本文梳理了氫能產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的發(fā)展及政策等情況， 分析了山西省傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響。 應(yīng)充分發(fā)揮山西省太原、 大同、 長(zhǎng)治等市的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)， 構(gòu)建起山西省以氫能供應(yīng)為主體， 儲(chǔ)氫、 運(yùn)氫為紐帶， 燃料電池與燃料電池車為主要發(fā)展方向的氫能源生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。
山西省作為國(guó)內(nèi)煤炭主產(chǎn)區(qū)和能源基地，是全國(guó)首個(gè)能源革命綜合改革試點(diǎn)，應(yīng)充分發(fā)揮能源大省的資源稟賦，深耕煤炭產(chǎn)業(yè)，發(fā)展煤化工，做強(qiáng)做大風(fēng)電、光伏等清潔能源，把握能源革命綜合改革試點(diǎn)這一契機(jī)，通盤考慮環(huán)境、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)等因素，持續(xù)開展能源綜合革命試點(diǎn)工作，直至轉(zhuǎn)型成功。利用氫能清潔、安全、高效、可持續(xù)的特點(diǎn)，構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)鏈，成為能源革命改革試點(diǎn)突破點(diǎn)，已是大勢(shì)所趨。
1 氫能是清潔能源發(fā)展的新途徑
在當(dāng)前能源危機(jī)的情形下，節(jié)能減排刻不容緩，利用和發(fā)展氫能，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步都具有舉足輕重的作用。在中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程中，氫燃料電池汽車已逐漸成長(zhǎng)為新能源汽車新的力量，也是新能源汽車的發(fā)展方向之一;歐洲、美國(guó)、日韓等也制定了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，明確了氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位。
同時(shí)，人類能源利用的進(jìn)步就是“脫碳”的過程，提高能源的氫碳比，充分利用氫這一能源載體，將其運(yùn)用到交通、建筑、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低碳化。比如，氫燃料電池車應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域;儲(chǔ)能介質(zhì)支持大規(guī)模可再生能源的整合和發(fā)電;分布式發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)為建筑提供電和熱;工業(yè)領(lǐng)域直接提供清潔的能源等。據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì) (Hydrogen Council) 預(yù)測(cè)，到2050 年氫能將為全球提供 18%的能源需求，其產(chǎn)業(yè)可以新增 3×107 個(gè)就業(yè)崗位，溫室氣體排放量減少6×109 t，市場(chǎng)價(jià)值達(dá) 2.5×1012 美元。
在美國(guó)市場(chǎng)調(diào)研及咨詢公司 (Information Trends)發(fā)布的 《2021 年全球氫燃料站市場(chǎng)》 (“Global Marketfor Hydrogen Fueling Stations， 2021”) 中 統(tǒng) 計(jì) ， 截 至2020 年底，全球已有 33 個(gè)國(guó)家建成共計(jì) 584 座加氫站，其中，美國(guó)加氫站在全球加氫站中的占比為 12%，歐洲、中東和非洲 (EMEA) 占比為 36%，亞太地區(qū)占比達(dá)52%。日本是全球領(lǐng)先者，目前已擁有近 150 座加氫站，而增長(zhǎng)最快的國(guó)家是中國(guó)，目前已建成加氫站 128 座，投入運(yùn)營(yíng) 101 座，超過韓國(guó)成為亞太地區(qū)第二。
2 氫能是中國(guó)構(gòu)建能源體系的關(guān)鍵一環(huán)
十三屆全國(guó)人大二次會(huì)議 《政府工作報(bào)告》 中明確將推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)，引導(dǎo)鼓勵(lì)氫燃料電池等氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。尤其是在 《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書 2020》 中預(yù)測(cè)，到 21 世紀(jì)中葉中國(guó)能源體系中氫能源占比達(dá)到一成左右，氫需求量接近 6×107 t，年經(jīng)濟(jì)規(guī)模超過 1×1013 元，加氫站達(dá)到 1×104 座以上，燃料電池汽車年產(chǎn)量達(dá)到 5×106 輛以上。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為制、儲(chǔ)、運(yùn)、加氫站、燃料電池下游應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)，其產(chǎn)業(yè)鏈涉及領(lǐng)域眾多，技術(shù)要求高，蘊(yùn)含的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較大。尤其是氫燃料電池汽車是氫能高效利用的最佳選擇，但受成本及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的限制，大規(guī)模市場(chǎng)化應(yīng)用依然面臨種種問題。因此，在成本居高不下、市場(chǎng)反應(yīng)不熱的產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，政策扶持就必然起到產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)作用。通過政策扶持，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、降本控費(fèi)、創(chuàng)建市場(chǎng)，形成良性業(yè)態(tài)，同時(shí)，加強(qiáng)研發(fā)創(chuàng)新，解決產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的成本制約，通過不斷的技術(shù)提升，進(jìn)一步提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
2019 年以來，氫能產(chǎn)業(yè)受國(guó)家政策的影響，發(fā)展加速明顯，地方性扶持政策頻出。截至 2020 年底，國(guó)家層面氫能相關(guān)的政策文件超過 16 個(gè)，有20 個(gè)省市自治區(qū)、30 多個(gè)城市競(jìng)相推出氫能相關(guān)政策。地方政策有關(guān)氫能源發(fā)展超 87 份，其中專項(xiàng)政策38 份、新能源汽車政策 28 份、基礎(chǔ)建設(shè) (含加氫站) 政策 15 份、環(huán)保政策 6 份 (數(shù)據(jù)來自網(wǎng)絡(luò)并統(tǒng)計(jì))。
圖 1 為 2019—2020 年全國(guó)各省市自治區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策發(fā)布數(shù)量對(duì)比圖。
隨著國(guó)家氫能政策的加持，氫能在全國(guó)各地蓬勃發(fā)展，各地方政府紛紛發(fā)布?xì)淠芤?guī)劃。相繼出臺(tái)的有關(guān)氫能利好政策，支撐了氫能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化運(yùn)作，帶動(dòng)了氫能相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，可以形成很好的示范效應(yīng)。氫能市場(chǎng)化水平的不斷提高，反過來同樣可促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)利用和技術(shù)的進(jìn)一步成熟與完善。
3 以能源革命試點(diǎn)為契機(jī)布局氫能產(chǎn)業(yè)
以煤炭產(chǎn)業(yè)為主要經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)形式的山西省，長(zhǎng)期以來高度依賴煤炭資源，生態(tài)環(huán)境脆弱，污染問題嚴(yán)峻。推動(dòng)能源革命轉(zhuǎn)型發(fā)展，研究創(chuàng)新發(fā)展新模式，把煤炭產(chǎn)業(yè)與新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)有機(jī)融合，已成為當(dāng)前山西省轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要方向。
2016 年起，山西省先后發(fā)布了 《山西省招商引資重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄》 《山西省新能源汽車產(chǎn)業(yè) 2019 年行動(dòng)計(jì)劃》，將氫能產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)培育和引進(jìn)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，明確在山西省新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，把氫能源汽車擺在先發(fā)展的位置。同時(shí)，將太原、大同、長(zhǎng)治等市作為氫能產(chǎn)業(yè)試點(diǎn)示范，大力推動(dòng)原有氫燃料電池汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，爭(zhēng)取在“十四五”期間，在山西省構(gòu)建起體系健全、產(chǎn)業(yè)完善的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，建設(shè)具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的氫能生產(chǎn)、利用示范基地。
而后，依據(jù) 2020 年科技部等五部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》 (財(cái)建〔2020〕 394 號(hào)) 的要求，山西省積極調(diào)動(dòng)各方力量，充分利用各地市在氫能產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)，由大同市作為牽頭城市，與太原、長(zhǎng)治、晉中、陽(yáng)泉組隊(duì)申報(bào)燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群。并先后發(fā)布了 《大同市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 (2020—2030 年)》 《長(zhǎng)治市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 (2020 年—2030 年)》 《長(zhǎng)治市氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃 (2020 年—2023 年)》 《長(zhǎng)治市加氫站審批和管理暫行辦法》 《長(zhǎng)治市燃料電池汽車交通運(yùn)輸暫行管理辦法》 《長(zhǎng)治市燃料電池汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助實(shí)施細(xì)則》 6 個(gè)政策文件，初步完成了山西省氫能產(chǎn)業(yè)布局。
4 山西作為能源大省具有先天優(yōu)勢(shì)
山西是全國(guó)重要的綜合能源基地，煤炭、煤層氣、風(fēng)能、太陽(yáng)能等各類能源匯集于一體，在中國(guó)能源體系中具有無可替代的戰(zhàn)略地位。然而，山西經(jīng)濟(jì)興衰過多依存于煤炭產(chǎn)業(yè)，亟待在能源革命、轉(zhuǎn)型創(chuàng)新中煥發(fā)新的活力。
從氫能產(chǎn)業(yè)鏈來說，解決氫的來源問題是發(fā)展氫能源經(jīng)濟(jì)的有效保障。當(dāng)下以煤制氫作為氫的來源成本最低廉，也是發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)鏈前期可行的選擇;從能源革命轉(zhuǎn)型方面來說，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的多元低碳、清潔高效是能源轉(zhuǎn)型成敗的關(guān)鍵，因勢(shì)利導(dǎo)，充分發(fā)揮山西省原有的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)對(duì)發(fā)展氫能有著關(guān)鍵作用。
山西省煤炭資源儲(chǔ)量大，煤炭資源量長(zhǎng)期排在全國(guó)前列，可開采基礎(chǔ)儲(chǔ)量為 1.167 63×1011 t，占總資源儲(chǔ)量的 43.54%，含煤面積 6.22×104 km2.
2019 年全國(guó)煤炭生產(chǎn)情況如表 1 所示，2015—2019 年山西省原煤生產(chǎn)情況如表 2 所示。
表 1 2019 年全國(guó)煤炭生產(chǎn)情況
表 2 2015—2019 年山西省原煤生產(chǎn)情況
從能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，改革開放之初，為響應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)“能源化工基地”，山西省形成了以“煤、焦、冶、電”四大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，煤炭除部分用于出口外，大多用于發(fā)電供熱、冶煉焦化、化肥水泥生產(chǎn)等各領(lǐng)域，導(dǎo)致山西省煤炭開采的整體利用率較低，產(chǎn)能過剩，造成煤炭資源這一不可再生資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，相對(duì)具有高附加值的煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，以煉焦煤和電廠發(fā)電為用途的煤炭產(chǎn)業(yè)附加值較低，利用水平和利用率都較低。
特別是焦化行業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣中 H2 占到54%～59%，價(jià)格僅為 0.5 元/m3 ，可用于制取高純氫。
焦?fàn)t煤氣是一種優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉且數(shù)量豐富的制氫原料，可為山西省發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)提供豐富制氫原料來源。但如果要滿足氫燃料電池的使用，則需對(duì)焦?fàn)t煤氣制氫的吸附提純技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以獲取純度達(dá)到 99.999%的 H2.
目前主要的制氫技術(shù)是化石能源制氫，通過煤氣化、甲醇裂解等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，其中化石能源工業(yè)化制氫占到中國(guó) H2 來源的 67%，焦?fàn)t煤氣制氫、氯堿化工副產(chǎn)氫占到 32%，而電解水制氫規(guī)模普遍較小，產(chǎn)能在 1%左右，且價(jià)格居高不下。
氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提必然是有充足的 H2.這就要求其制造原料要充足，且制造成本在市場(chǎng)可接受范圍內(nèi)，相對(duì)于石油、天然氣而言，山西省煤炭資源豐富，在發(fā)展煤制氫產(chǎn)業(yè)上有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。因此，在風(fēng)電、光伏等新能源和可再生能源技術(shù)發(fā)展可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化制氫之前，煤制氫產(chǎn)業(yè)會(huì)有十分廣闊的發(fā)展前景，應(yīng)作為主要的制氫方案并予以重視。但應(yīng)看到，在發(fā)揮煤炭產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)、發(fā)展煤制氫產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，需正面應(yīng)對(duì)其煤氣化制氫技術(shù)存在的二次污染問題，要與 CCUS (碳捕集、利用與封存) 技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化升級(jí)煤化工產(chǎn)業(yè)，提高產(chǎn)品附加值，逐步改善煤炭產(chǎn)業(yè)原有運(yùn)營(yíng)方式。
5 風(fēng)、光資源促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展
山西省風(fēng)、光資源豐富，風(fēng)光發(fā)電經(jīng)過“十三五”期間的大力發(fā)展已具備較好的能源優(yōu)勢(shì)。山西省風(fēng)能資源的技術(shù)開發(fā)面積達(dá) 4 061 km2.風(fēng)功率密度≥300 W/m2.技術(shù)開發(fā)量為 5 020～7 900 MW[4]，特別是山西省東部，中條山、五臺(tái)山、恒山、太行山及其周邊地區(qū)，風(fēng)能資源更加豐富;山西省日照充足，年日照數(shù)在 2 200～3 000 h 之間，年日照率為 51%～67%，年總輻射量介于1 350～1 650 kW·h/m2.有豐富的太陽(yáng)能資源。
截至 2020 年 5 月，山西省風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)2.423 65×107 kW，其中風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)1.299 6×107 kW，光伏累計(jì)裝機(jī) 1.124 05×107 kW。但因風(fēng)、光資源受氣候影響較大，其持續(xù)性、穩(wěn)定性較差，棄風(fēng)電、棄光電較為嚴(yán)重。據(jù)可查詢到的 2017 年數(shù)據(jù)，山西省累計(jì)棄風(fēng)、棄光電量總計(jì) 1.14×109 kW·h (風(fēng)電 1.097×109 kW·h、光伏 0.43×108 kW·h)。以電解水制氫耗電 3.5～5.0 kW·h/m3算，僅棄風(fēng)、棄光電量就可用于制氫 2.05×104～2.93×104 t。
因此，山西可充分依托自身在風(fēng)、光能源上的優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展風(fēng)電、光伏制氫，同時(shí)利用氫儲(chǔ)能的特點(diǎn)發(fā)展儲(chǔ)能、分布式發(fā)電等產(chǎn)業(yè)。
總結(jié)
山西省所具備的煤炭、風(fēng)電、光伏等傳統(tǒng)能源是發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)必備的資源優(yōu)勢(shì)，而且以前對(duì)傳統(tǒng)能源的大規(guī)模資源開采和利用，受產(chǎn)業(yè)環(huán)境、國(guó)家環(huán)保政策影響較大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)矛盾突出。以能源革命試點(diǎn)為契機(jī)，大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，利用開發(fā)好煤制氫、風(fēng)光制氫，在加快氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展中具有重要地位和典型示范作用。
山西省自 2019 年始以太原、大同、長(zhǎng)治三市為示范城市，2020 年增加陽(yáng)泉、晉中等地共同發(fā)力構(gòu)成氫能源發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈，其中太原作為山西省技術(shù)與人才的聚集地，高校、科研院所科研能力優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)加強(qiáng)在氫能產(chǎn)業(yè)的研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、落地方面的工作，并相應(yīng)布局高技術(shù)領(lǐng)域的氫能產(chǎn)業(yè);大同、陽(yáng)泉等地發(fā)揮煤炭資源、風(fēng)電資源、光伏能源優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展煤制氫、風(fēng)光能源制氫，并有針對(duì)性地建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心;長(zhǎng)治、晉中等地在利用其風(fēng)電資源優(yōu)勢(shì)的前提下，因其技術(shù)培訓(xùn)學(xué)校較多，產(chǎn)業(yè)技術(shù)工人資源優(yōu)勢(shì)明顯，可大力引進(jìn)相關(guān)企業(yè)，培育符合山西省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局的本土企業(yè)。并且，各地市在利用現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，也應(yīng)取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相借鑒，合理引進(jìn)新技術(shù)，轉(zhuǎn)化新成果，加大在氫能領(lǐng)域的科研投入力度，逐步完善氫能應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè)，合力構(gòu)建起山西省以氫能供應(yīng)為主體，儲(chǔ)氫、運(yùn)氫為紐帶，燃料電池與燃料電池車為主要發(fā)展方向的氫能源生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。(作者：翁帥)
