在全球應對氣候變化的緊迫形勢下，能源轉型已成為實(shí)現碳中和目標的關(guān)鍵路徑。然而，對傳統化石能源的深度依賴(lài)、可再生能源的不穩定性以及能源消費模式的結構性問(wèn)題等，使得全球能源體系在脫碳過(guò)程中面臨著(zhù)深遠的技術(shù)、政策與市場(chǎng)挑戰。在此背景下，氫能憑借其“零碳排放”（綠氫）、高能量密度以及具有多重功能等特性，成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。各國政府與企業(yè)紛紛投入大量資源，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)進(jìn)步與市場(chǎng)化應用，氫能正逐漸成為全球能源體系中不可替代的關(guān)鍵拼圖。
為進(jìn)一步深化綠色金融服務(wù)能源轉型，中財大綠金院研究團隊將圍繞氫能開(kāi)展系列研究，系統化梳理氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節與核心議題，對氫能技術(shù)路徑、應用場(chǎng)景、政策機制、市場(chǎng)前景及投融資策略開(kāi)展深入分析，全面展示氫能在全球能源轉型中的多重角色與潛力。本篇是氫能系列研究的開(kāi)篇，將以初步描繪氫能發(fā)展全景圖為目標，概述氫能的多維定位，分析不同類(lèi)型氫能的發(fā)展現狀與潛力，探討氫能發(fā)展的關(guān)鍵挑戰與未來(lái)展望。本篇還將發(fā)布氫能系列研究的思維導圖，展示全系列關(guān)鍵主題以及各篇文章之間的內在聯(lián)系。
一、氫能在能源轉型中的多維定位
氫能作為一種多功能的能源載體，可在全球能源轉型進(jìn)程中承擔多重角色。氫能既能替代傳統化石燃料，應用在電力、工業(yè)、交通等多元場(chǎng)景之中；又能通過(guò)電解水制氫技術(shù)，作為長(cháng)周期儲能的介質(zhì)，解決可再生能源的波動(dòng)性問(wèn)題，展現出強大的潛在價(jià)值。
氫能在能源轉型進(jìn)程中最為重要角色是作為清潔替代燃料，特別是作為電力調度工具或在難以電氣化替代的領(lǐng)域直接替代化石燃料。在電力領(lǐng)域，氫能燃料電池作為一種高效的電力生成技術(shù)，可以直接將氫氣和氧氣通過(guò)化學(xué)反應轉化為電力，可以作為分布式發(fā)電系統的核心單元，特別適合用于微電網(wǎng)、備用電源等場(chǎng)景。在工業(yè)領(lǐng)域，傳統化石能源如煤、天然氣和石油具有較高的能量密度，可以在較小的體積和重量下提供大量的熱能，這對于高溫工業(yè)過(guò)程（如鋼鐵冶煉、石化煉制）至關(guān)重要。此些高溫工業(yè)過(guò)程所需溫度通常高于可再生電力目前能夠提供熱能的范圍，而氫氣的燃燒熱值較高，因此可以直接替代煤、天然氣等化石燃料，提供工業(yè)過(guò)程所需的高溫熱能。在交通領(lǐng)域，氫能高能量密度、高功率輸出的特性也使之有獨特的應用潛力，尤其是在重型運輸、航空和航運等對續航能力、能量密度、輸出功率有較高需求而電氣化難以滿(mǎn)足的領(lǐng)域。
氫能的另一關(guān)鍵作用是作為一種靈活的儲能解決方案，在平衡可再生能源發(fā)電波動(dòng)性和間歇性方面可發(fā)揮重要作用。風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源的產(chǎn)量波動(dòng)較大，因此需要一種能夠在電力過(guò)剩時(shí)儲存能量，并在需求高峰期釋放能量的有效儲能技術(shù)。氫能通過(guò)電解水制氫的方式，將電能轉化為氫氣，儲存于高壓氣體或液態(tài)形式中，便于在電力需求不足時(shí)再轉化為電能。氫儲能一方面區別于抽水蓄能、壓縮空氣儲能等儲能方式，受地理因素限制較小，可通過(guò)增加氫氣儲罐尺寸，以較低的邊際成本，獨立于發(fā)電和制氫的規模而擴大其儲能能力；另一方面相較于化學(xué)電池等通常用于短時(shí)儲能場(chǎng)景，氫儲能可以實(shí)現長(cháng)期存儲能源并經(jīng)濟地維持數小時(shí)、數天乃至數月。通過(guò)氫能儲能系統，尤其是與大規?？稍偕茉椿亟Y合，可大大增強可再生能源的消納能力，推動(dòng)可再生能源向主力能源轉型。
二、不同類(lèi)型氫能的發(fā)展現狀與潛力
依據生產(chǎn)來(lái)源劃分，氫能通常包括綠氫、藍氫和灰氫等不同類(lèi)型，不同類(lèi)型氫能在技術(shù)、經(jīng)濟性、環(huán)境影響等方面都有不同的特點(diǎn)和潛力。
灰氫是通過(guò)化石燃料直接制取獲得的氫氣，通常采用蒸汽重整或煤氣化等技術(shù)。由于此些技術(shù)設備和工藝非常成熟，具備規?；a(chǎn)能力，因而灰氫是當前最常見(jiàn)的、成本最低的氫氣生產(chǎn)方式。然而灰氫在生產(chǎn)過(guò)程中伴隨著(zhù)大量的碳排放，這使得灰氫面臨越來(lái)越嚴格的環(huán)境法規和市場(chǎng)壓力?？梢灶A見(jiàn)，灰氫在短期氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展導入階段中，將因其經(jīng)濟性而發(fā)揮重要作用，但中長(cháng)期來(lái)看需要逐步向低碳制氫轉型。
藍氫是利用化石燃料制氫，同時(shí)配合碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)所獲得的氫氣。藍氫能夠利用現有的化石能源基礎設施和技術(shù)，同時(shí)通過(guò)碳捕集減少碳排放，為完全脫碳的氫能產(chǎn)業(yè)打下基礎，因而其在許多國家的氫能政策中占有一席之地，特別是對那些能源基礎設施依賴(lài)化石燃料的國家。然而，藍氫的經(jīng)濟性受CCUS技術(shù)的成熟度影響，當前CCUS技術(shù)仍面臨高成本、技術(shù)復雜性和儲存容量的瓶頸，導致藍氫在某種程度上普遍被視作從高排放氫轉型低排放氫過(guò)程中的“過(guò)渡技術(shù)”，而非最終理想化的技術(shù)路徑。
綠氫是指利用可再生能源通過(guò)電解水的方式制得的氫氣，是最為理想的“綠色”氫能。當前制氫的主流技術(shù)是堿性水電解（AE）和質(zhì)子交換膜水電解（PEM）。其中，PEM在效率和反應速度上具有優(yōu)勢，但設備成本較高。AE技術(shù)已較為成熟，廣泛應用于大規模制氫，但效率相對較低。綠氫的經(jīng)濟性受到多重因素的影響，其中最重要的是可再生電力的成本。近年來(lái)，全球太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電成本的快速下降使得綠氫的生產(chǎn)成本逐步降低。根據國際能源署（IEA）的數據，綠氫的成本預計在未來(lái)10年內將降至每千克2-3美元，接近或低于傳統化石能源制氫的成本。
三、氫能發(fā)展的關(guān)鍵挑戰與系列研究展望
氫能作為全球能源轉型的關(guān)鍵要素，目前面臨著(zhù)技術(shù)、成本、政策、市場(chǎng)機制等多方面的挑戰。
一是產(chǎn)業(yè)本身來(lái)看，在技術(shù)與成本方面，氫能制氫、儲存和運輸等環(huán)節均面臨著(zhù)技術(shù)與成本上的雙重挑戰。制氫環(huán)節中，綠氫成本仍然較高，特別是在缺乏廉價(jià)可再生能源的地區，且質(zhì)子交換膜（PEM）電解和固體氧化物電解（SOEC）等新型電解技術(shù)正在研發(fā)，面臨著(zhù)設備成本高和生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。儲運環(huán)節，氫氣需要壓縮、液化或化學(xué)儲存才能安全運輸和存儲，且其低密度的化學(xué)特征需要大規模的儲存設施，導致各類(lèi)氫氣儲運方式（如管道、卡車(chē)、船運等）面臨差異化的成本、基礎設施建設和安全性等多方面難題。
二是市場(chǎng)需求方面，政策激勵與商業(yè)模式尚未推動(dòng)形成氫能替代的廣泛需求。一方面，政策支持力度與產(chǎn)業(yè)需求之間仍然存在落差，雖然全球許多國家已經(jīng)出臺了與氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新與商業(yè)示范相關(guān)的財政補貼、稅收優(yōu)惠以及風(fēng)險分擔機制等政策，但這些政策的力度和覆蓋面仍然不足，難以有效推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規?；l(fā)展。尤其是在氫氣產(chǎn)業(yè)的早期階段，企業(yè)需要更大規模的政策引導甚至政府資金孵化，以應對技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)設施建設等方面的高成本。另一方面，目前氫能的市場(chǎng)機制還不健全，為了讓氫能成為可持續的商業(yè)模式，必須建立完善的市場(chǎng)機制并擴大穩定的市場(chǎng)需求，從而促進(jìn)氫能項目的商業(yè)化進(jìn)程。更進(jìn)一步而言，完善的市場(chǎng)機制也將促使氫能企業(yè)和項目更易獲得綠色金融等融資工具的支持。
三是外部規則來(lái)看，缺乏統一標準和國際合作機制。氫能作為全球性議題，當前尚未形成統一的國際技術(shù)標準和行業(yè)規范，不同國家和地區的技術(shù)應用、設備要求、認證標準等方面存在差異。這不僅使得全球氫能市場(chǎng)的整合變得困難，還加大了跨國投資和技術(shù)合作的復雜性。
盡管面臨多重挑戰，但在氫能的多維定位決定了其將成為全球能源轉型進(jìn)程中關(guān)鍵拼圖。在這一普遍共識之下，值得期待的是，隨著(zhù)技術(shù)創(chuàng )新的推進(jìn)、政策激勵的加強，以及國際合作的加深，氫能產(chǎn)業(yè)或將如同光伏、電動(dòng)汽車(chē)等產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)歷探索性的導入階段后，迎來(lái)蓬勃發(fā)展。
圖 1 氫能系列研究思維導圖
值此氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要節點(diǎn)，為進(jìn)一步探索這一富含多方期待、但也充滿(mǎn)發(fā)展挑戰的產(chǎn)業(yè)，后續還將通過(guò)數篇文章，繼續從以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：一是厘清供給，《氫能的制儲運是如何實(shí)現的？》重點(diǎn)分析氫能的制、儲、運體系如何實(shí)現，將深度梳理不同技術(shù)路徑的成熟度和經(jīng)濟性挑戰，探討國內外氫能制儲運環(huán)節實(shí)現技術(shù)與經(jīng)濟性突破的創(chuàng )新實(shí)踐案例。二是分析需求，《氫能可以用在哪些領(lǐng)域？》將評估氫能在發(fā)電、工業(yè)、交通等關(guān)鍵領(lǐng)域的應用場(chǎng)景與需求潛力，并圍繞微電網(wǎng)、氫冶金、氫燃料電池貨車(chē)三大示范應用開(kāi)展技術(shù)和經(jīng)濟可行性分析，研討擴大氫能需求的關(guān)鍵突破口。三是在充分理解氫能供需雙方下一步突破難點(diǎn)的基礎上，研究推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策框架與市場(chǎng)機制，《國內外推動(dòng)氫能發(fā)展的激勵政策與市場(chǎng)機制有哪些？》《資本如何賦能氫經(jīng)濟？》探索如何通過(guò)建立政策支持、搭建市場(chǎng)機制、探索融資創(chuàng )新促進(jìn)氫能的商業(yè)化。四是關(guān)注國際氫能合作與標準化問(wèn)題，《全球如何開(kāi)展氫能合作？》既包括探究不同國家之間如何精準依據資源稟賦、技術(shù)與資本基礎等差異而在推動(dòng)全球氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中扮演不同角色，也包括探討如何在產(chǎn)業(yè)發(fā)展之初便設立國際間的氫能技術(shù)標準、認證體系及市場(chǎng)準入規則，以推動(dòng)全球氫能產(chǎn)業(yè)的跨國發(fā)展和技術(shù)協(xié)同。
作者：
金子曦 中央財經(jīng)大學(xué)綠色金融國際研究院能源金融研究中心副主任
指導：
任玉潔 中央財經(jīng)大學(xué)綠色金融國際研究院綠色金融研究中心主任
原創(chuàng )聲明
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