2015年被稱(chēng)為氫燃料電池汽車(chē)元年，以日系車(chē)為首的世界氫燃料電池汽車(chē)正式進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段，氫燃料電池汽車(chē)作為氫能利用的重要技術(shù)，標志著(zhù)全球商業(yè)化應用氫能的序幕正在逐步拉開(kāi)。氫能是一種新型能源，與傳統化石燃料相比，具有零污染、利用率高、危險系數小的優(yōu)點(diǎn)，在全球應對氣候變化的壓力下，以及各國加速能源轉型的戰略背景下，是未來(lái)具有巨大發(fā)展潛力的能源。氫的利用需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的貫通，主要包括氫的生產(chǎn)、儲存和運輸、應用三個(gè)方面。
目前，氫能的主要來(lái)源是天然氣、煤炭制氫，或是化工副產(chǎn)品制氫，95%以上的氫能來(lái)源于化石能源，可再生能源、生物質(zhì)氣化、核能等來(lái)源的氫能還非常有限。但有預測表明，2025年全球能源需求中可再生能源比重會(huì )提升至36%，其中氫能占11%，2050年可再生能源比重會(huì )提升至69%，其中氫能占34%。
目前，氫能及燃料電池技術(shù)已經(jīng)成為有助于實(shí)現能源系統轉型的清潔技術(shù)，并且可以作為綠色能源大量和長(cháng)期儲存的一種重要途徑。發(fā)達國家將氫能作為重要戰略性技術(shù)發(fā)展，雖然全面商業(yè)化利用的階段尚未到來(lái)，但氫能成為未來(lái)能源系統重要組成部分的地位不可改變。美國的研究表明，即使氫的來(lái)源是化石燃料，使用氫燃料電池汽車(chē)也可以減少污染物排放和溫室氣體排放。還有很多學(xué)者從全生命周期的角度分析氫燃料系統的能源效率和溫室氣體排放。Khan指出，風(fēng)力發(fā)電和燃料電池整合的系統在運行過(guò)程中的排放為零，但在生產(chǎn)風(fēng)機、燃料電池和電解槽等系統組件的過(guò)程中有大量的溫室氣體排放。從生命周期的角度綜合來(lái)看，該整合系統的溫室氣體排放量比傳統的化石能源系統低得多。
很多發(fā)達國家制定了氫能發(fā)展的目標、戰略規劃、研發(fā)投入、路線(xiàn)圖等相關(guān)政策，其中以日本、德國、美國等國家較為領(lǐng)先。德國在2006年出臺了“氫及燃料電池國家創(chuàng )新項目”，10年的總預算為14億歐元，用于氫能基礎設施建設、制氫、家庭供能、燃料電池市場(chǎng)等相關(guān)領(lǐng)域。日本則在2014年公布了《氫能/燃料電池戰略發(fā)展路線(xiàn)圖》，詳細描述了日本氫能技術(shù)使用三步走的戰略：第一階段是從當前到2025年，快速擴大氫能的使用范圍，包括戶(hù)用燃料電池裝置、燃料電池車(chē)加氫站、燃料電池系統的應用等；第二階段是2025—2030年底，擴大日本商業(yè)用氫的流通網(wǎng)絡(luò )，全面利用海外未使用的能源生產(chǎn)、運輸、存儲氫，全方位發(fā)展氫發(fā)電產(chǎn)業(yè)等；第三階段從2040年開(kāi)始，定位是建立零二氧化碳的供氫系統，旨在通過(guò)收集和儲存二氧化碳，全面實(shí)現零排放地制氫、運氫、儲氫。美國非常注重氫能相關(guān)技術(shù)的研發(fā)投入，氫燃料電池技術(shù)辦公室每年用于支持研發(fā)推廣的費用都在1億美元左右，現代汽車(chē)途勝的燃料電池版也已經(jīng)在加州上市。美國
還制定了不同年份燃料電池成本下降目標、能量密度目標等。
氫能的主要應用領(lǐng)域
氫能具有清潔無(wú)污染、儲運方便、利用率高等特點(diǎn)，隨著(zhù)燃料電池技術(shù)的不斷完善，將使氫能的清潔利用得到最大發(fā)揮，主要表現在氫燃
料電池汽車(chē)、分布式發(fā)電、備用電源和儲能等方面。
交通領(lǐng)域以氫燃料電池汽車(chē)為主
氫燃料電池汽車(chē)是將氫氣的化學(xué)能直接轉化為電能的裝置，具有轉換效率高、零排放等特點(diǎn)。氫燃料電池汽車(chē)具有環(huán)保性能佳、轉化效率高、加注時(shí)間短、續航里程長(cháng)等優(yōu)勢，是未來(lái)汽車(chē)工業(yè)可持續發(fā)展的重要方向，是應對全球能源短缺和環(huán)境污染的重要戰略舉措。發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)已成為全球汽車(chē)與能源產(chǎn)業(yè)轉型升級的重要突破口。目前，由于氫燃料電池中鉑（Pt）用量的下降，100多千瓦的發(fā)動(dòng)機僅使用20克的鉑，因此交通用氫燃料電池的批量生產(chǎn)成本已由2002年的每千瓦275美元降低到每千瓦不足50美元。成本的快速下降和技術(shù)的不斷成熟推動(dòng)了近幾年氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展。在輕型車(chē)（乘用車(chē)）
領(lǐng)域，使用氫燃料電池的現代ix35已經(jīng)在加拿大和美國上市，豐田Mirai在美國加州、英國、比利時(shí)、丹麥和德國上市，本田Clarity在日本和美國上市，奔馳GLC也即將在日本、美國等國投放。為促進(jìn)氫燃料電池汽車(chē)的使用，各國還出臺了鼓勵政策促進(jìn)氫燃料電池汽車(chē)普及和加氫站建設：丹麥對氫燃料電池車(chē)減免征收的180%車(chē)輛注冊稅（普通燃油汽車(chē)征收車(chē)輛價(jià)格180%的注冊稅）和25%增值稅后，使氫燃料電池汽車(chē)價(jià)格可與普通燃油汽車(chē)競爭；日本東京交通局將出資452億美元建設35家加氫站，并結合2020年?yáng)|京奧運會(huì )建設氫
奧運小鎮；韓國決定新建80個(gè)加氫站并對購買(mǎi)氫燃料電池汽車(chē)提供補貼；英國則準備出資970萬(wàn)美元建設12個(gè)氫基礎設施項目。在公共汽車(chē)領(lǐng)域，各國也加快了氫能利用的步伐，特別是加拿大Ballard公司作為全球領(lǐng)先的氫燃料電池生產(chǎn)商，與全球很多國家簽訂了合作協(xié)議，在美國、歐洲和中國都布局了氫燃料電池大巴車(chē)，在廈門(mén)金龍、云浮等都地建立了規?；纳a(chǎn)線(xiàn)。巴西、日本也建立了公共大巴的示范項目。氫燃料電池還在輕型商用車(chē)、物流車(chē)、自行車(chē)、船舶、
潛水艇等領(lǐng)域都有應用。
分布式發(fā)電和備用電源
氫燃料電池作為發(fā)電設備已經(jīng)在美國、德國、瑞典、法國、新加坡、阿聯(lián)酋、印度、非洲等國家和地區應用，規模從100千瓦到1000千瓦不等，氫燃料電池發(fā)電還兼具供熱功能。發(fā)電的燃料來(lái)源一般是利用工業(yè)副產(chǎn)的氫氣，或者生物質(zhì)氣，但目前來(lái)看發(fā)電成本較高，不適合大規模應用。氫燃料電池作為應急或備用電源具有很大優(yōu)勢，其能源效率高、環(huán)境友好、占地面積小、質(zhì)量輕、運行穩定可靠、壽命長(cháng)等特點(diǎn)開(kāi)始受到市場(chǎng)越來(lái)越多的青睞。很多大公司都紛紛采用了氫燃料電池作為數據中心的電源，例如微軟、蘋(píng)果、谷歌、摩根大通等知名公司。對于電信、鐵路、銀行部門(mén)，以及沒(méi)有接入電網(wǎng)或基礎設施的偏遠地區，氫燃料電池作為備用電源可以規避其成本較高的劣勢，一方面重要部門(mén)的穩定性和安全性更加重要，所以成本問(wèn)題可以忽略；另一方面沒(méi)有接入電網(wǎng)的偏遠地區，電網(wǎng)基礎設施建設的費用可能高于氫燃料電池發(fā)電的費用，所以成本可行。
作為可再生能源消納的儲能載體
近年來(lái)，可再生能源特別是風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)展迅猛，已成為部分國家和地區的重要能源之一。2016年，我國風(fēng)電裝機1690億瓦，占全球風(fēng)電裝機的1/3以上，居世界第一位；我國光伏裝機780億瓦，也居世界第一位。然而，風(fēng)能、太陽(yáng)能的不穩定性造成了嚴重的棄電。2016年，我國棄風(fēng)電量497億千瓦時(shí)，棄風(fēng)率為17%。發(fā)展可再生能源，儲能是關(guān)鍵。目前，許多國家已開(kāi)始借用氫儲能技術(shù)消納可再生能源的方式來(lái)推動(dòng)可再生能源發(fā)展。以風(fēng)電場(chǎng)制氫儲能技術(shù)為例，其核心思想是當風(fēng)電充足但無(wú)法聯(lián)網(wǎng)需要棄風(fēng)時(shí)，利用風(fēng)電將水電解制成氫氣，將氫氣儲存起來(lái)；當需要電能時(shí)，將儲能的氫氣通過(guò)不同方式（內燃機、燃料電池等）轉換為電能輸送到網(wǎng)上。氫儲能技術(shù)是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規?；l(fā)展的重要支撐，并逐漸成為多個(gè)國家能源科技創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點(diǎn)。
我國氫能發(fā)展的政策梳理
從“十五”時(shí)期開(kāi)始，我國將氫能技術(shù)和氫燃料電池技術(shù)列入重大科技專(zhuān)項，開(kāi)始取得進(jìn)展。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，在2008年奧運會(huì )上，我國自主研發(fā)的氫燃料電池客車(chē)載客運行。為了促進(jìn)氫能和氫燃料電池汽車(chē)的進(jìn)一步發(fā)展，國家也制定了一系列政策措施。
支持氫能發(fā)展的中長(cháng)期戰略
我國高度重視氫能發(fā)展，特別是氫燃料電池技術(shù)發(fā)展。國家戰略規劃中明確提出：2020年實(shí)現5000輛級規模氫燃料電池汽車(chē)在特定地區公共服務(wù)用車(chē)領(lǐng)域的示范應用，其中氫燃料電池商用車(chē)占60%，氫燃料電池乘用車(chē)占40%，建成100座加氫站；2025年實(shí)現5萬(wàn)輛規模的應用，其中氫燃料電池商用車(chē)1萬(wàn)輛、氫燃料電池乘用車(chē)4萬(wàn)輛，建成300座加氫站；2030年實(shí)現百萬(wàn)輛氫燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化應用，建成1000座加氫站，可再生能源制氫達到50%以上。
鼓勵氫能利用的中短期政策
中短期來(lái)看，燃料電池汽車(chē)作為節能和新能源汽車(chē)的重要組成部分，享受補貼不退坡政策，補貼額度乘用車(chē)20萬(wàn)元/輛，輕型客車(chē)貨車(chē)30萬(wàn)元/輛，大中型客車(chē)和中重型貨車(chē)50萬(wàn)元/輛。并開(kāi)展氫關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，包括氫燃料電池電堆、發(fā)動(dòng)機及其關(guān)鍵材料核心技術(shù)研究，重點(diǎn)開(kāi)展氫燃料電池汽車(chē)等關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)。繼續開(kāi)展氫燃料電池汽車(chē)運行示范，提高氫燃料電池系統的可靠性和耐久性，帶動(dòng)氫的制備、儲運和加注技術(shù)發(fā)展。注重氫開(kāi)發(fā)與利用，例如高效天然氣制氫，化工、冶金副產(chǎn)煤氣制氫，低能耗電解水制氫，生物質(zhì)制氫，微生物制氫技術(shù)，高壓容器貯氫、金屬貯氫、化合物貯氫技術(shù)，氫加注設備和加氫站技術(shù)，超高純度氫的制備技術(shù)，氫燃料發(fā)動(dòng)機與發(fā)電系統技術(shù)。
地方試點(diǎn)及規劃
2016年9月，全國首條氫能源城市公交車(chē)示范線(xiàn)路正式開(kāi)通，由上海重塑能源科技和佛山飛馳客車(chē)共同研制的12臺氫燃料電池大巴車(chē)正式投入運營(yíng)。由廣東國鴻氫能科技有限公司與佛山飛馳汽車(chē)制造有限公司、加拿大巴拉德公司、重塑科技共同研制的大巴車(chē)，車(chē)長(cháng)11米，載客78人，續駛里程可達到400千米以上，且具有自主知識產(chǎn)權。目前國內運行的加氫站有5座，分別位于北京、上海、佛山、大連和鄭州。北京加氫站具備站外供氫、站內天然氣重整制氫和站內電解水制氫三種供氫方式，加注壓力為35兆帕；上海加氫站采用外供氫方式，以上海地區的工業(yè)副產(chǎn)氫氣為氣源，加注壓力70兆帕。從氫能的來(lái)源方面，目前我國焦爐氣和工業(yè)副產(chǎn)氣中含有大量的氫，同時(shí)可再生能源，如棄風(fēng)棄電棄水，也可以作為制取氫氣的來(lái)源。
為了持續吸引國內外整車(chē)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢企業(yè)落戶(hù)，發(fā)揮上海在氫燃料電池汽車(chē)方面產(chǎn)業(yè)資源的聚集優(yōu)勢，2016年9月上海市發(fā)布了《上海市燃料電池汽車(chē)發(fā)展規劃》。近期目標是打造國內領(lǐng)先的氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)示范城市，形成優(yōu)質(zhì)產(chǎn)業(yè)鏈資源聚集效應，氫燃料電池汽車(chē)全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值突破150億元，建設加氫站5～10座、乘用車(chē)示范區2個(gè)，運行規模達到3000輛。中期目標是提升氫燃料電池汽車(chē)全產(chǎn)業(yè)鏈國際競爭優(yōu)勢，氫燃料電池汽車(chē)全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值突破1000億元，建成加氫站50座，乘用車(chē)不少于2萬(wàn)輛、其他特種車(chē)輛不少于1萬(wàn)輛。長(cháng)期目標是成為具有國際影響力的氫燃料電池汽車(chē)應用城市，實(shí)現上海氫燃料電池汽車(chē)全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值突破3000億元，最終形成以上海市氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈輻射全國，帶動(dòng)未來(lái)社會(huì )能源和動(dòng)力轉型。
我國氫能發(fā)展面臨的主要問(wèn)題與對策建議
與發(fā)達國家間的差距
總體來(lái)看，國外整車(chē)企業(yè)已在2015年進(jìn)入氫燃料電池汽車(chē)量產(chǎn)階段；而在我國，氫燃料電池汽車(chē)還處于性能改進(jìn)和小規模示范階段，材料
不完善導致氫氣儲存壓力偏小，缺乏統一的氫能應用頂層設計等。以氫能應用最廣泛的氫燃料電池汽車(chē)為例，我國與發(fā)達國家之間仍存在較大差距，具體與發(fā)達國家之間的差距如下：一是關(guān)鍵材料和核心零部件薄弱。與發(fā)達國家相比，國內相關(guān)企業(yè)氫燃料電池的穩定壽命僅為3000小時(shí)左右，而國外先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)可以達到5000小時(shí)以上。我國氫燃料電池關(guān)鍵材料和部件基礎比較薄弱，如氫燃料電池用電催化劑、質(zhì)子交換膜、炭紙等關(guān)鍵材料的開(kāi)發(fā)多停留于實(shí)驗室和樣品階段，空氣壓縮機和氫氣回流泵等關(guān)鍵部件沒(méi)有產(chǎn)品供應，嚴重影響到我國車(chē)用氫燃料電池電堆技術(shù)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。二是氫氣儲存材料需改進(jìn)。我國使用的壓力為35兆帕的碳纖維纏繞金屬內膽氣瓶（Ⅲ）儲氫密度為3.9%，通過(guò)提高壓力到70兆帕可達到5%；而采用碳纖維纏繞塑料內膽氣瓶（Ⅳ）儲氫密度可以進(jìn)一步提高到5.5%，我國在這方面尚無(wú)產(chǎn)品。70兆帕壓力的氫氣，對材料的要求很高，我國要提升氫氣儲存壓力，需要在材料方面做出改進(jìn)。三是研發(fā)投入差距?！笆濉逼陂g，科技部預算計劃投入2億多元用于氫燃料電池汽車(chē)研發(fā)，但與發(fā)達國家數億美元的投入相比略顯不足。我國氫燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎薄弱，資金和技術(shù)力量投入不足，參與機構數量較少，導致我國氫燃料電池技術(shù)創(chuàng )新能力不足。四是缺乏完備的發(fā)展戰略和路線(xiàn)圖。日本等發(fā)達國家制定了詳細的氫能發(fā)展戰略路線(xiàn)圖，并制定了到2040年進(jìn)入氫能社會(huì )三步走的戰略，設置了三個(gè)階段的目標，最后建立零二氧化碳的供氫系統，旨在通過(guò)收集和儲存二氧化碳，全面實(shí)現能源系統零排放的制氫、運氫、儲氫，全面實(shí)現能源轉型。我國應高度重視確立氫能源發(fā)展的頂層設計，有步驟地實(shí)現零碳能源轉型。
促進(jìn)我國氫能發(fā)展的政策建議
第一，制定國家層面氫能發(fā)展路線(xiàn)圖。出臺更加細化、分時(shí)間節點(diǎn)的氫能發(fā)展頂層設計，為氫能發(fā)展構建宏觀(guān)路線(xiàn)圖，并將路線(xiàn)圖的具體實(shí)施路徑落實(shí)到具體行動(dòng)中。路線(xiàn)圖制定過(guò)程中可以邀請利益相關(guān)方，提升參與意識與責任意識，競爭性地選擇項目。第二，加大氫能相關(guān)的研發(fā)投入。鼓勵對氫能等綠色能源的研發(fā)，使用獎勵政策，增加政府高校的研發(fā)合作項目，加大專(zhuān)利保護力度，加強儲氫材料、催化劑、質(zhì)子交換膜等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)推廣，將氫燃料電池的穩定壽命提高至5000小時(shí)以上。提升氫能存儲技術(shù)，加快推進(jìn)氫能燃料電池相關(guān)標準制定和檢測中心建設，為氫能產(chǎn)業(yè)集群集聚提供一流檢測平臺。第三，鼓勵各類(lèi)資本投入到氫能產(chǎn)業(yè)。獎勵制造廠(chǎng)商使用氫能和氫燃料電池進(jìn)行生產(chǎn)，并對該類(lèi)新興企業(yè)進(jìn)行政策扶持，如無(wú)償貸款擔保、部分稅費減免等，繼續保持對用戶(hù)購買(mǎi)氫燃料電池汽車(chē)的補貼，擴大氫能汽車(chē)市場(chǎng)。擴大氫能分時(shí)租賃車(chē)、網(wǎng)約車(chē)應用規模，研究制定科學(xué)合理的投放獎勵機制。第四，加快建設加氫站等基礎設施。確保氫能用戶(hù)可以享受到方便快捷的加氫服務(wù)，提高氫的供應能力。建議在5年計劃里以北京、上海、長(cháng)三角、珠三角為核心，建立百座以上數量的加氫站覆蓋，明確規范政府職責及相關(guān)推進(jìn)部門(mén)。第五，創(chuàng )建氫能融入能源系統的試點(diǎn)示范。在邊遠地區、棄風(fēng)棄光嚴重地區、氫能資源豐富地區等建立清潔氫能源系統試點(diǎn)，為未來(lái)能源轉型提供先進(jìn)經(jīng)驗。在全國推廣氫能小鎮試點(diǎn)，以“制氫、儲運與加注、轉化、應用”產(chǎn)業(yè)鏈為紐帶，建設氫能產(chǎn)業(yè)園區，構建以“產(chǎn)業(yè)＋資本＋技術(shù)＋服務(wù)”為一體的氫能產(chǎn)業(yè)載體體系，覆蓋制氫、儲氫、氫能交通基礎設施、氫燃料電池汽車(chē)、可再生能源消納、電能替代等產(chǎn)業(yè)集群的試點(diǎn)示范和產(chǎn)業(yè)應用，形成完善的氫能產(chǎn)業(yè)配套，構建氫能科技大生態(tài)系統，提升核心競爭力。
（伊文婧，國家發(fā)展和改革委員會(huì )能源研究所；梁琦，國家發(fā)展和改革委員會(huì )能源研究所、云南省發(fā)展和改革委員會(huì )；裴慶冰，國家發(fā)展和改革委員會(huì )能源研究所）
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