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“氢能时代”大幕拉开 解“近忧”更要有“远虑”
2021-08-26 14:08
  “氢能时代” 何时来
  氢能源本质上清洁、低碳、高效,对能源体系的安全具有重要的意义,但实际上,氢能源的发展在全世界范围内都举步维艰。氢能源是绝对清洁的吗?氢能源汽车是备受欢迎的吗?各地发展氢能源的规划只要全部落地就足够了吗?在“氢能社会”成为新能源热词之前,关注者早已指出,氢能源技术其实是处于一种技术超前,但市场不成熟,以及相关的基础设施未完全配套的状态。本期三篇文章逐一解读应对策略,分别从“超前”能源技术在替代传统能源过程中的遇到的技术阻力,反思能源技术路径的选择策略;从丰田“MIRAI”汽车的销售情况,分析中国氢能源汽车市场培育策略;以及从各地基础设施和产业布局,思考如何通过国家顶层设计对氢能源产业链加以统筹规划和引导。

  中国战略新兴产业融媒体记者    陈雯
  随着氢能产业的兴起,全球迎来“氢能社会”发展热潮。当前,氢能产业发展已经成为各个国家战略布局的重要组成部分,美国、日本等国家的龙头企业正加速燃料电池的海外专利保护力度。随着制储氢等核心技术不断取得突破,相关重大项目陆续启动,全球氢能产业市场格局将进一步扩大。
  我国近年来能源对外依存度逐年递增,而氢能可部分替代石油和天然气,有望成为我国能源消费结构的重要组成部分,有助于提升我国能源安全水平。我国初步具备氢能源产业化条件,地方政府和行业发展积极性高涨,初步形成了珠三角、长三角、京津冀三大先发区域,氢能领域成为资本和行业争相布局的焦点。
 
  01
  三大产业集群引领发展
  向着全产业链的“一哄而上”
  我国对氢能源的研究最早可追溯到“九五”期间,而后1999年清华大学生产出我国第一辆氢燃料电池观光车,中国氢能源产业发展开始逐渐加速。2014年,《能源发展战略行动计划》明确将氢能与燃料电池列入能源科技20个重点创新方向之一;在2019年的全国两会上,氢能首次被写入政府工作报告。
  据湖南省科学技术信息研究所的专家分析,氢能源产业政策可分为若干个主题,其中,以氢燃料电池为主题的政策主要关注氢燃料电池研发及应用,尤其是电池材料等关键技术的突破,如储氢、储能能力,氢燃料电池作为动力电池的产业化示范等。以新能源汽车为主题的政策主要聚焦氢能源技术的重要应用场景,如新能源汽车的推广补贴、加氢站的布局支持等。以管制规范为主题的政策主要涉及商业贸易方面氢燃料电池的税收优惠,以及相关的新能源汽车领域市场管理规范出台。
  专家认为,我国氢能源产业政策以供给型和环境型政策为主,扩大产业技术和基础设施供给,完善产业发展支撑环境一直是氢能源产业政策关注的重点,着力于产业供给能力培育和发展环境改善。而氢能源产业发展初期主要受限于氢能源技术,市场规模较小,因此,政府部门规范市场、扩大需求的应用市场管理、贸易管制、海外机构管理等需求型政策较少。与管制规范有关的政策,主要是出于氢能源属于可再生能源,符合绿色发展理念的考虑,在部分政策,如《关于对电池、涂料征收消费税的通知》中得到税收优惠、推广应用补贴等政策措施的支持。
  目前,我地方政府和企业积极探索氢能产业发展,形成了以北广上为中心的珠三角、长三角、京津冀等主要氢能产业集群,并逐渐辐射到周边地区。
  江苏省的氢能源产业基础较好,2019年发布的《江苏省氢燃料电池汽车产业发展行动规划》指出,江苏省已初步具有涵盖氢气制备和储运、电堆及核心零部件、电池系统、整车制造和加氢站建设运营等较为完整的产业链条,拥有苏州金龙、苏州弗尔赛、南通百应、江苏重塑、国富氢能等一批优势骨干企业。上海市最早在《上海中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》就提出了支持煤气制氢多联产、冶金炉气制氢、氢燃料电池汽车、氢气车载储备等技术点或技术体系的研发。
  制造强省广东省,是全国氢燃料电池汽车产业先发地之一,目前初步形成了涵盖电堆核心材料、燃料电池系统、整车集成及氢基础设施的全链条产业体系雏形。佛山、云浮等地已具备产业链多环节的生产能力。除了省级政府政策以外,值得一提的还有深圳市已将氢燃料电池作为需要前瞻布局的6个前沿领域之一进行持续孵化;云浮市将全力发展氢能源产业,并建设氢能源产业基地。
  北京作为氢能源示范应用的先行者,氢能源产业的国内最早涉足氢能产业的城市之一,且北京作为首都在氢能源产业科技创新、产业基础、政策环境和市场腹地等方面具备明显优势。天津市化工产业基础较好,具备丰富的工业副产氢资源中汽中心副总经理吴志新表示,天津市作为北方重要的经济和产业中心,同时也是大气污染防治的重点区域,在氢能领域进行尝试也是非常必要的。2020年1月,天津市出台《天津市氢能产业发展行动方案(2020-2022年)》,从关键技术研发,到产业链布局、基础设施建设以及市场建设与保障,都做了规划部署。
  “将氢能纳入终端能源体系,与电力协同互补,未来,氢能将成为终端能源消费主体,并将带来十几万亿元规模的新兴产业。”上汽集团旗下捷氢科技总经理卢兵兵说,国家战略、政策支持和行业技术发展将让氢能站在全新起点上。
  截至2020年12月底,我国已累计建成118座加氢站,初步形成京津冀、长三角、珠三角、华中、西北、西南、东北7个氢能产业集群,在示范运营区域运行的各类汽车近4000辆。
  在我国已形成京津冀、长三角和珠三角三大氢能产业区域的情况下,其他地方政府也积极性瞄准了氢能源这一经济发展新动力。专家也指出,国内氢能产业发展出现了虚火现象。
  目前发展氢能的突破口,是从应用端的的氢燃料汽车开始的。有车就要建加氢站,就需要解决氢源和储运问题。只要是有应用,就得追根溯源,一追溯就会发展全产业链。为了地方经济发展,肯定希望产业链拉得比较长,把产业链建全,才更有利于带动地方经济发展。
  然而,北京敢于担当创投董事长吴桂良指出:“突出重点,发挥优势,多方协同,立足于本地资源禀赋、各有侧重,不是非要打造各自的产业链闭环,而是注重成果共享与利益协同,走出一条成本投入低、区域共振强和整体效能优的氢产业发展新路。”
  氢能源产业链闭环是指什么?为什么地方政府顺应趋势建设全产业链却遭到了一些人的质疑呢?
  2019年6月26日,我国首部《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》(以下简称《白皮书》)正式发布。《白皮书》指出,氢能将成为中国能源体系的重要组成部分,并预测到2050年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到10%,氢气需求量接近6000万吨,产业链年产值约12万亿元。除了强调氢能的重要性,《白皮书》中的“终端能源”也指出的氢能产业链的关键构成。氢能的产业链很长,主要可以分为制、储、运、用四大环节。在《白皮书》的预测中所写的“终端能源”,是指作为原料、燃料和动力消费的能源,它们的消费过程体现了能源消费的终止,也正是目前氢能应用的主要领域,即氢能产业链中最后一环的“用”。
  国家电投集团氢能科技发展有限公司董事长李连荣对此有进一步的阐释:“氢能产业可以从两条线上考虑,一是能源线,将一次能源转变成二次能源,再配送到终端;二是技术线,为能源转换配送提供技术支撑。”在李连荣看来,氢能的应用有两大方向,一是作为储能介质,氢能源释放后,再以其它能源的方式回到电力系统或热力系统中;二是以终端能源的方式直接使用,其中,动力能源是主要的应用领域,而在动力能源领域的应用中,氢燃料电池是关键。
  燃料电池主要类型有固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸燃料电池。目前氢燃料汽车用的较主流的是质子交换膜燃料电池,主要由单电池以堆栈的方式构成。单电池包括双极板、膜电极和密封圈,其中膜电极最核心,由质子交换膜、铂催化剂等组成。很重要的一点是,单独的燃料电池堆必须在一定的气体浓度、温度和湿度条件下才能正常工作。
  中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉表示,目前国内在燃料电池电催化剂、质子交换膜、碳纸、膜电极组件、双极板等关键材料方面已经取得技术突破,采用自主生产的材料已经能够组装燃料电池电堆,基本性能已经达到或超过进口材料水平。但由于没有带质量控制批量生产线,产品的质量与均一性不能得到很好控制,还不能大量用于实际应用。
  氢燃料电池是氢能产业链中最后一环应用环节的技术关键。当前,核心技术没有突破。为了更快推进技术的迭代,建设完善的产业链难道不是一个前瞻性的考虑吗?
  对此,中国国际经济交流中心信息部副部长景春梅提出了不同角度的见解:“我国现在与发达国家的差距也主要是在电堆等燃料电池核心技术和关键材料上。中兴事件之后,大家对核心关键技术断供的风险意识提高,都认为核心关键技术要靠自主研发。结果央企、民企、中央、地方纷纷瞄准关键技术发力,但总体上缺乏统筹,有点一哄而上的感觉,产能趋同、恶性竞争的苗头显现。”
  因此,问题不是出在对氢能全产业链的诉求和期许上,而是出在产业链发展中的统筹规划方面。当前,30多个地市发布氢能源规划,而且规划的氢能产业规模达到上万亿元,产业重复建设和无序竞争的风险日益增加。
  实际上,各地发展氢能源,首先应该考虑本地的资源禀赋和市场空间。一位整车企业负责人表示,有地方政府计划为申报示范城市群投放50辆氢燃料电池车,但其实该地既缺乏氢源也没有应用场景。
  比如,稀有金属等矿产资源丰富的地区,更适合发展燃料电池关键材料的生产。有制造业基础,在装备制造、零部件制造方面有优势的地区,则可以配套发展氢能源汽车组装的产业。至于可再生能源资源丰富的地区,如西部地区,可以借助发展能源转换发展制氢,更具体地说,如果是煤制氢,应考虑煤炭资源优势,而如果是电解水制氢,则应考虑淡水资源以及足够的电力供应。
  此外,地方政府支持氢能源产业落地,也要考虑到当地是否有足够容量的市场。“地方氢能产业空间有多大,能支撑多少辆车运行,都可以算出来。一个地方对产业的规划需要整体地、系统性地谋划,这些账都要算好。”景春梅表示,不能只是希望示范运营的数字上好看。
 
  02
  日本“氢能社会”的建构经验
  氢能产业发展在现阶段是典型的政策推动型产业,在吴桂良看来,在国家顶层设计仍难到位,同时在高强度补贴政策的支持下,整个产业发展缺乏统筹布局,地方政府为抢占先机并获取补贴,产业规划很大程度上趋同。而日本、韩国和欧盟等氢能产业先发国家和地区均由政府牵头,相关企业和研究机构共同成立委员会或联合组织,出台氢能发展路线图,明确发展目标和路径,取得了较好效果。
  19世纪30年代,人们提出了燃料电池的初步构想。此后,随着技术的发展,不同级别的燃料电池问世,并逐步由军用推广至民用领域。自20世纪后半段开始,日本、美国、欧盟和韩国等都投入了大量资金和人力开展燃料电池汽车的研究,其中尤其以日本最为领先。目前全世界已有多种高性能燃料电池汽车产品,丰田、本田、通用、福特、奔驰、现代等公司都已经开发出燃料电池车型并进行示范运行,初步进入了商业化应用。特别是在2014年,丰田推出了全球首款燃料电池车后,氢能源汽车进入全新发展阶段。
  在纯电动车领域,日本企业的起步其实很早,不仅加入电力系统应用,而且技术迅速打磨成熟。丰田公司在1997年就实现了量产油电混合汽车“普锐斯”,相比之下,特斯拉在2012年后才推出第一款成熟车型。但日本却主动放弃具备技术优势的纯电动车的开发,有一部分原因,是认为发电依靠消耗煤炭和天然气等不可再生能源,以及电池制造、后期处理过程中存在严重污染,以锂电池车为代表的纯电池汽车并不“绿色”,也不是新能源车的发展方向。
  1992年,丰田公司在制定《丰田地球环境宪章》的同时,也开始研究氢能源的应用。“在1981年的时候,我们就开始了氢能源的项目。”日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)燃料电池与氢能部副部长大平英二表示,这是一个很重要的工作,能够改变日本现有的能源结构。最初考虑将氢能源作为汽车动能的,是丰田汽车公司的4名技术人员。他们以“兴趣小组”的形式开始研究,而后在公司的资金支持下,他们的“兴趣小组”转变为公司的新能源研发部。2005年,丰田公司开发的燃料电池汽车在日本国内首次取得型式认定。2008年,燃料电池汽车续航里程、低温启动等技术实现突破。2014年11月,丰田开始在日本生产销售全球首款量产型燃料电池电动汽车“MIRAI”,并于2016年正式投放市场。
  丰田还与东日本铁路公司(JR East)合作,探索在东日本铁路公司拥有的土地上建造加氢站的可能性。JR East计划从2021年起投入40亿日元测试燃料电池列车,在2024年实现商业化。为了促进海内外企业开发并应用低成本燃料电池汽车技术,丰田汽车公司分别于2015年和2018年两次分批免费开放其燃料电堆、氢气罐和燃料基础设施的专利许可。
  目前,日本的氢能源车已经到了量产的阶段,加氢站目前已建成160座,计划到2030年建成900座加氢站,实现氢能发电商业化。
  据大平英二介绍:“日本出台了一系列的行动计划,例如降低氢能使用的成本,我们想要把氢能的价格降低到比化石燃料还要低。”2013年,日本推出《日本再复兴战略》提出建设“氢能社会”愿景。2014年公布《氢能与燃料电池战略发展路线图》,详细描述了氢能研发推广的三大阶段及战略目标。2017年12月出台《氢能基本战略》,明确2025年前快速扩大氢能使用范围,使氢燃料电池汽车价格降至与混合动力汽车持平。2019年9月出台《氢能和燃料电池技术开发战略》,重点发展燃料电池、氢能供应链和电解水三大领域,并提出到2050年,燃料电池汽车全面普及、燃油汽车全面停售。2020年10月在东京举办的“气候相关财务信息公开峰会”上,公布了包括上市、非上市企业在内的320家企业作为日本新能源产业的技术综合开发项目的实施对象。这些企业以以“产学研”的形式与经产省、经团联等展开合作,在绿色创新方面发起挑战。
  中国面临着实现“碳排放目标”和“经济社会发展全面绿色转型”的双重紧迫任务,面临相似压力的日本选择了“氢”这种极富技术挑战但应用前景广阔的替代能源,并雄心勃勃地发展“氢能源社会”,在氢能源技术突破和相关绿色产业链建设中积累的诸多经验是值得我们借鉴的。
  在氢能产业化起步阶段,如果地方氢能发展规划都能落地,那么很有可能造成重复建设、产能过剩、低效发展、恶性竞争的局面。为什么日本氢能源汽车技术的发展没有出现所谓的恶性竞争?氢能产业发展的顶层规划功不可没。
  景春梅认为,“政府的支持政策最终是要实现核心关键技术的突破。过去我们有好多产业教训,政府补贴撤了以后,核心技术没有突破,产业发展一地鸡毛,氢能发展要避免这些问题。企业很难从国家整体利益考虑,但是国家要做顶层设计加以引导。”我们应充分借鉴这些经验,将氢能与国家未来能源体系建设相结合,从国家能源战略层面明确氢能在我国二次能源、新能源及未来综合能源系统中的定位,一方面,组织利用好氢能产业链不同环节龙头企业和研究机构的力量,另一方面,应该由政府牵头编制国家氢能中长期发展规划,制定中国特色的氢能产业发展路线图。
 
  END
  来源:本刊原创文章
  编辑:赵涵
  审核:艾丽
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