2020年9月21日,空客公司(Airbus)发布了其零排放的氢动力概念飞机 “ZEROe”并计划于2035年投入使用。现在或许很难想象乘坐氢动力飞机出行,但氢作为燃料并不是新鲜事——液态氢作为火箭推进剂已经有几十年的历史;虽然规模有限,但以氢燃料电池为动力的汽车也早已投入使用。

推动氢能发展的空前动力不仅来自商界,也来自全球各国政府。2017年,日本提出了建设氢能社会的目标,韩国也在2019年发布了氢能产业的国家规划。2020年6月,德国政府通过《国家氢能战略》,明确可再生能源制氢的优先投资地位,并宣布成立国家氢气委员会。到2019年6月,包括中国在内的世界各国宣布了近50项支持氢能发展的任务或政策,其中大部分集中在交通领域。

氢能受到如此广泛的关注是有原因的。与电池相似,氢气是一种储存能源的介质,依赖于太阳能和风能等一次能源来充电或发电,并在需要时转化为电能。但氢气在很多方面都优于电池:生产过程更清洁,使用后无污染,能量密度更高。电池的生产通常依赖锌、镍、锰等矿物,它们在露天矿坑或海底开采时和处理时都会对环境产生不良影响;而氢气的生产只需要水和电,转化为电能时只产生水和热。另外,氢气的能量密度(33千瓦时/千克)比电池(约1千瓦时/千克)、汽油和柴油(约12千瓦时/千克)高得多,使得其成为一种轻便的移动能源载体。

目前,交通运输等领域仍缺乏明确的解决方案以达成宏伟的减排目标。氢气有潜力实现这一目标,但巨大的研发缺口亟需填补。本文概述了中国的氢能行业现状,包括政策、参与者、融资情况和挑战,探索氢气加速建设绿色“一带一路”和“21世纪海上丝绸之路”的机遇,最后从四个角度提出政策和产业建议。

一、氢气的基本情况、生产方式和应用

氢(H)是地球上最丰富的元素,但它通常既不以游离状态存在,也不以氢气(H2)的形式存在。它很容易与其他元素反应,形成水(H2O)和有机化合物。氢气和氧气反应的过程中,释放出的能量可以转化为电能。氢气需要人工制取获得,例如通过电解将水分解成氧气和氢气,或以工业过程中的剩余气体(如甲烷)、煤、石油和生物质为原料制取。不同制氢方法在成本和碳排放方面差异很大(见表1)。

表 1 氢气的生产方式 来源:世界能源理事会

目前,世界上四分之三的氢气是通过天然气的蒸汽甲烷重整(SMR)和煤的气化生产的。一般来说,从煤、天然气和其他化石燃料中提取的氢气被称为 “灰氢”,因为它会产生大量的碳排放。在中国,煤制氢占中国氢气总产量的62%,而全球平均水平为18%,日本为6%。

比“灰氢”更清洁的是 “蓝氢”,指的也是利用化石燃料生产的氢气,但在生产过程中通过碳捕获、利用和贮存(CCUS)技术大幅减少碳排放。虽然蓝氢可以作为灰氢向绿氢的过渡,但由于目前CCUS技术的碳捕获率较低、很难对捕获的二氧化碳进行监控,鼓励“蓝氢”可能会将可再生能源领域的投资重新导向化石燃料等问题,长期来看并不是最优的氢气生产路径。

最清洁的氢气被称为“绿氢”,是利用可再生能源产生的电力电解水制氢,在加速实现碳排放目标方面潜力最大。虽然与其他方法相比,其平均成本较高,但利用风能生产的绿氢已经表现出微弱的成本优势(图1)。由于电解的大部分成本来自于电力,随着可再生能源价格的不断下降,预计绿色氢气的总体生产成本也会下降。

图1 利用可再生能源和化石能源生产氢气的成本 来源: IRENA国际可再生能源署

二、中国氢能发展现状

(一)生产与应用

中国是世界上最大的氢气生产国,其中大部分氢气产自煤炭,电解水制氢只占总供氢量的3%。2019年,中国的氢气产量超过2000万吨,约占世界总产量的三分之一。虽然理论上这些氢气可以满足中国10%的能源需求,但目前约2/3的氢气都用于工业原料(如生产合成氨)。近年来,氢燃料电池在商用车领域的应用快速发展。到2020年1月,中国有61座加氢站,为氢燃料电池车(主要是公交)提供燃料加注服务,而德国有81座,日本有116座。目前,国内氢燃料电池车只在商用车领域应用,只占电动车和混合动力车总量的0.1%左右,但其产销量在过去两年保持了年均60%左右的增长。

对于氢气在其他领域的应用,中国也已经进行了一些试点:

1、有轨电车:2017年10月,中铁唐山公司在河北唐山研发出第一辆燃料电池动力有轨电车并投入商业使用。2019年11月,由中铁青岛四方打造的另一辆采用巴拉德公司(Ballard Power System)燃料电池模块的氢燃料电池有轨电车在广东佛山投入运营。佛山的氢能有轨电车最多可以载客285人,最大运行速度为每小时70公里,续航能力可达100公里。

2、航空:2019年1月,一架以氢气为动力的有人驾驶飞机在沈阳试验成功。飞机飞行高度320米,全程零污染排放,由中科院大连化物所与辽宁通用航空研究院共同研制。此前,大连化物所于2009年研制出中国第一艘氢燃料电池飞船,2012年研制出第一架氢燃料电池无人机。

3、航运:中国 “十三五”规划以及交通运输部、中国船级社等政策文件都鼓励航运业采用绿色能源。但由于缺乏补贴和指导意见,目前燃料电池只在少数中小型游艇和军用船舶上使用。2020年9月,中国宣布将在2021年推出以水电为动力的散货船 。

4、供热和发电:分布式燃料电池发电站可以作为主电网的补充。2016年,阿克苏诺贝尔、MTSA和NedStack在辽宁营口交付了一座容量为2MW的氢燃料电池电站,该电站每年可产生16MWh的电力 。应急备用电池也已经应用于电信行业,但目前容量和规模都比较小。

5、物流:2018年6月,京东物流在上海引入150多辆氢能源车物流车,补充618时物流峰值的运力。这些卡车能够在3分钟内加注氢燃料,行驶里程超过350公里。其他电商和物流公司也进行尝试,但只限于区域运输。

(二)政策支持

近五年来,中国国家和地方对氢能产业的政策支持力度不断加大。2015年,国务院在《中国制造2025》中将氢能列为的关键技术之一,并提出了燃料电池汽车的发展目标:到2025年,关键材料、零部件实现国产化和批量供应,和传统汽车、电动汽车相比具有一定的市场竞争力,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。2016年3月,国家发展改革委和国家能源局联合发布《能源技术革命创新行动计划(2016 – 2030 年)》,提出三项氢能的战略发展方向,即“氢的制取、储运及加氢站”“先进燃料电池”和“燃料电池分布式发电”,并在技术层面设计了氢能和燃料电池技术的创新目标和路线图。2016年8月,国务院发布《“十三五”国家科技创新规划》,将“可再生能源与氢能技术”列为清洁高效能源技术之一;在同年11月印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中,提出“到2020年,实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用”。

2019年,《政府工作报告》首次提及氢能,明确要“推动充电、加氢等设施建设”,给市场和各级政府发出了积极信号。去年全年,中央发布的有关氢能产业发展的政策文件总计10余份,包括国家发改委等7部门印发的《绿色产业指导目录(2019年版)》,国家发改委和商务部印发的《鼓励外商投资产业目录(2019 年版)》,工业和信息化部印发的《2019 年新能源汽车标准化工作要点》等。2020年,仅上半年就有来自工信部、财政部、国家能源局、科技部等部委的总计 6份政策文件中提到氢能,内容包括加快燃料汽车标准研制,完善氢能的制备、储运和加注服务,鼓励加氢站等基础设施建设以及燃料电池在汽车、船舶等交通领域的应用等。

同时,中国各省市地方政府竞相加强辖区内整个氢气产业链的建设。截至2019年底,至少有10个省级(包括省和直辖市)政府、21个市级政府和5个县级政府发布了专门针对氢气的行动计划。由于产业结构和自然资源禀赋的多样性,各地区氢能产业现状差异较大,区域产业集聚效益明显,北京、上海、广东、江苏、山东、河北等地走在前列(见图2)。

图 2 中国氢能及燃料电池产业链企业分布 来源:中国氢能联盟

(三)氢能行业主要参与者

对于氢气的上游生产,参与者多为发电企业和化石燃料开发商,包括国家电力投资集团公司(SPIC)、中国能源集团公司(CEIC)、华能、华电、中广核、中国三峡集团公司(CTG)等。其中,中国能源集团氢气年产量最多,每年煤制氢产量约400万吨,可为4000万辆FCEV提供动力。中石化排名第二,年产氢200-300万吨,生产的氢气主要来源于化工过程的副产品。电解水制氢在大连化学物理研究所(专门从事电解,特别是PEM技术的老牌研究所)、中国船舶重工集团公司718所(拥有国内65%的电解设备市场和先进的碱水电解技术)、上海神力科技、淳华氢能科技等研究所和企业的带动下稳步推进。

国家电投集团、中国能源、中船重工、中石化等众多企业也在加氢站的建设和运营中积极行动。民营企业中,上海氢枫和上海舜华是领先的加氢站解决方案提供商,各自已建成20多座加氢站。氢气的应用,尤其是在燃料电池和汽车领域的应用,吸引了不同规模和背景的企业参与。同时,能源公司与政府或高校合作,设立产业基金支持研发,提升产业影响力(详见附录)。

(四)氢能行业融资现状

中国政府通过多种激励政策推动氢能产业的发展和应用。国家对氢燃料电池车给予减税优惠,并根据车辆类型和燃料电池的容量提供2万到5万人民币不等的补贴,地方政府可按照不超过国家补贴1:1的比例叠加补贴。国家对加氢站的新补贴政策尚未最终确定,但很多省市政府对加氢站的建设提供了最高900万元的补贴。

各类基金也是支持氢能项目的主力。其中,产业基金将公共和私人资产结合起来,参与方包括国有企业、研究机构、大学(如同济大学、中国地质大学)、地方政府(如大连、武汉)、商业机构和民营企业。例如,2019年6月,东方电气集团与三峡资本、成都创新风投签署协议,发起设立东方电气氢能产业基金,募资金额5亿元;2020年5月,国家能源集团与东湖高新区、武汉资环工研院等签署合作协议,在光谷成立氢能产业基金,一期基金规模10亿元。

其他融资渠道包括银行贷款和债券。2019年12月,美锦氢能科技获得农村商业银行提供的9800万人民币贷款,由母公司美锦能源担保。2020年9月,成都西部氢能产业园项目地方政府专项债成功发行,计划发行总额15亿元,期限为20年,拟分三年发行,本次发行额度2.24亿元(约合3000万美元),利率为3.94%。

另外,股权投资也越来越常见。2019年10年8月,亿华通在上海科创板上市,市值超过100亿人民币(约15亿美元)。此前的2019年10月,龙蟠科技收购了明天氢能科技10%的股票,总投资8000万元人民币(约1300万美元)。重塑科技、广东国鸿、武汉泰歌氢能汽车等其他燃料电池企业也曾通过股权融资获取资金。

三、氢能在绿色“一带一路”建设中的机遇

绿氢可以对促进“一带一路”的绿色化发挥重要作用,尤其是在交通等难以减排的领域。由于中国在“一带一路”国家的许多投资都用于交通等基础设施建设,而促进贸易是 “一带一路”的目标之一,因此将氢能纳入航运、火车、重型卡车和公交等运输方式的机会很多。

具体而言,液氢可以成为集装箱船的燃料,打造绿色“21世纪海上丝绸之路”。“海上丝绸之路”涵盖了中国在34个国家将要参与建设或运营的42个港口。目前,全球航运业每年排放的温室气体接近10亿吨二氧化碳当量。中国 “十三五”规划以及交通运输部、中国船级社等出台的政策文件都鼓励航运业采用绿色能源。

虽然目前燃料电池主要应用于少数中小型船舶和军用船舶,但研究发现,对于99%的海外航运来说,只要将5%的货位换成氢燃料电池,就可以用氢气替代柴油。根据联合国国际海事组织(IMO)关于到2050年将全球航运业排放量至少减少一半的协议,中国作为船舶制造大国、港口所有者、物流运营商,应制定航运业综合氢战略。

此外,在“一带一路”国家,建立试点项目,如目前正在向LNG储存设施转变的斯里兰卡的汉班托塔港。

从可再生能源资源、淡水资源和基础设施投资潜力来看,摩洛哥、印尼、智利和纳米比亚等带路国家是可再生氢气生产的潜力地区(图3)。随着中国企业逐渐将海外投资从碳密集型项目转向可再生能源项目,中国可以在新建或现存的可再生能源项目中加入制氢、储运和氢能应用项目,既可以提高可再生能源效率,降低弃风弃电率,也能为绿化“一带一路”投资提供新的机会。

图 3 全球可再生氢气潜能地图 来源: Pflugmann and De Blasio (2020). The Geopolitics of Renewable Hydrogen in Low-Carbon Energy Markets低碳能源市场中的可再生氢的地缘政治

四、 政策建议

氢能作为一种储能手段潜力巨大。虽然中国已在氢能的制取、储运和应用方面取得初步进展,但要充分释放氢能科技的潜力,政府、投资者、公司必须加大努力,并加强国际合作。

(一)关于国家政策的建议

首先,由工信部牵头,在国家发改委和财政部、交通部等多个部委的支持下,制定全面的国家氢能发展战略,涵盖包括研发、生产、储运和应用在内的氢能产业链的各个环节。这将向国内广泛的投资者、公司和研究组织等利益相关者发出信号,加大对氢能的开发和应用。

其次,认识到绿色氢能在未来中国能源结构中的重要地位,以及对中国经济2060年实现碳中和承诺的关键作用。通过明确的政策信号和税收优惠,加快对绿色氢气生产和储存设施的投资。政策中应明确规定在2030年前完全使用可再生能源生产绿氢,以最大限度地降低蓝氢和灰氢对气候的负面影响。同时,可以分配有限资源支持灰氢的创新,例如CCUS技术在碳排放难以减少行业的应用。

(二)关于投资和绿色金融的建议

氢能产业提供了许多投资机会和要求。为实现从褐色能源到绿色能源的转变,研发环节需要依托现有产业基础,也需要政府基金和项目(如高校合作项目、创新试验区等)来支持;氢气储运的基础设施既是公共产品,又需要耐心资本的实现回报,因此可以通过政府和社会资本合作的方式进行融资;氢能在交通等领域的应用可以由市场力量主导,根据氢能产品的成熟度和风险选择不同的融资工具,其中风险较高的产品可以使用私募股权,而较成熟的公司或低风险产品可以通过债券或贷款进行融资。同时,国家或地方政府也应该继续为氢技术的应用提供补贴,以克服目前氢能应用的成本劣势。随着碳排放权交易体系(ETS)的完善,政府可以利用碳市场的利润加快对氢能产业的支持。

(三)关于国际合作的建议

国际合作与氢能技术和应用的开发是相关的,但必须谨慎对待。许多国家已经制定了国家氢能战略,并提出了宏伟的产业目标和投资计划,氢能领域的许多核心技术也将成为不同国家的竞争优势。然而,为了确保中国氢能行业和产品的兼容性,至少要在制定标准方面加强国际合作,避免出现类似电动汽车行业充电标准仍有争议的问题。中国应积极与国际氢能委员(Hydrogen Council)会和国际标准化组织(ISO)等机构共同推进国际标准的制定和采用,以保证氢气生产、运输和加注的安全。此外,还可以在非核心领域拓展氢能技术和应用方面的国际合作。

(四)关于绿色“一带一路”建议

为促进氢能在绿色“一带一路”中,特别是在运输领域的应用,中国应发挥政策性银行和国有企业的作用,通过建设提供氢气燃料的试点港口和鼓励中国航运公司改用氢气燃料等措施,打造绿色海上丝绸之路。试点港口可以包括斯里兰卡的汉班托塔港、希腊的比雷埃夫斯港和埃塞俄比亚的吉布提港。中国还可以考虑在“丝绸之路经济带”进行绿色运输试点,将氢气燃料应用于铁路和公路货运。

综上所述,氢气作为一种能源形式,在促进中国零碳经济和绿色“一带一路”创新方面有着巨大的潜力。然而,氢能产业的发展尚处初期,研发、投资和强有力的政策以及国际合作的意愿对于提高氢气的生产和储运效率,以及保障该行业的长期成功至关重要。

附录:中国氢能产业主要参与者及活动

类型公司氢能产业相关活动
生产氢能储运和加氢站燃料电池和车辆其他
五大发电集团国家电力投资集团-2019年1月与宁波市签订战略合作协议,明确在氢能产业装备制造基地、示范项目等领域合作
-2020年5月签约在湖北武汉和湖南株洲建设氢能产业基地
-2019年开始在北京延庆建设公交车加气站-与北汽和亿华通合作,为2022年冬奥会和北京的城市交通开发燃料电池客车-2017年成立氢能科技发展有限公司
-2017年9月与腾华氢能、博石资产签订协议,共同投资10亿元用于氢能产业投资基金
国家能源集团-主导张家口2022年北京冬奥会风能太阳能和储氢混合项目-2019年在江苏如皋建成并投入使用首个符合国际标准的商业加油站-与潍柴合作开发氢动力重卡(200吨级以上)-牵头成立中国氢能联盟
-参与2019年《中国燃料电池和氢气白皮书》的发布
华能集团-2019年在吉林白城开发并投入使用了风制氢示范项目-与河北张家口签署合作协议
-2017年与北京等地签署谅解备忘录发展氢能创新中心
华电集团-2020年6月与深圳市凯豪达集团签订战略合作,在山东潍坊投资氢气发电项目
大唐集团-2020年4月与华润电力签署氢能开发合作协议
电网公司国家电网- 2019年8月与明天氢能科技签订协议开发兆瓦储氢电站
中国南方电网-2020年8月在广州成立氢能研究中心
四小发电集团华润电力-2020年4月与大唐公司签订氢能开发合作协议
中广核-2019年4月,与成田动力成立氢能和燃料电池投资基金-2017年在广东成立30亿氢能产业基金
中国核工业集团-2019年1月,与宝武集团、清华大学签署核电制氢合作协议
三峡集团-2018年与Proton Energy System签订合作协议,在山东潍坊设立生产研发中心-2019年12月与华北电力大学合作设立氢能实验室
化石能源行业
(煤炭)
大同煤矿-2019年启动煤制氢项目
兖矿集团-2019年在山东济宁开通氢燃料电池公交线路-2019年发起成立山东氢能与燃料电池联盟
-2020年在山东省邹城市投资4亿元打造“兖矿新能源研发创新中心”
晋城煤业集团-2019年与法中能源协会签署氢能合作谅解备忘录
化石能源行业(石油)中国石油化工集团-每年生产200-300万吨工业副产氢-2018年开始在广东云浮建设气氢联合站
-2018年10月与亿华通签署氢气供应和加注合作协议
-2018年与日本JXTG能源集团签署合作备忘录,将在第三方市场共同建设氢燃料加气站
-2019年7月在广东佛山的气电氢联合站建成并投入使用
-2018年9月加入氢气理事会,目前是唯一一家中国石油企业。中国共有 5 家企业在会,分别是中石化、长城汽车、潍柴、国家能源集团、Re-Fire重塑科技。
中国石油天然气集团-2018年9月,由中石油参与的湖北武汉首座加氢站在武汉东湖高新区建成
-2019年1月与张家口交投集团、氢燃料专业公司签署战略合作协议,将建设第一座省内商用加氢站
-2019年4月,与北京海珀尔签署战略合作协议在北京地区建设液气油氢混建站
中化集团-2018 年4月与天津大学签署战略合作协议,就氢燃料电池及相关材料的研究进行合作
-2018年10月在江苏如皋建立中化能源国际氢能与燃料电池科技创新中心
汽车行业中国第一汽车集团-2018年10月在嘉兴推出“红旗”牌氢燃料电池汽车
-从16家银行获得10150亿元意向授信,用于开发可再生能源汽车和 "红旗 "品牌
东风汽车-2018年2月在广东云浮建立商业化氢FCV生产基地
中国中车集团-2018年5月发布并测试其带驾驶辅助系统的12米氢燃料电池车
-2019年载T6平台的燃料电池客车交付运营
-2020年1月与国家电投联手开发的首台氢燃料电池客车在宁波下线
-在湖南株洲进行氢燃料电池车研发
钢铁行业宝武钢铁- 在华东地区建立了完善的氢气生产和配送体系,氢气生产、销售和配送能力超过27万立方米/天
中国钢研科技集团-2018年7月与常州市签订燃料电池生产线合作协议
其它行业潍柴动力-2019年以来,在山东建成6座加油站-2019年在山东潍坊投放50辆氢燃料电池公交车,2020年6月150辆
-氢燃料电池发动机生产工厂于2020年3月投入使用,产能2万台
东方电气-2010年就成立了燃料电池研发团队
-2018年,10辆搭载东方设计的发动机和控制系统的氢燃料电池客车在成都投入使用
-2019年,在成都建成年产1000台氢燃料电池发动机的自动化生产线
中国船舶重工集团-718研究所是国内最大的电解设备研发和生产企业,占国内市场的65%,并出口到20多个国家和地区- 712研究所旗下的PERIC氢能技术公司专业从事加气站和车用氢气系统的研发和生产-712研究所也从事燃料电池电机系统的研究和开发-2017年10月与亿华通签订张家口氢燃料电池电机生产基地合作协议

About the author(s)

Researcher at International Institute of Green Finance | Website
Director Green Belt and Road Initiative Center at International Institute for Green Finance


Dr. Christoph NEDOPIL WANG is the Founding Director of the Green Belt and Road Initiative Center and a Senior Research Fellow at the International Institute of Green Finance (IIGF) of the Central University of Finance and Economics (CUFE) in Beijing, China.


Christoph is a member of the Belt and Road Initiative Green Coalition (BRIGC) of the Chinese Ministry of Ecology and Environment. He has contributed to policies and provided research/consulting amongst others for the China Council for International Cooperation on Environment and Development (CCICED), the Ministry of Commerce, various private and multilateral finance institutions (e.g. ADB, IFC, as well as multilateral institutions (e.g. UNDP, UNESCAP) and international governments.


Christoph holds a master of engineering from the Technical University Berlin, a master of public administration from Harvard Kennedy School, as well as a PhD in Economics. He has extensive experience in finance, sustainability, innovation, and infrastructure, having worked for the International Finance Corporation (IFC) for almost 10 years and being a Director for the Sino-German Sustainable Transport Project with the German Cooperation Agency GIZ in Beijing.


He has authored books, articles and reports, including UNDP's SDG Finance Taxonomy, IFC's “Navigating through Crises” and “Corporate Governance - Handbook for Board Directors”, and multiple academic papers on capital flows, sustainability and international development.

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