本文摘要：摘要：氫能是未來(lái)能源系統(tǒng)清潔轉(zhuǎn)型的重要二次能源。本文首先調(diào)研分析了美國(guó)、歐盟、日本既有的氫能研發(fā)總體戰(zhàn)略及其實(shí)施情況;結(jié)合氫能源的優(yōu)勢(shì)和未來(lái)全球碳減排的任務(wù)，分析了氫能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、交通運(yùn)輸行業(yè)推廣應(yīng)用情況;從技術(shù)角度比較了美國(guó)、歐盟、日
摘要：氫能是未來(lái)能源系統(tǒng)清潔轉(zhuǎn)型的重要二次能源。本文首先調(diào)研分析了美國(guó)、歐盟、日本既有的氫能研發(fā)總體戰(zhàn)略及其實(shí)施情況;結(jié)合氫能源的優(yōu)勢(shì)和未來(lái)全球碳減排的任務(wù)，分析了氫能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、交通運(yùn)輸行業(yè)推廣應(yīng)用情況;從技術(shù)角度比較了美國(guó)、歐盟、日本的氫能技術(shù)推廣策略，指出我國(guó)氫能研發(fā)技術(shù)的國(guó)際差距。結(jié)合實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了我國(guó)鐵路、公路、水運(yùn)和民航等運(yùn)輸方式的碳排放水平。在氫能既有特性參數(shù)基礎(chǔ)上，測(cè)算了氫能在道路、鐵路等不同領(lǐng)域應(yīng)用的碳減排效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：氫能替代公路貨運(yùn)10%，可減碳7000萬(wàn)t;1000萬(wàn)t氫用于替代道路貨運(yùn)可獲得近1億t的碳減排量。本文研究提出了氫能研發(fā)與應(yīng)用策略，建立可再生能源與氫能綜合互補(bǔ)調(diào)節(jié)機(jī)制，如近期利用西部地區(qū)可再生發(fā)電的棄電降低電解水制氫成本，利用灰氫替代燃油，中遠(yuǎn)期推廣擴(kuò)大氫燃料電池市場(chǎng)等。本文還研究了交通運(yùn)輸業(yè)適合氫能發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域,分析表明：2060年氫能在道路交通中的應(yīng)用如能達(dá)到4000萬(wàn)t，可望實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸業(yè)減碳約4億t。本文結(jié)合我國(guó)國(guó)情提出了碳中和目標(biāo)下將氫能技術(shù)與產(chǎn)品推廣到大功率、長(zhǎng)距離以及冬季低溫地區(qū)客貨運(yùn)輸領(lǐng)域，與既有電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展戰(zhàn)略一道打造綠色交通體系的對(duì)策與建議。
關(guān)鍵詞：綜合交通;碳中和;氫能;交通能源戰(zhàn)略;交通政策;發(fā)展路徑
1清潔能源概念及效能
能源是支撐人類(lèi)社會(huì)運(yùn)行與發(fā)展的基本要素，傳統(tǒng)化石能源的大規(guī)模利用產(chǎn)生的排放所引發(fā)的氣候變暖和各類(lèi)環(huán)境問(wèn)題已受到全球關(guān)注。為應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題，各國(guó)加強(qiáng)了新能源的研發(fā)和清潔能源的推廣利用。清潔能源(即綠色能源)一般指對(duì)環(huán)境友好，即排放污染物少或無(wú)的能源，包括核能和可再生能源兩大類(lèi)。
碳中和論文范例： 新能源在碳中和中的地位與作用
可再生能源指原材料可以再生的能源，如水電能、風(fēng)電能、太陽(yáng)能、生物(沼氣)能、地?zé)崮?包括地源和水源)等。核能指通過(guò)消耗鈾燃料產(chǎn)生的能量，它不屬于可再生能源。事故、戰(zhàn)爭(zhēng)或恐怖主義襲擊是核電站建設(shè)與運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)因素，目前，幾乎所有國(guó)家都無(wú)法保證核能發(fā)電機(jī)構(gòu)，即核電站的絕對(duì)安全，客觀上影響了核電的推廣。
1.1氫能的概念與效能
氫是世界上最豐富的物質(zhì)，構(gòu)成宇宙質(zhì)量的75%，在地球上主要以化合形態(tài)出現(xiàn)。氫燃燒的產(chǎn)物是水，熱值僅次于核能，是汽油的3倍、煤的4.3倍。氫能源可儲(chǔ)藏，能用于發(fā)電、制作交通工具的燃料電池等。氫能使用無(wú)溫度限制，這使氫能對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境有更好的適應(yīng)性。消耗相同質(zhì)量的氫氣、煤和石油，氫氣的能量最大，這可以增加汽車(chē)、飛機(jī)、輪船、潛艇的續(xù)航里程，對(duì)于重載貨運(yùn)(如公路貨運(yùn)、遠(yuǎn)洋海運(yùn)與內(nèi)河水運(yùn)等)、長(zhǎng)距離客運(yùn)、航空與航天等運(yùn)載工具有重要意義。不過(guò)，氫能不像煤、石油、天然氣等一次能源可直接開(kāi)采，而需通過(guò)利用其他能源來(lái)制取。
按照制氫過(guò)程的污染程度可將氫能分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫。灰氫一般指用化石燃料制成的氫，如石油、天然氣、煤炭制氫;藍(lán)氫指由配套碳捕捉(CarbonCaptureandStorage,CCS)技術(shù)的化石燃料制成的氫;綠氫則指通過(guò)可再生能源(如風(fēng)電、水電、太陽(yáng)能)制成的氫。綠氫制造無(wú)碳排放，是真正的清潔能源;但氫氣越清潔，制造成本越高。許多國(guó)家都制定了氫能開(kāi)發(fā)規(guī)劃。在我國(guó)“2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)下，氫能的效能優(yōu)勢(shì)同樣具有廣泛的應(yīng)用潛力和價(jià)值。
1.2氫能的生產(chǎn)與應(yīng)用
氫能的生產(chǎn)方式有十余種，常用的有三大類(lèi)：化石燃料制氫(包括煤制氫、天然氣制氫等)、工業(yè)副產(chǎn)物制氫(包括焦?fàn)t煤氣制氫、氯堿副產(chǎn)制氫、輕烴裂解制氫等)以及可再生能源制氫(包括甲醇制氫、水電解制氫、風(fēng)能制氫、太陽(yáng)能制氫等)。目前，制氫過(guò)程的排放水平是影響碳中和目標(biāo)下制氫技術(shù)選擇的關(guān)鍵，而制氫成本是影響推廣應(yīng)用的決定因素。
氫能可通過(guò)燃料電池轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，加上廢熱利用，總效率可達(dá)80%以上。氫氣除熱值高外，火焰?zhèn)鞑ニ俣雀�，點(diǎn)火能量更低，氫能汽車(chē)比汽油車(chē)總?cè)剂闲矢呒s20%。燃料電池是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的一種化學(xué)裝置，也稱化學(xué)發(fā)電器。燃料電池被譽(yù)為繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四代發(fā)電技術(shù)。對(duì)燃料電池而言，含有氫原子的物質(zhì)都可以作為燃料，如天然氣、石油、煤炭等化石產(chǎn)物以及沼氣、酒精、甲醇等。燃料電池沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，有害氣體排放極少，使用壽命長(zhǎng)。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率約為40%～60%，液氫燃料電池的比能量可達(dá)鎳鎘電池的800倍。
交通運(yùn)輸工具應(yīng)用的燃料電池技術(shù)主要有固體氧化物燃料電池(SOFC)和氫燃料電池(RFC)以及甲醇燃料電池(DMFC)。固體氧化物燃料電池應(yīng)用前景廣泛，已成為美國(guó)燃料電池研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。德國(guó)推出了多種燃?xì)淦?chē)，制氫成本是氫燃料電池研發(fā)與應(yīng)用的瓶頸。不少發(fā)達(dá)國(guó)家將大型燃料電池開(kāi)發(fā)作為能源技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，可望取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)及內(nèi)燃機(jī)。
2部分國(guó)家氫能研發(fā)戰(zhàn)略分析
不少國(guó)家推出了氫能研發(fā)戰(zhàn)略，簡(jiǎn)要分析美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)和地區(qū)的氫能研發(fā)與應(yīng)用情況。氫氣應(yīng)用范圍很廣，包括交通運(yùn)輸、工業(yè)燃料、發(fā)電等。氫能產(chǎn)業(yè)鏈一般分為上、中、下游三大環(huán)節(jié)，上游是氫氣制備，中游是氫能儲(chǔ)運(yùn)，下游是氫氣應(yīng)用。
2.1美國(guó)
(1)氫能研發(fā)總體戰(zhàn)略作為最早將氫能納入能源戰(zhàn)略的國(guó)家，美國(guó)2002年在《國(guó)家氫能發(fā)展路線圖》明確了氫能發(fā)展目標(biāo)及路線，其2014年的《全面能源戰(zhàn)略》明確了氫能在交通運(yùn)輸業(yè)中的作用。2019年的《氫經(jīng)濟(jì)路線圖》從實(shí)施角度提出要擴(kuò)大氫能在交通、分布式電源、家用熱電聯(lián)產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用。美國(guó)能源部2020年發(fā)布的《氫能計(jì)劃發(fā)展規(guī)劃》細(xì)化了氫能研發(fā)實(shí)施方案，指出要打破機(jī)構(gòu)和市場(chǎng)壁壘、促進(jìn)氫能研發(fā)涉及的燃料電池和燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的應(yīng)用，形成氫能應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。
(2)氫能應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃氫能研發(fā)涉及的兩個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是燃料電池系統(tǒng)研發(fā)和加氫站建設(shè)。美國(guó)一直支持鼓勵(lì)燃料電池的研發(fā)，2018年以來(lái)，先后投入6800萬(wàn)美元用于研發(fā)。燃料電池應(yīng)用涉及運(yùn)輸(包括汽車(chē)(分為客車(chē)、輕型車(chē)和叉車(chē))、飛機(jī)、船舶)、儲(chǔ)能、發(fā)電等領(lǐng)域，而燃料電池汽車(chē)是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要方向。根據(jù)美國(guó)《氫能經(jīng)濟(jì)路線圖》，2019年擁有燃料電池車(chē)約7600輛，計(jì)劃到2022年達(dá)到5萬(wàn)輛，2025年達(dá)到20萬(wàn)輛。通過(guò)成立專門(mén)的機(jī)構(gòu)，美國(guó)建立了多渠道氫能研發(fā)投資機(jī)制，扶持相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展;通過(guò)政府、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)，推進(jìn)燃料電池的發(fā)展。
加氫站是氫能應(yīng)用中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。為推動(dòng)燃料電池汽車(chē)保有量的增長(zhǎng)，美國(guó)積極發(fā)展加氫站等配套基礎(chǔ)設(shè)施。加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)依賴于商業(yè)模式完善以及政府支持兩大策略。加氫站建設(shè)采用“以站促車(chē)”的商業(yè)模式，通過(guò)建設(shè)加氫站網(wǎng)絡(luò)解決燃料電池汽車(chē)的動(dòng)力供應(yīng)問(wèn)題，從而促進(jìn)燃料電池汽車(chē)的發(fā)展。此外，政府對(duì)加氫站建設(shè)提供支持，一方面對(duì)加氫站建設(shè)提供指導(dǎo)意見(jiàn)，另一方面在資金上也提供扶持。
2.2歐盟
(1)氫能研發(fā)總體戰(zhàn)略歐盟
2020年7月發(fā)布的《氣候中性的歐盟氫能源戰(zhàn)略》發(fā)展藍(lán)圖中提到要打造可再生氫能源體系，在2050年前，逐步擴(kuò)大可再生氫能源與可再生新能源的部署。近期可通過(guò)利用其他形式的低碳?xì)淠�，迅速減少制氫中的碳排放量，促進(jìn)可再生能源的使用。歐盟氫能發(fā)展分為3個(gè)階段[3]：第1階段是2020—2024年，戰(zhàn)略目標(biāo)是在歐盟安裝至少6千兆瓦的可再生氫能電解槽，可再生能源制氫年產(chǎn)量達(dá)100萬(wàn)噸t，對(duì)現(xiàn)有氫氣生產(chǎn)進(jìn)行脫碳處理;第2階段是2025—2030年，使氫能真正成為能源系統(tǒng)的一部分，其目標(biāo)是2030年安裝40千兆瓦以上的可再生氫能電解槽，其制氫年產(chǎn)量達(dá)1000萬(wàn)t;第3階段是2030—2050年，可再生氫技術(shù)達(dá)到成熟，并大規(guī)模應(yīng)用于所有難以脫碳行業(yè)(如陸上貨運(yùn)、航空、海運(yùn)等)。
(2)氫能應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃
過(guò)去十幾年，歐盟低碳化重點(diǎn)集中在發(fā)電領(lǐng)域，電力占?xì)W洲終端能源結(jié)構(gòu)的20%。交通和供熱(包括建筑和工業(yè))合計(jì)占?xì)W洲終端能源消費(fèi)的77%[4]，是未來(lái)氫能應(yīng)用的重要領(lǐng)域�！稓W盟氫能路線圖》[5]提出，2030年車(chē)輛市場(chǎng)將達(dá)到乘用車(chē)370萬(wàn)輛、輕型商用車(chē)50萬(wàn)輛、重型載貨車(chē)和公交車(chē)4.5萬(wàn)輛、列車(chē)570輛。電動(dòng)汽車(chē)目前在乘用車(chē)領(lǐng)域已占先機(jī)，但對(duì)于一些載荷重、行駛距離長(zhǎng)的運(yùn)輸汽車(chē)，如長(zhǎng)途客車(chē)、城市出租車(chē)、長(zhǎng)途重型貨運(yùn)卡車(chē)等，燃料電池汽車(chē)具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。
2018年歐盟管道天然氣占供暖一次能源的40%[4]，氫能代替天然氣供暖是歐盟向低碳轉(zhuǎn)型的重要方向。2018年6月，歐盟熱電聯(lián)產(chǎn)促進(jìn)協(xié)會(huì)發(fā)布《熱電聯(lián)產(chǎn)在歐盟未來(lái)能源系統(tǒng)中的作用》提出了氫能在供熱領(lǐng)域的發(fā)展藍(lán)圖。2030年，歐盟20%的電力和25%的熱能將由熱電聯(lián)產(chǎn)提供，可再生能源至少占熱電聯(lián)產(chǎn)的1/3，這將為歐盟23%的碳減排目標(biāo)和18%的能源效率目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。
2.3日本
(1)氫能研發(fā)總體戰(zhàn)略日本政府2019年修訂的《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，重點(diǎn)規(guī)劃了燃料電池技術(shù)、氫供應(yīng)鏈及電解技術(shù)領(lǐng)域，提出將車(chē)載用燃料電池、定制用燃料電池、水制氫等項(xiàng)目作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。目前，日本正考慮降低制氫成本，將自己定位為燃料電池技術(shù)出口國(guó)。此外，日本也在尋求使用化石燃料并利用碳捕集和儲(chǔ)存技術(shù)生產(chǎn)氫，此技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上具有較大競(jìng)爭(zhēng)力。日本《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》將氫氣研發(fā)推廣分為以下3個(gè)階段[6]：2022年前從技術(shù)上論證從國(guó)外儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫氣的可行性;2030年左右全面引進(jìn)氫氣發(fā)電;2050年左右實(shí)現(xiàn)家庭完全使用不含CO2的氫氣。日本政府與企業(yè)為促進(jìn)燃料電池汽車(chē)商業(yè)化，一直致力于降低其成本。“路線圖”對(duì)氫燃料電池汽車(chē)價(jià)格提出了具體要求：2025年前氫燃料電池汽車(chē)與混合動(dòng)力汽車(chē)價(jià)格相差不大于70萬(wàn)日元，燃料電池系統(tǒng)造價(jià)應(yīng)降至5000日元·kW-1，儲(chǔ)氫罐造價(jià)降至30萬(wàn)日元。
(2)氫能應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃日本《氫能源基本戰(zhàn)略》明確了氫能應(yīng)用的兩大領(lǐng)域：一是運(yùn)輸工具(燃料電池汽車(chē));二是家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供;將這兩大領(lǐng)域打造為氫能發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。燃料電池汽車(chē)主要用于乘用車(chē)、叉車(chē)、貨車(chē)以及巴士。日本氫燃料電池汽車(chē)的動(dòng)力性能及續(xù)駛里程已接近傳統(tǒng)燃油汽車(chē)水平[7]，銷(xiāo)量保持穩(wěn)步增長(zhǎng)，2020年新增761輛，累計(jì)推廣超過(guò)3900輛。日本還計(jì)劃加快普及氫燃料電池汽車(chē)，2040年氫燃料電池汽車(chē)保有量將增至300~600萬(wàn)輛。
家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)(ENE-FARM)原材料是天然氣，產(chǎn)品是電和熱，能源綜合利用效率達(dá)97%，在該領(lǐng)域全球領(lǐng)先。該項(xiàng)目2005年由政府主導(dǎo)啟動(dòng)并補(bǔ)貼，使用的燃料電池主要有固體高分子型燃料電池(PEFC)和固體氧化物型燃料電池(SOFC)兩類(lèi)。PEFC技術(shù)成熟，價(jià)格較低，在日本市場(chǎng)占比累計(jì)超過(guò)80%;SOFC技術(shù)先進(jìn)，但造價(jià)較高，發(fā)展?jié)摿^大[8]。日本家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)2009年已進(jìn)入商業(yè)推廣，計(jì)劃2030年實(shí)現(xiàn)裝機(jī)量累計(jì)530萬(wàn)套。
2.4氫能技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)
從全球看，制氫主要以傳統(tǒng)能源的化學(xué)重整技術(shù)為主，2017年這類(lèi)制氫原料占96%，另外4%左右來(lái)自電解水[9]。美國(guó)、歐盟、日本等在燃料電池、燃料電池汽車(chē)的研究以及商業(yè)化方面發(fā)展都較迅速。美國(guó)的質(zhì)子膜純水電解制氫技術(shù)世界領(lǐng)先，且掌握著液氫儲(chǔ)氣罐、儲(chǔ)氫罐等核心技術(shù)[10]，液氫產(chǎn)量、規(guī)模及價(jià)格有較大優(yōu)勢(shì);美國(guó)燃料電池乘用車(chē)和叉車(chē)制造及市場(chǎng)保有量也居世界領(lǐng)先水平。
日本在家庭燃料電池?zé)犭娐?lián)供固定電站和燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及商業(yè)化方面最成功，預(yù)計(jì)2050年燃油汽車(chē)將全面向燃料電池汽車(chē)過(guò)渡。歐盟為實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，高度重視燃料電池技術(shù)的研發(fā)，其固體氧化物型燃料電池技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先。固體氧化物型燃料電池輸出功率大、生產(chǎn)成本低以及使用壽命長(zhǎng)、污染小，在燃料電池汽車(chē)以及家庭微型熱電聯(lián)供等方面運(yùn)用廣泛。美國(guó)、歐盟、日本均以汽車(chē)作為燃料電池移動(dòng)端最重要的領(lǐng)域，但重點(diǎn)發(fā)展的車(chē)型各有側(cè)重。
美國(guó)、日本重點(diǎn)在乘用車(chē)，而歐盟優(yōu)先發(fā)展的是行駛里程長(zhǎng)且載荷大的商務(wù)車(chē)和卡車(chē)。美國(guó)在加氫站建設(shè)方面采取“以站促車(chē)”的商業(yè)模式，加州地區(qū)建立的加氫站網(wǎng)絡(luò)已基本可保障燃料電池汽車(chē)的自由行駛。日本以東京、大阪、名古屋、福岡四大都市區(qū)為中心打造加氫站網(wǎng)絡(luò)，形成了區(qū)域聯(lián)動(dòng)氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。歐盟加氫站分布圍繞主要城市及其連接的走廊展開(kāi)，如德國(guó)已建、在建及規(guī)劃中的加氫站基本覆蓋了德國(guó)七大都市區(qū)。
3氫能研發(fā)及其在我國(guó)碳中和戰(zhàn)略中的地位
3.1我國(guó)氫能發(fā)展政策
2020年4月，國(guó)家能源局印發(fā)的《中華人民共和國(guó)能源法(征求意稿)》提到優(yōu)先發(fā)展可再生能源，支持開(kāi)發(fā)應(yīng)用替代油氣的新型燃料和工業(yè)原料，并將氫能納入能源范疇。同年12月《新時(shí)代中國(guó)能源發(fā)展》白皮書(shū)中提出加速發(fā)展綠氫提取、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)氫能燃料電池技術(shù)鏈、氫能燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要提出在氫能與儲(chǔ)能等科技和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域布局一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)，加速氫能產(chǎn)業(yè)孵化計(jì)劃實(shí)施。除了國(guó)家層面上陸續(xù)出臺(tái)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)政策規(guī)范外，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角以及川渝等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)也推出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)及規(guī)劃。
3.2我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀
氫能產(chǎn)業(yè)鏈的上游是制氫。我國(guó)氫能源主要來(lái)源于煤炭制氫(灰氫)，煤制氫氣占2020年氫氣總產(chǎn)能的62%。制氫工業(yè)以技術(shù)引進(jìn)為主，較成熟的技術(shù)有化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫以及可再生能源制氫3種，其中工業(yè)副產(chǎn)制氫已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。技術(shù)上看，要降低碳排放，制造真正的清潔能源“綠氫”，需采用可再生能源制氫技術(shù)，電解水是該技術(shù)的核心，包括堿性電解水、質(zhì)子交換膜(PEM)電解水、固體氧化物電解水等技術(shù)。
堿性電解水技術(shù)商業(yè)模式較成熟，但具有一定安全隱患。PEM電解水制氫具有較好反應(yīng)性和靈活度，未來(lái)或成為制氫的主流技術(shù)。電解水制氫成本相對(duì)較高，我國(guó)目前利用綠色途徑電解水所占比例很小，僅占1%[13]。不過(guò)，我國(guó)煤資源相對(duì)豐富和廉價(jià)，在水制氫成本降下來(lái)之前，未來(lái)規(guī)�；茪浠驊�(yīng)以煤制氫為重點(diǎn)。
4結(jié)論與建議
通過(guò)上述分析，可以得到以下結(jié)論：
(1)氫能是未來(lái)全球能源體系中的重要組成部分。據(jù)歐盟相關(guān)研究，2050年全球氫能源市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)2.3萬(wàn)億歐元，2/3的汽車(chē)將配備氫燃料電池驅(qū)動(dòng)裝置。氫能源在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的航空、水(海)運(yùn)、長(zhǎng)距離道路貨物運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有不可替代的應(yīng)用價(jià)值。我國(guó)500km以上長(zhǎng)途貨運(yùn)在寧夏、內(nèi)蒙古、吉林、河南、河北、甘肅、陜西等中西部省份占比超過(guò)50%，是未來(lái)氫能應(yīng)用的重點(diǎn)區(qū)域。
(2)從全生命周期角度看，氫能在碳中和戰(zhàn)略中具有較電力更大的優(yōu)勢(shì)。2018年全球發(fā)電結(jié)構(gòu)中煤電占38%，而2020年我國(guó)發(fā)電量中燃煤火力發(fā)電占比更是高達(dá)68.5%。預(yù)計(jì)2050年我國(guó)煤電仍將占20%(EIA機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)我國(guó)2050年煤電將占30%)，據(jù)此估算電力排放因子為0.10057kgCO2·kWh-1，顯著高于氫能。
(3)降低綠氫成本是發(fā)展氫能的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。
2018年綠氫成本約4~8美元·kg-1，到2030年可望降到2.5~5.0美元·kg-1，2050年可降至1.6~3.3美元·kg-1。這個(gè)離巴黎氣候協(xié)定要求的“2030年1.8~3.2美元·kg-1、2050年0.9~2.0美元·kg-1”仍有不少差距。我國(guó)目前氫燃料車(chē)成本高，約為燃油車(chē)的2倍、電動(dòng)車(chē)的5倍;氫燃料的研發(fā)與推廣仍需要較大力度的前期政策支持。2060碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)還有近40年，可以采用從近期灰氫燃燒取代石化燃料逐步過(guò)渡到中遠(yuǎn)期大面積推廣氫燃料電池的技術(shù)路線。
(4)氫能減碳效果顯著。
美國(guó)2050年氫能總需求量預(yù)計(jì)在6300萬(wàn)t，屆時(shí)氫能將占終端能耗的14%[21]。日本盡管目前大部分氫還是“灰氫”，但2050年預(yù)測(cè)氫能需求將達(dá)約2000萬(wàn)t，并擬擴(kuò)大氫能源在交通行業(yè)的應(yīng)用。2020年中國(guó)氫氣年產(chǎn)量2050萬(wàn)t，《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)2020》估算2060年預(yù)計(jì)增加至1.3億t左右。不過(guò)，目前我國(guó)氫氣還不是綠氫，離清潔氫能質(zhì)量要求仍有較大差距。2050年氫能在能源體系中占比將達(dá)10%，氫能需求量接近6000萬(wàn)t。2060年氫能在道路運(yùn)輸中的應(yīng)用如能達(dá)到4000萬(wàn)t可望實(shí)現(xiàn)4億t減碳量，這對(duì)我國(guó)2030年交通運(yùn)輸行業(yè)11億t左右的達(dá)峰排碳量[22]的降低具有重要意義。
(5)減碳目標(biāo)任重道遠(yuǎn)。
中共中央國(guó)務(wù)院《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》[23]提出2030年非化石能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，并將2060年非化石能源消費(fèi)比重定在80%以上的較高水平。意見(jiàn)第12條提出“積極發(fā)展非化石能源：統(tǒng)籌推進(jìn)氫能‘制儲(chǔ)輸用’全鏈條發(fā)展”，對(duì)氫能研發(fā)與應(yīng)用提出了更高要求。2019年我國(guó)能源消費(fèi)總量48.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭約占57.7%[24]。國(guó)務(wù)院《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》[25]提出要推動(dòng)運(yùn)輸工具低碳轉(zhuǎn)型，擴(kuò)大電力、氫能、天然氣等新能源、清潔能源在交通運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用，2030年當(dāng)年新增新能源、清潔能源動(dòng)力的交通工具比例達(dá)到40%左右。
參考文獻(xiàn)
[1]國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.綜合能耗計(jì)算通則(GB/T2589-2020)[S].北京：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2021.[StateAdministrationforMarketRegulation.Generalrulesforcalculationofthecomprehensiveenergyconsumption(GB/T2589-2020)[S].Beijing:StandardizationAdministration,2021.]
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[3]EuropeanCommission.Ahydrogenstrategyforaclimate-neutralEurope[EB/OL].(2020-07-08)[2021-10-01]. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:52020DC0301.
[4]SRINIVASANS.Hydrogen:Themissingpieceofthezero-carbonpuzzle[R].America:IHSMarkitReport,2018. https://ihsmarkit.com/Info/1118/hydrogen-missing-piece-zero-carbon-puzzle.html
[5]FuelCellsandHydrogen,JointUndertaking.HydrogenroadmapEurope:AsustainablepathwayfortheEuropeanenergytransition[EB/OL].(2019-02-11)[2021-10-01].https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/Hydrogen%20Roadmap%20Europe_Report.pdf.
作者：毛保華*1a,1b，盧霞1a，黃俊生1a，何天健1a，陳海波2
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