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在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的戰(zhàn)略背景下，中國(guó)提出了“碳達(dá)峰與碳中和”（簡(jiǎn)稱“雙碳”）目標(biāo)，展現(xiàn)了其作為大國(guó)的責(zé)任感和引領(lǐng)全球生態(tài)文明建設(shè)的決心。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，不僅符合全球可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，也對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展模式和能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。為達(dá)成這一目標(biāo)，中國(guó)政府已經(jīng)開始實(shí)施一系列政策規(guī)劃并采取實(shí)際行動(dòng)，以推動(dòng)能源的綠色低碳轉(zhuǎn)型。在強(qiáng)化能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時(shí)，持續(xù)提升能源利用效率和清潔能源的比重成為戰(zhàn)略重點(diǎn)。其中，氫能作為一種清潔、高效的二次能源，其在能源系統(tǒng)中的地位和角色越發(fā)凸顯，已成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵性選項(xiàng)之一。2023年，中國(guó)氫氣產(chǎn)量達(dá)到3 500萬(wàn)t。據(jù)估計(jì)，氫能在中國(guó)能源體系中占比將逐步提高。到2060年，氫能在終端能源消費(fèi)占比將達(dá)到10%以上。不同于一次性能源，氫能可通過(guò)電解水、化石能源轉(zhuǎn)化及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化等多種方式獲得，這使得氫能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用成為可再生能源利用和傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)型的重要路徑。

1 綠氫是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑

作為一種高效的潔凈能源，綠氫正在受到越來(lái)越多的重視，特別是在解決氣候變化和降低溫室氣體排放的挑戰(zhàn)背景下。綠氫采用可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能和水能等，通過(guò)電解水或熱解水產(chǎn)生氫氣，制氫過(guò)程不排放二氧化碳，具有零碳排放的特性。因此，綠氫成為未來(lái)能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)起到重要作用。近年來(lái)，中國(guó)著眼于綠氫在推動(dòng)碳減排方面的潛力，積極推進(jìn)潔凈制氫技術(shù)，促進(jìn)氫能與可再生能源產(chǎn)業(yè)的緊密結(jié)合。氫能在交通運(yùn)輸和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，有效地減少了對(duì)化石能源的依賴，并降低了碳排放。綠氫在電網(wǎng)調(diào)節(jié)、能量存儲(chǔ)和高附加值化工產(chǎn)品中的應(yīng)用，不僅能夠提高可再生能源消納能力，避免電力資源浪費(fèi)，還可作為化石燃料的補(bǔ)充，用以提高能源系統(tǒng)的靈活性和可靠性。在國(guó)家一系列政策文件支持下，央企帶頭，民企積極參與氫能的發(fā)展，取得了巨大的成功。

根據(jù)高工氫電產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）的統(tǒng)計(jì)，2023年中國(guó)建成的可再生能源制氫項(xiàng)目（綠氫項(xiàng)目）多達(dá)14個(gè)，制氫裝機(jī)規(guī)模合計(jì)達(dá)到387 MW，同比2022年實(shí)現(xiàn)翻番增長(zhǎng)。同時(shí)，公開規(guī)劃在2024年建成的綠氫項(xiàng)目超過(guò)60個(gè)，其中已開工綠氫項(xiàng)目制氫裝機(jī)規(guī)模高達(dá)2.8 GW。

據(jù)香橙會(huì)研究院統(tǒng)計(jì)，截至2023年，國(guó)內(nèi)已規(guī)劃綠色甲醇項(xiàng)目數(shù)量累計(jì)達(dá)到109個(gè)，累計(jì)規(guī)劃產(chǎn)能（部分項(xiàng)目含遠(yuǎn)期產(chǎn)能）已超過(guò)5 037.4萬(wàn)t。2023年全年，中國(guó)氫燃料電池車的累計(jì)銷量達(dá)到了7 760輛，同比2022年的5 009輛增長(zhǎng)了55%，刷新了有史以來(lái)的年度銷量記錄。截至2023年，中國(guó)共建成加氫站407座，其中2023年共建成加氫站62座。

根據(jù)智研咨詢的數(shù)據(jù)，截至2024年6月底，全球累計(jì)建成加氫站1 262座，其中中國(guó)456座，全球占比達(dá)到36.1%，成為全球最大的加氫站保有量國(guó)家。中國(guó)500 kW氫燃料電池動(dòng)力示范船“三峽氫舟1號(hào)”在湖北實(shí)現(xiàn)首航；全球最大功率氫能機(jī)車“寧東號(hào)”在山西下線。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)電解水制氫設(shè)備出貨量為722 MW，同比提升106%。此外，國(guó)內(nèi)電解槽單體規(guī)模加快向大標(biāo)方邁進(jìn)，單體5 000 Nm³堿性電解槽在雙良集團(tuán)有限公司下線，兆瓦級(jí)質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane, PEM）電解槽成為主流。海上風(fēng)電制氫也取得突破，海上風(fēng)電無(wú)淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)完成中試。

2 氫能發(fā)展的主要矛盾探討

在深入推進(jìn)氫能技術(shù)與應(yīng)用的過(guò)程中，氫能發(fā)展面臨的矛盾日益凸顯。當(dāng)前氫能發(fā)展的主要矛盾是用氫成本過(guò)高。因此必須將用戶的用氫總成本（即用戶的氫氣到手價(jià)）降下來(lái)。用戶的用氫總成本包括制氫成本、儲(chǔ)氫成本、運(yùn)氫成本和加氫成本。

灰氫主導(dǎo)當(dāng)前氫源。目前全球氫氣產(chǎn)量中超95%為灰氫，即通過(guò)化石能源或工業(yè)副產(chǎn)制備的氫氣，成本較低，煤制氫或天然氣制氫成本為10~15元/kg。工業(yè)副產(chǎn)氫的成本為9.29~22.40元/kg，具有一定的成本優(yōu)勢(shì)和規(guī)模優(yōu)勢(shì)。受限于電價(jià)水平和初始固定投資成本較高，現(xiàn)階段電解水制氫的成本較高。工業(yè)用電價(jià)格為0.4元/kWh時(shí)，堿性電解水制氫成本為29.9元/kg，PEM電解水制氫成本為39.87元/kg。綠氫項(xiàng)目成本：內(nèi)蒙古綠氫項(xiàng)目成本最低，為21.06元/kg，而重慶則高達(dá)46.28元/kg。

氫氣的運(yùn)輸成本高昂。在50~500 km范圍內(nèi)，長(zhǎng)管拖車的氫氣運(yùn)輸價(jià)格為5.43~20.18元/kg；在25~500 km范圍內(nèi)，管道的氫氣運(yùn)輸價(jià)格為0.86~3.02元/kg；在50~500 km范圍內(nèi)，液氫槽車的運(yùn)輸價(jià)格在13.51~14.01元/kg范圍內(nèi)小幅提升。液氨運(yùn)輸方式按采用“槽車+鐵路”運(yùn)輸，運(yùn)輸成本為0.2~0.3元/kg。根據(jù)中國(guó)汽車百人會(huì)低碳院的測(cè)算，當(dāng)運(yùn)輸距離達(dá)到400 km時(shí)，甲醇的管道運(yùn)輸成本為0.15元/km。

通常，運(yùn)輸同樣質(zhì)量的物品，其運(yùn)輸成本排序是氣體運(yùn)輸成本＞液體運(yùn)輸成本＞固體運(yùn)輸成本。因此，可以生產(chǎn)綠色合成氨、綠色合成甲醇、綠色人工天然氣等，用儲(chǔ)運(yùn)液體氫基化合物代替氫氣的儲(chǔ)運(yùn)，進(jìn)而改善氫能產(chǎn)業(yè)鏈的成本。2024年7月，筆者團(tuán)隊(duì)提出利用可再生能源直接制造綠色金屬，儲(chǔ)運(yùn)固體金屬，就地構(gòu)建金屬水蒸氣熱化學(xué)制氫的氫產(chǎn)業(yè)鏈。通過(guò)輸送產(chǎn)氫金屬固體，極大地降低了輸氫費(fèi)用，從而達(dá)到降低用戶用氫總成本的目的。一些工業(yè)示范項(xiàng)目的成功運(yùn)行，揭示了新的氫產(chǎn)業(yè)鏈的可行性，值得關(guān)注。

此外，氫產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同性不足成為制約氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的重要因素。在制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一且尚無(wú)成熟的商業(yè)模式形成，導(dǎo)致氫能應(yīng)用的成本效益難以最大化。

還有氫能行業(yè)內(nèi)卷已經(jīng)顯露，其明顯表現(xiàn)就是電解槽價(jià)格戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)1 000 Nm³ H₂/h堿性電解槽的最新報(bào)價(jià)折合單臺(tái)電解槽價(jià)格為436.77萬(wàn)元，創(chuàng)下了國(guó)內(nèi)電解槽價(jià)格的新低。而中國(guó)能源建設(shè)股份有限公司在2024年度制氫設(shè)備集中采購(gòu)項(xiàng)目中，涉及125套電解槽成套裝備，其中110套為1 000 Nm³/h堿性電解水制氫成套裝備。本次招標(biāo)的最低入圍價(jià)格為521萬(wàn)/臺(tái)（套），最高入圍價(jià)格687萬(wàn)/臺(tái)（套）。

電解槽行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致企業(yè)之間為了爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額而進(jìn)行激烈的價(jià)格戰(zhàn)，壓縮企業(yè)的利潤(rùn)空間，影響企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。過(guò)度的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)可能會(huì)導(dǎo)致企業(yè)減少在研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新上的投入，從而影響整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級(jí)。不良競(jìng)爭(zhēng)可能導(dǎo)致低端產(chǎn)能過(guò)剩，而高質(zhì)量的產(chǎn)品和服務(wù)供應(yīng)不足，這不利于行業(yè)的健康發(fā)展。價(jià)格戰(zhàn)可能會(huì)打擊一些小而精的初創(chuàng)公司的積極性，存在一定“劣幣驅(qū)逐良幣”的現(xiàn)象，影響行業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

綜上所述，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要矛盾表現(xiàn)為綜合成本過(guò)高、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同性不足及市場(chǎng)與政策支持之間不匹配等。為解決這些問(wèn)題，需要集中優(yōu)勢(shì)力量，擴(kuò)大氫能應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模，加強(qiáng)氫能技術(shù)研發(fā)，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，同時(shí)制定有效的政策措施以引導(dǎo)各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建健全的氫能產(chǎn)業(yè)體系。

3 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

綠氫產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過(guò)程中面臨著一系列挑戰(zhàn)。綠氫的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍需時(shí)日。降低綠氫成本是氫能產(chǎn)業(yè)的首要任務(wù)，其主要途徑如下：①大批量生產(chǎn)。通過(guò)規(guī)?；a(chǎn)可以降低單位成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。隨著電解槽出貨量的增加，設(shè)備成本正在逐年下降。有數(shù)據(jù)顯示，電解槽或者電解制氫的裝備成本從2020年前后至今已經(jīng)下降了至少30%。②技術(shù)進(jìn)步。技術(shù)進(jìn)步可以降低電解槽的能耗和初始投資成本。例如，通過(guò)優(yōu)化電解槽設(shè)計(jì)、提高電解效率、提升耐久性以及提高電流密度等手段，可以減少關(guān)鍵材料的使用，尤其是成本較高的貴金屬材料，或用非貴金屬材料取代貴金屬材料，從而降低設(shè)備成本。③統(tǒng)籌規(guī)劃。綜合規(guī)劃整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈，包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注等環(huán)節(jié)，可以有效降低成本。例如，通過(guò)建立優(yōu)化的綠氫產(chǎn)業(yè)鏈，孵化與扶持相關(guān)產(chǎn)業(yè)，助力關(guān)鍵技術(shù)突破，形成綠氫供給體系，可以加速產(chǎn)業(yè)鏈成熟，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，從而大大降低綠氫的成本。④通過(guò)國(guó)家層面的政策支持和市場(chǎng)機(jī)制激勵(lì)，擴(kuò)大綠氫經(jīng)濟(jì)收益，降低用氫成本，刺激市場(chǎng)需求。⑤提高氫能利用效率。通過(guò)提高氫能在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用效率，如化工、電力、交通等領(lǐng)域的應(yīng)用，可以提高綠氫的經(jīng)濟(jì)性。將綠氫在化工領(lǐng)域中作為原料生產(chǎn)能源產(chǎn)品，可以大幅度減少能源產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的二氧化碳排放和煤炭用量。⑥加強(qiáng)氫能行業(yè)管理，防止行業(yè)不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)，避免同質(zhì)化和低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)。⑦加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，提高中國(guó)的氫能話語(yǔ)權(quán)。完善中國(guó)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系；推動(dòng)氫能國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作；加強(qiáng)與國(guó)際組織的合作；擴(kuò)大與共建“一帶一路”倡議的國(guó)家和地區(qū)的區(qū)域合作；在可再生能源制氫基地、加氫站、輸氫管道等領(lǐng)域開展合作，提升技術(shù)發(fā)展水平，建立氫能同盟關(guān)系；立足國(guó)際視角，加強(qiáng)技術(shù)研究和專利技術(shù)保護(hù)；密切跟蹤國(guó)內(nèi)外氫能技術(shù)專利的發(fā)展動(dòng)態(tài)，挖掘氫能領(lǐng)域潛在應(yīng)用技術(shù)和專利空白技術(shù)，與氫能技術(shù)水平發(fā)達(dá)國(guó)家開展國(guó)際合作，集聚全球氫能技術(shù)、資本、人才和創(chuàng)新主體。⑧加強(qiáng)國(guó)際合作，共建一批經(jīng)濟(jì)效益好、示范效應(yīng)強(qiáng)、輻射范圍廣的氫能合作項(xiàng)目，應(yīng)對(duì)美國(guó)的地緣政治封鎖。與此同時(shí)，氫氣的運(yùn)輸和儲(chǔ)存技術(shù)亟待提升，以降低輸送成本。

為了推進(jìn)綠色氫能發(fā)展，需加大政策支持、科技資金投入和市場(chǎng)機(jī)制創(chuàng)新，這對(duì)降低氫氣生產(chǎn)設(shè)備和運(yùn)營(yíng)成本、提高綠色氫能的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。同時(shí)，發(fā)展綠色氫能產(chǎn)業(yè)需注重清潔度與能效兼顧，嚴(yán)格控制碳排放，確保氫能的減排效果更為顯著。

4 與AI結(jié)合是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向

2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主德米斯·哈薩比斯（Demis Hassabis）是一位人工智能（AI）專家，是到目前為止諾貝爾獎(jiǎng)最令人驚嘆的跨學(xué)科典型。這也說(shuō)明AI的無(wú)比強(qiáng)悍的作用力。氫能產(chǎn)業(yè)與AI的結(jié)合是一個(gè)多方面的跨學(xué)科領(lǐng)域，涉及能源的生成、分配、儲(chǔ)存和使用等多個(gè)環(huán)節(jié)。

氫能產(chǎn)業(yè)與AI結(jié)合主要有以下方式。①能源管理系統(tǒng)。智慧氫能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是國(guó)內(nèi)首個(gè)氫能與能源互聯(lián)網(wǎng)耦合的實(shí)驗(yàn)室，專注氫電系統(tǒng)的數(shù)字化和智能化，包括電解制氫和燃料電池核心裝備開發(fā)、綠氫系統(tǒng)集成與調(diào)控等關(guān)鍵核心技術(shù)研究和服務(wù)。②能源預(yù)測(cè)與調(diào)度。AI可以處理和分析海量的能源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源需求的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃和電力調(diào)度，減少能源浪費(fèi)。在智能電網(wǎng)中，AI技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)，預(yù)測(cè)潛在故障，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行策略。③新能源發(fā)電與儲(chǔ)能優(yōu)化。AI技術(shù)能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)天氣變化對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電量的影響，優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃，確保能源供應(yīng)的穩(wěn)定性與可靠性。同時(shí)，AI在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用也取得了顯著成效，通過(guò)智能儲(chǔ)能調(diào)度與電解槽管理，提升新能源的利用率與經(jīng)濟(jì)效益。④氫能物流智能化。深蘭科技發(fā)布了中國(guó)首個(gè)外部環(huán)境感知整車集成優(yōu)化控制的人工智能系統(tǒng)，為氫能物流車提供了更節(jié)能＋更長(zhǎng)途的解決方案。該系統(tǒng)能使燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)氫耗降低25%，最大功率提升20%，在物流工況下使燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)壽命提高15%，續(xù)航里程增加20%。⑤氫能安全監(jiān)管。數(shù)字化技術(shù)可以加強(qiáng)氫能安全監(jiān)管，通過(guò)在工藝設(shè)備上設(shè)置智能傳感器、探測(cè)器、巡檢機(jī)器人等，及時(shí)將運(yùn)行工況上傳到數(shù)字化信息管理平臺(tái)，提高安全監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)性和效率。⑥燃料電池設(shè)計(jì)優(yōu)化。AI技術(shù)可以幫助優(yōu)化燃料電池的設(shè)計(jì)和操作條件，提高其性能和效率。例如，南京大學(xué)劉建國(guó)團(tuán)隊(duì)首次將AI引入基于非貴金屬電催化劑的質(zhì)子交換膜燃料電池研究領(lǐng)域，輔助優(yōu)化性能測(cè)試參數(shù)，減少電池開發(fā)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)工作量。⑦燃料電池和電解槽用催化劑開發(fā)。AI技術(shù)可以加速綠色氫氣生產(chǎn)催化劑的發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化。例如，多倫多大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用AI技術(shù)在幾天內(nèi)篩選出了一種性能優(yōu)異的綠色氫氣生產(chǎn)催化劑，這種催化劑在穩(wěn)定性和耐用性方面表現(xiàn)出色，為實(shí)現(xiàn)綠色氫氣的低成本生產(chǎn)提供了可能。

以上這些結(jié)合方式展示了AI技術(shù)在氫能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力，有助于推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。中國(guó)剛開始?xì)淠芘cAI結(jié)合的探索，假以時(shí)日，一定會(huì)有更多的成功案例。AI助力中國(guó)氫能成功是必然的事情。