氢能产业发展机遇与挑战并存,如何有序推进?

氢能是未来能源革命的突破口之一,其发展和利用必将带来能源结构的重大改变。但氢能发展中尚存在诸多技术瓶颈与现实挑战。对此,应结合实际,适度审慎布局,有序向前推进。

随着中国经济社会的快速发展,能源消费需求总量不断上升,石油、天然气等一次能源的进口依存度持续走高。能源进口依存度高,已成为中国能源安全的巨大隐患,能源结构转型势在必行。

氢能作为一种来源广泛、绿色、高效的二次能源,未来必将成为中国能源系统的重要组成部分,改善中国能源安全现状。同时,制氢、储氢、用氢的各个环节均可产生巨大的商业与社会价值,对中国产业升级、经济可持续发展具有重要意义。

但与日、美、欧、韩等国相比,中国氢能技术发展相对滞后,政策扶持力度不足,氢能产业发展存在巨大挑战。对此,中国应从战略、产业结构、财政支持等方面进行统筹布局,加快推进中国氢能产业发展。

一、发展氢能有利于保障能源安全,推进产业升级

当前,中国能源发展主要面临以下挑战:一是我国石油对外依存度接近70%,能源安全存在系统性风险;二是传统粗放式能源开发利用带来的环境问题亟待解决;三是能源系统效率总体偏低;四是我国碳排放量约占全球总量的1/4,连续多年世界第一。

在此背景下,面临能源消费革命和产业结构调整的艰巨任务,加快发展氢能产业具有重要意义。一方面,推广应用电解水制氢来消纳结构性过剩的水电、风电及光伏发电等可再生能源,既是中国能源安全战略的重要组成部分,也是中国优化能源消费结构的重要途径;另一方面,氢能产业链包括氢能基础设施、燃料电池系统、燃料电池车辆及其他氢能应用领域等,发展氢能产业能够有效带动新材料、新能源、新能源汽车及氢储存与运输等高端装备制造业快速发展,有助于加快推动中国产业结构调整。

二、氢能产业迎来重大利好,发展势头迅猛

(一)多国积极部署氢能政策,推进“氢经济”发展

2003年11月,由美国主导的《氢经济国际伙伴计划》在华盛顿宣告成立,标志着国际社会在发展氢经济上初步达成共识。近年来,随着传统能源引发的气候变暖、污染及地缘政治危机,世界科技强国纷纷加强“氢经济”建设,旨在抢夺新能源发展的先机。

2017年7月,欧洲研究机构N.ERGHY协会正式更名为欧洲氢能研究所,加强与欧洲氢能组织的合作,以促进氢能和燃料电池的发展。2017年12月,日本政府正式发布“氢能源基本战略”,主要目标包括到2030年左右实现氢能源发电商用化,以削减碳排放并提高能源自给率。2018年2月,受韩国政府大力支持的公私协商组织H2KOREA,发表了关于韩国建立氢能经济社会的方案,计划到2030年以后进入氢能社会。

(二)关键技术不断实现突破,氢能利用成本逐渐减低

一是新型氢气催化剂相继诞生,制氢成本有望大幅下降。如2017年12月,美国桑迪亚国家实验室和加州大学的研究人员利用仿生学原理,开发出有效催化氢气的聚合物。

二是储氢材料研发加速,储氢、运氢成本将显著降低。如2018年3月,美国莱斯大学研究人员通过超级计算机研究发现,二维氮化硼材料储氢能力优异,能够快速吸收或释放氢气。

三是新型燃料电池催化剂实现突破,为燃料电池商业化发展提供可能。如2017年12月,中国科学技术大学与西安交通大学研究人员将铁、钴双原子材料应用于氢燃料电池,并将电池活性提高至20%。

(三)氢能产业化步伐加快,基础设施建设提速

随着关键技术的突破与各国政策的强力支持,氢燃料电池商业化进程不断加速。2014年12月,丰田FCV燃料电池汽车在日本上市,2015年产700辆,2016年产2000辆,预计2020年产达3万辆。FCV燃料电池汽车最初售价为5.75万美元,丰田计划2025年前让燃料电池汽车售价降至2万美元。

此外,日、美、欧、韩等国均大力发展加氢站并做出长远规划。截至2017年8月,全球共有286座加氢站,其中日本86座、美国60座、德国31座。根据发展规划,英国将于2025年建成300座加氢站,德国将于2025年建成400座加氢站,日本将于2030年建成320座加氢站。

三、中国氢能产业发展尚存在诸多瓶颈

(一)氢能大规模商业化应用仍存在诸多挑战

从制氢环节上看,现有制氢技术大多依赖煤炭、天然气等一次能源,经济、环保性问题依然突出。利用核能、生物质气化制氢尚不成熟,利用太阳能或风能等可再生能源则存在效率低、综合成本高等问题。

从储氢环节上看,虽然加压压缩储氢技术、液化储氢技术、金属氢化物储氢技术和有机化合物储氢技术均取得了较大进步,但储氢密度、储氢安全性和储氢成本之间的平衡关系尚未解决,离大规模商业化应用还有一定差距。

从用氢环节上看,氢燃料电池汽车规模不足,导致加氢站建造成本居高不下、难以大规模铺设,加氢站数量不足反过来又导致用户难以选用氢燃料电池汽车。总体来看,用氢环节的便利性和成本控制难以兼顾。

(二)基础研究能力不足,知识产权保护力度弱

从全球范围的氢能专利布局看,大量核心专利掌握在美国、日本等国的大型企业手中,我国尚未成为主导国际氢能发展的技术来源方。国外专利申请者多为实力雄厚的跨国企业,在行业内具有绝对领先的技术优势和资本优势,而国内专利申请者多为高校和科研院所,应用技术基础研究能力薄弱,产品转化速率较低。

此外,以丰田、本田为首的国外跨国企业,具有很强的专利保护意识和清晰的国际专利布局战略意图,在很多国家都申请了相当数量的PCT专利。相比之下,中国研发机构对专利保护意识不足,在国外申请数量较少,不利于未来市场竞争与拓展。

(三)标准化建设不足制约氢能产业发展

在氢能产业发展的过程中,目前依然面临着“谈氢色变”的问题。全球学术界和产业界已形成共识,只要按照标准来发展氢能产业,安全程度是可保障的。目前氢能方面的标准已经超过21项,但远远不能满足产业发展的需求,而没有相应基础标准的支撑,新产品推广就会受限。

四、对策建议

氢能是未来能源革命的突破口之一,其发展和利用必将带来能源结构的重大改变。氢能与燃料电池涵盖了庞大的技术体系,对科学技术发展具有重要的辐射作用。但氢能发展中尚存在诸多技术瓶颈与现实挑战,短期内高强度投资布局或不利于行业可持续发展。

对此,我应正确认识氢能在能源结构中的地位,适度审慎布局,鼓励企业为主的应用技术创新,建立健全氢能利用标准,推动氢能产业健康发展。

(一)适度审慎布局氢能产业发展

氢能利用仍面临诸多障碍,在技术实现重大突破、成本显著下降之前,投入过多政治意愿、资金支持反而不利于氢能产业的发展。我国的社会经济发展现状在一段时期内还无法承受向前景不够明朗的氢能经济转型的巨大代价。

针对国内现状,我应适度审慎布局氢能产业发展,厘清发展思路和定位,优先在军事用途、空间开发、偏远地区供能、与可再生能源结合、小规模商用热电联供等方面发展氢能产业。

(二)依靠市场主导,合理制定补贴政策

目前,国内氢能产业存在一哄而上的现象,缺乏统筹规划,群龙无首、各自为战的现象十分突出。国家对于氢能的高额补贴,或将导致资本蜂拥而至,一些不具备“氢经济”天然禀赋的地方也争相发展氢能产业。对此,我应鼓励发展市场主导的氢能产业,合理制定补贴政策,积极培养市场基础,推动制氢、储氢、用氢的高效发展。

(三)加大力度打通科研成果转化效率

一是加强企业、高效的专利保护意识,提升参与国际市场竞争的强度,做好国际专利申请和布局,积极抢占科技创新的制高点;二是加强高校与传统技术优势企业的合作,结合各方优势,促进核心技术的研发与应用,通过专利许可、专利转让等形式,实现技术创新成果的市场价值最大化。

(四)推动氢能产业标准化建设

一是规范加氢站申请、批准程序,促进氢能基础设施建设,规范加氢站对公众开放的标准;二是取消对氢能国际标准建设的限制,需要多少就立项多少;三是设立第三方论证,进一步保障氢能安全生产与使用;四是鼓励国内、国际合作,借鉴其他产业行之有效的经验。

作者:宫学源

来源:财务角度

2018年9月13日 09:43