“雙碳”背景下氫能產(chǎn)業(yè)鏈標準化現(xiàn)狀及建設(shè)思考

王璐 張靜珠 孫陽陽 張旭 張巖

關(guān)鍵詞：氫能，產(chǎn)業(yè)鏈，標準化

0引言

氫能屬于二次可再生能源，可以克服煤炭、石油等一次能源的不可再生性及價格敏感性，提高能源系統(tǒng)彈性，是建設(shè)新型能源體系、保障國家能源安全的戰(zhàn)略選擇。同時，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的核心技術(shù)、關(guān)鍵材料及重要裝備等瓶頸突破將支撐我國制造業(yè)升級壯大，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈良性循環(huán)和創(chuàng)新發(fā)展。

近年來，我國對氫能產(chǎn)業(yè)的重視程度不斷提高。2019年，氫能首次被寫入《政府工作報告》，提出要“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。2022年3月國家發(fā)改委發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021–2035年）》[1]，首次對我國氫能產(chǎn)業(yè)進行中長期規(guī)劃，對中國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有深遠的意義。

標準是經(jīng)濟活動和社會發(fā)展的技術(shù)支撐，是產(chǎn)業(yè)規(guī)范化、規(guī)?；l(fā)展的重要基礎(chǔ)。伴隨著我國氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，相關(guān)科研創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化落地，部分標準滯后于行業(yè)發(fā)展，成為制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素之一。2023年8月，國家標準委等6部門聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)標準體系建設(shè)指南（2023版）》[2]，首次系統(tǒng)構(gòu)建氫能制、儲、輸、用全產(chǎn)業(yè)鏈標準體系。今后，對于如何完善氫能標準體系、充分發(fā)揮標準對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、引領(lǐng)性作用，值得進行深入研究和探討。

1氫能產(chǎn)業(yè)鏈介紹

氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體可以分為上游氫制備，中游氫儲運、氫加注，下游氫能應(yīng)用幾大環(huán)節(jié)，如圖1所示。

1.1氫制取

目前，氫氣制取主要有以下3種較為成熟的技術(shù)路線：一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源制氫（灰氫）；二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫（藍氫）；三是以太陽能、風能為代表的可再生能源通過電解水制氫（綠氫）。其中“綠氫”在制備過程中基本不產(chǎn)生溫室氣體，脫碳效果最好，是最理想的氫能形態(tài)。目前“綠氫”僅占全球制氫規(guī)模的4%左右，有很大的增長空間。

1.2氫儲運

因氫氣具有低密度、易燃易爆等特點，安全高效的儲運技術(shù)成為氫能大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展的前提。根據(jù)氫儲存狀態(tài)的不同，可分為高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、有機氫化物儲氫和固體儲氫等方式。氫輸運主要有公路、管道、鐵路、輪船運輸4種方式。

1.3氫應(yīng)用

氫能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涉及工業(yè)、交通、建筑、發(fā)電、航空航天等各個行業(yè)。一是可以作為原料用于合成氨和甲醇，或者作為還原劑替代天然氣用于金屬冶煉；二是可以作為燃燒燃料用于工業(yè)或建筑供熱；三是可以通過燃料電池技術(shù)應(yīng)用于汽車、軌道交通、深海潛水、航空航天等領(lǐng)域；四是可以作為一種新型儲能形式儲備電能。

2主要發(fā)達國家氫能戰(zhàn)略及標準化情況

《國際氫能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告2023》顯示，截至2022年12月，全球已有42個國家（或地區(qū)）發(fā)布了明確的氫能發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃[3]，其中歐洲、美國、日本戰(zhàn)略最具影響力。

2.1歐洲

歐盟于2020年7月成立歐洲清潔氫能聯(lián)盟（ECH2A），并于2021年10月發(fā)布《關(guān)于障礙和環(huán)節(jié)措施的聯(lián)盟圓桌會議報告》，指出缺乏氫能標準是推廣氫能技術(shù)和應(yīng)用的重要障礙。2023年3月1日，ECH2A制定并發(fā)布《歐洲氫能標準化路線圖》，路線圖涵蓋制氫、氫基礎(chǔ)設(shè)施（運輸、儲存、交付）、輸配電、工業(yè)應(yīng)用、交通運輸（車輛、鐵路、船舶、航空）、能源系統(tǒng)一體化（發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、電網(wǎng)）、建筑-住宅應(yīng)用、交叉領(lǐng)域等全產(chǎn)業(yè)鏈在技術(shù)、標準化等方面的需求、優(yōu)先事項和時間表[4]。

德國于2023年7月發(fā)布更新版的《國家氫能戰(zhàn)略》[5]，從加強氫能供應(yīng)、加強氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推動氫能在各行業(yè)落地應(yīng)用、建立可持續(xù)性標準和認證等方面制定了加速氫能市場的具體方案。意大利、法國、荷蘭、西班牙等國，于2020年分別頒布了國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略。英國接連于2021年8月、2022年4月發(fā)布其《國家氫能戰(zhàn)略》、新版《能源安全戰(zhàn)略》及《氫能投資者路線圖》，支持氫能發(fā)展成為英國未來核心能源之一[6]。

2.2美國

半個多世紀前，美國利用氫作為火箭推進燃料，并在航天器上安裝了美國制造的氫燃料電池，將人類首次送上月球。從那時起，美國在氫能和氫燃料電池領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先地位。2023年6月5日，美國能源部發(fā)布《國家清潔氫能戰(zhàn)略和路線圖》，旨在通過可持續(xù)、有競爭力、公平的方式推進和利用氫能技術(shù)，加強其能源領(lǐng)導(dǎo)地位，降低清潔氫成本，創(chuàng)造大量新的投資和就業(yè)機會，并實現(xiàn)去碳化目標[7]。

美國能源部（DOE）等政府機構(gòu)的投資已產(chǎn)生了1200多項氫能和燃料電池專利、30項商業(yè)技術(shù)以及65項可能在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)化的技術(shù)。目前，美國是僅次于中國的世界第二大氫生產(chǎn)國和消費國，擁有眾多的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟與學術(shù)團體，已建立完整的氫能標準體系，共發(fā)布氫能技術(shù)標準147項，其中國家標準31項、行業(yè)標準116項[8]。

2.3日本

日本早在1974年就通過制定《月光計劃》啟動制氫技術(shù)、燃料電池、液化儲氫等方面的研發(fā)工作。2011年福島核事故之后，日本更加重視氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2014-2023年，多次修訂《能源基本計劃》和《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，不斷修正氫供應(yīng)量目標、氫安全戰(zhàn)略和氫產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略。目前，日本已實現(xiàn)燃料電池車和家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)的大規(guī)模商業(yè)化推廣，尤其在氫燃料電池汽車領(lǐng)域，日本汽車公司的技術(shù)研發(fā)實力全球領(lǐng)先。

截至2022年年底，日本在氫燃料電池汽車領(lǐng)域的專利數(shù)在全球占比高達56.3%，超過中、美、德、韓和其他國家相關(guān)專利數(shù)的總和，位居世界首位。共建成164座加氫站，約占全球20%，僅次于中國、韓國排名世界第三。已建立完善的車用氫能安全標準體系，發(fā)布相關(guān)標準82項，其中國家標準27項，行業(yè)標準55項[9]。

3我國氫能產(chǎn)業(yè)與標準化現(xiàn)狀

當前，我國氫能產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈已初步打通，氫能產(chǎn)業(yè)布局明顯提速，各地競相發(fā)展氫能與氫能應(yīng)用，已有28個省市發(fā)布涉氫政策400余項，氫能供應(yīng)能力強、需求量大，發(fā)展前景廣闊。據(jù)預(yù)測，到2030年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破1萬億元，加氫站數(shù)量達到1000座，燃料電池車輛保有量達到200萬輛。到2050年，氫能在交通運輸、儲能、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域?qū)⒈粡V泛使用，氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過10萬億元，正式進入氫能社會[10]。

據(jù)統(tǒng)計，截至2023年年底，我國已發(fā)布與氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)標準400余項，其中國家標準129項、行業(yè)標準66項、地方標準19項、團體標準200余項；已立項正在制定國家標準24項、行業(yè)標準7項。對比氫能產(chǎn)業(yè)鏈上下游節(jié)點，標準制修訂范圍涵蓋基礎(chǔ)與安全、氫制備、氫儲存和輸運、氫加注、氫能應(yīng)用各環(huán)節(jié)，標準數(shù)量見表1，分布圖如圖2所示。

“十四五”以來，我國氫能產(chǎn)業(yè)標準化更是爆發(fā)式發(fā)展，2021-2023年3年間共發(fā)布相關(guān)國家標準25項、行業(yè)標準7項、團體標準170項；已立項正在制定的國家標準18項、行業(yè)標準8項。標準化在全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的活躍度明顯增強，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢一致。

4我國氫能產(chǎn)業(yè)與標準化存在的問題

與發(fā)達國家相比，我國氫能產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初級階段，還存在一些短板。

4.1綠氫產(chǎn)量少

我國目前主要以化石能源制氫為主，其中煤制氫產(chǎn)量約占我國氫氣總產(chǎn)量的62%。綠氫生產(chǎn)成本偏高、專用基礎(chǔ)設(shè)施不足、能量損失較大，距離商業(yè)化推廣還有一段距離。目前通過可再生能源電解水制備綠氫的數(shù)量非常少，預(yù)計到2025年可再生能源制氫量只有10～20萬噸/年。標準數(shù)量上，氫制備環(huán)節(jié)共發(fā)布標準48項，占標準總數(shù)的12%。但多數(shù)標準針對氫分離與提純、化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫、電解水制氫等方面，僅有個別標準涉及可再生能源制氫（綠氫）。

4.2儲運技術(shù)“卡脖子”

目前我國在低溫液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫、管道輸氫等方面技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化水平比較薄弱，與國外技術(shù)先進地區(qū)差距較大。氫儲運環(huán)節(jié)共發(fā)布標準54項，其中，液態(tài)、固態(tài)儲氫相關(guān)標準10項，輸氫管道相關(guān)標準僅4項。從終端氫氣價格組成來看，氫氣儲運成本約占總成本的30%，經(jīng)濟、高效、安全的儲運氫技術(shù)已成為當前制約我國氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的主要瓶頸之一。

4.3產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展不均衡

據(jù)統(tǒng)計，2023全年我國氫氣產(chǎn)量超過4200萬噸，約占全球需求的三分之一，居全球首位。截至2023年年底，我國已累計建成加氫站428座，在營274座，其中2023年新增加氫站70座，總量、增量均位居全球首位；氫燃料電池汽車累計銷售1.8萬余輛，僅次于韓國排名全球第二。我國在制氫、加氫站建設(shè)、氫燃料電池車應(yīng)用環(huán)節(jié)發(fā)展突出，這與我國重視氫能安全、各地補貼加氫站建設(shè)與氫燃料電池汽車發(fā)展密切相關(guān)。這也導(dǎo)致了我國氫能應(yīng)用場景較為單一，在氫能儲能、熱電聯(lián)供、工業(yè)等方面發(fā)展不成熟、技術(shù)水平不高。標準制修訂情況也同時能反應(yīng)各環(huán)節(jié)發(fā)展情況，基礎(chǔ)與安全、氫能應(yīng)用兩個環(huán)節(jié)的標準數(shù)量最多，總數(shù)超過260項，約占全部標準數(shù)量的63%。在氫能應(yīng)用已發(fā)布的171項標準中，氫燃料電池及交通應(yīng)用方面的標準數(shù)量達113項，而氫能在儲能、發(fā)電、工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的標準總和僅28項。

5對策建議

5.1充分發(fā)揮政府引導(dǎo)作用

目前，與科技密切關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)已進入大國博弈維度，國家政策是推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，維持產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢不可或缺的舉措。氫能產(chǎn)業(yè)迫切需要在國家層面結(jié)合各環(huán)節(jié)現(xiàn)狀，做好全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展與標準體系建設(shè)規(guī)劃。比如：上游鼓勵合理有序開發(fā)利用“綠氫”，中游完善儲、輸、加等氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，下游關(guān)注氫能交通配套技術(shù)及氫能儲能、熱電聯(lián)供等應(yīng)用技術(shù)等。適時調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局策略、升級技術(shù)標準與安全規(guī)范，促進氫能產(chǎn)業(yè)鏈均衡有序發(fā)展。

強化地方政府規(guī)劃引導(dǎo)作用，因地制宜理性布局氫能產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)健康有序和集聚發(fā)展。例如：在焦化、氯堿、丙烷脫氫等行業(yè)集聚地區(qū)，優(yōu)先利用工業(yè)副產(chǎn)氫，鼓勵就近消納；在風光水電資源豐富地區(qū)，開展可再生能源制氫示范[11]，探索“綠氫”規(guī)模化應(yīng)用的途徑等。

5.2推動技術(shù)創(chuàng)新與標準化協(xié)同發(fā)展

充分調(diào)動產(chǎn)學研用各方的積極性，鼓勵產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)、領(lǐng)軍企業(yè)牽頭攻關(guān)關(guān)鍵材料、核心零部件關(guān)鍵技術(shù)、車載儲氫系統(tǒng)在線檢測、氫能儲能等關(guān)鍵技術(shù)，聯(lián)合上下游企業(yè)、高校院所、實驗室等，整合人才資源、技術(shù)資源，共同實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進步，做到氫能項目同部署、同實施、同攻關(guān)。加快制定一批氫安全、氫能檢測評價、輸氫管道、加氫站設(shè)備、燃料電池系統(tǒng)及其零部件、燃料電池汽車等方面的標準，以標準促進技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用[12]。

5.3深度參與國際標準化工作

在開展國內(nèi)標準研制的同時，深度參與國際標準化工作，積極提升氫能國際標準化水平。一方面，要對標國際先進水平，消化吸收國外先進標準，帶動國內(nèi)氫能關(guān)鍵技術(shù)和管理水平提升，并加速完善我國的氫能標準體系；另一方面，要提高企業(yè)、高校院所等的國際標準化能力，加快將國內(nèi)先進技術(shù)和創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為國際標準的速度，提高我國氫能產(chǎn)業(yè)的國際影響力。