在“双碳”战略背景下，中国能源多元化和清洁化发展步伐加快推进，氢能与低碳能源体系相结合将成为中国能源转型的“动力引擎”。为了推动氢能在中国的快速发展，基于氢能在“双碳”目标中扮演的重要角色，调研了国内外氢能产业发展现状，重点分析了中国氢能国家战略与地区政策，指出了氢能行业发展前景、存在的挑战以及相关建议。研究结果表明：①中国氢能产业市场需求持续增长，然而用氢成本依然居高不下，成为制约产业规模化发展的关键因素之一。②在氢能产业链中，“制、储、运、用”各环节的底层技术尚未完全成熟，影响了产业协同推进的效率。③氢能基础设施建设存在短板，顶层设计仍需加码；氢能产业安全问题日益凸显，安全监管体系尚不完善。④根据国情提出了4条氢能未来产业发展的相关建议，分别为完善氢能专项政策，加强市场监管机制，落实国家氢能发展规划要求；加快氢能技术攻关，创新驱动氢能全产业链发展；聚焦氢能安全体系，为氢工业全生命周期保驾护航；推动氢能走向全球化，在合作中谋发展。结论认为，“双碳”目标下中国氢能产业未来有望出现星火燎原之势，应多方联动突破氢能产业相关瓶颈，实现从示范应用到商业化的跨越发展，尽快构建清洁、低碳、高效、安全的能源体系，助力“双碳”战略目标的早日实现。
引言
氢能具有热值高、易获取、低碳、可再生等优点，被誉为21世纪的“终极能源”，其应用范围极其广泛，涵盖了工业、交通运输、建筑以及电力等多个领域。目前，氢能的开发与利用已然成为全球范围内新一轮能源变革的关键方向之一，正逐步成为应对气候变化的重要抓手为中国实现“双碳”目标开辟了一条新路径。在未来中国能源体系构建中，氢能将占据重要地位，成为战略性新兴产业发展方向。同时，氢能与低碳能源体系结合将成为中国能源转型的“动力引擎”。目前氢能发展正享受着前所未有的政策和商业动力，世界各地的氢能政策和项目数量迅速增加，氢能在清洁、安全和高效的未来能源中将发挥关键作用。迄今为止，国内外针对氢能行业已进行了大量研究：Evro等认为氢能作为可再生能源的补充，氢及其衍生物氨等关键能源载体在未来实现全球碳中和过程中发挥着重要作用；Sadeq等批判性地研究了氢能系统，提出加速氢能行业发展需要加强电解水制氢技术战略性攻关及先进的储氢材料研发和储氢基础设施建设，加强氢能跨学科合作来降低制氢成本；Mazloomi等从全球视角提出了分布式氢生产方式，通过大规模制氢、局部制氢、售氢点制氢来降低制氢成本；邹才能等基于中国“双碳”目标，研究了中国氢能禀赋特征，从氢属性认知、氢能产业规模、产业政策等方面分析了中国氢能行业发展现状，并针对氢能全产业链“制、储、运、用”4个环节，指出了中国氢能产业发展障碍与挑战，对中国氢能发展路径进行了探索。
鉴于国内氢能技术研发和产业应用尚处于初始阶段，在氢能全产业链中仍存在诸多问题亟待解决，探索基于中国“双碳”背景下适合中国能源体系的氢能发展道路尤为重要，为此，笔者对国内外氢能发展历程与现状进行了调研，分析了氢能行业在国内的战略定位与发展前景，探讨了中国氢能发展面临的挑战，提出了“双碳”背景下中国实施氢战略相关建议，以期为中国氢能产业发展提供一定的参考。
1国际氢能发展历程与现状
从氢的发现到氢能的应用经历了漫长的发展过程。从18世纪氢气首次被发现并被证明能燃烧提供热能且可通过电解水获得，到19世纪氢燃料电池在航天航空、发电和交通等领域的实际应用，有力地证明了氢能源作为未来替代能源的潜力与可行性。21世纪全球氢能产业遍地开花，众多国家纷纷出台氢能发展战略规划，重点关注发电与交通领域，旨在推动氢能及燃料电池产业的发展。2020年，欧盟发布《欧盟氢能战略》，致力于推动氢能在工业、交通等多领域的广泛应用；同年，美国也推出《氢能计划发展规划》，设定了多项关键技术经济指标，力求在氢能产业链市场中占据引领地位。2021年国际氢能委员会发布了《净零氢能报告》，指出到2030年左右，氢开始与天然气和煤炭结合作为发电燃料投入使用；预计到2050年，氢能的利用有望减少800×108 t二氧化碳排放，年减排潜力可达70×108 t，这相当于所需减排总量的20%。届时，氢能终端需求量将达到6.6×108 t，占全球终端能源需求的22%。
美国、日本、韩国等国家以及欧盟组织相继推出了氢能发展战略与规划（表1）。总体来看，国外氢能发展战略明确，以产业定位、资源优势和技术路线为基础，持续推动氢能燃料电池技术的长期发展，不断更新迭代政策体系为建立低碳、可持续的“绿色”社会提供了坚实支持，但是近年来地缘政治也很大程度上影响着各国的氢能政策，各国和地区之间的差异显著，可总结为以下3点：
1）氢能发展战略及产业定位清晰。美国、日本、韩国、欧盟等都制定了氢能发展战略，提出了各自的氢经济发展蓝图，设立了近期、中期、长期“三步走”的氢能发展战略规划,其意义在于：①通过大力发展氢能，可减弱对化石等一次能源的依赖程度，建立以氢能为理想核心能源的低碳、可持续的“绿色”社会；②各国加速氢能发展，抢占全球氢能行业领跑席位，意在成为全球氢技术的领导者和出口者，为国家带来巨大的经济效益，推动国家经济发展。
2）因地制宜结合资源禀赋特征确定制氢技术路线。由于全球资源禀赋优势不相同，世界各国因地制宜地制定了制氢技术发展路线。例如美国依靠本土石油与天然气资源丰富且开采技术较为成熟的优势，主要通过天然气重整制氢，目前也在大力发展电解水制氢；日本由于国土面积狭小、资源较为匮乏，当前重点发展可再生能源制氢、电解水制氢；德国、法国等则是选择把电力转化制氢作为本国的制氢重点。纵观各国制氢路线，大力发展水电制氢将是未来制氢技术的主流路线。
3）全球对氢工业发展兴趣浓厚，国际地缘政治因素渗透于国家氢能发展战略决策。在全球后疫情与气候变化治理时代，国际上对地缘政治经济的考量已经显著影响到了各国的氢能政策，许多国家的氢能战略不仅仅是应对气候变化的脱碳工具，更是一种争夺国际氢能产业主导权的产业政策工具，各国为争夺氢战略利益，争相成为技术的创造者，而非技术的接受者。当前形势下，氢及其衍生物可能会导致能源贸易关系的大洗牌。氢能等可再生能源成本的特定地点差异、能源运输成本以及现有产业设施和集聚区的惯性，将直接或间接影响各国氢能发展。对于可再生资源过剩的地区而言，可再生能源潜力为其成为绿色工业化区域创造了绝佳的竞争优势，具备丰富可再生资源、水资源充足以及能够向大型需求中心运输和出口能源能力等条件的最佳组合地区是氢能经济性生产地，拥有较多此类地区的国家更有望成为氢能的“天然”出口国。
表1 美国、日本、韩国以及欧盟组织等发布氢能发展战略表
当下，国际政治经济格局进入动荡变革期，能源多元化和清洁化步伐加快推进，这为推动氢能发展提供了重要战略机遇。随着世界各国为应对全球气候变化逐渐达成共识，后疫情时代绿色能源经济加速复苏，氢能应用场景得以扩大，各国和地区在明确了氢能发展战略，制定了氢能行业指导政策的同时，不断地对氢能政策体系进行补充完善，逐渐形成了各具发展侧重点，符合本国国情的氢能产业路径，打造低碳能源体系已成为全球能源发展的“风口”。
2中国氢能发展回顾与前景
2.1 供需影响产能，经济影响区域布局
目前中国在全球制氢领域占据着主导地位，氢能产业发展势头迅猛，已经初步掌握了氢气制备、储运、加注以及燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，展现出强大的产业实力与发展潜力。自2020年“双碳”目标提出后，中国氢能产业热度不断升温，发展进程加快，进入了高速发展的快车道。国内氢能产业链如图1所示，涵盖了氢能生产、储存、运输、使用的完整产业流程，包括电气化和非电气化两种氢气生产途径，以及氢气的多种储存和运输方式。
图1 中国氢能产业链示意图
在供应方面，如图2所示，2023年全国氢气产量达到457 5×104 t，较2022年的400 4×104 t增长14.26%。现阶段中国制氢方式与国外存在较大差距：中国制氢原料仍以化石燃料为主，62%的供应来自煤炭、19%来自天然气，工业副产氢约占18%，电解水制氢仅占1%。而国外煤制氢只占19%，天然气制氢占比最大，达到59%。中国煤炭资源相对丰富、成本较低，但煤制氢过程中碳排放量巨大，在“双碳”目标进程中将逐渐被淘汰，需结合碳捕集、封存与利用（CCUS）技术才能实现减排。工业副产氢既可减少碳排，又可以提高资源利用率与经济效益，还可以作为氢能发展初期过渡性氢源而加大发展力度。但是从长远来看，电解水制氢才是未来最具有发展潜力的绿色氢能生产方式。
图2 中国2016—2023年氢气产能柱状图
在需求方面，氢气常用于工业生产（如合成氨、甲醇制备和冶金还原）、能源领域（如燃料电池和氢能发电）以及交通领域（如氢燃料电池汽车和航空航天）。此外，氢气还在电子工业领域中用于半导体制造，展现出广泛的应用前景。中国氢能应用领域分布如图3所示。据中国氢能联盟和毕马威分析，预计到2060年，工业和交通领域将会是氢能的主要应用领域，分别占比60%、31%，建筑和电力等领域仍处于探索阶段。交通领域则是以氢燃料电池为主，目前氢燃料电池产业发展欣欣向荣，相关产业链体系日益完备。目前，中国在氢能转换利用设备、零部件以及氢能应用于交通、储能、发电和工业等领域的标准制定方面，还存在针对性研究不足的问题。因此，未来几年，如何高效推广氢能应用，加速氢能相关新技术、新工艺、新方法的研发，并完善安全标准的制定与修订，将成为中国氢能产业发展的关键任务。
图3 中国氢能领域应用分布图
经济因素影响中国氢能产业选址，目前中国氢能行业呈现出区域发展不协调的状况。①氢能产业链多位于“胡焕庸线”（黑河—腾冲线）以东，大部分人口和经济活动都集中于此。氢能产业依赖于工业基础和市场需求，目前形成了以京津冀城市群、长三角城市群、山东半岛城市群、珠三角城市群、中部三角区、成渝城市群为主的6大空间群。②氢能产业的“制、储、运、用”4个环节存在明显的区域差异，整个产业链上下游连接薄弱。例如华北生产基地周围铺设了一定数量的运氢管道，为上游生产与中游储存和输送提供了有效的连接，而在南部和西部城市，这种配套集输管道数量上略有不足。各省在制定各自的氢能政策后，由于发展目标各不相同导致各城市群产业链也产生了较大差距。
综上所述，市场供需是氢能产业发展的重要推手，氢能行业空间分布呈现出2个特点：①产业分布与经济、能源资源相吻合；②该行业表现出区域差异和空间错配，限制了规模经济的形成。未来激发氢能发展潜力，要走差异化、有针对性、高质量的氢能发展道路，来推动氢能产业的合理布局。
2.2 中国国家能源战略助力氢能发展
中国氢能源战略最早可追溯到2019年《政府工作报告》，而后国家能源局、国家发展和改革委员会、国务院等开始发布氢能行业政策与规划，呈现出“范围广、支持力度大、支持决心强”的特点，氢能政策不仅涵盖了源头制氢、储氢、运氢，更包含了氢燃料电池、氢燃料电池汽车等用氢领域。同时，明确了氢燃料电池汽车生产及商用汽车从油气到氢动力转型的目标，在此基础上，国家大力支持各省示范试点项目的推行。中国氢能政策发展历程如图4所示。
图4 中国氢能政策主要发展历程图
2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出“十四五”期间，中国将优化能源资源配置，显著提升利用效率，使单位GDP能耗和二氧化碳排放分别降低13.5%、18.0%，并持续减少主要污染物排放。同时，推动能源清洁低碳、安全高效利用，加快氢能技术在工业、建筑、交通等领域的应用，助力能源低碳转型，培育战略性新兴产业，布局未来产业。
2021年10月，国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》，明确将“能源绿色低碳转型行动”列为碳达峰十大行动之一。该方案强调大力发展新能源，推动运输工具低碳转型，助力交通运输领域的绿色低碳发展。有序推进加氢站建设，加快氢能技术研发和示范应用，探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。
2022年3月，国家发改委和国家能源局联合发布了《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》。该规划作为国家氢能发展的顶层设计文件，明确了氢能的战略地位及其在国家能源体系中的重要作用。此前，国务院及各部委已出台多项政策文件，如《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》《绿色产业指导目录（2019版）》《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》《“十四五”全国清洁生产推行方案》《“十四五”工业绿色发展规划》等，形成了覆盖面广、目标明确、统筹协调的氢能发展路线图。这些政策文件的协同推进，有力推动了中国氢能产业的发展。
2.3 多方联动加快氢能市场建设
在近年来，随着《2030年前碳达峰行动方案》及《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》等国家氢能政策规划的相继出台，中国各省份、直辖市积极响应当下新能源发展趋势，纷纷制定并推出各自的氢能发展战略，明确设定了可再生氢的生产目标。基于各地方的氢能计划，可粗略推算出到2025—2030年，中国氢能产值将出现近10倍增长，达到1万亿元左右，加氢站达到千座以上，氢燃料电池汽车达到百万辆以上。
地方政府在氢能布局中扮演了关键角色，在国家一系列扶持政策和补贴激励措施的推动下，积极落实氢能产业的发展规划，启动了众多氢能产业项目。在此背景下，能源企业也纷纷抢占氢能市场，以中国华能集团、国家能源集团、中国石化等为首的行业巨头在“制氢、储氢、运氢、用氢”全产业链中发挥了引领作用，并在储氢材料、氢燃料电池技术以及加氢技术的研发上取得了显著进展。
2022年，中国海洋石油集团有限公司成立中海油北京能源分公司，因地制宜地发展氢能业务，致力于探索发展多功能互补能源供应系统；国家能源投资集团有限责任公司与福建省政府签约开展氢能运用、研发与装备制造业务合作；中国华电氢能技术研究中心成立，围绕氢能产业动态与政策研究、氢能应用数字化、智能化开展研究工作。同年，中国石化发布实施氢能中长期发展战略，遵循“油气氢电服”一体化的能源服务，在氢能交通和绿氢炼制两大领域推进产业示范，以更加开放的态度响应国家号召，深化与政府机构、产业链相关企业的战略合作，共同构建氢能新兴产业生态体系，激发氢能发展链式反应，释放能源革命的强大力量。
除此之外，以中国氢能联盟、中国节能协会氢能专业委员会等组织在解读国家氢能规划以及氢能领域重难点技术组织攻关方面发挥的作用不容小觑。2023年，中国氢能联盟结合《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》发布《氢能领跑者行动2023》，探索打造中国首个氢能关键技术装备评价及测试平台，以标准化为抓手，市场化为保障、从核心装备入手，结合中国氢能产业发展实际，推动标准化与科技创新互动发展。
2.4 “双碳”背景下氢能行业战略定位及展望
“双碳”背景下，在国家政策支持、企业积极参与、行业投资大等因素的促进下，中国氢能行业未来有望出现星火燎原之势，也必将呈现出星火燎原之势。展望未来，氢能行业或将呈现出如下3大发展趋势：
2.4.1 氢能有望在交通领域率先实现商业化进程
由于中国氢能行业尚处于上升期，氢能在交通领域的产业发展日益完善，短期内，交通运输领域有可能成为用氢的主要需求来源。氢燃料电池车的大规模推广驱动交通运输领域氢能商业化进程的实现；长期来看，工业领域有望成为氢能应用的第一大领域。
2.4.2 氢能产业链的核心技术攻关将成为氢能行业热门赛道
氢能下游应用需求增长，“制氢、储氢、加氢、用氢”的产业链布局不断完备，资本市场也提高了对氢能行业的关注度，尤其在绿氢制备、氢燃料电池关键材料以及设备国产化等方面。但在质子交换膜材料和加氢站设备国产化等方面，中国技术存在短板，因此，针对性地加快技术研发，抢占行业市场，是未来氢能产业发展的趋势所在。
2.4.3 氢能产业全国布局在未来几十年将更加完备、均衡
由于氢能产业布局很大程度上受区域资源与储运成本影响，短期内仍存在发展瓶颈。现阶段，中国已形成了区域性产业生态链，主要分为长三角地区、京津鲁豫地区以及西北、西南地区，且东部沿海氢能行业发展较快，但随着区域协同不断增强、发展定位不断明确，储运技术不断优化，未来全国氢能行业布局有望实现“大一统”。
3中国氢能发展面临的挑战
3.1 氢能产业市场需求扩大，用氢成本仍处高位
据中国氢能联盟预计，2050年氢能在中国终端能源体系中占比至少达到10%，氢气需求量在2030年将达到3.5×107 t，2050年将达到6×107 t，氢气需求量的连年上升，迫切需要通过增加制氢工厂数量、扩充生产规模来满足市场需求。然而，国内产氢、用氢空间分布的天然错位，使得氢能从西北、东北等可再生能源充足的地区生产配送到东南沿海地区实现最终使用，每个环节都需要大量的投资和资源，特别是在当前技术水平下，氢能生产、储存和运输等环节的成本相对较高且在氢的长距离储运过程中存在效率低、能耗大的问题，再加之氢能产业链上下游各个环节之间因缺乏有效的合作机制和信息共享平台，导致产业链中存在信息不对称、资源浪费等问题，出现了上下游协同不足的问题，影响了整个产业链的发展速度和效率，导致整个产业链的成本攀升。因此，因地制宜地扩大氢供给，实现氢能的大规模制取和就地消纳减少氢能损耗，降低氢行业各环节成本仍需各方共同努力。
3.2 氢能产业链体系中“制、储、运、用”底层技术尚待突破
氢能产业的发展高度依赖于制氢、储运和应用等环节的协同进步。然而，当前中国氢能产业链在各环节的技术成熟度、经济性和安全性方面仍存在显著差异，制约了氢能的大规模商业化应用。以下从产业上游、中游和下游分别探讨各环节的技术发展现状。
3.2.1 产业上游
制氢环节是决定氢供给和终端用氢价格的前提。中国通过化石燃料制氢的技术成熟，成本低，但碳排放量高，“双碳”目标下，或将被电解水制氢等绿色制氢技术取而代之，但可再生能源制氢基础较为薄弱，尚未大量应用。电解水制氢技术是理想制氢手段，主要分为4种：碱性水电解（AWE）、质子交换膜（PEM）、固体氧化物电解电池（SOEC）和固体聚合物阴离子交换膜（AEM）。AWE技术优势在于成本低、操作便捷，但设备占地面积大；PEM技术与AWE技术相比虽然设备体积小，但成本较高；SOEC制氢效率高，但工作条件苛刻，设备寿命短；AEM技术仍处于研究阶段。电解水制氢工艺路线各有利弊，如何低成本、高效率、安全可靠的制氢尚需突破。
3.2.2 产业中游
安全可靠的储运是氢能产业良好发展的关键。储氢多以气态储氢为主，车载高压储氢，有机液态储氢和固体材料储氢仍处于发展初期。管道输氢方面，如何统筹规划管道布局、明确氢与金属材料相容性问题、突破氢气压缩机制造技术壁垒、实现输氢经济性等问题是产业中游构建高效储运体系面临的棘手问题。
3.2.3 产业下游
氢能目前仍多应用于工业和交通领域，建筑及电力领域仍然处于探索阶段。工业中氢被广泛应用于传统煤化工（制甲醇、制氨、制氮肥等）、现代煤化工（煤制烯烃、乙二醇等）、炼油等石化行业。绿氢耦合煤化工工艺技术及绿氢与绿碳结合的衍生品生产技术迫切需要优化改良，以达到降本增效，节能减排的目标。在“双碳”目标下，以氢能为代表的清洁燃料消费比重持续提升是发展大势，如何发展用氢技术，实现绿氢与传统行业耦合，实现多场景用氢经济性是急需攻克的技术难点。
3.3 氢能基础设施建设存在短板，顶层设计仍需加码
中国氢能发展步伐加快，但基础设施建设方面较之氢能技术研发方面存在明显短板。围绕中国氢能产业布局，契合产业发展进度，有序推进氢能基础设施建设是推动氢能产业发展走向“快车道”的必然要求。现阶段，针对氢能基础设施建设的专项体系政策尚未成型，宏观上缺乏系统性的政策指导，未能在最大程度上发挥现有的产业效用。
当前，中国加氢站数量远落后于日本、美国、德国等氢能强国，国内加氢站建成数量少且多为场内测试站和撬装站，这就导致加氢站整体储氢量较小。从实际运营状况上来看，随着氢能源车辆加氢需求增长，中国加氢站数量将无法满足加注量大、加注量时间短的市场需求。另外基础设施配套设备方面关键技术与成本亟待解决，如国外商业化运营的70 MPa加氢机在国内尚处于测试验证阶段、高于45 MPa的固定储氢容器每立方米水容积的价格超过20万元、基础设施高压设备依赖进口等，氢基础设施关键技术突破和核心装备国产化还有很长一段路要走。
天然气掺氢管道、纯氢管道作为长距离大输量运氢的重要设施，其全球范围内总里程已超过5 000 km，欧洲规划在2040年建成长达53 000 km的输氢管网。中国输氢管道建设尚处于起步阶段，目前在国内输氢管道里程仅几百千米，管道建设多依赖于油气储运公司，标准制定、管理运营、技术搭建等缺乏顶层设计和区域规划，氢能基础设施建设仍需加码。
3.4 氢能安全问题突出，安全监管不容忽视
氢气易燃、易爆、易导致金属材料发生氢脆现象，氢安全管理横跨氢能制取、储存、运输、加注和应用全产业链，确保安全是氢能产业实现大规模商业化的重要前提之一，在未来氢能产业发展中地位举足轻重。由于氢气易扩散，以目前的技术设施往往难以检测到。先前由于氢气的消纳规模较小且设施布局较为分散，氢安全总体风险相对可控。但随着氢能浪潮席卷全球，大规模氢能产业链应用场景在全球范围内涌现；再加之20世纪以来，国内外氢气泄漏自燃已导致多起爆炸和火灾事故，使得相关行业提升了对氢安全的重视程度。现阶段，中国氢能产业链安全监管体系缺乏统一认知，导致落实氢能项目时安全监管责任不够明确。现阶段如何认识氢的安全属性，建立安全事故防范机制、安全应急响应机制，提升全过程安全管理水平是当前氢安全的一大挑战。
4“双碳”背景下对中国实施氢战略的建议
4.1 完善专项氢能政策体系和市场监督管理机制
近年来，国家和地区不断出台和完善氢能产业的支持政策，政策体系日益完善。尽管氢能产业的发展前景广阔，但截至目前，严格的审批流程和安全标准增加了项目的前期投入和运营成本，而氢气运输的严格监管则限制了其在偏远地区的应用推广。此外，氢气作为清洁能源的属性未能在管理政策中得到充分体现，导致其在市场准入和应用推广方面面临诸多不便。这些问题在一定程度上制约了氢能产业的发展，亟待通过政策调整和管理创新来加以解决。
中国氢能产业目前仍处于发展初期阶段，市场需求尚未充分释放。在此背景下，政府需构建更为完备的市场机制，制定专门的氢能支持政策，并建立科学且长效的产业扶持与激励机制。对氢能研发、示范项目和基础设施建设给予财政补贴，降低企业成本，提高市场积极性。制定氢能产业的税收优惠政策，如减免增值税、所得税等，减轻企业负担，促进氢能产业发展。同时引导金融机构加大对氢能产业的信贷支持力度，设立氢能产业专项基金，为氢能项目提供低息贷款、风险投资等多元化的金融服务。此外，针对氢能技术涉及安全、环保等方面的重大问题，需要建立完善的监管和标准体系，提升行业参与者的信心和合规意识，确保氢能产业的健康、可持续发展。
4.2 加快氢能技术攻关，创新赋能氢能全产业链
4.2.1 打造数智化氢能工厂，提供数字化解决方案
面对氢能产业链条长、协调难度大的现状，未来利用数字化技术实现产业链上下游的实时沟通、协同发展以及降本增效，强化氢能全产业链各环节的一致性已成为必然趋势。在此过程中，数字化技术赋能氢能产业链，优化从生产到应用的各环节。
数字孪生技术可以加快氢能工艺创新和扩展，快速优化产能布局和碳排放，可实现跨部门员工之间的协作。通过以大量数据为核心，可以降低氢能产业全生命周期工程风险，实现持续的正确决策与运营。对于绿氢产业，将工业大数据的系统分析渗透应用到整个产业链，既能优化生产过程与决策，也能实现氢能数字工厂智能化。制氢环节，数字孪生技术监控设备、优化参数，提升效率和设备寿命；大数据分析助力能耗管理和故障预测。储氢环节，物联网和智能管理系统保障安全高效。运输环节，智能调度与区块链技术降低成本、提升透明度。应用环节，智能加氢站和能源管理系统提升用户体验和设备性能。工业互联网平台促进数据共享和协同创新，VR/AR技术助力培训和维护。总体上，数字化技术显著提升了氢能产业的效率和安全性，推动可持续发展。
4.2.2 推动电力多元化转换（Power-to-X）
Power-to-X技术是一种将可再生能源（如风能、太阳能）转化为便于储存和运输的能源载体（如氢气、合成甲烷、合成燃料等）的创新技术（图5）。Power-to-X将为航空、重型运输和工业生产等无法直接实现电气化的领域供能，为交通运输、化工、钢铁等碳密集型行业提供极具发展潜力的脱碳方法，助力改善空气质量并加强能源安全。
图5 Power-to-X技术流程示意图（资料来源：据本文参考文献修改）
电转氢技术可将富余的可再生能源电能转化为化学能，有望实现富余可再生能源的大规模消纳。以氨为例，它比氢更容易液化，同样体积的氨，其氢含量高于液氢60%，可以用作储运氢气的载体，降低成本。“绿氢+”模式的普及，将实现从源头到终端的多点突破，带动整个氢能产业链的发展与成熟。氢能源与燃料电池是综合能源体系中最基础的一环，其地位将会越来越重要。
4.2.3 从理论到实践：将氢能转移到地下的技术探索
在能源转型下，能源的生产和消费之间的不平衡导致了需要对能源进行储存。针对氢能行业，储氢就是储存能源，如何满足能源调峰与供需波动、如何将富余的氢能大规模储存是难点。当下在众多储氢技术中，地下储氢技术（UHS）被认为是大规模、长期储氢的最优选择。地下储氢可以在氢能生产高峰期将多余的能量以氢气的形式储存在地下结构中，并在能源需求高或者生产能力较低时将其提取出来。现阶段，枯竭油气藏、含水层储气库、盐穴储气库、废弃矿井储气库等都可以考虑用来储氢。目前，英、德、加拿大等国家都制定了盐穴储氢计划，而中国尚未进行地下储氢试点工程，但已有天然气储气库和CO2埋存项目的成功实践与应用，由于地下储氢原理与储气库和碳封存具有一定的相似性，可以依托中国储气库和碳封存已有的理论基础和实践经验，先行在枯竭油气藏进行试点，建立地下储氢井，实现将氢能由地上转移到地下，解决氢能储存问题。
4.3 聚焦氢能安全体系，为氢工业全生命周期保驾护航
氢能兼具“清洁能源”与“危化品”双重属性，针对氢能的特殊属性，需要采用系统性的方法管理氢能的安全利用。从氢工业全生命周期角度考虑，建立氢能安全“三环节”法则，如图6所示。将氢能安全进行闭环化管理，环环相扣，做到每一环节都有契合的管理方法。
图6 氢能安全“三环节”法则图
本构安全指充分考虑氢的物理化学特性而采取的预防性安全保护，从氢工业设计、制造的起点角度出发，从根本上提高安全水平。从氢的本构安全角度出发，氢安全的最大挑战之一即是氢脆。储氢设备应采用更高强度的抗氢脆材料（如马氏体、贝氏体复相钢等抗氢合金），优化结构设计防止氢脆现象的发生。主动安全是指氢能源企业在氢能源生产过程中，建立对氢能泄漏点的快速检测、风险预测预警、安全训练等方面的应急反应机制，在中间环节实施“三防两严”，即：防泄漏、防积聚、防着火；严控气源质量，严格操作规程。明确氢产业链各环节泄漏风险机理，加深对安全风险的系统性认知，加强大规模氢系统风险实时评估与早期预警，重点关注产业链设备、基础设施运行状况及氢气产品纯度质量等，建立关键设施结构安全评估方法，使氢能行业做到“未雨绸缪”。被动安全指如若发生安全事故，立即采取切实有效的应急处理措施，最大限度地降低事故危害。快速疏散事故区域内人员，切断氢气源，加强通风措施以稀释氢气浓度，并隔离事故现场。事故发生后，识别潜在漏洞并制定改进措施，定期演练以提高整体氢安全管理水平。
4.4 顺应氢能全球化趋势，在合作中谋发展
放眼全球，世界各国（地区）都在积极布局氢能产业，现阶段不同国家氢能行业发展重点不同，以应对全球气候变化、保障本国能源安全，氢能将成为未来国际合作的重要内容。作为全球氢能产业发展领先国家之一，中国应重视开展氢能领域的国际合作，积极推动全球氢能产业发展。
1）日本的氢能战略以保障国家能源安全为出发点，致力于构建全球“氢能社会”，并力求在全球范围内主导氢能产业链的发展。中日合作重点应放在质子交换膜燃料电池、燃料电池系统和车载储氢3大方面，抓紧攻克氢能关键技术。
2）氢能是美国能源多元化发展战略的重要方向之一。美国当前正加速布局氢能全产业链技术，以助力其实现气候领域的减排目标。中美合作重点应放在氢能全链条技术储备方面，借此加快氢能技术发展、刺激用氢需求、扩大应用市场，抢占全球氢能技术主导权。
3）欧盟的氢能战略旨在通过大规模部署绿氢实现脱碳目标。加速推进绿氢发展，以增强能源安全和气候行动的自主性。中欧合作重点应放在海上风电、储能等领域的技术研发合作，借鉴大规模绿色制氢技术与经验，助力中国能源转型，实现由灰氢到绿氢的大跨越。
5结论
1）氢能产业发展潜力巨大，但面临多重瓶颈。在“双碳”战略背景下，中国氢能发展呈现出加速推进的态势，但也面临着诸多挑战和机遇，用氢成本高、技术不成熟、基础设施不足以及安全监管体系不完善等多重瓶颈，制约了其规模化发展和商业化应用。
2）政策与技术创新是氢能产业发展的关键驱动力。氢能产业链的协同发展依赖于政策支持与技术突破。完善氢能专项政策、加强市场监管以及加快技术创新是推动氢能产业从示范应用迈向商业化的重要途径。通过政策引导和创新驱动，能够有效解决氢能产业链各环节的技术瓶颈，提升产业整体效率。
3）氢能产业的可持续发展需多方联动与国际合作。氢能产业的健康发展需要政府、企业和科研机构的多方联动，同时应加强国际合作，推动氢能技术的全球化交流与发展。通过构建清洁、低碳、高效、安全的能源体系，氢能有望为中国“双碳”战略目标的实现提供强有力的支撑。
