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獨家 | 德、日、美三國氫能產業發展現狀及啟示

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能源情報研究中心 邱麗靜

 

1引言

 

氫(H),在元素周期表中位于第一位,廣泛存在于自然界。氫能是指氫和氧進行化學反應釋放出的化學能,具有能量密度大、燃燒熱值高、來源廣、可儲存、可再生、可電可燃、零污染、零碳排等優點,被譽為21世紀最具發展前景的二次能源。

 

氫能產業包括制氫、儲氫、運氫、注氫和下游應用等環節。氫能的制備可以通過礦物燃料制氫、電解水制氫、甲烷催化熱分解制氫和生物制氫等方法實現,憑借氫能燃料電池技術整合成電、熱、氣一體化的能源利用方式,是實現電、熱、氣互聯互通的重要方向。同時,氫的利用形式很多樣,可以通過燃燒產生熱能,在熱力發動機中產生機械功,并且用氫代替煤和石油,無需對現有技術裝備進行重大改造;可以用于燃料電池直接產生電能,為燃料電池車、分布式發電設施提供動力;可以儲存,能夠實現持續供應、遠距離輸送。氫能整個產業鏈還涉及一些重要材料和關鍵零部件的高端制造業,這些產業的發展將會創造出全新的產業鏈,有助于提升各國高端制造業和綠色制造業發展水平,并成為新的經濟增長點。從全球范圍來看,氫能經濟的興起,是應對氣候變化壓力、提升能源安全、技術創新等多因素共同作用的結果。

 

據國際氫能委員會(HydROgen Council)預計,到2050年,氫能可以滿足全球18%的能源需求,氫能及相關技術將超過2.5萬億美元的市場規模,將減少60億噸二氧化碳排放,同時可以為3000多萬人創造就業機會。世界多國政府對氫能研發及應用給予了極大重視,德國、日本、美國等國均出臺相應政策,將發展氫能產業提升到國家能源戰略高度,大力推進氫能產業鏈布局與技術創新。

 

近年來,我國也積極開展氫能的研究和戰略布局,取得了多方面進展。但與世界發達國家相比,我國的氫能技術發展相對落后,政策體系不完善,氫能產業發展仍存在巨大挑戰。因此,研究國際氫能產業發展現狀,分析其產業戰略、產業結構、政策支持等方面的經驗,對加快推進我國氫能產業的發展具有重要借鑒意義。

 

 
 
 

2

 
 

德國氫能產業發展情況

 

德國是氫能產業發展較為領先的國家,從政府部門明確的氫能發展戰略定位、氫能產業發展路線圖、資金投入,到推動產業聯盟的建立和鼓勵技術創新,德國的氫能發展都為其他國家提供了良好的示范。

 

 

(一)戰略部署

 

2004年,德國政府牽頭成立了國家氫能與燃料電池組織(NOW),以支持氫能經濟的初期發展。該組織的管理層由來自德國聯邦交通和數字基礎設施部(BMVI)等多個部門的人員組成。2007年,德國推出了第一個氫和燃料電池技術國家創新計劃(NIP),用以資助相關技術研發。截至2016年,NIP計劃總共投資14億歐元。2015年,法國液化空氣集團、戴姆勒、林德、OMV、殼牌和道達爾等企業聯合組建H2 Mobility聯盟,以社會產業資本的身份與NOW一同支持德國氫能產業發展。

 

德國已實施了多個涉及氫氣制取、運輸、儲存及燃料電池應用的氫能全產業鏈,在通信基站、加氫站、燃料電池車、氫能列車、氫區建設等方面實現了很好的應用。2007~2018年,德國在氫燃料電池行業累計投資近40億歐元,用于氫燃料電池技術研發。2018年,BMVI批準了總額超過310萬歐元的資金申請,用于采購223輛燃料電池汽車。資金來自NIP計劃第二階段。此外,來自資助計劃的2050萬歐元將用于建立20座加氫站,從而使零排放氫能汽車更具吸引力。

 

除了NIP計劃外,NOW也為當地電動物流企業和德國電動車充電設施協調撥款計劃,支持聯邦政府交通和燃料戰略(MKS),促進交通領域能源過渡。BMVI還將在2022年之前提供5270萬歐元的資金支持,用于鐵路運輸的可持續驅動。2018年,德國新增26座公共加氫站投入運營,截至2018年底,德國共有60座公共加氫站在運。此外,政府計劃于2019年再建100座加氫站,目前,計劃的加氫站中近一半已經建成,覆蓋了德國的主要城市。

 

德國氫能應用情況

資料來源:根據公開資料整理

 

 

(二)管理機構

 

為加大對氫能和燃料電池汽車的開發與商業化應用,除了政府部門的努力,德國先后成立多個技術聯盟和產業聯盟以進行氫能的開發合作。早在2006年,德國政府、工業和科學界達成戰略聯盟,啟動NIP計劃長達10年的重大項目,為750個項目總計投入約7.1億歐元。

 

2015年,由法國液化空氣集團、戴姆勒、林德、OMV、殼牌和道達爾六家氫能產業的龍頭企業結成了H2 Mobility聯盟,與NOW共同支持德國氫能產業發展。為推動氫能發展項目的實施,NOW啟動了NIP計劃。通過該計劃,共募集14億歐元的專項資金用于2007~2016年的氫能項目開發。募集資金中的7億歐元由德國政府出資,剩余資金則按項目合作制度由產業提供。

 

2017年,在BMVI的領導下,德國政府組織本國汽車行業領導企業成立了一個6000萬歐元、為期三年的聯盟,以期研究汽車燃料電池堆的大批量生產。此聯盟名為AutoStack-Industrie,第一年投資金額為2130萬歐元,旨在2020年之前為德國和歐洲燃料電池汽車的商業引進提供技術、經濟和科技支持。包括戴姆勒、大眾集團、福特、Greenerity、NuCellSys、優美科等在內的眾多企業紛紛加入該聯盟,這些企業均是氫燃料技術研發領域的領先者。目前,聯盟正在研究建造燃料電池工廠的可能性,第一階段的目標產能為每年3萬個燃料電池堆。

 

 

(三)重點發展領域

 

1

開發零排放氫能乘用車

 

 

清潔巴士

 

德國非常重視氫能乘用車的開發。城市巴士應用氫能動力模塊能夠減少顆粒物和氮氧化物的排放,德國社區非常希望實現零排放目標。2017年,以歐盟委員會牽頭投資的清潔巴士已有51臺在德國運營。巴士的采購和運營采用聯合投資機制,確保其成本在可接受范圍之內。2018年初實施的氫動力汽車歐洲聯合倡議項目(JIVE)提出,歐盟將在未來為此項目提供約3700萬歐元,旨在為歐洲汽車制造商提供經濟支持,以削減各整車廠商制造燃料電池汽車所需費用。

 

 

氫能列車

 

由于德國鐵路電氣化程度較低,大約有59%的德國火車沒有實現電氣化,德國政府試圖使用燃料電池火車來解決環境和電氣化程度低的問題。在過去三年內,德國投資研發氫能城際列車的樣車,計劃在全球清潔能源列車領域先行一步。2018年9月,全球首列氫燃料電池驅動的火車在德國北部的下薩克森州投入運營。由阿爾斯通制造的這款零排放短途列車,從9月17日起正式在布雷梅爾弗爾德、庫克斯港、不萊梅港、布克斯泰胡德等市鎮之間運行。新型列車被命名為Coradia iLint,其固定式加氫站計劃于2021年投入運營。德國下薩克森州地方交通局與法國供應商阿爾斯通公司簽署合同,到2021年采購14輛氫燃料電池列車,包括30年維護和能源供應,總價超8100萬歐元。該款新能源列車最高時速可達140公里,儲氫里程可達1000公里,一次可搭載300名乘客。列車的整套動力裝置完全不排放二氧化碳和可吸入顆粒物,只排放水蒸氣,其多余的能源則可以儲存在列車上安裝的鋰離子電池中供其他用途,因此預計使用燃料電池氫能列車與傳統的柴油列車相比能夠節省高達30%的能源開支。

 

2

建立氫能區域和示范項目

 

為了促進氫能和燃料電池在區域內的實際應用,德國政府計劃打造一批氫能區域和示范項目。2018年下半年,德國的北萊茵-威斯特法倫州為科隆、杜塞爾多夫和斯坦福特等地區提供了110萬歐元的氫能資金用于制定詳細的執行方案。獲資助城市需要在2019年年底之前讓評委會了解其模型思路,最終競選成為北萊茵-威斯特法倫州氫動力發展示范區域。此外,從2018年6月起至2019年1月,氫能區域建設的初始概念構思、詳細計劃以及這些計劃的制定或實施都可以申請聯邦政府的考核以獲得支持,政府將視情況提供資金補助。德國政府預計將選擇六個地區或城市建立氫能區域。這些地區應具有以下一個或多個特定屬性或潛力:沿海地區(風能)、褐煤礦區(結構變化)、汽車工業區(就業)、大都市區(流動性)、中型地區(意愿投資)和邊境地區(歐洲網絡)。

 

3

投資制氫工藝及設施建設

 

基于風能、太陽能等可再生能源電力在分解水時生成“綠色氫氣”,不僅能實現可再生能源電力的有效利用,同時也使電解水制氫的氫氣成本更低,對環境的影響更小。2015年,德國柏林的赫爾姆茨太陽能燃料研究所研究人員應用特殊納米材料,發明了高效利用太陽能制氫新工藝。這種納米材料可以使太陽能轉化為電能的效率達到80%,從而提高電解水的制氫能力。

 

2019年上半年,RWE Generation SE、西門子、ENERTRAG、Stadtwerke Lingen、Hydrogenious Technologies、Nowega、Forschungszentrum Jülich和IKEM研究所聯手在德國發起了GET H2倡議,目標是利用氫能促進能源轉型。作為第一個子項目,合作伙伴計劃在埃姆斯蘭地區建立氫能基礎設施,將整個價值鏈中的能源、工業、運輸和供熱部門聯系起來,其核心任務是建造105兆瓦的電制氫(power-to-gas)設施,利用風能生產“綠色氫氣”,并利用現有基礎設施運輸、儲存及應用氫氣。

 

 
 
 

3

 
 

日本氫能產業發展情況

 

日本在氫能方面處于世界領先地位,從能源發展思路、氫能開發利用,到終端的燃料電池汽車,再到家用燃料電池系統的推廣有著完整的產業鏈。從日本氫能產業的發展情況來看,推廣和普及氫能源市場,低成本制氫、供給鏈完善、規模化利用等條件是關鍵。

 

 

(一)戰略部署

 

因能源匱乏,日本非常重視新能源開發,很早就開始系統地制定氫能發展規劃。在2014年4月制定的《第四次能源基本計劃》中,日本政府就明確提出了加速建設和發展“氫能社會”的戰略方向。2014年6月,日本經濟產業省(METI)發布了《氫能與燃料電池戰略路線圖》,提出實現“氫能社會”目標分三步走的發展路線圖,即到2025年加速推廣和普及氫能利用的市場,到2030年建立大規模氫能供給體系并實現氫燃料發電,到2040年完成零碳氫燃料供給體系建設。

 

資料來源:日本《氫能與燃料電池戰略路線圖》

日本氫能與燃料電池戰略路線圖

 

2017年12月,日本政府發布了《氫能基本戰略》,確定2050年“氫能社會”建設的目標以及到2030年的具體行動計劃,提出到2030年實現氫能燃料發電商業化、2050年氫能燃料汽車全面普及和燃油汽車全面停售等目標。戰略把降低制氫成本作為重點,為打破自然資源不足的限制,日本提出建立海外氫能供應體系、充分利用本國可再生資源和工業余熱進行熱解制氫等解決方案。

 

為普及燃料電池車,METI將放寬對供應燃料的加氫站的限制。日本將解禁由司機自主加氫的自助式加氫站,今后只要滿足一定條件,只靠一名監督員就可以運營,而之前是由具有資質和一定經驗的保安監督員指導2~3名操作人員來加氫。在日本最新發布的氫能源發展進度表草案中還設定了到2020年能夠無人化運營加氫站這一目標。

 

此外,日本把即將到來的東京奧運會當作大力推進氫能發展的大好時機,計劃投資3.5億美元,借此平臺向世界展示“氫能社會”。預計到2020年東京奧運村將會有6000座建筑建成。通過修建氫氣地下管道,將氫氣直接輸入奧運村,這些建筑會全部使用氫燃料運作。

 

 

來源:日本《第四次能源基本計劃》

日本氫能產業發展節點

 

METI于2018年10月發表的《東京聲明》中闡明了日本支持氫能發展的四個方面,即協調氫能產業的法規、規范和標準,研究、評估氫能潛在的國際聯合研發,強調安全,做好與社會的溝通、教育和推廣等。根據日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)最新修訂的《燃料電池與氫技術開發路線圖》,日本燃料電池電動汽車產能到2020年將達到4萬輛,到2025年將達到20萬輛,到2030年將達到80萬輛。豐田等車企也在推動燃料電池堆和高壓氫罐的大規模生產。2017年,日本11家企業宣布共同成立一家負責燃料電池車加氫站建設和運營的企業,以推動燃料電池汽車普及。

 

日本氫能產業目標

資料來源:根據公開資料整理

 

研發投入方面,過去六年間,日本政府已投入約15億美元用于氫能技術研發和補貼支持,通過碳捕集與封存(CCS)或可再生能源電解氫等方式實現低成本零排放制氫,開發氫氣輸送基礎設施。2017年METI提供資金支持共計129億日元,用于燃料電池、加氫站、氫能供應鏈3個方向。

 

 

(二)管理機構

 

METI以提高民間經濟活力、對外經濟關系順利發展為中心,發展日本的經濟與產業,并確保礦物資源及能源的穩定且高效率供應。2013年12月METI成立了由行業、研究機構和政府各界代表廣泛參與的氫能與燃料電池戰略協會。2014年METI發布了《氫能與燃料電池戰略路線圖》,制定了“三步走”發展計劃和氫能源研發推廣時間表,該路線圖于2019年3月進行了第二次修訂,“降成本、促發展”成為這次修訂的主基調。根據METI公布的機構設置表,能源效率和可再生能源部(Energy Efficiency and Renewable Energy Department)下設立了氫能與燃料電池戰略辦公室(Hydrogen and Fuel Cells Strategy Office)。

 

NEDO是日本最大的公立研究開發管理機構,承擔著日本的一部分經濟產業行政業務,主要目標是負責解決能源和環境問題以及促進科技產品的轉化。2015年,NEDO出臺了氫能白皮書,將氫能定位為國內發電的第三支柱。

 

 

(三)重點發展領域

 

1

布局海外制氫及發展儲運技術

 

氫能供給鏈包括制氫和儲運兩個環節。制氫方面,零碳氫燃料和低成本制氫成為日本打造“氫能社會”的終極目標。根據日本氫能源發展戰略,日本設計了兩種并行的制氫路線,一是海外進口廉價氫氣,二是國內可再生能源制氫。日本“氫能社會”發展戰略目標首先是布局建立海外氫能供給鏈。一方面是為了控制氫能源成本,大規模進口低成本的氫燃料可擴大和豐富日本國內零碳氫燃料的市場供給,另一方面還可保證國內使用零排放的氫燃料。

 

2018年4月,日本川崎重工與澳大利亞政府達成一致,雙方攜手開展煤制氫試點項目,將褐煤轉變成氫。這是煤制氫技術從試驗走向市場的一次重大嘗試。其后,日本先后同新西蘭、文萊、挪威等國開展氫能合作,日本海外制氫項目陸續落成。

 

實施海外制氫的首要目標就是建立國際供應鏈氫能供給體系,而建立國際氫能供給鏈最大的難點就是儲運。日本也在千方百計地發展儲氫技術,以降低運輸成本。目前日本的海外氫能源儲運主要有液化氫、有機物甲基環己烷和氫-氮結合運輸三種方式。前兩種載體為日本優先考慮的氫能源儲運方式。第一種方式是將氫氣直接轉換為液體,與液化天然氣方法相同,用零下253攝氏度的超低溫將氫氣冷卻液化。目前日本正在與澳大利亞合作,共同開發液化氫產業供給鏈,實現液化氫的海上運輸。第二種方式是利用甲基環己烷儲氫,即利用基于甲苯與甲基環己烷可逆反應的儲氫技術。日本千代田化工建設、三菱商事、三井物產、日本郵船四家公司聯合成立了新一代氫能源產業鏈技術研究會,力爭到2020年實現日本與文萊間的有機氫化物供應鏈,研發基礎技術,打開商業化渠道。

 

2

普及家用燃料電池

 

近年來,在日本被命名為ENE-FARM的家用燃料電池正在快速普及。這種電池是氫能微型熱電聯產裝置,利用城市燃氣和液化石油氣制氫,再讓氫與空氣中的氧產生化學反應后直接發電,并同時回收熱能。截至2018年底,日本共部署了29.27萬個商業ENE-FARM裝置。到2019年4月初,這一數字增加到30.5萬臺。受惠于日本鼓勵家庭購置ENE-FARM的持續措施,以及廠商量產效果的擴大,ENE-FARM價格逐步下降,微型熱電聯產成本在八年內下降了近三分之二。

 

日本家用燃料電池熱電聯供系統制造商主要有愛信精機、松下、東芝三家。2016年度家用燃料電池PEFC(固體高分子型)和SOFC(固體氧化物型)標準機售價分別為113萬日元和135萬日元。為減輕家用燃料電池終端用戶的經濟負擔,PEFC標準機價格到2019年下降為80萬日元,SOFC標準機價格到2021年將下降為100萬日元,投資回收年限縮短為7~8年。此外,ENE-FARM項目得到了政府長達9年的穩定財政支持。隨著行業的成熟和成本下降,ENE-FARM項目下的政府補貼已在2019年3月份停止。

 

3

利用可再生能源實現大規模制氫

 

大規模利用可再生能源富余電力制氫,即電轉氣(P2G)技術被日本市場普遍看好。日本現已著手在福島建立世界最大規模的可再生能源制氫示范基地。2018年8月,NEDO、東芝、東北電力和巖谷產業宣布在福島開始建立全球最大的可再生能源電解裝置(太陽能電解水制氫),該裝置擁有世界上最大的10兆瓦最大電力輸出能力,最大產量2000標準立方米/小時(平均1200標準立方米/小時),每年將生產并儲存約900噸氫氣。設備預計2020年開始營業。利用該系統制造的氫計劃用于燃料電池發電,燃料電池車和燃料電池巴士等交通工具,或者作為工廠的燃料,并在2020年東京奧運會期間為奧運場館、奧運村和奧運交通工具提供氫能源保障。

 

未來要在國際競爭中保持成本優勢,降低P2G項目成本和減少轉化損耗是關鍵。預計到2030年,電解水裝置成本將從20萬日元/千瓦降至5萬日元/千瓦,能耗將從5千瓦時/標準立方米減少至4.3千瓦時/標準立方米。

 

4

全面引入氫燃料發電

 

發電以及居民熱電聯產的商業應用也成為日本氫能發展的重點目標。日本首先從氫燃料與天然氣混燃發電開始突破,逐步加大混合比例,最終實現純氫燃料發電。2018年1月,日本已成功完成氫氣與天然氣混燃比例達到30%的發電試驗,同年4月,又在全球率先實現了1兆瓦級純氫燃料熱電聯產項目的投運,與天然氣混燃完全不受比例限制。其次是開發利用余熱進行甲基環己烷、氨等氫載體的脫氫反應技術,高效脫氫工藝可進一步降低成本,與此同時加快脫硝燃燒器和非噴淋脫硝技術的開發。

 

根據日本政府的計劃,2019年內要完成利用既有火電設備進行混燃發電的綜合評估,包括混燃對火焰溫度、火焰穩定性、氮氧化物、發電性能和發電設備以及環境的影響;力爭在2020年將小型純氫燃料熱電聯產的發電效率從26%增加到27%;到2030年實現氫發電的商用化,將發電成本控制在17日元/千瓦時,據估計所需氫能源約為每年30萬噸,若全部用于發電,就相當于1吉瓦的裝機容量。

 

5

探索氫能在船舶、航天等領域的應用

 

日本的氫能產業應用場景較為廣泛,除了較為成熟的燃料電池汽車和家庭用燃料電池系統,在船舶、發電、航天、建筑等領域也有成熟的應用案例。在船舶領域,日本漁業研究和教育署(FRA)與豐田汽車合作開發由氫燃料電池驅動的漁船。總部位于橫濱的國家研究和開發機構于2019財年開始設計船體,并將于2022財年進行海洋測試,進而推動船舶商業化。在航天領域,日本大推力火箭的動力來源也開始大量采用氫能。日本將氫能徹底地應用于跨度廣泛的行業,探索開發新市場的可能性,對于推進氫能產業與各個行業的相互融合起到積極的促進作用,同時也為大幅降低能源消耗、減輕環境壓力、提高能源安全作出貢獻。

 

 
 
 

4

 
 

美國氫能產業發展情況

 

自1970年石油危機以來,美國國家能源研究和開發組織就開始贊助氫能源相關研究,其產業鏈發展思路比較成熟。從前期的基本技術探索、政策規劃,到商業用途的可行性論證,再到示范項目的推廣,美國政府制定了明確的氫能發展路線和戰略部署。同時,在美國能源部主導下涌現出一批分散在氫能源產業鏈各環節的優質企業和研究機構。

 

 

(一)戰略部署

 

2002年11月,美國能源部發布《國家氫能發展路線圖》,明確了氫能的發展目標,制定了詳細的發展路線。2014年,美國頒布《全面能源戰略》,開啟了新的氫能計劃,重新確定了氫能在交通轉型中的引領作用。2017年,美國政府宣布繼續支持30個氫能項目建設,推動氫工業的快速發展。按照美國氫能技術路線圖,預計2030~2040年美國將全面實現氫能源經濟。

 

資料來源:美國《氫能技術研究、開發與示范行動計劃》

美國“氫經濟”發展的四個階段

 

研發應用方面,美國于2003年正式啟動《總統氫燃料倡議》,計劃此后5年投入12億美元,重點研究氫能生產、儲運技術,促進氫燃料電池汽車技術及相關基礎設施在2015年前實現商業化。在后續發展過程中不僅有國家層面對氫能技術研發、燃料電池車輛購置等進行支持,加州等地方政府也出臺了一系列促進產業發展和燃料電池汽車示范運行的相關措施。截至2018年,加州有6000多輛可上路的氫能燃料電池汽車,36座在運的加氫站,并且市場還在進一步擴展。美國還對燃料電池客車(FCEB)項目進行評估,并針對燃料電池乘用車使用者需求特征,開展加氫站建設等配套服務研究和支持。2019年3月,美國能源部宣布將高達3100萬美元的資金用于推進“H2@Scale”概念。“H2@Scale”的重點是在美國多個部門實現經濟可靠的大規模制氫、運輸、儲存和利用。

 

 

(二)管理機構

 

2003年,美國能源部在科學處下成立了專門的氫能基礎研究資源及管理機構,即氫氣的生產、儲存及應用基礎能源科學工作組,以確定氫能生產、儲存、應用過程中的基礎研究需求及機遇。

 

2005年,美國國會通過了能源政策法案,授權美國能源部作為領導和整合氫燃料電池研發活動的聯邦機構。美國能源部燃料電池技術辦公室(FCTO)負責協調美國能源部氫和燃料電池項目的研發活動,包括能效和可再生能源辦公室、化石能源辦公室、核能辦公室和科學辦公室之間的活動。此外,根據能源政策法案,美國能源部下還設立了氫燃料電池技術咨詢委員會(HTAC),就氫能研究、開發和示范項目的有關事宜向能源部長提供咨詢和建議。在這一體系下,美國氫能與燃料電池科研項目取得了較大的突破。截至2017年3月,美國擁有相關專利族16205個,數量僅次于日本,居于全球第二位。

 

 

(三)重點發展領域

 

1

開展燃料電池系統研發

 

在美國,燃料電池應用研發與創新,包括燃料電池核心零部件性能和耐久性提升等一直受到政府鼓勵,各級政府均提供大量資金資助科研機構進行氫能的研發。隨著氫能源汽車的商業化,美國能源部于2015年12月宣布設立3500萬美元的基金,這筆資金的資助范圍涵蓋了氫氣的制取、儲存、運輸,基礎設施元件制造以及氫能及氫燃料電池技術的推廣等方面,主要研究制氫、儲氫、先進儲氫材料以及氫燃料電池性能等,希望進一步降低氫燃料電池成本以及提高燃料電池耐久性。2018年以來,美國能源部先后投入超6800萬美元用于燃料電池項目,支持氫和燃料電池關鍵零部件研發工作,主要涉及非貴金屬催化劑、燃料電池膜、可逆燃料電池和電解槽制氫等技術。2018年,美國能源部宣布投資3400萬美元用于中小企業創新研究和小企業技術轉讓項目,其中能效和可再生能源辦公室將以近1300萬美元的資金資助34個州的87個新項目,包括4個氫能和燃料電池項目。2019年3月,美國能源部宣布為商用卡車、越野車以及為其提供動力的燃料技術的創新研究提供5150萬美元資助,其中燃料電池領域資助超23%。

 

2

投資建設加氫站

 

美國作為全球氫能燃料電池汽車的核心銷售地之一,加氫站等配套基礎設施布局也走在前列。截至2018年2月,美國共有39座加氫站處于運營中,其中31座屬于零售站。在運加氫站中,加州有35座,南卡羅萊納州有2座,剩下2座位于東北部。美國加氫站的建設主要集中在加州,加州政府劃撥巨款來實施加氫站的建設,同時能源企業、車企也參與加氫站的建設。

 

加州發布的《2018年度加州用于百座加氫站建設所用時間和費用報告》特別指出,能源委員會每年從加州能源委員會替代和可再生燃料和車輛技術計劃(ARFVTP)撥款2000萬美元用于加氫站建設,直到加州至少有100座加氫站;到2025年建立200座加氫站的目標;到2030年在加州運行500萬輛零排放汽車的目標。根據該報告,截至2018年12月,由ARFVTP資助的38座零售加氫站已經向公眾出售氫氣。另外26座加氫站正在開發中,ARFVTP資助的這64個站點占據了“加州百座加氫站”計劃的近三分之二。

 

 
 
 

5

 
 

對我國的啟示

 

2018年以來,我國在氫能領域的發展也如火如荼。2019年全國兩會,氫能首次被寫入《政府工作報告》,多位車企代表和委員們提交氫能產業相關議案。當前,全國各地積極探索氫能及燃料電池發展的新方向,十余省市相繼發布氫能產業規劃,長三角氫走廊建設發展規劃已正式啟動,大同、濟南等地鎖定氫能源,積極打造“中國氫都”“中國氫谷”。2018年2月,在北京成立了由國家能源集團牽頭、國家電網公司等多家央企參與的國家級產業聯盟“中國氫能聯盟”,標志著我國氫能大規模商業化應用正在開啟。盡管國內氫能的發展聲勢和規模很大,但與國外先進水平相比,尚有不少差距,仍需國家實質性支持及專項規劃。

 

 

(一)加強頂層設計和專項規劃

 

德、日、美等國家均積極布局氫能產業發展戰略和技術路線圖,如德國NOW啟動的NIP計劃,日本提出的構建“氫能社會”國家戰略等。現階段,我國上海、武漢、佛山、蘇州、濟南、張家口、大同等地方政府都推出了地區規劃,但是全國性的專項規劃還未出臺。建議結合國際先進經驗,科學劃分氫能產業發展階段,明確產業發展目標和定位,將氫能納入國家能源體系,制定我國的氫能發展路線圖,統籌推動氫能產業高質量發展。

 

 

(二)健全行業管理體系

 

為支持氫能的發展,德、日、美三個國家均設置了氫能源管理機構,而我國還沒有專門的政府機構來負責氫能的發展和管理。德國在氫能和燃料電池領域專門成立了國家氫能與燃料電池技術組織,負責管理德國政府在能源燃料領域的各種項目。在日本,新能源產業技術綜合開發機構是最大的公立研究開發管理機構,其基本使命是解決能源和環境問題以及促進科技產品的轉化,下設專門機構負責氫能的項目設計、招標和驗收等工作。美國能源部在能效和可再生能源辦公室下設立了燃料電池技術辦公室來負責全國氫能的管理。綜上,為加強政府的領導作用,需要設立專門的政府管理機構,由專門的職責部門統一指導、協調和規劃氫能源發展和應用。

 

 

(三)推動產業標準化建設

 

發達國家將氫能作為能源管理而非危化品處理,創建了科學安全的氫加注站建設和車載氫罐技術標準及監測體系,有力推動了燃料電池汽車商業化。美國政府在其2002年頒布的《國家氫能發展路線圖》中將“規范與標準(Codes&Standards)”列入氫能系統的七個組成元素之一。該路線圖指出,要在氫能技術體系的設計、制造、操作等環節建立統一的規范和標準。截至2017年底,美國國家標準學會(ANSI)已發布氫能技術現行相關國家標準18項。此外,德國標準化學會(DIN)也已發布氫能技術現行相關標準14項。

 

據統計,到目前為止,我國全國性的氫能標準約有80項,行業標準約有40項,但是當前標準還不能滿足氫能發展的要求,建議結合我國氫能產業發展實際情況,制定科學安全的氫能、加氫站和儲氫罐技術標準,完善氫能燃料電池全產業鏈的技術和檢測標準。如果能明確車用氫氣的能源性質,細化車用氫氣的制備、儲運、加注相關技術標準,將對加速氫能生產、儲運和基礎設施建設起到極為重要的保障作用。

 

 

(四)加大科技研發投入

 

德、日、美等國的政府部門都為氫能技術發展提供了全面的政策及資金支持,其優質企業掌握了大量核心專利,整條產業鏈的開發與保護值得我們學習和借鑒。近年來,我國也在加強對氫能的戰略部署,多部門已經出臺支持氫能和燃料電池發展的措施,部分地區對氫能開發利用投入巨資并制定了氫能產業發展規劃,在科技專項、創新工程等方面進行了重點布局,取得了一定進展。但與發達國家相比,我國在氫能及燃料電池的關鍵材料和核心技術方面還有待突破。當前,亟待重點開展和加快車用氫能制氫、儲存、運輸、加注及安全方面技術研發,為氫能產業鏈提供技術支撐。同時,相關部門應加強對產業薄弱環節的政策支持和引導,提升從應用示范向產業化轉化的創新能力,加大對企業氫能研究相關投入的補助,從而激發企業主體作用。

 

 

(五)提高公眾對氫能的了解

 

為了提高公眾對氫能與燃料電池的了解,從2015年開始,美國政府把每年10月8日定為美國氫能與燃料電池日。紀念日期間,美國能源部、燃料電池和氫能源協會、行業組織、國家實驗室及州和聯邦政府在全國各地舉行多種交流和宣傳活動。目前,我國普通大眾對氫能還不夠了解,將氫氣習慣性劃入危險化學品類別,而非能源行列。政府應加強氫能科普,讓更多的政府部門和普通大眾了解氫能發展的重要性,進而推動氫能產業商業化運行。

 

 

參考文獻

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[7]潘秋杏.在氫能管理機構設置上,美國、德國、日本哪國模式更有效?[Z].南方能源觀察,2019年4月.

 

 

END

 

 
 

原文首發于《能源情報研究》2019年5月

 

 

審核:齊正平

編輯:邱麗靜

 

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