这一次氢能浪潮与以往到底有什么不同？

作者：郑贤玲

编辑：李铭沨

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约翰·欧·博基斯早在2002年前就提出太阳-氢能是“拯救地球的动力”。氢来源广泛、清洁高效，被誉为“21世纪的终极能源”。但长期以来，氢气在能源行业就像是一个贵族，或是一个近在眼前远在天边的理想，只能在不计成本的航天发射中使用。过去60多年来，人类致力于摆脱化石能源的资源约束和环境约束，氢能浪潮一次又一次兴起，一次又一次被搁置，这一次，全球有72个国家制定了氢能战略，那么这一次与过往的氢能浪潮有什么不同呢？

我们关心的是氢能发展的三个核心条件，即安全性、经济性和可持续性，如果我们将过去十年看成是第三波氢能浪潮，就需要看这段时间这三个核心条件是否发生了根本性的变化。

1 安全性，人类具备对氢能的认知与管理能力

2023年4月一次杭州的氢能大会上，航天氢能副总经理安刚说：“至少今天我们再谈氢能的时候大家不会像两年前那样谈氢色变了，氢是安全可控的。'航天氢能是航天101所的氢能产业化平台，101所从1961年开始研究液氢，1966年便有了第一座工业化的液氢工厂，安刚自己从事氢能事业也有18年，他当然了解氢安全的重要性，也知道该如何管理氢安全。

氢在航天发射领域、浮法玻璃、光伏、半导体、化工等工业领域广泛应用，而且日常生活中不仅有氢气球，现在还有了富氢水、氢面膜、氢农业，氢距离我们并不远，全球9400万吨/年的氢气产量，为什么还是有那么多人谈氢色变呢？

首先，氢是世界上质量最轻、最活跃的化学元素，自然条件下，氢元素一般以化合物的方式存在，按照一般的认知，氢就是无法在自然中独立存在的，但近期发现一些特殊的地质作用下可以产生氢气，所以，我们不能把话说得太绝对。但氢的储存是一大难题，因为轻所以容易逃逸，因为活跃所以容易与周围的材料发生化学反应，甚至让储氢材料产生氢脆。

氢气在化工领域作为工业原料或还原剂早已不是新鲜事，我们甚至见过用一个又细又重的罐子给氢气球充气，并不是多么危险的东西，为什么现在提到氢能就让人害怕呢？这主要还是因为能源使用的条件发生了变化。过去，氢气在工厂应用，氢气80%左右来自天然气制氢或煤制氢，还有20%左右来自工业副产氢，工业企业可以直接将原料运到工厂制成所需要的氢气，工作人员在专业的规范下操作，确保安全。

氢气作为能源流通渠道就会分散到更广泛的消费终端，其单位体积的能量密度低和单位重量的能量密度高决定了氢的应用需要借助高压或液化来解决。氢气的燃点并不低，但高压带来的最大问题是易爆，且在空气中的浓度在4%-75%之间遇火都会燃烧，高压环境下如果一旦储氢的钢瓶爆炸就可能造成大事故。所以，氢气大规模应用最重要的几个安全问题是：防止泄漏、防止氢脆、还要防止爆炸造成飞片。

对氢能的安全认知有两种极端，一种是认为氢气与天然气、汽油一样都是危化品，但氢气本身无毒，燃烧时火焰向上，比汽油和天然气更加安全；另一种则认为氢气极不安全，甚至有人跟我说如果推广燃料电池汽车可能会给恐怖分子有机可乘。其实，所有的能源都几乎是与火相关的易燃物质，都属于危险化学品，关键是人类是否了解并有能力管理它们的风险。而说到恐怖分子要搞破坏，并非只有氢才可能制造危险，否则北溪2天然气管道就不会爆炸了。

防止泄漏主要是解决气体的密封问题，即氢气储存的阀门和垫片的要求比普通阀门和垫片的要求更高。在材料上要防止化学反应、在结构上要尽量减少漏点，但氢气的应用不仅仅是将气体封在容器里，更多的要求是配合氢气的应用，包括增压、减压、预警等多种功能。不过，因为氢气在工业领域已经得到广泛应用，所以，氢气的密封技术已经基本解决，只是国内民用市场高压阀门的基础相对比较差，目前以进口为主。近年来，国内航天军工的技术开始应用于产业化，国产阀门也有了很大的进步。

储氢瓶材料是解决氢脆和抗高压的关键技术，要求内胆临氢材料抗氢脆，外层材料要求抗高压且抗爆炸，要求材料具有高强度并且不会产生碎片。这里必须补充一下高压储气瓶的基础知识，目前成熟的储气瓶有四种基本类型：I型瓶是钢制气瓶；II型瓶是在钢制内胆环向缠绕纤维的气瓶；III型瓶是铝制内胆交叉全缠绕碳纤维材料的气瓶；IV型瓶是树脂内胆交叉缠绕的气瓶。这里涉及到一个非常重要的材料就是碳纤维。

说起来碳纤维的发展也是一个非常漫长的过程，从英国化学家、物理学家约瑟夫·威尔森·斯万爵士(Sir Jo⁃seph Wilson Swan，1828—1914年)1860年发明了以铂丝为发光体的白炽灯，碳纤维经历了漫长的100年才在上世纪60年代进入工业化阶段，但真正规模化应用则是进入本世纪后。

上世纪70年代-85年代，由日本东丽工业公司(Toray Industries)开发了性能极优异的聚丙烯腈纤维，占据了碳纤维技术的领导地位。1970年东丽公司与美国联合碳化物公司UCC签署了技术互换协议，把美国带回了碳纤维制造的前沿，并合作生产了T300碳纤维。随着碳纤维在各行各业的渗透和广泛应用，东丽也于2003年最终拿到了美国波音长达50年的订单。东丽从发明到稳定盈利，耗时长达50年！

至此，碳纤维开始向各个领域渗透，包括天然气III型瓶、IV型瓶都用到碳纤维材料，高压气体安全问题有了良好的解决方案。

我们在实验室或化工车间看到的细长的瓶子就是I型瓶，因为壁很厚、很重所以不适应大规模储运，从I型瓶到IV型瓶，也就是从钢、到铝、到树脂内胆有两个功能改变，第一个功能改变是越来越轻，运输成本下降，第二个功能改变是产生氢脆的机会越来越少。而外壁采用碳纤维缠绕同样有两个功能，第一个还是轻量化，第二个是增加气瓶抗压力的强度，这都是由碳纤维材料的性质决定的。而采用缠绕工艺还有一个最重要的防风险功能：即使气瓶因为压力而爆裂，也只是从纤维的裂缝里逃逸出来，不会形成钢瓶爆炸的飞片。

碳纤维材料具有广泛的应用空间，但这是一个从军用领域开始应用的材料，供不应求的市场和较高的技术门槛使得这种材料的价格不太亲民。目前国内能够满足氢气瓶缠绕需求的碳纤维产品只有光威复材、中复神鹰和中安信等少数几家企业，但价格偏高。2021年年初，上海石化公布其研发试产的大丝束碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度新型纤维材料：力学性能优异，比重不到钢的1/4，强度却是钢的7-9倍，还具有耐腐蚀的特性。

20世纪90年代初布伦瑞克公司成功研发出用于储氢瓶内胆的复合材料，高密度聚乙烯，这种材料使用温度范围较宽，延伸率高达700%，冲击韧性和断裂韧性较好。在这一材料的支持下，IV型瓶技术应运而生，目前，美国、加拿大、日本、中国等国家都已掌握70MPa复合储氢罐技术。

当然，氢气的安全不仅是高压，液氢技术的安全管理也非常重要。在国际市场，美国AP、法国法液空和林德气体是全球重要的液氢供应商，目前在全球布局，我国的液氢技术主要来自航天军工发射体系，目前这一技术已经进入到产业化进程。重要的是对保温材料和密封件的要求比较高，防止挥发和泄漏。其他氢气储运的方式安全性管理的难度就相对比较低了。

2 经济性，氢能成本下降的基本逻辑

能源替代必须解决应用的便利性和经济性的问题，我们的思维中燃料电池汽车就是与燃油车和纯电动汽车的成本比较，如果太贵就很难实现在交通领域里的能源替代。

从实验室到工程化、再到产业化，降低成本通常有三条路径：一是通过科研提高设备的运行效率，比如燃料电池的功率密度、百公里耗氢量以及供氢系统的储氢量等；二是打破核心材料和关键技术的供应商壁垒，建立多渠道特别是本土化供应商体系；三是在具有规模的领域形成批量供应，构建规模经济效应。

尽管我是工程师出身，但隔行如隔山，进入氢能这个行业并不是因为我听懂了膜电极或电堆的工作原理，而是亲身经历了燃料电池价格变化的过程。

2016年初次接触燃料电池，一个来自加拿大巴拉德的博士跟我讲了几次燃料电池的原理，我听得晕头转向，感觉自己很无能，但我不甘示弱，就拿我在资本市场看企业的简单标准来“回敬”他：“李博士，一辆燃料电池巴士卖多少钱呢？”他说：”300多万！“当时对我来说就是我们公司要不要投资燃料电池项目的问题，我认为300多万一辆巴士距离产业化实在太远了，就放弃了李博士的项目。

2018年9月，我到丰田的Mirai生产线上参观，丰田反馈给我的Mirai出厂价格是42万人民币，这是一条每天只生产9辆车的手工生产线，完全没有规模经济效应，如果能够做到42万就意味着未来能够做到30万以内。

当时国内燃料电池价格还在15000元/kW以上，这意味着一套80kW的燃料电池系统就需要120万人民币，再加上供氢系统、车身，不管采用哪一款车型，整车价格都在200万以上，因为这里的储氢系统的阀门价格也很高，看起来国内外差距还不小。不过，到2020年下半年，我对燃料电池行业还不太了解的时候，国鸿氢能、氢璞创能、雄韬股份电堆分别报出了1999元/kW、1699元/kW、1199元/kW的最低价格，当然，这些价格是有规模条件的，比如雄韬股份的条件是：一次性订购200台起，1999元/kW；一次性订购2000台起，1599元/kW；一次性订购10000台起，1199元/kW。所以，这是一个以价换量的策略。

我又到潍柴动力调研，潘凤文博士跟我说：”我们是做发动机的，燃料电池的结构其实比内燃机简单得多，而且只有一个运动件，只要核心材料解决了，再用全自动化生产线重复堆叠，成本很快就会降下来。“

燃料电池技术经过180多年的发展，在最近50年开始进入产业化阶段，而过去二十年，质子交换膜电池在发电效率和制造成本上发生了深刻的变化。目前日本、韩国、中国、美国和欧洲的燃料电池及相关配套产品都已经开始进入产业化，技术进步与规模化使得燃料电池成本大幅下降。日本丰田和现代都进入第二代乘用车，产品价格已经很亲民。

不过，目前供氢系统并没有像燃料电池那样有明确的降本路线，其中碳纤维材料、阀门、压缩机对供氢系统的成本影响比较大，美国能源部的技术路线图是要将碳纤维成本从现在的15美元/(kW·h)，降低到8美元/(kW·h)，换算成碳纤维成本，大约是需要实现T700或之上的性能，价格大约12.6美元/公斤（目前这个档次的纤维国际价格是18-22美元/公斤）。而阀门、空压机等产品国产化后成本已经大幅下降。2019年空压机价格在8-10万元/台，现在已经降至1万元左右；阀门、氢气循环泵也是从几万甚至几十万下降至2万元或1万元以内。

就像风电、光伏和电动汽车一样，中国的加入是新兴产业规模化生产和成本下降的一个重要因素。和我们分析燃料电池产业化进程一样，中国的碳纤维和燃料电池的产业化进程比国际先进水平晚了20-30年，目前开始规模化生产碳纤维的企业已经有十家左右，相关企业产能持续扩张，中国碳纤维国产化比例不断提升，成本也必然会下降。

中国目前还处于燃料电池工程示范阶段，但燃料电池系统价格已经从最初的30000元/kW左右下降至现在的4000元/kW以内，虽然这距离日本和韩国600-1000元/kW还有一段距离，但业内重点企业表示未来几年燃料电池的成本以每年20%-30%的速度下降。这主要是技术进步和核心零部件本土化替代带来的效果。

到2022年，全球燃料电池汽车累计销售67488辆，除现代汽车和丰田汽车具有一定的批量外，中国的燃料电池产品型号非常分散，燃料电池电堆和系统少有规模化生产。目前庆铃与博世成立的合资公司正在尝试均衡排产，按照2000台/年向供应商采购配套件，基本按照每月稳定的产量安排生产和采购。

我们身处第三次能源变革的浪潮中，中国在光伏、风电、电动汽车中都成为全球最大的推动力，这其中有中国制造要素的优势，有大规模市场的优势，有中国政策推动优势，有中国经济发展阶段财力的优势，也有一个很重要的时代背景，就是世界正处于第四次工业革命的智能制造的过程中，无论走到光伏企业的车间还是锂离子电池的产线，我们都会感受现代制造智能装备带来的巨大力量。

燃料电池产业链如膜电极、双极板、空压机和氢循环泵等相对标准化的产品都已经进入批量化供应，国产化后成本都出现了大幅下降，目前，催化剂、质子交换膜、碳纸、阀门、压缩机等产品也在进入国产化替代。

催化剂中含有贵金属铂，这是燃料电池中唯一在量和价上受限的材料，不过铂金的循环利用技术相对比较简单，而且铂金供应商提出了铂金回收或租赁的解决方案。

从应用的角度出发，我们将成本分为三个部分：一个是购置成本，以汽车为例，购置成本实际上是燃料电池与燃油发动机和锂离子电池的比较；第二个是使用成本，也就是氢气价格与燃油和电价的比较。近年来电动汽车高速发展的一个重要原因就是用电比用油更加便宜；第三个是维修、保养与维护的成本，简单地说，就是燃料电池的使用寿命与燃油发动机、锂电的比较。

（1）购置成本。就采购成本而言，以重卡为例，40万元的柴油车对应同吨位的电动车价格大约80万元，而对应的燃料电池汽车大约160万元，不过160万的燃料电池汽车价格因为有补贴而变得不能反映真实的成本，如实际没有补贴的地区重型卡车价格已经卖到120万，目前，市场燃料电池成本普遍在4000元/kW左右，如果配套120kW的燃料电池，成本降至1000元/kW，仅燃料电池成本就有36万元的降价空间，再加上供氢系统降本，完全可以达到电动汽车的采购成本。

乘用车对成本没有那么敏感，但就丰田Mirai和现代NEXO当前的定价来看，已经不是市场无法接受的价格。实际上，乘用车的定价更加灵活，2020年12月，丰田汽车已宣布第二代丰田Mirai氢燃料汽车的美国定价，起价从49,500美元（约合323,319元人民币）起，而同一款车在欧洲和日本的价格分别为：起价64,000欧元（约合511,418元人民币）和7,100,000日元（约合450,140元人民币）。

（2）使用成本。买得起还要用得起，如果一辆汽车的油耗为每百公里7升，以当前92号汽油的价为7.44元/升，95号汽油7.92元/升，那么100公里的油耗为52.08元-55.33元；假设电动汽车搭载85kWh的电池容量，续航550公里，公共电价每度1元来计算，充电费用约85元，100公里充电成本约15.45元。燃料电池汽车以丰田Mirai2为例，5.6kg的氢气850km，则每100km需要0.66kg氢气；现代NEXO加氢一次3.99kg氢气可以行驶550km，则每100km需要0.73kg氢气，目前市场上的氢气价格补贴后35元/kg，Mirai2百公里到极限23.1元，NEXO百公里费用25.55元；如果氢气价格到25元/kg，则乘用车成本降到16.5元/100km-16.25元/km。

再以49吨重卡作为比较：燃油车以34升/100km，7.14元/升计算约242.76元/100km；电动汽车以200度/100km，电价1元/度计算费用约为200元/100km；燃料电池耗氢8-10kg/100km，以35元/kg计算，则费用为280-300元/100km，如果氢气价格下降到25元/kg，则费用为200-250元/km。

如果我们都采用理论的理想耗能数据，从乘用车的比较来看，氢气成本在35元/kg时与燃油车比较有明显的优势，与电动车比较存在一定的劣势；如果氢气价格到25元/kg，与电动车比较劣势也不明显；但商用车领域，燃料电池汽车对氢气的价格更加敏感。

氢能属于分布式能源，而且目前在制氢、储运、加氢站环节都还没有理顺，所以国内外氢气价格都还很高，日本、韩国以工业副产氢和天然气制氢为主，我国以煤制氢和工业副产氢为主，各地价格差异很大，价格从20元/kg到120元/kg不等，这主要取决于产氢单位与用氢单位的距离和关系。现阶段更适合氢气成本比较低的地区，不过一些本来便宜的工业副产氢和煤制氢在示范区氢气供应短缺时被人为拉高了价格。

除了产业链本身不顺畅以外，加氢站的建站地址要求在化工园区、高压运输车的标准早期在20MPa、站内制氢的限制等这些发展过程中的规范和标准不成熟也很大程度上影响了氢气的价格。比如20MPa长管拖车百公里费用在10元/kg，当长管拖车标准到30MPa时，百公里运输成本可以降至5-6元/kg。

可再生能源和氢能本质上属于分布式能源，随着各种制氢、储运和加氢站成本的降低，氢能的成本不是不可跨越的鸿沟，实际氢气成本低的地区氢能的成本优势已经开始显现。

（3）维护成本。我们已经说得有一点复杂了，对于第三个成本，也就是维护成本，与其用这些数据比较不如看各种动力的使用寿命，燃油车发动机的使用寿命为15到20年；纯电动汽车的质保期一般是8年，保质期出现质量问题厂家包换，但锂电池在充电规范和气温上都有要求，否则电池衰减会加快电池的退役，不过锂电的设计寿命也在朝15-20年发展。

燃料电池的寿命从几年前的3000小时、5000小时到现在可以达到15000小时甚至20000小时，如果按照家庭用车平均每天2.5小时计算，15000小时相当于16年。丰田汽车公司通过建立低温启动方法和耐久测试规范针对第二代Mirai燃料电池堆所开展的耐久测试，实现15年寿命周期内低温启动耐久测试电压衰减率小于3.5%。

也就是说，氢能在交通领域中的应用与燃油和锂电还有一定的差距，但这些差距不是乘数级的，也不是不能跨越的，如果按照欧洲标准，加上全生命周期的碳税，燃料电池还会表现出更多的优势。

3 可持续性，可再生能源成本下降促进氢能产业化

尽管碳捕集、碳封存可以解决灰氢的二氧化碳排放问题，但这种做法不一定比煤炭或石油直接应用减碳的方案更有利于控制气候变化。而且按照各地氢能发展规划，中国副产氢可以满足2035年前的氢能需求，但任何有限时间内的能源供给都不足以让我们摆脱约束，只有可再生能源制氢才是永续发展的路径，所以，我坚持认为第三次氢能浪潮最根本的条件变化是可再生能源成本的下降。

过去十多年，光伏和风电成本出现了惊人的变化。就像我时常不相信移动互联网对人类命运的改变、而我们的灵魂早已被手机绑架一样，我也会惊讶于自己置身在这个科技与能源巨变的时代，不可思议的但却是真实的事情还将继续发生：“可再生能源+储能+智慧能源系统”正在让人类摆脱能源的资源约束与环境约束。就在今天，又有一群人因为氢能聚在一起，我们讨论这个行业的前景和行业发展的问题，企图寻求行业更好的发展路径，分别的时候大家让我说一句话，我说：“希望再过几年，我们回忆今天晚上会觉得很有意义​。”

2009年-2020年的11年间，我国陆上风电标杆上网电价平均下降2.34-5.00%。而且在这11年中前五年价格基本没有变化，而从2014年-2020年间平均下降了33.93%。目前一类资源区度电成本已经低于0.3元/kwh。在2018年、2019年、2020年，近海风电标杆上网电价分别为0.85元/kwh、0.80元/kwh、0.75元/kwh，2021年降至0.57元/kwh。陆上风电已经进入平价上网，海上风电成本也将保持持续下降。​

2011年-2020年的10年间，我国光伏电站标杆上网电价年均下降9.0-12.4%，一类资源区的度电成本已经降至0.35元/kwh。

预计到2025年，我国光伏、风电的平均上网电价将降低到0.25元/kWh。随着碳税的实施，煤电的综合成本将越来越高，预计到2030年，仅煤电的生态环境成本将达到0.15元/kWh，这将使得风电、光伏相对煤电的竞争优势更加突出。

石油和化学工业规划院刘延伟计算了我国电解水的成本：我国电解水制氢用电成本在1.5-1.6元/Nm3（16.7-17.8元/kg)，财建【2020】394号示范目标：加氢站氢气零售价不高于35元/kg(3.15元/Nm3）。水电/光伏/风电=0.20/0.30/0.40元/kwh，电解效率：4.5kwh/Nm3H2对应加氢站零售价=20/30/40元/kg(加氢站零售价=电解制氢成本*2）。

目前日本氢的采购成本是10.77元/Nm3（119.57元/kg），2030年供氢成本目标为1.90元/Nm3（21.16元/kg）；而美国氢气成本在13美元/kg左右，但提出了2030年氢能成本到1美元/kg的目标；我国部分地区可再生能源度电成本已经达到0.2元/kwh，按照5度电一标方的标准，则绿氢成本可以到14元/kg。

近年来国内外绿氢项目进入示范期，尤其是在可再生能源强配储能和氢能项目的增加，电解水开始进入爆发式增长，2019年可再生能源在发电领域的占比（10.4%）首次超越了核电。根据国际可再生能源署（IRENA）公布的最新报告，全球可再生能源发电容量在 2022 年达到 3372 GW，2022年新增可再生能源装机295GW（其中离网电力达到 12.4 GW），可再生能源占全年新增发电量的 83%。

截至2022年底，可再生能源装机达到12.13亿kW，占全国发电总装机的47.3%，其中风电3.65亿kW、太阳能发电3.93亿kW，风光发电装机占全部装机的29.56%，但实际光伏和风电发电的比例只有1.19万亿千瓦时，占全社会用电量的13.8%。

伴随着可再生能源装机量的上升，可再生能源发电成本持续下降，储能成为迫切的需求，截至2022年底，中国已投运的电力储能累计装机达59.4GW，同比增长37%。其中，抽水蓄能占据最大比重，累计装机达46.1GW，新型储能继续保持高增长，累计装机规模首次突破10GW，超过2021年同期的2倍，达到12.7GW。但抽水蓄能对地理位置有较高的要求很难普及，而电化学储能再源端普遍出力不够，而且这些储能无法满足长距离跨季节的储能，氢是解决长时跨区域储存最好的解决方案​。

目前全球氢气年产量大约9400万吨，其中中国3300万吨，如果每辆车每年耗氢140kg，行驶20000km，全球目前氢气产量可供6.7亿辆家用乘用车使用，但目前氢气主要依靠煤炭和天然气制氢，每制1吨氢气，如果采用煤制氢排放二氧化碳20kg，如果采用天然气制氢排放二氧化碳为11kg，如果采用电解水制氢以目前的电力结构则需要48kg的二氧化碳。

如果采用现有的制氢方案就意味着氢气并不能发挥到减排的作用，但如果能够采用绿电制绿氢，也就是光伏、风电、水电、核电来制氢则排放就非常少了。但我们从前面燃料电池汽车的使用成本就可以看到，使用成本取决于氢气的成本，回头看十年，一类资源区的光伏和风电的成本还有0.94元和0.51元，按每5度电制备1标方的氢气计算，每公斤氢气仅电价成本就到了56元和28.56元，这远高于煤制氢9.73-13.70元/kg和天然气制氢9.81-13.65元/kg的价格。水电毕竟有限，如果没有光伏和风电成本的大幅下降，其实是奢谈氢能产业化的。

过去十年，可再生能源价格发生了深刻的变化，部分地区度电成本已经到了0.2元/度，中东地区光伏度电成本更是最低至不到7分钱。

尽管今天逆全球化的倾向非常严重，但国与国之间的信息渗透其实已经很难逆转，而且主要国家氢能产业化进程几乎处于同步。2021年全球电解槽出货量共计458MW，仅隆基一家公司未来五年的产能规划就到了5-10GW，到2022年底，国内电解槽企业已经超过160家，其中已公告的产能累计超过12GW；而在国际市场，欧洲、中东的绿氢项目也开始暴发，仅普拉格一家当年PEM电解槽出货量达到3GW。

根据伦敦帝国理工学院研究人员统计，截至2014 年，全球碱性电解槽的累计出货量为19.84GW，彭博社估计到2017年累计出货约20GW，根据项目跟踪统计预计2018-2023年将再出货3.81GW，到2023年累计出货量为23.81GW。国际能源署在《2021年全球氢气规划》中，到2030年全球电解能力的国家目标是74GW，而由于俄乌战争的影响，欧洲加快了氢能产业的进程，国际能源署在2022年规划中，目标翻了一番多，达到145-190GW。

4 必然性，历经百年 ”殊途“同归

我们说，氢能是一个很好的能源，但却受制于太多的条件，安全条件、成本条件和环境条件，在过去近60年的时间内，人类经历了三次氢能浪潮，但过往的两次浪潮无论是在应用端的成本还是在氢气本身的成本都没有达到产业化的条件，但第三次氢能浪潮兴起的一个重要背景是就在过去十年左右，氢能安全储运装备IV型瓶的突破、应用端燃料电池成本的大幅下降、和再生能源成本的大幅下降。​

这些与氢能产业化相关的核心技术仿佛都是兴起于19世纪，到20世纪50年代-60年代技术路线变得成熟，上世纪80年代-90年代在国外开始产业化进程，本世纪在中国开始了规模化制造，仿佛超过100年的技术都在人类无法承受气候变化的时候汇聚在一起，构建一个可再生能源+氢能的新型能源体系。

如果我们查阅一下光伏发展的历史，会看见这样的描述：

1839年，法国科学家贝克雷尔发现液体的光生伏特效应，即“光伏效应”。

1917年，波兰科学家切克劳斯基发明CZ技术，后经改良发展成为太阳能用单晶硅的主要制备方法。

1941年，奥尔在硅上发现光伏效应。

1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池。

20世纪80年代，美国已经开始了并网太阳能光伏发电的努力，制订了pv-usa计划，即太阳能光伏发电规模应用计划。

……

1839年，正是格罗夫发明“气体伏打电池”的时间，20世纪50年代末，英国剑桥大学的培根（Bacon）教授用高压氢、氧气体演示了功率为5千瓦的燃料电池，工作温度为150℃。随后建造了一个6千瓦高压氢氧燃料电池的发电装置。

1960年通用电气公司成功开发质子交换膜电池，这一技术成功应用于阿波罗（Appollo）登月飞船电力供应，1993年巴拉德成功开发第一辆质子交换膜公交汽车。

更加巧合的是，光伏和燃料电池几乎是1939年同时出发，又同时在20世纪50年代进入产业化研究，光伏在过去20年中实现了惊人的发展，而这段时间质子交换膜电池成本正好也取得了突破：最近二十多年来，丰田致力于燃料电池成本研究，到2014年综合成本降到2008年的1/20！

从安全性技术的核心材料来看，世界将碳纤维最早研发的时间确定为1860年，这个时间比风力电机起步的时间大约早了近30年。

而追溯风力发电机的发展，则要从1887年-1888年冬天美国电力工程师Charles F.Brnch在俄亥俄州安装的一台风机算起，现阶段比较成熟的三叶片风机的出现则在1942年，最早的交流风电则出现在1951年，上世纪70-80年代，因为石油危机催生了风力发电机的规模化发展。

表1 氢能发展的核心条件

这个巧合恰恰就是为什么很多人都还在纠结于氢能是否可以成为终极能源，因为在过去100多年的历史中，氢能大规模使用的条件都不具备，直到近十年，这些影响氢能产业化的核心技术大部分已经进入规模化生产和成本下降阶段，才使得氢能的规模化应用成为可能。

如果没有可再生能源的成本下降，氢气的无碳化生产就成为奢谈，如果没有燃料电池技术的成熟和碳纤维技术的成熟，燃料电池汽车也只能是梦想。

正是这些100多年前的技术集中在过去20年左右的时间里发生了革命性的变化，才有机会让氢这个离我们最近却又最无可奈何的元素升级为“能源”。

第三次氢能革命的背景除了巴黎协定下的”碳达峰、碳中和“这样强力的需求，氢能发展的核心条件趋于成熟才使得这一次的氢能浪潮有别于前两次，安全性、经济性和可持续性的条件几乎都在已经为氢能产业化做好了准备，可再生能源需要氢能这个新的能源载体来延续，这才是我们预期第三次氢能浪潮可以持续的原因。由于第四次工业革命与第三次能源革命的共同作用，过去的那些瓶颈正在因为科技进步在这个时代被打破，氢能得以在可再生能源革命中隆重登场。

我对绿氢发展的逻辑在最近两年有一个比较大的反转，一开始认为没有绿电制氢，氢能的减排就是一个伪命题，如果没有便宜的绿电氢能产业化就很难实现；但随着氢能与可再生能源项目耦合的推进，我逐渐认识到，如果没有储能，可再生能源消纳将很难达到“碳达峰、碳中和”所需要的比例，风电装机量将是现在的12倍，太阳能降到70多倍，电网难以承受大规模的“垃圾电”，氢能是解决可再生能源长时间、跨区域储能的最好的解决方案。

也就是说一开始我们需要便宜的绿氢来支持交通、化工等氢能产业化应用，目的是氢；但后来我们发现绿氢反过来解决可再生能源的消纳问题，目的变成了可再生能源的稳定，再过几年，绿氢的消纳则需要氢能的应用来解决。

所以，氢的重要性不只是燃料电池的减排和能源约束这样两个基本的诉求，而且在新兴电网和能源结构中具有举足轻重的地位。