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中国氢能产业发展现状如何?

作者:中国储能网新闻中心 来源:董秀成闲说能源 发布时间:2022-06-20 浏览:

中国储能网讯:从特点来说,氢能来源十分丰富,能量密度很高,而且在使用中绿色低碳。

正因为氢能具有上述特点,因此氢能目前备受全球瞩目,而且被能源界称为21世纪最具发展潜力的能源,近年来在世界范围内发展势头良好。

目前,中国已经制定了“双碳”目标,经济转型和能源转型势在必行,其中氢能发展成为热点,备受各级政府、众多企业和广大公众的关注。

国家发展改革委员会、国家能源局近期联合发布了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,对中国氢能产业发展进行了顶层设计,并对中国氢能产业健康可持续发展具有重要指导性意义。

上述文件的出台,让氢能再次成为中国社会的热点话题,再次在全国范围内卷起更加强烈的氢能热潮,不仅令世界再度瞩目,而且也吸引了社会大众大量的眼球。

其实,氢能本身并非是一个新生事物,这种能源或能源产业长期以来一直受到能源界和学术界的密切关注,而且作为一个小众的产业已经长期存在,只不过以往几十年没有快速发展起来而已。

那么中国氢能产业目前发展形势如何呢?有哪些突出表现呢?经过认真分析、研究和梳理,本文将尝试回答上述问题。

一、产业发展初具规模

目前,氢能除了在中国传统化工、钢铁等工业领域应用外,已经开始能源、交通、建筑等其他领域稳步推进,并且不断进行扩大应用试点应用。

中国已经成为世界上最大的制氢国,年制氢产量约为3300万吨,其中达到工业氢气质量标准的约1200万吨,成为名副其实的全球氢能大国。

1.氢气产能不断提高

从 2018 年开始,中国氢气年产量就已经超过了两千万吨。

根据中国煤炭工业协会数据,在2012-2020年期间,中国氢气产量从1600万吨增加到2500万吨,整体呈现稳步增长趋势,2020 年中国氢气产量同比增长了13.6%。

2020年,中国氢能产量达到2500万吨。

2021年,中国氢能产量超过了3300万吨。

目前,中国电解水制氢技术已经相对成熟,每年可以达到9亿立方米的制氢能力,而且随着成本逐渐区域下降,预计制氢能力还会继续上升。

从当今技术方面来看,目前制氢基本上可以归纳为三种技术路线:一是灰氢(利用化石能源制氢)路线,二是蓝氢(利用化石能源制氢+CCUS)路线,三是绿氢(利用可再生能源发电来电解水方式制氢)路线。

目前,在全球范围内,制氢的主要途径还是依靠传统化石能源的化学重整,其中天然气重整制氢的占比约为48%,而真正通过绿色途径的电解水制氢的占比仅占4%。

不过,个别国家制氢途径与大多数国家存在差异,比如日本在电解水制氢方面发展较快,其盐水电解水制氢的产能已经占其总产能的63%,因此受到全球瞩目。

中国制氢则主要依赖煤气化制氢及工业副产氢的方式,电解水制氢能力很有限,产量占比很小,仅仅占制氢总产量的1%,这与日本相比,差距甚大。

根据数据分析,利用煤炭来制氢的成本远低于用天然气来制氢的成本,但这与碳排放控制存在较大矛盾,不过可以通过碳捕集和封存(CCS)技术加以解决。

2.氢能市场预期良好

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》估算,2030年中国氢气年需求量将从3342万吨增加至3715万吨,2060年则增加至1.3亿吨左右。

预计到2050年,氢能在中国终端能源体系中的占比将达到10%,氢能产业产值将达到1万亿元,进而是氢能成为终端能源体系的消费主体。

中国目前可再生能源发电装机量位居全球第一,同时在清洁低碳的氢能供给上具有巨大的潜力,增长势头凶猛。

根据中国氢能联盟预测,2020年中国氢气需求量约为3342万吨,与2020年实际产量2500万吨存在一定差异,但基本符合实际。

然而,最近这两年来,中国氢气产量规模已经达到3300万吨左右,可见实际发展情况与上述机构预测基本一致。

根据上述机构预测,到2030年中国氢气年需求量将提高到3715万吨,在终端能源消费中占比约5%,其中可再生氢产量约500万吨,部署电解槽装机约80GW。

同样根据上述机构预测,到2060年,中国氢气年需求量将增加到约1.3亿吨,在终端能源消费中占比达到约20%左右。

在上述需求中,其中工业领域、交通运输领域、发电与电网平衡和建筑领域将是四个主要用氢领域,氢气需求量将分别达到7794万吨、4051万吨、600万吨和585万吨。

当前,中国金属储氢材料产销量也已经超过日本,是世界上最大的储氢材料产销国。

由此可知,中国在实现碳中和和碳达峰目标的过程中,氢气需求将逐步提高,这已经是一个必然趋势。

3.氢能汽车快速发展

当前,氢燃料汽车产业发展仍然处于起步阶段,客观上需要政府政策支持,比如政府财政补贴和政府采购政策等。

根据某机构预算,推广1000辆氢燃料汽车需要高达30-40亿元的资金投入,这需要政府有较为富裕的财力。

在交通领域,中国现阶段氢能利用以商务客车和重型卡车为主,正在运营的以氢燃料电池为动力的车辆数量超过了6000辆,约占全球运营总量的12%,已成为全球最大的氢燃料电池商用车生产和应用市场。

当前,中国氢能车辆构成主要以非乘用车为主,比如氢能巴士和轻型/中型氢能卡车等,氢能乘用车基本上处于起步阶段。

截至2019年底,中国氢能巴士保有量4297辆,占全球的96.4%,轻型/中型氢能卡车1807辆,占全球的98.5%,而氢能乘用车不足百辆,仅占全球的0.4%。

4.加氢站建设提速

在氢能加注方面,中国目前已经累计建成加氢站超过了250座,约占全球加氢站总数的40%,加氢站数量已经居于世界第一,其中广东和上海占据数量优势,走在全国氢能加注领域的前面。

在加氢技术领域,中国也不甘落后,目前35兆帕智能快速加氢机和70兆帕一体式移动加氢站技术已经获得重大突破。

在氢能储存和运输领域,目前为了提高储存运输效率,使用较多的储氢技术是高压气态储氢、液态储氢和固态储氢等,而氢能运输方式主要包括陆上运输、海上运输以及管道运输等。

从加氢站数量来看,目前中国加氢站保有数量与国外相比没有落后,但是国内加氢站基本上采用高压气态氢气,由于受制于相关政策和技术问题的约束,中国尚未采用在技术上比较具有优势的液氢加氢站,不过也已经开始起步。

5.投资积极性高涨

在投资规模上,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到515亿元,部分先发地区氢能产业集聚效应已经初步形成,汇聚了产值规模已经突破千亿元。

在氢能相关领域研发方面,国家相关科技部门开始投入大量资金进行基础科学研究和基础应用研究,在技术创新方面确定重大科技攻关项目,引导产学研合作创新,发挥企业作为创新主体的关键作用。

在企业层面,科技创新项目也是风起云涌,资金投入规模也是十分庞大。

大型能源企业,包括中石油和中石化等在近年来投入了数千万元经费,开展了氢能产业链各环节的研究与开发项目。

对于传统油气企业,上述两大油气集团在氢能科技投资方面,重点关注如下领域,比如硫化氢电解制氢、天然气催化裂解制氢、可再生能源发电制氢、重芳烃储氢材料与脱氢催化材料、金属骨架有机化合物储氢、长输管道掺氢输运评价、微型热电联供能源站、加氢站建设规范及标准等项目。

上述这些研发项目,为中石油和中石化这些传统油气企业未来发展氢能业务进行了有益的前期技术探索。

二、中央政府强力政策引导

对于一个国家来说,若要发展某一个产业,那么政府政策推动非常重要。

最近几年来,中国中央政府相继出台了若干系列政策,大力推动和引导氢能产业向规模化和商业化趋势发展。

2016年10月,中国标准化研究院资源与环境分院和中国电器工业协会发布了《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》,首次提出了中国氢能产业发展路线图,这是具有半官方性质的第一个推进氢能产业发展的文件。

在这个氢能政策启蒙文件中,初步对中国中长期加氢站和燃料电池车辆发展目标进行了比较详细的目标规划。

在这份文件中,初步制定具体目标如下:

1.到2020年,加氢站数量达到100座;燃料电池车辆达到10,000辆;氢能轨道交通车辆达到50列;

2.到2030年,加氢站数量达到1,000座,燃料电池车辆保有量达到200万辆;

3.到2050年,加氢站网络构建完成,燃料电池车辆保有量达到1,000万辆。

最近几年来,中国加速布局氢能产业。

2019年,在两会期间,《政府工作报告中》首次提到氢能产业发展。

在2016-2022年期间,国务院、工业和信息化部和国家发展和改革委员会等中央政府和政府部门陆续发布一系列支持和规范氢能产业的发展政策。

国家有关部门先后出台引导支持政策60余项,制定相关国家标准约90项,进一步推动氢能关键技术实现自主突破,稳步推进氢能产业化进程,加快建设氢能装备制造和配套体系,加大氢能产品示范应用。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出,在类脑智能、量子信息、基因技术、未来网络、深海空天开发、氢能与储能等前沿科技和产业变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局一批未来产业。

在国家“十四五”规划中提到,要加速氢能产业发展,氢能产业在“十四五”期间将提速发展。

三、地方政府积极政策推动

由于中央政府重视氢能产业发展,而且还将氢能作为中国布局未来能源产业的重要方向之一,因此也极大地诱发了地方政府的积极性和关注,地方政府高度重视氢能产业发展,也陆续出台了相关政策,并且制定了实施方案。

在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。

截至2021年8月底,中国已发布氢能发展相关政策方案的省份及直辖市共有近30个,其中有5个省份还出台了氢能整体产业发展的专项政策。

截至2021年11月,已经有20多个省级市、40多个地级市推出了60多个氢能产业规划,推动氢能在交通、工业等领域先行先试。

在《北京市氢能产业发展实施方案(2021-2025)》中,北京市制定了如下具体目标:

1.在2023年前,北京市力争建成37座加氢站,推广燃料电池汽车3000辆;

2.在2025年前,培育10-15家具有国际影响力的产业链龙头企业,京津冀区域累计实现氢能产业链产业规模1000亿元以上,实现燃料电池汽车累计推广量突破10000万辆,累计推广分布式发电系统装机规模10MW以上。

根据《江苏省氢燃料电池汽车产业发展行动规划》,到2025年,江苏省基本建立完整的氢燃料电池汽车产业体系,力争全省整车产量突破10000万辆,建设加氢站50座以上,基本形成布局合理的加氢网络,产业整体技术水平与国际同步,成为我国氢燃料电池汽车发展的重要创新策源地。

在《四川省氢能产业发展规划(2021—2025年)》中,四川省制定了到2025年要实现如下具体目标:

1.燃料电池汽车(含重卡、中轻型物流、客车)应用规模达6000辆,氢能基础设施配套体系初步建立,建成多种类型加氢站60座;

2.氢能示范领域进一步拓展,实现热电联供(含氢能发电和分布式能源)、轨道交通、无人机等领域示范应用,建设氢能分布式能源站和备用电源项目5座,氢储能电站2座;

3.逐渐健全强化氢能产业链,培育国内领先企业25家,覆盖制氢、储运氢、加氢、氢能利用等领域;

4.核心原材料企业2家,制氢企业7家,储运和加氢企业6家,燃料电池及整车制造企业10家。

在地方政府政策推动下,中国氢能产业发展已经初步形成了长三角、珠三角、京津冀、成渝和中部地区为代表的五大发展区域,为氢能产业投资、技术提升、产品示范推广、基础设施配套建设等带来重大机遇。

四、市场主体顺势而为

最近几年来,随着其他大型中央企业陆续地进入中国的氢能产业,预计未来中国氢能产业发展可能会以国有大型企业为主导,产业市场集中度可能会越来越高。

随着众多相关企业加速涌入和扎堆布局氢能源产业,大批氢能源相关项目开始密集上马,在全国范围内形成了一股强大的氢能热。

根据有关市场机构统计,中国氢能相关企业的数量超过了2000家,近5年新增企业注册数量快速增长。

2021年7月,国资委在国新办新闻发布会上表示,已有超过三分之一的中央企业在发展和布局氢能产业,包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链的各个环节,而且均已经取得了一批技术研发和示范应用成果。

中国中央企业一直引领产业发展趋势,这是中国产业发展和经济社会发展的重要特征之一,也是中国在产业驱动和发展方面与西方发达国家的显著区别。

由于政府政策引导,加上地方政府政策扶持,中央企业也看好中国未来氢能产业的发展空间和增长机会,纷纷加入氢能产业,加快氢能全产业链布局。

从氢气产能规模上来看,目前中国最大的两家氢气生产企业是中国石化和国家能源集团,这两家企业均是中国特大型国有中央能源企业,在整个国民经济体和能源体系中占据着重要的支柱地位。

2020年,国家能源集团年生产400万吨氢气,占总体产量的 16%,而中国石化集团氢气年生产量达350万吨,占全国氢气产量的14%。

国家能源集团和中国石化两家企业的市场份额大约占据了三成左右,在整个氢气生产和市场占据重要地位。

除了上述两家大型中央企业以外,生产氢气的市场主体还有很多,比中国石油也拥有部分氢气生产能力,但与上述两家企业相比,规模较小。

虽然中国制氢企业数量比较多,但生产规模都比较小,而且布局比较分散,因此在市场竞争格局中处于劣势地位。

在整个氢能产业链布局来看,市场主体定位不同,关注的产业环节也各不相同。

对于中国石化来说,这家大型企业集团可谓雄心勃勃,目前已经提出要建设中国第一大氢能公司的发展战略,开始大量布局建设供氢中心和加氢站等,以着力打造未来的全球大型氢能公司为目标。

作为传统大型油气和化工企业之一,中国石化在做好传统产业的同时,加快开展能源转型步伐,已经将氢能全产业链发展作为其新能源产业发展的核心业务。

同样作为大型传统油气企业,中国石油似乎与中国石化在氢能产业发展上存在一定差异,其重点是布局氢能的储运和零售终端建设和运营等领域。

国家能源集团正在加紧布局从制氢到加氢站的氢能利用全产业链。

中船重工也在重点布局氢能产业链及氢能装备制造等领域,包括氢燃料电池及其核心部件生产等。

国家电投集团正在加快布局可再生能源制氢及燃料电池全产业链的研发。

东方电气也将重心放在氢燃料电池及其核心部件。

东风集团、一汽集团、宝武钢铁集团则聚焦于氢能源的终端应用领域,比如燃料电池汽车和火车以及氢冶金等领域。

中车集团,作为交通行业主要制造企业,也在加快布局氢燃料电池客车、氢能源有轨电车等。

与此同时,国内多家石油公司也在积极践行绿色低碳战略和实现碳中和的愿景,积极打造氢能产业的增长极。

五、全产业链格局初步形成

最近几年来,中国开始加速氢能产业布局,并且已经取得多个突破性进展。

由于氢能在碳排放和环境污染方面具有其独特优势,因此近年来中国开始加速氢能产业布局和发展。

对于氢能整个产业链来说,中国目前已经全面发力,在氢能技术创新、电解水制氢装置、氢能储运设备和燃料电池方面,均已经掌握了一批先进技术,某些高端制氢装备正在逐步推向市场。

与任何一个产业一样,氢能产业也存在产业链,也包括上中下游产业链条,这也符合一般产业链的基本规律。

对于氢能产业来说,其上游产业主要是制氢环节,中游产业主要是储运环节,而下游产业当然就是氢能消费和利用环节。

从氢能产业链整体发展来看,中国在氢能制备、储运、基础设施建设等方面已取得多个突破性进展。

1.在制氢方式上,实现了多元途径

中国能源结构与整个世界相比,具有极其特殊的特点,那就是能源界一直公认的说法,也就是所谓的“富煤少气”。

从产业链的结构来看,氢能产业与传统能源产业相比,两者之间具有高度相似性,比如具有客户可能趋同、基础设施有可能共用等明显特征。

对于化石能源产业来说,目前传统化石能源公司已经拥有比较成熟的制氢、用氢、气液储运经验和危化品储运管理资质及完善的销售系统,同时也具备一定的氢能消纳能力,发展氢能产业具有比较好的基础。

在氢能制备方面,可再生能源制氢项目在华北和西北等地积极推进,而电解水制氢的成本也出现稳中有降的态势。

中国在可再生能源制氢,比如在绿氢方面在全球范围内具有比较突出的优势,基本具备了氢能产业链的完整产业链。

在炼油和化工领域,氢主要是生产过程中的副产品或中间产品,其本身并不具有能源属性,这在石油炼制和化工产业比较普遍。

对于非化石能源产业来说,尤其对于在可再生能源产业来说,目前在利用发电制氢实现商业化和规模化尚未成熟,大规模发展氢能产业的基础还很不够,需要今后较长时间的技术积累和实践积累。

在此之前,利用技术成熟、成本低廉的化石燃料制氢或许应该作为主流制氢方式来参与氢能产业链的上游环节,但这绝对不是中国氢能产业未来发展的主旋律,而可再生能源发电制氢才是未来政策取向。

对于中国制氢产业来说,总体上看应该是潜力巨大,因为中国可以充分利用大量弃水、弃风和弃光等发电潜力,这些巨大潜力有可能转化为十分可观的制氢潜力。

在氢能市场上,中国在应用方面具有全球最大的潜在市场,如果绿氢技术一旦成熟以后,那么便可以在市场上进行大规模布局和利用,通过规模效应来尽快降低成本。

2.在区域发展上初步形成了区域集群化趋势

在氢能市场主体方面,中国发展也十分迅速,目前氢能全产业链规模以上工业企业已经超过了300家,这些企业主要集中分布在长三角、粤港澳大湾区和京津冀等经济发达区域,而且企业数字还在继续快速增加。

在氢能产业区域布局来看,发达地区与欠发达地区相比,发展势头更加迅速,目前长三角、粤港澳大湾区、环渤海三大区域氢能产业呈现了“集群化”的发展态势,氢能相关产业处于同步协调发展阶段。

3.在氢能利用方面实现了领域拓展

在下游产业环节,氢能利用领域也比较广泛,包括电力、燃料/燃料电池、炼油、石油化工和供热等诸多领域。

作为世界负责任的大国之一,中国积极参与全球应对气候变化问题,而且已经成为全球绿色氢燃料的重要参与者之一,很早就将氢能作为应对气候变化和能源转型的核心要素之一。

从实现双碳目标来看,中国客观上需要大力发展非化石能源,其中氢能在消费和利用过程中属于零碳排放过程,因此其市场消费需求量正在快速增长,氢能产业未来发展潜力巨大,发展空间更加广泛。

如果将去氢能能作为燃料,那么氢能可以用于军事和国防,比如可以作为火箭的驱动燃料,以发挥其独有燃烧充分且动力大的特点。

氢能也可以作为燃料用于交通,比如用于专门的汽车加氢站,将液态氢直接注入到以氢为燃料的汽车发动机中燃烧,利用性质和基本原理与燃油汽车类似。

当然,氢能源也可以制造氢燃料电池,直接用于氢燃料电池汽车等。

在基础设施方面,尤其是在消费终端产业,可以利用部分加油站具备发展油氢、气氢混合站的基础条件,鼓励和支持国内油气企业积极参与氢能产业链终端环节的建设。

六、示范工程行之有效

正是看到氢能产业未来发展潜力和良好前景,目前超过三分之一的中央企业已经在加快布局氢能产业。

这些国有大型中央企业已经开始涉足氢能产业链的各个环节,包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链的各个链条或环节,尤其是正在加速突破制约中国氢能全产业链健全和发展的关键材料、核心技术和核心设备等技术“瓶颈”。

按照国家总体部署,中央企业往往走在产业发展的最前沿,也就是由国有企业先行先试,实施具有引导性的示范工程,一旦示范成功,便可以在区域或全国进行推广。

对于国内“三桶油”之一的中国海油,在氢能产业发展方面也不甘于落后。

根据媒体报道,中国海油位于广东惠州的中国首套采用E-Gas技术煤制氢联合装置已经投产,并且已实现连续平稳运行。

目前,全球仅有两套在运行的E-Gas煤制氢联合装置,与传统天然气制氢工艺相比,可以降低成本20%-25%。

根据媒体报道,国家电投在氢燃料电池生产线方面表现亮眼,其自主研发的质子交换膜、膜电极组件等核心部件都已经用到了大功率氢燃料电池电堆中。

随着国内这个首条全自主可控质子交换膜生产线的投产,说明中国已经打破了国外同类产品长期垄断的局面,与此同时制氢成本也得到大幅度的降低。

根据报道,在2017年时,中国进口质子交换膜的成本十分昂贵,当时最贵时是每平方米需要花费10000元人民币,而目前只需要花费1000元人民币。

中国石化在新疆库车启动了全球在建的最大利用光伏发电生产绿氢的示范项目,预计投产后每年可以生产20000吨绿氢。

尽管国家油气管网集团刚刚成立不久,但目前也已经将视野投向未来氢能储运产业,正在积极探索和研究氢气的储运业务,并且已经开展在现在运营的天然气管道中掺加氢气输送的试点示范项目。

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