基于“雙碳”目標的河北省氫能產業布局規劃

摘 要：合理規劃氫能產業布局，加速氫能產業推廣，持續推進綠色能源結構調整，對實現“雙碳”目標具有重要意義。基于此，針對河北省提出了其氫能產業布局規劃。首先通過梳理河北省的能源現狀及現有能源結構的困境與需求，分析了河北省氫能產業發展的優勢與阻礙；綜合把握河北省目前的政策導向和經濟環境，提出了適宜該地區的氫能產業布局方向與各下屬地區適宜的氫能發展策略；最后從政府、新能源發電站、氫能相關產業制造商層面提出了幾點建議。分析結果表明：1）張家口地區以風電制氫為主，可發展以綠氫替代煤作為原料直供化工體系，或生產氫燃料電池汽車；雄安新區、保定地區以氫能創新產業為主，同時可發展氫燃料電池汽車產業；承德、秦皇島、唐山、滄州、衡水等地區可開發氫動力船舶產業和氫能貿易；廊坊、石家莊、邢臺、邯鄲等地區可發展氫能儲運裝備制造、工業副產氫提純產業。2）建議政府有計劃、有側重地針對各地情況制定氫能相關扶持政策與補貼計劃，加大財政支持，強化人才支撐；建議新能源發電站充分利用氫儲能，盡可能以“就近制取、就近使用”為原則，在電廠附近配套建設制氫工廠和加氫站；建議氫能相關產業制造商與高校、研究所合作，建設氫能研發創新平臺，重點解決制氫、儲氫、運氫時面臨的難題，降低氫能產業鏈成本。以期研究結果為河北省布局氫能產業提供參考。

關鍵詞：“雙碳”目標；能源結構；氫能應用；綠色轉型；氫能產業；布局

中圖分類號：TK91 文獻標志碼：A

0 "引言

能源結構深度脫碳、發展低碳清潔能源已成為世界能源發展的必然趨勢。2020年9月，中國首次正式提出“雙碳”目標，旨在2030年實現碳達峰，2060年實現碳中和。氫能作為1種來源廣、零污染、零碳排放的綠色能源，對于推動“雙碳”目標的實現具有重要意義[1]。自2016年中國發布《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》以來，相關部門先后出臺了多項政策來引導和鼓勵氫能產業的發展；然而，在推廣氫能應用的過程中仍存在一些問題。因此，準確判斷能源轉型趨勢，綜合把握地區條件，因地制宜提出布局規劃策略，有利于氫能的推廣利用。

氫能產業的發展受多種因素的影響，研究表明，其發展需要綜合考慮能源結構、經濟環境及技術創新等方面的因素。比如：漆璐等[2]指出了中國的能源結構和氫能市場需求，并分析了制氫裝置的發展難點；倪耀琪等[3]指出，在 “雙碳”目標推動下，氫能產業發展存在大機遇，且發展路徑呈現多元化；凌文等[4]指出，受技術和成本的限制，中國的氫能產業基礎設施發展并不完善，嚴重制約了該產業的發展。氫能產業涉及氫能的生產、儲運等多個環節，需兼顧成本、環保和技術等多個要素才能推動該產業的大規模發展[5]。

氫能產業的大規模發展推動了氫能在不同領域的應用。在工業領域，現有工業原料可用綠氫來替代，從而可大幅促進工業的綠色生產[6]；在交通領域，氫燃料電池作為新型清潔能源汽車的電力儲備裝置，正在中國交通領域發揮重要作用[7-9]；在電力領域，Biserica等[10]提出以光伏發電、風電、水電這些可再生能源供電制氫，再將氫能應用于新型電力系統的“源網荷”各個環節。綜上可知，氫能在工業、電力、交通等領域均起到了舉足輕重的作用[11]。

為促進氫能產業規模化推廣，本文基于“雙碳”目標，針對河北省氫能產業提出相應的布局規劃。首先根據河北省的能源結構和能源發展現狀，分析氫能產業在河北省的發展優勢與阻礙；其次，通過把握河北省氫能產業的相關政策，綜合該省的自然資源條件，提出適合該省的氫能產業布局與各下屬地區的建設重點；最后，針對政府、新能源發電站、氫能相關產業制造商提出幾點建議。

1 "河北省現有能源發展分析

1.1 "能源現狀

河北省環抱京津地區，西依太行山脈、北臨燕山山脈、東臨渤海，具有風能資源、太陽能資源、水能資源及煤炭資源等自然資源稟賦。

1）風能資源。主要分布在張家口、承德、唐山、秦皇島等地區。其中，張家口和承德地區因靠近燕山山脈，地勢起伏較大，100 m高度處年平均風速可達5.4～8.0 m/s，風能資源豐富。唐山、秦皇島、滄州等地區因靠近渤海，受海洋天氣影響，100 m高度處年平均風速在5.0～7.0 m/s左右，海上風能資源豐富。

2）太陽能資源。河北省的整體太陽能資源分布呈現地域性規律，西北地區的地勢高，東南地區地處平原，因此，河北省整體太陽輻射量從西北向東南依次遞減。西北及北部高原地區的年總太陽輻射量在5600～5891 MJ/m2之間，全年日照時數為3000～3200 h，太陽能資源較為豐富；中南部和東部部分地區的年總太陽輻射量在4900～5200 MJ/m2之間，全年日照數為2200～3000 h，太陽能資源屬于中等水平。

3）水能資源。河北省河流眾多，分屬海河、灤河、遼河、黑龍港河和內陸河水系，其中，海河是其最大的水系。河北省內海河流域面積為17.16萬km2，占河北省總面積的91.44%。但由于河流均流入華北平原，水位落差小，導致省內的水能資源并不豐富。

4）煤炭資源。河北省的煤炭資源豐富，主要分布在唐山、邯鄲、邢臺、張家口等地區。截至2023年底，河北省的煤炭保有儲量達229.01億t，全國排名第12位。

1.2 "能源發展存在的問題

當前，河北省的能源發展存在以下問題：

1）能源結構不均衡。河北省現有能源結構以煤炭為主，但煤炭資源主要分布于唐山、邯鄲、邢臺和張家口等地區，其他地區的煤炭資源相對較少。

2）對煤炭資源依賴。因為擁有豐富的煤炭資源，河北省形成了以鋼鐵、化工、建材等為主體的重工業體系[12]。隨著河北省工業化進程加速推進，工廠排放的廢氣、廢水及固體廢棄物均對環境造成了嚴重污染。

3）新能源消納與電網安全運行問題。冀北地區新能源資源豐富，但出線容量受限導致新能源消納不足，“棄風”“棄光”現象嚴重。冀南地區是河北省化工行業的主要分布區域，其對用電量需求較高，但用電負荷的峰谷特性和發電機組的調峰調頻特性與新能源發電的隨機性、波動性之間存在矛盾。

2 "河北省氫能產業發展的優勢與阻礙

河北省氫能產業的發展初有成效，且具有獨特發展優勢，但仍然面臨一些發展阻礙。

2.1 "河北省的氫能產業發展優勢

2.1.1 "基礎優勢較好

截至2023年底，河北省已建成23座加氫站，推廣氫燃料電池汽車1160輛，氫能全產業鏈產值達50億元。2022年河北省部分氫能項目情況如表1所示。

2.1.2 "儲運便利

截至2020年，河北省的交通運輸建設取得巨大發展，公路網絡化布局已基本形成，總長度達到20.5萬km，“六縱六橫”的公路網絡聯通了省內主要城市群，為氫能的陸地運輸提供了有利條件[13]。河北省東臨渤海，港口建設已初具規模，截至2023年底已有秦皇島港、唐山港、黃驊港3個主要港口，共計257個港口泊位，可以實現氫能在不同沿海城市間的海上運輸。在陸地交通路況復雜的情況下，氫能更適合采用船舶運輸[14]。此外，河北省大力推動“京津冀”交通一體化，聯接京津冀地區主要城市的交通基礎設施逐漸完善，可以實現河北省氫能向京津地區的運輸。

2.2 "河北省的氫能應用途徑

河北省的氫能應用途徑主要體現在電力領域、交通領域及工業領域。

1）電力領域。冀北地區的過剩新能源電力無法上網時，可利用氫能作為儲能介質，如此不僅可以促進新能源的消納，提高能源利用率，還能對新能源發電的輸出功率進行有效調節，降低電網波動[15]。而儲存的氫能可通過燃料電池實現再發電，冀南地區的用電量較大，在電網超負荷運行時，氫能發電可以擔任調峰調頻的任務，能有效解決冀南地區的用電負荷峰谷特性和發電機組調峰調頻特性與新能源發電隨機性、波動性之間的矛盾，實現電網的電能平衡[16]。此外，制氫-儲氫-氫燃料電池構成了微電網[17]，可以實現小規模分布式的熱電聯供，有助于為河北省偏遠地區供能。

2）交通領域。相較于傳統的燃油汽車和鋰電池汽車，氫燃料電池汽車具有充氫快、續航久、冷啟動快、碳排放量少的優點，更適合中長距離運行和重載運輸[18]。河北省作為推廣氫燃料電池汽車的5大示范城市群之一，其2023年氫燃料電池汽車推廣量為2354輛。2023年中國5大示范城市群的氫燃料電池汽車推廣數量如圖1所示。

3）工業領域。河北省的產業結構偏向重工業，形成了以鋼鐵、化工、建材等為主體的工業模式，使用優質原料和采用低碳工藝流程是工業脫碳的重要環節。在化工行業生產過程中，加氫處理、加氫裂化和脫硫環節是氫氣的主要使用場景[19]，且化工行業對氫氣的需求量正逐年增加。在煉制鋼鐵的過程中，氫氣可以代替焦炭、煤或天然氣作為還原劑，從而能大幅降低煉鐵過程中的碳排放量。

2.3 "河北省氫能產業發展中遇到的阻礙

河北省氫能產業發展也面臨一定的困難和阻礙，具體體現在以下3個方面。

1）核心技術存在不足。河北省通過化石能源制氫和工業副產氫均會產生大量碳排放，且能源利用率不高，所產氫氣的雜質較多，需進一步凈化提純。電解水制氫技術可以有效解決以上問題[20]，目前較為成熟的、商業化使用較多的是堿性電解水制氫技術，但其存在電解效率較低、動態性能弱的弊端；相比之下，質子交換膜電解水制氫技術具有較高的電解效率，但其成本高、能耗大、設備使用壽命短，未來仍需取得技術突破，以降低成本。

2）發展成本相對較高，基礎設施不完善。氫能的生產、儲存和運輸等環節的成本都較高，中國的終端氫燃料成本約為6.8～7.9 美元/kg[19]。制氫儲氫站和加氫站的一次投資成本均較高，且存在前期收益較低、基礎設施不完善、加氫站覆蓋率相對較低的情況。

3）能源結構轉型難度較大。河北省的產業結構偏向重工業，能源結構以煤炭為主體，鋼鐵、化工和建材等重工業的發展是推動河北省經濟發展的重要部分。大規模的重工業為氫能產業帶來大量的“灰氫”和“藍氫”，但“雙碳”目標需要大量的“綠氫”的生產，而河北省的新能源分布不均衡導致“綠氫”生產受限。此外，河北省人口眾多，用戶的用能需求較高，短時間內煤炭資源的利用不會大幅減少，因此實現能源結構轉型難度較大。

3 "河北省的氫能產業布局規劃

3.1 "政策環境

河北省發展改革委先后出臺了《河北省推進氫能產業發展實施意見》（冀發改能源[2019] 1075號）、《河北省氫能產業鏈集群化發展三年行動計劃（2020—2022年）》、《河北省2021年氫能產業重點謀劃推進項目清單（第二批）》等政策來推動氫能產業的發展。此外，張家口、保定、邯鄲、唐山等市也先后制定了支持氫能產業發展的相關政策。

3.2 "可發展方向

結合河北省的自然資源稟賦條件及氫能應用途徑，建議該省氫能產業未來可向以下方向發展。

1）從氫燃料電池汽車擴展至船舶領域。合理利用河北省的水運優勢，采用以氫燃料電池為動力源的船只代替以柴油發電機為動力源的船只，協助水運交通系統脫碳。

2）提升加氫站覆蓋率，有利于氫能資源的合理調配。

3）工業副產氫提純，以氫氣代替焦炭和天然氣。河北省的經濟結構以重工業為主，且能源消費以煤炭為主，為實現國家“雙碳”目標，勢必要壓縮該省的重工業產能，從而對該省的經濟產生影響。若采用氫氣代替焦炭或天然氣作為工業原料，可在減少污染氣體排放的同時保證產能。

3.3 "產業布局

氫能產業的首要發展目標在于因地制宜地挖掘氫能產業鏈與當地能源體系的連接，在進一步朝清潔能源供能方向發展的同時，拉動當地經濟發展。基于該目標，規劃出的河北省氫能產業布局示意圖如圖2所示。

1）張家口地區以風電制氫為主，可發展以綠氫替代煤作為原料直供化工體系，或生產氫燃料電池汽車。張家口市位于河北省西北地區，地處冀、晉、蒙、京四省（市）交界處，是國家級可再生能源示范區。張家口地區的優勢在于：①風能資源豐富，區域內分布著主要的風電制氫公司（比如：河北鴻蒙新能源有限公司、張家口市交投氫能源發展有限公司等），有利于為當地的氫能利用項目提供廉價、便捷的氫源；②氫能產業發展具備一定的基礎，擁有河北省主要的氫燃料電池汽車生產企業（比如：億華通動力科技有限公司），有利于進一步開發氫能與交通系統耦合的產業；③經濟基礎較好，河北省發展改革委印發的《河北省2020年氫能產業重點項目清單（第一批）》中，所有項目的總投資約為87億元，其中近半數項目在張家口市。

2）雄安新區、保定地區以氫能創新產業為主，同時可發展氫燃料電池汽車產業。雄安新區和保定地區發展氫能創新產業的優勢包括：①具有政策與創新優勢，可以吸納和聚集京津地區及國內外的創新資源。雄安新區作為中國第3個新區，正在承接多所高校的疏解工作。而保定地區分布著河北大學、華北電力大學（保定）等高校，其中華北電力大學的科研水平位于國內能源行業前列，有利于河北省的氫能產業創新研究。②具有產業基礎優勢，位于保定的長城汽車股份有限公司、中國長安汽車集團有限公司在氫氣儲運與加注、燃料電池汽車開發方面具有優勢，且在燃料電池、汽車關鍵零部件及整車制造方面擁有豐富經驗。

3）承德、秦皇島、唐山、滄州、衡水等地區可開發氫動力船舶產業和氫能貿易。從地理位置來看，上述5個地區地處沿海，具有開發氫動力船舶產業、進行氫能貿易的天然地域優勢；結合這些地區的企業 （例如：滄州的河北正元氫能科技有限公司、衡水的河北海航石化新型材料有限公司、唐山的唐山鋼鐵集團有限責任公司）擁有豐富的工業副產氫資源，可以試行港口重型卡車、搬運叉車、碼頭牽引車等重型車輛動力源的氫能替代；此外，鑒于衡水地區擁有獨特的利用丙烯副產氫資源的工業，且省內河流多，可以謀劃衡水—黃驊港貨物運輸氫能替代示范線路。

4）廊坊、石家莊、邢臺、邯鄲等地區可發展氫能儲運裝備制造、工業副產氫提純產業。這4個地區的優勢包括：①從工業發展基礎條件來看，這4個地區均分布著省級工業副產氫頭部企業（比如：河鋼集團有限公司、河北華豐能源科技發展有限公司等）；②從技術角度來看，中國船舶集團有限公司第七一八研究所掌握著省內電解水制氫的核心技術；③從地理條件來看，這4個地區均位于內陸，其中，邯鄲市與晉、豫、魯三省接壤，是東出西聯、通南達北的重要節點，有利于裝備制造產業的貿易；④從行業基礎來看，石家莊地區可依托中集安瑞科控股有限公司推進氫氣加注及儲運裝備制造產業，邢臺地區可依托河北長征汽車制造有限公司發展氫燃料電池重卡制造，邯鄲地區可依托中國船舶集團有限公司第七一八研究所打造氫氣儲運、加氫裝備制造產業園。

3.4 "氫能產業發展建議

綜合河北省氫能產業基礎及中國氫能發展情況，從不同層面提出以下河北省氫能發展建議。

1）從“雙碳”目標出發的政府宏觀層面。為實現“雙碳”目標，充分發揮綠氫的零碳乃至負碳優勢，政府應有計劃、有側重的針對各地情況制定氫能相關扶持政策與補貼計劃，加大財政支持，強化人才支撐。

2）從能源利用角度出發的新能源發電站層面。為提高風電、光伏發電消納率，建議新能源發電站充分利用氫儲能，通過考慮環境、用地等實際情況，盡可能以“就近制取、就近使用”為原則，在電廠附近配套建設制氫工廠和加氫站。

3）從綠色經濟出發的相關產業制造商層面。企業應考慮與高校、研究所合作，建設氫能研發創新平臺，重點解決制氫、儲氫、運氫時面臨的難題，降低氫能產業鏈成本。適時將傳統燃料供能產業逐步用綠氫供能替代，考慮將綠氫供能的車輛、船舶，以及綠氫供熱作為企業發展新方向。

4 "結論

本文基于“雙碳”目標，提出了河北省的氫能產業布局規劃，并針對其氫能發展提出了相應建議。張家口地區以風電制氫為主，可發展以綠氫替代煤作為原料直供化工體系，或生產氫燃料電池汽車；雄安新區、保定地區以氫能創新產業為主，同時可發展氫燃料電池汽車產業；承德、秦皇島、唐山、滄州、衡水等地區可開發氫動力船舶產業和氫能貿易；廊坊、石家莊、邢臺、邯鄲等地區可發展氫能儲運裝備制造、工業副產氫提純產業。建議政府有計劃、有側重地針對各地情況制定氫能相關扶持政策與補貼計劃，加大財政支持，強化人才支撐；建議新能源發電站充分利用氫儲能，盡可能以“就近制取、就近使用”為原則，在電廠附近配套建設制氫工廠和加氫站；建議氫能相關產業制造商與高校、研究所合作，建設氫能研發創新平臺，重點解決制氫、儲氫、運氫時面臨的難題，降低氫能產業鏈成本。

本研究旨在拉動河北省能源結構轉型，為綠色經濟穩步發展提供方向；同時，可為其他地區乃至國家完成能源結構轉型提供一定的示范與參考。

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Layout Plan Of Hydrogen Energy Industry In Hebei Province Based On Goals Of Emission Peak And

Carbon Neutrality

Qiu Jie，Zhou Jiaxin，Yin Kang，Zhu Yongqiang，Xia Ruihua

（North China Electric Power University，Beijing 102200，China）

Abstract：Reasonably planning the layout of the hydrogen energy industry and accelerating its promotion，and continuously promoting the adjustment of the green energy structure are of great significance for achieving the goals of emission peak and carbon neutrality. Based on this，a hydrogen energy industry layout plan for Hebei Province is proposed in this paper. By sorting out the current energy status and the difficulties and demands of the existing energy structure in Hebei Province，analyzes the advantages and obstacles of the development of the hydrogen energy industry in Hebei Province，comprehensively grasps the current policy orientation and economic environment of Hebei Province，proposes suitable directions for the layout of the hydrogen energy industry in the region and appropriate hydrogen energy development strategies for various regions in the province. Finally，puts forward several suggestions from the perspectives of the government，new energy power stations，and hydrogen related industry manufacturers. The analysis results show that： 1） the Zhangjiakou region mainly relies on wind power for hydrogen production，and can develop a direct supply chemical system using green hydrogen instead of coal as raw material，or produce hydrogen fuel cell vehicles. Xiong'an New Area and Baoding region focus on hydrogen energy innovation industry，while also developing hydrogen fuel cell vehicle industry. Chengde，Qinhuangdao，Tangshan，Cangzhou，Hengshui and other regions can develop the hydrogen powered ship industry and engage in hydrogen energy trade. Langfang，Shijiazhuang，Xingtai，Handan and other regions are developing hydrogen energy storage and transportation equipment manufacturing，as well as industrial by-product hydrogen purification industry. 2） It is suggested that the government should be a planned and targeted development of hydrogen energy related support policies and subsidy plans based on local conditions，increased financial support，and strengthened talent support. For new energy power plants，it is recommended to fully utilize hydrogen energy storage and build hydrogen production plants and refueling stations near the power plant based on the principle of \"nearby production and use\" as much as possible. For hydrogen related industry manufacturers，they should consider collaborating with universities and research institutes to build hydrogen energy research and development innovation platforms，focusing on solving the difficulties faced in hydrogen production，storage，and transportation，and reducing the cost of the hydrogen energy industry chain. The research results are expected to provide reference for the layout of hydrogen energy industry in Hebei Province.

Keywords：goals of emission peak and carbon neutrality；energy structure；hydrogen application；green transformation；hydrogen energy industry；layout