国外氢能发展现状及对中国的启示

姜 鑫， 乔 佳， 金文龙， 丁 斌

(北京市燃气集团研究院， 北京 100011)

1 概述

氢是一种清洁、高效、零碳的能源载体，自然界中仅有少量氢以游离态存在，大部分存在于其他物质中。氢属于二次能源，可应用于交通、供热以及发电领域。进入21世纪，全球面临着日益严峻的气候变化，温室气体减排迫在眉睫，氢能作为一种零碳能源，有望在很多领域替代化石能源。国际氢能委员会预测，到2050年，氢能产业将为全球每年减少CO2排放量60×108t，同时为推动全球经济发展带来2.5×1012美元的市场规模[1]。目前全球范围内氢能的商业化应用处于试验和示范阶段，各国政府都在积极开展氢能领域的部署，旨在实现氢能的规模化应用。本文从政策和产业发展模式两个角度分析了美国、欧洲、日本等发达国家和地区的氢能发展情况，对我国氢能发展提出相关建议。

2 政策

2.1 美国

美国早在1974年就提出了氢能经济的概念，1990年颁布了《1990年氢能研究、开发及示范法》，制定了氢能发展的5年计划[2]。美国是最早出台氢能政策的国家之一。为了更好地发展氢能，美国能源部在2002年发布了《国家氢能路线图》；2004年美国能源部又发布了《氢立场计划》，提出了氢能产业发展的4个阶段。为了鼓励氢能和燃料电池的发展，美国国会在2005年出台了《能源政策法》，明确提出为氢能发展提供财政和经费支持。2012年美国国会重新修订了能源法案中关于氢燃料电池的扶持政策，包括抵免税收、氢燃料电池车、氢储存、氢制备以及加氢站等的资金支持政策。2013年美国能源部在官网公布了《燃料电池技术办公室未来数年技术研究、开发与示范行动计划》，推动了氢能进入技术开发、示范研究阶段。

除了国家层面的政策外，地方政府也颁布了诸多推动氢能发展的政策，如佛罗里达州对氢能车和加氢站的年度营业税征收上限为200×104美元，加利福尼亚州对氢能燃料电池车购买者提供5 000～6 500 美元的补贴。

美国燃料电池与氢能协会在2019年发布的《美国氢能经济路线图》报告显示，美国能源部每年对燃料电池和氢能的补贴为(1.0～2.8)×108美元，这种补贴政策对于促进氢能产业发展具有非常重要的意义和作用。

2.2 欧洲

欧盟为了更好地应对能源和气候变化的挑战，实现其减排目标，非常重视燃料电池和氢能技术的发展。为了促进技术进步，欧洲出台了一系列的政策鼓励和支持氢能及燃料电池技术的发展。

欧盟在2008年，出台了燃料电池与氢联合行动计划项目，在该计划中明确提出，2009到2013年计划投入9.4×108欧元，用于支持氢能和燃料电池相关技术的研究和发展。2011年欧盟又投入了5 300×104欧元用于“H2movesScandinavia”项目，该项目旨在提高车用氢技术和燃料电池制造技术。2013年，欧盟启动了Horizon2020计划，计划投入220×108欧元用于氢能和燃料电池产业。另外，欧盟为了使已经建有加氢站的成员国之间实现互通，计划投资1.23×108欧元，建设77座加氢站，来实现氢能在欧盟内部的互通。

欧盟2016年发布的《可再生能源指令》明确提出氢能将作为能源系统的重要组成部分，并且大力推进《燃料电池和氢能实施计划》，推进氢能和燃料电池能源供应和在交通方面的应用。2019年，燃料电池和氢能联合组织发布了《欧洲氢能路线图》，该路线图描绘了氢能燃料电池车的发展种类和数量。

2.3 日本

日本由于其一次能源对外依存度高，因此非常重视氢能的发展，早在1974年日本发布实施了《新能源开发计划(阳光计划)》，将燃料电池技术定为国家战略[3]。2003年日本《第一次能源基本计划》就提出发展氢能社会的概念[4]。2006年发布的《燃料电池汽车发展计划》明确提出了燃料电池汽车商业化发展阶段和目标[5]。2009年发布《燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图》，明确指出2011—2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范。2013年，在《日本再复兴战略》中，日本政府把发展氢能源作为基本国策。日本政府在2019年3月发布了《氢能利用进度表》，在该进度表中提到，2025年实现氢燃料电池汽车与混合动力汽车的价格基本持平。

3 产业发展模式

3.1 美国

美国作为第一个发布了氢能战略的国家，很早就完成了氢能的顶层设计。美国氢能发展是基于“能源独立”的梦想，美国能源专家和能源部的官员认为下一时代将是氢能时代，因而对氢能从技术到利用方式都做了详细的规划。在技术层面小布什政府提出了“氢燃料倡议”，重点突破与氢的生产、储存和运输等相关的技术，并提出要在2015年实现氢燃料电池车的商业化应用[6]。由于政府的财政支持，美国出现了一大批拥有氢能尖端技术的企业和产品，如：Plug Power氢燃料电池叉车生产商，Fuel Cell Energy、Bloom Energy等大型燃料电池生产企业，以及Air Products、Praxair等掌握氢能储运核心技术的公司[7]。在推进技术研发的同时，美国政府也积极推进加氢站建设和氢燃料电池车，美国氢能经济路线图显示，美国共建设运营加氢站51座，其中绝大部分(42座)位于加利福尼亚州，燃料电池车将近6 000辆。在固定式燃料电池供能方面，美国也发展较快，约有500 MW的装机容量。

从美国对氢能产业发展布局可以看出，重点推进技术研发，结合具体各州的情况因地制宜地建设加氢站、燃料电池车和燃料电池供能。但是从美国氢能发展的历程上看，缺乏一定的持续性，特别是页岩气革命后，奥巴马政府终止了“氢燃料倡议”。

3.2 欧洲

欧洲非常重视气候变化和温室气体减排，因此欧洲所有的能源活动都是围绕降低温室气体排放。欧洲对氢能的发展布局也是围绕降低温室气体排放。欧洲氢能发展的领域为供热领域和交通领域。

在供热领域，英国两家天然气管网公司和北方天然气网络公司，与挪威国家石油公司合作开展一项名为H21的氢供暖项目的可行性研究。该项目计划在英国北部海岸利兹市建设9套1.35 GW规模的天然气自热重整制氢装置。该项目已进入工程设计阶段，计划2023年可完成投资决策开工建设，通过合理规划氢输配管网，项目能够替代利兹市370×104户居民供暖以及工业和发电的全部天然气需求[8]。

在交通领域，欧洲也在积极布局加氢站的建设，推动氢燃料电池车的发展。欧盟燃料电池及氢能合作组织数据显示，截至2020年11月，欧洲建设加氢站144座，主要分布在德国、法国、英国等国家。

3.3 日本

日本将氢能作为国家能源战略储备，因此在技术和应用方面都给予了非常高的重视。日本氢能重点布局在燃料电池车，目前其燃料电池汽车动力性能、续驶里程等已达到传统燃油车水平[9]，日本福田汽车在全球燃料电池车市场中的占比超过了70%。日本在研发氢燃料电池车的同时也在积极推进加氢站的建设，日本新一代汽车振兴中心数据显示，截至2020年12月，日本建成加氢站162座，在运营的137座，已覆盖除东北地区以外的大部分地区。

日本不仅在氢燃料电池车方面有明确的规划和布局，在燃料电池供能方面也有非常明确的规划和目标。目前日本分布式热电联供家庭用户有23×104户，规划到2030年将有10%的家庭用户使用燃料电池分布式热电联产供能。同时日本也在积极开发氢能发电项目，目前虽然处于研发阶段，但其目标是到2030年实现发电成本17日元/(kW·h)。

4 对中国氢能产业的启示

氢能产业在中国处于起步阶段，不论从顶层设计还是基础设施都存在很多需要提高的环节。

① 完善氢能产业顶层设计，做好产业规划

借鉴国外氢能和燃料电池发展经验，同时充分结合中国国情，由专门的机构制定氢能发展的战略规划，明确发展路线图，统筹布局。

② 重视自主核心技术和产品的研发

对氢能全产业链的核心技术和关键设备的研发给予充分的资金支持，针对重大关键核心技术和设备，成立专门攻关团队，同时注重科研成果转化和商业化，并对示范项目给予政策支持和资金补助，鼓励边实践边研发，形成良性循环。

③ 加强标准建设，完善标准体系

在标准方面，加强全产业链的标准编制工作，参考国外情况，补齐国内标准，形成完善的标准体系，为氢能和燃料电池商业化运作做好充分的准备。