'分析京津冀協同發展氫能路徑'

一、引言

氫能與燃料電池是全球能源技術革命的重要方向，氫燃料電池也是汽車產業未來發展的戰略制高點。

加快發展氫能產業，是應對全球氣候變化、保障國家能源供應安全和實現可持續發展的戰略選擇，是貫徹落實黨的十九大精神、構建“清潔低碳、安全高效”能源體系、推動能源供給側結構性改革的重要舉措，是探索以能源變革帶動區域經濟高質量發展的重要實踐。

二、全球興起氫能發展新熱潮

全球主要國家高度重視氫能產業發展。美國、日本、德國、韓國等發達國家已經將氫能上升到國家能源戰略高度，並作為國家能源體系的重要組成部分。通過核心技術研發扶持、燃料電池技術綜合應用示範和加氫基礎設施補貼等政策手段積極發展氫能。

日本率先提出“成為全球實現氫能社會的國家”的戰略目標，先後 了《日本復興戰略》、《能源戰略計劃》、《氫能源基本戰略》和《氫能及燃料電池戰略路線圖》，規劃了實現氫能社會戰略的技術路線，並計劃以2020年東京奧運會為契機推廣燃料電池汽車。目前，日本已初步實現了以豐田Mirai汽車和Ene-Farm家用熱電聯產系統為代表的成熟產品體系。歐洲燃料電池和氫能聯合組織（FCHJU） 的“歐洲氫能路線圖”提出，發展氫能是歐洲能源轉型的可持續發展途徑，預計到2050年氫能將佔終端能源需求的24%，可為歐盟公司的燃料和相關設備創造約8200億歐元的產業和540萬個就業崗位，減少560億t的二氧化碳排放。

韓國明確提出2030年進入氫能社會，並 “氫能路線圖2040”，計劃到2040年氫燃料電池汽車累計產量達到620萬輛，加氫站達到1200個，使氫能經濟成為拉動創新增長的重要動力。除主要發達國家政府推動外，相關國際知名企業紛紛開展合作以保持領先優勢，發起成立了國際氫能委員會（HydrogenCouncil）、加氫基礎設施聯盟（H2Mobility）以及汽車集團雙邊技術聯盟等跨國產業組織，企業間協同合作已經漸成趨勢。

截至2018年底，全球燃料電池的裝機量超過2090.5MW；燃料電池乘用車銷售累計約9900輛；燃料電池商用車的銷售量主要集中於中國，2018年國內燃料電池商用車銷量達到1527輛；全球運營加氫站369座，其中亞洲136座（日本96座，中國23座）、歐洲152座、北美洲78座。

三、中國氫能產業化態勢積極

隨著全球氫能發展步入新一輪機遇期，國家引領、企業合作、產業協同已成為世界氫能發展的大趨勢。進入新時代，我國氫能產業要擔負起引領產業轉型升級和生態文明建設的雙重使命。未來，氫能在我國終端能源中佔比將達到10%，與電力協同互補，共同成為我國終端能源的消費主體。

2011年以來，我國相繼 《“十三五”戰略性新興產業發展規劃》、《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》、《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》、《中國製造2025》等頂層規劃，並將“推進加氫設施建設”寫入政府工作報告，引導並鼓勵氫能及燃料電池產業發展。

與發達國家相比，我國在氫能產業治理、裝備製造、基礎設施建設以及燃料電池技術發展等方面仍相對落後，主要原因在於基礎研究和核心技術投入不足，應用領域政策支持不完善，產業鏈各環節集中度不夠等。整體上看，儘管我國氫能及燃料電池產業鏈較為薄弱，但產業化態勢全球最佳。

我國氫能及燃料電池產業化逐步呈現以下3個顯著特點：

（1）能源與製造大型骨幹企業加速佈局。與國外產業巨頭積極介入氫能與燃料電池領域不同，我國氫能及燃料電池產業發展初期以中小企業、民營企業為主，能源與製造業大型骨幹企業的介入程度有限。隨著我國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟的成立，大型骨幹企業加速佈局氫能產業。截至2018年國內氫能及燃料電池產業鏈規模以上企業約309家，能源與製造業大型骨幹企業佔比近20%。

（2）基礎設施薄弱，有待集中突破。多數企業主要分佈在燃料電池0部件及應用環節，氫能儲運及加氫基礎設施發展薄弱。目前，我國在營加氫站23座，全球佔比6.2%。按照我國《節能與新能源汽車技術路線圖》規劃，到2020年、2025年、2030年，我國加氫站數量將分別超過100座、300座和1000座，規模全球領先。

（3）區域產業集聚效應顯著。近年來，北京、上海、廣東、江蘇、山東、河北等地紛紛開展地方氫能發展規劃，並先行先試推動氫能及燃料電池產業化，產業鏈相關企業合計佔全國規模以上企業總數的51%。2018年，僅廣東省、北京、河北三地的燃料電池汽車銷售量的佔比就高達79.56%。

目前，河北、山東、山西等10省市自治區已將發展氫能作為政府工作重點，超過30個城市初步 氫能發展規劃，涉及產業鏈投資近千億元，資本市場更是蓄勢待發。為推動我國氫能產業的高質量發展，國家應從能源戰略高度，逐步將氫能納入國家能源體系，加快頂層設計，指導各地市結合自身資源技術稟賦發展氫能產業。通過京津冀、長江流域等環保剛性約束重點地區先行先試，充分發揮氫能0排放生態優勢，打造氫能及燃料電池產業鏈示範，積極支撐可再生能源發展。

四、京津冀藍天保衛戰

推動京津冀協同發展是我國的一個重大國家戰略，對於打造新型首都經濟圈、推動京津冀一體化發展、促進全國區域協調發展、提升國家形象和國際競爭力具有重大意義。京津冀協同發展是一個系統工程，而區域生態環境首當其衝。京津冀地區當前環境形勢仍十分嚴峻。

從2013年我國 《大氣汙染防治行動計劃》，到2018年實施《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》以來，京津冀以調整產業結構、能源結構和交通結構為重點，持續實施大氣汙染防治行動，全力落實秋冬季大氣汙染綜合治理攻堅行動各項措施。2018年，京津冀區域細顆粒物（PM2.5）平均濃度為60μg/m3，較2013年下降43.4%，提前實現了《京津冀協同發展生態環境保護規劃》提出的“到2020年PM2.5濃度比2013年下降40%左右”的階段目標。雖然區域空氣質量整體有所改善，但排放總量依然較大，形勢依然嚴峻。京津冀地區2018年細顆粒物（PM2.5）平均濃度超過國家標準（35μg/m3）71.43%，是全國平均水平（39μg/m3）的1.54倍。京津冀及周邊地區的二氧化硫排放強度是全國平均水平的3.6倍，NOx和煙粉塵排放分別是全國平均水平的4倍和6倍，遠超區域環境承載力。生態環境部《中國經濟生態生產總值核算發展報告2018》顯示，京津冀年生態環境損失成本高達3087億元。

京津冀地區是我國重要的能源消費地區之一，聚集了大量的電力、鋼鐵、建材、有色、化工等高耗能產業，能源消費結構以化石能源特別是煤炭為主，清潔能源消費比重低，能源對外依存度較高、供應保障壓力大，公路貨運比例高，重型貨車汙染物的集中排放，是全國汙染物排放強度最大的區域。據測算，京津冀及周邊區域進入採暖季後，二氧化硫排放增加近50%，一次PM2.5排放增加約30%，尤其作為PM2.5主要組份的有機碳排放增加近1倍。隨著“降煤增氣”的深入推進，京津冀區域採暖季“氣荒”蔓延，2017年新增天然氣需求為31.6億m3，佔中國冬季天然氣需求增量的50%。因此，京津冀的大氣汙染綜合治理需要從能源革命角度優化思路，注入新動能，實現經濟發展和汙染防治同向而行，持續鞏固藍天保衛戰成果。

4.1氫能綜合利用與京津冀大氣汙染防治

按照《京津冀能源協同發展規劃（2016—2025年）》思路，京津冀能源發展除了“降煤增氣”外，要著力推進可再生能源發展和消納，規劃建設能源高端應用示範，實現綠色發展。氫能在其中可以扮演重要角色：積極探索工業副產氫提純利用和可再生能源發電制氫，完善氫氣“製備—儲運—分發”基礎設施建設，一方面探索開展天然氣摻氫（HCNG）應用，推動形成天然氣摻氫相關標準規範，提升能源綜合利用效率，緩解季節性天然氣供應不足等問題；另一方面大力推進燃料電池在交通領域的應用，尤其加快柴油車替代。燃料電池汽車（FCEV）相對於傳統汽柴油動力車輛和鋰電池動力車輛具有綜合效率高、清潔環保、良好的低溫適用性和駕駛體驗感，並且順應“電動化、智能化、共享化”融合大勢，將在未來新能源汽車戰略中佔據重要地位；且燃料電池車在生成電能的過程中，可淨化大氣中99.9%的可吸入顆粒物，被譽為“移動的空氣淨化器”。雙管齊下可有效降低傳統化石能源汙染物集中排放，同時充分利用現有基礎設施，避免大範圍改造成本和持續補貼。

混氫天然氣（HCNG）途徑。將氫氣按一定比例摻入天然氣（小於20%）可直接通過現有管網進行民用燃氣示範、工業示範以及應用於交通車輛，尤其是壓縮天然氣（CNG）出租車和公交車。

2017年，國家發展和改革委員會 《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017—2021年）》，京津冀地區天然氣消費總量達到336億m3，增速22.7%，創下歷史新高，河北省的天然氣供需缺口達到10%~20%。預計京津冀地區2020年、2025年的天然氣需求量將達到540億m3和757億m3。考慮按10%比例摻燒，將產生54億m3和75.7億m3氫氣需求1，有助於緩解京津冀地區冬季天然氣採暖需求集中釋放，實現天然氣調峰需求，確保煤炭清潔利用工程的有序推進，並且年均減少約750萬t二氧化碳、2.4萬t二氧化硫和2.1萬t氮氧化物排放。

燃料電池汽車（FCVE）途徑。重型貨車的排放治理是京津冀“藍天保衛戰”的重要方向。京津冀地區物流貨運嚴重依賴重型貨車為主的公路運輸，公路運輸佔84.4%，高出全國平均水平近10個百分點，重型柴油車實際排放超標和過境車輛佔比過高問題嚴重。2019年1月，國家11部委聯合印發《柴油貨車汙染治理攻堅戰行動計劃》，明確提出鼓勵開展燃料電池等清潔能源汽車示範運營。2017年，京津冀地區汽車保有量2417萬輛，柴油貨車保有量181.9萬輛，佔全國的10.76%。其中重型柴油載貨車輛77萬輛，佔全國的12.49%。考慮按照2025年和2030年不同車輛滲透率，並適度考慮技術進步和產業化情況，京津冀地區柴油貨車替代領域將產生約120億m3和296億m3氫氣需求1，年均減少約2600萬t二氧化碳、0.78萬t二氧化硫和13萬t氮氧化物排放。

4.2氫能在京津冀藍天保衛戰中的實現路徑

氫源保障。結合京津冀地區的天然氣摻燒和燃料電池汽車發展路徑，2020年、2025年和2030年氫氣需求分別約為60億m3，200億m3和400億m3，因此構建有效的氫源保障十分重要。京津冀地區富集的鋼鐵、石油化工產業副產氫產能豐富，年副產氫產能超過100億m3，提純成本約1元/kg。京津冀地區2018年棄風、棄光電量約18億kWh，可以利用這部分電量，通過電解水可提供約4億m3氫氣，按照張家口的可再生能源制氫鼓勵政策，風光制氫成本能夠控制在20元/kg。

2020年、2030年可再生能源裝機容量分別約3700萬kW和1.93億kW，按照30%的電量用於制氫則可穩定供應氫氣分別為50億m3和232億m3。市場發展初期，可以利用區域棄風、棄光電量電解制氫和工業副產氫氣提純滿足需要；2025—2030年，區域內可再生能源電解水制氫和化工副產提純制氫可分別滿足市場需求的75%和83%，其餘氫氣則需要通過特高壓消納“三北”地區可再生能源發電制氫或通過管道輸運西北煤制氫。我國《“十三五”能源規劃》中提到，鼓勵“三北”地區風電和光伏發電參與電力市場交易和大用戶直供，支持採用供熱、制氫、儲能等多種方式，擴大消納能力。按照當前“三北”可再生能源裝機發電量的10%用於制氫，每年可提供氫氣近百億立方米，是穩定的綠色氫源保障。

三大支點。構築京津冀地區氫能的“點線面”發展路徑，初期以張家口、雄安和唐山三地開展示範行動。建設可再生能源和氫能示範區。張家口擁有風、光清潔能源裝機容量5000萬kW（2030年）。在建的國網公司“500kV四端柔性直流輸變電工程”和國家能源集團“大規模風/光互補制氫關鍵技術研究及示範工程”為大規模低成本氫氣製備打下了堅實基礎，2022年可以滿足低碳奧運專區用能實現100%可再生能源覆蓋。

應充分發揮冬奧示範效應，推動北京、張家口等城市廣泛使用綠色能源，加快氫氣在儲能、管道輸氫、燃料電池客車等場景低成本應用，服務於城市和區域高質量發展。建設氫能高端應用示範區。通過京津冀區域可再生能源一體化消納制氫， 規劃佈局雄安地區氫能基礎設施、燃料電池軌道交通、0碳建築建設，鼓勵多能互補、智能融合的能源利用新模式；通過建設未來能源小鎮、氫科學研究院，探索氫能在能源、交通、建築、醫療和農業等領域的交叉應用範圍，引領全球氫科學與技術領域的發展。

建設大功率氫燃料電池車輛示範區。唐山地區鋼鐵產能超過1億t，佔河北省的55%、佔全國的13%，煤炭、鐵礦石及鋼鐵等物品運輸總量6億t/a。當前“公改鐵”僅能解決部分原料輸入的問題，難以解決產品輸出的問題，且鐵路專線運營效率低，單位成本高，適宜大規模發展燃料電池重載車輛和港口物流車示範。唐山市煉焦產能約為3600萬t，可提純氫氣約50億m3，可支持3萬輛重卡車運行。待可再生能源制氫規模提升後，可考慮開展氫能在鋼鐵等工業領域脫碳應用示範。

通過張家口、雄安和唐山三大氫能示範區的建設，統一規劃京津冀地區氫能製取基地和加氫基礎設施佈局，降低用氫成本，探索氫能在能源、交通、工業、建築、農業等領域的應用，逐步培育京津冀區域氫能消費市場。結合京津冀地區現有的裝備製造基礎，逐步建成氫氣提純、儲輸、燃料電池汽車應用全產業鏈體系，優化區域經濟結構，實現能源供給和消費革命。通過京津冀地區的輻射帶動作用，加快“三北”地區的風電、光伏發電等可再生能源建設和消納，推動北方地區經濟動能調整。

五、結語

為推動我國氫能產業有序且健康發展，首先應堅持戰略引領，實現氫能產業高質量發展。支持有條件的重點區域先行先試，避免各地一哄而上低水平重複建設；其次要強化創新驅動，支撐氫能產業可持續發展，加快氫能源及燃料電池產業關鍵環節的全球協同研發，攻克核心技術、關鍵部件和基礎材料難關，搶佔氫能產業全球制高點。完善行業標準體系，保障氫能產業健康發展。

研究完善氫能作為能源的體系標準，儘快破除制約氫能和燃料電池汽車發展的標準檢測障礙和市場準入壁壘，打通交通、工業等多場景應用標準。

在政府的積極作為、科技的支撐引領、巨大的市場規模、創新的商業模式共同作用下，我國氫能產業會加快市場導入，重點區域將率先成長，引領和加速全球氫能發展進程。（ 萬燕鳴 國家能源投資集團有限 公司）