哪些因素制约了氢能发展?如何破解?
作者: 来源:中国环保协会 发布时间:2022-06-29 21:19:48 浏览()次

氢(H)是一种化学元素,在元素周期表中位列第一位。氢能,是指氢、氧进行化学反应所释放出的化学能,是一种来源广泛、清洁无碳、应用场景丰富的可再生能源。作为新型能源之一,因其具有零碳排放、可储存、与多种能源便捷转换等多重优点,可用于储能、发电、交通工具燃料驱动、家用燃料等,成为推动传统能源结构转型以及支撑可再生能源大规模发展的理想媒介。

全球能源结构正在向以清洁能源为主体的新型能源系统方向转变,氢能战略成为全球能源战略的重要组成部分。全球氢能产业发展全面提速,氢气的制取、储运等技术日渐成熟,氢燃料电池产业化浪潮加速,氢能应用领域逐渐拓宽。国际领先企业已开展燃料电池电堆、催化剂、质子交换膜及燃料电池汽车等商业布局,氢能由示范应用逐步走向规模化推广,产业链条不断完善,产业规模快速扩大。

我国高度重视氢能产业发展。2019年氢能被写入《政府工作报告》,2021年将氢能纳入国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要,2021年《关于做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》等政策文件均对氢能产业发展作出明确部署。今年发布的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035)》明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位、总体要求和发展目标,提出了氢能创新体系、基础设施、多元应用、政策保障、组织实施等方面的具体规划,为我国氢能产业中长期发展描绘了宏伟蓝图。同时,全国多地氢能相关政策陆续出台。

在“双碳”目标下,为建设绿色经济高效便捷的氢能供应体系,我国氢能制备、储运、燃料电池系统集成、加氢设备等主要技术和生产工艺不断进步,氢能产业呈现加快发展态势。我国是世界最大的制氢国,年产氢气量约为3300万吨,其中达到工业氢气质量标准的约1200万吨。当前以化石能源制氢和工业副产氢为主要制氢方式,可再生能源制氢的占比逐年升高。储运方面以短距离高压气态长管拖车运氢为主,就近使用为主的氢能供应体系。目前,我国可再生能源装机量全球第一,拥有氢燃料电池汽车8500多辆,建成加氢站超过250座,占全球总数的40%以上,加氢站居于世界第一。

国际氢能产业尚处于培育期,我国氢能产业发展较快,但在初期阶段仍面临一些挑战。

技术瓶颈仍然是氢能发展的核心制约问题。近年来,我国在基础研究、核心材料、关键部件、制造工艺和集成控制等方面取得了一系列科研成果,但与国际先进水平仍存在一定差距。产品的成熟度尚未达到大规模商业化应用层级,氢能与燃料电池汽车产业的部分零部件技术和制造能力还有待进一步提高,产业链上部分核心关键技术、关键材料和零部件尚未完全实现自主可控。

发展氢能产业,除关键技术外,人才成为发展的最大掣肘。随着国家氢能支持政策的推出,全国各地竞相布局氢能产业。氢能产业的快速发展,导致了氢能领域人才的需求不断扩大。目前,氢能领域有经验的成熟人才紧缺程度比较高,毕业生对口专业人才少,专业人才数量严重不足。国内高校过去基本没有氢能方面的专业,企业需要从化学、材料、机械、能源等相关专业招聘后再进行二次培养,过程相对较长。当前氢能产业专业人才的集聚与培养是当务之急,高校氢能领域人才培养势在必行。

氢能产业发展的协同性有待增强。国内氢能发展目前进入示范期阶段,距离市场化还有些距离,氢能产业规模较小,上下游技术水平、产业链、供应链发展不均衡不协调。氢能市场一体化推进缓慢,难以发挥出氢能产业链各环节的比较优势。各地竞相构建全产业链条可能会导致氢能产业的重复建设。上述问题背后是氢能产业发展协同性的不足,主要表现在产业布局、市场、人才等方面未形成共治共享,有效有序的生态体系。

在“双碳”目标下,氢能肩负着节能降碳重任,扮演碳中和路径中的重要角色。我国氢能发展进入快速发展窗口期,围绕技术自主可控、人才引进和培养、产业协同发展等方面提出如下建议,助力绿色可持续发展。

加强核心技术攻关,实现核心部件国产化产业化

以政府为主导,联合高校、科研院所和企业等机构围绕氢气制备、储运、应用以及氢燃料电池关键材料和系统零部件的研发等领域,协同开展氢能关键核心技术攻关,加快突破氢能及燃料电池核心技术瓶颈。通过政府引导扶持具有核心技术、自主技术的新型团队和企业开展技术攻关。整合产、学、研力量,补齐产业链上的短板,打造氢能全产业链自主化生态系统,促进氢能源产业链上、中、下游良性互动、安全健康发展。

以市场为导向,通过引进国内外先进技术和自主研发技术并举的方式,推进燃料电池核心材料、关键零部件和动力系统产业化、规模化。建立氢能产业发展专家智库,提供决策咨询、技术联合攻关、技术成果转化等合作与服务。通过政府引导和财政投入,超前布置,围绕构建氢能全产业链,编制关键核心技术攻关清单,将核心技术、前沿引领技术研发纳入国家科技计划中予以支持,充分调动相关科研资源和力量,集中攻关,尽快跻身世界前列。

拓展氢能人才引进通道,鼓励高校培育氢能相关学科专业和人才

鼓励以氢能关键技术研发和应用创新为导向,拓展人才引进通道。细化氢能产业领域人才引进政策,借助重点项目的实施,吸引氢能产业领域全球领军人才和专业团队。扩大人才国际交流与合作,建立与国际接轨的人才管理机制,构建氢能产业人才信息数据库服务平台。充分利用我国驻海外各类机构、社会组织的网络优势,加大对我国紧缺急需的海外高层次人才的引进力度。

基于氢能人才跨学科、跨行业的特点,氢能人才的培养需要:一是加强产学研融合建设,鼓励高校的研究生教育与企业需求挂钩,建立校企联合的培养方式。强化交流,注重实用性,针对企业的实际需求,有针对性地共同培养锻炼一批优质人才。二是鼓励高校培养氢能相关学科专业,优化机械、化学、材料、能源等学科专业设置,尽早建立与氢能、燃料电池相关的各项专业。三是鼓励职业院校开设氢能相关学科专业,培育高素质技术技能人才及从业人员。

区域间产业链协同发展,实现氢能产业“全国一盘棋”

加强顶层设计,贯通全产业链发展,统筹规划制氢、储氢、用氢等产业一体化协同发展。加强氢能基础设施建设,鼓励下游应用场景多样化发展,带动产业链规模化、市场化,形成统一大市场。建立协调统一的市场机制,规范氢能产业基础标准,降低区域内企业间的同质化竞争,减少无效的技术路线开发和盲目投资。

强化对产业发展的引导,加强企业间协同发展。未来需要进一步发挥区域的集聚效应,科学合理布局区域产业。各个地区应侧重不同的氢能产业发展,从零部件生产到设备组装、从氢能源的制、储、运(输)、加、用等各方面各有侧重,集中整合产业长项,形成区域产业集群效应。发挥地区优势,推动形成区域间氢能产业链供需衔接,优势互补,错位发展,互利共赢的发展格局,推动氢能产业良性发展,实现氢能产业“全国一盘棋”。

作者于冠一系天津大学APEC可持续能源中心讲师,朱丽系天津大学APEC可持续能源中心主任、教授