縱觀(guān)全球能源發(fā)展史，能源品種演變呈現出從固態(tài)-液態(tài)-氣態(tài)、由高碳向低碳演變的特征。相比傳統化石能源，氫能具備來(lái)源廣、能量密度高、環(huán)保效果好和用途廣的優(yōu)勢，有望成為保障能源安全、緩解氣候變化的未來(lái)能源，正被世界各國納入能源戰略版圖。

1、國際社會(huì )布局氫能的戰略出發(fā)點(diǎn)

全球對“未來(lái)能源”的探索在上世紀70年代石油危機后進(jìn)入了“快車(chē)道”，氫能成為國際社會(huì )公認的“未來(lái)能源”之一，各國在不同的戰略目標指導下形成了差異化的氫能發(fā)展路線(xiàn)。日本以突破本土能源稟賦、實(shí)現能源獨立為導向，提出建設氫能社會(huì )，下游應用場(chǎng)景豐富，形成了自上而下、以政府為主導的發(fā)展路線(xiàn)。美國以培育氫能經(jīng)濟為導向，形成了自下而上、以培育市場(chǎng)為導向的發(fā)展路線(xiàn)。歐盟作為發(fā)展低碳能源的領(lǐng)頭區域，堅持以發(fā)展可再生能源為導向，形成了基于可再生能源制氫的技術(shù)路線(xiàn)。整體而言，能源資源競爭和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)競爭是各國布局氫能的兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)。

1.1從能源資源角度出發(fā)

氫能是各國爭相搶占的“未來(lái)能源”之一，是實(shí)現各類(lèi)能源轉換的“樞紐”，可以實(shí)現不同能源品種向各類(lèi)終端的傳輸，是增加未來(lái)低碳能源網(wǎng)絡(luò )靈活性的重要抓手。前端，氫是自然界最普遍存在的元素，氫氣可取自水、天然氣、化工廢氣、丙烷、甲醇等，原料來(lái)源極廣。末端，燃料電池為氫能提供了儲能載體，能夠與熱、電末端網(wǎng)絡(luò )有效銜接，可以解決能源供需配置上的時(shí)空矛盾。由此，以氫能為中介的能源系統具備充足的“安全墊”，有望打破傳統化石能源的剛性供給。

其次，氫是有望實(shí)現“零碳排放”的未來(lái)能源，末端排放僅產(chǎn)生水，環(huán)保性好，是“純綠”能源。再者，氫燃料的熱值高，同等質(zhì)量能量密度下的熱值僅次于核燃料，達142351kJ/kg，大約是汽油熱值的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍，但能量密度優(yōu)勢的發(fā)揮仍有賴(lài)于應用場(chǎng)景的拓展和電堆技術(shù)的突破。四則氫能的安全底線(xiàn)有支撐。由于氫氣較輕，會(huì )以20m/s的速度在空氣中快速逸散，雖然氫氣易燃、爆炸極限寬等，但仍是最不容易形成可爆炸氣霧的燃料。

1.2從汽車(chē)產(chǎn)業(yè)角度出發(fā)

隨著(zhù)燃油車(chē)退出趨勢加速，在氫燃料電池汽車(chē)和電動(dòng)車(chē)的“路線(xiàn)之爭”尚未明朗的背景下，率先搶占新能源汽車(chē)的技術(shù)高地對各國未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。相比電動(dòng)車(chē)，在現有技術(shù)條件下氫燃料電池汽車(chē)具備以下三點(diǎn)相對優(yōu)勢。

首先，受制于電池自重，鋰電池快充也需40min才可達到80%的電量，而氫燃料電池汽車(chē)的加氫時(shí)間在3~5min，相比電動(dòng)車(chē)充電時(shí)間，氫燃料電池汽車(chē)加氫時(shí)間更短。其次，燃料電池能量密度高，在大載重、中長(cháng)距離場(chǎng)景中優(yōu)勢明顯。再者，電動(dòng)車(chē)在低溫環(huán)境下容易出現電阻變大、工作效率變低、低溫老化等問(wèn)題，而用于氫燃料電池汽車(chē)的質(zhì)子交換膜電池不僅可以在低溫環(huán)境正常運行，而且更容易實(shí)現車(chē)內取暖。

2、國際社會(huì )布局氫能的戰略選擇

2.1日本：立足于打破資源稟賦約束，著(zhù)力構建多元化的氫能供給體系

日本能源對外依存度高、發(fā)展氫能的戰略出發(fā)點(diǎn)明確、訴求強烈。以突破本土能源稟賦、破除對化石能源的依賴(lài)、提高能源自給率、實(shí)現能源獨立為導向，日本提出要建設氫能社會(huì )，形成了自上而下、以政府為主導的發(fā)展路線(xiàn)。日本在2014年提出“氫能和燃料電池戰略路線(xiàn)圖”，隨后相繼出臺了《氫燃料發(fā)電研究報告》《零碳氫燃料研究報告》，形成了日本氫能戰略的主要內容，將氫能作為保障能源安全和應對全球變暖議題的一張“王牌”。

日本的氫能發(fā)展路線(xiàn)圖包含三個(gè)階段：第一步到2025年，重點(diǎn)是擴大燃料電池市場(chǎng)，包括家用燃料電池和交通運輸兩大領(lǐng)域；第二步到2030年，重點(diǎn)是實(shí)現氫燃料發(fā)電，以及建立大規模氫能供給體系；第三步是從2040年開(kāi)始，要全面建成零排放的制氫、儲氫、運氫的氫燃料供給體系。

供給端，上游供給體系構建路線(xiàn)明確，目前初步形成了制氫“兩條腿”走路、運氫多元化展開(kāi)的路線(xiàn)。日本氫氣供應體系有國際、國內兩個(gè)層面上的支撐，國內主要依靠可再生能源制氫，目前已建成了全球最大的可再生能源電解制氫項目FH2R。國際供氫主要有四個(gè)渠道，各個(gè)渠道的制氫工藝、儲運方式各異：一是與澳大利亞合作開(kāi)發(fā)褐煤制氫項目，以液態(tài)船運方式運輸到日本；二是與文萊合作開(kāi)發(fā)天然氣重整制氫項目，以有機液體為載體將氫氣運輸到日本；三是與挪威合作開(kāi)發(fā)水力發(fā)電制氫項目，擬以低溫液化的方式將液態(tài)氫海運至日本；四是與新西蘭合作的地熱制氫項目。

需求端，下游應用場(chǎng)景豐富，氫能在家用燃料電池、燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域的推廣尤為亮眼，在不同細分領(lǐng)域上培育出了諸如豐田、松下、本田、愛(ài)信等龍頭企業(yè)。在家用燃料電池領(lǐng)域上，ENE-FARM是日本大力推廣的家用燃料電池系統，從2009年開(kāi)始由松下、東芝、愛(ài)信等廠(chǎng)商研發(fā)生產(chǎn)，由東京燃氣和大阪燃氣等燃氣公司向用戶(hù)銷(xiāo)售，2009-2019年間，ENE-FARM系統累計銷(xiāo)售30萬(wàn)套，每套政府補貼由最初的8.9萬(wàn)元逐年下降直至取消。在車(chē)用燃料電池領(lǐng)域上，豐田mirai是氫燃料電池乘用車(chē)的領(lǐng)頭羊，目前續航里程達到了約850km、最大功率達到了134kW。

2.2美國：立足于推動(dòng)氫能經(jīng)濟，固定式電池和重卡領(lǐng)域發(fā)展領(lǐng)先

美國將油氣視作其參與國際關(guān)系的重要籌碼，短時(shí)間內仍會(huì )守住傳統能源的壓艙石，布局氫能則更多是從參與產(chǎn)業(yè)競爭角度出發(fā)、著(zhù)力從市場(chǎng)開(kāi)拓角度發(fā)力。

立足于構建氫能經(jīng)濟，美國較先提出“氫經(jīng)濟”，早在2002年即頒布“國家氫能發(fā)展路線(xiàn)圖”，將氫能發(fā)展分為了四個(gè)階段：

第一階段是開(kāi)發(fā)階段，包括降低燃料電池成本、開(kāi)發(fā)固體儲氫裝置、天然氣繼續作為制氫主要原料、開(kāi)發(fā)氫內燃機、批量生產(chǎn)燃料電池汽車(chē)、在建筑物中增加燃料電池供熱供能試驗、繼續開(kāi)發(fā)便攜式氫燃料電池；

第二階段是市場(chǎng)過(guò)渡階段，政府將在市場(chǎng)過(guò)渡階段發(fā)揮重要作用，比如政府或公共部門(mén)將成為氫能的“第一用戶(hù)”，公共交通、消防等將采用基于氫燃料電池的分布式儲能，車(chē)輛、艦艇、飛機等軍事設備也將逐漸運用氫能系統；

第三階段是市場(chǎng)和基礎設施擴張階段，氫能將從局部向整體推廣，國家政策將以支撐氫能市場(chǎng)化推廣為出發(fā)點(diǎn)；第四階段是氫經(jīng)濟時(shí)代，即氫能全面取代化石能源成為居于主導地位的終端能源，個(gè)人氫能交通市場(chǎng)將自發(fā)形成。

以發(fā)展氫經(jīng)濟為導向，美國率先在經(jīng)濟可行性較高的領(lǐng)域獲得了突破。

一是依托美國國內天然氣價(jià)格低廉的優(yōu)勢，以天然氣重整氣為原料的固定式燃料電池已經(jīng)在數據中心、樓宇供電領(lǐng)域應用多年，并培育出了Bloomenergy、UTCPower等固定式領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。

二是在連續作業(yè)、大載重的物流貨運領(lǐng)域，氫燃料電池汽車(chē)燃料加注時(shí)間短、可以減少停機時(shí)間、提高經(jīng)濟效益。因此，與日本大力推廣氫燃料電池乘用車(chē)不同，美國在燃料電池商用車(chē)產(chǎn)業(yè)積累了豐富的經(jīng)驗，其中，PlugPower在全球燃料電池叉車(chē)市場(chǎng)的市占率居于首位，以尼古拉為首的重卡企業(yè)也開(kāi)始布局氫燃料電池領(lǐng)域。

2.3歐盟：立足于實(shí)現低碳發(fā)展，大力發(fā)展可再生能源制氫

歐盟歷來(lái)是低碳發(fā)展上的領(lǐng)跑者，因而也將氫能視作其低碳發(fā)展的抓手之一。立足于提高可再生能源比例、降低交通領(lǐng)域溫室氣體排放、推動(dòng)能源轉型，歐盟在2003年發(fā)布了“氫發(fā)展構想報告和行動(dòng)計劃”，計劃在4年內投資20億美元，規劃到2030年使氫能源汽車(chē)的比例達到15%。

歐盟的氫能技術(shù)路線(xiàn)圖將氫能發(fā)展分為了三個(gè)階段：

第一階段規劃到2010年，重點(diǎn)任務(wù)是通過(guò)電解水制氫提高可再生能源發(fā)電的比例，通過(guò)項目示范運營(yíng)實(shí)現氫能和燃料電池的初級市場(chǎng)應用、制氫基礎設施的早期開(kāi)發(fā)、解決關(guān)鍵技術(shù)瓶頸；

第二階段規劃到2020年，重點(diǎn)內容包括完善可再生能源制氫系統、具有價(jià)格競爭力的氫燃料電池汽車(chē)進(jìn)入家庭、建設分布式燃料電池供電站；

第三階段規劃到2050年，重點(diǎn)任務(wù)包括實(shí)現大規?？稍偕茉春拖冗M(jìn)核能制氫、擴大氫能分配網(wǎng)絡(luò )、將30%的加油站改成加氫站、氫能經(jīng)濟基本取代傳統化石能源經(jīng)濟。

以實(shí)現溫室氣體減排為引領(lǐng)，歐盟各國的氫能利用在以下兩個(gè)場(chǎng)景上取得了亮眼成績(jì)。

一是電轉氣項目：為了解決可再生能源消納問(wèn)題，德國、丹麥、英國等國家先行先試了powertogas項目，利用風(fēng)能、光伏發(fā)電的剩余電力制氫，再將氫氣用于與天然氣進(jìn)行摻混、直接發(fā)電和供熱等。

二是燃料電池公交和列車(chē)：交通領(lǐng)域是對歐盟降低溫室氣體排放貢獻較大的領(lǐng)域之一，為了降低交通碳排放，歐盟多個(gè)國家在公用交通領(lǐng)域氫能利用上實(shí)現了突破，科隆、羅馬、奧斯陸、鹿特丹等城市已投入使用氫燃料電池巴士，德國率先在列車(chē)領(lǐng)域應用了氫能。

3、結論

在全球能源供需格局走向寬松、氫能發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)不確定的背景下，我國應理性看待氫能發(fā)展。一方面，氫能是綠色能源的終極形式之一，是增強未來(lái)能源系統靈活性的重要介質(zhì)，不能放棄推進(jìn)氫能技術(shù)的研發(fā)。另一方面，規?；茝V氫能仍有賴(lài)于儲運技術(shù)、應用場(chǎng)景、商業(yè)模式的突破，不應盲目跟風(fēng)，要避免重蹈可再生能源無(wú)序發(fā)展的覆轍。

1）不同的戰略目標對產(chǎn)業(yè)的引導作用大相徑庭，應盡早定下戰略基

對于我國而言，以消化可再生能源、解決“三棄”問(wèn)題為目標，則應大力突破電解水制氫的效率和成本問(wèn)題，重點(diǎn)采用分布式形式利用氫能，避免大規模集中式建設；以提高能源自給率、保障能源安全為目標，則應大力發(fā)展大規模集中式的化石能源制氫，突破儲能系統的關(guān)鍵技術(shù)；以增強技術(shù)儲備、趕超能源技術(shù)為目標，則應突破電堆等關(guān)鍵零部件技術(shù)，提高氫能系統裝備的國產(chǎn)化率，重點(diǎn)采用示范形式運營(yíng)相關(guān)項目。

2）在要素無(wú)法自由流動(dòng)的能源市場(chǎng)，應從資源稟賦實(shí)際出發(fā)，不能對灰氫、藍氫“一刀切”不同區域需要結合自身的資源稟賦和下游需求，統籌布局氫能發(fā)展。

如，西北地區擁有豐富的風(fēng)光資源，但下游需求有限，可考慮重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫、氫燃料電池儲能的發(fā)展路線(xiàn)，山東、上海擁有豐富的副產(chǎn)氫資源，則可在短期內重點(diǎn)發(fā)展副產(chǎn)氫提純的技術(shù)路線(xiàn)。不同區域的灰氫、藍氫清潔程度不一，不應過(guò)度追捧電解氫、扼殺工業(yè)副產(chǎn)氫。如，對于化石能源發(fā)電占比較高的區域，電解氫的清潔程度不一定比工業(yè)副產(chǎn)氫高，而對于伴生CO2有具體用途的部分上?；@區副產(chǎn)氫，其清潔用途反而有望超過(guò)電解氫。