氢能研究院
您当前的位置:首页 > 产业观察 > 氢能研究院

2020国内外氢能发展形势回顾与2021展望

发布时间:2021-04-15 10:11:40

2020年是氢能发展的“曲折前行”之年。新冠疫情虽然重创全球经济,但氢能被视为经济复苏和绿色转型的重要路径,发展势头丝毫不减;我国氢燃料电池汽车产销量虽然都有下降,但工业、能源等领域明星工程不断涌现;核心技术和装备制造能力虽然与国际先进水平存在差距,但政策法规标准体系不断健全,再加上央企的入局,发展动力不断释放。更为重要的是,“碳中和”宏伟战略目标的提出,为氢能发展创造更多空间和可能,全社会发展氢能的共识不断增强。


一、积极应对气候变化背景下,氢能发展热度不降反升


2020年绿色转型步伐加快,氢能备受青睐。新冠疫情使得全球经济经历二战以来最为严重的衰退,但绿色转型的步伐并未因此停止,中国、欧盟、日本、加拿大、南非等国家和地区相继提出了“碳中和”目标,美国总统拜登也宣布重返《巴黎协定》,并多次提出不迟于2050年达成碳净零排放。绿氢具有的低碳、清洁、灵活等特点,有望成为实现“碳中和”战略的重要组成部分,备受全球主要国家和地区青睐。截至2020年底,G20国家中已有九个国家和地区发布了氢能发展战略,还有七个国家和地区已开展氢能应用试点示范,并正在推进氢能战略前期研究工作。例如,德国在《国家氢能战略》中指出,氢能对德国实现“碳中和”目标的作用不可替代,应大力发展可再生能源电解水制氢,并将绿色氢气用于工业、交通等“难以减排领域”。

 

为此,德国将投入90亿欧元打造氢能供应链及应用示范,力争成为全球绿氢技术领导者。政府层面的高度关注,也催生出一批“明星项目”。例如瑞典钢铁集团于2020年8月投产的HYBRIT 氢能炼钢项目、英国启动的“HyDeploy”天然气掺氢项目、沙特与美国空气集团建设的“绿氢合成氨”项目等。

 

我国氢能发展也保持迅猛发展势头,规划政策利好不断。2020年,全国共有超过30 个地方政府发布了氢能发展相关规划,涉及加氢站数量超过1000座、燃料电池车数量超过25万辆,不论是规划数量还是发展目标,均比2019年有大幅提升。特别是2020年9月,北京市发布了《氢燃料电池汽车产业发展规划(2020-2025 年)》,提出了到2025年推广1万辆氢燃料电池汽车的目标,并补齐了京津冀氢能产业集群的“最后一块拼图”。据高工氢电分析,2020年,中国氢能产业投融资规模为712 亿元,在氢燃料电池产业链的投融资金额达515亿元,部分先发地区产业集聚效应初步形成,汇聚产值规模突破千亿元。

 

2020年9月21日,财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展和改革委员会、国家能源局发文“开展燃料电池汽车示范应用工作”,聚焦商用车和绿氢两大场景,采取“以奖代补”方式,对开展燃料电池汽车关键技术产业化和示范应用的城市群给予奖励,力争形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模式。该政策毫无疑问为氢燃料电池汽车发展打了一剂“强心针”,更是在全国各地掀起了申报热潮,甚至还出现了多个跨省级行政区域联手申报城市群的案例。

 

二、氢燃料电池汽车遭遇市场寒流,氢能多元化应用取得积极进展

 

2020年,氢燃料电池汽车遭遇市场寒流,产销量双双下降。据中国汽车工业协会发布的信息显示,2020年,燃料电池汽车产销分别完成1199辆和1177辆,同比分别下降57.5%和56.8%,其中一些月份还出现了“个位数”产销量。诚然,受到疫情影响,燃料电池汽车供应链受到冲击,但整个新能源汽车产业却并未受到明显影响,全年表现抢眼,呈现出“逆势上扬、走出低谷”的迹象。据统计,2020年,全国新能源汽车保有量接近500万辆,同比增长近30%。燃料电池汽车发展陷入困局,本质上是“扎堆造车”的发展模式与氢能供应链、产业链不健全之间矛盾的集中体现,也是氢能相关技术储备、企业实力和财政支撑能力不足的现实缩影。

 

2020年,氢能在我国多元化应用示范取得积极进展。在工业领域,全球最大规模的太阳能电解水制氢储能及综合应用示范项目在宁夏宁东能源化工基地开工,该项目是我国煤制烯烃行业首个引入绿氢的项目;由中国科学院大连化学物理研究所研发的千吨级液态太阳燃料合成示范项目,于2020年10月在甘肃兰州通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定,该项目利用可再生能源制氢制取合成燃料,为解决可再生能源消纳和二氧化碳利用问题提供了新的解决方案;同年11 月,特诺恩与河钢集团签订合同,开工建设绿氢直接还原铁工厂。在能源领域,2020年9月,江苏铧德氢能获得我国首张燃料电池热电联产系统认证,并于当年10 月产品出口到了欧洲市场;同月,弗尔赛燃料电池发电系统亮相西安交大信息物理融合能源系统联合实验室平台。

 

三、政策法规逐渐完善,引领氢能产业有序发展

 

2020年,我国对氢能的发展共识逐步增强,产业政策法规不断取得创新突破。2020年,国家各相关部委发布了《2020 年国家标准立项指南》《国家重点研发计划“制造基础技术与关键部件”等重点专项2020年度项目申报指南》《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》《新时代的中国能源发展白皮书》等文件,分别从标准法规、技术攻关、产业发展政策等层面,进一步明确了国家对发展氢能产业的支持。

 

与此同时,各部委积极推进氢能技术标准化工作,强化标准对技术创新和产业发展的引领作用。2020年4月,工信部发布《2020年新能源汽车标准化工作要点》,明确提出要推动研制燃料电池等重点标准,引领技术创新和产业升级。2020年6月2日,国家市场监督管理总局正式发布GB/T 38914-2020《车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法》、GB/T 28816-2020《燃料电池术语》和GB/T 38954-2020《无人机用氢燃料电池发电系统》三项燃料电池国家标准。

 

2020年6月12日,住房和城乡建设部发布了关于国家标准《加氢站技术规范(局部修订条文征求意见稿)》和《汽车加油加气加氢站技术标准(征求意见稿)》公开征求意见的通知,并于2020年年底完成了报批评审工作。此外,中国氢能联盟还发布了全球首个“绿氢”团体标准,采用生命周期评价方法建立了低碳氢、清洁氢和可再生氢的量化标准及评价体系。

 

四、技术进步成效显著,核心产品成本下降超预期

 

制储运等环节技术进步显著,共同构建安全、高效、经济氢能供应链。制氢方面,我国碱性电解槽技术领跑国际先进水平,电解槽成本已下降至7000元/kW 左右,仅为发达国家的一半甚至更低;质子交换膜电解槽技术实现了“从无到有”,单槽功率达到兆瓦级,但催化剂、质子交换膜等技术比较落后、成本较高。车载储氢容器方面,我国三型瓶技术成熟已实现全国产化,四型瓶初步具备量产水平,但由于碳纤维等关键材料大部分依赖进口,储氢瓶成本高于国外同类产品。

 

储运方面,我国仍以20MPa压缩氢气运输为主,45MPa(含以上)固定储氢瓶组性能有待实践验证;液氢项目加速落地,中石化巴陵石油化工有限公司和湖南核电有限公司共同投资11 亿元建设国内首座液氢工厂,鸿达兴业生产的液氢已完成首次国内长距离运输,中科富海实现了我国大型氢液化设备的首次出口等。

 

虽然燃料电池成本下降超预期,“千元千瓦”目标指日可待,但“卡脖子”问题仍然存在。2020年,我国燃料电池电堆与系统集成水平大幅提升,并向高功率、高集成、低成本方向发展。多家燃料电池生产企业推出了100kW 及以上的电堆与系统,有力回应了“功率低、适用场景有限”等质疑。同时,燃料电池成本也在快速下降,广东国鸿等燃料电池电堆企业相继发布新产品,电堆价格最低下探至2000 元/kW 以内,“千元千瓦”目标指日可待。在核心零部件方面,膜电极、空压机、双极板等国产化进展迅速,正快速缩小与国际先进水平的差距,2020年成本同比降幅达30%以上。

 

据统计 ,与2015年相比,2020年燃料电池电堆性能大幅提升,其中,电堆功率提升37%,石墨板及金属板电堆功率密度分别提升47%、50%,石墨板及金属板电堆寿命分别增长300%、67%,系统集成能力大幅增强。但值得注意的是,关键材料技术对外依存度仍然较大,质子交换膜和气体扩散层产业化仍未取得实质性突破,催化剂、氢气循环泵虽然已实现量产,但性能指标及稳定性仍不及进口产品。

 

五、央企入局并持续发力,巩固和引领氢能产业发展

 

2020年,央企加速入局氢能产业并持续发力,成为推动产业发展的重要力量。在我国提出“2030碳达峰”及“2060碳中和”目标的背景下,大型央企,尤其是能源企业面临着低碳转型的迫切需求,氢能则是其转型的重要方向之一。当前,我国涉足氢能的央企主要有能源企业、能源装备制造企业、钢铁企业、汽车企业等。2020年,企业加速推进其氢能业务布局,主要表现在以下几个方面。

 

一是加大与产业先发地区的氢能战略合作。2020年,国家及各地方政府涉氢产业支持政策频出,我国氢能产业进入规模化发展前夜,央企加快氢能产业链业务布局,积极与珠三角、长三角、京津冀等产业先发地区展开战略合作,抢占产业发展高地。例如国电投与北京市签署协议,围绕氢能应用、绿电进京、能源创新等展开战略合作;中石化广东与广州黄埔区、广州开发区签订战略合作协议,规划新建20 座以上的加氢、加油、充电、非油、光伏发电等“五位一体”综合能源销售站;一汽解放与佛山合作,在佛山高明区建设一汽解放南方新能源基地,主要聚焦燃料电池商用车的研发生产。

 

二是强化与氢能产业链头部企业的战略合作。近年来,央企依托其自身技术及资源优势,积极布局氢能产业,已形成了技术积累及产业规模。2020年,央企氢能产业发展呈现出与国内外氢能产业链头部企业合作的发展态势,提升研发创新能力,拓宽业务范围,全力营造产业生态,向产业落地和市场开拓。以宝武集团为例,2020年,宝武集团积极推进氢能产业发展,与重塑科技等民营企业开展氢能战略合作,并已成功运营10辆氢燃料电池半挂牵引车。

 

三是推进氢能基础设施建设,拓宽氢能终端应用领域。2020年,央企加快布局氢能基础设施。例如中石化具备丰富的副产氢资源、齐全的终端能源供应网络,在加氢站等基础设施建设领域优势明显。据报道,截至2020年底,中石化已经在北京、广东、上海等地建成9000kg/d的高纯氢供应能力,正在布局可再生能源制氢项目;已建成10座油氢混合加氢站,其中9座已正式运营。与此同时,央企还积极拓宽氢能应用领域,其中,国家能源集团自主研发的首套20kW 固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统试车成功;宝武集团打造氢能供应链的同时,将探索发展氢冶金。

 

六、2021 年我国氢能发展展望及建议

 

2021年,我国氢能产业发展或将按下“快进键”。随着国家重点研发计划“氢能技术”重点专项的实施,氢能绿色制取、安全致密储输和高效利用等关键技术将取得突破,产业自主可控程度有望提升;在应用方面,随着氢燃料电池汽车示范城市建设工作的启动,将有望带动燃料电池汽车推广走出颓势,同时,氢能在化工、钢铁等“难以减排领域”的应用,也有望得到更多重视和发展。为更好地推动氢能产业发展,提出以下四方面建议:

 

首先,围绕“碳中和”目标制定出台氢能发展战略规划。2020年我国已向全球做出2030年前“碳达峰”和 2060年前“碳中和”庄严承诺,彰显了构建“人类命运共同体”的大国担当。作为全球最大的发展中国家和工业化国家,我国实现“碳中和”目标难度更大、时间更短、挑战更多。氢能具有的清洁、低碳、灵活等特点,能够成为“难以减排领域”深度脱碳的重要解决方案,建议在“碳中和”战略的制定过程中予以高度重视。同时,氢能发展战略也应紧紧围绕“碳中和”目标来制定,确保氢能与现有能源体系更好融合、相互促进、共同发展。

 

第二,加强国企与民企合作,共同打通氢能供应链。我国氢能产业已呈现出国企和民企共同参与的局面。由于氢能产业尚处于发展初期,存在技术不确定性较大、基础设施建设滞后、社会认知不充分等问题,需要国企和民企各尽所长,共同打通氢能供应链。建议国企侧重氢能供应链中上游,即氢能资源开发、基础设施建设等环节,为氢能“降成本”、提供基础性公共服务等;民企侧重氢能供应链下游,即技术研发、关键材料设备制造等,特别是及时响应国内外市场变化,与时俱进调整产品结构和技术路线。

 

第三,因地制宜、分型分策推进氢能综合示范区建设。近几年,尽管全球很多国家对此都开展了积极探索,但尚未形成“放之四海而皆准”的发展模式。建议各地区、行业立足于氢能产业格局和当地实际情况,综合考虑资源禀赋、产业基础、现实诉求等因素,选择有代表性的地区、有所侧重进行示范,加快技术攻关、提升制造水平、创新体制机制,与燃料电池汽车示范政策形成互补、互促,共同探索氢能在我国的发展路径、技术路线和商业模式,为氢能大规模融入能源生产和消费体系,提供经验借鉴。

 

第四,积极开展国际合作交流,树立氢能发展“中国模式”。在积极应对气候变化、加快推进能源转型的背景下,我国已成为全球最活跃的新能源市场,氢能产业更是已开始吸引全球头部企业和高端人才团队集聚。未来,应以可再生能源资源优势、巨大的终端应用市场空间为依托,更加积极地开展国际技术、产业和贸易合作,带动我国氢能技术快速提升,提高在国际氢能产业圈的影响力,保持在全球氢能产业的“第一梯队”。

 

来源:中国能源杂志社       作者:符冠云,龚娟,赵吉诗,林汉辰