2022年第11期2022年11月现阶段，全球能源供给主要依靠煤、石油、天然气等传统化石能源。随着经济发展与世界人口规模的扩大，传统化石能源日趋枯竭，环境污染日益严重，寻找新的、可替代的清洁能源对于保障能源安全、改善生态环境以及促进能源结构转型升级具有重要意义。氢能作为清洁能源的一种，具有清洁、高效、应用形式灵活、应用场景广泛等特点，随着“双碳”目标的提出，氢能发展已成为全球共识。1全球氢能产业发展介绍氢能具有较长的产业链条，从上游氢气的生产与供应，到中游氢气的存储和运输，再到下游氢气的应用，氢能产业发展覆盖新能源、交通运输、工业化工、建筑等多个行业，将有效促进产业链相关行业技术进步与相关企业发展。根据HydrogenCouncil（国际氢能委员会）预测，到2050年，氢能产业将创造3.0×107个工作岗位，带来2.5×1012美元产值，并减少6.0×109tCO2排放[1]。为保证能源安全、促进经济增长、推进节能减排，美欧日等纷纷制定促进氢能产业发展的多种措施和相关政策，引导氢能产业健康发展。1.1国外氢能产业发展美国是世界首个将氢能作为能源发展战略的国家，自20世纪90年代起，美国按照政策评估、商业化前景预测、方案制定、技术研发、示范推广的思路推动氢能产业发展，并投入大量资金用于解决氢能产业发展中的技术难题。同时，美国注重基础设施建设，其加氢站数量位居世界第三，仅次于日本和德国，且加氢站利用率高，并计划到2030年建成1000座加氢站。2020年以来，欧盟先后制定了《欧盟氢能战略》《欧盟能源系统整合策略》《2030气候和能源框架》《2050低碳经济战略》等一系列氢能产业发展相关政策，以实现2050年碳中和发展目标，同时通过氢能产业发展创造新的就业岗位，推动欧盟后疫情时代的经济复苏[2]。此外，为实施氢能产业发展战略，欧盟号召氢能源领域相关龙头单位、民间机构、地区能源官员和金融机构共同发起成立“欧洲清洁氢联盟”，以促进氢能产业发展，满足欧盟国家对清洁能源的需求。日本对能源及环境问题一直以来都十分关切，因其一次能源供给约94%来自海外，为了减轻能源依赖，日本早在2017年就公布了《基本氢能战略》，旨在打造“氢能社会”，实现氢燃料与其他燃料的成本平价，同时，通过建设加氢站，力争在汽车和发电领域实现氢能收稿日期：2022-06-26基金项目：青岛海检集团科技项目（MEIT-RD-2021-05）第一作者简介：刘尚泽，1994年生，男，山东济南人，2020年毕业于中国海洋大学水利工程专业，硕士。氢能利用与产业发展现状及展望刘尚泽1，2，于青1，2，管健1，2（1.青岛海检集团有限公司，山东青岛266000；2.国家海洋设备质量检验检测中心（山东），山东青岛266000）摘要：现阶段，能源与环境问题日益严重。氢能作为清洁能源的一种，具有清洁、高效、应用形式灵活、应用场景广泛等特点，其开发利用受到世界越来越多国家的重视。在介绍全球氢能产业发展的基础上，重点介绍了中国氢能利用与产业发展现状、未来发展方向，并提出对中国氢能产业发展的几点建议。关键词：清洁能源；氢能利用；发展方向中图分类号：TK91文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2022)11-0018-04CurrentSituationandProspectsofHydrogenEnergyUtilizationandIndustrialDevelopmentLIUShangze1,2,YUQing1,2,GUANJian1,2(1.QingdaoMarineEquipmentInspection&TestingGroupCo.,Ltd.,Qingdao266000,Shandong,China;2.NationalCenterforMarineEquipmentQualityInspection&Testing(Shandong),Qingdao266000,Shandong,China)Abstract:Atthisstage,energyandenvironmentalproblemsarebecomingmoreandmoreserious.Asakindofcleanenergy,hydrogenenergyhasthecharacteristicsofcleanliness,highefficiency,flexibleapplicationforms,andwideapplicationscenarios.Itsdevelopmentandutilizationhaveattractedmoreandmorecountriesintheworld.Onthebasisofintroducingthedevelopmentoftheglobalhydrogenenergyindustry,thispaperfocusedonthecurrentsituationandfuturedevelopmentdirectionofChina'shydrogenenergyutilizationandindustrydevelopment,andputforwardsomesuggestionsforthedevelopmentofChina'shydrogenenergyindustry.Keywords:cleanenergy;hydrogenenergyutilization;developmentdirection（总第206期）能源产业18··DOI:10.16643/j.cnki.14-1360/td.2022.11.0382022年第11期2022年11月对传统能源的替代。随后在2019年，日本又公布了《氢能利用进度表》，明确了2030年前氢能应用的关键目标[3]。1.2国内氢能产业发展为推动氢能产业发展，中国政府出台了多项支持性政策文件。2016年，国家发改委、能源局编制了《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》（发改能源〔2016〕513号），将氢能列为15项能源技术革命重点任务之一，提出发展氢燃料等替代燃料技术，实现大规模、低成本氢气的制储运用一体化。2019年，国家发改委、工信部等15部门联合印发了《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》（发改产业〔2019〕1762号），提出推动氢能产业创新与集聚式发展，完善氢能制备、储运、加注等基础设施和服务[4]。2020年，国家发文鼓励研究制定氢能等新能源发展的标准规范及支持性政策。2021年，国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要草案中明确提出要在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域谋划布局一批未来产业。随后，2022年3月国家发改委、能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，提出氢能产业发展的各阶段目标[5]。中国氢能产业快速发展也促进了氢能标准体系的建设。截至目前，中国氢能领域的相关标准共计130余项，涉及氢制取、氢能装置检测、氢能储运设施、加氢设施以及燃料电池技术5个方面。但总体来说，目前氢能产业标准体系仍不完善，并且随着氢能产业技术的快速发展，逐渐出现标准落后或过时的现象[6]。2氢能利用技术发展目前，中国氢能的生产利用已经非常广泛，但主要是把氢作为工业用料而非能源使用。中国是世界第一产氢大国，具有发展氢能产业的良好基础，且在氢制取、氢储运、氢加注等方面积累了一定经验。2.1氢制取从各制氢路径的特点来看，传统制氢工业中以煤、天然气等化石能源为原料，制氢过程产生CO2排放，制得氢气中普遍含有硫、磷等危害燃料电池的杂质，对提纯及碳捕获有着较高的要求。利用氯碱尾气等工业副产物提纯制氢，能够避免尾气中的氢气浪费，实现氢气的高效利用，但从长远看无法作为大规模集中化的氢能供应来源；电解水制氢具有纯度等级高、杂质气体少、易与可再生能源结合等优点，被认为是未来最有发展潜力的绿色氢能供应方式[7]。全球与中国的氢气生产结构现状如表1所示[8]。2.2氢储运与传统石油燃料易运输、可规模存储的特点不同，国内氢的储运技术问题在能效性、安全性上尚未完全解决。目前普遍采用的20MPa高压气氢储运方式存在储氢密度低、压缩能耗高的缺点，而且由储氢罐安全设计冗余带来的材料成本较高。在加氢站日需求量500kg以下的情况下，气氢拖车运输节省了液化成本与管道建设前期投资成本，在一定储运距离以内经济性较高。随着用氢规模的扩大及运输距离的延长，增大气氢运输压力或采用液氢槽车、输氢管道等运输方案成为提高经济性的必然选择[1]。表1全球和中国氢气生产结构现状根据氢的物理特性与储存行为特点，可将各类储氢方式分为压缩气态储氢、低温液态储氢、液氨/甲醇储氢、吸附储氢[氢化物/液体有机氢载体（LiquidOrganicHydrogenCarrier，LOHC）]等几种。压缩气态储氢，以技术难度低、初始投资成本低、匹配当前氢能产业发展等特征优势，在国内外广泛应用；低温液态储氢在国外应用较多，国内的应用仅限于航空领域，民用领域尚未得到规模推广；液氨/甲醇储氢、氢化物吸附储氢、LOHC储氢等技术目前国内产业化极少，基本处于小规模试验阶段。不同储运方案的特点如表2所示。表2不同储运方案的特点2.3基础设施氢能基础设施种类较多，最重要的是加氢站。关于加氢站，在技术方面，中国的35MPa加氢站技术已趋于成熟，其设计、建设及关键设备均已实现国产化[9]。目前，中国已经开始主攻70MPa加氢站技术，并于2016年在大连建成中国首座70MPa风光互补式发电制氢加氢站，集可再生能源制氢、90MPa超高压氢气压缩及存储、70MPa加注等技术于一体[10]。从地域分布来制氢原料及方式全球中国化石能源制氢煤制氢18%43%天然气重整制氢48%16%石油制氢30%13%工业副产提纯制氢焦炉煤气、氯碱尾气28%电解水制氢4%微量其他方式产氢生物质、光催化等微量储运方案20MPa高压气氢拖车液压槽车管道氢气全年运输氢气可用量78.8～100.8t/辆1047.6t/辆9.2×104t适用场景规模较小、运输距离较短规模较大、长距离运输大规模用氢、应用多领域其他特点单车装载量约350kg，装卸时间各需4～8h，技术及产品成熟，前期投资小单车装载量约3000kg，装卸时间1～2h，液化成本高，未来采用混合工质预冷等方案降低液化成本可解决氢气资源与应用市场空间分布不均问题，前期投资大，存在氢脆等技术难点刘尚泽，等：氢能利用与产业发展现状及展望19··2022年第11期2022年11月看，加氢站主要集中在东部沿海等氢燃料电池汽车产业发展较为领先的省市，如广东、上海等。3中国氢能利用与产业未来发展方向3.1中国氢能利用与产业发展目标根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预测，2050年氢能将作为中国清洁高效能源生产和消费体系的重要构成部分，在交通运输、储能、建筑等领域逐步推广使用，产业产值将超过1.0×1013元。同时，未来中国氢能供应体系将在制氢、储运、加氢各环节上重点突破，通过寻找更绿色经济的氢气来源，采用更高效的氢气制取方式、更安全的氢气运输渠道等，实现经济、高效、绿色、便捷的氢能供应目标。在氢能应用体系方面，交通运输领域将成为下游应用市场的突破口，并逐渐向储能、工业、建筑等领域拓展。其中，氢燃料电池商用车将率先实现产业化的应用与运行[11]。3.2中国氢能利用与产业发展的重点领域3.2.1氢能应用的重点领域a)交通运输领域。在交通运输领域，氢能应用遵循氢燃料电池商用车先于乘用车发展的特点。在产业补贴和国家政策支持下，中国氢燃料电池客车、物流车等商用车的应用领先于其他氢燃料电池车型。氢燃料电池的成本是市场化应用的重要因素，未来20～30年，随着质子交换膜燃料电池的技术突破与规模效应带来的成本下降，氢燃料电池重卡、乘用车等车型的市场化进程将加快，并成为氢能在中国交通运输领域的重要组成部分[1]。在非道路运输领域，中国正在氢燃料电池重型工程机械、轨道交通、船舶、无人机等领域积极探索，逐步拓展氢能的商业化应用范围。b)储能领域。随着风力发电、光伏发电等可再生能源利用技术的快速发展，氢能将逐渐成为可再生能源电力系统中重要的储能方式。风力、光伏等发电方式具有随机性、间歇性及低能量密度特点，大规模可再生能源发电并网加剧了电力系统供需两侧的双重波动性与不确定性，系统调峰难度大，因此以氢能、电池等储能方式为介质和纽带，可提供不同时间尺度上的储能方案，将可再生能源与能源消费终端有效连接起来，保障可再生能源平稳、可持续及大规模开发利用。c)工业领域。氢能利用是工业领域深度脱碳的重要实现路径。工业部门用氢需求大，因此能够以规模效益来降低氢能供应链成本；同时，工业企业决策相对集中，可在基础设施等方面率先行动，并带动全社会氢能发展。未来氢能在工业领域的应用前景广阔，氢能炼钢、绿氢化工和天然气掺氢将成为主要应用场景。3.2.2氢能供应体系a)氢生产。未来，制氢路径主要有可再生能源电解水制氢、工业副产氢、煤制氢等几种主流方式。可再生能源电解水制氢是实现“绿氢”的最好途径，但目前主要面临成本高的问题。现阶段，以风电、光伏为代表的可再生能源发电成本较高，且电解槽的能耗和初始投资成本较大。未来，随着可再生能源发电成本下降、电解槽能耗和初始投资成本降低以及碳税等政策的引导，电解水制氢的经济性将不断提高。秉承“废氢”可用的原则，工业副产氢可作为中国氢能发展初期的重要过渡性氢源加以利用。基于环保限产、提纯成本以及可获得性等方面的考虑，近期的利用重点应在轻烃和氯碱行业的工业副产氢。焦炭和烧碱等相关化工产业制备工艺比较成熟，且近年来面临着淘汰落后产能的问题，未来焦炉煤气副产氢和氯碱工业副产氢在产量规模上基本维持平稳。从中国的国情来看，煤制氢技术路线仍将长期存在，但需要叠加碳捕捉、利用与封存（CarbonCapture，UtilizationandStorage，CCUS）技术将“灰氢”变为“蓝氢”，补充氢能的供应。现阶段，CCUS示范项目成本较高，同时受CCUS现有技术水平的制约，部署时的过高一次能耗使其效率损失严重，阻碍着CCUS技术的推广和应用[12]。b)氢储运。由于运输距离及资源禀赋的不同，高压气态储运、液态储运和管道运输三种运输方式将并行发展，提高储运效率和规模是未来构建安全、高效、多元氢能储运网络的重要任务。气态储运路线：未来应提高储氢压力，通过规模化生产降低成本。一方面，采用更高的储氢压力可提高储氢密度和运输效率；另一方面，扩大相关设备生产量以实现规模下的降本效应。液态储运路线：未来面向大规模的液氢生产需求，需解决氢液化系统效率低、投资大的主要问题。通过完善相关法规标准体系，国内液氢的生产与运输将实现民用化，液氢的生产与储运成本将快速下降。管道储运路线：主要问题是解决前期投资成本高的问题。一方面要合理选材，由于氢气具有腐蚀性、氢脆和氢致开裂等特点，对管材、阀门、设备及配件选型的要求都更为严苛，并导致成本增加，据相关研究，氢气管道的成本相比天然气管道最多可增加68%；另一方面，要稳定氢气需求，提高运能利用率。其他储运路线：目前主要处于研发验证阶段的是LOHC储氢，它最大的特点是常温下为液态，能够方便地运输和储存，目前新型的有机液态储氢材料安全指标远高于汽油、柴油等传统能源。另外，金属氢化物储氢等其他储氢方式也在不断发展中。c)氢加注。改善氢加注环节的经济性，将有效降低氢的终端销售价格。成本下降空间主要依赖于加氢站设备的成本下降以及对加氢站系统设备进行优化配置和选型，采用站内制氢方式，集中在固定时间段进行加氢、加氢站用设备的国产化等方面[13]。20··2022年第11期2022年11月扣除2022年4月1日和4月2日的发电量，剩余时间的光伏单位实际平均发电量约4.76kW·h/（kWp·d）。4结语对一地区光伏电站的光照资源、电站布置形式、主要设备的配置、容量、支撑方式、布置间距、损失、发电量进行理论分析，并与现有在运行项目进行对比分析，对后续相关项目选型具有指导意义。根据第二节的理论分析，在该地区按照15°倾角布置的情况下，2022年4月光伏单位发电量为4.2kW·h/（kWp·d），与第三节项目投运后的光伏单位发电量为4.76kW·h/（kWp·d）相比，误差约11.8%，可认为项目测算与理论分析基本持平。此结果分析受案例项目投运时间过短、数据较少且每年天气不同的影响较大，可待光伏电站长期运行后再进行对比分析。参考文献：［1］张哲.光伏发电系统的现状及发展［J］.环境与发展，2017，29(5)：10.［2］江娥，朱国锋.光伏组件最佳安装倾角的确定［J］.化学工程与装备，2014(8)：147-149.［3］孙航，杜海江，季迎旭，等.光伏分布式MPPT机理分析与仿真研究［J］.电力系统保护与控制，2015，43(2)：48-54.［4］范忠瑶.不同光伏组件布置方式下发电量比较［J］.中国电力教育，2013(36)：217-218.（编辑：刘晓芳）3.2.3保障氢能安全性氢气作为一种危化品，具有易挥发、易燃、易爆及氢脆等特性，在使用过程中存在一定的安全隐患，保障氢能安全性是发展的底线。应在制氢、储氢、运氢、用氢等各个环节时刻关注其安全问题，完善氢能安全管理制度、安全标准体系、安全支援体系，不断普及社会对氢能发展的认知和理解。4中国氢能利用与产业发展的几点建议4.1发挥政府引领作用政策引领，加快出台国家层面的氢能产业发展规划，明确氢能发展路线图，在氢能产业链薄弱环节给予政策激励；标准化建设，完善氢能管理体系，明确氢气生产、储运及应用等环节的管理部门，明确主管部门和相关管理章程、法规制度，建立健全氢能产业标准体系；示范带动，在氢能产业发展基础好的地区加速设立氢能产业示范区，避免各地氢能经济发展规划同质化现象。4.2搭建行业合作平台加强政府、企业、科研院所间的合作，搭建行业合作平台，引导企业资本进入氢相关领域，重点解决氢能基础设施的投资和建设问题；加大技术研发的投入，突破一些卡脖子的技术和零部件，提高氢能储运的效率，优化氢的分销和配送体系。选准氢能在交通运输、能源、工业及建筑领域的应用场景，创新商业模式，逐步扩大氢能产业规模，攻克瓶颈问题。4.3构建氢能供应体系明确发展规划，近中期应基于经济、技术和环境的现状条件，重点使用好工业副产氢和鼓励可再生能源制氢，发展高压气态与液态储运的关键氢气储运技术，鼓励不同模式的加氢站、加氢制氢一体站的发展并给予政策支持[2]。中远期应重点发展大规模的可再生能源制氢和结合CCUS技术的化石能源制氢，鼓励先进技术的发展，逐步构建清洁化、低碳化的氢能供应体系。5结语在介绍全球氢能产业发展的基础上，重点阐述了中国氢能利用与产业发展现状、未来发展方向，并提出了对中国氢能产业发展的几点建议。未来，氢能将推动中国能源消费结构的转型升级，逐步从传统化石燃料为主转向清洁低碳燃料为主。预计到2050年，中国将进入氢能社会[14]，并将对中国能源体系、国民经济、社会生活产生巨大影响。参考文献：［1］马明轩.“氢能社会”，30年后到来［N］.中国石化报，2020-10-23(5).［2］汉京晓，白伟，冯俊小，等.氢能在供热领域的研究与分析［J］.区域供热，2021(3)：45-52.［3］魏蔚，陈文晖.日本的氢能发展战略及启示［J］.全球化，2020(2)：60-71.［4］刘坚，钟财富.我国氢能发展现状与前景展望［J］.中国能源，2019，41(2)：32-36.［5］李建林，李光辉，郭丽军，等.“十四五”规划下氢能应用技术现状综述及前景展望［J］.电气应用，2021，40(6)：10-16.［6］张栋栋.氢能设备在港口应用的思考［J］.中国港口，2021(5)：55-58.［7］刘强，于航，李彦尊，等.基于专利分析的全球制氢技术发展态势研究［J］.世界科技研究与发展，2021，43(3)：263-273.［8］常宏岗.天然气制氢技术及经济性分析［J］.石油与天然气化工，2021，50(4)：53-57.［9］李建秋，方川，徐梁飞.燃料电池汽车研究现状及发展［J］.汽车安全与节能学报，2014，5(1)：17-29.［10］王敏.国内外新能源制氢发展现状及未来趋势［J］.化学工业，2018，36(6)：13-18.［11］多地敲定氢能产业发展蓝图，大企业纷纷布局［N］.中国企业报，2021-04-06(7).［12］米剑锋，马晓芳.中国CCUS技术发展趋势分析［J］.中国电机工程学报，2019，39(9)：2537-2543.［13］张永伟.中国氢能产业发展报告2020［R］.济南：中国电动汽车百人会，2020.［14］张真齐.氢能商业化推广待破局，甲醇如何作“支点”［N］.中国青年报，2021-08-26(12).（编辑：刘晓芳）（上接第12页）■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■刘尚泽，等：氢能利用与产业发展现状及展望21··