指在氫氣臨界溫度以上利用高壓壓縮存儲氣態氫于高壓罐中，該項儲氫技術是目前全世界發展最成熟也是最為常用的儲氫技術，目前我國的絕大部分加氫站都是采用高壓儲氫罐氣態儲氫[10]。2017年，勝利新大新材料股份有限公司參與了中石化重大項目碳纖維車載儲氫氣瓶的研制，并配合完成車載Ⅳ型儲氫氣瓶的實驗室驗證工作，掌握了量產的初步技術，力爭成為國內首個產業化70MPa碳纖維儲氫氣瓶的單位。2021年，中國石化山東石油建設的全國首座高速公路加氫站在濟青高速公路淄博服務區投入運營，串聯起了以齊魯石化為中心的淄博、濟南、濱州氫能產業圈。山東港口集團也重磅推出了智慧綠色港項目計劃，計劃投資建成我國首個港口加氫站、2座集卡自動換電站、5座LNG加氣站，首創橋吊柔性光伏發電，電、氣、氫等清潔用能占比達到55%。

（3）氫能應用。氫燃料電池通過氫與氧的化學反應產生電能，不同于傳統熱機，不需要熱能和機械能發生器的中間轉化，轉化效率可達到40%～60%，并且無污染、無噪聲。濰柴動力、東岳集團、力行氫能等企業都有所布局。其中由濰柴集團牽頭組織開展了《燃料電池發動機及商用車產業化技術與應用》的國家重點研發計劃項目課題，同時濰柴集團牽頭創建了國家燃料電池技術創新中心，開發了可以應用到多種場景的30～120kW的燃料電池發動機產品，并且建成了超大規模氫燃料電池發動機工廠。東岳集團持續加大對質子交換膜及其相關的配套材料的研發投入，先后推出氫燃料電池膜、液流電池膜、電解制氫膜等核心產品，已經實現了燃料電池質子交換膜關鍵裝備和核心技術的完全自主可控。此外，山東能源研究院組建了氫能燃料電池功能實驗室，主要致力于攻克燃料電池關鍵技術和示范應用。2021年，中石化青島煉化公司承擔了青島市氫能資源基地項目建設，該項目的啟動是目前山東省內最大的氫燃料電池供氫工程，極大提升了山東省的氫氣生產和氫氣供應能力，這為山東省打造“東方氫島”提供了強有力保障。

3.未來發展重點方向

總體而言，山東省氫能產業的發展在全國已經處于領先水平，但仍存在裝備制造水平不高、產業創新能力薄弱、部分核心零部件和關鍵技術仍然被國外卡脖子等問題。

首先，我們應該積極主動去突破氫能產業的核心關鍵技術難題，實現其國有化。緊密圍繞氫能產業鏈，統籌整合科研資源，推動精干力量攻堅突破綠色制氫、氫氣儲運、車用燃料電池和整車制造等四大方向：發展綠色制氫技術，重點攻克MW級PEM電解制氫技術；力爭攻克70MPa高壓儲氫罐的核心制造技術，繼續加強金屬儲氫技術開發；全力支持開發價格低、穩定性好、耐久性強的高功率車用燃料電池堆；重點研究燃料電池整車氫—電混合動力系統，提高燃料電池整車經濟性、安全性。

其次，優化氫能設施布局建設。進一步加強“制”“儲”“運”“用”全產業鏈條配套設施，推廣與氫能開發應用相協調的一系列基礎設施網絡。積極加快推進加氫站建設，優先支持在濟南、青島、淄博等地布局建設加氫站；支持利用現有加油加氣站的常規設施改擴建加氫站，鼓勵探索站內制氫儲氫加氫一體化模式。發揮我省較發達高速公路網絡優勢，在具備建設條件的高速公路服務區配套建加氫站，積極打造氫能高速走廊。

最后，推進產業融合發展。積極推動氫能產業與石油化工、機械制造、新材料、鋼鐵、海上風電等產業的協同發展，促進氫能產業與傳統產業深度融合、互動發展。探索氫能產業與新興的工業互聯網、人工智能、大數據等數字化技術相融合，在山東省全面建設氫能運營監測調控體系。同時，還應該大力支持氫能產業與旅游、電子商務、物流等服務業的相互融合發展，讓氫能逐步有序的融入社會各個領域，早日應用到我們的生活場景中。