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來源：天然氣工業
鄒才能 張福東 鄭德溫 孫粉錦
張金華 薛華慶 潘松圻
趙 群 趙永明 楊 智
中國石油勘探開發研究院
摘 要 全球正經歷從化石能源向氫能等非化石能源過渡的第三次能源體系重大轉換期。為給我國實現能源體系轉型和「 能源自主」戰略目標提供參考，綜述了國內外氫工業的發展現狀和發展趨勢，探討了人工制氫、儲氫技術的發展途徑，明確了氫工業的戰略地位。研究結果表明：①發展氫工業，是優化能源結構、保障國家能源安全的戰略選擇，在實現我國「能源自主」的戰略中占有重要地位；②全球氫工業發展初具規模，人工制氫仍主要依靠化石資源，煤炭地下氣化制氫符合我國的國情，具有較大的發展潛力；③與氫工業相結合的新能源，將是未來能源消費的主體；④電解水制氫將貫穿於氫工業發展的全過程；⑤安全、高效儲運氫技術是氫能實用化的關鍵，液態儲氫將是未來主要的儲氫方式。結論和建議：①氫工業基礎設施建設處於起步階段，但發展迅速；②我國發展氫工業，近期應在煤炭地下氣化制氫方面取得突破，初步形成產業鏈；③中期促使氫工業成為新的經濟增長點和新能源戰略的重要組成部分；④遠期力推氫能成為我國能源生產與消費結構的重要組成部分，力爭實現「氫能中國」，依靠新能源等實現國家「能源自主」。
關鍵詞 中國 新能源 人工制氫 氫工業產業鏈 氫能 清潔高效 能源體系轉型 能源自主 氫能中國
0 引言
全球正經歷從化石能源向氫能等非化石能源過渡的第三次能源體系重大轉換期[1]。2017 年我國能源生產量為25×108t 油當量，消費量達31×108 t 油當量，整個能源需要進口20%，尤其是石油進口量為4×108t，其對外依存度達到70%，對能源安全造成不利影響。為給我國實現能源體系轉型和「能源自主」戰略目標提供參考，綜述了國內外氫工業的發展現狀和發展趨勢，探討了人工制氫、儲氫技術的發展途徑，明確了氫工業的戰略地位。
氫在自然界中分布廣泛，並且在自然狀態下僅存在著極少量的游離態氫。工業氫氣是指通過一定的手段，從工業原料中大規模製取的可燃氣態氫產物。這種通過能量輸入從含氫原料中提取工業氫氣的過程，被稱為人工制氫，包括化石燃料制氫、水分解制氫、生物技術制氫和太陽能制氫等[2]。氫能作為氫的化學能表現為物理與化學變化過程中釋放出能量，是具有二次能源屬性的一種重要的能源類型。這種大規模人工制氫並利用氫能的產業被稱為氫工業，包括上游制氫、中游儲運和下游應用。氫工業體系中各個產業部門之間基於一定的技術經濟關聯即為氫工業產業鏈，包括氫工業價值鏈、氫工業企業鏈、氫工業供需鏈和氫工業空間鏈。
為了更好地閱讀和理解本文的內容，筆者建議首先界定和明確上述5 個基本概念（工業氫氣、人工制氫、氫能、氫工業、氫工業產業鏈），並由此建立氫工業概念體系。儲氫是實現氫能有效利用的關鍵技術之一，包括高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、金屬氫化物儲氫、有機化合物儲氫、微球儲氫和碳納米材料儲氫等。基於大規模低成本制氫和高密度儲氫，以燃料電池為關聯的氫工業應用將推動能源轉型和新能源汽車、分布式供能等新興產業的發展，從而改變能源結構，進而實現從能源供給端到消費端的全產業鏈轉變。
1 氫工業的發展現狀
隨著氫能應用技術的不斷發展和逐漸成熟，以及全球應對氣候變化的壓力持續增大，促使我們積極布局、發力推動氫工業的發展。
1.1 全球氫工業初具規模
全球氫工業發展迅猛，市場規模從2011 年的1 870.82 億美元增長到2017 年的2 514.93 億美元，增速達34.4%（圖1）。其中，美國是工業氫氣最大的進口國，2012—2016 年進口總額達2.48 億美元，而荷蘭則是工業氫氣最大的出口國，2012—2016 年出口總額達3.42 億美元。
圖12011—2017 年全球工業氫氣市場規模及其走勢
人類社會已經經歷了三次工業革命（圖2），從本世紀中葉起，伴隨著第四次工業革命，全球向新能源轉型已經開始（圖3）。縱觀能源發展史，三大能源升級換代體現了「三大經濟」形態。瓦特發明蒸汽機促使木柴向煤炭的第一次重大轉換，表現為「高碳經濟」；戴姆勒發明內燃機，完成煤炭向油氣的第二次重大轉換，呈現出「低碳經濟」；現代科技進步與當今環保要求推動傳統化石能源向氫能等非化石新能源的第三次重大轉換，全球可能逐步邁入非碳的「氫能時代」[3-4]。
圖2人類經歷的歷次工業革命示意圖
圖3全球能源體系轉型示意圖（1850—2150 年）
1.2 人工制氫主要依靠化石資源
全球工業氫氣市場具有較強的地域性，已形成亞太、北美、歐洲三大區域版圖。化石資源是當前主要的制氫原料，其中煤氣化制氫發展潛力巨大[5]。
1.2.1 工業氫氣生產具有區域性
亞太地區工業氫氣生產量居全球首位，北美地區緊隨其後（圖4）。2017 年亞太地區工業氫氣的生產規模為1 071.36 億美元，北美為555.80 億美元，而歐洲則為517.57 億美元。中國和印度等亞太發展中國家經濟快速增長，由此帶來了亞太地區對氫能等清潔能源的強勁需求。
圖4全球工業氫氣生產市場占比餅圖
中國工業氫氣的需求量和生產量旺盛，呈逐年上升的態勢，目前保持著供需平衡的狀態，需求量和產量均居世界首位。作為全球氫能利用的大國，中國自2009 年產量首次突破1 000×104t 以來，已經連續9 年保持世界第一（圖5）。
圖5中國工業氫氣產量與需求量變化圖
1.2.2 化石資源制氫居主導地位
當前，人工制氫的原料主要以石油、天然氣、煤炭等化石資源為主，較之於其他的制氫方法，化石資源制氫工藝成熟，原料價格相對低廉，但會排放大量的溫室氣體，對環境造成污染。
2017 年，全球主要人工制氫原料的96% 以上都來源於傳統化石資源的熱化學重整，僅有4% 左右來源於電解水（圖6）。煤炭和天然氣是我國人工制氫的主要原料，占比分別為62% 和19%（圖7）。電解水制氫在日本氫工業中占有特殊的地位，其鹽水電解制氫的產能占該國所有人工制氫總產能的63%。
圖 6 2017 年全球人工制氫原料占比餅圖
圖 7 2017 年中國人工制氫原料占比餅圖
1.2.3 煤氣化制氫發展潛力大
煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓條件下，與氣化劑反應轉化成氣體產物。隨著煤制合成氣、煤制油產業的發展，煤制氫產量逐年增多，其規模較大、成本較低，制氫成本約20 元/kg。此外，化工產品（包括合成氨、甲醇等）生產過程中，從含氫弛放氣中回收純度大於99% 工業氫氣的裝置也日趨成熟與增多。
煤炭地下氣化制氫發展潛力很大，也是煤炭清潔化轉型利用的有效途徑。煤炭地下氣化制氫技術具有資源利用率高、地表環境破壞少等優點，符合我國「富煤但油氣不足」的資源結構特點，但該項技術目前仍然處於探索階段，離商業化利用還有不短的距離。
1.3 高效儲運氫技術是發展的重點
安全、高效的儲運氫技術是實現氫能實用化的關鍵[6-7]。氫能的存儲方式主要包括低溫液態儲氫、高壓氣態儲氫、固態儲氫和有機液態儲氫等，不同的儲氫方式具有不同的儲氫密度，其中氣態儲氫方式的儲氫密度最小，金屬氫化物儲氫方式的儲氫密度最大（圖8）。
圖8不同儲氫方式的儲氫密度對比圖
1.3.1 低溫液態儲氫成本高
工業氫氣的規模化廉價生產和儲運是實現氫能實用化利用的基礎。氣態氫在－253℃時為液體，液態氫的密度是氣態氫的845 倍。液氫存儲的重量比介於5.0% ～ 7.5%，體積容量約為0.04 kgH2/L。氫氣液化費用昂貴，耗能較高（4 ～ 10 kWh/kg），約占液氫製取成本的三分之一。液氫貯存容器需要具有極高的絕熱能力，以避免液氫沸騰汽化。
當前，液態氫主要作為航天火箭推進器燃料，其儲罐和拖車已在我國航天等領域應用。隨著人類太空計劃的發展，液態氫貯存容器正趨於大型化，目前已能建造貯存量超過1 000 m3的大型液氫絕熱貯槽。
1.3.2 高壓氣態儲氫技術成熟
高壓氣態儲氫是目前最常用、最成熟的儲氫技術，其儲存方式是將工業氫氣壓縮到耐高壓容器中[8]。高壓氣態氫儲存裝置主要有固定儲氫罐、長管氣瓶、長管管束、鋼瓶組和車載儲氫氣瓶等。鋼瓶是最常用的高壓氣態儲氫容器，具有結構簡單、壓縮氫氣製備能耗低、充裝和排放速度快等優點，但也存在著安全性能較差和體積比容量低等不足。目前國內已建和在建的加氫站一般都採用的是長管氣瓶組儲氫設備。
1.3.3 固態儲氫技術尚不成熟
固態儲氫方式是最具發展潛力的一種儲氫方式，能有效克服高壓氣態和低溫液態兩種儲氫方式的不足，具有儲氫體積密度大、操作容易、運輸方便、成本低、安全程度高等優點，適合對體積要求較嚴格的場合，如氫能燃料電池汽車。固態儲氫技術可分為物理吸附儲氫和化學氫化物儲氫。前者可細分為金屬有機框架（MOFs）和納米結構碳材料；後者可細分為鈦系、鎂系、鋯系和稀土等金屬氫化物，以及硼氫化物和有機氫化物等非金屬氫化物。
金屬氫化物儲氫具有儲氫密度高、純度高、可靠性高（無需高壓或低溫條件）和儲氫工藝簡單等優點，主要原理是選擇合適的金屬氫化物，在低壓條件下使氫與另一種物質（儲氫合金）結合成准化合物態。目前，金屬氫化物儲氫仍處於研究階段，尚未實現商業化應用，主要受到以下因素的制約：①儲氫合金價格昂貴；②結構複雜，由於儲氫過程中會釋放大量的熱，因而儲存器內必須增加換熱設備；③氫化物自身穩定性差，易形成有害雜質組分，多次使用之後，性能明顯下降；④儲氫質量比較低，若以質量計，僅能儲存2% ～ 4% 的工業氫氣。
1.3.4 有機液體儲氫備受關注
有機液體儲氫技術是通過不飽和液體有機物的可逆加氫和脫氫反應來實現儲氫的。這種儲氫方法具有高質量、高體積儲氫密度，安全、易於長距離運輸，可長期儲存等優點。有機液體儲氫技術仍處於研發階段，尚存在著技術要求苛刻、成本昂貴、脫氫效率低且易結焦失活等缺點。催化加氫和脫氫裝置設備成本較高，脫氫反應需在低壓高溫非均相條件下完成，受傳熱傳質和反應平衡極限的限制，脫氫反應效率較低且易發生副反應，導致氫氣產物不純。此外，在高溫條件下，容易破壞脫氫催化劑的孔結構，從而導致結焦失活。
1.4 氫工業基礎設施
工業氫氣輸送方式以高壓氣態或液態氫的管道輸送為主，長輸管道需開展管線鋼與高壓氫的相容性等基礎研究，並創新管道運營管理方式，以實現長距離、高壓力、大規模輸氫管線建設。
1.4.1 管道輸氫處於起步階段
管道「摻氫」和「氫油同運」技術是實現長距離、大規模輸氫的重要環節。全球管道輸氫起步較早，但發展緩慢。歐洲的長距離管道輸氫已歷時80 餘年，目前擁有總長度約1 500 km 的輸氫管道，其中長度接近400 km 的法國—比利時輸氫管道為目前世界最長。美國現有輸氫管道的長度為720 km，遠低於其天然氣管道的長度（近55×104km）。我國已有多條輸氫管道在運行，如中國石化洛陽煉化濟源—洛陽的氫氣輸送管道全長為25 km，年輸氣量為10.04×104t；烏海—銀川焦爐煤氣輸氣管線管道全長為216.4 km，年輸氣量達16.1×108m3，主要用於輸送焦爐煤氣和氫氣混合氣。
1.4.2 加氫站氫—油聯建
隨著氫工業市場的不斷擴大，氫工業產業鏈正趨於不斷完善。目前，氫燃料汽車快速發展，工業氫氣需求量大增，加氫站建設也相應提速。截至2017年底，全球共有328 座加氫站投入運營，其中歐洲139 座，亞洲119 座，北美68 座，南美、澳大利亞各1 座。
《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2016）》對我國中長期加氫站建設和燃料電池車輛的發展目標做出了規劃，預計到2020 年我國將建成加氫站達100 座、2030 年將達到1 000 座。截至2018 年2 月，中國已建成及在建的加氫站共計為31 座，其中正在運營的有12 座。
加氫站的主要設施包括儲氫裝置、壓縮設備、加注設備和站控系統等。目前一個加氫站的建設成本全球平均介於200 萬～ 500 萬美元，其中壓縮機成本為最高，約占總成本的30%。中國加氫站的建設成本相對較低，介於200 萬～ 250 萬美元（35 MPa 加氫能力），其構成如圖9 所示。因此，需加快工業氫氣壓縮機國產化進程，降低加氫站建設成本，促進氫工業的發展。
圖92017 年中國加氫站建設成本構成圖
筆者預測，全球加氫站將進入快速發展階段，到2020 年全球加氫站數量將超過435 座，2025 年將超過1 000 座。同時，應加大對加氫站—加油站聯建的可行性研究，例如德國、日本等國採用的聯建模式，以及2017 年中國廣東雲浮開展的多座加氫站—加油站聯建試驗。未來，很有可能將出現加氫站、加油站、加氣站、充電站「四站聯建」的模式。
2 氫能的發展前景與戰略地位
氫能是被公認的清潔能源，被譽為21 世紀最具發展前景的二次能源。氫能在解決能源危機、全球變暖及環境污染等問題方面將發揮重要的作用，也將成為我國優化能源消費結構、保障國家能源供應安全的戰略選擇。據預測，煉油業、新能源汽車以及清潔能源發電等將是氫能利用的最大終端市場，其中工業氫氣在全球煉油業中的用量將占到全球工業氫氣消耗總量的90%。隨著燃料環保要求的日趨嚴格，煉油廠加氫精制將需要更多的工業氫氣來生產低硫清潔燃料，這將極大地刺激工業氫氣需求量的快速增長。
2.1 新能源是未來能源消費的主體
氫能和電能都是重要的二次能源，也是未來主要的綠色清潔能源，氫能具有遠距離輸送、大規模存儲和氫—電互換的特性。氫能和電能在工業、農業、電子、鋼鐵、民用等各個領域用途廣泛，都具有不同時段峰谷用量的特點，氫—電互換是解決能源峰谷波動的有效手段之一。通過氫能發電和電解水制氫是實現有效利用氫—電互換優勢、發揮能源智慧互聯互補、提高能源利用效率的關鍵。工業氫氣在使用中若出現短期過剩，可以通過發電轉換成電能，以緩解電力不足；而電解水制氫可消納暫時富裕的電力，彌補風電、光電波動起伏的不足，降低棄風、棄光率[9-11]。
2.2 氫能將引領未來新能源消費變革
氫燃料電池汽車產業將拉開氫能商業化利用的序幕。目前，氫能已小規模應用於大型物流車、城市交通車、家用小汽車，甚至火車、自行車、航模、無人機等。氫能將在交通領域引領新能源汽車變革。據報導，日本、韓國已量產高壓儲氫技術氫能乘用車，更有日本大型連鎖便利店與豐田汽車公司合作，計劃於2019 年推出氫燃料電池（FC）貨車，建立「零排放」物流體系。在歐洲，德國已於2017 年3 月成功測試了世界上第一輛零排放氫動力火車——「氫鐵」，並與法國阿爾斯通公司合作，於2021 年建造氫動力驅動列車。2017 年12 月，法國聖洛市第一批氫能源電動自行車正式投入使用。自2018 年國務院總理參觀日本豐田氫燃料電池汽車後，國家能源投資集團有限責任公司（以下簡稱國家能源集團）牽頭成立了中國氫能源及燃料電池產業創新聯盟，國家能源集團、中國廣核集團有限公司等能源企業將與浙江吉利控股集團、中國第一汽車集團有限公司、長城汽車股份有限公司等車企一同布局氫燃料汽車。
世界能源發展正處在油氣向新能源的第三次轉換期，能源類型由高碳向低碳、非碳發展。據預測，到2050 年，天然氣在能源消費結構中的占比將首次超過石油和煤炭，世界能源將邁入天然氣、石油、煤炭和新能源「四分天下」的新時代。氫能約占全球能源消耗總量的20%，預計每年可減排二氧化碳60×108t。氫工業產業鏈年產值將達2.5 萬億美元，世界將進入清潔能源時代。
2.3 氫能的多元化應用將推動新能源的快速發展
2.3.1 電解水制氫將貫穿於氫能發展的全過程
隨著全球氫工業的發展，人工制氫的需求量呈現出爆髮式增長，制氫技術日新月異。煤氣化制氫雖然同樣會產生大量CO2，但由於其原料豐富、價格低廉，故仍將是規模化、低成本人工制氫的最佳途徑；高爐煙道氣、化工尾氣等通過變壓吸附（PSA）技術可實現低成本回收氫氣；太陽能制氫技術（光催化、光熱解）是未來理想的制氫技術，但受制於轉換效率和成本等問題，預計2030 年前難以實現規模化。
在所有的人工制氫途徑中，電解水制氫可以有效地消納風電、光伏發電等不穩定電力，以及其他富餘波谷電力，因而將貫穿於氫能發展的全過程，是建設「氫能社會」工業氫氣的主要來源之一（圖10）。隨著電解水制氫技術的不斷發展和成本的逐漸降低，電解水制氫將能逐漸滿足商業化的要求，實現分布式制氫。未來，既可以集中制氫、區域供氫，也可以單個加油站建設小型電解水制氫裝置，實現氫能源智慧互聯。
圖10 氫氣的主要來源趨勢預測圖
2.3.2 液態氫是未來主要的儲氫形式
目前工業氫氣主要採用高壓氣態的方式儲存，由於成本的限制，液態儲存的方式使用較少，主要用於航空航天領域。但隨著技術的不斷成熟，預計2050 年液態儲氫將成為工業氫氣的主要儲存形式（表1）。
表1儲氫方式占比變化預測表
2.3.3 多能互補與多能協同
以氫能為紐帶，通過風能、太陽能、潮汐能等分布式新能源發電制氫，可以降低制氫成本，實現氫能和新能源的多能互補、多能協同發展。氫能既可作為二次能源，又可作為儲能技術，連接多種新能源。氫能與新能源協同發展，一方面擺脫了依賴傳統化石資源制氫，形成更清潔、更環保的制氫新途徑；另一方面又整合了各種新能源類型，提升了能源系統的利用率。
隨著氫工業技術的不斷進步和氫能經濟的不斷發展，因地制宜、協同利用新能源與傳統能源，通過多種能源相互補充和能源智能微網等，將實現多能智慧協同供應，充分發揮新能源、天然氣、石油、煤炭等能源的組合優勢，「氫能社會」建設藍圖將更加清晰。
3 中國的氫工業與氫能發展戰略
3.1 全球氫能發展的路線圖
1）作為氫能發展先行者和領導世界氫燃料電池發展的主要國家，美國從1970 年開始布局氫能技術研發[12]。2002 年11 月，美國能源部發布《國家氫能發展路線圖》，明確了氫能的發展目標，分析了氫能技術的現狀、面臨的挑戰及發展影響因素，制定了詳細的發展路線，標誌著美國「氫能社會」由設想階段轉入行動階段。2014 年，美國頒布《全面能源戰略》，開啟了新的氫能計劃，重新確定了氫能在交通轉型中的引領作用，並於2017 年宣布繼續支持30個氫能項目建設，推動氫工業的快速發展。預計美國2030—2040 年將全面實現氫能源經濟。
2）日本長期受困於國內資源短缺，2014 年4月制定了《第四次能源基本計劃》，確定了加速建設和發展「氫能社會」的戰略方向[12]。日本把2015年定為「氫能元年」，2020 年定為「氫能奧運元年」，2025 年定為「氫能走出去元年」，2030 年定為「氫燃料發電元年」，並提出了3 條低成本、清潔化用氫技術路線：①推動建立海外氫能供應系統；②利用海外廉價褐煤實現低成本制氫；③利用海外新能源電解水制氫。2030 年日本的工業氫氣年供應量將達30×104t，並將在2040 年建成全國性氫能供給網絡。
3）德國於2016 年重新修訂了氫能源交通戰略規劃，明確了3 項舉措：①加大投資，推出第二個氫能和燃料電池技術國家創新計劃，保證研發連續性，維護氫能和燃料電池汽車在市場上的競爭力；②促進合作，成立了德國氫能交通公司，負責分階段建設氫能交通基礎設施網絡，預計到2019 年，境內建設的加氫站將達100 座，超過美國，僅次於日本，到2023年將建成加氫站400 座；③鼓勵創新，出台了一系列優惠措施，重點支持物流專用車、離網基礎設施自主供電技術，以激活市場。
4）法國制定了《氫能計劃》，將從2019 年起在工業、交通及能源領域部署氫能，包括：①創造無碳化工業，到2020 年建成工業氫氣追溯系統，到2023 年工業氫氣使用量將達到10%，到2028 年將達到40% ；②開發新能源，利用新能源生產電能再製取氫氣，實現「氫—電」轉換，構建供氫網絡；③實現交通零排放，完善工業氫氣網絡部署和管理，支持氫能重型車輛研發，部署大規模氫能交通系統，實現到2023 年擁有5 000 輛輕型商用車、200 輛重型車輛以及100 座加氫站，到2028 年擁有20 000 ～ 50 000 輛輕型商用車、800 ～ 2 000 輛重型車輛以及400 ～ 1 000 座加氫站的計劃目標。
3.2 「氫能中國」戰略
中國是全球氫能利用的大國，已形成京津冀、長江三角洲、珠江三角洲、華中、西北、西南、東北等7 個氫能產業集群[13-14]。我國已制定《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030 年）》，提出了氫工業（氫的製取、儲運及加氫站）、先進燃料電池、燃料電池分布式發電等3 個戰略發展方向，以及大規模製氫技術、分布式制氫技術、氫氣儲運技術、氫氣/空氣聚合物電解質膜燃料電池（PEMFC）技術、甲醇/ 空氣聚合物電解質膜燃料電池（MFC）技術和燃料電池分布式發電技術等6 項創新行動。
通過消納棄水、棄風、棄光等富餘新能源，減量替代煤、石油和天然氣等化石燃料，加上煤炭的清潔高效利用，逐步降低成本，穩步提高安全性，通過「三大發展階段」建立有利於氫能產業發展的支撐體系，建成全國性氫能供給和利用基礎設備網絡。
1）近期（到2030 年），以煤制氣為代表的化石基氫能產業發展取得重大突破，初步完成產業鏈示範。目前需要加快我國煤炭地下氣化制氫資源評價、經濟高效產氫配套系列技術攻關與現場試驗以及超深層、超臨界水氣化制氫技術儲備，特別是對高效產氫機理進行深化研究，加強對地質評價、工程工藝、監測控制、安全環保等系列技術，以及高溫高壓井下工具及高強度防腐管材等重大裝備的研製攻關。全國煤炭地下氣化潛力巨大，僅鄂爾多斯盆地埋深介於1 000～2 000 m的煤炭資源量就達1.3×1012t，保守估算可氣化采出商品工業氫氣約10×1012m3（相當於9×108t）。應當按照淺層（地層壓力低於10MPa）、中深層（地層壓力介於10 ～ 22 MPa）和超深層/ 超臨界水（地層壓力超過22 MPa）3 個層次來布局我國煤炭地下氣化產業發展，並優選鄂爾多斯、二連、準噶爾等盆地開展現場試驗研究。
2）中期（2035—2050 年），氫能產業成為我國新的經濟增長點和新能源戰略的重要組成部分；打造新材料、儲能和氫能產業鏈；加大石墨烯、納米等新材料的超前儲備。通過自主、合作、技術購買、優質企業併購等多種方式研發和大規模生產高標準、高性能車用、船用等電池，與主要汽車廠商合作或參股推動標準化電池在交通領域的規模利用。發揮企業加油站布局優勢，建設大型倉儲式充電中心，快速建立新能源汽車高效率充電站網絡，搶占交通領域能源革命的先機。發揮石油管道布局優勢，發展棄風、棄光、棄水低成本電解制氫、天然氣管網輸氫、摻氫天然氣、液化氫、加氫站等業務。
3）遠期（2050—2100 年），氫能成為我國能源消費結構的重要組成部分，依靠新能源等實現國家「能源自主」。中國「能源自主」概念是指通過中國新能源生產革命，實現能源生產基本自給和消費安全。2017 年，我國一次能源產量中，煤炭占70%、石油占8%、天然氣占5%、新能源占17%。中國煤炭資源豐富但油氣相對不足的先天稟賦條件，決定了能源生產和消費必須具有中國特色，構成「一大三小」（煤炭大，石油、天然氣、新能源小）的中國能源結構。太陽能、風能產量的增長率最快，水電、核電產量的占比最高，氫能、儲能、新材料、新能源最具顛覆性，應加快煤炭清潔化利用和新能源這「兩個規模」的提前到來，減少油氣在我國能源利用路徑中的時間跨度和安全壓力。中國「能源自主」可能要到新能源占主體地位才行。
我國需要謀劃加快實現常規—非常規油氣的「生產革命」、煤炭發展的「清潔革命」和新能源發展的「速度革命」，力爭2050 年前後實現能源結構從「一大三小」向煤炭、油氣、新能源「三足鼎立」的能源結構轉型，屆時煤炭約占一次能源消費的比例40%、油氣占30%、新能源占30%[4]。
到2100 年前後，有可能依靠新能源實現國家「能源自主」，化石能源占一次能源消費結構的比例降至30%，非化石能源占到70%，實現二者的地位轉換（圖11）,力爭我國能源生產量與消費量相當，基本不依賴進口。
圖11 中國能源消費情景及未來變化預測圖
4 結束語
氫能是最清潔的新能源，因此發展氫工業，是優化能源結構、力爭實現「氫能中國」、實現國家「能源自主」、推動能源消費和供給革命、奉獻清潔高效能源、建設「美麗中國」、保障國家能源安全的戰略選擇，在實現我國「能源自主」戰略中占有重要的地位；全球氫工業發展已初具規模，煤炭地下氣化制氫符合我國的國情，具有較大的發展潛力。
參考文獻
（收稿日期 2018-12-12 編 輯 居維清）
基金項目：國家重點基礎研究發展計劃（973 計劃）項目（編號：2014CB239000）。
作者簡介：鄒才能，1963 年生，中國科學院院士，教授級高級工程師，李四光地質科學獎獲得者，本刊編委；現任中國石油勘探開發研究院副院長、國家能源頁岩氣研發（實驗）中心主任；主要從事非常規油氣地質學、常規岩性—地層油氣藏與大油氣區等理論研究與生產實踐以及能源發展戰略研究工作。地址：（100083）北京市海淀區學院路20 號910 信箱院辦。ORCID: 0000-0001-5912-1729。
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