2023年，全球氢能发展继续加快，清洁氢能作为实现“碳达峰、碳中和”的重要起点，定位更加明确。随着技术研发和工业资本的持续投资，未来十年将是全球氢能产业快速发展的重要机遇时期。
1、氢能发展的背景
氢是一种重要的工业原料，广泛应用于合成氨、合成甲醇、石油炼油，也是金属冶炼的重要原料，广泛应用于钨、钼、钴、铁等金属和锗、硅的生产。根据国际能源部（IEA）据统计，2020年我国氢气生产和消费约3300万吨，绝大多数生产来自煤炭、天然气等化石能源，消费主要是合成氨、合成甲醇、石油炼油等。
传统氢工业主要靠建设集中的工业园区。制氢和氢在园区内统一，在有限的地理空间内实现系统集成，即完成制氢、储存和使用产业链的闭环。随着以燃料电池汽车工业为代表的移动氢用户的兴起，打破了传统氢工业地理空间的局限性。氢逐渐从工业原料属性中产生能源属性，对储存和运输的需求也随之出现了。在双碳战略背景下，一方面取代传统化石能源制氢是传统氢工业减碳的关键所在；另一方面，氢的高质量能量密度，为风光等高波动性电源的消耗和储存提供了可供选择的解决方案；氢与电的深度耦合进一步明确了氢的能量属性。
在氢制取方面，不同于传统的化石能源氢生产，风光等绿电制氢技术上面临着电源高波动性的问题，成本上面临着传统制氢方式的价格比较问题。在氢储运方面，燃料电池汽车移动氢用户的兴起，风光资源时空分布具有广泛性，这对氢储运技术提出了新的要求。在氢利用方面，对合成氨、合成甲醇、石油炼化等工艺生产过程的重塑，实现系统能量和材料的平衡；在电力方面，氢储能和氢发电面临着技术路线和商业模式的探索；在交通方面，面临着燃料电池技术的迭代进步和成本降低的问题。
2、氢能的制取
氢分为灰氢、蓝氢和绿氢，其中灰氢由煤、天然气等化石燃料制成，碳排放高；蓝氢由化石燃料制成，CCUS技术，碳排放相对较低；绿氢通过可再生能源电解氢，基本实现零碳排放。目前，我国主要是灰氢，绿氢发展最快。根据国家《氢产业发展中长期规划（2021-2025年）》的要求，氢生产“建立清洁、低碳、低成本的多元化氢生产体系，重点发展可再生能源氢生产，严格控制化石能源氢生产。”
目前，绿氢的主要生产方法是电解水制氢，三种常见的电解水方法如下：
碱性电解水制氢是目前应用最广泛的电解水制氢方法；质子交换膜电解水制氢被认为是一种具有巨大发展潜力的应对波动性电源的制氢方法；固体氧化物电解水制氢是最有效的制氢方法。
此外，热化学反应制氢、光解水制氢、生物发酵制氢等新型制氢方法正处于理论研究和实验室阶段。
与传统化石燃料制氢相比，现阶段，可再生能源制氢技术没有经济竞争优势，但考虑到减排效率，结合可再生能源的电解水制氢是绿色氢能发展的必然选择。随着可再生能源规模的不断扩大，可再生能源的电力成本也逐渐降低，相应的电解水制氢成本将继续降低。
3、氢能的储运
氢能产业的兴起是以燃料电池汽车产业的发展为导向的。因此，常见的氢储存方法有三种：气体储氢、液体储氢和固体合金储氢。
管道输送、大型储氢罐、地下岩穴储氢等大规模、低成本的储运方式越来越迫切。鉴于氢可以与氨、甲醇灵活转化，行业内也在探索，利用氨和甲醇储存、运输系统来完成氢的储存和运输。
目前，我国主要采用20MPa气态高压储氢和集束管车运输方式。只有扩大氢的规模和运输距离，才能满足高效经济的要求。氢储运系统的建设可以借鉴天然气储运系统，从实际出发，选择合适的储运方式。
4、氢能的利用
根据《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》的划分标准，氢能应用场景主要包括交通、储能、发电和工业。
氢能在交通领域的应用包括乘用车、商用车、火车、船舶、航空器等，主要技术包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）。目前，PEMFC双极板和催化剂材料的成本占主导地位，未来的技术进步、材料升级和大规模生产是降低成本的重要途径。
氢储能是化学储能的一种形式。氢储能可与新电力系统高度耦合，克服新能源电力储能问题，实现大规模、长周期、跨季节储能。它是一种罕见的储能方法，可以储存100GWh以上的能量，支持新能源成为新电力系统的低碳能源。目前，它正处于研究的初始阶段。
氢能发电可用于解决电网削峰填谷、可再生能源电力并网稳定性问题，有利于提高电网的安全性和灵活性，大大降低碳排放。目前，以SOFC燃料电池为主的分布式发电已在欧洲、美国、日本、韩国等发达国家和地区开始初步商业化。中国的分布式电力技术正在加快应用示范和推广。氢气轮机的发电是另一个技术方向，与燃料电池相比，它具有更好的成本优势。
在工业应用方面，目前95％以上的氢仍被用于炼化行业、加氢精炼、化工合成氨、合成甲醇等。未来，氢仍将是化工原料的主要用途，但氢的来源将从化石能源制氢转变为可再生能源电解水制氢，即绿氢代替灰氢。
5、前景展望
2023年，全球氢能发展加速发展，随着技术研发和工业资本的持续投入，未来十年将是全球氢能产业快速发展的重要机遇时期。中国是世界上最大的能源生产和消费国，能源结构特点是“多煤、贫油、少气”，因此，在应对气候变化、环境保护和能源安全方面有很大的挑战。但是，氢能为中国能源结构转型提供了新的解决方案。氢能产业链涉多个环节，目前各环节的技术成熟度不同，迫切需要政府、企业、行业组织的协调努力，从政策指导、技术研究、标准建设、产业链整合等多维度探索可行的发展模式。
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