在“绿电制绿氢”的需求推动下,我国各类技术持续创新,氢能制备、储运、 燃料电池系统集成、工程化应用等主要技术和生产工艺方面不断取得突破。
据统计,目前全球氢气产量超 9000 万吨,我国的氢气生产量和需求量均居 世界首位,并呈逐年上升的态势,2022 年氢气年产量达 3781 万吨,产能超 4000 98 万吨/年。我国各行业氢能获取及应用将逐步由灰氢、蓝氢向绿氢过渡。根据我院 研究预测,未来我国和全球的绿氢需求量将持续稳步上升,2030 年、2040 年、 2050 年和 2060 年我国绿氢需求将分别达到 2300 万、6900 万、9100 万、1.2 亿 吨。国际能源署(IEA)和国际可再生能源署(IRENA)预计,到 2050 年,氢能 将满足终端能源需求的 12%-13%,而要实现这一目标,到 2050 年,氢气的总产 量必须比目前的水平增加五倍以上。 中国也是全球最大合成氨生产国和消费国,产量约占全球的 30%。2022 年 我国合成氨产量达 5909.2 万吨,其中煤制合成氨约占 75.5%、天然气合成氨约占 21.4%,新能源制备绿氨占比较低。国内绿氨产业化虽然起步晚,但发展速度快、 动力足,2021 年以来我国陆续有 30 多个绿氨项目宣布立项,总计划产能超过 400 万吨。经研判 2030 年合成氨的绿氨占比可达到 20%左右,2060 年合成氨的氢来 源将大部分来自于绿氢。
我国的甲醇行业在全球的甲醇领域都有着举足轻重的地位和影响力,据中国 氮肥工业协会统计,2022 年我国甲醇产能达到 10041 万吨/年,产量为 8022.5 万 吨,均位居世界第一。近几年,我国甲醇消费市场的年均增长量都在 10%以上, 甲醇的大型生产装置,整体的生产技术水平、规模集中度等方面都有着显著的提 升。我国绿色甲醇产业发展态势较好,目前在建及拟建项目全部投产后,预计我 国各类绿色甲醇合计新增年产能将超过 800 万吨/年。经研判,2030 年以绿氢为 原料合成的绿色甲醇占比可达到总甲醇产量的 15%左右,到 2060 年将逐步提升 至 80%以上。 “双碳”目标下,我国交通、化工、冶金、电力等领域减碳进程将不断加速, 氢基能源的应用场景多元、市场空间广阔,中国将成为全球最大的氢基能源消费 市场,是承载我国绿色氢基能源产业发展的重要市场基础,也是我国打造世界绿 色氢能中心的突出优势。
首先是生产要素保障能力强。我国幅员辽阔,具有广阔的沙漠、戈壁、荒漠、 草原及海域资源,土地要素保障能力较强,发展绿色氢基能源产业的土地承载能 力较强。水电、太阳能、风能、潮汐能等可再生能源资源丰富,叠加我国新能源 产业链优势,我国低价新能源电力优势突出,利用风电和光伏发电制取绿氢的电力成本要素保障能力较强。我国生物质资源年产生量巨大,约 44.44 亿吨,具有 较大的开发利用潜力,生物碳的供应保障能力较强。 其次是产业配套能力强。我国在电解槽的产能及装机量等方面都已经实现领 跑全球,截至 2023 年 12 月底,中国电解水制氢累计产能约达 7.2 万吨/年,在绿 氢供给上具有巨大潜力。与此同时,我国电解槽产能达到 18GW/年,快速增长的 电解槽产能将能充分满足绿氢产量增长的需求。目前我国已初步构建从基础研究、 工程应用到示范推广的全方位发展格局,已建立了较为完整的氢能产业链,相关 企业超过 8000 家,初步形成了涵盖制氢、储氢、运氢、加氢、整车、应用等全 产业链的氢能产业体系,能够产生强大的带动作用,促进氢能产业多元化发展。 已有超过三分之一的中央企业在布局氢能全产业链,并取得了一批技术研发和示 范应用的成果。我国的完整的氢能产业链能够在技术创新、生产流程优化等方面 为氢能产业提供关键支持。
自 2019 年氢能首次被写入政府工作报告以来,我国从国家层面开始在氢管 理、制取、运输、储存、应用和安全等多方面完善氢能产业发展的支持政策体系 和标准体系。据统计,截至 2023 年底,全国发布氢能相关政策超过 900 项,其 中,国家层面就有 150 多项,仅 2023 年国家发布的涉氢政策就 43 项之多。今年 全国两会期间,加快氢能产业发展首次被写入政府工作报告,这意味着,氢能已 成为我国积极培育的新兴产业和未来产业的方向之一。 值得注意的是,制约行业发展的部分关键因素,正在一步步通过政策松绑得 到解决,2023 年广东、河北、山东、吉林、新疆等地相继发文明确提出允许在非 化工园区建设制氢加氢一体站;海南省亦提出支持先行试点突破,研究将氢气纳 入能源管理范畴,逐步突破氢能产业发展的政策制约。这些政策将进一步助力氢 能行业逐步打破发展瓶颈,加速驶入发展快车道。在标准建设方面,我国适时推 出了《氢能产业标准体系建设指南(2023 版)》,明确了近三年国内国际氢能标 准化工作重点任务,初步建立了氢能产业标准体系,为我国氢能产业高质量发展 提供了有效支撑。
总体来看,我国对氢能产业发展愈发重视,国家氢能产业顶层设计日趋完善, 涉氢政策的数量显著增长,氢能专项政策更加务实落地,正在形成系统推进氢能 产业发展的政策体系,并与地方性氢能领域创新政策形成有效联动。我国氢能政 100 策的顶层设计将切实推动产业发展,为构建全球绿色氢能中心提供了良好的政策 保障。
在“绿电制绿氢”的需求推动下,我国各类技术持续创新,氢能制备、储运、 燃料电池系统集成、工程化应用等主要技术和生产工艺方面不断取得突破。 我国碱性电解槽技术加速迭代,已实现全产业链的国产化,单槽产能已经突 破 3000 标方/小时,相较其他国家存在显著优势;电解槽结构、零部件性能等方 面持续优化,已经推出性能接近 PEM 电解槽的碱性电解槽产品,逐步实现国际 并跑、领跑;PEM 制氢技术快速突破,已初步掌握催化剂、质子交换膜等关键材 料的制备技术和工艺;新型电解技术持续创新:SOEC 电解系统更新迭代,实现 全面国产化技术突破;发布全球首台 100kW AEM 电解槽产品;完成全球首次海 上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术的中试,走在了国际前列。 储运加氢技术亦取得多方面突破,新技术不断涌现。高压气氢技术继续向“大 容量”发展:成功研发出用于长管拖车 30MPa II 型瓶,掌握 70MPa IV 型瓶制造 技术。输氢管道技术实现多项突破:一是输氢压力增大,国家管网通过了 6.3MPa 氢气充装、9.45MPa 管道爆破测试;二是管道掺氢比例不断突破,实验首次达到 30%。液氢核心装备国产化进程加速,实现了首套 10 吨/天氢液化装置系统下线 等多个突破,中国从氢液化到液氢应用的技术链条逐渐打通。固态储氢方面,陆 续打破各项技术瓶颈,已在广州实现并网发电应用。
氢应用方面,氢燃料电池在系统集成、电堆设计与制造、膜电极、催化剂等 核心技术取得了长足进步,已初步具备全产业链自主研发制造能力,核心零部件 国产化水平紧追全球先进水平。在绿氢制合成氨和低碳甲醇等领域也取得工程化 应用关键进展,核心装备、催化剂等进入工业化应用,一大批可再生能源制氢化 工项目相继建设投产。纯氢冶金关键核心技术攻关取得突破,实现全氢工业化生 产直接还原铁的竖炉应用,全球首套纯氢多稳态竖炉示范工程建设,设备国产化 率达到 100%。气电掺氢和煤电掺氨研发进展迅速,已完成了最高 30%掺氢燃烧 和的 300 兆瓦燃煤发电机组掺氨示范研究,并在 600 兆瓦燃煤发电机组上实施了 高负荷发电工况下煤炭掺氨燃烧试验。 技术快速突破为我国氢能产业高质量发展提供了有力支持,展示了中国在构 建全球绿色氢能中心的技术创新驱动力。