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我國能源發(fā)展的主要矛盾已從供應(yīng)總量不足轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉唇Y(jié)構(gòu)落后
當(dāng)前，我國能源消費總量已由 “高增量、高增速”轉(zhuǎn)變?yōu)?“低增量、低增速”，能源供需矛盾得到極大緩和能源消費增速和增量的“雙回落”也使得國內(nèi)煤炭、煤電、煉油生產(chǎn)能力出現(xiàn)較為嚴(yán)重的過剩，產(chǎn)能利用率跌落至70％甚至更低。
由富煤缺油少氣能源稟賦條件所致，目前我國能源結(jié)構(gòu)呈 “一煤獨大”的現(xiàn)狀。我國同其他一次能源消費結(jié)構(gòu)對比如下圖
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可以看出，通過分品種能源結(jié)構(gòu)的國際對比，已普遍處于油氣時代，石油和天然氣消費占一次能源消費比重超過50％，而部分發(fā)達(dá)已開始向可再生能源時代邁進(jìn)，例如德國的可再生能源占比就已超過了15％。更多內(nèi)容，請關(guān)注公眾號：氫能俱樂部。相比之下,我國仍處于煤炭時代，煤炭消費占比高達(dá)60％以上。
能源轉(zhuǎn)型肩負(fù)保障能源安全、減少環(huán)境污染和應(yīng)對氣候變化的使命
我國能源發(fā)展正面臨著嚴(yán)重的能源安全、環(huán)境污染和溫室氣體排放問題.能源安全方面,目前我國 70％以上的石油和40％以上的天然氣依賴進(jìn)口，國際地緣政治的 “風(fēng)吹草動”以及油氣價格波動，都會對經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運行造成沖擊；
環(huán)境污染方面,我國各種主要污染物排放總量過高,二氧化硫、氮氧 化物、煙(粉)塵以及可吸入顆粒物長期高居位，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過環(huán)境容量，環(huán)境質(zhì)量總體處于歷史上差的時期，目前25個省份都存在不同程度霧霾污染問題，部分城市每年出現(xiàn)霧霾污染達(dá)200d；應(yīng)對氣候變化方面,我國作為溫室氣體排放大國，排放總量接近美國及歐盟排放總和，人均排放量將明顯超過部分歐盟水平，國際社會對我國的指責(zé)也越來越多。
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綜上所述，為了保障能源安全、減少環(huán)境污染和應(yīng)對氣候變化，以多元化、清潔化和低碳化為特點的能源轉(zhuǎn)型已迫在眉睫。
經(jīng)濟(jì)合理、穩(wěn)定安全和綠色低碳的“不可能三角”亟待破解
建立多元化、清潔化和低碳化的能源供應(yīng)體系是我國能源轉(zhuǎn)型的總體戰(zhàn)略目標(biāo)，但轉(zhuǎn)型的道路是曲折的。近幾年發(fā)生在能源轉(zhuǎn)型過程中的許多問題，例如可再生能源發(fā)展遭遇了“上網(wǎng)難”的問題，雖然經(jīng)過燃煤機組深度調(diào)峰改造及體制機制創(chuàng)新，棄電現(xiàn)象得到了一定的緩解，但未來可再生能源高比例發(fā)展仍然要面對消納難、接入難的問題。
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天然氣方面，北方供暖“煤改氣”過程中的供需脫節(jié)，導(dǎo)致部分地區(qū)在采暖季“斷氣”、用戶燒不起氣等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)正常運行，也造成了諸多負(fù)面質(zhì)疑。基于此，有學(xué)者提出了“經(jīng)濟(jì)合理、穩(wěn)定安全和綠色低碳”的 “不可能三角”。為持續(xù)推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程,需要重新審視整個能源系統(tǒng)，將供應(yīng)和需求統(tǒng)籌考慮，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)和新模 式來破解 “不可能三角”。
氫能將在能源轉(zhuǎn)型過程中扮演重要角色
主要都已對氫能表示出強烈關(guān)注
截至目前，多國政府都已出臺氫能及燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略路線圖，日本、德國等更是將氫能規(guī)劃上升到能源戰(zhàn)略高度。
日本政府提出了建設(shè) “氫能社會”的宏偉戰(zhàn)略，于2017年12月出臺《氫能源基本戰(zhàn)略》，旨在率先實現(xiàn) “氫社會”, 以實現(xiàn)社會低碳發(fā)展目標(biāo)和尋求日本經(jīng)濟(jì)新的增長點；
韓國政府將氫能作為三大戰(zhàn)略投資重點之一，于2019年1月發(fā)布了 “氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖”，明確了面向2040年的氫能發(fā)展目標(biāo)、戰(zhàn)略及重點任務(wù)；
美國、德國等發(fā)達(dá)都已認(rèn)識到氫能在未來能源系統(tǒng)乃至社會系統(tǒng)中的地位和作用，競相開始搶占產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的技術(shù)制高點，力爭使本國在此輪氫能變革中占得先機
國際氫能委員會、國際能源署、麥肯錫等研究機構(gòu),對于氫能發(fā)展的前景都普遍看好。其中,據(jù)國際氫能委員會預(yù)計：到2050年氫能可以滿足一次能源總需求的12％, 氫能及氫能技術(shù)相關(guān)市場規(guī)模將超過2.5萬億美元。
當(dāng)前氫能在我國的主要應(yīng)用
氫氣的利用由來已久，但并非是當(dāng)前備受關(guān)注的交通和電力領(lǐng)域，而主要作為生產(chǎn)原料應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。
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由圖可以看出，2017 年我國氫氣消費基本全部用于工業(yè)：
在合成氨和甲醇生產(chǎn)過程中,需要使用氫氣與氮氣或一氧化碳發(fā)生反應(yīng)，而氫氣則由煤炭、天然氣等化石能源制成；
在煉油過程中，需要使用氫氣對油品進(jìn)行加氫裂化、加氫精制等處理，以獲得更多高附加值產(chǎn)品；
此外在發(fā)電行業(yè)、食品加工行業(yè)、電子器械制造業(yè)等行業(yè)，也會使用氫氣作為生產(chǎn)原料或保護(hù)氣
總之，工業(yè)領(lǐng)域主要將氫氣作為原料來使用，而并非能源，氫氣扮演的依舊是工業(yè)原料的角色。
氫能未來將扮演的新角色
為了實現(xiàn)我國能源系統(tǒng)的多元化、清潔化和低 碳化轉(zhuǎn)型,氫能的發(fā)展可以從“二次能源、能源載體、低碳原料”這3個角度切入,助推能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程.
(1) 氫氣可作為高效低碳的二次能源
氫氣本身是一種高能源密度的二次能源 (單位質(zhì)量)，同時也具有較強的電化學(xué)活性、可通過燃料電池進(jìn)行發(fā)電：
應(yīng)用于燃料電池汽車從而替代傳統(tǒng)燃油汽車，節(jié)約石油消費；
用于家用熱電聯(lián)產(chǎn)，減少電力和熱力需求；
直接將氫氣摻入到天然氣管網(wǎng)直接燃燒.
氫燃料電池還可被用作備用應(yīng)急電源,在維護(hù)公共安全領(lǐng)域發(fā)揮影響力,未來隨著5G基站和大數(shù)據(jù)中心的建設(shè),氫能備用應(yīng)急電源的應(yīng)用場景將進(jìn)一步擴展。
(2) 氫氣可作為靈活智慧的能源載體
通過電解水制氫技術(shù)及氫氣與其他能源品種之間的轉(zhuǎn)化，可提高可再生能源的消納、提供長時間儲能、優(yōu)化區(qū)域物質(zhì)流和能量流，進(jìn)而建立多能互補的能源發(fā)展新模式。
可以看出，在區(qū)域電力冗余時，可通過電解水制氫將多余電力轉(zhuǎn)化為氫氣并儲存起來；在電力和熱力供應(yīng)不足時，氫氣可以通過電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電、熱電聯(lián)供、直接燃燒等方式來實現(xiàn)電網(wǎng)和熱網(wǎng)供需平衡。
氫氣可以以 5％~20％的比例摻入天然氣管網(wǎng)，成為天然氣的替代能源，還可與二氧化碳發(fā)生烷基化反應(yīng)制成甲烷。除此之外,電解水制氫可以協(xié)同生產(chǎn)氫氣和氧氣，后者是很好的化工原料和燃燒介質(zhì)。
(3) 氫氣可作為綠色清潔的工業(yè)原料
國際能源署、麥肯錫等機構(gòu)都認(rèn)為氫能將實現(xiàn)工業(yè)部門的深度脫碳，主要方式為應(yīng)用氫能革新型工藝，可以大規(guī)模使用“綠氫”替代“灰氫”(即由焦?fàn)t煤氣、 氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)氣制取的氫)。氫氣直接還原鐵是氫能革新型工藝的典型代表，該工藝使用氫氣作為還原劑，將鐵礦石直接還原為海綿鐵，之后進(jìn)入電爐煉鋼，從而節(jié)省了焦炭的使用、減少了因原料帶來的二氧化碳排放。更多內(nèi)容，請關(guān)注公眾號：氫能俱樂部。“綠氫”替代 “灰氫”是使用來自可再生能源的氫氣，來替代合成氨、甲醇生產(chǎn)過程中的化石能源制氫，進(jìn)而實現(xiàn)深度脫碳。
未來氫能將有望在工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域 “多點開花”
在加速推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型過程中，氫能將有望全面融入能源需求側(cè)的各個領(lǐng)域，在工業(yè)領(lǐng)域，氫能將從原料和能源“雙管齊下”。
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原料方面，氫能將廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、石化等行業(yè)，替代煤炭、石油等化石能源；能源方面，氫能將通過燃料電池技術(shù)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，滿足分布式工業(yè)電力和熱力需求, 預(yù)計2050年工業(yè)領(lǐng)域氫能需求將超過3500萬噸；在交通領(lǐng)域，氫燃料電池汽車將與鋰電池汽車“各司其職、各盡所長”，共同推動新能源汽車對傳統(tǒng)燃油汽車的替代作用，在交通領(lǐng)域掀起新能源變革浪潮；由于氫燃料電池汽車具有行駛里程長、燃料加注時間短、能量密度高、耐低溫等優(yōu)勢，在寒冷地區(qū)的載重貨運、長距離運輸、公共交通甚至航空航天等領(lǐng)域更具有推廣潛力；預(yù)計2050年交通領(lǐng)域氫氣需求將接近4000萬噸；在建筑和其他領(lǐng)域，家用氫燃料電池、燃料電池應(yīng)急電源等技術(shù)設(shè)備也有望實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，預(yù)計2050年氫氣需求將接近2000萬噸。
綜上所述，2050年全社會氫氣需求或?qū)⒔咏?億噸（折合約3.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）。若實現(xiàn)“2℃”的碳減排情景，氫能需求還將進(jìn)一步增加至1.5億噸水平甚至更高，增幅接近60％。
為了實現(xiàn)氫能的大規(guī)模應(yīng)用，近期（2025年）應(yīng)聚焦于工業(yè)領(lǐng)域，圍繞石化、化工等行業(yè)的原料氫氣需求，在供需匹配、價格合理的前提下開展“綠氫”替代“灰氫”，同時探索氫燃料電池推廣模式和管理體制，推進(jìn)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；中期（2035年）應(yīng)采用工業(yè)與交通并重策略，在工業(yè)領(lǐng)域推廣氫能冶煉、氫能化工等先進(jìn)技術(shù),交通領(lǐng)域可大規(guī)模普及氫燃料電池重型卡車、物流車等；遠(yuǎn)期（2050年）氫能將以全方位實現(xiàn)氫能社會為目標(biāo)，在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)原料、燃料 “雙替代”，交通領(lǐng)域氫燃料電池汽車高比例應(yīng)用，建筑領(lǐng)域推廣家用氫燃料電池和分布式電源。
氫能生產(chǎn)格局需面向綠色低碳變革
我國氫氣主要來自化石能源,氫源需要優(yōu)化
我國目前所使用的氫氣主要來自化石能源、尤其是煤炭，氫源結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)、甚至低于平均水平。根據(jù)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會提供數(shù)據(jù)，、日本和氫源結(jié)構(gòu)對比如下圖：
在氫能強國日本，本國氫氣產(chǎn)能中電解水制氫占63％、天然氣重整占 8％、焦?fàn)t煤氣占6％，值得一提的是，日本在本國大力發(fā)展氫能應(yīng)，用技術(shù)的同時,也在積極尋求海外氫能供應(yīng)合作商，目前已與澳大利亞、文萊等國簽署了氫能供應(yīng)的合作協(xié)議。而我國2016年氫氣產(chǎn)量約2100萬噸，其中來自煤制氫的氫氣占62％、天然氣制氫占19％，電解水制氫僅占1％。可見，我國的氫源結(jié)構(gòu)目前仍是以煤為主，清潔度不夠。
能源轉(zhuǎn)型視角下，氫源選擇的“四要素”
為了滿足未來全社會對于氫能的需求，需要從能源轉(zhuǎn)型的視角出發(fā)，從“資源供應(yīng)、成本效益、能源效率、環(huán)境效益”這4個要素入手，綜合評價、統(tǒng)籌考慮后，對氫源進(jìn)行合理選擇。
具體而言，資源供應(yīng)可理解為適用性，包括制氫原料的可獲得性，以及氫氣供應(yīng)與需求在數(shù)量、質(zhì)量上的匹配程度，發(fā)展氫能不應(yīng)以犧牲能源安全為代價，同時在選擇氫源時也要考慮氫氣的供應(yīng)量和純度等因素，因此適用性是氫源選擇的考慮因素；
經(jīng)濟(jì)性是指氫氣的生產(chǎn)成本,成本低廉是需求側(cè)使用氫能替代傳統(tǒng)能源時現(xiàn)實考慮因素，一般情況下成本高的氫源將被排除在市場之外；
能源效率是指能源投入和產(chǎn)出效率，這里需要使用全生命周期評價方法，如果氫氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用了二次能源，則需要將二次能源生產(chǎn)過程的能源效率考慮在內(nèi)，例如焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫的能效評估，就需要考慮由煤炭到煉焦和焦?fàn)t煤氣環(huán)節(jié)的能源損失；
環(huán)境效益是指氫氣生產(chǎn)所造成的環(huán)境污染物和二氧化碳排放，同樣需要使用全生命周期評價方法，例如電解水制氫雖然可以實現(xiàn)無污染無排放，但如果電力來自于煤電，則需要將燃煤發(fā)電環(huán)節(jié)的污染和排放算在內(nèi)。
近期、中期和中長期各制氫路線的發(fā)展重點
（1）煤制氫
考慮到巨大的煤制氫產(chǎn)能存量和煤制氫低成本特點，近期、中期煤制氫仍然將是我國氫氣的主要來源，應(yīng)立足存量，滿足工業(yè)領(lǐng)域中化工、石化等行業(yè)規(guī)模化氫氣需求，同時應(yīng)注重碳捕捉、封存和利用技術(shù)(CCUS)與煤制氫的整合應(yīng)用，降低項目總體成本、提高煤炭利用效率。更多內(nèi)容，請關(guān)注公眾號：氫能俱樂部。中長期可將“煤制氫＋CCUS”作為我國氫源的重要組成部分之一。
（2）天然氣制氫
考慮到資源供應(yīng)約束和成本問題，近期和中期不宜大規(guī)模發(fā)展天然氣制氫，已有產(chǎn)能應(yīng)注重發(fā)揮設(shè)備的靈活性和清潔性，在環(huán)境污染嚴(yán)重地區(qū)提供氫氣供應(yīng)。中長期則可通過固體氧化物燃料電池（SOFC）等技術(shù)，在終端需求側(cè)通過天然氣重整“制氫＋SOFC”模式，構(gòu)建分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
（3）甲醇制氫
甲醇價格近幾年波動明顯，給甲醇制氫造成了嚴(yán)重影響.近中期應(yīng)謹(jǐn)慎發(fā)展，并注重甲醇重整制氫+燃料電池一體化應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)和示范。甲醇還有望成為氫氣儲存的介質(zhì)，可探索“氫氣生產(chǎn)－合成甲醇－甲醇運輸－重整制氫”的模式，為氫能大規(guī)模儲運提供可能。
（4）工業(yè)副產(chǎn)氫
我國氯堿、煉焦以及鋼鐵等行業(yè)有大量工業(yè)副產(chǎn)氫資源,足以滿足近期和中期氫氣的增量需求。但因渠道、價格、信息等原因，這些副產(chǎn)氫很大一部分被用來直接燃燒甚至排空。因此，未來應(yīng)探索將工業(yè)副產(chǎn)氫高值化利用的商業(yè)模式，將副產(chǎn)氫提純并運輸至氫氣需求側(cè),更好的發(fā)揮氫能價值。
（5）可再生能源制氫
作為“綠氫”的典型代表，成本高是可再生能源制氫發(fā)展的大障礙。近期和中期應(yīng)在“降成本”上做足文章，在可再生能源資源豐富地區(qū),探索現(xiàn)場制氫、電力直接交易、提供電力輔助服務(wù)、移峰填谷等模式,爭取獲得相對較低的電價.同時還應(yīng)加大氫能儲運基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高氫能的空間調(diào)配能力。隨著可再生能源的高比例發(fā)展，可再生能源制氫將有望成為綠色氫氣規(guī)模化供應(yīng)的重要來源。
主要結(jié)論和建議
（1）在我國能源轉(zhuǎn)型中，氫能將扮演“高效低碳的二次能源,靈活智慧的能源載體，綠色清潔的工業(yè)原料”的角色，在我國交通、工業(yè)、建筑、電力等部門得到廣泛應(yīng)用。預(yù)計2050年氫能需求將接近1億噸，在積極應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)“2℃”目標(biāo)情景下，需求有望超過1.5億噸。更多內(nèi)容，請關(guān)注公眾號：氫能俱樂部。面對如此規(guī)模的氫氣需求，氫源結(jié)構(gòu)也需在現(xiàn)有“以煤為主”的格局基礎(chǔ)上進(jìn)行綠色低碳變革。
（2）可再生能源制氫、“煤制氫＋CCUS”等技術(shù)將共同構(gòu)成未來氫能供應(yīng)體系。在多元化的供應(yīng)格局中，哪種技術(shù)發(fā)展到什么程度，取決于各自的適用性、經(jīng)濟(jì)性、能源效率和環(huán)境效益。對于煤制氫而言，重點是研發(fā)CCUS技術(shù)來控排放；對于可再生能源制氫而言，重點是創(chuàng)新商業(yè)模式來降成本；天然氣制氫和甲醇制氫的發(fā)展將取決于SOFC、甲醇燃料電池等技術(shù)的進(jìn)展；工業(yè)副產(chǎn)氫 應(yīng)該得到優(yōu)先、高值化的利用。
（3）煤炭企業(yè)應(yīng)以審慎而樂觀的態(tài)度參與到氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展浪潮之中。先，做好氫能供應(yīng)和需求的研判和對接.煤制氫項目投資強度高、產(chǎn)能規(guī)模大，在儲運環(huán)節(jié)的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施約束沒有打破以及下游市場規(guī)模有限的情況下，不應(yīng)“一窩蜂”上馬煤制氫項目；其次，做好CCUS等低碳技術(shù)的儲備，降低應(yīng)用CCUS技術(shù)的成本和能效損失。此外，還需探索污染物聯(lián)合處理和利用商業(yè)模式，處理好煤制氫過程產(chǎn)生的高鹽、酸性廢水和廢渣。
（4）政府層面先應(yīng)明確氫能發(fā)展定位，形成清晰的戰(zhàn)略導(dǎo)向，避免產(chǎn)業(yè)低水平、無序發(fā)展。其次應(yīng)理清氫能管理體制，明確監(jiān)管部門和管理流程。再次,可以以“政策紅包”替代“現(xiàn)金紅包”，通過加強能源、環(huán)境領(lǐng)域的監(jiān)管，倒逼能源轉(zhuǎn)型，為氫能打開終端應(yīng)用市場，而非傳統(tǒng)的財政補貼模式。