前言

氢能热值高、清洁、来源多样，与电力一同被视为支撑能源转型的两大二次能源之一，它具有如下特点。

1．氢能是来源多样、清洁、环保、高效的二次能源

氢是二次能源，能通过多种方式制取，没有资源制约。利用低温燃料电池，氢能通过电化学反应直接转化成电能和水；相比汽柴油、天然气等化石燃料，其转化效率不受卡诺循环限制，最高可达90%。氢能的电化学反应过程不排放二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOX）等温室气体和空气污染物，是零污染的二次能源。氢能被公认是一种环境友好、可持续发展的清洁绿色能源。

2．氢能是理想的能源互联媒介

当前能源体系主要由电网、热网、油气管网共同构成。不同能源网络依赖不同种类的一次能源，且彼此之间转化效率低下，能源优化也往往在各自的网络独立进行。凭借燃料电池技术，氢能可以在不同能源网络之间进行转化，可以同时将可再生能源与化石燃料转化成电力和热力，也可以通过逆反应产生氢燃料替代化石燃料或进行能源存储，从而实现不同能源网络之间的协同优化。此外，氢能更可通过合成气的方式将能源及化工产业进行整合，实现更大尺度的优化运行。因此，氢能是实现电力、热力、液体燃料等各种能源品种之间转化的媒介，是在可预见的未来实现跨能源网络协同优化的唯一途径。

3．氢能是可大规模应用的储能介质

随着风能、太阳能、水能等可再生能源占比持续提升，储能在未来能源系统中的作用不断显现。我国传统抽水蓄能资源有限、效率低下，且随着资源开发的深入，其建设成本逐步升高。虽然铅蓄电池、锂电池、液流电池等新型电化学储能以及储热技术发展迅速，但只适用于较短时间尺度及较小容量的调节。随着可再生能源渗透率不断提高，季节性乃至年度调峰需求与日俱增，电化学储能及储热越来越难以满足上述长周期、大容量储能需求。与电能和热能不同，氢能可以更经济地实现电能或热能的大规模存储，从而有效解决弃风、弃光、弃水问题，同时保障未来高比例可再生能源体系的安全稳定运行。在传统能源体系中，氢能作为大规模储能介质，也可以有效减少峰谷电带来的电力系统波动问题。

4．氢能具有丰富的应用场景

电能作为最普遍的二次能源，广泛应用于工业、商业、住宅等固定用能场景，但由于不易存储，电能难以替代汽柴油在汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通工具中扮演的角色。虽然近年来锂离子电池技术的进步推动了电动汽车、混合动力汽车等轻型电气化交通工具的应用，但距离货运、航运、航空等大容量、高能量密度应用仍有差距。氢气的能量密度是汽油的3倍以上，完全满足重型运输需要，且由于实现了功率和能量单元的分离，氢能在大功率、高强度、长距离移动应用场景的经济性尤为显著，可充分弥补当前电能应用场景有限的短板。

5．氢是安全可控的燃料

氢气在空气中燃烧点能量为0.019MJ，氧气中燃烧点能量仅为0.007MJ，氢气与空气混合后的燃烧浓度范围为4%~74%，爆炸浓度范围为18.3%~59.0%，浓度极限范围宽于汽油与天然气。但这并不意味着氢气比其他气体燃料更危险。由于空气中可燃气体的累积从低浓度开始，因此爆炸下限浓度是影响安全性的更重要的因素。相比之下，氢气爆炸下限浓度明显高于汽油（1.1%）和天然气（5.7%）。此外，虽然氢气燃烧点能量低，但是氢比重低、易挥发、极易扩散，发生事故时影响范围也往往较小。当前氢气已广泛应用于石油化工行业，日本和德国的应用与推广实践也表明，氢能的安全性并不逊色于天然气和汽油。通过强化生产、储运和使用等环节的安全管理，严格执行安全操作规程，完全可以实现氢能的安全利用。

结合上述特点，氢能在电力领域可有效弥补电能存储性差的短板，有力支撑高比例可再生能源发展；在交通领域可降低长距离、高负荷交通对燃油的依赖，彻底实现交通终端用能清洁化；在能源领域可与电力、热力、油气、煤炭等能源品种大范围互联互补，优化能源结构。氢能产业的发展在世界各国越来越受到重视。氢能制、储、运、用相关技术与装备逐步成熟，氢能开发与利用开始具备商业化推广条件。部分发达国家政府已出台氢能发展战略路线，推动氢能产业的发展。

近年来，我国相继发布《“十三五”国家科技创新规划》《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》等政策文件，将氢能纳入重点发展方向，引导并鼓励发展氢能及燃料电池产业。2019年，国务院首次将氢能写入《政府工作报告》，明确提出“推动充电、加氢等设施建设”。2020年9月22日，习近平主席在第75届联合国大会提出了中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和”的战略目标，开发和利用好氢能将是实现我国碳中和目标的重要手段。在地方层面，山东、江苏、广东等近10个省区，以及张家口、武汉、如皋、佛山等几十个城市相继发布和氢能相关的政策或规划。在企业层面，能源国企争相布局上游氢能供应体系；社会资本抢滩下游应用市场，上市公司纷纷投资燃料电池和整车产业链。

在产业如火如荼发展的同时，也要认识到我国氢能及燃料电池技术水平与发达国家还存在差距，燃料电池制造及氢能运营成本仍居高位。当前，氢能产业在局部地区已经出现投资过热迹象，需要及时控制。我国在国家层面上对氢能尚没有明确的战略定位，对氢能近中远期支持和发展、氢能发展路线的选择等也没有清晰的意见和规划。本书旨在通过研究分析，对氢能在我国能源体系中的定位进行判断，并结合国情给出国内氢能产业的重点发展方向，最后提出推动我国氢能应用及氢能产业有序健康发展的政策建议。

本书是中国宏观经济研究院基础课题“推动中国氢能产业有序发展的路径及相关政策研究”的主要产出。研究过程中得到了所在单位国家发展和改革委员会能源研究所王仲颖、刘坚、任东明、时璟丽、赵勇强、韩雪、郁聪和符冠云等领导和同事的指导和大力支持，其中刘坚参与撰写了部分内容（第四章第二节“工业”，第四节“储能”；第五章第一节第（二）部分“工业部门”、第（三）部分“建筑部门”，以及第二节第（二）部分“中国氢能供应总体布局”等），在此表示衷心感谢。同时感谢中国氢能联盟、中国电动汽车百人会等单位对本书内容给予的支持。由于氢能产业尚处起步阶段，产业链长且涉及面广，受本人时间和研究水平所限，本书疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。

钟财富

2021年7月