刘剑，乔英俊

中国工程院战略咨询中心

0 引言

氢能具有来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等特点，可通过化石能源重整、生物质热裂解、电解水等方式制取，广泛应用于能源、交通运输、工业、建筑等领域。氢能是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介，也是实现交通、工业和建筑等领域大规模深度脱碳的重要选择，受到全球范围内的广泛关注，中国氢能产业已进入发展快车道。预计到2050年，氢能在中国终端能源体系中占比将达到10%［1］。在中国氢能产业加速发展的背景下，海南省建设清洁能源岛和自由贸易港的定位为氢能产业提供了前所未有的发展机遇。本文在总结国内外氢能发展态势的基础上，系统分析了海南省发展氢能的重要意义、优势以及存在的问题，提出了氢能发展路径的思路和建议。

1 国内外氢能发展新形势

1.1 国外氢能技术和产业发展全面提速

随着新一轮科技革命和产业变革的不断推进，氢能和燃料电池产业进入加速发展阶段，既为世界各国经济增长提供了新动能，也是应对气候变化、改善全球生态环境的有力举措［2］。美国、日本、韩国、德国等国家纷纷将氢能发展提升到国家能源战略高度，持续出台相应政策，布局启动重大项目，开展关键核心技术攻关。而随着世界各国碳达峰和碳中和目标的提出，氢能被广泛认为是实现碳中和目标的重要途径。进入后疫情时代，全球气候变化影响和应对呈现出突发性、全球性和关联性的特征，相关研究更加注重科学性、系统性，可再生能源和氢能的利用越来越展现出巨大潜力［3］。发展氢能已成为国际社会的基本共识。

近年来，氢能领域相关技术不断取得突破进展，基础设施建设持续完善，汽车燃料电池可靠性、耐久性和稳定性进一步提升，应用方式日趋广泛，产业规模不断扩大，全球氢能和燃料电池汽车产业发展正迎来新的局面。制氢技术低碳清洁化已成趋势，至2019年底，全球范围内已有6个集成CCUS（碳捕集、利用与封存）技术的常规制氢项目投产，每年可生产低碳氢35×104t，电解水制氢项目从2010年的不足1 MW增至2019年的25 MW以上［4］。高压气态储运的储氢瓶已从 I型发展到Ⅳ型，储氢压力和密度持续提升；德国、法国、意大利等国家开展多个天然气管网掺氢试验示范项目；液氢储运应用持续扩大，日本、美国、德国等国家大量采用液氢方式进行氢气储运；有机液体储氢技术在日本与文莱的国际氢贸易中得到应用；固态储氢材料在热电联供、储能、摩托车载燃料电池等多个领域得到应用［5-8］。全球加氢站建设数量持续增长，截至2020年，全球累计建成加氢站553个，其中日本142个、德国100个、北美75个、韩国60个［9］，全球氢燃料电池汽车保有量超过3×104辆，美国、欧盟、韩国启动部署燃料电池船舶的设计研发项目，德国、瑞典开展氢能冶金领域的研究，氢能在交通、发电、冶金等领域的应用逐步扩大。

1.2 中国氢能产业迎来发展新机遇

随着外部环境的不断发展变化，近年来，氢能在中国也呈现出快速发展的趋势。虽然2020年初受新冠疫情影响，中国氢能产业发展有短暂的停滞时期，但随着国内防控工作的开展，氢能发展也逐渐恢复［10］。2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会提出了中国 2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。“双碳”目标的提出为中国氢能发展带来了新的机遇。

当前，煤炭在中国能源结构中占比高达57%，煤炭为主体的能源结构决定了中国实现“碳中和”目标必然要加快推进能源结构向清洁低碳方向转型发展，逐步降低化石能源消费比重，推动实现电气化、绿色氢能、生物质能、CCUS等关键技术突破和创新，发展绿色氢能是推动“碳中和”目标实现的有力支撑［11］。同时，“双碳”背景下，氢能在中国整体能源格局中的发展定位、发展战略和路线图等也还需要进一步研究，这些研究可为形成中国氢能发展战略和各地区发展规划提供助力［12］。

近年来，中国持续推进氢能相关政策、规划的制定和实施。2019年3月，氢能首次写入中国政府工作报告，提出“推动充电、加氢等设施建设”。2020年4月，国家能源局发布《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》［13］，氢能首次从法律上被列为能源范畴。2020年9月，财政部、工信部等联合下发财建〔2020〕394号《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》［14］，以奖代补，以 4年为周期，对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励。2021年8月，由北京市牵头申报的京津冀氢燃料电池汽车示范城市群，被五部委联合批准为首批示范城市群［15］。此外，国家层面的氢能产业发展战略规划也在制定过程中。

截至 2020年 10月，中国已有 23个省份，40个城市及地区已发布或正在编制氢能发展战略、规划，其中山东、河北和广东发布的政策数量较多［16］。各地通过制定氢能产业相关发展规划、行动计划、指导意见、补贴政策等方式鼓励氢能产业发展，其中较多政策涉及氢燃料电池技术在交通领域应用。

在各项激励和扶持政策鼓励下，众多国企、民企积极布局氢能项目。国家能源投资集团有限公司牵头成立中国氢能联盟，在河北、江苏、吉林、山东、福建、内蒙古等省份建设和规划氢能产业，形成了全国性的氢能项目布局，涉及加氢站建设、氢气纯化、风光互补制氢等领域；国家电力投资集团有限公司开展燃料电池关键技术攻关以及系列产品研发，计划在北京、宁波、武汉等地布局氢能产业项目；潍柴动力股份有限公司牵头建设国家燃料电池技术创新中心，已投产2×104台氢燃料电池发动机工厂。目前，中国已初步形成京津冀、华东、华南、华中、华北、东北氢能产业集群，全国氢能产业区域集聚效应初步显现。

2 海南省氢能布局和发展战略分析

海南省正加快建设全球最大的自由贸易港，打造引领中国新时代对外开放的鲜明旗帜和重要开放门户，改革创新举措可先行先试，具有发展氢能的先天优势。在氢能技术和产业发展全面提速的背景下，海南省应抓住新形势下发展机遇，积极探索和布局氢能发展，开展示范应用，加速产业发展。

2.1 海南省发展氢能的基础和条件

一是海南省具有稳定的氢源供应潜力。目前，海南省氢源供应以天然气重整制氢为主，主要集中在洋浦经济开发区和东方石化城。氢气作为化工原料主要用于石油炼化、合成氨、甲醇等行业，可外供利用的副产氢约1×104t/a，还有约2×104t/a的核电制氢潜力，可满足约5 000辆公交车规模化运行。预计2022年中科海南新材料有限公司60×104t/a丙烷脱氢项目和东方傲立石化有限公司百万吨石脑油重整制氢项目建成投产后，可外供利用的工业副产氢资源量可达5×104t/a以上。2025年昌江核电二期机组建成后，核电调峰制氢潜力可达5×104t/a。同时海南省有约200×104km2的海域面积，是全国风能资源最好的地区之一，具有发展海上风电制氢的资源禀赋条件和较大的潜力空间。海南省氢能发展近期可利用工业副产氢，中远期重点发展核电制氢及海上风电等可再生能源制氢，逐步提升清洁能源结构占比，形成绿色氢能供应体系。

二是海南省具有巨大的氢能市场应用需求。2030年海南省将全面禁售燃油车，清洁能源汽车将成为海南省的主流交通工具；当前海南省汽车保有量150×104辆以上，其中大中型载客汽车2×104辆以上，载货汽车保有量 17×104辆以上，具有广阔的氢燃料电池汽车应用前景；岛屿地理环境及热带气候条件为氢燃料电池汽车应用提供了极佳的验证环境。随着燃料电池技术的发展以及船舶交通绿色化的需求，氢能在船舶领域也有着良好的发展空间。此外，海南省200×104km2的海域中分布着众多岛屿，适合充分利用海南省丰富的可再生能源及氢储能优势发展分布式能源系统，保障岛屿能源供应。综合海南省内部市场应用潜力、技术成熟度与经济性来看，海南省近期适合重点布局燃料电池汽车推广应用，中期开展燃料电池船舶示范应用，未来在可再生能源制氢技术成熟后发展可再生能源制氢在化工领域的应用。

三是海南省具有先行先试的政策优势。氢能产业涵盖能源、交通、化工、材料等领域，是资本密集型产业，近些年已开始受到资本市场的高度关注。2019年中国共发生 48例氢能相关投资与收并购案例，单个项目最大投资规模为100×108元级别，以直接投资或间接控股方式参与氢能产业的A股上市公司超过 70家［17］。国家赋予了海南省建设自由贸易港自主权，重大改革举措可优先试点，《中共中央国务院关于支持海南全面深化改革开放的指导意见》中也提出“支持依法合规在海南设立碳排放权交易场所”。海南省可充分利用先行先试的制度优势，探索、规划、建设国际氢能资本港湾，借鉴上海、佛山、张家口等地的典型实践，在技术产品、产业政策、投融资模式和商业模式等方面加强创新，打造具备吸引力的营商环境，集聚全球资源引进优势技术、项目和产业。

2.2 海南省发展氢能的重要意义和作用

2.2.1 是对海南省能源体系的有效补充和优化

海南省正在积极推进国家生态文明试验区建设，打造海南省清洁能源岛，构建安全、绿色、集约、高效的清洁能源供应体系是海南省能源发展的主要方向。当前海南省能源消费依赖进口或省外购入的化石能源，能源自给率不到20%，能源转型升级压力巨大。氢能具有可存储的特性，未来通过富余核电制氢可进一步促进核电机组的高效利用；在2030年全域禁止销售燃油汽车的计划下，氢能在交通领域的应用成为重要发展方向；通过发挥分布式能源的独特优势，氢能可耦合南海区域丰富的风、光、水、生物质等资源，改善南海区域以柴油发电为主的能源供应方式，实现岛屿地区安全、环保、稳定、可靠的能源供应保障。《海南能源综合改革方案》明确提出要“加强氢能、储能、天然气水合物开采等能源技术研发和应用”。长远来看，氢能有望成为海南省能源体系的重要组成部分，可助力海南省实现能源结构逐步优化。

2.2.2 对率先实现“双碳”目标具有重要推动作用

海南省正全面推动清洁能源岛建设，力争在2025年前实现碳达峰、2050年前实现碳中和［18］。海南省环岛重载物流车辆、旅游大巴、近海船舶、分布式储能等应用场景十分丰富，氢能源在这些领域应用具有明显优势。据测算，通过开展高排放车辆和船舶氢能替换工程，将现有物流车、公交车（班线车）、旅游车、巡游出租车替换10%～15%为氢燃料电池汽车，推广氢燃料电池船舶 30艘，预计到2025年可实现二氧化碳减排约60×104t/a，替换化石能源消费约 28×104tce/a。从长远来看，对海南省海上风电场进行规模化开发和联合制氢，预计每年可替换标准煤及减少二氧化碳排放千万吨以上。

2.2.3 显著拉动海南省新兴产业高质量发展

氢能作为战略性新兴产业，产业链条较长，产业发展涉及化工、材料、交通、建筑、电子信息等多领域技术交叉。布局和引进涵盖氢气制备、储存、运输、加注及多场景应用的氢能产业，一方面可助推海南省新兴产业发展、增大海南省经济总量，另一方面能够带动新型材料、高端装备制造、汽车、交通、发电等领域的产业升级。发展氢能产业预计将在未来 10年为海南省带来累计近千亿规模的总产值，可有效助力海南更高质量、更高层次、更高水平经济目标的实现。

2.3 海南省氢能发展存在的问题

2.3.1 顶层设计和配套政策不完善

近年来，海南省在促进氢能发展方面开展了一些政策探索，如琼府〔2019〕11号《海南省清洁能源汽车发展规划》中将氢能产业关键环节及燃料电池汽车示范纳入重点任务［19］，将储氢和氢能产业纳入自由贸易港新增鼓励类产业［20］，发布了加氢站的建设审批流程［21］等。但整体来说，海南省目前尚未制定氢能发展规划，氢能发展缺乏顶层设计和统筹谋划，发展战略和路径不清晰，相关配套支持政策和标准体系建设不完善。

2.3.2 产业基础相对薄弱

可再生能源制氢具有较大发展潜力，但目前尚不具备规模化条件，技术储备较少；氢气储运环节布局和加氢站建设滞后；氢能和燃料电池技术研发及装备制造领域布局企业较少，缺少龙头企业、领军人物和研发团队，科技创新能力不足；整车企业仅有海马汽车股份有限公司一家，其燃料电池汽车布局尚处于起步初期。

2.3.3 支撑保障能力欠缺

目前国内氢能及燃料电池领域在加氢基础设施建设、燃料电池终端应用示范、本地产业培育等方面需要一定规模的补贴或奖励政策来促进产业发展。而海南省属经济欠发达省份，地区生产总值排名落后，区域之间、城乡之间发展不平衡，氢能市场化应用的财政支撑不足。

3 海南省氢能发展的对策建议

从氢能产业链来看，海南省制氢端具备一定基础，但可再生能源制氢技术储备不足，储运、加氢站及装备制造环节较为薄弱。结合海南省自身特点和优势，对海南省氢能发展提出以下几点建议。

3.1 加强顶层谋划，发布发展战略规划和支持政策

建立健全领导机制，成立由海南省省领导牵头的氢能发展领导小组，集中统一谋划全省氢能发展，避免同质化、低端化；充分做好发改、财政、工信、科技、住建等部门以及市县的政策和工作协调，细化行动计划，保障氢源供应、示范应用、基础设施、技术研发、宣传引导等多方面政策充分协调衔接，切实推进规划落实落地；找准氢能发展方向和突破口，可采用“两头带中间”的发展模式，重点发展制氢端和应用端，带动氢气储运和加氢站建设。

3.2 因地制宜，部署海上风电制氢示范工程

海上风电制氢可采用陆地制氢（在陆地建造制氢装置，海上风电场所发电力通过在岸上的电解制氢装置制取氢气）和海上制氢（制氢系统集成布置于海上升压站或海上平台）两种技术路线，制氢设备主要考虑碱性电解槽和质子交换膜电解槽两种方式。国内碱性电解槽技术成熟、投资规模较低但占地面积较大，适宜陆地制氢；质子交换膜电解槽占地面积小，适宜海上制氢，但目前国内产品与国外先进水平还有较大差距。根据海南省风资源现状，可考虑选取风能资源较好的东方市西侧附近海域海上风电场作为试点，启动建设海上风电制氢示范工程，采用陆地制氢路线，通过电缆将电力输送到陆地，在陆地建造制氢装置，规模化制取绿氢，供应交通等领域氢能应用。

3.3 市场导向，开展氢能在交通领域的商业化示范

建议海南省从交通领域起步，前期率先开展氢能在商用车领域示范应用，并推进氢燃料电池船舶领域等示范应用。如，在海口和三亚设立氢燃料电池旅游大客车、观光车、物流车等示范项目，通过特许线路和优惠政策设计，谋划一批氢能交通的客运、货运及水运运营项目，由运营商自主规划、投资和商务洽谈氢能动力汽车和船舶制造商、氢气供应商，以市场导向开展氢能交通服务。通过示范项目积累成功经验，逐步拓展氢能在其他城市交通领域的应用。此外，可选择会议中心、旅游区、岛屿等合适场景逐步开展氢能分布式发电和储能示范。

3.4 利用自贸港政策优势探索创新商业模式

充分利用自由贸易港建设先行先试的制度优势，利用贸易投资、金融支持、税收优惠等方面政策设计，吸进国内外优势企业和项目落地海南省，集聚技术人才，逐步培育形成氢能、燃料电池以及海上风电装备等领域先进制造产业集群。探索具有海南省优势的特色新型商业模式，建立以供氢端、应用端以及运营服务三方为主体，协同地方政府和金融机构的共担机制。由中国石油化工集团有限公司和中国海洋石油集团有限公司作为加氢运营商，自主规划现有加油站改造，探索与氢源端企业之间的互赢合作模式，实现了横向联合。如中国石化海南炼油化工有限公司、中海油东方石化有限责任公司、昌江核电等的化工副产氢、核电制氢一体化发展。在自由贸易准入、入岛加工再转口贸易等政策下，引入国际上技术水平高、资金实力雄厚的氢能一体化生产企业和氢能交通服务企业进入海南省，独资或合资建立氢能生产、储运和加注企业，以及氢能交通服务运营企业，面向国际和国内市场，约定内外贸比例，促进海南总部经济形成。

4 结束语

“碳中和”背景下，海南省氢能发展正面临重要的战略机遇。发展氢能对海南省能源结构转型、生态环境改善、新兴产业发展以及“三区一中心”战略定位的实现有重要的促进作用。建议海南省充分利用先行先试的制度优势，积极探索商业模式，整体谋划氢能发展，走“两头带中间”的发展模式，以制氢端和应用端的重点发展，带动氢气储运和加氢站建设，逐步贯通氢能产业链，推动海南省清洁能源岛建设和“双碳”目标的实现。